Но это самый простой случай - с двумя вибраторами. Тут усиление и острота диаграммы направленности еще не такие большие по сравнению с одним вибратором. Гораздо больший выигрыш дает система из нескольких вибраторов. Собственно, чем больше вибраторов - тем лучше. Направленность излучения и коэффициент усиления возрастают пропорционально количеству вибраторов. Поставим четыре вибратора - коэффициент направленного действия и коэффициент направленного усиления возрастут в четыре раза по сравнению с одним вибратором, поставим восемь - в восемь. И такие синфазные антенны мне показывали - это были массивные сооружения с несколькими этажами излучателей и по горизонтали, и по вертикали, и вперед от рефлекторов, гасивших задний лепесток. Вот только перенастраивать ее было уж очень сложно - поди подай в каждый из вибраторов правильную фазу сигнала - это ведь и тянуть провод, и согласовывать его волновое сопротивление ... Мороки просто море. А перейти на другую рабочую частоту - так лучше повеситься. То ли дело - милые моему сердцу антенны "Волновой канал".
Я когда их увидел в первый раз, чуть не спросил про телевидение - хорошо, вовремя опомнился - ну откуда тут сейчас телевидение ? А так - видели, наверное, конструкции с закрепленными на длинной трубке поперечными стержнями или трубками. Это Он - Волновой Канал. Уххх ... чуть не прослезился, насколько тогда повеяло родным, современным ...
Но меня поспешили расстроить.
- Нет, эти уже для дециметровых волн, а для метровых антенны будут по-больше ... раза в три, или даже пять. Вон они.
Вдалеке как раз устанавливали растяжки для довольно большой конструкции - наверху решетчатой фермы высотой метров десять горизонтально располагался длинный - метров десять - шест, на котором, перпендикулярно ему, через метр-полтора шли палки длиной метра по три - всего штук семь наверное. Все это стягивалось в устойчивую конструкцию растяжками (я тут же вспомнил про дельтапланы - не забыть бы) - получалась ажурно-фантастическая конструкция, какая-то ненастоящая, как карусель.
- Ого ...
- Да, это уже шестая версия антенны на сто километров.
- Ого ... а сейчас что у нас есть ?
И мне показали первые рабочие варианты, которые уже эксплуатировались в войсках в тестовом режиме. Да, антенны представляли собой совсем не ту конструкцию, что я видел на картинках, да и от того, что показывали мне в мастерских, они были далековато. Длина центрального шеста ну метра три, и на нем - четыре поперечины через каждые полметра. Мда, это были вовсе не те ажурные параболические антенны, что солидно вращались и надежно высвечивали самолеты на экране. Ни-фи-га. Я даже сначала подумал, что это какой-то научный прибор, ну или антенна для радиосвязи - у нас было уже полно таких конструкций, с помощью которых мы обеспечивали устойчивую связь с нашими ДРГ на довольно больших расстояниях. О чем и спросил.
- Нет, это радар.
- Радар ?
- Радар.
На мой-то взгляд, радар был обыкновенной радиоантенной, только установленной на вертлюге. Как оказалось, так оно и было - оператор обеими руками шуровал отходящей от антенны длинной рукояткой, поворачивая антенну в нужном направлении, и слушал отраженый сигнал - если было его изменение, то это означало, что что-то в том направлении было. Что именно ? Как далеко ? На эти вопросы конструкция ответа не давала.
- Ну не все же сразу !
- Ну да ... не все ...
Люди были явно расстроены моей реакцией - не помогло даже мое актерское "мастерство" - настолько я не был готов к встрече ... с "этим" ...
Как выяснилось из дальнейших рассказов, все было не так уж и плохо.
Принцип формирования диаграммы направленности у этих антенн примерно такой же, что и у синфазных антенн - интерференция. Только излучение от выходного каскада генератора подается лишь на один излучатель - активный. Сзади него устанавливается тоже излучатель, только пассивный, который работает рефлектором - обрубает задний лепесток, а впереди стоят несколько также пассивных излучателей - директоры, то есть направляющие. Все пассивные излучатели получают энергию только от излучения активного излучателя, от генератора к ним никаких проводов не идет. И полученную энегрию они переизлучают, тем самым усиливая излучение активного вибратора в направлении оси антенны. Разница между рефлектором и директорами заключается в том, что рефлектор распололжен сзади активного излучателя на расстоянии четверти волны и он чуть длиннее. За счет большей длины его сопротивление становится индуктивным. И за счет индуктивного сопротивления и четверти расстояния от активного излучателя он излучает вперед - в фазе с активным, а назад - в противофазе - и тем самым излучение назад гасится, а вперед - усиливается. С директорами то же самое, только они распололжены на расстояниях полволны друг от друга и чуть короче, за счет чего их сопротивление становится емкостным - все это приводит к тому, что они также излучают вперед в фазе с активным излучателем и рефлектором и в противофазе - назад. Так вся система излучает вперед и не излучает назад. Ну, практически не излучает - задний и боковые лепестки у нее все-таки остаются. Но излучение вперед становится основным.
