Радиоуправление — Википедия с видео // WIKI 2

Радиоуправление — Википедия с видео // WIKI 2 Мультикоптеры

Виды управления

К
концу второй мировой войны Радиоуправление — Википедия с видео // WIKI 2

Западные союзники не замедлили начать разработку управляемых авиабомб, и
уже с февраля 1944 г. Великобритания и США начали применять подобное оружие.

В
СССР была создана неуправляемая ракетная авиабомба, обладавшая высокой
точностью попадания и способная уничтожать бронемашины и танки противника. Она
была использована во время Сталинградской битвы и, по утверждению зарубежных
специалистов, сыграла не последнюю роль в разгроме немцев.

К
концу второй мировой войны в Германии велась разработка целой серии управляемых
снарядов, однако большинство из них остались не запущенными в производство.
Некоторые снаряды управлялись по проводам, другие имели автономное
гироскопическое управление и даже телевизионные средства (Hs-296).

В те же годы были отработаны и основные методы управления летательными
аппаратами.

Рассмотрим возможные методы управления.

В процессе управления задействованы три объекта: пункт управления,
находящийся вне управляемого объекта, и поэтому названный внешним; управляемый
объект – снаряд (летательный аппарат) и цель. В зависимости от взаимодействия
между ними во время полета снаряда возможны три вида управления: автономное
управление, телеуправление и самонаведение.

радиоуправление телеуправление самонаведение радиовзрыватель

Автономное управление используется
при наведении на неподвижные цели. В течение всего времени полета снаряда
никакой связи между внешним пунктом управления (местом старта снаряда),
управляемым объектом (снарядом) и целью нет. На самом управляемом объекте
имеются все средства, необходимые для поддержания его на заданной траектории.

Первые системы
автономного управления были инерциальными. Например, в самолете-снаряде Фау-1 (V-1) использовалась простая и остроумная
система управления. В течение этапов старта и сближения самолет-снаряд Фау-1
управлялся от магнитного компаса по курсу и от барометрического высотомера по
высоте.

Компас устанавливался вручную на желаемый курс и удерживал ось
свободного курсового гироскопа вдоль курса. В дополнение к направлению на цель
снаряд должен “знать” расстояние до цели. В Фау-1 пройденное расстояние
определялось при помощи воздушного лага, который состоял из пропеллера с
червячной передачей на счетчик.

В дальнейшем для прокладывания траектории управляемого объекта стали
использоваться навигационные системы, сначала наземные (Декка, Лоран), а затем
и спутниковые (GPS, ГЛОНАСС).

В телеуправлении (теленаведении) участвуют все три объекта. Пункт управления
получает данные о координатах управляемого объекта и цели, вырабатывает команды
наведения управляемого объекта на цель и передает эти команды по линии
радиосвязи (командной радиолинии) на управляемый объект.

Для определения
координат обычно используются радиолокационные станции. Иногда определение
местоположения цели осуществляется аппаратурой, расположенной на объекте
управления (например, телевизионная аппаратура, предназначавшаяся для наведения
немецкой крылатой ракеты Хеншель-296 (Hs-296) класса “воздух – воздух”).

В США в 1944 г была
испытана управляемая бомба GB-4.
Для управления ею использовались телевизионная камера и радиопередатчик, установленные
внутри бомбы. Бомбардир видел местность так, как она была бы видна с бомбы, и
при помощи линии передачи команд на бомбу вручную наводил ее на цель,
расположенную на поверхности земли.

При самонаведении определение координат цели и выработка управляющей
команды производятся на управляемом объекте; никакой связи с внешним пунктом
управления нет.

Сравнивая схему самонаведения со схемой телеуправления через ракету,
заметим, что они отличаются только местом выработки команды. В последней для
выработки команды привлекаются мощные средства обработки результатов измерений
и принятия решений, имеющиеся на пункте управления.

Во время второй мировой войны в Германии находилось в стадии разработки
значительное количество приборов самонаведения. Но эти проекты до готовых
образцов доведены не были (за исключением прибора для торпед ”Цаункениг”,
реагирующего на звуковые колебания в воде).

В США метод самонаведения при помощи радиолокационных средств был впервые
применен в планирующей бомбе “Bat”. Она представляла собой планер-моноплан, несущий на
себе радиолокатор, способный автоматически следить за одиночной целью. Пока
бомба еще висит под самолетом, бомбардир осуществляет захват цели при помощи
радиолокатора бомбы, а затем сбрасывает ее.

Рассмотрим теперь вопросы реализации методов управления, ограничившись
телеуправлением и самонаведением.

2. 
Телеуправление

Телеуправление может быть реализовано двумя методами: методом командного
управления и методом управления по радиолучу.

Метод командного управления был использован в первой предложенной немцами
системе управления “Burgund” для снарядов класса “поверхность – воздух”.

Измерение угловых координат цели и снаряда осуществляется с помощью
оптических устройств. Слежение за целью и снарядом производится операторами-наводчиками.
Они сидят на поворотной платформе. Наводчик на цель старается удержать цель на
перекрестии своей оптики ручками управления.

Тем самым он поворачивает
платформу вместе с оптикой по азимуту, а также отдельно оптику как свою, так и
другого наводчика – по углу места. Наводчик снаряда ручкой управления снарядом
старается совместить снаряд с перекрестием своего оптического прибора, которое
соответствует направлению на цель.

Для улучшения видимости снаряда предлагалось
устанавливать на нем факелы. Ручка управления снарядом связана с датчиком
команд, которые по командной радиолинии (радиопередатчик Kehl
– радиоприемник Strassburg) передавались на борт снаряда. Как следует из этого
описания, при идеальном управлении снаряд должен все время находиться на линии
визирования цели. Такой метод управления называется методом накрытия цели.

Траектория, по которой будет двигаться снаряд, может быть приближенно
построена следующим образом. Считаем, что цель движется прямолинейно с
постоянной скоростью. Разобьем траекторию цели на ряд малых участков Ц0Ц1,
Ц1Ц2, Ц2Ц3 и т.д., которые цель
пролетает за малый интервал времени Dt.

В момент старта снаряд находился в положении С0, а цель – в
положении Ц0. Точка С0 соответствует месту расположения
внешнего пункта управления и станции слежения за целью. Через время Dt цель
переместится в точку Ц1.

Чтобы определить положение снаряда,
проводим линию С0Ц1. Снаряд через время Dt должен
находиться на этой линии, так как наведение производится по методу накрытия
цели. Поэтому из точки С0 делается засечка радиусом VCDt на линии С0Ц1.

Получаем точку С1. Еще через время Dt цель переместится в положение Ц2. Снаряд
должен находиться на линии “внешний пункт управления – цель”. Поэтому проводим
линию С0Ц2 и находим положение точки С2, делая
засечку из точки С1 радиусом VCDt на линии С0Ц2.

Метод накрытия цели характерен и для систем наведения по радиолучу.
Использующаяся в этих системах радиолокационная станция следит за целью, то
есть обеспечивает перемещение радиолуча вслед за перемещением цели. Как вы уже
знаете после ознакомления с историей радиолокации, в первых РЛС сопровождения
использовалось коническое сканирование луча.

Радиолуч РЛС сопровождения
представляет собой как бы пространственную воронку, ось которой совпадает с
равносигнальным направлением. На оси “воронки” должна располагаться цель. На
это же направление должен вывести себя и снаряд. На снаряде находится приемник,
который принимает сигналы радиолокатора и определяет отклонение снаряда от
равносигнального направления. По измеренному отклонению вырабатываются команды
для управления снарядом.

Ясно, что, чем уже диаграмма направленности РЛС, тем точнее определение
местоположения цели и снаряда, то есть точнее наведение. Но в узкий луч очень
трудно попасть снаряду после старта. Поэтому РЛС сопровождения формирует два
луча: узкий – для наведения снаряда на цель и широкий – для ввода снаряда в луч
после старта. Переключение приемника снаряда на работу с широкого луча на узкий
производится автоматически.

Но наведение по методу накрытия цели является далеко не лучшим. Посмотрим
на построенную траекторию снаряда. Она криволинейная, и путь, пройденный
снарядом, длиннее расстояния между точкой старта снаряда и точкой встречи
снаряда с целью. Почему так получилось?

Потому что снаряд все время летит прямо
на цель, а не в упреждающую точку, т.е. туда, где цель будет через некоторое
время. Лучше всего было бы, если бы снаряд направлялся не на цель, а в точку
встречи снаряда с целью. Это была бы самая экономичная траектория.

Такой самой экономичной траектории соответствует следующий метод
наведения – метод параллельного сближения. Построим траекторию снаряда для
этого метода при тех же исходных условиях, что и при методе накрытия цели.
Правило построения такое: линия “цель – снаряд” во время всего движения
остается параллельной самой себе.

Процедура построения такая же, как и для метода накрытия цели, только
линия “цель-снаряд” от шага к шагу строится по-другому. Сравните траектории
снаряда для рассмотренных методов. Мало того, что траектория снаряда стала
короче (при данных условиях она прямолинейна), но и встреча снаряда с целью
произошла раньше.

Конечно, для реализации метода параллельного сближения недостаточно знания
только угловых координат цели и снаряда. Для расчета упрежденной точки встречи
нужно также знать дальности до цели и снаряда и их скорости. А в систему
телеуправления необходимо ввести вычислитель для выработки команды управления.

Радиолокаторы слежения за целью и слежения за снарядом автоматически
определяют координаты цели и снаряда: угловые координаты, дальность и их
производные. Эти данные поступают в вычислитель, который вычисляет координаты
упреждающей точки, рассчитывает траекторию снаряда, определяет отклонение
снаряда от расчетной траектории, т.е. ошибку наведения и формирует в
соответствии с этой ошибкой команды, передаваемые по радиолинии управления на
снаряд.

3. 
Самонаведение

Как правило, системы телеуправления не обеспечивают точности, необходимой
для уничтожения цели (за исключением телеуправления через ракету). Причина в
том, что с увеличением дальности увеличиваются ошибки измерения координат цели
и снаряда, а это приводит к увеличению ошибок наведения.

Если в системах телеуправления использовались только два типа измерителей
координат: оптический (в первых попытках) и радиолокационный, то измерители
координат (их также называют координаторами) в системах самонаведения более
разнообразны. На рисунке на следующей странице показаны некоторые типы
координаторов.

Тепловой, оптический и акустический координаторы улавливают излучение
самой цели, и снаряд наводится на источник этого излучения. В радиолокационных
координаторах наведение производится по радиосигналу, который излучается целью.
В зависимости от того, как образуется этот радиосигнал, координаторы делятся на
активные, полуактивные и пассивные.

Активный координатор представляет собой РЛС
слежения, в которую входит передатчик, облучающий цель, приемник, принимающий
сигнал, отраженный от цели и устройство измерения координат. Полуактивный
координатор содержит только приемник и устройство измерения координат, а передатчик,
облучающий цель, находится в другом месте.

Для пассивного координатора вообще
не нужен передатчик, и координатор работает по радиоизлучению цели (работающие
радиопередатчики различных радиотехнических систем и др.). Использование
пассивного и полуактивного координаторов затрудняет обнаружение снаряда по его
радиоизлучению

Активными и полуактивными могут быть не только радиолокационные
координаторы, но и другие, например, оптические с лазерной подсветкой.

Если координатор жестко закреплен по оси снаряда, то наведение
осуществляется по методу погони. Ниже построена траектория снаряда при принятых
ранее условиях. Точки, определяющие положение снаряда через временные интервалы
Dt,
строятся как пересечение дуги радиуса VCDt с линией, соединяющей снаряд и цель.

Эту траекторию называют кривой погони, а также “собачьей кривой”, так как
именно по такой траектории собака настигает свою жертву.

Недостаток такого метода наведения – большая крутизна траектории снаряда
при подлете к цели. И если минимально возможный радиус разворота снаряда
окажется больше радиуса окружности, описывающей траекторию на участке
максимальной крутизны, то снаряд сойдет с расчетной траектории и пролетит мимо
цели (пунктирная кривая на рисунке).

Можно ли спрямить траекторию? Конечно
можно, если направлять снаряд не на цель, а в упреждающую точку. Например,
можно использовать наведение с фиксированным углом упреждения. Суть его
заключается в том, что направление движения снаряда отличается от направления
на цель на фиксированный угол a. Траектория снаряда при таком
методе наведения построена ниже

Линия, на которой будет находиться снаряд спустя время Δt
после старта, повернута относительно линии С0Ц0 на угол
α. Дугой радиуса VсΔt
делаем засечку на этой линии и получаем точку С1. Из точки С1
проводится линия, повернутая относительно линии С1Ц1 на
угол α и на ней строится точка С2 и т. д.

Сравнивая построенную траекторию снаряда с траекторией, построенной ранее
для метода параллельного сближения, замечаем, что линия снаряд – цель при
наведении с фиксированным углом упреждения тоже перемещается, но не параллельно
самой себе, а с некоторым изменением наклона.

Причем это изменение наклона
будет тем меньше, чем больше угол упреждения. Заметим также, что с увеличением
угла упреждения траектория снаряда будет все более спрямляться. А может ли
траектория стать прямолинейной? Да, если взять a = arctg
(VЦ /VC).

Траектория снаряда при наведении с таким углом упреждения совпадает с
траекторией снаряда для метода параллельного сближения. Угол упреждения больше
этого значения брать нельзя, так как снаряд попадет в упреждающую точку раньше,
чем туда прилетит цель.

Чтобы реализовать наведение с упреждением в системах самонаведения, нужно
координатор цели делать подвижным относительно корпуса снаряда. Такой
координатор все время следит за целью независимо от ориентации оси снаряда.
Кроме того, усложняется и сам координатор, так как он должен определять не
только угловые координаты цели, но и дальность и их производные.

Первые управляемые снаряды снабжались, как правило, одной из рассмотренных
выше систем управления. Современное управляемое оружие должно обладать большой
дальностью действия и высокой, близкой к единице, вероятностью поражения цели.
Поэтому используется несколько систем управления, которые включаются
последовательно.

Сначала с помощью систем автономного управления или
телеуправления управляемый объект выводится в район цели, и обеспечивается
захват цели системой самонаведения. Затем система самонаведения подводит
управляемый объект к цели на расстояние, достаточное для ее поражения.

4. 
Радиовзрыватель

При самом тщательном выполнении систем управления снарядами трудно
рассчитывать на стопроцентную вероятность их прямого попадания в цели, особенно
воздушные, обладающие, как правило, большой маневренностью и скоростью полета.
В то же время нельзя допустить, чтобы дорогостоящий управляемый снаряд прошел
мимо цели, не поразив ее, и был потерян. Поэтому все снаряды обеспечиваются
неконтактными взрывателями, срабатывающими при приближении снаряда к цели.

Первыми начали работать
над созданием радиовзрывателей для снарядов в США еще за 10 лет до Второй
мировой войны. Радиовзрыватель, выдерживающий ускорение до 2000g был разработан в США перед Второй
мировой войной. Он содержал миниатюрный передатчик, который излучал хорошо
направленный пучок ВЧ энергии на цель и детонировал при получении сильного отражения
от цели. Такие взрыватели использовались в артиллерийских снарядах, минах,
ракетах и бомбах.

 В отличие от аппаратуры теле- или самонаведения неконтактные взрыватели
не вырабатывают команд управления рулями, а только дают команду на подрыв
боевого заряда в зависимости от степени приближения снаряда к цели

Действие неконтактных взрывателей так же, как и аппаратуры самонаведения,
основано на использовании электромагнитных и других полей (акустического,
теплового и др.). Ввиду небольших расстояний, на которых действуют взрыватели,
возможно применение для них и статических полей: электрического и магнитного.

Рассмотрим сначала принципы, на которых может быть построен неконтактный
взрыватель. Для выработки команды на подрыв цели может быть использована информация
о расстоянии от снаряда до цели, скорости сближения цели и снаряда Vсбл и интенсивности поля, формируемого целью
(собственного или отраженного).

Из приведенного выше рисунка видно, что при движении снаряда относительно
цели расстояние от снаряда до цели будет сначала уменьшаться, а затем после
достижения минимального значения увеличиваться.

Радиовзрыватели, использующие информацию о дальности, называются
дальномерными. Дальномерные радиовзрыватели срабатывают или по минимуму
измеренной дальности, или при достижении определенного значения дальности,
когда вероятность уничтожения цели близка к единице.

Рассмотрим теперь, как изменяется скорость сближения снаряда с целью при
движении снаряда мимо цели.

Примечания и ссылки

  1. ^https://books.google.co.uk/books?id=fNjgCgAAQBAJ&pg=PA87&dq=Wilson 1897 Torpedo&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwjboIC19ZLmAhVgRBUIHTX8AzYQ6AEIRzAE#seqv8AzYQ6AEIRzAE#Seqv6AEIRzAE#Seqv6AEIRzA8
  2. ^Тапан К. Саркар, История беспроводной, Джон Уайли и сыновья, 2006 г., ISBN 0-471-71814-9, п. 276-278.
  3. ^«Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2006-11-11. Получено 2006-12-30.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  4. ^Саркар 2006, стр.97
  5. ^Нотон, Рассел. «Дистанционно пилотируемые летательные аппараты». www.ctie.monash.edu.au. В архиве из оригинала от 08.12.2006. Получено 2006-12-30.
  6. ^«Джон Хейс Хаммонд младший – Программа Лемельсона-Массачусетского технологического института». lemelson.mit.edu. В архиве из оригинала на 24.08.2022. Получено 2022-12-13.
  7. ^«Береговой линкор № 4 (бывший военный корабль США Айова, линкор № 4) – как корабль-цель, 1921–1923». Онлайн-библиотека избранных изображений: США. ВМФ. Командование морской истории и наследия. 13 апреля 2003 г. В архиве из оригинала от 09.02.2022. Получено 21 мая 2022.
  8. ^http://www.rcmodelswiz.co.uk/users-basic-guide-to-radio-control-systemsВ архиве 2022-04-03 на Wayback Machine RC Models Wiz: Основное руководство по системам радиоуправления.
  9. ^Autec srl. “Безопасность радиоуправления”(PDF). В архиве(PDF) из оригинала от 10.03.2022. Получено 18 ноября 2022.
  10. ^Tele Radio AB. «Что такое промышленный пульт». В архиве из оригинала от 22.10.2022. Получено 14 ноября 2022.
  11. ^«Резервные схемы | Промышленные пульты дистанционного управления». Промышленные пульты дистанционного управления. 2022-05-03. В архиве из оригинала от 27.12.2022. Получено 2022-06-12.

