Текст книги "Приключения радиолуча"
Автор книги: Валерий Родиков
сообщить о нарушении
Текущая страница: 18 (всего у книги 23 страниц)
ПЕРНАТЫЕ «АНГЕЛЫ»
Причина других «призраков», которых чаще называют «ангелами», более прозаична. Оказывается, очень много «ангелов» действительно летает на крыльях. Это обыкновенные птицы. Тот факт, что радиоволны могут отражаться от птицы, был неожиданным даже для разработчиков радаров. Ведь каждому известно, что радиоволны хорошо отражаются от металлических поверхностей, а перья птиц ничего общего с металлом не имеют.
Радиолокационные сигналы, отраженные от птиц, заметили еще перед войной. Не все случаи, конечно, в то время регистрировали. Но некоторые из них стали впоследствии известны. Так, например, эхо-сигналы от птицы-боцмана наблюдали в 1939 году на американском военном корабле «Нью-Йорк», когда он находился вблизи Пуэрто-Рико. Отраженный сигнал на экране радара «дышал» в такт со взмахами крыльев.
В некоторых районах Англии были замечены «ангелы-кольца». Иногда на чистом экране радиолокатора неожиданно появлялось отчетливое пятно. Яркость пятна и его размеры увеличивались, затем оно постепенно бледнело в центре и превращалось в кольцо. Кольцо расширялось, тускнело и через несколько минут исчезало совсем. Обследовали места, где чаще появлялись «кольцевые ангелы», и обнаружили, что они совпадают с местами отдыха огромных стай скворцов. Самое сильное радиоэхо возникало при восходе солнца, когда тысячи скворцов покидали свои гнезда.
Эхо-сигналы от птиц могут сильно затруднить, а порой сделать невозможным обнаружение самолетов. Достаточно трех птиц на каждый квадратный километр осматриваемой зоны, чтобы «забить» экран индикатора. Радиолокационное эхо от стаи журавлей или гусей может замаскировать сигнал, отраженный от самого большого реактивного самолета. Во время осенних и весенних миграций птицы могут полностью нарушить работу аэродромных станций, расположенных на пути миграций. На экранах радаров в этот период появляется множество пятен, которые перемещаются как падающие листья. За рубежом такие помехи так и называют: «падающие листья». Иногда их еще называют «ночным эффектом», «сезонными помехами от ангелов».
Некоторые птицы могут летать со скоростью до 90 километров в час (при попутном ветре еще быстрее). То есть их скорость сравнима со скоростью вертолетов и легкомоторных самолетов. Поэтому специальная аппаратура селекции движущихся целей (СДЦ), которая подавляет мешающие отражения от неподвижных местных предметов, а пропускает на экран лишь сигналы от движущихся объектов, оказывается неэффективной по отношению к таким высокоскоростным пернатым.
С помощью уже упоминавшейся временной регулировки усиления удается «подчистить» экран радара от птичьих эхо-сигналов, но она бессильна что-либо сделать во время массовых миграций.
А вот от таких помех, о которых сообщила японская международная телеграфно-телефонная корпорация, никакие электронные регулировки не помогают. Птицы буквально забивают радиолокаторы. Семь параболических антенн спутниковой связи, являющихся важнейшим звеном в обеспечении международной телефонной связи и трансляции телевизионных программ, подвергаются периодическим налетам птичьих стай. Мало того что во время ежегодных сезонных миграций полчища усталых птиц облепляют антенны, загрязняют их поверхность, но например, воробьи и голуби, в конструкциях антенн еще и вьют себе гнезда, а вороны своими толстыми клювами долбят провода, оголяют их, вызывая короткие замыкания. Понятно, что в результате такой птичьей деятельности связь ухудшается либо вовсе прекращается.
