Огненный шар. Повести и рассказы, стр. 43
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.
Можно подсчитать, за сколько времени зайчик пройдет расстояние от края экрана до другого края. Больше того: мы можем разбить этот путь на равные части и тогда получим «шкалу времени».
Вернемся к передатчику и приемнику и попробуем связать воедино все наши аппараты для радиолокации.
В электроннолучевой трубке есть еще пластинки, расположенные по вертикали. Вот на них мы и будем подавать напряжение от приемника.
Приступаем к новым опытам. Нажимаем на мгновение ключ передатчика. Метнулся радиолуч.
Смотри, что делается на экране! От основной линии скользнул вверх острый зубец.
А вот и второй, подальше от первого на несколько делений вправо. Значит, мы приняли радиоэхо своего передатчика.
Луч отразился от препятствия, от крыши дома, и теперь нам нетрудно рассчитать, сколько же до него метров. Известна скорость движения зайчика и время, за которое радиолуч пробежал до дома.
Но… если бы все это было так просто!
Принцип правильный, а практически с таким радиолокатором работать нельзя. Ты не увидишь никаких зубцов. Эхо вернется раньше, чем будет выключен передатчик.
Можешь ли ты ручаться, что нажмешь ключ на такое короткое время, чтобы успеть увидеть отраженный сигнал, для чего надо отпустить ключ уже через миллионную долю секунды?
Этот кусочек времени во много раз меньше так называемого мгновения.
Принято говорить «в мгновение ока» — время, когда только успеешь моргнуть.
А с точки зрения радиотехники время это очень долгое — десятые доли секунды.
Отсюда ясно, что ты не сумеешь столь быстро выключить передатчик и увидеть отраженный сигнал.
Но даже если бы это удалось сделать, такая короткая вспышка — мелькнул зубчик и исчез — глазу незаметна. Кроме того, мало ли отчего метнулся зубчик: от случайной электрической искры, от атмосферного разряда или от помехи другой радиостанции.
Надо исключить все сомнения. Отраженный луч должен быть виден продолжительное время и точно на делениях шкалы (кстати, ее можно разделить не на отрезки времени, а написать на ней расстояние в километрах, что обычно и делается).
В технике, в любом эксперименте, а часто и в жизни, для того чтобы твердо убедиться, что данное явление не случайно, прибегают к многократной проверке обнаруженного явления.
А если так, то применительно к нашим опытам нам следует посылать частые сигналы от передатчика, и если мы увидим второй зубец на одном и том же месте, то, значит, все правильно — мы принимаем отраженную волну.
Хорошо бы посылать сигналы от передатчика один за другим; пусть они как бы накладываются друг на друга, и тогда на экране мы.будем видеть не отдельные всплески, не выскакивающий на мгновение зубец, а увидим его буквально застывшим на месте.
Если, например, луч радиолокатора отражается от самолета, то мы будем наблюдать не скачущие зубцы, а медленное движение цели.
Но как это сделать? Как заставить передатчик работать краткими импульсами, самому включаться на миллионные доли секунды, а потом выключаться?
Оказывается, и эту задачу можно решить.
В радиолокаторах применяется специальный генератор, прерывание происходит в нем автоматически.
Он сам включился, послал мощную радиоволну в пространство, затем отдохнул немного, какую-нибудь тысячную долю секунды, и снова заработал. Так он может действовать целыми часами.
Вполне понятно, что, несмотря на большую мощность радиоволны, передатчик берет очень мало энергии. Нетрудно подсчитать, что за час он будет работать, то есть посылать энергию, в общей сложности всего лишь несколько секунд. Это очень важно, так как, для того чтобы получить более или менее надежный отраженный луч, который издалека принимается приемником, мощность передатчика должна быть очень большой. Ведь надо измерять расстояние не в триста метров, а в десятки и сотни километров, особенно если требуется обнаружить летящую вражескую эскадрилью.