Страница 50 из 67
Мыши летать на смогли. Они ударялись о натянутые в сарае веревки, потому что перестали их «видеть».
Оказалось, что мышь в полете издает неслышимые человеческим ухом звуки, так называемые ультразвуки. Человеческое ухо в состоянии слышать звуки, имеющие от 16 до 20 000 колебаний в секунду. Самые низкие звуки, какие только доступны нам, это гудение толстой струны контрабаса. Самый высокий слышимый звук — скрип стеклом по стеклу.
Летучая мышь издает в полете писк, недоступный для нашего уха, имеющий частоту 45 тысяч колебаний в секунду. Она посылает звуки короткими отрывистыми сигналами.
При взлете мышь попискивает 16 раз в секунду. В полете частота ее сигналов увеличивается до 30, а в трудных условиях полета среди натянутых веревок она попискивает 60 раз в секунду.
Рот у летучей мыши устроен рупором. Он направляет звук только вперед. Большие уши служат мышам приемником, которым они улавливают эхо своего писка, отраженного от стен и других препятствий. Звук распространяется в воздухе со скоростью 340 метров в секунду. Мышь летает со скоростью до 20 метров в секунду. Значит, она успевает послать сигнал и получить его отражение — эхо. В этом — секрет уверенного полета мыши. Мышь летит только туда, откуда нет эха, где нет никаких препятствий. Поэтому летучую мышь не обманывает прозрачное стекло, — она слышит эхо от стекла и не летит на него. Летучие мыши — живые локаторы. Мыши пользуются короткими звуковыми волнами, а в радиолокаторах используются очень короткие радиоволны.
Рис. 94. Летучая мышь.
Антенна коротковолновой радиолокационной станции имеет форму вогнутого прожекторного зеркала. Для уменьшения веса ее делают не из сплошных металлических листов, а решетчатой или сетчатой. Такая антенна посылает радиоволны не во все стороны, как широковещательная радиостанция, а узким лучом, подобно прожектеру.
Направление радиолуча можно изменять по желанию: поворачивать антенну, подымать ее или наклонять в любую сторону, как прожектор.
Если поток радиоволн не встретит на своем пути препятствий, то он уходит в межпланетное пространство. Если же встретится какой-либо предмет— корабль, самолет, скала, айсберг, здание, — радиолуч отразится от него и пойдет обратно. Этот отраженный радиосигнал улавливает приемник. Время, которое потратил сигнал на путешествие до цели и обратно, можно точно измерить.
Следовательно, направление на цель с помощью радиолокатора определяется довольно легко. Цель, например самолет или корабль, находится там, откуда вернулось эхо. Указателем направления служит антенна — она «смотрит» на цель. Если цель движущаяся, то. наблюдатель, поворачивая антенну или изменяя ее наклон, может неотступно следить за целью, как следят за самолетом прожектористы, когда его удается «поймать» лучом прожектора.
Современные радиолокационные станции указывают направление цели с точностью в несколько сотых долей градуса. Когда цель расположена примерно в 15 километрах от прибора, то ошибка по вине локаторов составит всего лишь около 10 метров.
Радиолокатор, как и летучая мышь в полете, посылает свои сигналы отдельными, отрывистыми импульсами. Длительность каждого импульса составляет несколько миллионных долей секунды. Передатчик обязан прерывать работу, чтобы приемник в паузах мог улавливать эхо, вернувшееся от цели. «Рот» должен молчать, когда «уши» слушают.
В первых радиолокаторах «рот» и «уши» помещались вдали друг от друга. Но так как передатчик и приемник все равно не могут работать одновременно, то такое разделение оказалось бесполезным, и приборы объединили. Антенна радиолокатора поочередно обслуживает то передатчик, то приемник.
Иногда антенну радиолокатора связывают с мощным световым прожектором; он зажигается по сигналу радиолокатора и направляет свой мощный световой поток прямо на неприятельский самолет, делая его видимым на фоне темного ночного неба.
Измерив время, потраченное сигналом на путешествие до цели и обратно, наблюдатель определяет расстояние до нее. Вычисления несложны: одна десятимиллионная доля секунды соответствует 15 метрам (за это время сигнал проходит 30 метров — 15 метров туда и 15 метров обратно).
Главная трудность заключается не в вычислениях, а именно в измерении необычно малых промежутков времени — миллионных и десятимиллионных долей секунды.
Измерение расстояний
Никакие часы, — ни астрономические с маятником, ни кварцевые эталоны частоты, не в состоянии здесь помочь. Задача осталась бы нерешенной, если бы не существовало электроннолучевой трубки.
Этот замечательный прибор стал в радиолокаторах счетчиком мельчайших долей секунды и одновременно вычислителем расстояний.
Известно, что вертикальные пластины в электроннолучевой трубке заставляют электронный пучок перемещаться в горизонтальном направлении. К этим пластинам в радиолокаторе присоединено пульсирующее напряжение. Оно постепенно и равномерно нарастает, а затем резко, мгновенно обрывается, — падает до нуля.
Под воздействием вертикальных пластин электронный луч очень быстро пробегает от левого края экрана до его правого края. Там он гаснет и в тот же миг снова начинает свой путь слева направо. Глаз видит на экране ровную горизонтальную линию.
Вторая пара пластин в электроннолучевой трубке управляет движением луча в вертикальном направлении. К этим пластинам присоединена антенна радиолокатора. Как только передатчик пошлет в антенну очередной импульс, на пластинах появляются мгновенные электрические заряды, и электронный луч отклоняется — подскакивает вверх. Глаз видит на горизонтальной светящейся линии, у ее левого конца, словно всплеск, — остроконечный зубец.
Спустя некоторое время антенна уловит радиоэхо, отраженное препятствием. В антенне снова возникнут электромагнитные колебания, и на управляющих пластинах опять появятся мгновенные электрические заряды.
Электронный луч вторично отклонится, а на горизонтальной линии образуется еще один всплеск — второй остроконечный зубец.
Так как сигналы быстро следуют друг за другом, а свечение экрана исчезает не сразу, то оба зубца — и от отправленного сигнала и от пойманного радиоэха — бывают видны на экране одновременно. Один — у левого конца горизонтальной линии, другой — правее его. Расстояние между зубцами соответствует времени, которое затратил сигнал на полет до цели и обратно. Если расстояние до цели увеличивается, зубцы расходятся. При приближении предмета — они сближаются.
Под горизонтальной линией на экране локатора нанесена шкала расстояний.
Глядя на шкалу и на всплески электронного луча, наблюдатель сразу отсчитывает расстояние до цели.
На рисунке изображен светящийся экран радиолокатора, имеющего дальность действия до 300 километров. Всплеск, получившийся от радиоэха, показывает, что до цели 140 километров (рис. 95).
Рис. 95. Экран радиолокатора.
Группа ученых, работавших под руководством профессора Ю. Б. Кобзарева, за создание радиолокационной аппаратуры была удостоена Сталинской премии первой степени.
Сквозь тьму и туман
В пушкинской сказке о «Золотом петушке» говорится:
Современная техника осуществила сказочную идею «Золотого петушка» и создала приборы более совершенные, чем предвидела народная фантазия.
При правильном выборе длины волны, работа радиолокатора не зависит от времени суток и погоды. Эти приборы «видят» ночью нисколько не хуже, чем днем. Они «видят» и в тумане, непроглядном, как молоко. Густые тучи, сплошные облака, клубы пыли, дымовая завеса или мгла, иногда застилающая горизонт, — для радиоволн прозрачны, почти как чистый воздух.