Но расстояния в сотни миллионов километров могут оказаться для радиоволн непреодолимыми.
По мере удаления корабля от Земли прием все же прекратится.
Почему?
Дело в том, что из радиоволн невозможно сформировать достаточно узкий пучок. Они всегда разбегаются в виде более или менее широкого конуса.
Радиолуч расходится под углом, и приходящий к приемнику радиосигнал становится все менее мощным. Когда он станет слабее, чем собственный шум усилителей, то различить его будет невозможно — и связь прекратится.
Вспомните эпизод из фантастического рассказа Валентины Журавлевой «Астронавт».
«В бортовом журнале короткие записи: «Полет продолжается. Реактор и механизмы работают безупречно. Самочувствие отличное». И вдруг почти крик: «Телесвязь прервана. Ракета ушла за пределы телеприема. Вчера смотрели последнюю передачу с Земли. Как тяжело расставаться с Родиной!» Снова идут дни. Запись в журнале: «Усовершенствовали приемную антенну рации. Надеемся, что радиопередачи с Земли удастся ловить еще дней семь-восемь». Они радовались, как дети, когда рация работала двенадцать дней…»
Как же увеличить дальность космической радиосвязи? Нужно научиться излучать очень узкие пучки радиоволн.
Для того чтобы конус был достаточно узким, размеры антенн должны быть много больше длины излучаемой волны. Именно поэтому для целей радиолокации пришлось освоить сантиметровые волны. Но и на этих волнах трудно получить пучки, расходящиеся в конусе с углом меньше одного градуса, хотя и применяются антенны диаметром более десяти метров.
Да и увеличивать мощность передачи с космического корабля и размеры антенны на космическом корабле можно только до каких-то пределов.
Значит, применение радиоволн в космосе связано с решением многочисленных и сложных задач.
Нет ли другого выхода?
В световом диапазоне эта задача решается гораздо легче. Ведь длина волны света меньше десятитысячной доли миллиметра и по сравнению с ней двухметровое зеркало обычного прожектора огромно.
Поэтому мысли ученых обращаются к лучу света. Ученые ставят перед собой вопрос: может ли свет стать звуком?
— Да. Может, — говорят они. — Это было реализовано уже давно в известном фототелефоне. Свет от яркой лампы при помощи зеркала или линзы направлялся от «передатчика» к приемнику. Яркость этого света изменялась под действием звуковых волн, преобразуемых микрофоном в электрические колебания. В приемнике свет воспринимался фотоэлементом, преобразующим изменение яркости света в переменный электрический ток, который при помощи телефонной трубки вновь превращался в звук. Однако фототелефон действовал лишь на небольших расстояниях. В то время оптики не знали более ярких источников света, чем вольтова дуга.
Но и никакими известными средствами радиотехники получать электромагнитные волны светового диапазона невозможно.
На помощь пришла квантовая механика.
Уже давно было известно, что каждый атом можно рассматривать как маленькую радиостанцию. Ученые пришли к такому выводу, когда хорошо познакомились со свойствами и поведением атомов. Оказалось, если атом облучать электромагнитными волнами определенной длины, то он поглотит энергию, и притом строго определенными порциями — квантами.
Обычно один атом поглощает в один прием один квант. Атом, поглотивший квант, называется возбужденным. Если же возбужденный атом снова облучать волной той же длины, он уже не сможет поглотить вторую порцию энергии. Наоборот, атом испустит «запасенный» квант и возвратится в исходное энергетическое состояние.
Весьма условно этот процесс можно представить себе так. В стакан, до краев наполненный водой, добавьте порцию воды. Вода поднимется бугорком над краями стакана. Теперь попытайтесь влить вторую порцию воды. Вы увидите, что вода выльется и уровень ее снова снизится до краев.
Советские ученые Н. Г. Басов и А. М. Прохоров создали «квантовую радиостанцию» — молекулярный генератор радиоволн сантиметрового диапазона.
Свойство атомов возбуждаться, а затем излучать квант и натолкнуло ученых на мысль о создании квантово-механического генератора электромагнитных волн оптического диапазона. Так назвали прибор, с помощью которого свет в виде электромагнитных волн одной частоты можно излучать узким пучком.
Много лет тому назад советский ученый В. А. Фабрикант предложил усилитель электромагнитных волн, основанный на этом же принципе.
Стояла темная, безлунная ночь. На площадке высокой вышки ученые установили небольшой прибор, напоминающий кинопроекционный аппарат.