Что только ни делали служащие компании: смывали водой птичьи гнезда, развешивали пугала, издававшие звуки. Увы, отвадить пернатых так и не удалось…
Неожиданный факт обнаружения птиц радаром натолкнул биологов на мысль использовать радары для изучения миграции птиц. В последнее время этот вопрос приобрел большое значение в связи с обострением «битвы за воздух» между ними и самолетами. Трудно сказать точно, когда самолетам и птицам стало в небе тесно. Один из первых «боев» зарегистрирован еще на заре авиации – в июне 1912 года. Не минула сия чаша и чкаловский экипаж, когда летом 1936 года он возвращался на АНТ-25 из героического перелета до острова Удд и над Барабинскими степями столкнулся с дикой уткой. Газеты писали, что экипаж почувствовал небольшой удар в самолет, а когда приземлились, механики обнаружили на передней кромке крыла приличную вмятину.
В наше время птиц стало меньше, но зато самолетов – больше. Статистика насчитывает, что ежегодно в мире происходит до двух тысяч столкновений самолетов с птицами. Из этого единоборства самолеты не всегда выходят победителями. Так, из-за такого столкновения на большой скорости во время тренировочного полета погиб один из американских кандидатов в астронавты Роберт Лоуренс.
Как-то сверхзвуковой истребитель, пилотируемый нашим прославленным асом, трижды Героем Советского Союза И. Н. Кожедубом, получил серьезное повреждение из-за столкновения с обыкновенным грачом. Только запас скорости и быстрота реакции выручили летчика. Даже воробышек при ударе об обшивку самолета на скорости в несколько сот километров в час способен нанести серьезные повреждения летательному аппарату.
Известны случаи, когда птицы намеренно атакуют самолеты. В октябре 1986 года в газете «Правда» сообщалось о том, что истребитель-бомбардировщик был атакован орлом. Птица попала в двигатель, и летчику пришлось катапультироваться. Вероятная причина нападения, высказанная компетентной комиссией, – орел хотел отомстить за смерть своей подруги, которая погибла в этих местах из-за столкновения с самолетом (для машины в тот раз все обошлось благополучно). И, как говорят летчики, такие «вендетты» уже бывали.
Даже новейший стратегический бомбардировщик США – В-1В – стал в сентябре 1987 года жертвой пернатых. Их засосало в два двигателя; лишь трем из шести летчиков удалось спастись. Остальные пропали без вести. Слава богу, что на борту не было ядерного оружия.
Особенно опасны птицы вблизи земли – именно две трети от общего числа столкновений происходит при взлете и посадке. Трагическая катастрофа произошла в 1960 году близ Бостона, когда самолет компании «Локхид-Электра» столкнулся при взлете со стаей скворцов. Из строя вышли сразу три двигателя. Число жертв составило 62 человека.
Как назло, аэродромы особенно привлекают пернатых. Было время, и еще недавно, когда ревущие на взлете воздушные лайнеры на много километров вокруг распугивали птичье племя. А нынче птицы не только не боятся самолетов, но, наоборот, сами слетаются на аэродром. Мощные потоки воздуха от двигателей поднимают с земли массу насекомых, вот и набрасываются на них грачи, галки, скворцы и прочие птахи. Вороны же приноровились на южных аэродромах раскалывать орехи, бросая их с высоты на бетонную полосу.
Подчас приходится прибегать к «радикальным мерам». Например, Франция закупила в Канаде ястребов, причем самых крупных. Каждая птица оценивалась в полторы тысячи долларов. Эти великолепные экземпляры предназначались для защиты сверхзвуковых истребителей «Мираж» от… чаек. Их огромные колонии обитают на приморских аэродромах и нередко в результате столкновения с птицами самолеты получали повреждения. По рекомендации орнитологов правительство и закупило ястребов, чтобы неугомонные «нарушители» держались подальше от аэродромов.
Зачислили ястребов-тетеревятников и в штат Аэрофлота, в частности, в ленинградском аэропорту «Пулково». Когда в районе аэропорта появляются птичьи стаи, ястребы выходят на работу. В считанные минуты небо очищается. Так старинную русскую забаву – ястребиную охоту – отрядили в помощь самой современной технике.
А на одном военном аэродроме в Англии, чтобы отпугнуть птиц, включали на полную мощность музыку поп-ансамбля «Куин». Как объяснил тамошний ефрейтор, птицам не нравились ритмы с резкими тональными переходами, чем характерен ансамбль «Куин», и пернатые поспешно убирались восвояси. Зато служащие королевских ВВС были в восторге от музыки поп-ансамбля. Ну что ж, о вкусах, как говорится, не спорят.
