Текст книги "Радио на службе у человека"
Автор книги: Н. Малов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 5 страниц)
6. ОБРАБОТКА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Электромагнитные волны используются также и в пищевой промышленности. Многие пищевые продукты содержат большое количество воды. Когда необходимо сохранить продукты на длительное время, их требуется высушить, уничтожить содержащуюся в них влагу. Это «обезвоживание» продуктов может производиться при помощи электромагнитных волн, подобно обезвоживанию дерева, описанному выше.
Заставляя электромагнитные волны проникать в глубь различных продуктов, подвергающихся консервированию, удаётся также стерилизовать продукты (т. е. уничтожить бактерии, могущие вызвать гниение продуктов). В некоторых случаях при этом улучшаются вкусовые качества консервных изделий, Если консервы находятся в стеклянных банках, то стерилизация возможна непосредственно в банках.
7. УСКОРЕНИЕ РОСТА РАСТЕНИЙ
Подвергая воздействию электромагнитных волн семена некоторых злаков, клубни картофеля и других растений, удаётся в некоторых случаях ускорить рост растений после посадки этих семян и клубней. При этом растения не только созревают скорее, но и оказываются более стойкими и дают лучший урожай. Ускорение роста может иметь большое народнохозяйственное значение; например, на Украине хлопчатник не успевает созревать до наступления холодов. Ускорив созревание его при помощи электромагнитных волн, можно надеяться, что созревание хлопчатника наступит до наступления заморозков. Опыты подобного рода производились перед войной и у нас, и за границей. Нужно думать, что дальнейшее изучение влияния электромагнитных волн на развитие растений даст много ценного для сельского хозяйства.
8. БОРЬБА С ПАРАЗИТАМИ
Электромагнитные волны уничтожают различных паразитов, например, клещей, и мелких насекомых. Поэтому они применяются иногда для протравливания (обеззараживания) семян, причём волны одновременно могут влиять и на скорость развития растений, которые вырастут из этих семян.
В больших книгохранилищах часто замечается, что в старинных книгах, имеющих громадную ценность, заводятся паразиты, уничтожающие книги. Эти паразиты очень стойки, их не удаётся уничтожить, даже подвергая книги действию сильных ядовитых веществ. На помощь приходят электромагнитные волны. Они полностью уничтожают книжных паразитов.
Делались также предложения производить дезинфекцию при помощи электромагнитных волн для уничтожения клопов, вшей и других человеческих паразитов. Однако радиоустановки, необходимые для такой дезинфекции, получаются очень сложными и дорогими. Поэтому широкого распространения эти опыты не получили.
9. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В МЕДИЦИНЕ
Проникая в человеческий организм, электромагнитные волны вызывают нагревание тканей организма, причём возможен прогрев внутренних тканей и органов. Особенно это заметно при действии так называемых ультракоротких электромагнитных волн, имеющих длину от 3 до 10 метров (чему соответствует период колебаний от одной стомиллионной до одной тридцатимиллионной доли секунды). При сильном облучении такими волнами действие их вредно для организма, который настолько перегревается, что возникает лихорадочное состояние, сопровождаемое головной болью, тошнотой и т. п.
Но при малых дозах облучения, а также при воздействии волн не на весь организм, а лишь на отдельные его участки, действие ультракоротких волн оказывается весьма благотворным и используется при лечении различных заболеваний.
Блестящие результаты даёт использование этого способа при лечении гнойных ран, различных воспалительных процессов, а также при лечении сильных отмораживаний, не поддающихся лечению другими способами.
При некоторых заболеваниях оказывается полезным создавать кратковременную «искусственную лихорадку», легко вызываемую мощными аппаратами.
Более медленные изменения электрических сил – с периодом около одной миллионной доли секунды – с успехом применяются для уменьшения повышенного кровяного давления.
10. РАДИОТРАНСПОРТ
В последние годы советские учёные предложили использовать электромагнитные волны для создания «беспроводного» электрического транспорта.
