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 «вь?ползает» 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 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, 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 важнъсть 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 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 й «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.