В обиходе авиаторов появилось новое понятие – орнитологическая обстановка, а в аэропортах – новые должности – инженеры по авиационной орнитологии. Немалую помощь авиаторам оказывает радар. Он помогает избежать неприятных для самолета контактов с пернатыми. На основании данных наземного радиолокатора (а он может обнаружить стаи птиц за сто километров) пилоты выбирают безопасный путь, обходят скопления пернатых.
Уже при случайном использовании радара были получены очень важные для орнитологов данные. Оказалось, что самые отважные представители пернатых забираются выше Эвереста, в чем однажды удалось убедиться одному из экипажей нашего авиалайнера. Их самолет, правда, на несколько меньшей высоте, а именно на восьми тысячах метров, столкнулся с орлом. Неведомо зачем орел забрался на такую высоту. Только от экипажа потребовалось немалое мужество и мастерство, чтобы дотянуть до запасного аэродрома.
Специальные радары могут не только обнаруживать одиночных птиц, но и различать их по амплитудным и допплеровским «почеркам» (амплитудным и частотным отличиям принятых сигналов). Возникла новая увлекательная наука – радиолокационная орнитология. С помощью радара, оказывается, можно подсчитать число пролетающих птиц, определить, какие высоты и маршруты предпочитает тот или иной их вид…
Повышенный интерес к орнитологии не случаен. Она давно перестала быть лишь теоретической наукой. Ее прикладные ветви не только работают на авиаторов, но и помогают медицине: ведь птицы – переносчики вирусов, паразитов. Без орнитологов не обойтись службе борьбы с вредителями растений. Биологический механизм полета пернатых – объект пристального внимания специалистов по бионике.
Для изучения миграций птиц и других представителей фауны прибегли даже к пока еще дорогостоящей космической технике. Французские ученые создали систему «Аргос», которую установили на американских спутниках Земли, вращающихся на полярных орбитах. «Аргос» принимает и ретранслирует на наземные приемные пункты сигналы от крошечных радиопередатчиков, закрепленных на теле птиц, а также других животных, в частности китов и дельфинов. Кроме того, система ретранслирует информацию от автоматических наземных станций, на морских буях, шарах-зондах.
МОСКИТ НА ЭКРАНЕ РАДАРА
Хотя радиоэхо от птиц наблюдали еще до войны, сделать окончательный вывод о том, что большинство точечных «ангелов» (сигналы от них напоминают эхо-сигналы от самолетов) – это отражения от птиц, смогли только в 60-х годах. Американские ученые использовали для экспериментов многоволновый радар, способный обнаружить одиночного москита на расстоянии свыше двух километров. Столь длительный срок поиска истины объясняется сложностью проблемы. Слишком много причин вызывают «ангелов».
И одна из них – насекомые. Да, насекомые, а вернее, радиолокационные отражения от них, тоже озадачивали операторов. То, что насекомые, как и птицы, способны отражать радиоволны, заметили в конце 50-х годов. Сигналы от них были очень короткими, потому их также назвали точечными «ангелами». Однако этой версии поверили далеко не все. Действительно, визуально трудно убедиться, есть ли в том направлении, откуда пришел отраженный сигнал, причем за многие километры от радара, насекомые или нет. Споры продолжались до середины 60-х годов, пока, наконец, не убедились, что основная причина таких сигналов – все-таки отражения от насекомых. Причем отраженный сигнал может дать всплеск на экране радара даже при весьма незначительной концентрации мошек (одно насекомое на 10 000 кубических метров).
Насекомые – отличные трассеры для изучения циркуляции в атмосфере с помощью радара. Наблюдая за эхо-сигналами, отраженными от захваченных воздушными потоками мошек, можно увидеть как бы в разрезе дороги ветров на расстояниях, превышающих даже сто километров. А висящие в безветренную погоду в воздухе невидимые глазу рои насекомых могут быть приняты за сигнал от зависшего неопознанного объекта.