Обычный трамвай или троллейбус, движимые электрической энергией, нуждаются в электрической проводке, сильно загромождавшей улицы. Если же проложить под землёй специальную линию, по которой, не расходясь во все стороны, может распространяться электромагнитная волна, то тележка с электрическим мотором и специальным устройством, позволяющим использовать электрическую энергию этой волны, может передвигаться по улице, на поверхности которой не нужно будет устанавливать ни мачт, ни проводов. Пробные установки такого рода уже испытывались на внутризаводском транспорте некоторых советских заводов и дали обнадёживающие результаты. B настоящее время подобный транспорт проектируется для столицы Украины – Киева.
11. ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ
Обычная радиовещательная станция посылает электромагнитные волны во все стороны, подобно лампе, свет от которой также распространяется по всем направлениям.
Но, как известно, пользуясь вогнутыми зеркалами, можно получать направленные световые пучки. Общеизвестным примером этого служат световые прожекторы.
Подобным же образом можно собирать в «пучки» электромагнитные волны, заставляя их (при небольшой длине волны) отражаться в нужном направлении от металлических зеркал, либо создавая для этого сложные антенны.
Если бы удалось получить весьма сильное излучение электромагнитных волн в нужном направлении, то стала бы возможной передача электромагнитной энергии без проводов на большие расстояния в больших количествах. Тогда современные дорогостоящие линии электропередач оказались бы излишними.
В настоящее время это ещё невозможно, так как необходимые для этой цели устройства слишком громоздки и дороги. Но не исключена возможность, что в ближайшем будущем такая задача будет решена, так как по мере уменьшения длины волны размеры необходимых устройств для получения направленных волн уменьшаются, а радиотехника в последние годы сделала громадные успехи как раз в освоении очень коротких электромагнитных воля.
VII. РАДИО НА МОРЕ И В ВОЗДУХЕ
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ
В первые же годы развития радиосвязи учёные обратили внимание на возможность определения направления, по которому распространяется волна, при помощи так называемой рамочной антенны, представляющей в простейшем случае прямоугольную проволочную рамку, включаемую в радиоприёмную схему. Если рамка расположена так, что её плоскость образует прямой угол с направлением распространения волны (рис. 16), то в вертикальных участках рамки под воздействием волны одновременно будут возникать электрические токи. Так как в обеих половинах рамки эти токи (изображённые стрелками) направлены друг другу навстречу и одинаковы, то их общее действие сведётся к нулю, они взаимно уничтожат друг друга, и радиосигнал, приносимый волной, не будет услышан.
Рис. 16. Действие приёмной рамки.
Но если начать вращать рамку вокруг вертикальной оси, то к одной из сторон рамки волна будет подходить чуть-чуть раньше, чем к другой, и поэтому токи, возникающие в обеих половинках рамки, хотя и будут иметь противоположные направления, но не будут одинаковы и уже не уничтожат друг друга полностью, так как их изменения во времени не вполне совпадают. В результате в рамке возникнет некоторый ток, и радиосигнал будет услышан.
Для пояснения этой важной особенности радиоприёма на рамочную антенну можно привести такой пример.
Представьте себе тележку, стоящую на рельсах. Если два человека, стоя у противоположных концов тележки, будут стараться сдвинуть её друг на друга короткими размеренными толчками равной силы, то при строгой одновременности толчков, очевидно, никакого движения тележка не получит. Если же один из людей будет чуть-чуть запаздывать, то тележка будет двигаться взад и вперёд, так как, хотя сила толчков и одинакова, но они действуют в различные моменты.
В случае радиоприёма на рамку, поставленную под острым углом к направлению движения волны, когда возникающие в ней токи не вполне уничтожают друг друга, очевидно, радиосигнал будет восприниматься. Сила приёма будет, конечно, тем значительнее, чем больше токи в одной половине рамки отстают во времени от токов в другой её половине; следовательно, если рамка будет установлена параллельно движению волны, то сила приёма должна получиться наибольшей.