Именно на таком излучателе и был построен первый локатор - еще с ручным управлением с помощью вертлюга. Конструктора даже проработали вопросы использования и уже тестировали систему из нескольких таких аппаратов. Поймав какой-то сигнал, оператор РЛС давал координатору предварительные сведения - направление, по которому обнаружился. Причем, так как диаграмма направленности антенны представляла собой конус с закругленным днищем, оператор давал направление именно этого конуса. То есть, при раскрытии его, скажем, на тридцать градусов, можно было говорить, что в этом угле и в направлении, в котором смотрит антенна, что-то есть. Ну, это уже было что-то. При дальности обнаружения до пятнадцати километров ... да поставить аппараты, скажем, километров через десять ... получим десять аппаратов на сто километров, и они триангуляцией позволят вычислить хотя бы квадрат, в котором "что-то есть". Терпимо.
Все оказалось еще лучше. Координатор передавал предварительные координаты в центр, а оператор тем временем пытался уточнить положение "цели" - поворотом антенны он находил положение, при котором сигнал пропадал и снова появлялся, если вести антенну обратно. Так, по границе диаграммы направленности, определялось более точное направление на цель. Ну да - это уже примерно пять градусов - а это очень высокая точность обнаружения воздушных целей для этого времени, где основным способом обнаружения самолетов, находившихся вне границ видимости, было звуковое обнаружение ... И ведь далее оператор продолжал вручную отслеживать цель и сообщать координатору данные по ней, а тот постоянно сообщал их в штаб. И уже в штабе, собирая эти сведения с нескольких станций, пытались выстроить картину воздушного пространства. Естественно, ни о какой супер-точности определения координат речи не шло, но и сведения "в том квадрате что-то есть" частенько давали возможность упредить воздушные налеты. Причем, уже на момент демонстрации образца у нас были организованы работы по тренировке расчетов и штабных работников, а уже через месяц после начала работы системы из двадцати станций операторы, координаторы и штабные так наловчились в поиске целей и триангуляции по квадратам, что количество ложных вылетов наших истребителей снизилось с семи до двух на десять вылетов, а количество пропущенных пролетов - с пяти до одного.
А наша техника не стояла на месте. Тем более что она основывалась на уже существовавших работах как советских, так и зарубежных ученых и конструкторов. Правда, не все там соответствовало действительности, и мы порой на этом теряли время, когда данные какого-либо "корифея" не бились с результатами испытаний. Ну, справлялись - и мы косячили, и корифеи ...
Но вперед двигались. Самым важным для второго варианта станций было добавить определение дальности, чтобы отвязаться от триангуляции, ну и сделать более тонкой диаграмму направленности - в первом-то варианте она была очень большой, то есть разрешающая способность по направлению не позволяла различить несколько самолетов. Да, когда в створе луча находился только один летательный аппарат, его координаты можно было уточнить с помощью границ диаграммы направленности. Но если целей было несколько, то могло быть так, что обе отражают сигнал и когда луч уйдет с одной цели, сигнал будет возвращаться от второй - диаграмма-то широкая, и она не дает различия между двумя целями. Тут уж оставалось ориентироваться на мощность ответа - если он уменьшился, то, скорее всего, одна из целей вышла из створа луча. Но если не уменьшился - не факт что не вышла - могла войти другая. А еще и в зависимости от дальности сигнал был более или менее мощный - соответственно, по громкости можно определить примерную дальность - чем дальше, тем слабее сигнал, тем тише играет динамик. Соответственно, если новая цель входит в створ дальше, чем была вышедшая, то сигнал изменится - уменьшится, и опытный оператор еще как-то мог определить дальность и даже количество целей, но это было доступно только отдельным виртуозам, причем не у всех главным был идеальный слух - парочка уникумов отлавливала количество целей мелкими вибрациями антенны, когда какая-либо цель находится на границе диаграммы - пляски с антенной напоминали какие-то танцы мумба-юмба, настолько человека захватывал сам процесс ловли, охоты на цель. Но вот если обе цели были примерно на одинаковом расстоянии - различить невоможно уже никакому уникуму.