Но, как говорят, нет худа без добра. Изменили точку зрения, и то, что считали помехой, стало полезным эффектом. Для радара нашли новое применение – заблаговременно предупреждать о нашествии саранчи. С его помощью можно обнаруживать зоны ее активности на площади до нескольких тысяч квадратных километров. А саранча – противник серьезный, опасный своей неисчислимостью. На экране радара ее рои подчас образовывали единую колонну длиной до ста километров. И не загородишься от нее: высота полета саранчи достигает полутора километров. Это тоже определил радар.
Так вслед за орнитологами радар стал помогать энтомологам: возникла еще одна новая научная дисциплина – радиолокационная энтомология. С помощью радара американские ученые проникли в тайны развития таких назойливых мошек, как москиты, и даже изучили их дальние миграции. Причем исследования они провели на армейской радиолокационной станции, предназначенной для засечки минометных позиций, работавшей на длине волны 1,9 сантиметра. Факт показателен: сколь много мирных профессий мог бы обрести радар, если бы он был «освобожден от воинской повинности».
Есть некоторые вещи, в которые почему-то верится с трудом, несмотря на то, что в наше энтээровское время мы уже теряем способность чему-либо удивляться. Пожалуй, то, что радар может обнаружить мошку, относится именно к таким вещам. Сейчас с помощью радара можно следить за распространением вредных насекомых и паразитов. Лет пятьдесят назад этому не поверили бы. Перенесемся на минуту в то время.
Январь 1934 года. Двадцатишестилетний инженер Центральной радиолаборатории Ю. К. Коровин провел первые опыты на льду Финского залива по радиолокационному обнаружению гидросамолета. В затею верили лишь единицы энтузиастов. А сейчас радары изучают жизнь насекомых, инженеры выводят формулы для расчета радиоотражающей поверхности какого-нибудь комара точно так же, как лет 20—30 назад подобного рода формулы придумывались для самолетов, ракет, кораблей.
Крошечный москит и самолет, вещи, казалось бы, несовместимые. Но для современных радаров оба они – объекты наблюдения.
К сожалению, радиолокационные свойства сигналов, отраженных от птиц и насекомых, интересуют не только орнитологов и энтомологов, но и разработчиков армейских радаров. Для них появились новые цели: разного рода легкие беспилотные летательные аппараты с дистанционным управлением, так называемые «воздушные роботы», предназначенные в основном для разведывательных целей. Например, один из таких роботов – израильский «Скаут» – был применен в Ливане летом 1982 года. Он в дневное время словно из студии передал телевизионное изображение позиций ПВО. По сведениям из зарубежных источников, планируется также использовать мотодельтапланы – посадить на них десантников и разведчиков.
Эти летательные средства не намного превосходят в скорости пернатых, да и отраженный от них сигнал невелик. Не исключено, что иногда оператору придется поломать голову: где сигнал от дельтаплана, а где от птичек и мошкары.
Известием о том, что птицы для изучения путей и миграции снабжаются радиопередатчиками, в наше микроэлектронное время уже не удивишь. Но мысль, чтобы насекомому размером с муху приладить радиопередатчик, все-таки может показаться фантастичной. А между тем один инженер из Калифорнии сделал такой передатчик, рассчитанный на восемь часов непрерывной работы. С его помощью можно достоверно узнать весь распорядок дня насекомого.
СИГНАЛЫ ИЗ ЯСНОГО НЕБА…
Однажды, когда я интересовался проблемой «ангелов», мне встретилось подзабытое со школьной поры четверостишие, как раз, казалось бы, на эту тему:
Небо осмотрели
Изнутри и наружно,
Никаких богов и ангелов
Не обнаружено.
Маяковский, конечно, имел в виду божьих ангелов. А вот их радиолокационные «тезки» есть и в чистом небе, хотя визуально в нем ничего не обнаруживается: ни насекомых, ни птиц…
Если бы человек мог видеть в радиодиапазоне, наша атмосфера не была бы для него такой прозрачной. Она походила бы на воду (словно смотришь со дна бассейна), по поверхности которой пробегают волны, рябь, всевозможные вихри… Такую картину можно увидеть и на экране мощного высокочувствительного радара. Чтобы разобраться в этом, вспомним, почему небо голубое?