Радиоуправление

Она зависает в воздухе, резко рыскает по сторонам, садится на поверхности, расположенные в любых плоскостях, оснащена гироскопами, оптической системой кругового обзора, регулируемыми закрылками. И самое удивительное – блоком навигации и управления размером с маковое зернышко.

В.Леговский. Муха умнее человека?

Комсомольская правда, 2008, №109

Под радиоуправлением в широком смысле понимается область радиотехники, обеспечивающая управление на расстоянии различными техническими системами, процессами и действиями обслуживающего персонала. Однако мы сузим эту область, приведя ее в соответствие с содержанием дисциплины “Радиоуправление”, изучаемой студентами направления “Радиотехника” Под радиоуправлением будем понимать автоматическое управление летательным аппаратом с помощью радиосредств с целью выведения его в заданную точку пространства.

Предшественником радиоуправления можно считать ручное управление движением или состоянием объекта с помощью электричества. Первое использование электрического тока для передачи разовых команд относится к 1812 г., когда П.Л.Шиллинг (уже известный нам как первый изобретатель электромагнитного телеграфа) сделал свое первое изобретение в области электротехники – дистанционный электрический минный взрыватель. В том же году он продемонстрировал царю Александру I подрыв подводных мин на Неве с помощью электрического тока. Электрический способ подрыва пороховых мин впервые был применен в боевой обстановке при осаде турецкой крепости Силистрия в 1828 – 1829 годах.

Системы
телемеханики
[25, ,26, 57, 58]

Первое в мире радиоуправляемое устройство разработал Н.Тесла. Весной 1893 г. он сконструировал и успешно опробовал модель радиоуправляемого судна, заложив тем самым начала телемеханики.

В 1898 году русский ученый Николай Дмитриевич Пильчиков продемонстрировал свои опыты по использованию радио для передачи команд: зажег огни на модели маяка, привел в движение модель семафора и произвел выстрел небольшой пушки. Пильчиков глубоко интересовался передачей команд по радио. В 1899 г. он писал: “В то время как Маркони и Попов старались достичь возможно большей дистанции, до которой могли бы передавать сигналы, я разрабатывал вопрос о том, каким образом беспроводную передачу электрической энергии… уединить от пертурбаций, причиняемых действиями электрических волн, постоянно происходящих…”. Чтобы понять, что означает “уединить от пертурбаций”, обратимся опять к словам Пильчикова: “…прибор, воспринимающий действие электрических волн, должен быть непременно снабжен особым охранным снарядом – протектором, который, профильтровывая доходящие до него электрические волны, давал бы доступ к действующему механизму лишь тем волнам, которые посланы нами…”. Итак, “уединить от пертурбаций” означает на современном языке “выделить нужный сигнал на фоне других сигналов и помех”. По-видимому, Н. Д. Пильчиков был первым, четко сформулировавшим проблему различения сигналов

В 1901 г. Н. Д. Пильчиков разработал для ВМФ проект минной лодки, управляемой по радио. Безвременная кончина (1909 г.) помешала ему продолжить работы в этом направлении.

Уже в 1900 г. А. С. Попов в курс лекций по беспроволочной телеграфии в Минном офицерском классе ввел тему “Мины и суда, вооруженные минами (брандеры), управляемые с помощью электромагнитных волн”.

В 1908 г. в Австрии был выдан патент на “Управление торпедой при помощи электрических волн”. В 1916 г. Н. Д. Папалекси провел на Гатчинском аэродроме опыт управления тележкой по радио.

Переход от управления моделями к управлению реальными объектами начался перед первой мировой войной. Первый управляемый по радио самолет поднялся в воздух в 1913 г. В 1914 г. немцы выдвинули идею посылки в расположение противника автоматически управляемого беспилотного самолета, начиненного взрывчаткой, но осуществить ее не удалось. В США первый удачный полет управляемого по радио самолета был осуществлен в 1924 г. в Далгрене (штат Вирджиния), когда беспилотный управляемый гидроплан взлетел с воды, летал и совершил посадку.

Во время первой мировой войны были предприняты попытки использования управления по радио при проведении боевых операций. В марте 1917 г. немецкий катер, управляемый по радио с самолета, взорвал участок набережной в английской гавани Ньюпорт. В том же году английская миноноска была направлена с самолета по радио на немецкий корабль и нанесла ему серьезные повреждения.

В эти же годы были начаты исследования в области управления по радио. Комиссия по испытанию технических средств связи (США) в Иене уже обстоятельно занималась такими вопросами, как дальность действия, возможность создания помех, надежность работы и т. д.

Управление по радио подрывом мин
[20, 59]

В Советской России в 1920-е годы была образована лаборатория, занимавшаяся разработкой радиоуправляемого оружия. Ее создание связано с запросом В. И. Ленина в Комитет по делам изобретений, в котором он просил представить перечень работ, имеющих “военно-секретный” характер. В представленном списке несколько раз встречалась фамилия Бекаури. Ленин встретился с Владимиром Ивановичем Бекаури и назначил его руководителем экспериментальной мастерской отдела военных изобретений.

О важности, которую придавал Ленин этому делу, говорит скорость образования лаборатории. Запрос в Комитет по делам изобретений Ленин сделал 13 ноября 1920 г., а меньше чем через месяц, 7 декабря, Бекаури назначен руководителем мастерской. Совет труда и обороны, рассмотрев характер предложенных Бекаури изобретений, выделил 13 июня 1921 г. для его работ 150 тыс. швейцарских франков и создал под его руководством специальную группу из 27 инженеров и 50 рабочих. В тяжелых условиях разрухи и голода мастерскую оснастили современной техникой и выделили для персонала 27 продовольственных пайков с усиленными нормами снабжения. Так было положено начало Особому техническому бюро (Остехбюро), которое затем переросло в НИИ-20, НИИ-244, МНИРТИ.

Среди разработанных Остехбюро образцов нового вооружения были: устройство для движения торпед по заданной траектории и для их подрыва, самодвижущаяся автоматическая мина заграждения (1924), способ секретной радиосигнализации и способ управления на расстоянии плавающими снарядами (1926). Остановимся на одном из них – приборе для управления взрывом по сигналу радиовещательной станции, называвшемся “Беми”. (Название составлено из начальных букв фамилий его создателей: Бекаури и Миткевича – профессора Ленинградского политехнического института).

Первое испытание прибора состоялось в 1925 г. в присутствии председателя реввоенсовета СССР и наркома по военным и морским делам М.Фрунзе. Было заложено 5 фугасов. Фрунзе сам определил время и последовательность их взрыва. Взрывы последовали, как было задано. В 1927 г. действие приборов “Беми” было продемонстрировано руководителям партии и правительства на одном из подмосковных полигонов. Команда на подрыв мин была дана с радиовещательной станции, расположенной в Ленинграде за 600 км от места взрыва. Эффект был потрясающим. Для доведения этого прибора до требуемого уровня потребовалось разработать надежные кодирующие и декодирующие устройства, построить высокочувствительные батарейные приемники, малогабаритные источники питания, взрыватели. В 1929 г. “Беми” принят на вооружение, а весной 1930 г. началось серийное производство приборов.

Система
радиоуправления
[55]

Переход от телемеханики, от управления объектами по радио к радиоуправлению в узком смысле, то есть автоматическому управлению летательным аппаратом, произошел в годы второй мировой войны. Управляемым летательным аппаратом являлся снаряд, а система радиоуправления должна была обеспечить вывод снаряда на цель. Радиоуправление родилось вслед за радиолокацией как еще одно военное применение радиотехники.

Система радиоуправления состоит из трех основных частей (рис. 40): радиотехнического измерителя координат цели и управляемого снаряда (или координат цели относительно управляемого снаряда), называемого координатором, системы выработки и передачи команд управления снарядом и самого управляемого снаряда.

К началу второй мировой войны не существовало ни управляемых снарядов, ни радиотехнических измерителей координат (по сути дела, радиолокаторов) и только кое-какая информация имелась о системах выработки и передачи команд, использовавшихся в телемеханике.

Управляемые
снаряды во второй мировой войне
[45, 57, 60]

Работа по созданию управляемых снарядов раньше всех началась в Германии и не прекращалась в течение всей второй мировой войны. Поэтому Германия намного опередила все другие страны по разработке как управляемых снарядов, так и систем управления ими.

В зависимости от того, откуда производится пуск снаряда и где расположена цель, управляемые снаряды делятся на четыре типа: 1) “поверхность – поверхность”, когда и пусковая установка и цель находятся на поверхности земли (моря); 2) “воздух – поверхность”, когда запуск управляемого снаряда производится с летательного аппарата (самолета), а цель находится на земле; 3) “поверхность – воздух”, когда снаряд запускается с земли, а целью является летательный аппарат, и 4) “воздух – воздух”, когда пуск снаряда производится с летательного аппарата и целью является летательный аппарат.

Управляемые снаряды “поверхность – поверхность” К таким снарядам относятся, например, баллистические ракеты. В Германии работа над ракетами дальнего действия началась в 30-е годы под руководством Вернера фон Брауна. Первый реактивный снаряд этой серии А-1 был построен еще в 1933 г. А в 1938 г. в Пенемюнде был организован научно-исследовательский институт, где велись работы над ракетами серии А. Наиболее удачной оказалась ракета А-4. Общая длина снаряда А-4 составляла 14,3 м, а максимальный диаметр корпуса равнялся 1,66 м. Максимальная скорость полета около 5600 км/ч. В конце 1942 г. ракета А-4 была принята на вооружение (под названием “Фау-2”), и к 1944 г. было организовано ее массовое производство на подземном заводе в Нордхаузене. Впервые “Фау-2” была применена при обстреле Лондона 8 сентября 1944 г. Всего за время войны было выпущено 4320 снарядов.

Одновременно с ракетой “Фау-2” отрабатывался управляемый самолет-снаряд FZG-76, широко известный под названием “Фау-1”. Этот снаряд был впервые применен в июле 1944 г. также для обстрела Лондона. Всего по Лондону было выпущено около 8000 снарядов “Фау-1”.Он представлял собой небольшой самолет, запускавшийся с помощью катапульты со специального стартового устройства и затем выводившийся на заданную траекторию полета. Катапульта имела длину 47,8 м. Она выбрасывала “Фау-1” со скоростью порядка 400 км/ч. Затем включался пульсирующий воздушно-реактивный двигатель.

Управляемые снаряды “воздух –-поверхность”. В Германии были разработаны управляемые авиационные бомбы: планирующая “Хеншель-293” (Hs-293) и пикирующая (падающая) РС-1400 (“Фриц-Х”).

Планирующая бомба Hs-293 была первым немецким управляемым снарядом, который использовался в боевых действиях. Она представляла собой самолет-снаряд с размахом крыла 2,9 м. Дальность полета 15 – 17 км при сбрасывании с высоты 4 км обеспечивалась с помощью жидкостного реактивного двигателя, разгонявшего снаряд на начальном участке траектории. Вследствие небольших размеров и высокой скорости полета снаряд почти не поддавался перехвату. Впервые он был применен в 1943 г. в Бискайском заливе и в Средиземном море против десантных судов, обеспечивавших высадку войск союзников. Поскольку пилот самолета-носителя мог осуществлять управление снарядом на всем протяжении его полета, эффективность действия снаряда была очень высокой.

Телеуправляемая бомба “Фриц-Х”управлялась прерывателями потока, размещенными в Х-образном крыле. Она имела бронебойную боевую часть и предназначалась для поражения кораблей с высот 4 – 6 км. Применялась в незначительных масштабах. Осенью 1944 г. в проливе Бонифаччо бомбами “Фриц-Х” был потоплен итальянский линкор “Рома”.

Управляемые снаряды “поверхность – воздух”. Из снарядов этого класса разрабатывался только зенитный управляемый снаряд “Вассерфаль” с крестообразным крылом и телеуправлением по радио. Он был доведен до летных испытаний. Были также предложения использовать в качестве зенитных снарядов снаряды “Шметтерлинг” и “Фойерлилие”.

Управляемые снаряды “ воздух – воздух”. Первые реактивные снаряды класса “воздух – воздух” представляли собой неуправляемые пороховые ракеты, запускавшиеся с подкрыльных установок самолета. К концу войны стали разрабатываться авиационные управляемые снаряды воздушного боя: Х-4, “Хеншель-298” (Hs-298), “Шметтерлинг” (Hs-117) и “Фойерлилие”.

Одним из первых управляемых снарядов этого класса был снаряд Hs-298, спроектированный еще в начале 1944 г. Он имел самолетную схему. Массовое производство должно было начаться в 1945 г., однако конец войны помешал закончить его разработку и испытания. Управление происходило с помощью радиосигналов с самолета-носителя. Предусматривалось использование радиовзрывателя, который вместе с боевым зарядом размещался в носовой части.

Снаряд Х-4 имел крестообразное крыло и управлялся по проводной линии длиной до 5,5 км. Катушки с проводами устанавливались на снаряде. Снаряд снабжался радиовзрывателем или акустическим взрывателем. Первая модель снаряда Х-4 была построена в апреле 1944 г., но в боевых действиях это оружие использовано не было.

Снаряд “Шметтерлинг” имел жидкостный реактивный двигатель в виде отдельного блока, размещавшегося под корпусом снаряда. Управление осуществлялось по радиолинии. Была попытка установки на этот снаряд системы самонаведения.

Типы систем
управления [55, 61]

Параллельно с разработкой управляемых снарядов немцы разрабатывали и системы управления этими снарядами. И хотя до практического использования были доведены системы управления только для снарядов классов “поверхность – поверхность” и “воздух – поверхность”, исследовались все возможные типы систем. Тип системы управления определяется связями между основными элементами системы: командным пунктом (КП), снарядом и целью во время полета снаряда. На рис. 41 приведены эти связи.

Если во время полета снаряда не поступает никакой информации о координатах цели и нет связи с командным пунктом, то система управления называется автономной. В автономной системе команда управления снарядом вырабатывается на снаряде на основе информации о движении снаряда, полученной от автономных измерителей. В системах командного управления команда вырабатывается на командном пункте на основе измеренных координат цели и снаряда и передается на снаряд. В системах самонаведения команда вырабатывается на снаряде на основе измеренных координат цели относительно снаряда.

Автономное
управление [56]

Автономное управление использовалось в самолете-снаряде “Фау-1” (V-1). Во время полета управление по курсу осуществлялось от магнитного компаса, а по высоте – от барометрического высотомера. Компас устанавливался на старте вручную на желаемый курс и удерживал ось курсового гироскопа вдоль заданного курса. Для измерения пройденного снарядом расстояния использовался воздушный лаг, который состоял из простой вертушки (пропеллера) с червячной передачей на счетчик. При достижении показаний счетчика установленного значения замыкались контакты команды на подрыв боевого заряда. Система управления была грубой, но зато несложной в производстве.

Автономное управление использовалось и в большинстве снарядов “Фау-2” (V-2).Снаряд V-2 после стадии разгона двигался по баллистической траектории. Координаты точки встречи его с землей определялись скоростью снаряда и углом наклона траектории в момент выключения двигателя. Снаряд V-2 на старте наводился по азимуту, и как только достигалась правильная комбинация скорости и угла наклона траектории к горизонту, выключался двигатель. В первых экземплярах скорость измерялась по частоте Доплера. Позднее скорость стали измерять гироскопическим интегрирующим акселерометром, который и выключал двигатель. После этого траектория снаряда становилась неуправляемой и зависела только от силы тяжести и от аэродинамических сил. Коррекция снаряда по азимуту и крену осуществлялась по данным гироскопа, предварительно установленного вручную. В некоторых экземплярах ручная установка гироскопа дополнялась радиосигналами, передаваемыми от станции сопровождения ракеты и предназначенными для введения поправок по азимуту.

В последующем для автономного наведения снарядов средней и большой дальности при стрельбе по площадным целям использовались радионавигационные системы.

Управление
по радиолучу [57]

Впервые управление по радиолучу использовалось при наведении некоторых вариантов ракет “Фау-2”. Для управления формировалась направляющая плоскость с помощью двух антенн А1 и А2 (рис. 42), которые располагались на удалении 200 м друг от друга на расстоянии 12 км позади места старта ракеты. Антенны поочередно подключались к передатчику с частотой 50 Гц. Сигналы, излучаемые каждой из антенн, отличались по частоте модуляции: для одной она была равна 5 кГц, а для другой – 8 кГц. Снаряд должен был двигаться по равносигнальному направлению, для которого амплитуды сигналов с частотами 5 кГц и 8 кГц были одинаковыми. Правда, этот метод не обеспечил ожидаемой точности, так как диаграммы направленности антенн отличались от расчетных из-за влияния неровностей местности. Разброс попаданий снаряда доходил до 5 км. Систему управления по радиолучу можно отнести к системам командного управления, только команда передается не по линии связи, а заданием направления радиолуча с помощью антенн. Исторически за такими системами закрепилось название систем радиотеленаведения.

В послевоенное время наведение по радиолучу использовалось для зенитного снаряда фирмы “Эрликон” (Швейцария). Радиолокатор наведения содержал два независимых передатчика и две антенны с широкой и узкой диаграммами направленности. Для захвата снаряда после запуска служил широкий луч (до 20о), для наведения снаряда на цель использовался узкий луч (до 3о).

Командное
управление [57]

Чаще всего для управления снарядами немцы использовали системы командного управления, в которых команда передавалась на снаряд по специально организованной командной радиолинии. Этот вид управления требует минимального оборудования на снаряде – только приемник и аппаратуру исполнения команд.

