Секрет наибольшей дальности

Казалось бы, что при конструировании радиолокационной станции всегда следует добиваться «дальнозоркости» — наибольшего радиуса действия. Но это не во всех случаях верно. Многие радиолокационные станции предназначены для работы в небольшой части пространства. Например, радиолокационная станция корабля должна помочь ему пройти в узком проливе, ориентироваться в гавани. Станция артиллерийской наводки должна главным образом наиболее точно определять координаты целей, находящихся в радиусе огня связанной с ней батареи.

Наибольшая дальность действия требуется от станции обнаружения. В этом случае можно поступиться даже точностью определения координат.

При конструировании станции дальнего обнаружения всеми доступными способами увеличивают «дальнозоркость». Однако нельзя ответить точно на вопрос, какова же наибольшая дальность действия станции?

Для того чтобы понять, почему прямой ответ на этот вопрос затруднителен, необходимо познакомиться с многочисленными факторами, тесно связанными с дальностью действия.

В борьбе за «дальнозоркость»

Читатель, конечно, не забыл, что ультракороткие радиоволны распространяются по прямой линии. Ионосфера, отражающая более длинные волны, беспрепятственно пропускает волны, применяемые в радиолокации. Правда, прямолинейность нарушается дифракцией или иногда преломлением в неоднородных слоях атмосферы, но временно как бы забудем об этом.

Итак, если противник скрывается за линией горизонта, радиолокатор не может его обнаружить. Но ведь и горизонт не находится на определенном расстоянии от места наблюдения. Влезьте на высокое дерево, и линия горизонта отодвинется. Поднимитесь на гору, и недавно лишь маячившие на горизонте предметы станут уже различимыми. Нигде шарообразность земли не доказывается с такой очевидностью, как на море. Многим приходилось видеть, как медленно «выползает» из-за морского горизонта корабль. Сначала верхушки мачт, а затем все больше «вылезает из воды» корпус корабля. Вот почему прямая «видимость», а вместе с ней и наибольшая дальность действия прежде всего связаны с положениями радиолокатора и цели. Пока идет речь о наибольшей {47} дальности обнаружения корабля,— называются одни цифры дальности, но если надо обнаружить высоко летящий самолет,— эти цифры значительно увеличатся. Если антенна радиолокатора расположена выше, он «видит» дальше. Если станция установлена на возвышенности, она видит еще дальше. Стоит перенести ее в низину, и область обнаружения по поверхности резко уменьшится. Так, от десятков до сотен километров может меняться предельная дальность действия в зависимости от местонахождения станции, от пространственного положения целей, наконец, в зависимости от их «качества».

Действительно, ведь и «качество» цели, ее способность отражать радиоволны в большей или меньшей степени играет значительную роль в «дальнозоркости» станции. Чем больше корабли,

«Дальнозоркость» радиолокационной станции зависит от ее местоположения и от высоты цели.

самолеты или другие «нащупанные» препятствия, тем сильнее будут отраженные сигналы, тем с большей вероятностью удается им «пробиться» на обратном пути сквозь толщу атмосферы, сохранив достаточную для приема величину. Если вспомнить законы отражения, то станет понятной и важность расположения обнаруженного объекта в пространстве. В зависимости от него один и тот же самолет может посылать эхо-сигналы самой различной величины. Напрашивается естественный вывод: чем больше цель, тем выгоднее она расположена в пространстве, тем с более далекого расстояния она будет «видна».

Конечно, и слабый сигнал тоже поддается улавливанию, но только с помощью приемника, обладающего повышенной чувствительностью. Но, к сожалению, нельзя беспредельно повышать чувствительность радиоприема. Детали самого приемника обладают способностью «шуметь». Беспорядочные, почти неощутимые электрические колебания, происходящие в сопротивлениях и электронных лампах, усиленные самим же приемником в миллионы раз, порождают на его «выходе» постоянный фон, который называют «шумом». Мы можем смело снять кавычки со слова шум. Это термин, с полным правом вошедший в радиотехнику. Именно тот уровень чувствительности, при котором на выходе приемника {48} появляются значительные шумы, кладет предел ее дальнейшему повышению. Слабый эхо-сигнал, принятый радиолокатором, «тонет» в шумах. Его нельзя различать на их фоне.

