Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику
Неясных вопросов было очень много. Никто не знал, как отражаются радиоволны. Ведь до той поры имелись сведения лишь о «затенении» радиотрассы, обнаруженном еще А. С. Поповым: когда между двумя кораблями, осуществлявшими радиосвязь, проходил третий, связь нарушалась. Было известно об опытах американцев А. Тейлора и Л. Юнга, наблюдавших отражения радиоволн. И это все. Поэтому неудивительно встретить в отчете ЦРЛ, например, такие строки: «Отражающее зеркало не из металла, а из фанеры дает отражение примерно в четыре-пять раз меньше, чем металлические». Исследовали разные конструкции антенн, генераторных ламп, разные схемы приема, зависимость отражения от положения и типа самолета, от его высоты. Нелегким трудом добывались знания и опыт. Случались и неожиданные открытия.
В 1936 году в Евпатории группа Б. К. Шембеля испытывала новый радиопеленгатор «Буря». Он работал уже на дециметровых волнах длиной 21…23 см. Передатчик непрерывного излучения был выполнен на совершенно новом по тому времени электровакуумном приборе — магнетроне. Две параболические антенны (одна для передачи, другая для приема) устанавливались на поворотном устройстве снятого с вооружения звукоулавливателя. Вся аппаратура вместе с батареями и аккумуляторами размешалась на автомобильном прицепе. Пеленгатор успешно обнаруживал самолеты на расстоянии около 10 км. При этом в телефонах был слышен достаточно низкий звук биений, соответствующий доплеровской частоте. Но вот операторы отметили своеобразный свистящий звук, напоминающий щебетание ласточки. Звук появлялся только при ориентации антенны на юго-восток, где никаких видимых целей не было. Кроме того, звук появлялся при вибрации установки, хотя бы небольшой. Оказалось, что вибрация элементов генератора приводила к небольшой частотной модуляции его колебаний. Частотно-модулированные колебания, отраженные от неподвижного объекта, создавали биения в приемнике. Но что могло отражать радиоволны? Частота биений была так высока, что отражение было возможно лишь от очень удаленного объекта. Взгляд на карту прояснил дело. Радиоволны отражались от горных вершин Ай-Петри и Роман-Кош, возвышавшихся над горизонтом и видимых только в исключительно хорошую погоду. Расстояние до вершин было около 100 км. Так, хотя и случайно, РЛС непрерывного излучения с частотной модуляцией впервые осуществила локацию очень удаленных неподвижных объектов.
Особый успех выпал на долю группы, разрабатывавшей в ЛФТИ макет импульсного радиолокатора. В 1938 году макет был испытан и показал дальность действия до 50 км по самолету, летевшему на высоте 1,5 км. Создатели макета Ю. Б. Кобзарев, П. А. Погорелко и Н. Я. Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР.
Юрий Борисович Кобзарев, ныне академик, рассказывает: «Редуты» станции нового типа для обнаружения самолетов — были построены на принципе импульсного излучения радиоволн. До этого в подобных установках использовалось непрерывное излучение. Применяя же импульсный метод, мы рассчитывали, что удастся обнаруживать самолеты на больших расстояниях. В основу «редутов» легли работы, проводившиеся в Опытном секторе ПВО под руководством П. К. Ощепкова и в организованной в 1935 году Д. А. Рожанским лаборатории ЛФТИ».
Передатчик радиолокатора был собран на лампе ИГ-8, специально разработанной для этой цели В. В. Цимбалиным. Он имел мощность 40…50 кВт в импульсе при анодном напряжении около 20 кВ и работал на метровых волнах. Размещался передатчик в автофургоне, а на крыше фургона возвышалась антенна типа «Уда-Яги» с пятью директорами и тремя рефлекторами, укрепленными на мачте высотой 12 м. В другом автофургоне размешался приемник с точно такой же антенной.
Название антенны требует небольших пояснений. Она была изобретена японским профессором Хидетсугу Яги и описана его коллегой, профессором Уда, в специализированном японском журнале в марте 1926 года. В то время специалисты всего мира читали японские технические журналы, написанные иероглифами, не чаще, чем мы с вами, и названная публикация прошла незамеченной.