Для управления падающей бомбой “Фриц Х” и планирующей бомбой Hs-293 использовалась командная радиолиния “Кель – Страсбург”. “Кель” было названием передатчика, а “Страсбург” – приемника радиолинии. Радиолиния была разработана в 1939 – 1942 годах и выпускалась серийно. Она обеспечивала передачу двух независимых команд для управления по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

Поскольку это была одна из первых командных радиолиний, рассмотрим подробней принцип формирования передаваемого сигнала (рис. 43). Изменение направления полета снаряда осуществлялось подачей постоянного напряжения на рулевые машинки. Таким образом, команда представляла собой постоянное напряжение. Знак напряжения определял направление поворота руля, а абсолютная величина – величину угла поворота.

Для передачи команды с командного пункта на снаряд использовалась комбинированная модуляция. Сначала производилась широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Информация о знаке и величине напряжения заключалась в соотношении длительностей импульса и паузы в течение фиксированного интервала времени – периода Т. Если длительности импульса и паузы одинаковы, то передаваемое напряжение равно нулю. Если длительность импульса больше длительности паузы – передаваемое напряжение положительно, и наоборот. Затем широтно-модулированный сигнал преобразовывался в частотно-модулированный (ЧМ): импульсу соответствовало колебание одной частоты, а паузе – другой. Частоты составляли 1 и 1,5 кГц для управления по одному направлению и 8 и 12 кГц – по другому. И, наконец, ЧМ колебание модулировало по амплитуде высокочастотное колебание (около 50 МГц). Такой вид комбинированной модуляции называется ШИМ-ЧМ-АМ.

То ли разработчики стремились сделать линию радиосвязи как можно проще, то ли не задумывались над проблемой “уединения от пертурбаций”, но радиолиния “Кель – Страсбург” обладала очень низкой помехозащищенностью. Поэтому в последующем для этих же самых снарядов стали использовать системы передачи команд по проводам, которые не подвержены внешним помехам. Недостаток последних – ограничение дальности действия длиной проводной линии. Провод должен обладать достаточной прочностью и электропроводностью. Применялся покрытый изоляционным лаком стальной провод (рояльная проволока) диаметром около 0,3 мм.

Управление по проводам впервые предназначалось для снаряда Х-4 класса “воздух – воздух”, а затем и для планирующей бомбы. Дальность полета планирующей бомбы была намного больше, чем Х-4, поэтому катушки располагались и на снаряде (18 км) и на самолете (12 км).

Управление
с использованием телевизионных
датчиков [57]

Системы управления с телевизионными датчиками относятся к системам командного управления второго типа. Они предназначались в первую очередь для планирующих бомб Hs-293 и Hs-294. На снаряде устанавливался телевизионный передатчик, а на самолете в кабине пилота – телевизионный приемник. Пользуясь телевизионным изображением местности, пилот мог точно навести снаряд на выбранную цель. Фирма “Фернзэе” (Берлин) разработала в 1940 – 1944 гг. телевизионную систему “Тоннэ – Зеедорф”. Телевизионная камера “Тоннэ” была для того времени очень компактной (17´17´40 см). Она была собрана на основе передающей телевизионной трубки с накоплением зарядов – супериконоскопе. Телевизионный приемник “Зеедорф” имел габаритные размеры 16´16´40 см при диаметре экрана 13 см. Число строк 441 при 25 кадрах в секунду обеспечивало высокое качество изображения. Передача телевизионных сигналов велась как в диапазоне УКВ (80 МГц), так и в дециметровом диапазоне (400 МГц).Дальность действия между летящими на большой высоте объектами составляла 150 км. За время войны было изготовлено несколько сотен установок “Тоннэ – Зеедорф”.

Телевизионным управлением была снабжена и американская бомба GB-4, которая впервые использовалась в августе 1944 г. для удара по базе подводных лодок в Гавре, а позднее – по отдельным индустриальным целям в Германии.

Во время второй мировой войны в Германии было разработано или находилось в стадии разработки значительное количество приборов самонаведения. Но эти проекты до готовых образцов доведены не были (за исключением акустической головки самонаведения для торпед “Цаункениг”). Первыми самонаведение осуществили американцы. Их планирующая бомба “Bat” с радиолокационной головкой самонаведения была использована против японских кораблей в Тихом океане.

Для определения направления на цель использовалось излучение различной физической природы. Если источником излучения являлась сама цель, то на снаряде устанавливалась только приемная аппаратура, а самонаведение называлось пассивным; если же на снаряде осуществлялись и излучение, и прием сигнала, то – активным; если же передатчик, облучающий цель, находился вне снаряда, то – полуактивным.

Смотрите про коптеры:  Схема системы двухкомандного дистанционного радиоуправления » Паятель.Ру - Все электронные схемы

В немецком устройстве самонаведения “Макс” использовались радиоволны. Оно было разработано в двух вариантах: активном – “Макс А” и пассивном – “Макс Р”. Пассивный должен был обеспечивать автоматическое наведение снаряда на самолеты, снабженные бортовыми РЛС. Активное устройство самонаведения “Макс А” предназначалось для установки на реактивных снарядах класса “воздух – воздух” и на зенитных ракетах “Шметтерлинг” и “Вассерфаль”. В обоих вариантах наведение осуществлялось по равносигнальной зоне в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. После проведенных экспериментальных исследований различных типов антенн был выбран вариант, состоящий из четырех попарно переключающихся диэлектрических стержней.

В активных головках самонаведения в основном использовались радиоволны, построение пассивных головок было более разнообразным. Для малых расстояний (несколько км) разрабатывались оптические и инфракрасные устройства, а также акустические, особенно для подводных аппаратов.

Радиовзрыватель
[24, 27, 57]

Любая система радиоуправления выводила снаряд в заданную точку пространства с некоторой ошибкой. Поэтому для повышения вероятности поражения цели стали использоваться радиовзрыватели, которые обеспечивали подрыв заряда на расстоянии, достаточном для поражения цели.

Первыми стали разрабатывать неконтактные радиовзрыватели американцы задолго до второй мировой войны.

Управлением вооружения ВМС США в начале 30-х годов была поставлена задача обеспечить подрыв артиллерийского снаряда в непосредственной близости от цели, чтобы нанести ей максимальный ущерб шрапнелью. К тому времени уже существовали дистанционные взрыватели, однако их нужно было устанавливать вручную перед выстрелом и они не могли, например, обеспечить компенсацию маневра самолета противника.

Главная проблема заключалась в создании миниатюрного приемопередатчика, способного выдерживать ударные нагрузки при выстреле из орудия. Американским инженерам удалось разработать субминиатюрную электронную лампу, выдерживающую ускорение до 20000g, что и позволило им решить поставленную задачу. Радиовзрыватель содержал миниатюрный передатчик, который излучал хорошо направленный пучок ВЧ энергии на цель, и срабатывал при получении сильного отражения от цели. Такие взрыватели использовались в артиллерийских снарядах, минах, ракетах и бомбах.

В 1940 г. к разработке радиовзрывателей подсоединилась Англия, и обе страны объединили усилия в этом направлении. О целесообразности использования радиовзрывателей союзниками говорит тот факт, что за годы второй мировой войны в США было произведено свыше 20 млн радиовзрывателей.

К счастью для союзников, немцы, хотя и проводили исследования по созданию радиовзрывателей еще до войны, не смогли создать достаточно прочных субминиатюрных ламп. К концу войны в Германии в серийном производстве находился единственный радиовзрыватель “Какаду”, предназначенный для установки на зенитных и истребительных ракетах. На нем был установлен доплеровский измеритель скорости сближения цели и снаряда, и команда на подрыв боевого заряда формировалась, когда частота Доплера становилась равной нулю, то есть при максимальном сближении снаряда и цели.

Интересно, что немцы при разработке радиовзрывателей использовали разнообразные принципы измерения промаха. В радиовзрывателе “Марабу” использовался ЧМ-радиодальномер. Во взрывателе FuG-380 использовался эффект обратной связи: автоколебания в системе срывались при приближении к антенне взрывателя электрически проводящей цели – самолета. Предлагались также оптические и акустические взрыватели. Они были пассивными и срабатывали по уровню принятого сигнала. Разрабатывались взрыватели, основанные на изменении статических полей: электрического или магнитного при приближении к цели. Но ни одна из этих разработок не была доведена до стадии применения.

Системы
противовоздушной обороны [62, 63, 64]

После второй мировой войны основное внимание разработчиков было сосредоточено на системах противовоздушной обороны (ПВО). Пионером в этой области была американская система “Найк-Аякс”. В ней использовались два радиолокатора сопровождения. Один радиолокатор сопровождал снаряд: зенитную ракету, а другой – цель: самолет. Данные от радиолокаторов поступали в счетно-решающее устройство, которое вырабатывало команды, передаваемые на снаряд по командной радиолинии. Система “Найк-Аякс” была далека от совершенства. Она позволяла поражать лишь одиночные цели. Вероятность поражения самолета старого типа (скорость меньше 1000 км/ч) составляла 65 %, а скоростной маневрирующей цели – значительно ниже. При стрельбе по самолетам, летящим в строю, наведение снаряда нарушалось. Во многом эти недостатки были связаны с используемыми РЛС сопровождения одиночной цели.

В СССР работы по созданию системы ПВО были инициированы И. В. Сталиным, который в 1948 году поставил задачу организации непроницаемой для авиации противника защиты неба столицы от возможных ядерных ударов, которые в то время могли быть нанесены только бомбардировщиками США. С этой целью в 1950 году было организовано конструкторское бюро КБ-1 для проведения работ под шифром “Беркут”. Организация работ и достигнутые результаты достойны того, чтобы на них остановиться подробней.

Особым решением ЦК ВКП(б) в КБ-1 направляется “тридцатка” – тридцать лучших специалистов из научно-исследовательских и конструкторских организаций Москвы и Ленинграда. Основную массу сотрудников КБ-1 составила молодежь – целые выпуски гражданских и военных учебных заведений, а также инженеры и техники, прибывавшие по разнарядкам с предприятий разных городов страны. Направление всех специалистов в КБ-1 не согласовывалось ни с самими переводимыми, ни с их начальниками. Не сообщалось им также, на какую работу, для решения каких задач они переводятся. Министр вооружения Дмитрий Устинов для руководства разработкой “Беркута” назначил двух главных конструкторов: Серго Берия, за 3 года до этого окончившего Военную академию связи, и Павла Куксенко, работавшего в радиотехнической лаборатории МВД, и единственного их заместителя. Заместителем главных конструкторов, который, по мысли Устинова, должен был взять на себя и на самом деле взял фактическое руководство разработками, был назначен А. А. Расплетин.

Александр Андреевич Расплетин (25. 08. 1908 – 8. 03. 1967)

Расплетин А. А. родился в городе Рыбинске Ярославской области в купеческой семье. В возрасте 10 лет остался без отца. В школе увлёкся радиолюбительством и входил в бюро организации радиолюбителей г. Рыбинска. После окончания школы в 1926 г. Расплетин стал работать на складе рабочим и электромонтёром. В это же время (с 1926 по 1929 гг.) он был председателем Рыбинской секции коротких волн ОДР (Общество друзей радио). В 1930 году Александр Андреевич переехал в Ленинград. Сначала работал радиотехником на заводе имени Коминтерна, потом перешел в Центральную радиолабораторию. В 1933 г. его назначили на должность старшего инженера – руководителя группы телевидения, и он фактически начал самостоятельную научную деятельность.

Параллельно с работой Расплетин учился в Ленинградском электрослаботочном техникуме (1930 – 1932 гг.). В 1932 г. поступил в Ленинградский электротехнический институт по специальности “радиотехника” и в феврале 1936 г. защитил дипломный проект “Электрические схемы развёртки и синхронизации в аппарате высококачественного телевидения” с оценкой “отлично”.

После окончания института Расплетин стал работать в НИИ-9 по телевизионной тематике, в том числе и для воздушной разведки. В 1942 г. перешел в ЦНИИ-108 и с 1943 г. стал заниматься вопросами радиолокации. За работу по созданию радиолокационной станции СНАР-1 был удостоен Сталинской премии в 1951 г.

В августе 1950 г. Расплетина перевели в КБ-1 для работы над созданием системы “Беркут” (С-25) начальником радиолокационного отдела, но уже скоро он стал сначала фактическим, а с августа 1953 г. официальным Главным конструктором системы. В 1956 г. за работу по созданию системы ПВО С-25 Расплетину было присвоено звание Героя Социалистического труда, в этом же году он был утверждён в учёной степени доктора технических наук без защиты диссертации по совокупности выполненных работ (кандидат наук с 1947 г.).

Весь последующий период работы Александра Андреевича связан с КБ-1 (сейчас это – НПО “Алмаз” имени А.А.Расплетина). Здесь под его руководством было создано целое семейство систем ПВО: С-25, С-75, С-125, С-200. В 1961 году А.А.Расплетин вместе с академиком В.Н.Челомеем начали работу по созданию космических систем разведки и борьбы со спутниками.

В 1958 г. А.А.Расплетин избран членом-корреспондентом, а в 1964 г. – действительным членом Академии наук СССР. Большая научная эрудиция, творческая смелость при решении сложных технических проблем и блестящие организаторские способности поставили его в ряд крупнейших специалистов в области радиотехники. В январе 1961 г. он был назначен генеральным конструктором КБ-1, которым и оставался до конца своей жизни.

Александр Андреевич скоропостижно скончался 8 марта 1967 г., не прожив и 59 лет. В память о нём утверждена Золотая медаль Академии наук СССР имени академика Расплетина, которая присуждалась один раз в три года президиумом АН СССР советским учёным за выдающиеся работы в области радиотехнических систем управления. С 1994 года Российской академией наук один раз в три года присуждается Премия имени академика А.А.Расплетина за лучшие достижения в области создания радиотехнических систем автоматизированного управления.

Зенитно-ракетный комплекс С-25
[62, 64]

Проектирование системы обороны Москвы шло столь высокими темпами, что уже через два года после начала работ были проведены первые пуски ракет, которые создал для системы известный авиаконструктор С. А. Лавочкин. На стрельбовых испытаниях 26 апреля 1953 года впервые в мире зенитным ракетным комплексом (ЗРК) был сбит стратегический бомбардировщик Ту-4. Эта дата стала датой рождения нового вида оружия. В этом же году система получила название С-25, а А.А.Расплетин был назначен Главным конструктором системы.

В мае 1955 года система С-25 была принята на вооружение и поставлена на боевое дежурство. Это было грандиозное сооружение. Москву окружили две бетонные кольцевые дороги – одна в 50 километрах, другая в 90 километрах от Москвы. По внутренней дороге расположились 22 ЗРК, по внешнему кольцу – 34. Каждый ЗРК включал в себя полузаглубленное бетонированное помещение для размещения секторного радиолокатора и перед ним (на удалении в нескольких километрах) – 60 стартовых столов для 3-х ракет на каждый стрельбовый канал секторного радиолокатора. Система могла отразить массовый (до 1000 самолетов) налет противника.

Разработанный комплекс не имел себе равных в мире. США, например, тогда и не помышляли о создании ракетного оружия ПВО. Как и во всем мире, там продолжали работать над усовершенствованием зенитной артиллерии и использованием одноцелевых РЛС сопровождения. И только А.А. Расплетину удалось совершить революционный скачок не только в построении системы ПВО, но и в радиолокации. Радиолокатор системы впервые в мировой практике был многоцелевым. Он обеспечивал обнаружение и автоматическое сопровождение до 20 самолетов и осуществлял одновременное наведение на самолеты до 20 ракет в секторе 60°. Для наведения ракеты использовалось командное управление по всей траектории полета, а подрыв боевого заряда осуществлялся радиовзрывателем. Для передачи на ракеты команд управления использовались 20 отдельных радиопередатчиков, работающих в режиме непрерывного излучения.

К счастью, система С-25 так и не использовалась в режиме боевого применения, но ее наличие оказало отрезвляющее действие на горячие головы во время “холодной войны”. Более 30 лет она находилась на боевом дежурстве, неоднократно модернизируясь.

Зенитно-ракетный комплекс С-75
[27, 62, 64]

Еще в самом разгаре шла работа над системой С-25, а перед КБ-1 уже была поставлена задача разработки перевозимого ЗРК. Совет Министров СССР 20 ноября 1953 года принял постановление о создании подвижного зенитно-ракетного комплекса С-75, предназначенного для поражения целей, летящих со скоростью до 1500 км/ч на высотах от 3 до 20 км.

Поскольку предполагалось наличие одиночной, а не групповой цели, то можно было значительно упростить РЛС (рис. 44). Разработчики так и поступили, однако сохранили принцип линейного сканирования пространства, уменьшив при этом сектор сканирования до 10 градусов. Этим была сохранена возможность разрешения и обстрела плотных групп целей, а также обеспечивалось одновременное наведение на одну цель трех ракет (как и в комплексе С-25). Сохранилось командное управление зенитной ракетой с использованием радиовзрывателя при подходе к цели.

Одной из главных проблем было создание управляемой ракеты с наклонным взлетом (в С-25 ракеты взлетали вертикально). С этой целью было создано Особое конструкторское бюро № 2 (ОКБ-2, ныне – Машиностроительное конструкторское бюро “Факел”) под руководством П. Д. Грушина.

Генеральным конструктором системы С-75 Расплетин назначил Б. В. Бункина. Разработка новой подвижной системы шла так же быстро, как и системы С-25. В 1958 году система С-75 была принята на вооружение. Боевое крещение комплекса С-75 состоялось 1 мая 1960 года. Недалеко от Свердловска (ныне Екатеринбург) был сбит американский самолет-разведчик У-2. Военное руководство США было в шоке. До этого полеты над территорией СССР на высотах больше 17 км были совершенно безопасны, и США пользовались этим, время от времени посылая высотные самолеты-разведчики. Теперь небо над СССР было закрыто.

