Текст книги "Радиолокация без формул, но с картинками"
Автор книги: Михаил Размахин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 9 страниц)
Плавающие радиолокационные станции
Моряки тоже не упустили возможности использовать преимущества радиолокации. Современный корабль в зависимости от его класса имеет на борту от одной-двух до 35 радиолокационных станций (по зарубежным данным, линкоры или авианосцы – 30–35 радиолокаторов, крейсера – до 20 станций, эскадренные миноносцы – до 10, подводные лодки – до 5, и даже портовые буксиры имеют хотя бы одну радиолокационную станцию).
Чем же занято это многочисленное семейство радиолокаторов?
Первая станция – наша старая знакомая – радиолокационная станция кругового обзора. Она служит для наблюдения за окружающей обстановкой, предупреждая моряков о появлении и своих кораблей, и кораблей противника. Вращающаяся антенна этой станции хорошо видна на любом корабле. Ее стремятся расположить как можно выше, чтобы палубные надстройки и мачты не мешали обзору пространства.
Так же, как и в авиации, действует здесь и радиолокационная система обнаружения кораблей, которая не дает противнику подойти незамеченным. Часто на кораблях устанавливают специальные станции для наблюдения за воздушным пространством. Они, как надежные часовые, охраняют корабли от воздушного налета. Специальные станции корректируют стрельбу корабельных орудий главного калибра, наводят зенитные орудия на самолеты врага и управляют стрельбой торпедами. Даже в своем родном порту радиолокация надежно охраняет корабль, позволяя ему в любую погоду избегать столкновений с маневрирующими судами. Созданные в последнее время судовые радиолокационные станции с помощью простых вычислительных устройств заранее предупреждают экипаж о возможности столкновения судна с находящимися в опасной близости кораблями, чтобы капитан мог вовремя изменить курс. Вот так и набираются десятки станций, которые необходимо установить на каждом современном корабле. Следует добавить еще радиолокаторы, установленные на борту самолетов военно-морских сил, радиолокационные системы наведения ракет, которыми вооружены боевые корабли – ракетоносцы, радиолокаторы на борту вертолетов, используемых для поиска и уничтожения подводных лодок и так далее.
А сейчас мы несколько подробнее остановимся на радиолокационной системе навигации, которая обеспечивает безопасность судов при плавании вблизи морских берегов, в устьях рек и акваториях портов. Рассмотрим одну из таких систем, которая создана в ФРГ и обслуживает побережье Балтийского моря и устья впадающих в него рек.
В 1958 году после многолетних исследований министерство путей сообщения ФРГ приняло решение о создании радиолокационной системы на реках Эльбе и Везере для обеспечения безопасности судоходства ночью и во время тумана. В 1966 году эта система была дополнена линией радиолокационных станций на Эльбе. Кроме того, в последние годы была построена радиолокационная линия в Гамбургском порту. Необходимость таких линий береговых станций связана с тем, что судовые радиолокационные приборы, хотя и позволяют обнаруживать цели и определять их координаты, но не всегда могут дать достаточно информации о них. Отдельный судовой радиолокатор не позволяет оценить обстановку на большом участке извилистой и довольно узкой реки, поэтому создание системы очень помогает судоводителям.
Операторы, находящиеся у экранов береговых радиолокационных станций, не только хорошо знают район, но используют также дополнительную информацию из самых различных источников. Судовое командование получает от них по радио точные данные о положении на трассе и благодаря этому имеет возможность принять необходимые меры для обеспечения безопасности движения.
