Текст книги "Радиолокация без формул, но с картинками"
Автор книги: Михаил Размахин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц)
Радиолокации пора осваивать космос
В 1946 году специалисты Венгрии и США впервые осуществили прием отраженных радиолокационных сигналов при облучении Луны. С тех пор спутница нашей Земли непрерывно изучается с помощью радиолокационных установок, которые непрерывно совершенствуются. Радиолокация помогла не только точно измерить расстояние до Луны, но и высказать целый ряд предположений о ее строении и характере поверхности. Нетрудно понять, насколько необходима была эта информация для посадки на поверхность Луны советских автоматических межпланетных станций и космических кораблей «Апполон» с исследователями на борту.
В 1961 году ученым СССР, США и Англии удалось получить отраженные сигналы при радиолокации Венеры. В советской печати подробно освещались результаты этих работ, за которые коллектив ученых во главе с академиком В. В. Котельниковым был удостоен Ленинской премии.
Дальнейшими этапами развития космической радиолокации были успешные опыты по исследованию Марса и даже Юпитера в 1963 году. Насколько трудно было осуществить эти эксперименты, позволяют судить такие цифры. Расстояние до Юпитера 1 200000 000 километров, задержка обратного сигнала 1 час 6 минут, время за которое накапливался слабый отраженный сигнал – свыше 20 часов. Представляете себе, сколько труда было вложено в создание такого чувствительного радиолокатора, который смог бы «поймать» цель, удаленную на такое огромное расстояние? И все-таки наши советские специалисты смогли решить и эту задачу.
Ученые и радиоспециалисты США осуществили успешный эксперимент по радиолокации Солнца. И в этом случае слабый эхо-сигнал пришлось накапливать 17 минут. Значительное время для радиолокации, где счет идет на миллионные доли секунды. В этом эксперименте удалось получить данные о характере радиоизлучения Солнца, о движении массы солнечной короны и о скорости солнечного ветра.
Всем, кто внимательно следит за ходом работ по исследованию космического пространства, должна быть известна та важная роль, которую играет радиолокация. Вывод космических кораблей на орбиту, слежение за траекторией их полета, мягкая посадка межпланетных станций и приземление космических кораблей с экипажем на борту, даже поиск уже приземлившихся или приводнившихся кораблей – вот далеко не полный перечень задач, выполняемых радиолокационными станциями.
Сближение космических кораблей на орбите, стыковка, путешествие американского корабля «Апполон» к Луне и обратно показывают, какого высокого уровня достигла современная радиолокация.
И, наконец, совсем недавно, в 1970 году, был проведен блестящий космический эксперимент, в ходе которого советская автоматическая станция «Луна-16» доставила на Землю образцы лунного грунта. Точность выведения станции на орбиту, управление ее полетом, организация бурения и возвращение «Луны-16» на Землю удивили всех, кто следил за ходом этого уникального эксперимента. Даже осторожные в оценках специалисты на этот раз в статьях и комментариях на страницах газет не скупились на восторженные отзывы.
Значительная часть вполне заслуженных похвал должна быть отнесена и к радиолокации. С ее помощью специалисты контролировали запуск космического корабля, следили за совпадением истинной траектории с расчетной. Данные радиолокаторов послужили исходным материалом для расчета маневра коррекции траектории. Радиовысотомер помог станции осуществить мягкую посадку на поверхность Луны. Те же радиолокаторы, что провожали «Луну-16» в трудный полет, встретили ее на обратном пути и «привели» в точку приземления. Так что успешный исход грандиозного эксперимента – это подлинный триумф радиолокации.
Все мы постепенно привыкаем к жизни в космическом веке. Информацию о запуске очередного спутника серии «Космос» с большим трехзначным номером теперь уже печатают где-то на третьей-четвертой страницах центральных газет. Вы помните заголовок сообщения о полете очередного космического корабля с экипажем на борту? «На работу в космос!» Рядом с привычным словом «работа» даже слово «космос» начинает терять свою романтическую окраску. Да, в приземном космосе человечество переходит к работе, а космические разведчики – беспилотные аппараты – уходят к другим планетам солнечной системы. На околоземных орбитах вспыхивают огни сварки, по Луне колесит деловитый исследователь – «Луноход-1». Эта очень симпатичная машина, в которой соединились и привычные для нас, землян, формы, и детали машин, созданные воображением фантастов, проводит механический и химический анализ лунных пород, изучает рельеф поверхности Луны, словом, трудится изо всех сил.