Комплекс С-75 “Двина” и его модификации “Десна” и “Волхов”, способные поражать цели на высотах до 25 километров, оказались самыми востребованными на земном шаре. Они экспортировались в десятки государств, а кое-где и сегодня находятся на вооружении.

С-75 сыграл решающую роль в прекращении войны во Вьетнаме. За годы войны во Вьетнаме системами С-75 было уничтожено около четырех тысяч американских самолетов (включая беспилотники). Только за 1972 г. – последний год войны – С-75 уничтожили 421 американский самолет, в том числе десятки бомбардировщиков Б-52. Американцам продолжать войну с такими потерями было бессмысленно.

Вьетнамская война сделала такую рекламу нашим зенитно-ракетным системам, что трудно найти страну, которая не захотела бы купить их. Да и сам комплекс С-75 значительно усовершенствовался в ответ на меры защиты от него, предпринятые со стороны США. Так, в последней модификации “Волхов” минимальная высота поражения цели была уже 100 м, а не 3000 м, как в “Двине”, была значительно улучшена помехозащищенность. Кроме того, на базе С-75 была разработана и принята на вооружение в 1961 г. система С-125, предназначенная для борьбы с низколетящими самолетами. Новое качество было достигнуто за счет максимально возможного подъема антенны над земной поверхностью и улучшения аппаратуры селекции сигнала, отраженного от низколетящего самолета, на фоне мешающих сигналов, отраженных от земли.

От С-200 к С-400
[62, 64]

В конце 50-х – начале 60-х гг. XX века в составе средств воздушного нападения появились авиационные комплексы большой дальности действия – стратегические и тактические бомбардировщики, самолеты радиолокационного дозора и наведения, постановщики активных помех и т.д. Это требовало создания системы зенитного управляемого ракетного оружия, способного поражать крупноразмерные цели на больших дальностях.

В июле 1958 года Совет Министров СССР принимает постановление о создании зенитно-ракетной системы, способной поражать на больших дальностях самолеты-носители, а в ближней зоне – уничтожать и беспилотные средства нападения. Создание такой системы, названной С-200, было поручено КБ-1.

Для новой системы нельзя было использовать принцип командного управления, так как при командном управлении увеличиваются ошибки наведения с увеличением расстояния от пункта управления до цели и до ракеты из-за увеличения ошибок измерения координат. Поэтому требовался другой метод управления. А.А.Расплетин принимает решение: перейти от командного управления к самонаведению с использованием полуактивной радиолокационной системы. Наземный радиолокатор непрерывного излучения узким (карандашным) лучом подсвечивает (облучает) цель. Устройство, расположенное на ракете, принимает сигнал, отраженный от цели, измеряет координаты цели относительно ракеты и формирует команды управления. Захват цели бортовым устройством производится до пуска ракеты.

Для разработки головки самонаведения в КБ-1 из ЦНИИ-108 были переведены специалисты по бортовым радиолокационным системам во главе с Б. Ф. Высоцким.

В 1966 г. завершились государственные испытания системы С-200, и в 1967 г. она принята на вооружение. Дальность действия системы – 160 км и высота поражения цели – 35 км. Система С-200 использовалась в боевых действиях зимой 1982-1983 гг. в Сирии против израильской и американской авиации. Был сбит самолет ДРЛО (дальнего радиолокационного обнаружения) Е-26 “Хокай”. В 1986 г. в Ливии при отражении налета американской авиации на г. Триполи сбит F-111, а также несколько самолетов палубной авиации.

В конце 60-х годов начались серьезные изменения в развитии наступательного оружия. В США началась разработка стратегических крылатых ракет, запускаемых с самолетов и кораблей, способных лететь на очень малых высотах с огибанием рельефа местности. Причем возможно массированное применение таких ракет в ходе одной боевой операции.

Ответом на появление нового оружия явилась разработка нового комплекса С-300. Он должен был обеспечивать уничтожение всех видов современных и перспективных аэродинамических целей, в том числе крылатых ракет всех типов, массированно применяемых как на больших, так и на малых и предельно малых высотах. Первый вариант системы С-300П в перевозимом контейнером исполнении был принят на вооружение войск ПВО в 1979 году, а в самоходном варианте (рис. 45) – в 1982 году. Система претерпела коренную модернизацию в 1989 году и в настоящее время выпускается в различных модификациях как для ПВО страны, так и для продажи за рубеж.

Использование когерентных РЛС с фазированной антенной решеткой и цифровой обработки сигналов обеспечили уникальные возможности этого комплекса. Он позволяет обстреливать одновременно шесть целей с наведением на каждую до двух ракет, причем на всех высотах полета цели начиная с 25 метров. Важно и то, что благодаря вертикальному старту ракет “трехсотка” может обстреливать цели, летящие с любого направления, без разворота пусковых установок. В С-300 использовался комбинированный метод наведения ракеты на цель: на начальном этапе полета ракеты – командное управление по данным наземного радиолокатора, а при подлете ракеты к цели – по данным радиолокационной головки ракеты, так называемое “наведение через ракету”.

Но, может, самое грандиозное достижение “Алмаза” последних лет – это создание суперсовременной перспективной ЗРС С-400 (“Триумф”), разработка которой велась с начала 90-х годов. 28 апреля 2007 г. постановлением Правительства РФ она была принята на вооружение, 6 августа ЗРС заступила на боевое дежурство, а 21-26 августа впервые продемонстрирована на Международном авиакосмическом салоне МАКС-2007 в г. Жуковском в присутствии первых государственных лиц России и иностранных делегаций десятков стран мира.

§

От наших глаз

Своим же светом сам себя скрывает.

Данте Алигьери.

Божественная комедия. Ад (1300 г.)

То, что связь на электромагнитных волнах (беспроволочный телеграф) сразу же столкнулась с помехами – от соседних радиостанций или от грозовых разрядов – было отмечено сразу. Но эти помехи были непреднамеренными. Возможность создания преднамеренной помехи предусматривал А.С.Попов, когда речь шла о выборе трассы радиосвязи между Болгарией и Россией. Он писал в марте 1903 г.: “…в военное время, в случае враждебных отношений с Румынией, правильное сообщение между станциями может быть прекращено посредством посылки электромагнитных волн с промежуточных между Одессой и Варной пунктов”. И поэтому он рекомендовал отнести эту линию связи подальше от границы с Румынией.

Со временем нарушение работы радиосредств, а также обеспечение работоспособности радиосредств при наличии помех вылилось в отдельную область радиотехники под названием “радиоэлектронная борьба”. Радиоэлектронная борьба – это совокупность мер и средств, обеспечивающая получение сведений о параметрах, режимах работы и местонахождении радиоэлектронных средств противника, затруднение или нарушение их работы, а также защиту своих радиоэлектронных средств от действий противника по нарушению их работоспособности.

Начало применения радиопомех [65]

Самая ранняя информация о преднамеренном создании помех относится к 1904 году. Из рапорта временно исполняющего должность командующего Тихоокеанским флотом России контр-адмирала П.П.Ухтомского от 15 апреля 1904 года: “В 9 час. 11 мин. утра неприятельские броненосные катера “Ниссин” и “Касуга”, маневрируя на зюйд-зюйд-вест от маяка Ляотешань, начали перекидную стрельбу по фортам и внутреннему рейду. С самого начала стрельбы два неприятельских крейсера, выбрав позиции против прохода Ляотешаньского мыса, вне выстрелов крепости, начали телеграфировать, почему немедленно же броненосец “Победа” и станция Золотой горы начали перебивать большой искрой неприятельские телеграммы, полагая, что эти крейсера сообщают стреляющим броненосцам об их попадании снарядов. Неприятелем выпущено более 60 снарядов большого калибра. Попаданий в суда не было”.

Речь шла о том, что мощной помехой – “большой искрой” – была нарушена связь между японскими кораблями, и корабли, ведущие стрельбу по невидимой для них из-за гористой местности цели (перекидную стрельбу), не получив корректирующей информации, вынуждены были прекратить обстрел, не нанеся никакого ущерба.

В нашей стране в честь этого события считают 15 апреля 1904 г. датой рождения радиоэлектронной борьбы.

Была возможность применить радиопомеху еще в одном эпизоде русско-японской войны. Перед печально известным Цусимским сражением командир крейсера “Урал” хотел подавить радиопередачи с японских разведывательных крейсеров о передвижениях русских кораблей, но командующий эскадрой вице-адмирал Рожественский этого не разрешил, обосновывая позже свое решение тем, что не хотел дать возможность японцам установить местонахождение русской эскадры.

Возможно, эти факты подтолкнули русских специалистов к исследованию помех радиосвязи. Профессор А.А.Петровский, первый в России профессор по радиотехнике, изложил в 1911 г. теоретические соображения по поводу условий, при которых можно помешать противнику пользоваться радиотелеграфом, и провел опыты по радиоподавлению на Черном море.

Офицер морского флота И.И.Ренгартен провел в 1913 – 1914 гг. на Балтийском флоте обширные экспериментальные исследования влияния помех на радиосвязь, придавая особое значение заградительной помехе, то есть помехе, перекрывающей весь диапазон волн, занимаемый радиостанцией. Он первым в мире показал, что заградительная помеха может полностью нарушить радиосвязь.

Помехи радиосвязи во время первой
мировой войны [66]

Во время первой мировой войны, казалось бы, должны широко использоваться помехи для нарушения радиосвязи, однако этого не произошло. Только в боевых действиях на море предпринимались отдельные попытки нарушения радиосвязи посредством создания радиопомех. Более ценные результаты давало радиоподслушивание, чем радиоподавление. Начальник разведывательного бюро австрийского Генерального штаба М.Ронге писал: “Служба радиоподслушивания оказывала хорошие услуги нашему командованию. Можно было немедленно установить намерения русского командования и настолько хорошо поставить учет неприятельских сил, что уже к концу октября (1914 г.) была установлена точная дислокация частей до дивизии включительно”.

И для осуществления радиоподслушивания, и для постановки помех нужно было знать частоты, на которых работает противник. Это обеспечивалось радиоразведкой. К 1916 г. радиоразведка была достаточно хорошо оснащена необходимой аппаратурой. Для этой цели использовались радиопеленгаторы, которые определяли параметры радиосигнала и расположение радиостанций противника. Чтобы затруднить противнику прослушивание передаваемых сообщений, воюющие стороны начали применять шифры и коды. Так, русское командование на западном фронте 14 сентября 1914 г. отдало приказ о шифровке всех радиопередач.

Перед первой мировой войной появился и первый метод борьбы с помехами – изменение несущей частоты, чтобы перейти в диапазон частот, свободный от помех.

Заградительная
и прицельная
помехи [35]

Продолжая работу по формированию заградительной помехи, И. И. Ренгартен в1919 г. предложил метод ее создания: для этой цели он рекомендовал использовать несколько радиостанций, чтобы каждая “настроила свой отправитель на определенные длины волн так, чтобы при одновременном действии их был накрыт весь тот диапазон, который доступен приемнику противника”. В то время не существовало специальных передатчиков помех и роль станций помех выполняли обычные связные радиостанции, излучавшие такие же сигналы, которые они использовали для радиосвязи.

Ренгартен предложил также разрабатывать специальные передатчики помех радиосвязи и в качестве заградительной помехи использовать сигнал с частотной или комбинированной частотно-амплитудной модуляцией. Он писал, что нужно излучать “в пространство волны непрерывно и быстро меняющейся длины, так, например, чтобы в течение одной – двух секунд выполнялся бы полный цикл излучения волн всего диапазона”.

Заградительная помеха нарушала работу всех радиостанций в некотором диапазоне частот. Для подавления конкретной радиостанции использовалась прицельная помеха. Исследования эффективности прицельных помех были проведены А. А. Петровским в 1911 г. Изучал прицельные помехи и Н. Д. Папалекси. Он писал: “Когда речь идет о мешании приему станций, работающих на определенных волнах, то проще всего мешающий передатчик настраивать приблизительно на ту же волну, причем характер модуляции мешающих колебаний выбирается в зависимости от рода передачи, которой желательно помешать”. Другими словами, мешающий сигнал должен быть подобным подавляемому.

Дезинформация,
засекречивание,
помехи в радиосвязи
[65, 67, 68]

За двадцать с небольшим лет, отделивших первую мировую войну от второй, радиотехника совершила гигантский скачок. Помимо радиосвязи существовало радиовещание и телевидение, широко использовались радионавигационные системы, появились радиолокационные станции. Поэтому изменилась и роль радиоразведки и радиопротиводействия. Если в первую мировую войну радиопомехи лишь позволяли достигнуть некоторых тактических результатов, то теперь они способствовали успеху ряда сражений и даже целых операций в воздухе и на море.

Так, в декабре 1941 г. в результате налета японской корабельной авиации на американскую базу Пирл-Харбор было потоплено и повреждено 18 кораблей, уничтожено 188 из 394 самолетов Тихоокеанского флота США. Этот успех японских ВМС в немалой степени был обусловлен мероприятиями по дезинформации противника. Используя радиоэлектронные средства, японцы имитировали ситуацию, что все их корабли находятся в местах своей дислокации: разместив в местах обычных якорных стоянок радиостанции, организовали ложный радиообмен, а корабли в это время двигались при абсолютном радиомолчании к Пирл-Харбору. У успокоенных американцев в это время не работала ни одна радиолокационная станция, ни береговые, ни корабельные.

Об использовании радиовещания во время Великой Отечественной войны для дезорганизации масс на немецкой территории вспоминал профессор И. С. Гоноровский, автор известного учебника для вузов “Радиотехнические цепи и сигналы”. В Москве ловили передачу немецкой радиостанции, выделяли несущую частоту и на этой частоте вели передачу на Германию. И немецкие радиослушатели, например, вместе с речью министра пропаганды Геббельса слышали и комментарии, оскорбительные как для Геббельса, так и для самого Гитлера. Немецкое командование так и не смогло определить, откуда велась эта радиодиверсия.

Во всех странах во время второй мировой войны велись работы по засекречиванию передаваемой информации и созданию помех для каналов радиосвязи. В декабре 1942 г. вышло постановление Госкомитета обороны (ГКО) “Об организации в Красной Армии специальной службы по забивке немецких радиостанций, действующих на поле боя”, подписанное Сталиным. Ставились по-военному жесткие сроки: на комплектование радиодивизионов – 10 дней, на разработку помеховой радиоаппаратуры – два месяца. Постановление было выполнено, армия получила радиостанцию помех “Пчела”. С 1943 г. до конца войны радиодивизионы подавляли радиосвязь вермахта в звене армия – корпус – дивизия. Особая эффективность проявлялась при создании помех радиосвязи окруженных группировок.

Радиоразведка
во время второй
мировой войны
[24, 66]

Особое внимание уделялось радиоразведке – определению параметров радиосигналов противника, главным образом несущей частоты и места расположения передатчика. Интенсивную радиоразведку во время второй мировой войны вела английская радиовещательная корпорация Би-Би-Си. Она осуществляла радиоперехват практически всех радиотелеграфных передач как противника, так и нейтральных стран. В штате службы радиоперехвата состояло свыше 500 служащих. Перехват радиопередач велся на 30 языках.

В Англии радиоразведывательный приемник и передатчик радиопомех были разработаны к концу 1941 г., но массовое их применение началось несколько позднее, когда широко стала использоваться радиолокационная техника. Радиоразведывательные приемники устанавливались на кораблях и самолетах союзников для предупреждения их об облучении радиолокационными станциями. Иногда такие приемники использовались и как средство организации нападения. Так, приемники, обнаруживавшие излучение радиолокаторов защиты хвоста немецких бомбардировщиков, помогали пилотам истребителей выйти в заднюю полусферу даже в условиях ограниченной видимости и позволяли вести прицельный огонь.

В составе немецких армий были отдельные разведывательные роты, которые оснащались КВ и УКВ радиопеленгаторами и приемниками радиоперехвата. Радиоразведывательные приемники устанавливались и на немецких подводных лодках. Эти приемники перехватывали сигналы радиолокаторов задолго до того, как последние обнаруживали подводную лодку, что давало ей возможность незамеченной погрузиться в воду.

Активные помехи для РЛС [66, 68]

Во второй мировой войне главным объектом воздействия помех были радиолокационные станции. Одними из первых применили помехи для подавления РЛС немцы. В феврале 1942 г. они провели через пролив Ла-Манш три корабля в Северное море под носом у британского флота. Англичане знали о готовящемся переходе и организовали усиленное радиолокационное наблюдение. Однако немцы в течение нескольких недель перед выходом кораблей периодически включали радиопомехи, не предпринимая никаких действий. Тем самым они притупили бдительность персонала английских РЛС. И при очередном включении помех, когда на экранах РЛС ничего нельзя было разобрать, ночью корабли спокойно прошли через пролив.

Успешно применяли помехи и союзники. После того, как англичане стали терпеть большие потери своей бомбардировочной авиации из-за использования немцами РЛС орудийной наводки “Вюрцбург”, было принято решение установить на бомбардировщиках передатчики шумовых помех. Потери англичан значительно уменьшились, пока РЛС “Вюрцбург” не перевели на другую несущую частоту.

В 1942 г. для обнаружения английских бомбардировщиков немцы установили на ночных истребителях радиолокаторы перехвата и прицеливания. Передатчики помех, установленные на английских бомбардировщиках, не обеспечивали эффективного подавления этих радиолокаторов. А иногда и наоборот, летчики немецких истребителей использовали эти передатчики как радиомаяки и выходили на бомбардировщики противника. Поэтому англичане в июне 1944 г. установили на южном побережье Англии сверхмощные передатчики помех “Туба” американского производства. Эти передатчики “ослепляли” радиолокаторы прицеливания и перехвата истребителей еще над территорией Европы и не давали возможности преследовать бомбардировщики.

В Исследовательской лаборатории Гарвардского университета в 1943 г. было разработано несколько типов передатчиков помех для подавления РЛС, в том числе перестраиваемый по частоте AN/APT-2 (“Карпет-1”) для подавления РЛС “Вюрцбург”.

