Страница 10 из 14
В связи с развитием радиоспектроскопических методов получила быстрое развитие радиоэлектроника самых малых длин волн. Были созданы генераторы радиоволн длиной в доли миллиметра. Освоение таких радиоволн дает возможность приступить к созданию радиолокаторов, на экранах которых будут видны не контуры местности, а изображение, такое же, как на экране телевизора.
Радиометеорология
Первым, кто применил радиоприбор для изучения явлений, происходящих в атмосфере, был изобретатель радио А. С. Попов. Созданный им приемник, названный грозоотметчиком, регистрировал радиоволны от грозовых разрядов, происходящих на расстоянии 30 километров. Это было началом развития и радиометеорологии, являющейся частью радиотехники.
Большое распространение в метеорологии получили радиозонды — приборы, служащие для измерения давления, температуры и влажности воздуха на разных высотах. Они поднимаются в воздух с помощью шаров, наполненных легким газом.
В радиозонде смонтирован миниатюрный радиопередатчик размером со спичечную коробку. Питается он от батареек. Вес советских радиозондов последних моделей немного более одного килограмма. По мере подъема радиозонда в воздух передатчик посылает на землю импульсы, которые регистрируются приемным устройством и преобразуются в показания приборов. Сигналы радиозонда могут быть приняты на расстоянии до 100 километров.
Радиозонды послужили базой для создания автоматических радиометеорологических станций, работающих без людей. Эти станции устанавливаются в труднодоступных и малообжитых местах и могут по году и более работать без вмешательства человека. В определенное время суток станция посылает радиоимпульсы, характер которых позволяет судить о давлении, температуре и влажности воздуха, о количестве осадков и т. д. Имеются станции, которые посылают свои импульсы в любое время по сигналу главной станции, принятому по радио.
Используются в метеорологии и радиоветромеры — приборы для автоматического измерения скорости и направления ветра. Они устанавливаются на море, вдали от берега — на плавающих буях, а также на вершинах гор. В них тоже работает радиоэлектронная аппаратура.
Все шире и шире метеорологи применяют радиолокационную аппаратуру. Радиолокационными средствами можно исследовать не только состояние атмосферы, но и изучать условия распространения радиоволн в зависимости от состояния погоды.
Оказалось, что радиоволны рассеиваются частицами воды и льда, содержащимися в атмосфере; при сантиметровых и миллиметровых волнах это может привести к нарушению связи. Изменение температуры и влажности с высотой влияет на дальность действия радиостанций, работающих на самых коротких радиоволнах. Но, с другой стороны, неоднородный состав различных слоев атмосферы может в некоторых случаях привести к устойчивому приему телевизионных программ за пределами прямой видимости. Эти явления сейчас тщательно исследуются.
Применение радиоэлектроники в метеорологии позволило получать ежедневно огромное количество данных о состоянии погоды в самых различных районах земного шара.
Для выпуска прогнозов погоды, для ее предсказывания нужно в очень короткое время систематизировать, обработать эти данные. На помощь приходят электронные вычислительные машины, которые могут в короткий срок обработать все сведения, поступающие от метеорологических станций.
Электронные вычислительные машины
Потребность облегчить труд счетных работников возникла давно. Вначале этой цели служили простые счеты, которые 4–5 тысяч лет назад применялись в Китае, а затем попали в Европу. Столетие назад появились механические арифметические машины, применяющиеся до наших дней. В начале XX века была создана логарифмическая линейка, значительно облегчившая труд инженеров и конструкторов.
Первая в мире математическая машина для решения задач высшей математики была сконструирована и построена академиком А. Н. Крыловым в Петербурге в 1912 году.
Развитие радиоэлектронной техники дало возможность создать разнообразные виды математических машин, позволяющих производить с большой точностью и за очень короткое время огромное количество математических операций.
Как же работает электронная вычислительная машина?
Ученые, приступая к решению той или иной проблемы, формулируют, выражают ее в виде сложных математических уравнений. Зная физическую сущность исследуемого процесса и владея специальными математическими методами, можно любую сложную задачу свести при ее решении к определенной последовательности четырех действий арифметики: сложения, вычитания, умножения и деления. Электронная счетная машина выполняет все эти действия исключительно быстро. При этом машина сама «запоминает» результат промежуточных действий и хранит его до тех пор, пока он не потребуется для выполнения следующей счетной операции. Программа вычислений, их последовательность определяются математиками заранее. По нескольким таким заданиям или «командам» счетная машина может сделать за короткое время десятки и даже сотни миллионов арифметических действий.
В Академии наук СССР более трех лет работает быстродействующая электронная счетная машина «БЭСМ» (рис. 12).
Рис. 12. Быстродействующая счетная машина «БЭСМ» Академии наук СССР. Слева — пульт управления машиной.
Она сконструирована Институтом точной механики и вычислительной техники. За одну секунду машина совершает в среднем 7–8 тысяч арифметических действий. Опытному вычислителю, вооруженному арифмометром, для этого понадобилось бы около четырех рабочих дней, а несколько часов работы машины равноценны работе вычислителя в течение всей его жизни.
«БЭСМ» позволила ученым решить ряд задач физики, механики, астрономии, химии. Так, например, за несколько дней были подсчитаны орбиты движения около семисот малых планет солнечной системы с учетом воздействия на них Юпитера и Сатурна.
Вычисления на этой машине ведутся с числами от одной миллиардной доли единицы до миллиарда. Результаты вычислений печатаются специальным электромеханическим устройством со скоростью 1,5 числа в секунду. Они могут быть также отпечатаны на кинопленку.
В машине «БЭСМ» 5 тысяч электронных ламп, срок службы каждой лампы превышает 10 тысяч часов. Машина обслуживается двумя инженерами и техником.
Математические машины используются сейчас для решения задач в самых различных отраслях науки и техники, например в метеорологии. Для предсказания погоды на завтрашний день необходимо произвести столько математических операций, что вычислителям потребуется работать около двух недель. Счетно-решающая электронная машина выполняет эти вычисления за два часа, и предсказание можно дать своевременно.
Современные электронные машины «способны» не только к математическим действиям. Создана, например, «читающая машина». С ее помощью человек, лишенный зрения, может читать обычные газеты, книги, журналы. Электронный луч скользит по строчкам, накапливает сигналы и включает механизм, произносящий слова. Имеется и машина — переводчик. С ее помощью можно печатать текст на одном языке и через несколько секунд получать листы, отпечатанные на другом языке. Конечно, все задания, которые выполняют «читающие» и «переводящие» машины, дает человек.
В настоящее время ученые работают над созданием еще более совершенных математических машин. Очень важно создать машину небольшого размера, поскольку большинство действующих в наши дни электронных вычислительных машин занимают десятки и даже сотни квадратных метров площади. Портативная машина может найти место в лаборатории, в конструкторском бюро, в кабинете ученого. Чтобы математическая машина получилась небольших размеров, нужны миниатюрные радиолампы и детали. Теперь это достигается внедрением в радиотехнику так называемых полупроводниковых электронных приборов, или кристаллических элементов.