Судоходный участок реки Везер очень узок, длина его от маяка Альте Везер до Бремерхафена примерно 60 километров. Затопляемые приливом песчаные отмели, которых много на этом участке, представляют опасность для судоходства. Поэтому местом установки радиолокационных станций были выбраны три маяка: Альте Везер, Хое и Роббен Плате, – дополнительно был построен маяк в Блексене. Максимальная дальность действия радиолокаторов была выбрана равной 12 километрам. При этом на экране индикатора одновременно можно наблюдать изображение предметов, расположенных на участке с радиусом 6 километров. Так как фарватер Везера очень узок, то было необходимо, чтобы радиолокаторы позволяли наблюдать раздельно цели, находящиеся друг от друга на расстоянии 15 метров. Антенны были установлены на вышках трех маяков, над источниками света, поэтому проектировщики стремились по возможности уменьшить общий вес антенны, вращающего ее привода и другого оборудования. Радиолокационные станции должны быть не только малогабаритными и надежными в эксплуатации, но и стойкими к воздействию морского климата.
Так как радиолокационная информация обрабатывается в Бремерхафене, то для передачи изображений и всех сигналов управления и телекоманд предусмотрены радиорелейные линии связи.
В настоящее время оператор передает на судно по переговорному УКВ устройству сведения о положении на данном участке фарватера и обращает внимание командования судна на возможные опасности. В перспективе данные радиолокатора будут автоматически передаваться по радио на борт судна. Специальные приборы по этим сигналам воссоздадут на своих экранах обстановку на трассе. Эта картина должна иметь такую же четкость, как и изображение на экране радиолокатора. Соответствующая аппаратура должна доставляться на судно лоцманом или установлена на борту каждого судна.
Для передачи информации необходимо использовать как можно более узкую полосу частот, так как в районах портовых городов и без того работает много станций и эфир сильно перегружен.
Создатели этой системы рассматривают проблему опознавания судов. Даже при максимальной разрешающей способности, обеспечивающей достаточную четкость контуров цели, обычно трудно опознать цель. В воздушной навигации для этого устанавливают на самолете импульсный ответчик, посылающий в момент приема радиолокационного и запросного импульсов опознавательный сигнал, который затем в радиолокаторе попадает на экран индикатора рядом с сигналом от самолета. Но для этого необходимо установить импульсные ответчики на всех опрашиваемых объектах. Можно обойтись и без ответчика. Этот метод был испытан в системе наземных радиолокационных станций, обеспечивающих безопасность движения судов. В этом случае бортовое переговорное УКВ устройство, применяемое для связи с радиолокационной станцией, пеленгуется двумя УКВ пеленгаторами. Данные этих пеленгаторов используются для определения положения опрашиваемого судна. Таким образом, последовательно могут быть опознаны все суда.
Чтобы облегчить оператору наблюдение за опознанными судами, рядом с соответствующей радиолокационной отметкой на экране может быть высвечено условное обозначение. Кроме линий направления на цель на экран может быть нанесена карта всего района или характерные объекты, например бакены. Когда бакены из-за ледохода снимаются, их положение на экране остается отмеченным.
Так, уже в 1955 году была осуществлена проводка морских судов с помощью радиолокационных линий на Черном море, в окрестностях Одессы. Сейчас радиолокационные поводыри трудятся и на Балтийском море, и на берегу Кольского залива, обеспечивая безопасность судов на самых опасных участках фарватера и около портов, где всегда особенно активное движение судов. Чувствуя себя уверенно, капитаны могут вести свои корабли на большой скорости, а это экономит время и позволяет увеличить пропускную способность портов.
Есть и еще один любопытный пример применения радиолокационной станции на море. На Лейпцигской ярмарке 1967 года демонстрировались радиолокаторы, предназначенные для установки на пожарных катерах. Такие станции окажут неоценимую услугу морским пожарникам, которым приходится работать в клубах дыма, когда на расстоянии нескольких метров уже ничего не видно.
А уж если морякам не повезет и им придется покинуть родной корабль и спасаться от разбушевавшейся стихии на шлюпках, то и тут радиолокация придет на помощь. Для этого разработаны специальные РЛС поиска и спасения на море, которые имеются в распоряжении береговой охраны. При большом волнении на море они за 16 километров уверенно обнаруживают шлюпку с потерпевшими бедствие. После этого можно уже не волноваться за их судьбу.