Практически все используемые передатчики помех генерировали непрерывный сигнал, промодулированный по амплитуде шумом. Генерируемые помехи позже в радиолокации стали называть активными, в противоположность пассивным помехам, полученным переизлучением сигнала подавляемой РЛС специально организуемыми отражателями.

Пассивные помехи для РЛС [66, 69]

Впервые пассивные помехи были применены англичанами в июне 1943 г. во время налета на Гамбург. Примерно в то же время пассивные помехи применили и немцы у берегов Нормандии. Вскоре, примерно с декабря 1943 г., пассивные помехи стали интенсивно использовать и американские ВВС.

Пассивная помеха создавалась облаком металлизированных лент, которые переизлучали сигнал передатчика РЛС. Так как эффективная отражающая поверхность (ЭОП) облака была много больше ЭОП самолета, то на экране радиолокатора отметка от самолета была неразличима на фоне более яркой и занимающей большую площадь помехи. Максимальная мощность помехи получалась, когда длина ленты была равна половине длины волны, на которой работала РЛС. При отклонении длины ленты от указанного размера мощность помехи уменьшалась. Так, ленты длиной около 25 см, предназначенные для создания помех работе станций 50-сантиметрового диапазона волн, слабо воздействовали на станции метрового диапазона.

Кроме лент, выполненных в виде полуволновых отражателей (рис. 46), во время второй мировой войны применялись длинные (до 50 – 100 м) металлизированные ленты (рис. 47), сбрасываемые на небольших парашютиках для увеличения времени их опускания. Такие ленты были удобны тем, что они оказывали влияние сразу на все радиолокационные станции независимо от их диапазона.

Бороться с пассивными помехами было гораздо сложней, так как перестройка несущей частоты не позволяла освободиться от помехи. Около 90 % радиоинженеров Германии в 1944 – 1945 гг. занимались разработкой приставок к РЛС орудийной наводки “Вюрцбург” для борьбы с пассивными помехами. Была создана приставка череспериодной компенсации. Однако американцы настолько быстро реагировали на контрмеры немцев, что устройства защиты от помех часто не давали ожидаемого эффекта. Например, немецкие приставки защиты от пассивных помех позволяли работать радиолокаторам, когда помеха превышала сигнал в 5 – 6 раз. Союзники увеличили это отношение до 20 – 40.

Применение пассивных помех уменьшило потери английских и американских бомбардировщиков примерно в 2 – 3 раза. За время второй мировой войны союзники сбросили над Германией свыше 20 тыс. т алюминиевой фольги.

Недостаток пассивных помех заключается в малом времени их воздействия на РЛС. Осадки могут ускорить падение лент, ветер отнести их в сторону от нужного направления. Кроме того, нужно иметь в виду, что применение в РЛС схем защиты от пассивных помех может потребовать очень большой концентрации отражателей для создания эффективной помехи.

Во время второй мировой войны пачки металлизированных лент сбрасывались членами экипажей самолетов вручную. Впоследствии процесс сбрасывания дипольных отражателей был автоматизирован. Сначала автомат сбрасывания устанавливался в хвостовой части самолета. С увеличением скорости самолеты – постановщики помех, чтобы скрыть себя, стали сбрасывать диполи главным образом вперед, а также в стороны и вверх. В США для этого использовались и специальные ракеты.

Радиопротиводействие в операции высадки войск союзников
в Нормандии [66]

По масштабу применения методов и средств радиопротиводействия операция высадки англо-американских войск в Нормандии (открытие второго фронта) не имела себе равных. Радиоразведка, радиодезинформация, физическое уничтожение радиосредств, радиопомехи – все это использовалось в полной мере и до минимума свело потери войск союзников.

Считая северное побережье Франции наиболее вероятным местом высадки, немцы сконцентрировали на нем крупные военные силы, а также большое количество РЛС различных типов. Местами один радиолокатор приходился на 2 – 2,5 км береговой линии. Радиолокационные станции устанавливались также на всех немецких патрульных самолетах.

В ноябре 1943 г. союзниками был разработан специальный план радиопротиводействия. Поставлена задача: ввести немцев в заблуждение относительно точного времени и места высадки главных сил и привлечь их внимание к районам ложной высадки войск. В ночь накануне дня вторжения, американские и английские самолеты барражировали над побережьем Южной Англии, сбрасывая дипольные отражатели. Это давало на экранах немецких РЛС дальнего обнаружения отметки, создававшие впечатление полета над Ла-Маншем большого количества самолетов.

В день вторжения рано утром союзники организовали вылет из района Дувр по направлению на Кале небольшой группы бомбардировщиков, снабженных передатчиками радиопомех и дипольными отражателями, которые имитировали налет крупных сил бомбардировщиков. В районе Булони на мелких судах, направлявшихся к французскому побережью, были установлены уголковые отражатели, создававшие на экранах радиолокаторов отметки как от больших кораблей типа линкора. Кроме того, артиллерией и ракетами с кораблей выстреливались дипольные отражатели, что создавало впечатление движения большого конвоя. Поверив в реальность отвлекающих мероприятий, немцы основные силы направили к району Булонь.

К началу операции радиоразведкой было определено местонахождение большей части немецких радиолокационных станций на побережье Франции. Накануне высадки они подверглись интенсивной бомбардировке, в результате чего было уничтожено до 80 % РЛС. Во время высадки десанта на истинном направлении около 100 самолетов создавали радиопомехи, которыми удалось полностью засветить экраны оставшихся немецких РЛС. Высадка десанта была успешной. Десантные корабли приблизились к берегу, не подвергшись атаке ни самолетов, ни кораблей. Береговая артиллерия также не могла вести эффективный огонь без радиолокационной поддержки. Из 2127 кораблей, участвовавших в высадке, было потоплено береговой артиллерией только шесть. Были минимальными и человеческие потери, так как в районе высадки главных сил союзников немецкая авиация и войска появились с опозданием от 18 до 48 часов.

Начало разработки
генераторов помех для РЛС
в СССР [65, 70, 74]

В СССР разработкой передатчиков помех для РЛС стали заниматься фактически уже после окончания Отечественной войны. К этому времени были получены многочисленные сведения о большой роли, которую играла противорадиолокационная техника во второй мировой войне во время боевых действий Англии и США с Германией. Да и послевоенная обстановка была отнюдь не спокойной. США, взорвав атомные бомбы в Хиросиме и Нагасаки, продемонстрировали всему миру свою военную мощь и отдалялись от союзнических отношений с СССР. Это заставило с большим вниманием отнестись к необходимости ускоренного развития противорадиолокационной техники в нашей стране.

Работы по созданию активных помех радиолокационным станциям начались в 1944 г. в НИИ-108. В 1945 г. проводились эксперименты по воздействию помех на работу немецких трофейных РЛС типа “Вюрцбург”, “Фрея” и “Лихтенштейн”. Но в полную силу эта работа стала проводиться после войны.

НИИ-108 был основан в 1943 г. А. И. Бергом для координации работ по радиолокации. После Великой Отечественной войны институту были предоставлены большие валютные средства и его библиотека получила возможность выписывать практически все иностранные журналы по радиолокационной тематике. По репарациям институт получил техническую документацию, аппаратуру, радиодетали и оборудование от фирмы “Телефункен”. А. И. Бергу удалось привлечь в институт высококвалифицированные научные и инженерные кадры. В 1946 – 1947 гг. вышли постановления Совета Министров СССР и ЦК ВКП(б), в которых на ЦНИИ-108 возлагалось выполнение опытно-конструкторской работы по созданию самолетной станции помех-разведки и широкоплановой НИР в области противорадиолокации. Эти первые крупные работы по радиоэлектронному противодействию находились под неусыпным контролем начальника института А. И. Берга и главного инженера А. М. Кугушева.

Разработанная институтом станция помех-разведки ПР-1 предназначалась для установки на бомбардировщике Ту-4 (аналог американского Б-29). Она производила радиоразведку и создавала помехи в двух диапазонах: 9,5 – 10,5 см и 30 см – 2 м. Помеха представляла собой непрерывное колебание с амплитудной шумовой модуляцией с шириной спектра в несколько МГц. Летные испытания, начавшиеся в 1948 г., показали высокую эффективность подавления всех имевшихся тогда в СССР типов зарубежных РЛС. После доработки станция ПР-1 была принята на вооружение.

ЦНИИ-108 был преобразован в ЦНИРТИ и стал головным предприятием по разработке средств радиопротиводействия. В последующих работах по созданию станций помех широко использовались достижения электроники СВЧ. Кроме ряда станций прицельных шумовых помех, разработанных другими организациями и в принципе аналогичных ПР-1, были созданы мощные самолетные станции заградительных помех с использованием широкополосных магнетронов, разработана самолетная станция прицельно-заградительных шумовых помех на лампах обратной волны. Резкий скачок в состоянии и возможностях противорадиолокационной техники наступил с использованием ламп бегущей волны.

Смотрите про коптеры:  Топ 10 причин падения квадрокоптеров - DJI Гид покупателя
Радиовойна
[66, 68, 70, 71]

Опыт проведения военных операций во время второй мировой войны и в последующих локальных войнах в Корее и Вьетнаме показал, что минимальных потерь можно добиться только при надлежащей радиотехнической подготовке и сопровождении военных действий. Радиотехнические средства становились чуть ли не главной составляющей успеха военных операций. Если раньше говорилось о радиоразведке, радиоперехвате, создании помех, то теперь речь шла о комплексном использовании этих и других средств, объединенных понятием “радиоэлектронная борьба” (РЭБ) и даже более жестким “радиовойна”. Термин радиоэлектронная война появился после Корейской войны 1951 – 1953 гг.

Радиовойна, как и любая другая война, предполагает единство трех действий: разведки, нападения и обороны. В радиовойне это радиоразведка, радиопротиводействие и контррадиопротиводействие. Радиоразведка заключается в обнаружении радиосигнала, определении его параметров и местоположения источника. Радиопротиводействие – комплекс мер, лишающий радиоэлектронные средства (РЭС) противника способности выполнять свои функции. Контррадиопротиводействие – комплекс мер, обеспечивающих работоспособность своих РЭС при использовании противником средств радиопротиводействия.

В Вооруженных Силах СССР понятие радиоэлектронной борьбы стало использоваться с 1960-х годов. Первый выпуск офицеров специалистов по РЭБ состоялся в 1969 г. в Ленинградской военно-инженерной академии им. А. Ф. Можайского.

Радиотехническая разведка в СССР
[66, 68, 70]

Постановка помех и радиоразведка сначала возникли в радиосвязи. Во время Великой Отечественной войны радиодивизионы имели на своем вооружении разведывательные приемники, радиопеленгаторы и станции радиопомех. Хуже обстояло дело в области радиолокации. Как мы уже говорили, самолетная станция помех-разведки ПР-1 была разработана в ЦНИИ-108 только к 1948 г. В ней совмещались операции радиоразведки и генерирования помех. Опыт этой разработки использовался в отраслевых институтах: НИИ-17 Минавиапрома, НИИ-10 Минсудпрома.

В дальнейшем операции радиоразведки и генерирования помех стали разделяться. Системы радиоразведки имеют свою специфику для разных направлений радиотехники и родов войск. Мы ограничимся рассмотрением стратегической радиоразведки в радиолокации.

В СССР первая наземная станция радиотехнической разведки в диапазоне частот радиолокационных сигналов под названием “Пост” была разработана в конце 1940-х – начале 1950-х годов. В фокусе параболического зеркала был помещен рупор, нагруженный на полосовой фильтр с детекторной головкой. Сигнал усиливался приемником прямого усиления и прослушивался головными телефонами. В середине 50-х годов была разработана наземная станция радиотехнической разведки “Пирамида”. Она размещалась в автофургоне и по тому времени была вполне современной. Станция позволяла достаточно точно определять частоту РЛС и все основные параметры излучения. Разведка могла вестись в 3-, 10-, 20-сантиметровом и метровом диапазонах. Станция выпускалась серийно и состояла на вооружении.

Первой самолетной станцией радиоразведки была станция “Ромб”. Размещалась в подвесном контейнере, работала полностью автоматически, вся развединформация регистрировалась и записывалась магнитофонами. Информация таких станций была необходима для выявления диапазонов частот зарубежных РЛС, определения основных параметров и режимов их работы.

Спутниковая (космическая) радиоразведка началась со станции “Куст-12” на основе 12-канального приемника прямого усиления. Принятые сигналы записывались магнитофоном, кассеты с записанными данными сбрасывались на землю в спускаемом аппарате. В следующей станции “Куст-40” передача информации производилась по радиоканалу. Однако, как и “Куст-12”, она позволяла определить только параметры радиосигнала, а расположение радиолокационных станций оценивалось приближенно по координатам спутника.

В 1970-е годы на смену станциям “Куст” пришла система космической глобальной радиотехнической разведки “Целина”. Спутник системы ‘Целина-O” осуществлял анализ и запоминание принятых излучений и полученную информацию через станцию “Трал” сбрасывал на наземную станцию приема. Эта станция размещалась в глубине страны в месте, недоступном для иностранных технических разведок. Принятая информация после обработки ее специальным вычислительным комплексом кодировалась и передавалась в Московский центр управления системой. Здесь она анализировалась и приводилась к виду, удобному для практического использования. За сутки такая информация обновлялась неоднократно и практически была оперативной. Но местоположение источников излучения по-прежнему определялось приближенно по времени прохождения спутника над территорией.

Появившийся на смену ему спутник “Целина-Д” помимо обычной разведывательной радиотехнической информации определял точное направление на источник излучения. Для этого использовался многобазовый фазовый пеленгатор. Ошибка определения местоположения – 1 – 2 км. Темп обновления информации – 2 часа. В конце 1980-х и начале 1990-х годов разведывательная система “Целина-Д” подверглась модернизации и под наименованием “Целина-2” была запущена в 2000 г.

Наибольших успехов в области космической разведки добились США. В 1998 г. Национальное бюро аэрофотосъемки США представило концепцию Joint Vision 2022, цель которой – выйти на такой уровень радиоперехвата, который позволит прослушивать переговоры по мобильным телефонам.

Радио-
противодействие
[66, 72]

В самом общем смысле радиопротиводействие призвано подавить радиосредства противника и обеспечить успешное выполнение военной операции. Рассмотрим, что требуется в современных условиях для вывода бомбардировщиков в район защищаемой цели.

Внимательно рассмотрите рис. 48, на котором показано использование средств РЭБ при налетах американской авиации на объекты Вьетнама. Примерно за сутки перед налетом производилась оперативная разведка радиоэлектронных средств и систем наведения ракет зенитно-ракетных комплексов. Непосредственно перед налетом и во время налета использовались средства радиопротиводействия: подавление ЗРК и РЛС вплоть до их физического уничтожения; создание помех как отдельными самолетами – постановщиками помех, так и постановщиками помех в составе ударной и отвлекающей групп самолетов и использование ложных целей. В данном примере ложной целью являлась отвлекающая группа.

Таким образом, основными операциями радиопротиводействия являются: создание радиопомех, использование ложных целей или других способов затруднения обнаружения защищаемой цели и уничтожение радиоэлектронных средств противника.

Ответные помехи РЛС [66, 70]

Во время второй мировой войны для подавления РЛС наиболее часто использовалась активная помеха в виде непрерывного колебания, промодулированного по амплитуде шумом. В последующем большее внимание уделялось созданию помех, подобных используемому в РЛС сигналу. Такими являются ответные помехи.

Ответная помеха генерируется передатчиком помех в ответ на облучение его сигналом радиолокационной станции. Ответная помеха может быть маскирующей или дезинформирующей. Маскирующая помеха создает на индикаторе РЛС множество ложных отметок, на фоне которых трудно выделить отметку цели. Генератор таких помех в ответ на принятый импульс подавляемой РЛС формирует серию импульсов, по своим параметрам близких к параметрам импульса РЛС.

Дезинформирующие помехи содержат ложную информацию. Таковыми являются уводящие помехи. Помеха, уводящая по дальности, представляет собой переизлученный передатчиком помех импульс РЛС с медленно изменяющейся задержкой. Если в систему слежения за задержкой поступят имеющие одинаковую задержку импульс, отраженный от цели, и импульс помехи большой амплитуды, то при перемещении импульса помехи система перейдет на слежение за помехой и цель будет потеряна.

Для нарушения работы систем автоматического слежения за доплеровским сдвигом частоты используются помехи, уводящие по скорости. Были созданы также помехи, уводящие по угловым координатам. В 1970-е годы стали создавать перенацеливающие помехи на облако дипольных отражателей или на подстилающую поверхность, когда помеховый сигнал от передатчика помех посылается к подавляемой РЛС либо через облако пассивных отражателей, либо через поверхность земли, создавая тем самым помеху, уводящую по направлению.

В СССР одной из первых самолетных станций ответных помех была станция СПС-3М (“Роза-М”), разработанная в 1956 г. Станция создавала для РЛС с коническим сканированием помехи, уводящие по угловым координатам. В 1960-х годах создано семейство станций “Сирень”. В этих станциях реализованы помехи: уводящая по дальности, по скорости, по угловым координатам, мерцающая и ответно-шумовая. В 1974 г. завершена разработка унифицированных самолетных станций ответных помех “Герань”, предназначенных для защиты самолетов от поражения управляемыми ракетами. Кроме помех, создаваемых станциями “Сирень”, реализованы дополнительно следующие виды: доплеровские шумы, поляризационная помеха, помехи, перенацеливающие на облако дипольных отражателей и на подстилающую поверхность, помехи прикрытия маневра и др. Количество видов помех и их комбинаций– 108, а в станциях “Сирень” – 15.