Ну а как работает в космосе радиолокация? Мы уже говорили, что ни один запуск космического аппарата не обходится без участия радиолокационных станций. Но этим роль радиолокации не ограничивается. В недалеком будущем на космических орбитальных аппаратах предполагается устанавливать радиолокационные станции, которые позволят не только проводить научные исследования, но и помогут решить важные народнохозяйственные задачи.
Некоторое представление об областях применения радиолокаторов может дать приводимый ниже перечень, составленный по материалам зарубежной печати.
1. Сельское и лесное хозяйство: исследование плотности растительного покрова, распределение лесных массивов, лугов и полей, определение вида почв, их температуры и влажности, контроль за состоянием ирригационных систем, обнаружение пожаров.
2. География: определение структуры землепользования, распределение и состояние транспорта и систем связи, развитие систем переработки природных ресурсов, топография и геоморфология.
3. Геология: определение состава пород и их структуры, стратиграфия осадочных пород, поиск минеральных месторождений, отработка техники разведки полезных ископаемых.
4. Гидрология: исследование процессов испарения влаги, распределение и инфильтрация осадков, изучение стока грунтовых вод и загрязнения водных поверхностей, определение характера снегового и ледового покрова, наблюдение за водным режимом главных рек.
5. Океанография: определение рельефа волнующейся поверхности морей и океанов, картографирование береговой линии, наблюдение за биологическими явлениями, проведение ледовой разведки.
Пока еще очень трудно говорить о конкретных схемах космических радиолокаторов, которые будут проводить эти исследования, но уже сейчас можно представить тот огромный объем работы, который им предстоит выполнить.
Если Вы на основании приведенного перечня прикинете, хотя бы приблизительно, сколько людей так или иначе связано с радиолокацией, то наберется довольно большая армия людей, которые знают, что такое радиолокатор, как он работает и что он может сделать. Но значительно большее число людей ежедневно сталкивается с радиолокацией, даже и не подозревая, что…
Она всегда рядом с каждым из нас
Заранее догадываюсь, что Вы хотите сказать. Да, вполне может быть, что Вы человек сугубо штатский и не занимаетесь наукой. Но это вовсе не значит, что радиолокация так далека от Вас, как это кажется. Она рядом с Вами всегда и везде. Не верите? Немного терпения, немного воображения, и я постараюсь убедить Вас в этом.
Каждый год приходит время летних отпусков. Одни надеются лишь на свои собственные силы и отправляются отдыхать дикарями, другие полагаются на профсоюзные организации. Мой друг Виктор, о котором дальше пойдет речь, принадлежит, несомненно, ко второй категории отпускников. Поэтому еще задолго до начала отпуска он приложил все силы, чтобы достать хорошую путевку. Что сейчас считается хорошей путевкой? Несколько лет назад это была бы, конечно, путевка на юг, на Черноморское побережье. А теперь мода и Курортное управление начинают перераспределять потоки отдыхающих, отвлекая их от жаркого и перенаселенного юга в направлении прохладного, величественного, сказочно красивого севера. Круизы по северным морям, поездки на Шпицберген – вот самые модные маршруты нашего времени. Теперь Вам ясно, почему был счастлив Виктор, когда ему удалось получить путевку в международный дом отдыха в Гренландии, в живописном местечке с поэтическим названием Тулé. Правда, путевка была, что называется, горящей. Но зато какая путевка! Надо сказать, что путешествие не обмануло ожиданий Виктора. Он приехал отдохнувший, загоревший и переполненный впечатлениями. Целую неделю он мешал всем работать, рассказывая по нескольку раз одно и то же. Вот почти стенографическая запись рассказа Виктора.