Итак, при приёме радиосигналов на рамку, вращая её, можно определить, с какой стороны принимается электромагнитная волна, т. е. определить направление на радиостанцию, передающую радиосигналы.
Конечно, здесь возможна ошибка на 180 градусов, так как нет возможности определить, движется ли волна от правой стороны рамки к левой или же в обратном направлении. Но так как кроме радиосигналов обычно возможны и другие способы определения направлений, например, с помощью компаса, то почти всегда возможно избежать этой ошибки.
Так, если самолёт, летящий из Смоленска в Москву, теряет своё направление на середине пути, то, принимая на рамку радиосигналы Москвы и располагая компасом, указывающим направление на север, лётчик может быть уверен, что нужно лететь в направлении принятого сигнала и к тому же на восток, а не на запад.
Определение направления на передающую радиостанцию при помощи рамочной антенны производится довольно грубо. Ошибка в определении направления может достигать нескольких градусов.
Разумеется, этим методом могут пользоваться только самолёты, но и морские суда.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА
Если нужно определить не только направление, в котором следует двигаться, но и своё точное местоположение, то определяют направление от места, где находится, например, самолёт K (рис. 17), на две известные станции С1 и С2. Зная углы К, С1 и расстояние C1С2 можно вычислить положение самолёта.
Рис. 17. Определение местоположения при помощи радио.
Такой способ определения положения называется радиопеленгацией.
Нетрудно сообразить, что если провести обратную операцию, т. е. принять сигналы, посылаемые радиостанцией К, в двух пунктах С1 и С2, то можно определить положение радиостанции К. Этим пользуются в военных условиях для определения расположения вражеских радиостанций. Поэтому военные радиостанции, как правило, избегают вести длительные радиопередачи с одного места, чтобы противник не успел произвести определение их положения.
3. РАДИОМАЯКИ
Только что рассмотренный способ радиопеленгации недостаточно точен.
Для более надёжного определения курса самолёта применяются радиостанции специальной конструкции, так называемые радиомаяки. Они позволяют самолёту весьма точно определять правильное направление своего движения. Из многочисленных типов радиомаяков опишем простейший, в котором используется «равносигнальный» метод.
Пусть самолёт должен лететь из места А (рис. 18) в место В по линии АВ. На равных расстояниях от В располагаются две одинаковые по мощности радио – станции С1 и С2. Одна из них (например, C1) посылает сигналы, соответствующие букве «а» телеграфной азбуки Морзе, другая (станция C2) – сигналы, соответствующие букве «и». Во времени сигналы распределены так, что когда передаёт одна из станций, то другая молчит, и наоборот.
Штурман самолёта, принимая эти сигналы, слышит более сильный звук, соответствующий радиосигналам той станции, которая ближе к самолёту. Так, если самолёт летит в направлении ДВ, то сильнее слышна буква «а». Если же самолёт находится на правильном курсе АВ, то оба сигнала воспринимаются одинаково громко; они сливаются в один общий непрерывный звук постоянной силы (отсюда название метода – равносигнальный).
Подобные радиомаяки устанавливаются при входах в гавани, в аэропорты и т. д.
Радиомаяки использовались для направления советских самолётов при героических полётах Чкалова и Громова из Москвы в Соединённые штаты Америки через Северный полюс; они же направляли самолёты экспедиции Шмидта – Папанина на Северный полюс.
Рис. 18. Определение направления движения равносигнальным методом.
При помощи других специальных радиомаяков можно указывать лётчику правильную высоту полёта, что позволяет обеспечить «слепую» посадку самолёта в условиях ночной темноты, тумана, снегопада и т. д.