Кроме средств радиопомех, устанавливаемых на самолетах, для преодоления ПВО применяются специальные управляемые ракеты радиопротиводействия, запускаемые с бомбардировщиков. Первой такой американской ракетой (1960 г.) была управляемая ракета класса “воздух – земля” “Грин Квейл” GAM-72. Ракета представляла собой небольшой самолет с коротким фюзеляжем и треугольным крылом, снабженный турбореактивным двигателем. В носовой части ракеты размещена аппаратура помех радиотехническим, акустическим и инфракрасным средствам. После пуска с бомбардировщика ракета летит на некотором удалении от него и создает помехи. Несмотря на небольшие размеры, ракета может создавать на экранах индикаторов РЛС такое же изображение, как большой самолет типа В-52. После выполнения задания каждая ракета уничтожается специальным устройством, срабатывающим по команде, подаваемой с бомбардировщика. Максимальная дальность полета более 360 км.

Помехи системам
радиоуправления
[64, 66]

Систему радиоуправления можно вывести из строя, воздействуя на нее помехой через любое радиоустройство, снабженное приемной антенной и, следовательно, открытое для помех: радиолокационный измеритель координат (координатор), приемник командной радиолинии и радиовзрыватель.

Впервые управляемые по радио ракеты (планируюшая бомба Hs-293) были применены немцами летом 1943 г. в Бискайском заливе во время высадки десанта, в результате чего был потоплен крупный корабль. Для борьбы с управляемыми ракетами группе радиоспециалистов морской лаборатории США было поручено в кратчайшее время разработать средства радиопомех. Для этого надо было знать характеристики радиосигналов, передаваемых по командной радиолинии. Был разработан разведывательный радиоприемник, с помощью которого установили, что сигнал радиоуправления передавался на частоте 40 МГц, а наведение ракет на цель производилось сигналами, модулированными по амплитуде колебаниями двух частот (см. рис. 43). Разработка передатчиков радиопомех (AN/ARK-8) была закончена в 1944 г., и они были применены американцами при высадке десанта в Нормандии и на юге Франции.

Примером эффективного использования помехи по командной радиолинии является фактическое лишение работоспособности ЗРК С-75 во Вьетнаме в 1967 г. Американцы сумели разработать помеху по этому каналу после того, как им в руки попала аппаратура С-75, брошенная египтянами на Синайском полуострове летом 1967 года. В результате действия помехи нарушалась работа командной линии управления, ракета летела на автопилоте, пока не срабатывала система самоликвидации. Особенно результативным стал для американцев налет на Ханой, осуществленный 15 декабря 1967 г., когда в результате использования помех этого типа было “нейтрализовано” около 90 зенитных ракет. Ни одного самолета во время этого налета сбито не было.

Когда стал понятен характер помехи, ответная мера была найдена быстро. Прямо “на месте” перестроили рабочие частоты ответчиков, установленных на ракетах, и увеличили мощность ответного сигнала. В результате зимой 1968 г. эффективность действия комплексов была восстановлена.

Отечественными специалистами была создана эффективная помеха для американского ЗРК “Хок”, воздействующая на координатор. Израиль закупил у США этот комплекс и использовал его во время военного конфликта с Объединенной Арабской Республикой в конце 1960-х годов. Авиация Египта несла большие потери, и возникла проблема создания эффективных средств помех для ЗРК “Хок”. В этом комплексе использовались пассивная головка самонаведения ракеты и РЛС подсвета цели, излучающая узкополосный непрерывный сигнал. Широкополосная шумовая помеха была неэффективной. Калужским научно-исследовательским радиотехническим институтом (КНИРТИ) была создана станция помех “Смальта”, переизлучавшая сигналы РЛС подсвета ЗРК “Хок”. Станция помех размещалась на земле или вертолете на расстоянии от пускового комплекса ЗРК, недостижимом для ракеты “Хок”. Ракета направлялась на станцию помех и самоликвидировалась, достигнув предельной дальности.

Эффективность наземной станции “Смальта-Н” была подтверждена в октябре 1973 г. при защите сирийских ВВС, бомбивших израильские войска в районе Голанских высот. Под прикрытием станции “Смальта” сирийскими самолетами было совершено более 120 налетов и потерян только один самолет.

Помимо ракет, снабжаемых аппаратурой создания помех, для маскировки самолетов-бомбардировщиков использовались ложные радиолокационные цели (ракеты-ловушки).В качестве ракеты-ловушки в ВВС США применялась ракета “Файрби”. Чтобы она создавала такое же по интенсивности отражение, как и бомбардировщик, в ее хвостовой части установлена линза Люнеберга.

Появились также буксируемые ловушки и уводящие от самолета пиротехнические и оптические средства помех, предназначенные для борьбы с тепловыми (ИК) и лазерными (оптическими) головками самонаведения.

Уменьшение уровня отраженного сигнала
[54, 66, 68, 75]

Ложные цели затрудняют обнаружение истинной цели. Но можно затруднить обнаружение и уменьшением уровня отраженного от цели сигнала.

Для этого немцы во время второй мировой войны использовали противорадиолокационные покрытия. Существует два типа покрытий – интерференционные и поглощающие. В интерференционном покрытии волны, отраженные от наружной и внутренней границ покрытия, компенсируют друг друга в результате интерференции. В поглощающем покрытии отраженная волна намного меньше проникающей внутрь покрытия и рассеиваемой там.

Немцы применяли интерференционные покрытия для перископов подводных лодок. Благодаря такому покрытию они добились к 1944 г. уменьшения мощности отраженного сигнала почти в 400 раз, что привело к снижению дальности радиолокационного обнаружения объектов с такими покрытиями почти в четыре с половиной раза. Однако интерференционные покрытия обеспечивали хорошие результаты только в узком частотном диапазоне, что ограничивало их применение.

В более широкой полосе работают поглощающие покрытия. Немцы исследовали более десятка различных поглощающих материалов, однако все они не обеспечивали достаточно эффективной защиты от радиолокаторов, работавших в широком диапазоне волн.

Помимо уменьшающих отражение покрытий ослабить отраженный сигнал можно и изменением конфигурации отражающего объекта. В 1977 году в США был создан первый самолет-невидимка Lockheed F-117A Night Hawk по технологии “стелс”. В 1992 г. он поступил на вооружение. Конструктор этих самолетов-невидимок Бен Рич признавал, что идею конструкции своего самолета он почерпнул из работы Петра Уфимцева «Метод краевых волн в физической теории дифракции», опубликованной в 1962 году в Москве. А еще один из отцов самолетов-невидимок Алан Браун оценивал вклад теории Уфимцева в создание компьютерных программ “стелс” в 30-40 процентов от общего вклада.

Петр Яковлевич Уфимцев работал в НИИ-108, когда писал эту книгу. Научные и военные круги США были настолько заинтересованы содержанием книги и самим автором, что в 1990 г. попросили его прочитать лекции в качестве “приглашенного профессора” в Калифорнийском университете. Уфимцев в то время работал в Институте радиоэлектроники РАН, руководство не возражало, и с сентября 1990 г. он начал работать в Калифорнийском университете, а потом там и остался.

В СССР теория П. Я. Уфимцева использовалась в работах по снижению эффективной поверхности рассеивания боеголовок межконтинентальных баллистических ракет. В нашей стране самолеты-невидимки не строились, что и к лучшему. Как показал опыт, самолеты-невидимки не оправдали ожиданий, они хорошо обнаруживались в метровом диапазоне волн, и один из F-117 был сбит во время югославского конфликта.

Следует также учитывать, что меры по уменьшению эффективной отражающей поверхности ракеты или самолета еще не обеспечивают их маскировки, так как летательные аппараты можно обнаружить по их следу из ионизированных частиц, которые хорошо отражают радиоволны.

Радиопротиводействие системам ПРО [70, 73]

В 1960-х годах были созданы баллистические ракеты, оснащенные ядерными боеголовками. Проблема доставки ядерного оружия в любую точку земного шара была решена. Появилась новая проблема, ставшая головной болью для США и СССР, как защититься от межконтинентальных баллистических ракет (МБР) – проблема противоракетной обороны (ПРО). Американцы развернули поиски в рамках работы “Сентинел”, а потом приступили к созданию системы ПРО “Сейвгард”. В СССР тоже начались поисковые работы по созданию системы ПРО.

Параллельно стали разрабатываться средства радиопротиводействия системе ПРО. В СССР эта работа была сосредоточена в ЦНИРТИ (бывшем НИИ-108). Использовались практически все известные средства РЭБ. В результате проведенных работ в сотни раз (до 0,1 м2) была уменьшена отражающая поверхность головной части (ГЧ) ракеты. Бόльшая часть траектории полета МБР проходит в верхних слоях атмосферы, в безвоздушном пространстве. На этом участке траектории используются легкие ложные цели с отражающей поверхностью, близкой к отражающей поверхности ГЧ, а также дипольные отражатели, которые из-за разреженности атмосферы движутся с той же скоростью, что и ГЧ. При входе в атмосферу используются плазменные ложные цели, которые не только не отстают от ГЧ, но и содержат пиротехнические составы, полностью повторяющие состав плазмы, которая образуется за ГЧ при вхождении ее в атмосферу. Эти ложные цели работоспособны до высот 50 км. В добавление к этим источникам пассивных помех используются и станции активных помех, генерирующие мощные частотно-модулированные шумовые помехи и следующие в составе боевого порядка по траектории полета защищаемой ГЧ ракеты.

Отечественные ракеты СС-20 (“Сатана”) имели до 10 головных частей и весь перечисленный комплекс средств преодоления ПРО. При существовавшем в 1970 годы уровне радиолокационных средств и вычислительной техники создать эффективную систему ПРО для ракет с такой защитой было невозможно. Специалисты обеих стран, и СССР и США, пришли к выводу о бесперспективности усилий по созданию эффективной системы ПРО. США и СССР заключили договор о неразвертывании систем ПРО, который действовал в течение 30 лет. В 2002 году США в одностороннем порядке вышли из этого договора и приступили к созданию системы ПРО. По имеющейся информации принципиально новых технических решений по системе ПРО пока не появилось.

Уничтожение
радиоэлектронных средств [66, 68, 70]

Весьма эффективным средством радиовойны является уничтожение радиоэлектронных средств противника. К концу второй мировой войны на Западном фронте стали применяться специальные средства, обеспечивающие вывод самолетов на радиоэлектронные устройства. Для этого на самолете устанавливалось приводное устройство – радиоприемник с антенной, имеющей узкую диаграмму направленности и позволяющей определить направление на источник радиоизлучения, как правило радиолокационную станцию.

Так, на немецких истребителях устанавливалась приводная аппаратура “Наксос” и “Корфу” сантиметрового диапазона волн, позволявшая выводить их на бортовые радиолокационные станции английских бомбардировщиков, а также аппаратура “Фленсбург” для вывода истребителей на бомбардировщики по работающим на них передатчикам помех.

Американцы применяли приводное устройство AN/APA-4 для вывода истребителей с авианосцев на японские самолеты, оборудованные радиолокационными станциями.

Разрабатывались также реактивные снаряды с пассивными головками самонаведения. В Германии была разработана головка самонаведения “Макс-Р”, предназначенная для наведения зенитных ракет на бортовые радиолокационные станции.

Во время Корейской войны (1951 – 1953 гг.) американцы для защиты своей авиации от зенитного огня применяли средства активных помех, размещенные на специальных самолетах. В ЦНИРТИ был разработан специальный широкополосный пеленгатор, дающий возможность летчику по результатам пеленгации выходить на самолет-помехоноситель на дистанцию ведения обстрела. Станция называлась “Встреча”.

Массовое использование самонаводящихся ракет для уничтожения наземных РЛС началось во время Вьетнамской войны (1965 – 1973 гг.). В марте 1966 г. на американских самолетах появились первые противорадиолокационные ракеты AGM-45 Shrike, предназначенные для уничтожения радиолокаторов ЗРК, а летом во Вьетнам поступили специализированные носители этих ракет – самолеты F-4E Wild Weasel. Эти самолеты были насыщены аппаратурой радиоразведки и радиопротиводействия. Сама ракета Shrike имела очень малую эффективную поверхность и на экранах РЛС часто не наблюдалась, поэтому бороться с ней было очень трудно.

Во время Вьетнамской войны позиции ЗРК подверглись 685 ракетно-бомбовым ударам. Чуть меньше половины из них производилось ракетами Shrike, остальные – бомбами. Из них 241 были успешными. Чтобы в такой ситуации избежать уничтожения, приходилось часто менять позиции. После развертывания ЗРК на новом месте в течение нескольких дней изучалась воздушная обстановка, районы полетов авиации, готовились данные и лишь после этого производилась стрельба. Дальше все решали минуты. Если после пуска ракет в течение сорока минут дивизион не покидал район базирования, то шансов уцелеть практически не оставалось.

Противорадиолокационные ракеты постоянно совершенствуются. Уже в 1968 г., по данным иностранной печати, американской авиацией использовались ракеты “Стандарт АРМ”, имеющие большую скорость полета. В вооруженных силах НАТО для дезорганизации систем управления используются ракеты и бомбы с оптико-электронными системами наведения, что позволяет наносить выборочные точные удары по важнейшим объектам противника. В частности, в локальных войнах применялись ракета с телевизионной системой наведения “Мейверик”, бомбы с лазерной системой наведения “Уоллай” и другое оружие.

В СССР в 1960-е годы тоже были созданы противорадиолокационные ракеты класса “воздух – поверхность”. Крылатая ракета “Х-22П” была снабжена пассивной системой самонаведения “Курс”, обеспечивающей обнаружение и захват цели (РЛС) на удалении до 500 км. Еще одна противорадиолокационная крылатая ракета “КСР-5П” имела дальность полета до 300 км. Для сравнения американские противорадиолокационные ракеты “Шрайк” и “Харм” имели дальность действия 50 – 80 км. Разработка противорадиолокационных ракет не прекращалась и в последующие годы.

Контррадиопротиводействие [66]

К мерам контррадиопротиводействия относятся: уничтожение средств радиопротиводействия противника; радиомаскировка, проводимая с целью затруднить противнику вести радиоразведку, а также защита радиоэлектронных средств от радиопомех. Не останавливаясь на первой мере, поясним подробнее последние.

Радиомаскировка достигается, прежде всего, затруднением обнаружения радиолокационной станции и уменьшением времени приема сигнала (радиолокационного контакта РЛС и разведывательного приемника). Затруднению обнаружения способствовали сужение ширины диаграммы направленности антенны РЛС и уменьшение уровня боковых лепестков. А для уменьшения времени радиолокационного контакта требовалось перевести РЛС в режим быстрого обзора пространства, и сопровождение целей осуществлять по данным обзорного радиолокатора. Такие РЛС стали разрабатываться с 50-х годов прошлого столетия. В них предусматривалась также быстрая перестройка частоты.

Универсальным средством защиты от помех является использование селекции сигналов: пространственной, поляризационной, временной, частотной, амплитудной. Так, частотная селекция используется в радиолокационных системах защиты от пассивных помех. Так как скорость ленточных отражателей много меньше скорости самолета, то для разделения их можно использовать различие в доплеровской частоте, что и делается в системах селекции движущихся целей (СДЦ).

Во время второй мировой войны для защиты от помех радиоэлектронная аппаратура снабжалась специальными устройствами или приставками, которые обеспечивали защиту без дополнительной переделки аппаратуры. Сейчас аппаратура защиты от помех объединяется в единую конструктивную систему с радиоэлектронными средствами, что делает их более надежными и мобильными.

В конце 1980-х годов почти все РЛС ПВО стали отвечать концепции малозаметных РЛС, что выражается в использовании ими широкополосных сигналов, уменьшении на один – два порядка импульсной излучаемой мощности, в адаптации излучаемой мощности к текущим условиям, уменьшении на один – два порядка уровня боковых лепестков. Наряду с этим РЛС стали оснащаться средствами обнаружения атакующих ракет, обеспечивающих выключение излучения при достижении противорадиолокационной ракеты критического рубежа. Также получила развитие техника отвлекающих устройств маскирующего типа.

Антагонистический конфликт РЭС
[76, 77]

В 80-е годы прошлого столетия наметился качественно новый подход к взаимодействию средств РЭБ и подавляемых радиоэлектронных средств. К этому времени были созданы средства РЭБ, позволяющие быстро производить оперативную радиоразведку и эффективно подавлять активными и пассивными помехами системы радиолокации, радиосвязи и управления. Были разработаны и средства защиты от помех. В такой ситуации стало необходимым рассматривать подавляемое РЭС и средства РЭБ как единую систему, включающую в себя две противоборствующие стороны.

Взаимодействие подавляемого РЭС и средств РЭБ становится динамическим, реагирующим на поведение друг друга. Например, чтобы подавить РЛС, средства РЭБ должны провести радиоразведку – определить параметры зондирующего сигнала РЛС, выбрать наиболее эффективную помеху или комплекс помех и излучить их. В подавляемой РЛС, в свою очередь, должны быть средства радиоразведки, позволяющие определить тип и параметры помехи, выбора способа защиты от помех и изменения параметров зондирующего сигнала. Так как параметры сигнала РЛС изменились, то помеха стала неэффективной и средства РЭБ должны обеспечить излучение другой, более эффективной помехи. И т.д. Возникает протекающая во времени игровая ситуация. Анализом поведения сторон в этой ситуации занимается конфликтная радиолокация.

На рубеже ХХ – ХХI веков радиоэлектронную борьбу стали рассматривать как одну из составляющих информационной борьбы. Целью информационной борьбы является достижение информационного превосходства. Информационное превосходство – это необходимое условие эффективного и устойчивого управления всеми своими силами и средствами, а также рефлексивного управления противостоящей стороной в выгодных для себя направлениях.

Электромагнитная совместимость
[78, 79]

Конфликт РЭС может быть и неантагонистическим, когда радиоэлектронные средства непреднамеренно создают помехи друг другу. Неантагонистический конфликт разрешается путем взаимной договоренности. Одновременно работающие в ограниченном объеме пространства РЭС должны обладать электромагнитной совместимостью, чтобы не создавать друг другу помехи.

Электромагнитная совместимость радиоэлектронного средства – это его способность функционировать совместно и одновременно с другими РЭС при возможном действии непреднамеренных электромагнитных помех, не создавая при этом недопустимых помех другим РЭС. Видим, что для электромагнитной совместимости РЭС требуется, во-первых, чтобы они не создавали помех друг другу, то есть работали в различных диапазонах волн, и, во-вторых, были защищены от непреднамеренных электромагнитных помех, создаваемых любыми источниками.