Общевойсковая радиолокация
Ну и наконец, сухопутные войска. В авиации радиолокационные станции летают на самолетах, на флоте плавают на кораблях. Ну а в современных сухопутных войсках, где уже давно нет пехоты в привычном для всех нас смысле слова, радиолокационные станции перемещаются на колесах, а в одном из иностранных журналов был даже приведен снимок оператора, переносящего РЛС в небольшом футляре на спине.
Поэтому в названии почти всех станций, используемых в иностранных сухопутных войсках, будут встречаться слова: портативная, переносная, передвижная, мобильная и так далее. Однако, несмотря на свою «малокалиберность», эти станции выполняют весьма важные функции и любой наземный бой в наше время просто немыслим без радиолокации. Самая главная их задача – это, конечно, наблюдение за полем боя. По данным зарубежной печати, в настоящее время общевойсковой командир имеет в своем распоряжении, например, такие станции.
Переносная полевая радиолокационная станция. Работающий на ней оператор обнаруживает движение войсковой колонны за 1,5–2 километра, машину – за 6 километров. Усовершенствованный вариант этой станции имеет вес всего 4,5 килограмма и обслуживается одним оператором, да и тому не обязательно находиться около самого радиолокатора – хорошей мишени для противника. Оператор может находиться за сотни метров от станции, так как в ней предусмотрено дистанционное управление. В радиолокаторах такого типа не делают индикаторов с большими экранами. Обнаружение цели производится оператором на слух, так как принятый отраженный сигнал преобразуется в звуковой, высота тона и громкость которого зависят от характера цели. Опытный специалист может, например, на слух определить, что он обнаружил: одного или несколько идущих солдат, или, может быть, ползущего разведчика, машину на гусеничном ходу или колесный автомобиль. Некоторые станции могут обнаружить даже нейлоновый шпагат диаметром 3,2 миллиметра на расстоянии до 300 метров.
Созданы портативные станции, которые заменяют часовых при охране важных объектов. Они обнаруживают человека за 45 метров, машины за 180 метров и определяют скорость движения замеченных объектов.
Как видите, совсем неплохие характеристики. А ведь разработчикам пришлось не только решать сложные задачи, связанные с разработкой малогабаритных портативных радиолокаторов, но и преодолеть ряд других трудностей. Главная из них – помехи от местных предметов. Когда луч радиолокатора направлен в небо, то он может встретить на своем пути лишь самолеты или ракеты. Отметки от них будут отчетливо видны на чистом экране индикатора. Когда же радиолучи скользят вдоль поверхности земли, любые строения, лес, холмы и все окружающие предметы будут видны на экране. На их фоне совсем непросто заметить нужную цель. Вот тут-то и находят применение допплеровские радиолокаторы с непрерывным излучением (помните мы о них говорили в одной из первых глав). В приемники таких станций попадают лишь сигналы от движущихся объектов, а это как раз то, что нужно. Сигналы, отраженные от неподвижных местных объектов, не будут приняты и не помешают обнаружить движущиеся цели.
Есть в иностранных войсках и воздушные радиолокаторы-разведчики, установленные на вертолетах. В одной из таких вертолетных станций весьма остроумно решена задача непрерывного обзора поверхности земли. Обычно для этого применяют вращающуюся антенную систему со специальным двигателем. А тут конструкторы взяли и разместили антенну в лопастях несущего винта вертолета, ведь он же все равно вращается. И теперь винт кроме основной своей обязанности – поддерживать вертолет в воздухе – выполняет еще и роль вращающейся антенны для системы кругового обзора.
Противоартиллерийские радиолокаторы кроме разведки выполняют еще одну важную задачу – защищают свои войска от артиллерийского или минометного огня противника и от тактических ракет. Радиолокаторы непрерывно наблюдают за позициями противника и как только замечают летящую мину, снаряд или ракету противника, то сразу же переходят на слежение за ними. Данные о траектории снаряда поступают в вычислительное устройство, которое через несколько секунд строит полную траекторию полета и определяет точку, откуда послан снаряд. Данные передаются на артиллерийские позиции, и по точке, где расположено орудие противника, мгновенно открывается подавляющий огонь. При этом та же самая станция, которая обнаружила врага, корректирует огонь своих орудий, прослеживая на этот раз траекторию полета своих снарядов и определяя место их падения. Так же действует эта система при ракетном или минометном обстреле.