Наиболее современные радиостанции работают на более сложном принципе, частично описанном в следующей главе. Они устанавливаются в настоящее время на побережье Европы и Америки. Эти станции должны обеспечить мореплавание в Атлантическом океане таким образом, что корабль, плывущий из Европы в Америку, половину пути направляется европейскими радиостанциями, а затем попадает в область действия американских, ни на минуту не теряя возможности определить при помощи радио своё местонахождение. Точность определения положения с помощью этих замечательных установок, представляющих последнее слово радиотехники, поразительно велика: на расстоянии около 2000 километров от берега ошибка в определении местоположения не превышает сотни метров! При приближении к берегу эта ошибка ещё уменьшается.
VIll. РАДИОЛОКАЦИЯ
1. КАК ЗАМЕТИТЬ САМОЛЁТ ВРАГА
Радиолокация, т. е. определение местоположения предметов при помощи радиосигналов, получила широкое распространение во время войны, и, наряду с другими техническими открытиями, содействовала успешному её завершению, так как наша техника радиолокации всё время опережала технику врага. Собственно говоря, и радионавигация представляет собою часть радиолокации.
Идея современной радиолокации весьма проста. Пусть радиостанция посылает в пространство узкий радиолуч, подобный световому лучу прожектора. Направление этого радиолуча можно изменять, поворачивая «радиопрожектор», как поворачивается обычный прожектор. При встрече на своём пути самолёта радиолуч частично отразится от него и возвратится обратно (точно так же в луче обычного светового прожектора мы видим самолет только потому, что свет частично отражается им и попадает в наши глаза).
Чувствительное приёмное устройство позволяет заметить отражённый самолётом радиолуч. Таким образом удаётся определить, в каком направлении находится «освещённый» радиолучом самолёт.
При этом лётчик самолёта, конечно, не знает, что его уже обнаружили, так как радиолуч не действует на глаза человека. При использовании же светового прожектора лётчик видит световой луч и может стараться увернуться от него.
Обнаружив самолёт с помощью направленного радиолуча, можно определить и расстояние до него. С этой целью радиолуч посылается не непрерывно, а только в очень короткие промежутки времени (миллионные доли секунды), так что паузы – отсутствие радиопередачи – между отдельными сигналами длятся примерно в сто раз больше. Благодаря этому во время паузы радиосигнал успевает достичь самолёта и вернуться обратно.
Измеряя время движения сигнала и зная, что он распространяется со скоростью 300 тысяч километров в секунду, можно определить расстояние до самолёта, подобно тому как, слушая звуковое эхо, можно определить расстояние до препятствия, отражающего звук (стр.11).
Современные радиолокационные станции (их часто называют «радары») позволяют обнаружить самолёт на расстоянии до 300 километров и измерить расстояние до него с ошибкой всего лишь в 300–500 метров, а направление на самолёт – ошибкой в 2–3 градуса.
Этого вполне достаточно для того, чтобы подготовиться к встрече врага.
Более того, когда самолёты приближаются, то другие радиолокационные станции, способные уловить самолёт на расстоянии 30–40 километров, начинают «следить» за ним, причём теперь расстояние определяется с ошибкой не больше 15 метров, а направление – c точностью до сотых долей градуса. Это позволяет вести по самолёту прицельную стрельбу.
Но если самолёт не видит «радиолуч», то ведь и с радиолокационной станции самолёт тоже не виден. Как же разобрать, вражеский это самолёт или свои? Ведь свои самолёты тоже будут отражать радиолучи. Для этого на своих самолётах устанавливаются небольшие радиопередатчики, автоматически приходящие в действие, если самолёт освещается «радиолучом», и посылающие условные опознавательные сигналы, которые и принимаются радаром. Вражеский самолёт, конечно, не посылает этих опознавательных сигналов.
Рис. 19. Радиопрожектор.
2. РАДАРЫ В ВОЗДУХЕ
Во время войны все важнейшие объекты были защищены радиолокационной «оградой», пробиться через которую враг мог только ценой громадных потерь.
Перед началом войны англичане оборудовали радарами только узкий участок вблизи Лондона, защитив свою столицу с востока. Но немецкие самолёты, совершая крюк, налетали с юга, севера и даже с запада. Тогда англичане установили «радиозавесу» по всему побережью, чем значительно осложнили операции немецких бомбардировщиков.