Этот вопрос иногда задают на экзаменах по физике. Целое созвездие корифеев науки (и даже кое-кто еще в начале XX века) решало задачу. Сегодня ответ общеизвестен. Свет рассеивается на неоднородностях атмосферы. Неоднородности – не только взвешенные в атмосфере частицы пыли, а главным образом хаотически малые сгущения и разрежения воздуха (флуктуация плотности), которые приводят к изменению коэффициента преломления.
Причем чем короче длина волны, тем сильнее рассеяние (интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны). Например, длина волны фиолетовых лучей (0,4 микрометра) в два раза меньше длины волны красных (0,8 микрометра).
Поэтому фиолетовые лучи рассеиваются в 16 раз сильнее, чем красные, и при равной интенсивности падающего излучения фиолетовых лучей в рассеянном свете будет в 16 раз больше, чем красных. Все остальные цветные лучи солнечного света (синие, голубые, зеленые, желтые, оранжевые) войдут в состав рассеянного света в количествах, обратно пропорциональных 4-й степени длины волны каждого из них. Если рассеянные лучи взять в таких соотношениях, то цвет получившейся «смеси» будет голубым.
Радиоволны также рассеиваются на неоднородностях атмосферы и часть из них улавливается антенной локатора. Их мощности зачастую бывает достаточно, чтобы вызвать засветку на экране радара. Так возникают «ангелы» при совершенно прозрачной атмосфере. На небе ни облачка, а на индикаторе «ангелы».
Только размеры неоднородностей плотности атмосферы должны быть во много раз больше, чем при рассеянии света, потому что и длина радиоволн гораздо больше. В отличие от микронеоднородностей, на которых рассеивается свет, не видимые глазом макронеоднородности, на которых рассеиваются радиоволны, не существуют постоянно, но они возникают довольно часто и могут иметь причудливую конфигурацию. «Ангелы» па экранах радаров – копии этих затейливых рисунков. И многокилометровые по высоте столбы, и горизонтальные полосы, и синусоидальные кривые, и профили морских волн с опрокидывающимися гребнями, и ряд концентрических окружностей, и любая другая фантазия природы, воплощенная в изменениях плотности атмосферы. Вертикальные столбы – отражения радиоволн от восходящих и нисходящих потоков воздуха. Внутри столба образуются завихрения (турбулентность), а скорость потока воздуха может достигать нескольких сотен километров в час. Невидимые с земли вихри аэрологи называют турбулентностью ясного неба. Они опасны для самолета. 12 февраля 1963 года реактивный самолет «Боинг-720», летевший из Флориды в Чикаго, не справился с вертикальным турбулентным потоком и потерпел катастрофу. Оператор радара на земле наблюдал на экране, как самолет вошел в «ангел» в виде белого пятна, хотя летчик передавал по радио, что он летит в чистом небе.
Воздушные ямы, вызывающие сильную болтанку самолетов, термики (большие «пузыри» воздуха, поднимающиеся над нагретой поверхностью), морские и береговые бризы, завихрения, образующиеся при движении воздуха над неровностями земной поверхности, частицы пыли – все это причины «ангелов». Полагают, что еще одним источником «кольцевых ангелов», помимо птиц, являются так называемые гравитационные и взрывные волны, которые возникают в неустойчивых слоях атмосферы.
С явлением, названным турбулентностью ясного неба, познакомились не так уж давно. До начала эры реактивной авиации господствовало мнение о том, что на высотах 6—10 километров и выше отсутствуют привычные для более низких высот воздушные ямы, болтанка, и авиапассажиров ждет спокойный полет. Однако в начале 50-х годов стало ясно, что и на больших высотах самолеты, случается, тоже испытывают сильную болтанку. И это происходит не только при полетах вблизи мощных облаков, где обычно атмосфера находится в возмущенном состоянии, но и там, где никаких облаков нет, среди ясного неба.