Как и во всех родах войск, в сухопутных войсках есть радиолокаторы наблюдения за воздушным пространством, станции наведения зенитных ракет и истребителей противовоздушной обороны. Состоят на вооружении и другие станции.
Вообще говоря, используемая нами классификация радиолокационных станций по их применению в различных родах войск довольно условна. Куда, например, отнести радиолокационные взрыватели, размещенные в артиллерийском снаряде, которые использовали воюющие стороны во время второй мировой войны. В ней есть и передатчик, и приемник, и источник питания – батарея элементов, начинающая работать от удара в момент выстрела. Когда снаряд приблизится к цели на заданное расстояние, взрыватель подает сигнал на взрыв снаряда. Применение таких устройств существенно повысило эффективность артиллерийского огня и в зенитной артиллерии, и военно-морском флоте, и в сухопутных войсках. Так к какому роду войск их приписать? Радиолокация верно служит во всех родах войск, охраняя от внезапного нападения и повышая боевую мощь современной армии.
Радиолокация и наука
А как же складываются отношения между радиолокацией и наукой? Неужели радиолокация оказалась неблагодарным ребенком, который в сутолоке дел совсем забыл про родителей – ученых? К счастью, так не произошло. Между наукой и радиолокацией сложились хорошие отношения, полезные для обеих сторон. Ученые непрестанно работают над усовершенствованием методов и техники радиолокации, а она, в свою очередь, оказывает им посильную помощь в исследовании природы.
Впервые радиолокационные методы были использованы в науке для исследования ионосферы. Вспомните, ведь первым прототипом радиолокатора была именно ионосферная станция М. А. Бонч-Бруевича. Ионосфера подобна слоеному пирогу, для каждого слоя которой характерна своя концентрация электронов и ионов. При определенной концентрации электронов в слое (она называется критической) радиоволны будут отражаться от него. Значение критической концентрации электронов для волн различной длины разное. Поэтому, замеряя высоту, на которой произошло отражение сигнала с той или иной длиной волны, можно получить распределение электронной концентрации по всей высоте ионосферы. Эти сведения представляют не только чисто академический интерес (с точки зрения физики атмосферы Земли), но и имеют большую практическую ценность. Зная характеристики ионосферы, можно прогнозировать условия распространения радиоволн, используемых в различных системах связи.
Незаменимым помощником стала радиолокация и для метеорологов. Мы уже немного говорили об этом в одной из глав, но хотелось бы остановиться подробнее. Самый простой метод наблюдения за погодой – это запуски шаров-зондов с метеоприборами. Если к такому шару-зонду прикрепить легкий металлический отражатель, то радиолокатор проследит за его перемещением на расстоянии в несколько сот километров. При этом удается установить скорость и направление воздушных течений на различных высотах. Это, так сказать, косвенный метод наблюдения за атмосферой. Но радиолокация может и непосредственно наблюдать за облаками, грозовыми фронтами и тайфунами.
Характеристики современных станций настолько совершенны, что позволяют не только регистрировать движение фронтов облачности, но и оценивать интенсивность осадков. Как сообщалось в зарубежной печати, создана метеорологическая радиолокационная станция, которая позволяет фиксировать даже турбулентные образования в чистой атмосфере, то есть, грубо говоря, замечать завихрения, возникающие при перемещении слоев атмосферы. Эта станция имеет такую чувствительность, что специалисты на расстоянии в 16 километров могут отличить пчелу от бабочки[10]10
Многие, весьма авторитетные специалисты, считают приведенный пример образцом рекламы, а не объективной информацией.
