ПОДПИСКА НА ВЕБ-САЙТ. ПРЕИМУЩЕСТВА:
Доступ к эксклюзивным статьям на сайте
Приглашение на образовательные лекции и мастер-классы
Возможность просматривать на всех мобильных устройствах и планшетах
Отличная цена: всего 200 тг в месяц!
Вокруг нас каждый день трудятся сотни радиолокаторов — в самолётах, кораблях, аэропортах и даже в автомобилях. Невидимые радиоволны эффективно дополняют наше зрение. История радиолокации началась сравнительно недавно, но представить жизнь без этой технологии уже сложно.
Эта статья была опубликована в журнале OYLA №2(42). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.
«Это только эксперимент, который доказывает, что маэстро Максвелл был прав. Мы всего-навсего имеем таинственные электромагнитные волны, которые не можем видеть глазом, но они есть».
Опыт Герца и его последствия
Способность радиоволн отражаться от препятствий была открыта раньше, чем сами радиоволны. Пожалуй, именно с этого парадоксального факта стоит начать разговор об истории радиолокации.
В 1888 году знаменитый немецкий физик Генрих Рудольф Герц в ходе опыта доказал, что электромагнитные волны способны отражаться от металлических препятствий. Это походило на отражение солнечных лучей от зеркала. Но только через семь лет, когда инженеры приступили к разработке аппаратуры для беспроводной передачи информации (Александр Попов в России и Гульельмо Маркони в Италии), появился термин «радиоволна».
Опыт Герца
Джеймс Клерк Максвелл утверждал, что магнитная индукция и напряжённость электрического поля распространяются в электромагнитном поле взаимно перпендикулярно. С целью оспорить эти выводы Генрих Герц создал прибор для излучения электромагнитной волны — вибратор Герца. Это был открытый контур с разрезом посередине, подсоединённый к источнику напряжения. В разрезе возникала искра, вокруг неё образовывалось магнитное поле, которое, в свою очередь, создавало электрическое поле, и так далее. На расстоянии трёх метров Герц установил резонатор — закрытый контур с разрезом. При этом он наблюдал, что, как только в разрезе вибратора появлялась искра, она появлялась и в разрезе резонатора. Так Герц подтвердил теорию Максвелла и доказал существование электромагнитных волн.
Вокруг искры в разрезе вибратора образуется магнитное поле В, которое создаёт электрическое поле E. Чередование этих полей и распространение под углом в 90 градусов и есть электромагнитная волна, которая, достигая резонатора, приводит к появлению искры в разрезе.
Так называются электромагнитные волны длиной от 0,3 мм до 100 км. Открытие Герца показало, что их можно использовать для обнаружения объектов: сталкиваясь с препятствием, радиоволны отражаются от него, словно лучи света от зеркала, — их остаётся только «поймать». Практическое воплощение радиолокации было запатентовано в 1904 году немецким инженером Кристианом Хюльсмайером. Устройство под названием телемобильскоп представляло собой вращающийся передатчик радиоволн (антенна) и приёмное устройство, предназначенное для улавливания отражённых радиолучей.
Такая аппаратура была способна обнаружить корабли в ночное время и в густом тумане, что значительно повысило безопасность судоходства. Радиоволны, в отличие от других электромагнитных волн, практически не рассеиваются при плохой погоде: им не страшен ни туман, ни снег, ни дождь. Это важное преимущество предопределило их использование для беспроводной передачи сигнала на дальние расстояния. И долгое время радиоволны лишь за беспроводную связь и отвечали.
Ситуация изменилась в 1924 году, когда английский физик Эдвард Эплтон сумел поставить радиолокацию на службу науке, определив с помощью радиоволн высоту ионосферы Земли. Оказалось, что радиоизлучение определённой длины волны (от 10 до 100 м) отражается от ионизированного слоя атмосферы и возвращается на Землю. Поскольку скорость распространения радиоволн была известна (300 км/с), учёному оставалось лишь засечь время, за которое отражённый радиосигнал приходит обратно на приёмное устройство. За открытие высоты ионосферы — 85 км — Эдварду Эплтону в 1947 году вручили Нобелевскую премию по физике.
Дальнейшее развитие радиолокации связано уже с военной наукой.
Согласно современным представлениям, ионосфера состоит из свободных электронов и ионов, которые образуются в результате воздействия космического излучения на газообразные молекулы
Чем больше свободных электронов, тем лучше отражаются от ионосферы волны высокой частоты. Ионизированные слои воздуха оказывают влияние на распространение радиоволн. От слоя E хорошо отражаются длинные и средние волны. От слоя F₂ — короткие.