Как я ездил в Гренландию
Ну, привет! Ты же знаешь, что мне подсунули путевочку, которая уже горела белым пламенем. Собираться было некогда. Побросав в чемодан пару нейлоновых носков, две-три сорочки, смокинг, электробритву и тренировочные штаны, я захлопнул дверь квартиры и выскочил из дома. К счастью, в этот момент к соседнему дому подошло такси, из которого вышел пожилой человек в темных очках с большой тростью красного дерева. Он вошел в дом, а на лобовом стекле такси зажегся желанный зеленый огонек.
В аэропорт и, пожалуйста, побыстрее, – говорю в кожаную спину шофера и наконец-то перевожу дыхание. Билет на самолет в кармане, чемодан рядом на потертом сидении такси. Кажется, все в порядке, еду.
Войдя в мое положение и предчувствуя возможность материального поощрения, шофер погнал машину, не особенно заботясь о соблюдении правил уличного движения. Ну и, как всегда в таких случаях, ОРУД не дремал. Вскоре нас обогнала и прижала к обочине сине-желтая милицейская «Волга». Штраф! Но меня это уже почти не волнует. Скорей, скорей в аэропорт! Проскакиваем длинный темный туннель и вырываемся на просторное загородное шоссе. Два-три поселка, несколько крутых поворотов, и вот, наконец, аэропорт. Ух, кажется, все-таки успел. Бегом к трапу, и вот уже мягкое сиденье приняло в свои объятья незадачливого отдыхающего. Взлет, самолет быстро пробивает низко нависшие над аэродромом тучи, и яркое солнце залило салон, внося умиротворение и блаженное спокойствие в души путешественников. Но вот и посадка. Мягкий толчок, и самолет подруливает к зданию аэропорта. Опять такси мчит меня через весь город в морской порт. Мимо мелькают величественные здания старого портового города. А вот и причалы, у одного из которых пришвартован наш лайнер, похожий издали на белоснежный айсберг, а вблизи – на растревоженный муравейник. Едва успел распаковать вещи и устроиться в каюте, как корабль отчалил и палуба под ногами стала заметно вибрировать. Момент выхода корабля из порта пропускать никак нельзя, выскакиваю на палубу, машу неизвестно кому рукой, только чтобы не выделяться в толпе у поручней, а в это время лайнер, лавируя между стоящими на рейде судами, выходит из гавани. Скорость возрастает, и вот уже теплоход мерно покачивается на волнах. Спешка окончена, можно и отдохнуть, тем более, что громкоговорители разносят по палубам классическую реплику актеров-неудачников: «Кушать подано!»
Отведав морской кулинарии, снова выхожу на палубу. Но прогулки не получилось. На море туман, ничего не видно и как-то промозгло, холодновато. Это не тропики.
Что ж, придется идти спать, утешая себя мыслью, что от сна еще никто не умирал. Завтра будем на месте, а мерная вибрация корпуса от мощных двигателей может заменить любое снотворное.
А утром уже любуемся величественными (что поделаешь, раз они действительно величественные) берегами Гренландии. Вот и дом отдыха. Прекрасный климат, хорошее питание, приятное общество, а по вечерам дежурное местное блюдо – полярное сияние. Все, конечно же, ходят его смотреть, прямо ритуал какой-то (кроме картежников – наши играют в преферанс, иностранцы – кто во что горазд). Зрелище действительно потрясающее, и в первый, и во второй раз, и дальше, наверное, впечатление будет то же. Правда, наблюдать его приходится на фоне каких-то громадных зданий фантастической архитектуры, но и к ним можно привыкнуть, как к декорациям на сцене. Говорят, что это какой-то научно-исследовательский институт. Ну, да бог с ним. А сияние – это здорово, попробую передать впечатление от него…
Дальше идут неясные междометия, выражающие его восторг, восхищение и тому подобные чувства. Их не стоит приводить, тем более, что еще никому не удалось описать это зрелище. Полярное сияние охватило Виктора мягкими мохнатыми лапами и теперь торжествующе размахивало над ним своими переливающимися, сказочно красивыми крыльями. Ну и пусть себе размахивает, а мы вернемся к радиолокации. Вы еще не забыли, о чем идет речь в книжке?