Какими же еще средствами, кроме увеличения чувствительности приемника, располагает конструктор для увеличения дальности действия? Прежде всего — это увеличение мощности радиолокатора. Чем большим количеством энергии будет обладать посылаемый импульс радиоволн, тем сильнее будут и эхо-сигналы. При одном и том же приемнике такая станция сможет принять и «рассмотреть» более далекие цели. Но повышение мощности не увеличивает дальности прямо пропорционально. Дело в том, что доля энергии, падающая на цель, уменьшается обратно пропорционально второй степени расстояния. По тому же закону падает величина возвращающегося к радиолокатору эхо-сигнала. Поэтому для того, чтобы повысить вдвое радиус действия станции, нужно в 16 раз увеличить ее мощность, т. е. увеличение дальности пропорционально росту мощности, но в четвертой степени. На первый взгляд может показаться, что это не беда, что такое повышение мощности всегда, когда это нужно, осуществимо. На самом деле это не так.

Хотя увеличивать дальность можно лишь в тех пределах, которые допускаются условиями распространения, даже освоение этих пределов заставляет применять передатчик очень большой мощности. Речь идет о так называемой импульсной мощности, т. е. о мощности станции в момент излучения импульса. Более подробное пояснение этого термина дано ниже.

Задача беспрерывного увеличения этой мощности встречает на своем пути различные затруднения. К числу их относятся конструктивные трудности, рост размеров аппаратуры и т. д.

Об еще одном способе увеличения излучаемой мощности уже говорилось ранее. Ведь направленность излучения есть не что иное, как: выигрыш в мощности. Электромагнитная энергия «собирается» со всех направлений и концентрируется в одном. Чем уже луч, тем больше в нем энергии. Зачем в 16 раз увеличивать мощность? Может быть, лучше, преодолев все связанные с этим трудности, в два раза сузить луч?

После того, как мы условились временно как бы забыть о дифракции, снова вспомним об этом явлении. Благодаря дифракции несколько увеличивается «дальнозоркость» станции. Пусть плохо, но все же ультракороткие волны огибают землю. Поэтому радиолокаторы метрового диапазона за этот счет несколько увеличивают свою дальность действия. Сантиметровым волнам огибание земли менее свойственно. Вот и выходит, что, несмотря на бесспорные преимущества в точности станции сантиметрового диапазона, радиолокатор метрового диапазона может оказаться при прочих равных условиях более «дальнозорким».

Конструкторам радиолокатора дается задание создать установку, удовлетворяющую ряду подчас очень мелких, но важных требований. Хорошо зная достоинства и недостатки каждого используемого ими метода, они добиваются наилучшего результата. {49}

Читателю уже ясно, как трудно ответить без всяких оговорок на прямо поставленный вопрос о дальности действия радиолокатора. Слишком много зависящих и не зависящих от конструкции причин переплетаются между собой. Но для полной ясности вообразите себя на короткое время перед экраном радиолокационной станции. Хорошо «виден» обнаруженный самолет. Он пока недалеко, но быстро удаляется. Постепенно падает величина эхо-сигнала. При отдельных положениях самолета эхо-сигнал пропадает. Приемник не в состоянии выделить его на уровне шумов. «Видимость» становится прерывистой: цель то появляется, то пропадает. Сначала такие пропадания редки. Потом они все увеличиваются по количеству и по времени. Вот уже только изредка появляется на экране цель, и случайному наблюдателю, конечно, трудно ответить на вопрос, когда, на какой дальности была потеряна цель.