Профессор Уда повторил публикацию спустя два года, но уже на английском языке и в американском журнале. Антенна сразу получила признание и стала широко использоваться благодаря простоте конструкции и высокой эффективности. Все ее элементы размещены на несущей траверсе. Кроме обычного полуволнового диполя, соединенного с фидером, она содержит пассивные вибраторы-рефлекторы, находящиеся позади активного вибратора-диполя, и директоры, направляющие излучение вперед. Теперь антенны этого типа называют «волновой канал», они широко используются для приема телевидения, и их можно увидеть на крыше почти каждого дома.
Третий автофургон содержал агрегаты питания всей станции, получившей название «Редут». После всесторонних испытаний и усовершенствований станция «Редут» была принята летом 1940 года на вооружение войск ПВО под названием РУС-2. Небезынтересна история этого названия. Расшифровывается оно так: «Радиоуловитель самолетов», а предложил его нарком обороны К. Е. Ворошилов, когда познакомился с первыми макетами станций непрерывного излучения.
Станции РУС-2 сослужили хорошую службу с самого начала Великой Отечественной войны. Они своевременно помогли обнаружить армаду немецких самолетов (до 250 единиц), направлявшихся поздним вечером 21 июля 1941 года бомбить Москву. Сквозь заслон заградительного огня зенитной артиллерии к Москве прорвалось лишь несколько бомбардировщиков. Станции вели непрерывную воздушную разведку в осажденных Ленинграде и Севастополе, в Мурманске и на других важных участках фронта. Там, где использовались РЛС, отменялись дежурные вылеты истребителей — они поднимались в воздух лишь при появлении вражеских самолетов.
Станции РУС-2 непрерывно совершенствовались. Уже в конце 1941 года была решена проблема защиты приемника от мощных импульсов собственного передатчика и станция стала выпускаться в одноантенном варианте. По сравнению с аналогичными станциями, разработанными в США, Великобритании и Германии, наша станция весила почти в три раза меньше и в шесть раз быстрее разворачивалась из походного состояния в рабочее.
В течение всей войны велась очень интенсивная работа по увеличению дальности действия и точности определения координат с помощью РЛС. Станция РУС-2 и подобные не могли обеспечить высокую точность определения координат, поскольку работали на достаточно длинных волнах (4 м) и имели широкую диаграмму направленности антенн. Для ее сужения необходимо было перейти на более короткие волны, ведь угловая ширина φ главного лепестка диаграммы направленности определяется отношением длины волны к размеру антенны: φ = λ/D. И сверхвысокочастотная техника быстро развивалась: разрабатывались магнетронные генераторы, волноводная техника, более совершенные и чувствительные супергетеродинные приемники. Во время войны появились станции орудийной наводки (СОН) с параболическими зеркальными антеннами. А в конце 1942 года РЛС удалось поставить на двухместный самолет Пе-2. Впоследствии эти станции назывались ПНБ (прицел наведения бомбардировщика).
Как развивалась радиолокация у наших союзников? Англичане к 1941 году не только имели сеть РЛС вдоль юго-восточного побережья, но и устанавливали радиолокаторы на кораблях. 27 мая 1941 года после семидневной «охоты» англичане потопили лучший корабль германского флота линкор «Бисмарк» водоизмещением 35000 тонн. В преследовании линкора принимали участие авианосец, несколько линейных кораблей, крейсеров и эскадренных миноносцев. Наведение английской эскадры осуществлялось по данным РЛС.
Нет никакого сомнения, что, не будь у англичан радара, немецкому линкору удалось бы скрыться в условиях плохой погоды и бурного моря. Потопление «Бисмарка» нс обошлось для Англии без потерь. Погиб самый крупный и быстроходный в эскадре линейный крейсер «Худ». Он раскололся надвое после пятого залпа орудий главного калибра «Бисмарка», серьезное повреждение получил крейсер «Принц Уэльский».
Любопытно, насколько усовершенствовалась морская радиолокация за последующие два года. 26 декабря 1943 года другой немецкий линкор «Шарнхорст» дерзко напал в Баренцевом море на конвой судов, следовавших в Советский Союз. Несколько юго-западнее конвоя находилась эскадра главнокомандующего английским флотом адмирала Фрэзера. Он заранее вышел на перехват, получив сведения разведки, что «Шарнхорст» покинул свою базу в Альтен-фьорде в Норвегии. РЛС крейсера сопровождения «Белфаст» обнаружила фашистского пирата на расстоянии 17,5 миль, что дало возможность конвою судов приготовиться к отражению нападения. Завязался бой. Исход его решила подоспевшая эскадра адмирала Фрэзера.