О радиолокации. Но при чем она в этой главе? Пока что о ней не сказано ни слова! Ни слова? Это только с первого взгляда! На самом деле мы только и делали, что говорили о радиолокации. Повторим же, уважаемый собеседник, маршрут поездки Виктора. Но теперь я каждый раз буду показывать Вам, где спряталась очередная радиолокационная станция.
Итак, опаздывающего Виктора выручило такси, из которого вышел «пожилой человек в темных очках с толстой тростью красного дерева». Загибайте один палец! Этот пожилой человек, к сожалению, практически полностью потерял зрение, и трость в его руках не что иное, как радиолокационная станция-поводырь. Определяя дальность до окружающих предметов, она помогает людям, потерявшим зрение, ориентироваться в окружающей их обстановке. Благородная миссия, не правда ли?
Весит такой радиоповодырь всего 1,5–2 килограмма и работает весьма надежно. Но и это не предел! В Новой Зеландии живет мистер Спивак – первый слепой, носящий… радиолокационные очки. Три миниатюрных радиолокатора, вмонтированные в оправу очков, звуковым сигналом предупреждают его о всех препятствиях, встречающихся на пути.
Поехали дальше. Помните: водителя оштрафовали за превышение скорости? Загибайте второй палец. Заметили антенну на крыше милицейской «Волги»? Это и есть помощник ОРУДа в борьбе с нарушителями правил уличного движения – портативная радиолокационная станция, определяющая скорость движения автомобилей. Трепещите, нарушители, скоро все машины ОРУДа будут оборудованы такими радиолокаторами. На автострадах, ведущих к столице, появились транспаранты с обращением к водителям: «Внимание! Движение контролируется вертолетами и радарами». Сотрудники ГАИ получили самые современные средства наблюдения за порядком на дорогах и для предотвращения транспортных происшествий.
С одного из подмосковных аэродромов поднимается вертолет КА-26, окрашенный в ярко-желтый цвет и имеющий на борту хорошо заметную надпись «ГАИ». В кабине рядом с пилотом дежурный инспектор отделения вертолетного патрулирования. КА-26 оснащен фото– и кинокамерами, мощными акустическими устройствами и динамиками, укрепленными под фюзеляжем. Специальный радиопередатчик позволяет поддерживать непрерывную связь с автомашинами «Волга», ГАЗ-24, следующими в том же направлении, что и вертолет. Эти автомобили оборудованы радарными приборами, с высокой точностью измеряющими скорость движения транспорта по шоссе. Инспекторы ГАИ продемонстрировали радар в действии: едва «нарушитель» превысил установленную скорость, радиолокатор отметил это на своей шкале, а кроме того, запищал зуммер и вспыхнула сигнальная лампочка.
Воздушное патрулирование дорог осуществляется на высоте нескольких десятков метров. Если на дороге случится происшествие, вертолет тут же вызовет ближайший наземный патруль, а при экстренной необходимости сам совершит посадку рядом с потерпевшей аварию машиной, возьмет на борт пострадавших и доставит их в больницу[12]12
«Известия», 1971, 6 февраля.
[Закрыть].
Радиолокация помогает ОРУДу не только следить за соблюдением правил уличного движения, но и облегчает управление автомобилем при плохой погоде. На выставке научно-исследовательского центра фирмы Филипс недавно демонстрировали модель микроволнового радиолокатора, который устанавливается на автомашинах. Какие бы каверзы ни приготовила погода: дождь, туман или снег – на экране перед водителем четко видно изображение дороги со всеми движущимися и неподвижными предметами на расстоянии до 60 метров. Водитель может уверенно вести машину, почти не снижая скорости.