[Закрыть]. Особенно важную роль играют метеорологические радиолокаторы при наблюдении за ураганами и тайфунами. На основании полученных данных посылаются предупреждения командам судов, находящихся в угрожаемых районах, и летчикам, маршруты которых пролегают вблизи опасных мест.
Насколько успешно действуют такие системы? Например, центральная авиаметеорологическая станция Москвы, обслуживающая московские аэродромы и оснащенная весьма совершенными радиолокационными станциями, только за 1969 год обеспечила 200 тысяч самолетовылетов. Причем ни один самолет не возвратился из рейса из-за неоправдавшегося прогноза.
Высокая точность измерения расстояния до отражающего объекта, которую обеспечивают современные станции, позволяет использовать радиолокацию для картографирования земной поверхности, причем картографирование может осуществляться и с самолетов, что позволяет охватить сразу очень большие площади. В иностранной печати сообщается, что загоризонтные радиолокаторы дадут возможность производить съемку береговых линий, удаленных на расстояние в тысячи километров. Это возможно потому, что сигналы, отраженные от морской поверхности, которая всегда хоть немного да волнуется, отличаются по частоте от эхо-сигналов, отразившихся от неподвижного берега (вспомните эффект Допплера).
Огромные пространства занимают в арктических морях торосистые льды – могучие поля, взломанные сжатиями, громоздящиеся друг на друга, спрессованные ветрами, спаянные морозами. Перед ними пасуют даже мощные современные ледоколы. В таких случаях на помощь приходит ледовая разведка[11]11
«Неделя», 1970, 2 августа.
[Закрыть]. Еще в начале освоения Северного Морского пути полярная авиация помогала морякам покорять суровые северные моря. Поднимается в воздух самолет с разведчиками на борту. Они зарисовывают ледовую обстановку, намечают на карте возможный маршрут движения каравана. Потом самолет на бреющем полете проносится над судном и сбрасывает на палубу вымпел с этой картой. Но в суровых условиях Арктики даже опытные пилоты не всегда могли вылететь на разведку – мешала погода. То была разведка визуальная. А теперь благодаря радиолокации начинает применяться разведка инструментальная. Для этого на борту самолета АН-24 была смонтирована радиолокационная установка с вполне арктическим названием «Торос». Каждые четыре минуты луч радиолокатора охватывает с большой высоты площадь в сотни квадратных километров, специальный фотоаппарат фотографирует изображение на экране радиолокатора – и подробная карта ледовой обстановки готова.
На одном из таких снимков крохотная с ноготок стрелка уперлась в пятнистое, как бы слоеное, нагромождение льда. Это ледокол «Киев» в северо-восточной части Карского моря. Закрыт путь кораблям, не пробиться через такую преграду ни флагману, ни каравану. Но рассмотрим следующий снимок. Тонкая белесая дорожка огибает ледяной массив, петляет по темным разводьям. Так шел «Киев» во главе своего каравана, шел в сплошном тумане, пользуясь маршрутом, рекомендованным ему радиолокационной разведкой.
А вот еще один случай. На полярном Урале летом 1969 года несколько недель подряд шли проливные дожди. Провести аэрофотосъемку перед выходом полевых партий геологов не удалось. Тут-то и выручила радиолокация. Поднялся с Воркутинского аэродрома АН-24 со своим «Торосом», глянул вниз сквозь дождевые облака, и суровый лик уральской земли со всеми ее морщинами запечатлелся на пленке. Геологи дивились: такие четкие изображения не всегда удавались аэрофотографам и при идеальной погоде.
Летал АН-24 и к Берингову морю, помогая рыбакам выбираться из льдов, и в Туркмению – там по радиолокационным изображениям земной поверхности определились источники подземных вод. Поступили заявки и от строителей-транспортников на разведку трасс будущих железных дорог.
Вот сколько нужных и полезных земных дел на счету у радиолокации! Но ей уже тесно в земных границах. Настало время, когда можно с полным основанием говорить о том, что…
