Радиолокация без формул, но с картинками
Шрифт:
Итак, мы уже знаем, что для проведения радиолокационных наблюдений нам нужен передатчик, чувствительный приемник с антенной, сигнал и какой-нибудь отражающий объект. Но мы еще не знаем, как организовать их совместную работу в тех или иных случаях. Существует довольно много схем построения радиолокационных станций, и каждой схеме соответствует тот или иной принцип работы станции. Мы рассмотрим два основных типа радиолокаторов.
Импульсный радиолокатор излучает радиоволны в виде коротких радиоимпульсов, длина каждого из них несколько тысячных или миллионных долей секунды (одним из таких радиоимпульсов может служить отрезок синусоидального колебания). В момент излучения передатчиком радиоимпульса приемник радиолокатора отключают, чтобы мощный передаваемый сигнал не повредил его. Как только передатчик отключают, так сразу же включают приемник, который ждет появления слабого отраженного сигнала. Через некоторое время, когда придет отраженный сигнал или исчезнет всякая надежда на его появление, снова включают передатчик и отключают приемник. Такой цикл повторяют непрерывно, пока станция ведет радиолокационное наблюдение.
Работа такого радиолокатора напоминает поведение человека, который любит послушать обычное эхо. Каждый из нас знает немало мест, где эхо слышно особенно хорошо. Найдите такое место, крикните какое-нибудь заветное слово и прислушайтесь. Если Вам повезло и Вы нашли особенно удачное место, то эхо можно услышать два или даже три раза. Когда эхо замолкнет, можете крикнуть еще раз, и снова услышите ответ. Но если кричать непрерывно, то Вы ничего не услышите, так как сами себя оглушаете криком. Так и радиолокационная станция прекращает излучение, чтобы можно было принимать слабые отраженные радиосигналы (кстати, специалисты называют их эхо-сигналами).
Но есть все-таки станции, которые непрерывно излучают радиоволны — это станции с непрерывным излучением. Как же они принимают отраженные сигналы? Радиоволны — это электромагнитные колебания той или иной частоты. Пусть мы излучаем сигнал на частоте № 1. Тогда при отражении от неподвижного препятствия принимаемое радиоэхо будет иметь ту же частоту, а при отражении от движущегося объекта частота сигнала изменится. Если объект приближается к нам, частота будет выше, если удаляется, — ниже. Проявление этого эффекта[2] на звуковых частотах можно наблюдать, когда проходит поезд, непрерывно подающий гудки. Пока он приближается, мы слышим довольно высокий звук, когда удаляется, звук становится ниже. Этот пример приводится в учебнике физики для средней школы, так что по-видимому, известен всем.
Приемник станции с непрерывным излучением настроен таким образом, чтобы сигналы на частоте передатчика не принимались совсем. Сигналы на более высоких или более низких частотах таким приемником принимаются и регистрируются. Поэтому станция «не видит» неподвижных объектов, ведь отраженные от них эхо-сигналы имеют ту же частоту, что и излучаемые радиоволны. Зато все движущиеся цели будут замечены и отметки от них появятся на экране индикатора. К сожалению, такие станции не позволяют определить дальность до обнаруженной цели (в дальнейшем мы будем называть их допплеровскими радиолокаторами).
Созданы станции с непрерывным излучением, в которых применяются более сложные методы передачи сигналов, позволяющие измерить и дальность до объекта. Такие станции меняют частоту излучения во время работы, поэтому их называют станциями с переменной частотой излучения. Пусть, например, в первую секунду излучают сигнал на частоте № 1, во вторую — на частоте № 2 и так далее, скажем, до десятой секунды, когда излучается сигнал на частоте № 10. На одиннадцатой секунде снова излучаем сигнал на частоте № 1, на двенадцатой — на частоте № 2 и так далее. Приемник станции может принять эхо-сигнал на всех частотах, кроме той, которая в этот момент излучается. Представим себе, что в момент передачи частоты № 6 (шестая секунда) в приемнике появляется сигнал на частоте № 2, который был послан на второй секунде. Нетрудно подсчитать, что сигнал пришел через четыре секунды. Отсюда, зная скорость распространения радиоволн (она равна скорости света), определяем путь, пройденный радиоволнами, а поделив его пополам, найдем и дальность до объекта. Станция может наблюдать и неподвижные и движущиеся объекты. Правда, в некоторых случаях приходится делать поправку на эффект Допплера для движущихся целей (но это уже довольно тонкие вещи и мы пока не будем в них углубляться).
