Радиолокация без формул, но с картинками
Шрифт:
6. Объем данных, которые обрабатывает летучая мышь при обнаружении и преследовании большого числа насекомых, можно сравнить с объемом информации, перерабатываемой аэродромным обзорным радиолокатором. Но летучая мышь ухитряется принимать и обрабатывать сигналы с помощью «устройства» весом в доли грамма и объемом в доли кубического сантиметра, а аэродромный радиолокатор весит сотни килограммов и занимает объем в несколько кубических метров.
Д. Каландер (Массачусетский технологический институт) провел детальное исследование сигналов, издаваемых летучей мышью на разных фазах полета: начальная фаза — поиск добычи, промежуточная — обнаружение и последняя фаза — преследование и поимка. Он доказал, что частота ультразвуковых сигналов сильно изменяется при переходе от одной фазы к другой. Оказывается, что очень важная качественная характеристика — длина волны, измеряемая расстоянием, которое пройдено в воздухе за время одного колебания, — в обоих случаях почти одинакова: 3,4 миллиметра для локационного аппарата мыши и 30 миллиметров для радиолокатора, с которым проводилось сравнение. Здесь летучая мышь имеет даже некоторое преимущество. Кроме того, у нее длина волны варьируется в пределах одного сигнала от 3,4 до 7 миллиметров. Ни один созданный человеком радар не обладает этой особенностью, а вполне возможно, что именно здесь и таится причина удивительной эффективности локационного аппарата летучей мыши [18].
Ухо летучей мыши из породы ночниц представляет собой избирательный отражатель, который может отражать сигналы в различных направлениях в зависимости от их частоты. И действительно, животное посылает сигнал, в пределах которого частота сильно изменяется. Недавно предложено создать радары, использующие этот принцип (сигнал с переменной частотой и антенну, сделанную по диаграмме избирательного излучения), чтобы определять направление на объекты.
Интересны и другие случаи прямого копирования локационного аппарата летучей мыши. Так, например, англичанин Л. Кэй создал миниатюрные акустические радары для слепых. Эхо отражается от предметов по-разному в зависимости от их удаленности от источника сигнала и формы поверхности. После небольшой тренировки с радаром Кэя можно отличить гладкие поверхности от поверхностей, имеющих какую-то фактуру. Этот портативный радар сконструирован на основе использования принципа действия природного локатора летучей мыши.
Один и тот же радар позволяет летучей мыши не только избегать крупных препятствий, но и ловко хватать мелких насекомых. Этот аппарат дает достаточно подробную информацию, которая позволяет различать эхо от неподвижных препятствий и эхо от движущихся объектов. При этом надо иметь в виду, что и те и другие перемещаются по отношению к летучей мыши, находящейся в постоянном движении.
Один из видов летучих мышей питается не насекомыми, а мелкими рыбками. Животные замечают рыбок, когда те поднимаются почти к самой поверхности, точнее, когда их плавники слегка показываются над водой. Р. Сазерс, проводивший эксперименты с этими животными, заметил, что они способны отличать одну мишень от другой и узнают мишень, напоминающую плавник рыбы. Как видите, летучие мыши уже решили проблему распознавания цели по отраженному сигналу, которая сейчас представляет огромный интерес для специалистов радиолокации.
Вот и получается, что разработчикам радиолокаторов нужно еще много поработать, чтобы хотя бы приблизиться к эффективности систем, созданных природой.
Как цели маскируются
Мы уже говорили о том, как велика роль радиолокации в современном военном деле. Она помогает обнаруживать и опознавать цели в воздухе, на воде и на суше. На основании этих сведений военные принимают решение о том, насколько опасен тот или иной объект и в случае необходимости принимают меры к его уничтожению. При этом наведение оружия на цель также осуществляется с помощью радиолокации.
Естественно, что противник использует все возможные способы для того, чтобы затруднить или сделать полностью невозможным обнаружение и опознание его военных объектов Для этого чаще всего применяется радиолокационная маскировка целей.
Маскировку человечество знает с незапамятных времен. Вспомните, как маскируется охотник, подкрадывающийся к дичи в лесу по снежному насту. Он старается слиться с окружающим фоном, так чтобы глаз животного не смог заметить опасности. Да и сами животные с их защитной окраской служат отличным примером маскировки. Некоторые из них способны даже изменять свою окраску в зависимости от окружающей обстановки.