Для утомленных, невнимательных или просто неумелых водителей полезно установить в автомашине и другую новинку радиолокационной техники – радиолокационную станцию, управляющую тормозным устройством автомобиля. Одна из американских фирм приступила к широкой продаже таких устройств, имеющих два режима работы. Первый режим – загородный. Радиолокационная станция начинает притормаживать автомобиль в случае приближения к какой-либо преграде ближе чем на 50 метров. При любой скорости движения система остановит автомобиль не ближе чем за 2–3 метра до препятствия. Второй режим – городской. При работе в таком режиме система рассчитана на движение со скоростью не более 40 километров в час. Торможение начинается с расстояния 9—12 метров, полная остановка в 2–3 метрах от преграды. Специалисты считают, что такое устройство будет пользоваться большим спросом автомобилистов.
Готовьте третий палец – приближаемся к туннелю. Вы не видите радиолокатора, а он Вас видит. Управление движением автомашин в этом туннеле осуществляет радиолокационная система. Не верите? Вот реальный пример! В середине 1966 года близ Амстердама был открыт для автомобильного движения подводный туннель, длина которого больше 1,3 километра. По широкому шоссейному полотну туннеля в обоих направлениях в несколько рядов непрерывно движется плотный поток машин. За сутки через туннель в каждом направлении проходит около 20 тысяч автомобилей. При таком интенсивном движении и на открытых дорогах часто ставят регулировщика, а уж в туннеле, где почти невозможно маневрировать, система управления движением просто необходима. Вам уже ясно, кто взялся выполнить эту трудную задачу? Правильно, радиолокация.
Вдоль обеих обочин дорожного полотна в туннеле установлено по 30 радиолокационных датчиков. Когда машина, идущая в первом ряду, проходит мимо такого датчика, в его приемник попадает отраженный импульс, который передается в диспетчерский пункт. Машины второго, третьего и последующих рядов не регистрируются датчиком, так как они экранируются автомашинами первого, ближайшего к датчикам ряда. Казалось бы, что система не может управлять движением, если она «видит» только машины первого ряда. Но это не так. Если датчики регистрируют не только проезд каждой автомашины, но и определяют ее скорость, то можно эффективно управлять движением. В роли регулировщика выступает вычислительная машина, к которой поступают сигнальные импульсы от датчиков.
При нормальной обстановке все машины движутся более или менее равномерно с установленной скоростью, скажем 60 километров в час, и вмешательства вычислительной машины не требуется. Но вот на каком-то участке туннеля скорость машин падает почти до нуля. Внимание! Где-то впереди затор! Нужно срочно принять меры, переключить светофоры и вызвать техническую помощь. Если происшествие случилось в первом ряду, то автомашины могут не снижать скорости, а перестроиться на ходу в соседний ряд. Неужели ЭВМ-регулировщик не заметит аварии? Нет, этого не случится. Каждая из входящих в туннель машин последовательно отмечается всеми датчиками, мимо которых она прошла. Если машина перестраивается во второй ряд, то импульсы от нее поступать больше не будут. В памяти ЭВМ строится как бы траектория движения всех машин первого ряда, и если вдруг отметка от нескольких последовательно идущих автомашин после прохождения ими какого-то датчика пропадает, значит впереди авария. ЭВМ подает сигнал тревоги и показывает на экране специальной телевизионной системы место аварии. Радиолокационная система еще и считает количество прошедших автомашин. А так как проезд по такому туннелю стоит недешево, то вылавливание «зайцев» и подсчет прибыли – тоже важное дело.
Пока мы говорили о туннеле, машина подошла к аэропорту. Вот уж где поистине царство радиолокации! Считайте сами:
1) метеорологическая РЛС.
2) станция кругового обзора.
3) станция управления воздушным движением.
4) радиолокационная система посадки.
Теперь посмотрим, что установлено на самом самолете, который принял на борт Виктора:
1) радиолокатор кругового обзора.
2) оборудование для слепой посадки на взлетно-посадочную полосу. В его состав входят обычно две-три различные радиолокационные установки (радиолокационный высотомер, допплеровская РЛС, определяющая скорость самолета относительно посадочной полосы и т. д.)
3) система предотвращения столкновений в воздухе. Она определяет координаты и скорость объектов, представляющих опасность для самолета. Бортовая вычислительная машина строит по этим данным траекторию движения встречного самолета и так прокладывает безопасный курс движения воздушного корабля.
