Радиолокация без формул, но с картинками - Размахнин Михаил Константинович. Страница 9
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]. 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]. 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…
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 1200000 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.