Распределением всего диапазона радиоволн по отдельным направлениям его использования специалисты промышленно развитых стран озаботились почти сразу же после появления связных радиостанций. Первая международная конференция по распределению радиоканалов в диапазонах длинных и средних волн состоялась в Берлине в 1906 г. На этой конференции был выделен радиоканал для сигнала бедствия SOS. Далее подобные конференции проводились по мере освоения новых диапазонов частот. В 1927 г. был распределен диапазон частот 10 кГц …60 МГц (λ = 5 м), в 1947 г. верхняя граница диапазона достигла 40 ГГц (7,5 мм), а в 1971 г. –275 ГГц (1,1 мм). Условной верхней границей радиочастот принята частота 3000 ГГц (0,1 мм).

Согласованные международные решения по использованию радиочастотного спектра (РЧС) вырабатываются Международным союзом электросвязи (МСЭ) и оформляются в виде сборника документов “Регламент радиосвязи”. Первый регламент радиосвязи был разработан в 1959 г. и дополнялся последующими соглашениями. В 1979 г. состоялась Всемирная административная радиоконференция (ВАРК-79) с участием 142 стран, которая уточнила содержание этого важного сборника международных документов.

Каждая страна на основании международных документов разрабатывает свои национальные документы по распределению РЧС. Первый в мире национальный закон об использовании РЧС был принят в США в 1912 г. В России такого закона нет до сих пор. В СССР необходимость его не ощущалась, так как практически весь РЧС использовался государственными структурами (только 4 % РЧС предназначалось для использования гражданскими радиосредствами). В настоящее время распределение РЧС находится в ведении Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ). Одна из главных проблем, стоящих в настоящее время перед ГКРЧ, –максимально сблизить распределение и условия использования РЧС в России и в Европе. В противном случае возникнут большие трудности при переходе на цифровое телевизионное и радиовещание.

Помехи для РЭС могут создавать другие радиоэлектронные средства, разнообразные электротехнические устройства (электрические сети, коммутационные устройства, двигатели и пр.) и окружающая среда (атмосферные помехи, космический шум). Соответственно помехи называют станционными, индустриальными и естественными.

Существуют многочисленные нормативы на станционные помехи. Например, требования к стабильности частоты передатчика, внеполосному излучению и т. п. За выполнением норм использования РЭС следит служба радиоконтроля.

Исследование индустриальных помех и методов борьбы с ними началось в 1920-е годы. В 1933 г. в Париже состоялась международная конференция по проблемам разработки норм и методов измерения индустриальных помех. На этой конференции был образован Международный специальный комитет по радиопомехам (СИСПР), входящий в состав Международной электротехнической комиссии (МЭК). СССР стал членом СИСПР в 1947 г. Сегодня 35 стран являются его членами.

Особенно остро стоит проблема электромагнитной совместимости, когда в небольшом объеме сосредоточено большое количество разнообразных РЭС. Это характерно для кораблей и самолетов.

§

Из вихрей и противуборств возник

Мир осязаемых

И стойких равновесий.

М. Волошин. Путями Каина. Мятеж (1923)

В первых приемных устройствах для преобразования электромагнитных волн в электрический сигнал использовался когерер. Через несколько лет когерер был заменен детектором – элементом, обладающим односторонней проводимостью. Толчком к этому было обнаружение помощниками А. С. Попова П. Н. Рыбкиным и Д. С. Троицким в 1899 г. возможности принимать сообщения на слух, используя телефонную трубку, без встряхивания когерера, то есть обнаружение, как бы мы сейчас сказали, детекторного эффекта когерера.

Кристаллические
детекторы [24]

Детекторный эффект, то есть зависимость проводимости материалов от направления проходящего через них электрического тока, обнаружил немецкий физик Карл Фердинанд Браун в 1874 г. Он заметил, что точка контакта кристалла сульфида свинца с металлическим “усиком” обладает выпрямляющим свойством, то есть имеет высокое сопротивление току, проходящему в одном направлении, и низкое – в обратном.

Следует отметить, что интересные свойства сульфидов металлов отметил великий экспериментатор Майкл Фарадей еще в 1833 г. Он установил, что электропроводность сульфида серебра увеличивается с ростом температуры, в то время как у проводников эта зависимость обратная. Позже материалы с такими свойствами стали называться полупроводниками.

Впервые применил кристаллический детектор в приемнике А. С. Попов в 1899 г. (телефонный приемник депеш). Запатентован полупроводниковый кристаллический детектор американским инженером-электриком Г. В. Пикардом в 1906 г., но поиск различных вариантов детекторов в разных странах шел как до даты выдачи патента, так и после нее. Кристаллический детектор представлял собой достаточно капризную конструкцию, которая обеспечивала точечный контакт проводника с кристаллом, причем от положения точки контакта на поверхности кристалла в очень сильной степени зависели детекторные свойства. Поиск наиболее чувствительной точки на кристалле был не простым делом.

Кристаллические детекторы использовались в приемниках связных радиостанций в течение первого десятилетия ХХ века, пока их не сменили ламповые детекторы.

Ламповый диод Флеминга [3, 24, 80]

Историю создания лампового диода следует начать с эффекта Эдисона. Среди более тысячи изобретений всемирно известного американского изобретателя и предпринимателя Томаса Альва Эдисона есть и изобретение лампы накаливания (1879 г.). В 1883 г. Т. А. Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью накаливания введением в вакуумный баллон металлического электрода, обнаружил, что если приложить к электроду положительное напряжение, то в вакууме между электродом и нитью протекает ток. При изменении полярности прикладываемого к электроду напряжения ток перестает течь. Фактически Эдисон открыл прибор, обладающий односторонней проводимостью, впоследствии названный диодом. Это открытие в памяти человечества осталось как “эффект Эдисона” Создавалось впечатление, что отрицательно заряженная раскаленная нить (катод) испускает какие-то лучи, улавливаемые положительно заряженным электродом (анодом). Эти лучи назвали катодными. Эдисон не придал значения этому открытию (а оно было единственным фундаментальным научным открытием великого изобретателя), очевидно, потому, что не увидел в нем никакой экономической выгоды, а он был человеком деловым.

Катодными лучами заинтересовался крупный английский физик Джозеф Джон Томсон. Большинство физиков того времени считали, что катодные лучи представляют собой поток каких-то заряженных частиц, но были ученые, например Герц, которые думали, что это особый вид электромагнитных волн. Томсон был сторонником первого взгляда и поставил задачу выяснить, что же это за частицы. В 1897 г. он экспериментально определил отношение заряда к массе этой частицы e/m=2,3*1011 Кл/кг. Величина наименьшего заряда к тому времени уже была определена по данным электролиза – 10-19 Кл. Тогда оказывалось, что масса частицы в 1000 раз меньше массы самого маленького атома – атома водорода. Ученый мир не поверил в существование такой частицы. Но вскоре были получены подтверждающие результаты при исследовании фотоэффекта и радиоактивного распада. Физики пришли к выводу, что открыта новая частица, и назвали ее электроном. Таким образом, оказалось, что катодные лучи представляли собой поток отрицательно заряженных частиц – электронов.

Практическое применение эффекту Эдисона нашел английский инженер Джон Флеминг. В 1881 г. он поступил на службу в компанию Эдисона в Лондоне на должность инженера-электрика. Флеминг самостоятельно пришел к выводу об излучении раскаленной нити. Он обратил внимание на то, что на стеклянных колбах перегоревших ламп образовывался налет за исключением затененных мест, куда не попадал свет от нити накаливания. Проведя многочисленные наблюдения в конце 1882 и начале 1883 гг., Флеминг пришел к выводу, что молекулы углерода или выпаренного металла из раскаленной нити бомбардировали стенки лампы и оставляли на ней след.

В 1888 г. Флеминг повторил опыт Эдисона, используя в качестве положительно заряженного электрода сначала пластину, а затем цилиндр вокруг нити накаливания. Но он пошел дальше Эдисона. Если Эдисон прикладывал постоянное напряжение между нитью накаливания и пластиной, то Флеминг приложил переменное напряжение и увидел, что стрелка гальванометра, включенного в цепь между нитью накаливания и пластиной, отклонилась на постоянную величину. Это означало, что лампа вела себя как выпрямитель переменного тока. Флеминг предложил компании Маркони использовать лампу в качестве детектора высокочастотных колебаний, где она стала широко использоваться.

В 1904 г. он подал заявку на патент в Великобритании. За изобретение вакуумного диода Флеминг был удостоен множества почестей и наград. В марте 1929 г. он был посвящен в рыцари за «неоценимый вклад в науку и промышленность».

Флеминг назвал свой прибор колебательной лампой, затем за ней закрепились название “диод”, подчеркивающее, что она содержит два электрода: катод, излучающий электроны, и анод, улавливающий электроны. Ламповый детектор стал успешно конкурировать с кристаллическим детектором. Конечно, он требовал дополнительного напряжения для накаливания катода, но отличался высокой надежностью и технологичностью – не требовал никакой настройки, в отличие от кристаллического детектора с его “чувствительной точкой”.

Аудион де Фореста
и первые
усилительные лампы
[10, 12, 24, 29, 80]

Развивающаяся радиосвязь нуждалась в устройстве, позволявшем усиливать принимаемый сигнал. Пока увеличение дальности действия радиостанций достигалось только увеличением мощности излучаемого сигнала, но этот путь имел свои ограничения. Первому пришло в голову управлять потоком электронов в электронной лампе американскому инженеру, изобретателю Ли де Форесту.

В 1906 де Форест добавил в диод Флеминга управляющий электрод – сетку. Конструктивно сетка представляла собой спираль с большим шагом, намотанную вокруг катода на небольшим расстоянии от него. Так как сетка располагалась в непосредственной близости к катоду, то потенциал ее относительно катода сильно влиял на облако электронов, излучаемых катодом.

При большом отрицательном потенциале сетки (рис. 49, а) между сеткой и катодом создается тормозящее поле для электронов и они не могут пройти через сетку к аноду. Лампа заперта, анодный ток равен ну-

лю. При увеличении потенциала сетки тормозящее поле уменьшается, часть электронов проходит через сетку и устремляется к аноду под действием ускоряющего поля (рис. 49, б) и в анодной цепи протекает ток. Чем больше напряжение на сетке, тем больше будет анодный ток, вплоть до тока насыщения, при котором все электроны, эмитируемые катодом, достигают анода. На сетке электроны практически не осаждаются, так как большой промежуток между витками спирали обеспечивает практически беспрепятственное прохождение электронов через сетку.

Ли де Форест 5 октября 1906 г. подал заявку на выдачу патента и 15 января 1907 г. получил патент США на «устройство для усиления слабых электрических токов». Правда, аудион, как де Форест назвал свой прибор (рис. 50), практически не усиливал и вначале применялся в качестве детектора. Однако лиха беда начало, и скоро триод стал на самом деле усилительным элементом. Сам де Форест использовал аудион в радиотелефонах, которые он делал для флота в 1908 – 1909 гг. К началу 1916 г. де Форест наконец усовершенствовал аудион до такой степени, что выполнил на нем генератор для радиотелефона.

Конечно, Ли де Форест был не одинок в своем изобретении. И может быть, известность аудиона в немалой степени связана с характером де Фореста. Он яростно боролся за свой авторитет, считал себя «отцом радио» и потратил миллионы долларов в судебных процессах, доказывая приоритет своих изобретений.

В 1906 г. австрийский изобретатель Роберт Либен запатентовал трехэлектродную вакуумную лампу, получившую название “трубки Либена”. В 1910 г. он выполнил на ней усилитель, а в 1913 г. на лампе Либена сотрудник берлинской компании “Telefunken” Александр Мейсснер сделал передатчик незатухающих колебаний.

В России первая трехэлектродная лампа была изготовлена в 1914 г. по проекту Н. Д. Папалекси (1912 г.). В 1910 – 1913 гг. над созданием электронных ламп работал В.И.Коваленков. Он разработал трехэлектродную лампу, двухсеточную лампу и образец генераторной лампы. Но они конструктивно не были доведены до завершения и требовали беспрерывной откачки воздуха.

Усилиями многих изобретателей, инженеров к концу 1920-х годов электронные лампы уже по-настоящему стали усилительными элементами.

Итак, первое противостояние полупроводников (кристаллический детектор был полупроводниковым элементом) и электровакуумных приборов закончилось победой последних. Главную роль в этом сыграло понимание процессов, происходящих в электронных лампах: в них существовал поток электронов и управление этим потоком легло в основу построения усилительных ламп. А процессы в полупроводниковом диоде были пока непонятными, и триумф полупроводников отсрочился на многие годы.

Эпоха
электронных ламп
[10, 12, 14, 24, 25]

Появление электронных ламп привело к бурному развитию схемотехники. Электроника и радиотехника поддерживали и стимулировали друг друга. Расширяющаяся сфера распространения радиотехники ставила новые задачи перед создателями электронных приборов. А новые электровакуумные элементы и схемные решения подталкивали внедрение радиоэлектронных устройств в различные сферы человеческой деятельности. Воистину, 1920-е – 1940-е годы были “золотым веком” радиотехники. Кратко остановимся на некоторых изобретениях, сделанных в эпоху ламповой техники и оставивших заметный след в последующие годы.

Первую схему, обладающую очень большим усилением, изобрел в 1912 г. Эдвин Говард Армстронг, будучи еще студентом колледжа. Получить большое усиление от схемы, построенной на практически не усиливающем аудионе де Фореста, ему удалось за счет регенеративной (положительной) обратной связи, когда часть сигнала с выхода усилителя подавалась обратно на вход и складывалась с входным сигналом. Регенеративная схема нашла широчайшее применение в 1920-е годы как в радиосвязи (регенеративный приемник), так и в телефонной связи в качестве усилителей-ретрансляторов.

Смотрите про коптеры:  Квадрокоптер для человека: обзор технологий пассажирских дронов

Регенеративный усилитель легко превращался в генератор непрерывных колебаний при увеличении коэффициента обратной связи. Поэтому генераторы появились в том же 1912 году. Но если приоритет изобретения регенеративного усилителя у Армстронга оспаривали только два человека: Ли де Форест и Александр Мейсснер, то создателей генераторов было гораздо больше. Кроме уже упомянутых Армстронга, Мейсснера и де Фореста были Р. Фессенден, Г. Дж. Раунд, Э. Колпиц и Р. В. Л. Хартли. Изобретение лампового генератора привело к революции в радиопередающей технике. Вместо громоздких массивных искровых, дуговых и электромашинных генераторов появились компактные, удобные в управлении параметрами генерируемого колебания устройства. Изобретение лампового генератора приблизило время появления радиовещания. Уже в 1920 г. в США заработала первая коммерческая радиовещательная станция.

Следующий знаменательный шаг в развитии радиоприемной техники был совершен в 1918 г. Во время первой мировой войны уже упомянутый Э. Г. Армстронг, будучи капитаном корпуса связи во Франции, разработал и собрал первый супергетеродинный приемник. В этом приемнике он ввел преобразование частоты, с помощью которого высокочастотный сигнал, который трудно было усилить, переводился в область более низкой, промежуточной частоты, где имелись средства для его усиления. Армстронг подал заявку на патент США из Парижа 30 декабря 1918 г. и получил патент 8 июня 1920 г. В этом же году он продал право пользования патентом главным корпорациям США, включая «RCA», и на радиобуме 1920-х годов стал миллионером. Сейчас по супергетеродинной схеме строятся практически все радиоприемные устройства независимо от того, где они используются – в радиовещании, телевидении, радиолокации или где-либо еще.

В 1919 году англичанами У. Г. Экклсом и Ф. У. Джорданом была изобретена еще одна замечательная схема – схема триггера. Триггер – это двухламповая схема с двумя устойчивыми состояниями каждой лампы: запертом и открытом. Зачем тогда понадобилась такая схема, трудно сказать, вероятно, для переключения каких-либо цепей, но значение ее для дальнейшего развития радиотехники и вычислительной техники невозможно переоценить. С этой схемы началась импульсная техника. А без импульсной техники не было бы ни телевидения, ни радиолокации. Триггер лежит в основе всех схем двоичной вычислительной техники, поэтому современная компьютерная техника своим рождением тоже обязана ему.

Первая система автоматического регулирования в радиотехнических устройствах появилась в 1926 г. Это была система автоматической регулировки громкости, которая позже стала называться системой автоматической регулировки усиления (АРУ). Она автоматически обеспечивала независимость громкости от мощности сигнала принимаемой радиостанции. Это было первое устройство, без которого можно было обойтись, но которое обеспечивало пользователю дополнительное удобство. Для системы АРУ стали разрабатываться специальные лампы с удлиненной сеточной характеристикой – “варимю”. Системой АРУ стали обеспечиваться все приемники АМ-сигналов.

Сотрудник фирмы “Bell Telephone Laboratories” Г. С. Блэк обнаружил в 1927 г., что отрицательная обратная связь в усилителе позволяет уменьшить искажения в широкой полосе частот и вместе с тем улучшить стабильность характеристик. В 1930 г. было объявлено о создании усилителя с отрицательной обратной связью. Однако до 1932 г. никто не заинтересовался таким усилителем, пока Гарри Найквист, сотрудник той же фирмы, не провел его анализ и показал достоинства этой схемы. Только после этого отрицательная обратная связь получила широкое признание. Кстати, критерий, предложенный Найквистом для определения устойчивости усилителей с обратной связью, нашел широкое применение для определения устойчивости систем автоматического регулирования.

В 1932 г. появилась схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Сначала она использовалась для синхронного детектирования АМ сигналов. Ценность и значение этой схемы возрастали по мере развития радиотехники. Способность этой системы поддерживать частоту подстраиваемого генератора равной частоте входного сигнала сделала ее незаменимой в устройствах демодуляции фазоманипулированных сигналов, в устройствах синхронизации в системах связи, в телевизионных системах.

