Радиолокация без формул, но с картинками

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.

Значительно проще рассказать о применении радиолокации в гражданском воздушном флоте, на транспорте, на пассажирских и торговых судах. Но ведь основные принципы работы этих станции те же самые, что и радиолокаторов, используемых в армии. Поэтому не надо удивляться, если в качестве примера станции управления воздушным Движением в ВВС мы приводим описание системы гражданского аэродрома, а при рассказе о морских радиолокаторах говорим о радиолокационной системе проводки торговых судов. Это, кстати, избавляет нас от необходимости отдельно рассматривать «гражданские» радиолокационные станции, аналогичные тем, которые применяются в армии.