В настоящее время создано огромное число различных радиолокационных станций, которые отличаются и выполняемыми задачами, и схемами построения, но все возможные разновидности так или иначе укладываются в те два основных типа, которые мы сейчас рассмотрели.
Два слова о содержании следующих глав. В первой части книги мы продолжим рассказ о том, где и как применяются те или иные радиолокационные станции, во второй подробно рассмотрим, как работает современная радиолокационная станция. Это то, что будет дальше, а пока расскажем…
Как радиолокация попала в армию
Радиолокация родилась в семье ученых, детские годы ее также прошли среди мирных тружеников науки. Действительно, опыты А. С. Попова, в которых впервые был экспериментально установлен факт отражения радиоволн от крупного корабля, были сугубо гражданскими исследованиями. Отношение военных к этим опытам, было, по-видимому, настолько нейтральным, что никаких сведений на этот счет до нас не дошло.
Первый прообраз радиолокатора — ионосферная станция, созданная в 1931 году под руководством М. А. Бонч-Бруевича, — тоже мирный научный прибор, с помощью которого ученые на благо науки и человечества исследовали верхние области атмосферы — ионосферу. Но пока ученые спокойно занимались своими исследованиями, во всех крупных армиях мира началась техническая революция. Всем стало ясно, что открытия, совершенные в тиши кабинетов и лабораторий, помогают выигрывать сражения, а иногда и определяют весь ход войны. Тогда-то вместе с другими научно-техническими открытиями на военную службу была призвана и радиолокация. Оценив огромные преимущества, которые сулило одностороннее применение радиолокации, военные почти полностью захватили ее в свои руки.
Видеть противника, оставаясь невидимым для него, — какой полководец всех времен не мечтал об этом?! А такая возможность, во всяком случае, на первых порах, пока противник не обзавелся своими радиолокационными станциями, была вполне реальной. Вот поэтому все материалы по радиолокации стали тщательно засекречивать. В Англии радиолокацию возводят в ранг «Величайшего Секретного Оружия». В США все документы и материалы по радиолокации снабжают грифом высшей секретности: «After reading — fire!»[3]. Хорошо еще что не использовался гриф: «Before reading — fire!»[4]. Он хотя и обеспечивает абсолютную секретность, но совсем не стимулирует научно-технического прогресса. И все же, несмотря на такие драконовские меры, радиолокация становилась на ноги более или менее равномерно во всех технически развитых странах. Одни и те же открытия, технические решения и разработки ученые и инженеры разных стран делали практически одновременно. В конце 30-х годов радиолокационные станции были созданы в нашей стране, США, Англии, Германии, Франции. Так что об одностороннем применении РЛС не могло быть и речи. Эфир стал таким же полем боя, как земля, воздух и море. Перевес в этой войне определялся не столько численностью солдат, служащих в радиолокационных подразделениях, сколько квалификацией и искусством инженеров, работающих в глубоком тылу.
Итак, радиолокация служит в армии. Надо сразу же сказать, что это пошло ей только на пользу. Мощная поддержка, которую оказывает армия научным исследованиям, и большое число энтузиастов среди военных специалистов привели к расширению фронта работ в области радиолокации и ускорению темпов ее развития. В нашей стране значительная часть пионеров радиолокации служила или продолжает служить в рядах Советской Армии[5].
Но для чего нужна радиолокация военным? Чтобы ответить на этот вопрос, лучше всего подробно рассмотреть, как и где применяется радиолокация в современной армии. Написал автор эту фразу и задумался. Выполнить это намерение совсем не просто. Военные специалисты отнюдь не стремятся рассказывать в печати о характеристиках радиолокационных станций, режимах их работы и о том, для чего эти станции предназначены. Очень редко на страницах газет и журналов появляются статьи о военной радиолокации. Но даже и в этих случаях авторы публикаций чаще всего сообщают сведения самого общего характера. К тому же статьи, опубликованные в зарубежной прессе, часто носят рекламный характер, и в них трудно отличить объективную информацию от рекламных обещаний, помещенных исключительно в расчете на привлечение общественного внимания к той или иной фирме.