Применяется маскировка и в армии. Защитный цвет обмундирования, маскировочные халаты, маскировочные сетки, которыми покрывают военную технику и сооружения, — все это широко использовалось и используется сейчас вооруженными силами всех стран. Но такая маскировка достигает цели только в том случае, если противник ведет разведку с помощью оптических средств: либо невооруженным глазом, либо с помощью биноклей, стереотруб и так далее. При радиолокационной разведке ни раскраска по всем правилам маскировочной науки, ни маскировочная сетка с воткнутыми в нее ветвями не скроют танк или машину от оператора радиолокационной станции. Тем более невозможно замаскировать обычными средствами истинно радиолокационные цели — самолеты или баллистические ракеты во время их полета. В этих случаях используются специальные методы радиолокационной маскировки целей.
Мы познакомимся с этими методами на примере радиолокационной маскировки головных частей баллистических ракет[19]. При этом первым шагом обычно является выбор такой формы головной части ракеты, чтобы сигнал, отраженный от нее, был как можно слабее. Для этого, как показали исследования, необходимо, чтобы конструкция объекта не имела резких углов, изгибов, плоских или цилиндрических поверхностей, расположенных перпендикулярно к направлению наблюдения. Лучше всего этим требованиям удовлетворяет узкий конус, направленный к наблюдателю вершиной. Основанию головной части ракеты при этом придается форма сферы. Поэтому в настоящее время специалисты-ракетчики зарубежных стран ставят вопрос о замене устаревших боеголовок, которые имели форму цилиндра с закругленной вершиной, на боевые головки в виде острого конуса. Но даже такая конструкция еще не гарантирует малости отраженного сигнала. Если головная часть не стабилизирована, то есть кувыркается во время полета, то наблюдатель видит ее с разных направлений, причем для некоторых из них отраженный сигнал будет велик. Чтобы избежать этого, головные части баллистических ракет стали стабилизировать и ориентировать на траектории в направлении вероятного расположения радиолокационной станции. Так удается в сотни раз уменьшить сигнал, отраженный от объекта, что, в свою очередь, в несколько раз уменьшает расстояние, на котором можно уверенно фиксировать наличие цели с помощью радиолокатора. За счет этого резко сокращается резерв времени, который имеет обороняющаяся сторона для отражения нападения, что ставит ее в весьма невыгодное положение.
Уменьшить величину сигнала, отраженного от цели, можно, покрывая ее поверхность специальными материалами, которые поглощают радиоволны. Их называют радиопоглощающими покрытиями Работы по созданию таких материалов ведутся сейчас во многих лабораториях США, ФРГ, Франции и других стран. Уже созданы материалы, которые при толщине покрытия 6—12 миллиметров ослабляют отраженный сигнал в 20—1000 раз. Цель, покрытая таким материалом, как бы надевает маскировочный халат, и обнаружить ее становится весьма сложно. Правда, маскировочный халат пока что довольно тяжелый — один квадратный метр покрытия весит 5–6 килограммов, а это существенно уменьшает боевой вес ракеты. Кроме того, такие покрытия обычно маскируют цели от радиолокационных станций, работающих в каком-либо одном, заранее выбранном, интервале частот; для станций, работающих на других частотах, они не эффективны. Но исследования в этой области, по-видимому, будут продолжены.
Но обороняющаяся сторона улучшению средств маскировки целей противопоставляет улучшение радиолокационных станций. Как и в любой области военного дела, здесь идет непрерывное соревнование между броней и снарядом, между нападением и защитой. Цели уменьшают свои отражающие свойства, и сигнал от них становится очень слабым. Значит надо увеличивать мощность станций, облучать цели более сильными сигналами, развивать методы обработки слабых сигналов.
Но существуют и такие методы радиолокационной маскировки, при которых увеличение мощности сигнала не помогает обнаружить цель. Например, использование пассивных помех и ложных целей. В непосредственной близости от истинной цели разбрасываются отражатели, создающие на экранах радиолокаторов большое число отметок. Определить, какая из них относится к истинной цели, часто бывает очень трудно. И уж во всяком случае, время, необходимое для обнаружения цели, резко увеличивается, а именно этого и добивается нападающая сторона. Почему же в этих случаях не помогает увеличение мощности сигнала? Дело в том, что если мы увеличим мощность передатчика, то возрастают отраженные сигналы и от истинной, и от ложных целей, А значит относительная мощность помехи остается той же самой.