Но, несмотря на все это, радиолокация занимает особое место в технике радио.
Расстояние до Луны или до твоего дома
Неизвестно, чем ты захочешь заниматься, если выберешь профессию радиоспециалиста. Может бьпь, навсегда покорят твое воображение чудеса радиолокации.
Будущие межпланетные путешествия невозможны без радиолокации.
Это ясно уже сейчас. Советские ученые определили возможность измерения расстояний до небесных светил с помощью радиолокатора. Они сделали практические расчеты для радиолокации Луны.
Невидимым лучом радиопрожектора можно как бы ощупывать горы и впадины на поверхности Луны, заранее отыскивать место для посадки будущего ракетоплана.
Радиолокатор позволяет видеть на далекие расстояния сквозь ночь и туман.
Это действительно фантастический радиоглаз, покоряющий пространство. Астрономы смотрят на небо обычно ночью, стараясь заметить падающий метеор по вспышке, по светящемуся следу, но радиолокатор может исправить несовершенство человеческого зрения: он видит этот метеор днем так же хорошо, как и ночью, потому что не вспышка и не светлый след воспринимаются антенной радиолокатора, а отражение волны ионизированного облачка, которое оставляет за собой метеор.
Разберемся в сущности радиолокации.
Радиолокатор видит не тень и не свет. Он замечает совсем не то, что привычно нашему глазу.
Он может показать, где находится каменное здание, где летит самолет, корабль, плывущий в тумане. Он укажет на айсберг, горы и скалы.
Но не все доступно глазу радиолокатора. На его экране ты не увидишь, как выглядят высокие сосны и цветочные клумбы, как колышутся высокие хлеба и зреют плоды.
Ночью на расстоянии многих десятков километров радиолокатор видит самолет, но никогда даже вблизи и при ярком солнечном свете он не заметит опознавательных знаков на его крыльях.
Он видит все то, от чего отражается радиолуч.
Правда, с самолета радиолокатор может увидеть реку или канал, но это потому, что радиолучи иначе отражаются от воды, чем от земли.
Радиолокатор покажет и железный мост через эту реку, но опять-таки потому, что от металла волны отражаются лучше, чем от воды.
Вот почему радиолокатор не увидит опознавательного знака на самолете. Ведь самолет металлический, лучи отражаются от его поверхности одинаково, вне зависимости от того, какой краской он выкрашен или что на нем нарисовано.
Предположим, что мы с тобой построили крохотный передатчик дециметровых волн и такой же приемник. В этих аппаратах можно применить обычные лампы, например те же пальчиковые.
Ты уже знаешь, что радиолокацией можно определить расстояние не только до неподвижного объекта, например до какого-нибудь дома, но и до летящего самолета; причем, как известно, радиолокатор сразу показывает и скорость его и направление полета.
Попробуем решить очень простую задачу — с помощью радиолокатора определим расстояние до дома.
У приемника и передатчика — направленные антенны. Для этих волн они могут быть сделаны с небольшими рефлекторами.
Поставим наши аппараты в поле на некотором расстоянии друг от друга.
Впереди виднеется дом с железной крышей.
Направим рефлектор передатчика точно на крышу дома. Включим приемник и его антенну тоже нацелим на этот дом.
Рассуждаем так: если мы на мгновение включим передатчик (причем в этот же момент заметим время на секундомере), луч добежит до крыши, отразится от нее, помчится обратно, и мы его тут же поймаем рефлектором приемника. Несомненно, что в телефоне мы услышим звук работающего передатчика. Надо только успеть нажать кнопку секундомера, чтобы определить, сколько времени волна бежала до дома и обратно.
Дальше все получается очень просто — обыкновенная арифметика. Надо разделить полученное время на два, чтобы узнать путь волны только до дома, не считая времени обратного пробега.
Затем, зная скорость распространения волн, а именно — триста тысяч километров в секунду, мы можем легко высчитать расстояние до дома.
Принцип, конечно, правильный. Именно на нем и основано применение радиолокации для измерения расстояний.
Ведь это то же самое, что и обыкновенное эхо. В данном случае без всяких приборов, только по секундомеру, можно определить расстояние до ближайшего леса или горы. Надо громко крикнуть и, смотря на бегущую стрелку, ждать, пока эхо долетит до тебя.
Сейчас мы посылаем не звук, а радиоволну.
Приготовим секундомер. Одновременно с его кнопкой нажали ключ передатчика — и в телефоне приемника сразу же услышали сигнал.
Ясно, что принят не отраженный луч, а тот, который непосредственно прибежал от передатчика. Ведь передатчик стоит совсем рядом и, несмотря на направленные антенны, все же будет мешать слушать радиоэхо.
Вот если бы успеть мгновенно выключить передатчик, чтобы принять отраженный луч!
Ничего не получится.
Человек не может манипулировать с такой скоростью ни ключом, ни кнопкой секундомера. Кроме того, ухо тоже не может различить звуковые сигналы, которые приняты друг за другом с ничтожным промежутком времени- в миллионные доли секунды. Ведь если до дома, куда мы посылали радиолуч, расстояние будет триста метров, то луч пройдет эти метры всего за одну миллионную долю секунды.
Никакие секундомеры не смогут определить эту скорость.
Не удался наш опыт.
Видишь, с какими трудностями встретились инженеры при разработке радиолокатора.
Для того чтобы понять его сущность, поставь себя в их положение, когда они пытались практически применить открытие А. С. Попова.
Ну что бы ты стал делать для решения задачи, если требуется определить время пробега радиоволны до цели?
Как измерить миллионные или пусть даже тысячные доли секунды?
Может быть, для этого использовать какую-нибудь автоматику? Например, подключить к приемнику реле или самопишущее перо, которое будет отмечать на вращающемся барабане и время посылки сигнала и время приема его отражения, то есть радиоэхо?
Мысль правильная, но очень далекая от реальных возможностей. Ее просто нельзя осуществить.
Никакие реле, никакие движущиеся механизмы непригодны, если от них требуется, как говорят, "срабатывание" в миллионные доли секунды. С такой скоростью невозможно провести черточку на барабане, чтобы отметить время посылки сигнала.
Значит, нужно искать другие пути.
Нельзя ли здесь использовать принципы телевидения?
В те годы, когда инженеры бились над радиолокацией, не существовало телевидения в том виде, как сейчас, но основа всего телевидения, то есть электроннолучевая трубка, уже имелась, и применение ее для этих целей было разработано в России.
Как увидеть невидимое
Представь себе колбу с почти плоским дном.
Дно это служит экраном и покрыто изнутри специальным составом, который светится под действием потока электронов.
Источник электронов находится в узкой части колбы; это катод — фарфоровая трубочка с нанесенным на нее слоем окиси редких металлов.
Внутри трубочки накаливается нить. С катода свободно летят электроны.
Нам их нужно собрать в узкий тонкий пучок — электронный луч. Это делается не линзами, как в проекционном фонаре, а другими, уже электрическими, устройствами, по характеру действия похожими на собирающие линзы.
Тонкий пучок из электронов ударяется в экран и заставляет его светиться. Ты видишь яркий точечный зайчик. Зайчиком можно управлять. В горлышке колбы поместим пластинку, на которую подадим то или иное напряжение.
Электронный луч будет притягиваться к пластинке, если она заряжена положительно. Следовательно, и зайчик переместится на экране.
А если поставить две пластинки, справа и слева, и подавать на них переменное напряжение? Тогда луч будет метаться от одной до другой пластинки, оставляя за собой на экране тонкую светящуюся линию.