Незримые пути
Шрифт:
Как увидеть невидимое
Представь себе колбу с почти плоским дном.
Дно это служит экраном и покрыто изнутри специальным составом, который светится под действием потока электронов.
Источник электронов находится в узкой части колбы; это катод — фарфоровая трубочка с нанесенным на нее слоем окиси редких металлов.
Внутри трубочки накаливается нить. С катода свободно летят электроны.
Нам их нужно собрать в узкий тонкий пучок — электронный луч. Это делается не линзами, как в проекционном фонаре, а другими, уже электрическими,
Тонкий пучок из электронов ударяется в экран и заставляет его светиться. Ты видишь яркий точечный зайчик. Зайчиком можно управлять. В горлышке колбы поместим пластинку, на которую подадим то или иное напряжение.
Электронный луч будет притягиваться к пластинке, если она заряжена положительно. Следовательно, и зайчик переместится на экране.
А если поставить две пластинки, справа и слева, и подавать на них переменное напряжение? Тогда луч будет метаться от одной до другой пластинки, оставляя за собой на экране тонкую светящуюся линию.
Можно подсчитать, за сколько времени зайчик пройдет расстояние от края экрана до другого края. Больше того: мы можем разбить этот путь на равные части и тогда получим "шкалу времени".
Вернемся к передатчику и приемнику и попробуем связать воедино все наши аппараты для радиолокации.
В электроннолучевой трубке есть еще пластинки, расположенные по вертикали. Вот на них мы и будем подавать напряжение от приемника.
Приступаем к новым опытам. Нажимаем на мгновение ключ передатчика. Метнулся радиолуч.
Смотри, что делается на экране! От основной линии скользнул вверх острый зубец.
А вот и второй, подальше от первого на несколько делений вправо. Значит, мы приняли радиоэхо своего передатчика.
Луч отразился от препятствия, от крыши дома, и теперь нам нетрудно рассчитать, сколько же до него метров. Известна скорость движения зайчика и время, за которое радиолуч пробежал до дома.
Но… если бы все это было так просто!
Принцип правильный, а практически с таким радиолокатором работать нельзя. Ты не увидишь никаких зубцов. Эхо вернется раньше, чем будет выключен передатчик.
Можешь ли ты ручаться, что нажмешь ключ на такое короткое время, чтобы успеть увидеть отраженный сигнал, для чего надо отпустить ключ уже через миллионную долю секунды?
Этот кусочек времени во много раз меньше так называемого мгновения.
Принято говорить "в мгновение ока" — время, когда только успеешь моргнуть.
А с точки зрения радиотехники время это очень долгое — десятые доли секунды.
Отсюда ясно, что ты не сумеешь столь быстро выключить передатчик и увидеть отраженный сигнал.
Но даже если бы это удалось сделать, такая короткая вспышка — мелькнул зубчик и исчез — глазу незаметна. Кроме того, мало ли отчего метнулся зубчик: от случайной электрической искры, от атмосферного разряда или от помехи другой радиостанции.
Надо исключить все сомнения. Отраженный луч должен быть виден продолжительное время и точно на делениях шкалы (кстати, ее можно разделить не на отрезки времени, а написать на ней расстояние в километрах, что обычно и делается).
В технике, в любом эксперименте, а часто и в жизни, для того чтобы твердо убедиться, что данное явление не случайно, прибегают к многократной проверке обнаруженного явления.
А если так, то применительно к нашим опытам нам следует посылать частые сигналы от передатчика, и если мы увидим второй зубец на одном и том же месте, то, значит, все правильно — мы принимаем отраженную волну.
Хорошо бы посылать сигналы от передатчика один за другим; пусть они как бы накладываются друг на друга, и тогда на экране мы.будем видеть не отдельные всплески, не выскакивающий на мгновение зубец, а увидим его буквально застывшим на месте.
Если, например, луч радиолокатора отражается от самолета, то мы будем наблюдать не скачущие зубцы, а медленное движение цели.
Но как это сделать? Как заставить передатчик работать краткими импульсами, самому включаться на миллионные доли секунды, а потом выключаться?
Оказывается, и эту задачу можно решить.
В радиолокаторах применяется специальный генератор, прерывание происходит в нем автоматически.
Он сам включился, послал мощную радиоволну в пространство, затем отдохнул немного, какую-нибудь тысячную долю секунды, и снова заработал. Так он может действовать целыми часами.
Вполне понятно, что, несмотря на большую мощность радиоволны, передатчик берет очень мало энергии. Нетрудно подсчитать, что за час он будет работать, то есть посылать энергию, в общей сложности всего лишь несколько секунд. Это очень важно, так как, для того чтобы получить более или менее надежный отраженный луч, который издалека принимается приемником, мощность передатчика должна быть очень большой. Ведь надо измерять расстояние не в триста метров, а в десятки и сотни километров, особенно если требуется обнаружить летящую вражескую эскадрилью.
В начале главы я упоминал о радиолокации Луны. Для этого нужна огромная мощность. Все-таки расстояние до Луны не маленькое — около четырехсот тысяч километров.
Сейчас радиолокаторы потребляют мощность всего лишь в несколько сот ватт, а в кратком импульсе отдают тысячи киловатт. Действительно фантастическое преобразование.
Принципы устройства радиолокатора достаточно сложны. Более подробно об этом ты прочтешь в специальных книгах, а здесь мне хотелось показать на примерах, как решаются некоторые творческие вопросы в проектировании разных аппаратов.
Мы "совершенствуем" радиолокатор
Итак, тебе стало ясным, что лежит в основе радиолокации. Ты уже знаешь, как измерить расстояние не только до ближайшего дома, ко и до летящего самолета.
Кстати, можно ли практически построить небольшой радиолокатор любительскими средствами?
Можно, но трудно. Это доступно только коллективам очень квалифицированных радиолюбителей. Простейшие демонстрационные модели радиолокаторов радиолюбители уже строили.
Вот если бы у нас оказался такой маленький радиолокатор, то мы могли бы проверить, как он видит в тумане и в темноте. Например, могли бы попробовать обнаружить автомобиль на дороге или пароход на реке.