Статистика показывает, что около трех процентов времени самолет летит в зоне по крайней мере слабой турбулентности ясного неба. Значительно реже встречаются области более сильных завихрений, где возможны даже повреждения самолетов. Часто зоны турбулентности наблюдаются на экране радара в виде слабо наклоненных слоев протяженностью до нескольких сотен километров, в которых самолеты испытывают слабую, но почти регулярную болтанку. Встречаются области, правда, размером поменьше – всего несколько десятков километров, – где самолет трясет основательно.
Чтобы избежать этих коварных областей, летчикам надо знать места их расположения на маршруте. Какие только способы их обнаружения не перепробовали: и приборами инфракрасного диапазона, и лазерами, и измерителями напряженности электрического поля… Сгодился лишь один – радиолокационный. Оказалось, что коварные зоны без всяких премудростей хорошо прорисовываются на экране высокопотенциального радара. Так называют локаторы с большой мощностью излучения и высокой чувствительностью приемника. Вот еще один пример того, что почти любое радиоэхо в зависимости от назначения радара можно рассматривать или как помеху, или как источник полезной информации, то есть всякий отраженный сигнал несет какую-то информацию. «Ангелы» стали указателями потенциально опасных районов для самолетов. Правда, здесь тоже есть свои трудности. Например, чуть заметные перистые облака дают отраженные сигналы во много раз более сильные, чем от зон турбулентности ясного неба, и на фоне «ангелы» менее заметны. Не решен также целый ряд вопросов о взаимодействии радиоволн и турбулентной атмосферы, которые прояснили бы многие неясности в возникновении и поведении «ангелов». Радиолокационные методы изучения атмосферы становятся все более изощренными, и недалеко то время, когда радары будут заблаговременно извещать пилотов о возможности появления любых неприятных условий на трассе полета.
Атмосферные возмущения страшны не только для самолетов. Даже в европейской части нашей страны, сравнительно спокойной от ураганов и смерчей, они нет-нет да и дадут о себе знать недоброй вестью. То целый дом вдруг унесет злобный вихрь, то всю деревню порушит, да еще так, что только в погребах и можно спастись.
Обычно смерчи формируются не менее чем за час, а сокрушают все за считанные минуты. Главная их опасность – внезапность. В то время когда обычные погодные условия можно спрогнозировать за несколько дней, о надвигающихся смерчах узнают за минуты до их налета. Первый тревожный знак – завихрения в облачности. На этом преимущественно и основано их обнаружение.
Часто бури, порождающие смерчи, охватывают площади до 50 километров в поперечнике и служат предвестниками чего угодно, начиная со шквалов и многочисленных молний и кончая губительными вихревыми воронками, где воздух закручивается со скоростью до 300 километров в час.
В США оценивают годовой ущерб от ураганов, смерчей, штормов, тайфунов в 20 миллиардов долларов. Цифра внушительная. В какой-то мере характеризует и цену прогноза. Там создается общенациональная система штормовых предупреждений, включающая в себя усовершенствованные радары, атмосферные датчики и компьютеры, связанные между собой высокоскоростными каналами передачи данных. Основа системы – допплеровские радары. Такие локаторы излучают непрерывные сигналы, и по разности частот излученного и принятого ими сигналов измеряется скорость движения объекта, в данном случае ветра, штормового шквала. Радар определяет масштабы и интенсивность урагана, направление его движения, регистрирует высотные циркуляции ветров, порождающие смерчи, и отображает их на дисплее метеостанции. С начала 1988 года в США началось развертывание 160 радиолокационных станций этой системы, что обойдется в два миллиона долларов.
Еще один помощник метеорологов – «ветровидящее» радиолокационное устройство, которое известно под названием «профилер атмосферы». Он «смотрит» почти отвесно вверх и дает метеорологам картину вертикального распределения ветров и профиль атмосферного давления до высоты 15 километров. Анализируя изменения ветровой обстановки с помощью компьютеризированной модели, синоптики могут распознавать ее уловимые перемены, которые тем не менее способны стать детонаторами будущих ураганов. В 90-х годах на территории США предполагается разместить по меньшей мере сто таких «профилеров». Специалисты уверены, что новые технические средства окупят себя за очень короткий срок, хотя полностью избежать потерь от стихии, ветра, конечно, не удастся.