Поэтому заужали диаграмму направленности как только можно. Пока с дециметровыми волнами не ладилось, размер антенн рос невообразимо. Ведь чем больше директоров у волнового канала, тем острее ее направленность - каждый директор добавлял не только 500% к коэффициенту усиления, но и где-то 10% к остроте диаграммы направленности. А при длинах волн и соответственно расстояниях между директорами в полволны при волнах длиной, скажем, четыре метра ... Поэтому-то и получались монстры под десять метров длиной, поднятые на высоту до двадцати метров.
Почему так высоко задирали ? А это еще и мало. Ведь на диаграмму направленности в метровом диапазоне очень влияет земная поверхность. Она очень хорошо отражает метровые волны (в отличие от дециметровых и тем более сантиметровых), и эти отраженные волны создают сложные эффекты интерференции, дифракции, наложения с основными волнами. Грубо говоря, в точку пространства приходит волна не только непосредственно от антенны, но и отраженная от земли. И пока она отражалась, она могла поменять фазу, это помимо того, что и по пути в интересуемую точку волны проходят разное расстояние - напрямую и с отражением, то есть под углом, соответственно, как там сложится фаза этих волн - известно одному богу. А он известный шутник. Вот только эти шутки нам не всегда нравились. Вроде бы обнаруженные самолеты, с известной дальностью и направлением, вдруг пропадали. А потом появлялись. Или это появлялись другие ... ? Неизвестно ... - сигнал возникал вдруг, неожиданно, и вроде бы его положение совпадало с положением "пропавшего" ранее самолета, но почему тогда самолет пропадал ?
Проблему решил один студент. Все дело в этой чертовой интерференции. Прямой и отраженный лучи пересекаются в точках пространства и накладываются друг на друга. Совпадут по фазе - сигнал усиливается, не совпадут - уменьшается вплоть до полного пропадания. И отраженных лучей на пути прямого луча может быть много - отражаются-то они от всей земной поверхности, со всеми ее неровностями и строениями. Поэтому картинка радиопокрытия оказалась вовсе не однородной. Она была рисунком импрессиониста. Причем как по дальности, так и по объему облучаемого пространства.
По дальности образовывались "пальцы" и провалы - при удачном наложении волн дальность обнаружения по некоторым углам вырастала чуть ли не вдвое, а снизу и сверху этого направления могла упасть до нуля - ну не сложилось ... а сверху снова вдаль глядел дальнобойный "палец". То есть вдаль смотрела не одна плотная "сосиска", а "пятерня", причем количество пальцев в ней зависело от длины волны, местности, и еще бог знает каких факторов. И вот какой-нибудь самолет, залетев в один из пальцев, давал отличный сигнал, а потом, залетев в нулевую зону - просто пропадал - как будто его и не было.
Сами "пальцы" тоже были с изъянами. Они могли тянуться непрерывным пространством покрытия, а могли иметь прорехи от сотни метров до нескольких километров - смотря как наложатся прямая и отраженная волны в конкретном облучаемом объеме. Упадут на самолет в противофазе - и "нет" самолета, даже если он "наблюдается визуальными средствами наблюдения", как любят говорить военные, да и я пристрастился вслед за ними.
Так в дополнение ко всем этим бедам, интерференция могла отжать пальцы от поверхности, они были направлены под углом к горизонту, как бы тянулись из локатора все выше и выше, никак не желая идти непосредственно вдоль поверхности - они отжимались от земли этой интерференцией, так что низколетящие самолеты были "не видны" вплоть до самых близких дистанций. Фрицы какое-то время пользовались этой особеностью наших РЛС - просто подныривали под лучи и шпарили к целям. Мы же, получив первое радиолокационное покрытие, расслабились под его "защитой", отчего получили несколько чувствительных ударов - два аэродрома и колонна с грузами были расчехвосчены немцами почти под ноль. Правда, сами фрицы не ушли, так как были все-таки связаны нашими дежурными эскадрильями и затем хорошо так потрепаны налетевшими на подмогу истребителями с соседних аэродромов, но потери были ... обидными, да. Я столько надежд возлагал на РЛС, а тут такая подлянка. Хорошо, тот студент быстро нашел причину проблем. Мы его тут же засадили за исследования в этой области, и ему с командой пришлось нехило так покататься по нашим позициям радиолокаторщиков, полетать вокруг них, прежде чем нам удалось как-то наладить проектирование плотного радиолокационного покрытия нашей территории.
ГЛАВА 11.