На рис. 19 изображён «радиопрожектор», которым пользовались англичане для ловли немецких самолётов. На рис. 20 изображён американский радар.
Рис. 20. Американский радар.
В ходе войны радиоинженерам удалось сконструировать радиолокационную установку таких небольших размеров, что она могла быть поставлена на небольшой истребитель. Это позволило лётчикам обнаруживать самолёты противника в полной темноте на расстоянии 4–5 километров.
В первую же ночь, когда в воздух поднялись истребители, оснащённые этими установками, из 500 фашистских бомбардировщиков, участвовавших в налёте на Лондон, было сбито почти 200!
После этого разгрома немцы вынуждены были сократить свои разбойничьи налёты.
Рис. 21. Изображения самолётов на экране радара.
В некоторых типах радаров принимаемый сигнал воздействует на специальную трубку, похожую на трубку, применяемую в телевидении (стр. 34). На экране этой трубки отражённый самолётом сигнал производит свечение. Так как радиолуч всё время вращается (в поисках самолётов), то на экране трубки получаются светлые пятнышки в тех направлениях, где имеются самолёты. Причём, чем дальше пятнышко от центрального пятна, тем дальше находится вражеский самолёт. На фотографии экрана, изображённой на рис. 21, видно около двадцати следов от самолётов. Специальные устройства позволяют точно определить положение каждого из них.
Немцы также научились строить радары и ловили самолёты союзников, затрудняя последним налёты на военные объекты Германии. Но союзники вскоре придумали способ, позволявший обезвредить немецкие радары. На экранах немецких радаров стали получаться картины, вроде изображённой на рис. 22. Как вы видите, вся нижняя половина рисунка, соответствующая половине неба, покрыта отражёнными сигналами. Можно подумать, что летят тысячи самолётов. Немецкие зенитчики терялись, не зная, куда направить свои орудия.
Рис. 22. Так выглядит экран радара, когда создаются помехи для радиолокации.
На самом деле, эти многочисленные отражения, сбивавшие немцев с толку, создавались не самолётами, а полосками алюминия, которые союзники разбрасывали со своих самолётов. Эти полоски, медленно опускаясь на землю, также отражали радиоволны и обманывали немцев. Таким образом удалось обезвредить вражеские радары. Эти алюминиевые «макароны», как их называли англичане, сбрасывались союзниками в громадных количествах. Только над Европой было сброшено 8 миллионов килограммов таких «макарон»! Немало их досталось и на долю японцев, с которыми шла война на Тихом океане.
3. 30-СЕКУНДНЫЙ МОРСКОЙ БОЙ
Радары подобного же типа были установлены и на военно-морских судах. Посылая радиосигналы вдоль поверхности воды, они позволяли определять положение вражеских кораблей и руководить стрельбой по этим кораблям, так как удавалось определить даже положение столбов воды, поднимавшихся при попадании в воду крупнокалиберных дальнобойных снарядов и отражавших радиосигналы.
Радиолокационные установки сыграли большую роль в ряде морских операций. Разгром итальянского флота в Средиземном море, уничтожение в ночных боях немецких линейных кораблей «Бисмарк» и «Шарнгорст», уничтожение японского флота в Тихом океане, – во всех этих операциях не малую роль сыграли радары.
Рис. 23. Антенна радара, установленного на военном корабле.
Радары, установленные на морских судах, позволяли настолько точно определять положение корабля противника, что при обстреле последнего попадания снарядов были обеспечены без всякой пристрелки, с первого же залпа. Поэтому морские сражения, которые раньше продолжались по целым часам, теперь стали очень короткими. Известно, что в одном as сражений, когда был обнаружен вражеский тяжёлый крейсер, его удалось потопить двумя залпами тяжёлой артиллерии. Весь бой длился всего 30 секунд!
