Чаще всего люди на Земле общаются с помощью звука. Он представляет собой колебательные движения в виде волны сжатия и разряжения среды. Звуковая волна может распространяться на большое расстояние и нести информацию. Закодировать ее можно изменением частоты колебаний. У человека физиологически это происходит так. Голосовые связки говорящего с помощью мышц вибрируют и толкают воздух. Колебание атомов атмосферы распространяется и доходит до уха собеседника, где под давлением маленькие косточки начинают двигаться и воздействовать на нервы. Мозг слушающего фиксирует это движение и обрабатывает информацию.

Звук в безвоздушном пространстве распространяться не может, так как сжиматься и расширяться там практически нечему. Другое дело – электромагнитные волны. Чаще всего для связи используются волны с не очень большой частотой колебаний. Они называются радиоволнами.

Принцип действия радиосвязи состоит в следующем. Колебания электрического тока в любом проводнике создают в окружающем пространстве волны электрических и магнитных полей. Это действие подобно вибрации связок. Таким полям не нужна среда для распространения, они сами переходят друг в друга. При этом электромагнитные волны распространяются со скоростью света. Когда они достигают антенны приемника, который представляет собой металлический проводник, они возбуждают в нем переменный электрический ток. В антенне есть свободные заряженные частицы – электроны, которые начинают двигаться, увлекаемые электромагнитным полем. Этот процесс аналогичен работе человеческого уха. Колебания тока можно зафиксировать, и по его изменениям расшифровать информацию. Этот наведенный ток очень слаб, но если в приемник подать достаточно тока той же частоты, что и у радиоволны, то можно вызвать резонанс. Подобрав нужную частоту, можно усилить, раскачать колебания в антенне, чтобы они стали заметны и их можно было расшифровать.

Однако далеко не всегда радиоволны могут дойти до Земли без искажения, особенно если учесть, что у нашей планеты есть слой ионосферы, который влияет на сигналы. Кроме того, Солнце, земные молнии и электрические приборы создают множество помех.

Ионосфера – это слой атмосферы Земли, где преобладают заряженные частицы – ионы. Они будут взаимодействовать с электромагнитным излучением, так как имеют электрический заряд. Причем явления могут быть совершенно разные, в зависимости от частоты волны. Сигнал может отражаться, словно свет от зеркала, может преломляться, словно свет в воде, может поглощаться, словно свет в черном предмете, может рассеиваться, переизлучаться, искажаться и т. д. Кстати, свет – тоже электромагнитная волна, и все явления, происходящие с ним, могут случиться и с радиоволнами.

На заре космонавтики из-за искажений связи и ее нечеткости возникали различные казусы. Забавный случай произошел с космонавтом Валерием Быковским на корабле «Восток-5». На Земле приняли от него сообщение о том, что «был космический стук», после чего корабль вышел из зоны приема, и связь пропала. Инженеры, конечно, забеспокоились, что за стук может быть в космосе. Может, вибрация или что-нибудь оторвалось? Как только космонавт снова смог выйти на связь, его сразу стали расспрашивать о «характере стука». Быковский удивился: «Какого стука?». «Космического стука, о котором вы говорили». – «Да не стука, а стула… сту-ла, стул, понимаете? У меня был стул, – расхохотался Быковский и для ясности добавил: – Я покакал. По-ка-кал!» Эта новость была желанной и радостной на Земле, ведь Быковский первым в мире совершил данное действие на орбите.

На самом деле об этой проблеме с ионосферой было известно давно. Даже Первый спутник передавал сигналы на двух частотах, на тот случай если одна из них будет искажаться. Поэтому ошибки были не очень серьезные. Тем не менее связь на нескольких частотах тоже приводила к проблемам.

Одна из них произошла с Валентиной Терешковой. Она летала одновременно с Быковским и должна была вернуться первой. По радио автоматические системы передавали успешность выполнения всех действий, но от самой Терешковой докладов о ходе посадки не было. Оказалось, что доклады были, но Валентина Владимировна их отправляла не на той частоте, которую слушали. Специалисты на Земле ожидали устного доклада, а Терешкова использовала телеграфный ключ и посылала информацию азбукой Морзе.

Еще одна проблема – совпадение частот. Радиоприемник не может отличить две радиоволны. Если они обе на близких частотах, усилители будут увеличивать и затем использовать обе.

Первый спутник, который имел систему с радиоуправлением, назывался «Объект-Д». Этот аппарат был сделан в нескольких экземплярах. Один из них инженеры вывезли на космодром для проведения испытаний радиосистемы. Однако спутник выполнял не те команды, которые ожидали конструкторы. Стали разбираться. Технических проблем не оказалось, все было как надо, но «Объект-Д» все равно делал что-то не то или действовал, даже когда никаких радиокоманд на него не посылали. Многие военные, контролирующие испытания, заподозрили саботаж и вызвали представителей КГБ для поиска шпионов. В конечном итоге выяснилось, что на предприятии инженеры решили провести испытания дублера «Объекта-Д». Радиоволны оттуда доходили до космодрома, спутник их ловил и начинал выполнять соответствующие команды. Несогласованность испытаний в разных местах привела к большой суматохе и задержке старта.

Макет спутника «Объект Д»

Похожая история смешивания радиоволн произошла со спутником «Космос-57», который представлял собой беспилотный корабль «Восход». Его запустили с целью испытать системы для первого выхода в открытый космос. Так, например, на аппарате проверялась шлюзовая камера «Волга». С Земли с двух станций слежения одновременно отправили команды на изменение давления. Вот только программное устройство, которое было рассчитано на последовательный прием, интерпретировало их как одну команду начать снижение и спуск в атмосферу. Так как эта траектория спуска предполагала посадку корабля в незапланированном месте, через 22 минуты сработала система автоподрыва, которая использовалась с целью уничтожения аппарата, дабы он не попал в руки потенциальных противников. Ошибку исправили, в конструкцию аппарата инженеры добавили защиту радиолинии.

Действующие автоматические станции «Венера-15» и «Венера-16» тоже пришлось отключать из-за совпадения частот с другой миссией: «Вега-1» и «Вега-2». Дело в том, что баллистики выяснили: если запустить автоматическую станцию в 1984 году, она сможет изучить планету Венера и еще комету Галлея, сближение которой с Солнцем состоялось в 1986 году. Хвостатые странницы подлетают близко к Солнцу крайне редко. Комета Галлея это делает раз в 75 лет, и следующий шанс ее увидеть выпадет только в 2061 году. Упускать такую возможность было нельзя. Автоматической станции требовался год, чтобы подлететь к комете. Так, например, в 1985 году был запущен европейский зонд «Джотто». Однако баллистики в СССР обнаружили, что если старт осуществить пораньше, то орбита станции будет пересекать орбиту Венеры и можно изучить сразу два объекта. В ускоренном порядке инженеры спроектировали новую станцию, взяв уже готовое оборудование от предыдущего проекта. «Венера-15» и «Венера-16» тем временем работали на орбите второй планеты от Солнца и успешно проводили радиолокационные исследования. Когда к Венере подлетала «Вега-2», в работе ее системы ориентации возник сбой, который можно было решить отправкой радиокоманды на сброс и переориентирование. Проблема была в том, что «Венера-16» также получила бы эту команду, но в ее случае это привело бы к отвороту станции от цели исследования и от Земли. Повторно выйти на связь после этого будет невозможно. Тем не менее, чтобы спасти новейший проект, специалисты пошли на этот шаг. С учетом того, что основная миссия «Венеры-16» была уже выполнена, а «Вега-2» еще даже не добралась до своей цели, это решение было оправданно.