Ну, проектирование - это, конечно, несколько сильно сказано. Назначали на определенное направление частоту, разворачивали РЛС, включали облучение и на самолете исследовали его диаграмму - и по дальности, и по объему. Если получалась плохая - переводили на другую частоту, и снова делали облет. А перевод на другую частоту - не так уж и просто. Это не в приемнике покрутить рукоятку. Антенны-то сконструированы в расчете на волну определенной длины, ну или совсем короткого диапазона. И поменяешь длину - получишь другую картинку излучения, изменится диаграмма направленности. Если вообще получишь что-то разумное - при изменениях более пяти процентов проще было поставить другую антенну, чем пытаться выжать хоть что-то из этой, для другой волны.
Но антенны мы не переставляли - инженеры внесли в их конструкции элементы для настройки под другую частоту. Собственно - выдвинуть или задвинуть стрежни из трубой излучателей, передвинуть сами излучатели вперед или назад, поменять согласующие элементы в подводе радиосигнала к антенне - и вот она "легким" движением рук чуть более десятка человек начинала работать на другой частоте. И все очень радовались, если при этом не требовалось перенастраивать антенну соседнего участка, а то были случаи, когда на каком-то направлении диаграмма ну никак не получалась на тех диапазонах, что еще были свободны от соседей. И тогда приходилось залезать в их диапазон, двигать тех на другие частоты, а там уже как повезет - у них ведь тоже на тех частотах могло что-то не высвечиваться ... но бог миловал - "падения домино" не случилось ни разу.
Иногда удавалось решить проблему "простым" поднятием антенны по-выше - ведь чем больше соотношение высоты антенны к длине волны, тем более узкие пальцы и тем больше их в диаграмме - повышается плотность облучаемого пространства, а пустоты, наоборот, уменьшаются. Мы разработали секции для ферменных держателей, которые могли поднять антенну на высоту до тридцати метров на одной стойке, а на четырех - до семидесяти. Но на семьдесят, к счастью, забираться не пришлось, хотя общая высота одной из антенн над окружающей местностью была под сотню метров - просто стояла на удачно высоком холме. Подъем на другую высоту менял картину облучения поверхности, соответственно, менялась картина отражения и, как результат - интерференционная картина в облучаемом объеме. Дополнительным бонусом оказалось "прижатие" диаграммы направленности к земле - самолеты начинали обнаруживаться на меньших высотах, на чем уже фрицы, разбалованные нашей слепотой на низких высотах, пару раз обожглись, попав прямо в лапы загодя расставленной засаде.
А в остальных случаях надо было благодарить наших конструкторов, которые быстренько так, уже с мая сорок второго, стали переходить на многоантенные системы. Ну а действительно - раз диаграмма направленности антенны формируется наложением полей ее излучателей, то чего бы так же не понакладыать поля двух антенн, а то и трех, или даже ... Словив эту мысль, конструкторы долго не думали - привезли еще одну антенну на РЛС, в которой все никак не удавалось подобрать высоту и частоту так, чтобы видеть все в направлении строго на запад. Прикинули примерное расположение второй антенны, чтобы ее излучение давало нужную интерференцию в интересующем направлении с излучением первой, поставили ее на фермы чуть по-выше первой, запитали, соласовали по волновому сопротивлению сигнальные каналы, и ....
И сработало !
Такой хорошей диаграммы у нас не получалось до этого практически никогда. Плотная, выпуклая, чуть ли не блестящая. Ну, конечно мощности одного передатчика на прежнюю дальность не хватало, так это дело поправимое.
Нет, все-таки помимо уменьшившейся дальности при более детальном обследовании нашлись изъяны - у кого они не найдутся, если как следует поискать ... И не такая уж плотная, и пальцы с провалами все-таки есть. Но размеры областей, где сигнал пропадал, был гораздо меньше. Это уже не потерять самолет на пять километров и потом гадать - тот же выскочил из "темной зоны", или другой. Пара-тройка сотен метров, которые любой нормальный самолет проскочит за минуту ... "Ерунда, отловим" - сказали операторы. И потом добавили - "Ну если конечно не будет лететь вдоль провала. А мы ему помашем ыыы ...".
Да, введение многокомпонентных антенн стало новым прорывом нашей радиолокационной техники. После этого антенны стали расти вширь и ввысь. Ну, если каждый элемент, допустим, десять метров длиной и три - шириной, и таких элементов торчит из общей конструкции в ряд пять штук по горизонтали и в две по вертикали, да еще между ними расстояния метр, два, три - в зависимости от требовавшейся для данной местности диаграммы - конструкции оказывались просто циклопические. Я уже не удивлялся тем антеннам, что видел в фильмах про войну. У нас они так же покоились на прочном фундаменте, или хотя бы на рельсовом основании, и мне было понятно, что на таких волнах сделать что-то более компактное просто не получится. Физика, итить ее налево ...