Обо всех станциях мы уже рассказывали. Здесь, пожалуй, следует, упомянуть еще об одной довольно необычной станции. Используя эффект Допплера, она определяет вертикальную составляющую скорости самолета в самый последний момент перед касанием взлетно-посадочной полосы. По этим данным несложное вычислительное устройство, также установленное на борту самолета, определяет силу удара самолета о поверхность земли. От посадки к посадке прибор накапливает информацию о всех ударах, которые выдержало многострадальное шасси, и определяет, когда оно начнет «уставать». После этого эксплуатировать данное шасси уже нельзя, его надо заменять, иначе в любой момент оно может сломаться. Вот Вам еще один страж безопасности полета. На этом простимся с авиационными радиолокаторами. Перейдем к морским. На берегу расположены:
1) метеорологическая радиолокационная станция.
2) станция контроля движения судов в акватории порта.
3) радиолокационная система проводки судов вблизи побережья.
На самом судне установлены:
1) радиолокатор кругового обзора (это он помогает судну уверенно двигаться в тумане и ночью).
2) радиолокационные системы швартовки и предупреждения столкновений и еще одна-две станции, характер которых зависит от специализации судна.
Поменьше, конечно, чем на боевом корабле, но тоже не мало.
Добрались до дома отдыха. Неужели и здесь есть радиолокационные станции? Так можно заболеть радиолокационным вариантом мании преследования. И все-таки будет еще одна станция. Помните здания фантастической архитектуры. Это и есть последняя в нашем путешествии встреча с радиолокацией. Неизвестный научно-исследовательский институт – станция дальнего обнаружения и слежения за ракетами, спутниками и другими космическими объектами. Теперь все. Сколько же станций Вы насчитали?
Если Вам кажется, что автор сгустил краски, то Вы не совсем правы. На сегодняшний день положение таково, что в этом не было необходимости. Хотите еще несколько подтверждений? Пожалуйста! Обратимся к газетам. Возьмем любой номер «Известий», скажем за 19 декабря 1969 года. Смотрим внимательно. Первая страница – ничего о радиолокации, вторая, третья – тоже ни слова, но вот на четвертой – интервью с министром гражданской авиации Е. Ф. Логиновым. Читаем: «…советские ученые, конструкторы, инженеры приступили к практическому решению сложной проблемы автоматического захода на посадку и приземления в неблагоприятных условиях погоды. Тем самым значительно сократятся случаи нарушения расписания и отмены рейсов». Вот вам и радиолокация. Ясно, что без нее здесь не обойтись. Но это еще не все. Внизу на той же странице короткая корреспонденция, приведем ее полностью.
«Танкер „Братислава“ Новороссийского морского пароходства шел по Атлантике, когда на экране радара (иногда используемый термин, означает „радиолокационная станция“) появилось изображение непонятного препятствия. Вахтенные сообщили о приближении темного шара. Моряки терялись в догадках – что это? На судне объявили тревогу, сбавили ход, задраили иллюминаторы. Через несколько минут произошло столкновение с огромной тучей черных жуков. Они буквально засыпали палубу и надстройки, покрыв их толстым шевелящимся слоем. Неприятные насекомые проникли во все укромные места, забились в щели. Экипажу потребовался целый день, чтобы выбросить за борт непрошеных гостей. Объявленная тревога оказалась не лишней».
Вот видите, задраили иллюминаторы, закрыли все щели и то целый день доблестно сражались с жуками. И если бы не радиолокатор, отразить нашествие было бы значительно труднее. А если взять любую газету перед Днем Советской Армии и Военно-Морского Флота, Днем ракетных войск, Днем радио, Днем авиации, Днем пограничника и целым рядом других Дней, то вы уж наверняка найдете несколько заметок о радиолокации. Думаю, что приведенных примеров вполне достаточно, чтобы любой сколь угодно недоверчивый читатель, уяснил себе, что он живет в мире, который уже сейчас насыщен радиолокационными станциями. Так что, видимо, имеет смысл познакомиться с радиолокацией поближе. Что она может делать, мы уже знаем. Но вот как она это делает, пока неизвестно.