В 1938 г. был изобретен операционный усилитель – усилитель постоянного тока с очень большим коэффициентом усиления. На операционном усилителе можно было реализовать разнообразные устройства обработки сигналов выбором элементов во входной цепи и цепи обратной связи. Интеграторы, построенные на операционных усилителях, широко использовались в 1950-е годы в аналоговых моделирующих установках или, как их тогда называли, аналоговых вычислительных машинах (АВМ). АВМ предназначались для решения нелинейных дифференциальных уравнений. В настоящее время операционный усилитель широко используется как элемент аналоговой схемотехники.

Конечно, не стояла на месте и ламповая техника. В конце 1920-х – начале 1930-х годов развитие электронных ламп происходило лавинообразно. За триодами появились многоэлектродные лампы. Первой (1927 г.) была разработана четырехэлектродная лампа – тетрод, идея которого была выдвинута еще в 1919 г. знаменитым электронщиком Вальтером Шоттки. В 1929 г. появился пентод, затем гептод (1932 г.), гексод (1933 г.) и пентагрид (1933 г.). В 1932 г. американский журнал Electronics привел перечень 300 различных типов радиоламп.

В одном баллоне стали собирать несколько ламп. Особенно популярным был двойной триод. В дальнейшем он оказался очень удобным для реализации цифровых устройств, так как на двойном триоде собирался триггер. Германская компания “Loewe” в 1926 г. разработала комбинированную электронную лампу Loewe 3NF, содержащую в себе почти все элементы приемника. В одном баллоне находились: 3 триода, 4 резистора и 2 конденсатора. Для создания радиоприемника к лампе нужно было подсоединить питание, громкоговоритель и антенну (рис. 51, а). Внешний вид радиоприемника приведен на рис. 51, б.

Однако в начале 1960-х годов радиолампы постепенно начали терять популярность, и к концу 1960-х годов прекратилась разработка схем на радиолампах и самих радиоламп. Исключение составляли только специальные радиолампы для мощных передатчиков и для устройств сверхвысоких частот (СВЧ). На смену лампам пришли полупроводники.

Полупроводниковая электроника
в эпоху ламп
[14, 24, 80, 81, 82, 83]

Итак, со времени своего появления и до конца 1950-х годов электронная лампа позволяла решать все задачи, которые тогда ставились в радиотехнике. Поэтому любые идеи, предполагавшие поиск иных способов усиления и обработки сигналов, не вызывали большого интереса. Так, разработчики радиоаппаратуры остались равнодушными к появлению информации о полупроводниковых диодах с отрицательным сопротивлением, хотя возможность их применения для генерирования высокочастотных колебаний была открыта японскими учеными еще в 1908 – 1910 гг.

Ничего не знавший о работах японских ученых русский радиоинженер О. И. Лосев в 1922 г. открыл свойство кристаллического детектора генерировать сигналы и создал приемник, названный “кристадином”. Кристаллический детектор в этом приемнике выполнял функции регенеративного усилителя и детектора. Статья О. И. Лосева о детекторе-генераторе и детекторе-усилителе была опубликована в журнале “Телеграфия и телефония без проводов” в июне 1922 г. К сожалению, кристадин не вышел за рамки исследований.

Первый усилитель на полупроводниковых элементах был предложен в 1925 г. переехавшим в США профессором Лейпцигского университета Юлиусом Лилиенфельдом, но в то время не было ни хороших полупроводниковых материалов, ни технологии изготовления полупроводниковых приборов. Почти не замеченной прошла идея плоскостного полевого транзистора, высказанная в 1935 г. немецким исследователем Оскаром Хейлем. В то время проблемы полупроводниковой электроники не интересовали предпринимателей;их усилия направлялись на дальнейшее совершенствование электронных ламп и расширение их производства.

Но постепенно формировалось понимание процессов, происходящих в полупроводниках. Этому способствовали как теоретические исследования в области квантовой физики, так и работы специалистов в области электроники. В. Шоттки в 1929 г. предсказал существование “дырок” в электронной структуре полупроводника. В 1938 г. он же разработал теорию, объясняющую выпрямительные свойства контактов металл – полупроводник. В том же году в Германии Р. Поль, молодой физик, опробовал полупроводниковый усилительный элемент типа полевого транзистора. А в 1939 г. американец В. Б. Шокли предложил прообраз полевого транзистора, в котором использовались проводники, вставленные в оксид меди. Таким образом, к 1940-м годам создались условия для появления нового усилительного элемента – полупроводникового.

Повышению интереса к полупроводникам способствовало также широкое применение полупроводникового диода в качестве смесителя в радиолокационных станциях.

И в декабре 1947 г. появился первый полупроводниковый усилительный прибор. Изобретатели, сотрудники компании “Bell Telephone Laboratories” Уолтер Х. Брэттен и Джон Бардин и руководитель работ Вильям Б. Шокли по предложению Джона Пирса назвали его транзистором. В полупроводниковом усилителе усиление обеспечивается благодаря его переходному сопротивлению (transresistance) Поэтому слово «транзистор» возникло от сокращения двух английских слов: «transfer» – перемещать, переносить и «resistor» – резистор, сопротивление. Первый транзистор был точечным (патент на него получили У. Х. Брэттен и Дж. Бардин).

Создание первого транзистора проходило отнюдь не гладко. Руководителем работ был В. Б. Шокли и он пытался реализовать свою идею получения усиления изменением проводимости тонкого слоя полупроводника внешним электрическим полем (по аналогии с электронной лампой). Два года работы (с1945 по 1947 гг.) не дали никаких результатов. Джон Бардин (физик-теоретик) предложил использовать игольчатые электроды, но и это ничего не дало – эффект усиления не наблюдался. Однажды уставший от безрезультатных экспериментов Брэттен чуть не закоротил управляющий игольчатый электрод с другим (которым задавался ток через образец), да еще и перепутал полярность приложенного напряжения, и …свершилось чудо – усилитель получился. После небольшой доработки был создан лабораторный макет первого транзистора, который и продемонстрировали узкому кругу специалистов 16 декабря 1947 г. Бардин выдвинул гипотезу о принципе действия устройства – инжекция зарядов одним электродом (эмиттером) и их собирание другим электродом (коллектором), которая явилась неожиданностью для всех, но впоследствии подтвердилась.

Конструкция первого лабораторного транзистора показана на рис. 52. Усилительный элемент образован в месте точечного электрического контакта маленького кусочка германия, закрепленного на металлическом основании-подложке, с двумя электродами, разнесенными на расстояние не более 50 мкм. Электроды выполнены из золотой фольги, приклеенной к пластмассовому треугольнику, тончайшим надрезом ее. Треугольник прижимается к кусочку кремния пружиной.

Изобретение точечного транзистора сохранялось в тайне, пока транзистор не был усовершенствован. Не оформлялась и заявка на патент. Первое публичное объявление прозвучало 30 июня 1948 г. в нью-йоркском офисе “Bell Labs”. Отношение технической общественности к этому изобретению можно оценить по информации в прессе. На следующий день 1 июля 1948 г. газета “Нью-Йорк Таймс” в колонке “Новости радио” поместила заметку: “Вчера фирма “Bell Telephone Laboratories” впервые продемонстрировала изобретенный ею прибор под названием “транзистор”, который в некоторых случаях можно использовать в области радиотехники вместо электронных ламп.”

Открытие Брэттена и Бардина подстегнуло Шокли к интенсификации работы над плоскостным транзистором, и в 1948 г. структура плоскостного транзистора была им разработана: между двумя областями полупроводника р-типа помещался управляющий слой п-типа. Но создать практически работоспособный плоскостной транзистор оказалось гораздо труднее, чем точечный. Впервые это удалось только в 1951 г., когда была разработана технология выращивания кристаллов. В 1950 г. была опубликована монография В. Б. Шокли «Электроны и дырки в полупроводниках», в которой он провел всесторонний анализ электронно-дырочной проводимости полупроводников.

За изобретение транзистора Шокли, Брэттен и Бардин были удостоены Нобелевской премии в области физики в 1956 г. (с формулировкой: за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта).

Работы по изучению проводимости и выпрямительных свойств полупроводников велись также в Англии, Германии и СССР, но в этих странах к созданию действующих экземпляров транзисторов пришли позже.

В СССР транзисторный эффект впервые наблюдали в 1949 г., а первые промышленные образцы точечных транзисторов типа С1 и С2 были разработаны в 1952 г. под руководством А. В. Красилова. Первый плоскостной транзистор был создан в 1952 г. в НИИ-108, а в 1953 г. в ЦНИИ-35 были изготовлены плоскостные германиевые транзисторы П1, П2 и П3.

Время
транзисторов [14, 24, 80, 84]

В октябре 1951 г. компания “Bell Labs” начала коммерческое изготовление транзисторов. В конце 1951 г. 26 компаний США и других стран приобрели у “Bell Labs” лицензии на их производство. Однако вначале внедрение транзисторов в радиопромышленность шло трудно. Первым коммерческим устройством, построенном на транзисторах, был слуховой аппарат (1952 г.).

В 1954 г. произошло знаменательное событие в мире полупроводниковой электроники. Компания “Texas Instruments” объявила о создании кремниевого транзистора. С началом производства кремниевых транзисторов “TI” сразу же заняла лидирующее положение на рынке полупроводников. Кремниевые транзисторы обеспечивали большую выходную мощность, выделяли меньше тепла и работали при температуре до 150 град. В дальнейшем кремний практически повсеместно вытеснил другие полупроводниковые материалы.

Первый в мире портативный приемник на транзисторах “Regency TR-1” был произведен в США в 1954 г. Но компания-производитель не смогла обеспечить сбыт своей продукции и исчезла с рынка. Эстафету приняла японская компания “Sony”, которая в 1955 г. выпустила на японский рынок приемник TR-55, а с 1957 г. стала поставлять свои приемники и на американский рынок. В СССР массовое производство малогабаритного приемника “Минск-Т” на транзисторах началось в 1956 г.

Наконец-то в транзисторах увидели серьезного конкурента радиолампам. Мало того, что они были намного меньше лампы. Они были надежны, долговечны, выделяли меньше тепла, потребляли меньше энергии.

С радиоприемников началась транзисторизация всей радиоэлектронной аппаратуры. Для начального этапа (50-е годы) была характерна замена электронных ламп транзисторами с сохранением без коренных изменений прежней схемотехнической основы, то есть перевод ламповых схем на транзисторные. Хотя это было и не так просто, потому что лампы управлялись напряжением, а транзисторы – током. В дальнейшем (начиная с 1960-х годов) транзисторная схемотехника начинает приобретать свое лицо, связанное с использованием транзисторов разного типа проводимости, снятием ограничения на количество усилительных элементов и приближением к интегральной полупроводниковой электронике. Если в начале 60-х годов приемник, содержавший 30 – 40 транзисторов, представлялся весьма сложным, то для приемной аппаратуры, разрабатывавшейся в конце 60-х годов, уже стали типичными конструкции с интегральными модулями, содержавшие сотни транзисторов и полупроводниковых диодов.

Точечные транзисторы продержались в промышленности около десяти лет и уступили свое место плоскостным как более надежным и технологичным. Плоскостной транзистор содержал два противоположно включенных р-п-перехода. Через слой, соединяющий оба перехода (базу), могли проходить оба типа носителей заряда – и электроны и дырки, поэтому такой транзистор стали называть биполярным.

Расширению схемотехнических возможностей способствовало появление полевого транзистора. В 1958 г. Станислав Тешнер, польский ученый, работавший на дочернем предприятии фирмы “General Electric Co” во Франции, создал первый полевой транзистор с р-п-переходом. Полевой транзистор строился по структуре: металл – окисел – полупроводник (МОП-структура).

В основе работы полупроводниковых приборов лежат процессы, происходящие в р-п-переходах. Рп-переход образовывается на границе между полупроводниками разного типа проводимости: электронного (п-типа) и дырочного (р-типа). Первоначально он создавался в кристаллической структуре чистого полупроводника (германия или кремния) добавлением примесей химических элементов, обеспечивающих избыток электронов (доноры) или недостаток электронов – избыток дырок (акцепторы). Например, для кремния в качестве доноров используются обычно элементы пятой группы: фосфор, сурьма, мышьяк, а в качестве акцепторов – элементы третьей группы: бор, галлий, алюминий. В начале 1960-х годов шел поиск полупроводниковых материалов, в которых р-п-переход создавался бы не примесями к базовому материалу, а самими материалами. Такой р-п-переход назвали гетеропереходом (гетеро – происходит от греческого слова, которое переводится как разный). Вся сложность создания гетероперехода была в том, что разные по химическому составу полупроводники должны иметь одинаковую кристаллическую решетку.

К 1967 г. у специалистов создалось мнение, выраженное в научных публикациях и выступлениях на конференциях, что создание гетероперехода невозможно. Но в этом же 1967 г. сотрудники Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ) во главе с Ж. И. Алферовым создали в системе GaAs-AlAs (арсенид галлия – арсенид алюминия) гетеропереход, близкий по своим свойствам к идеальному, а затем и первый полупроводниковый гетеролазер, работающий в непрерывном режиме при комнатной температуре.

Жорес Иванович Алферов (15.03.1930)

Жорес Алферов родился в Витебске. Его отец, участник Октябрьской революции и командир кавалерийского полка во время гражданской войны, назвал своих двух сыновей Марксом и Жоресом в честь основоположника марксизма Карла Маркса и героя французской революции Жана Жореса. Старший сын Маркс погиб во время Великой Отечественной войны, а младший прославил свою страну, став Нобелевским лауреатом. В 1935 г. семья переехала на Урал по месту работы отца – он был одним из создателей и руководителей целлюлозно-бумажной промышленности. После войны семья вернулась в Белоруссию, в Минск, где в 1947 г. Жорес Алферов окончил школу с золотой медалью. В 1952 г. он с отличием окончил Ленинградский электротехнический институт и с 1953 г. стал работать в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе (ФТИ) Академии наук СССР. Он был направлен в лабораторию В.М.Тучкевича, перед которой была поставлена задача получения монокристаллов чистого германия и создания на его основе плоскостных диодов и триодов.

В 1954 г. Тучкевичем и Алферовым были созданы первые отечественные силовые германиевые приборы, быстро нашедшие широкое применение в промышленности и на транспорте. В 1959 г. он получил первую правительственную награду и защитил кандидатскую диссертацию. Молодой ученый стоял перед выбором направления дальнейших исследований. И он сделал выбор: в начале 60-х Алферов с небольшой группой единомышленников занялся проблемой гетеропереходов. Первый успех пришел в 1967 г. Но использованный в гетеропаре арсенид алюминия почти мгновенно окислялся на воздухе. Замена ему вскоре была найдена – твердый раствор AlGaAs. Так определилась широко известная теперь в мире гетеропара GaAs/ AlGaAs.

Исследование гетеропереходов было содержанием докторской диссертации Ж. И. Алферова, которую он защитил в 1970 г. Фундаментальные исследования Алферова привели к созданию эффективных полупроводниковых приборов, связанных с генерированием и преобразованием электромагнитных колебаний оптического диапазона: лазеров, светодиодов, фотоприемников, преобразователей солнечной энергии. Промышленностью было освоено производство силовых диодов, транзисторов и тиристоров на гетероструктурах.

В 1987 г. Ж. И. Алферов становится директором ФТИ и создает Центр физики наногетероструктур ФТИ. Начиная с 1993 г. одним из основных направлений работы Центра становится получение и исследование свойств наноструктур пониженной размерности: квантовых проволок и квантовых точек. В 1993 – 1994 годах впервые в мире реализуются гетеролазеры на основе структур с квантовыми точками – “искусственными атомами”.

Ж. И. Алферов продолжил традиции ФТИ по работе со студентами и школьниками. В1999 г., во времена всеобщей нехватки средств было построено здание Научно-образовательного центра для школьников и студентов при ФТИ. В нем расположились физико-техническая школа, кафедра оптоэлектроники ЛЭТИ и Физико-технический факультет Ленинградского политехнического института.

Заслуги Ж. И. Алферова оценены как на родине, так и за рубежом. Первой международной наградой была полученная в 1971 г. медаль Баллантайна Франклиновского института США (называемая малой Нобелевской премией), учрежденная для награждения за лучшие работы в области физики. Затем следуют самая высокая награда СССР – Ленинская премия (1972 г.), Хьюллет-Паккардовская премия Европейского физического общества (1978 г.), Государственная премия СССР (1984 г.) и множество других отечественных и зарубежных премий и наград. Высшей оценкой явилось присуждение Нобелевской премии в 2000 г.

Ж. И. Алферов – академик АН СССР (с 1979 г.), член и профессор академий, обществ и университетов других стран, депутат Государственной Думы Федерального собрания РФ (с 1995 г.)

Параллельно с Ж. И. Алферовым в США занимался исследованием гетеропереходов физик Герберт Кремер. Между ними проходило негласное научное соревнование. В США первый лазер на гетеропереходе был реализован в 1968 г.

Считают, что современная полупроводниковая техника держится на трех китах:

– на классической кремниевой технологии,

– технологии полупроводниковых гетероструктур,

– квантовых полупроводниковых приборах.

Микросхемы
[24, 80, 83, 85, 86, 87, 88]

В 1950-е годы в технологии радиоаппаратуры наметилась тенденция к использованию “этажерочных” микромодулей. Такой микромодуль составлялся из расположенных друг над другом тонких керамических печатных плат одинаковых размеров (примерно 1×1 см) с размещенными на них навесными элементами. Для соединения плат между собой создавались металлизированные выемки по их торцам. После электрического соединения плат вся конструкция заливалась компаундом и становилась единым функциональным элементом. “Этажерочные” микромодули стали прародителями интегральных микромодулей.

Первыми появились гибридные интегральные микромодули, в которых использовались бескорпусные транзисторы и навесные элементы, соединенные печатным монтажом. Гибридные интегральные схемы имели ограничение по количеству располагаемых на них сосредоточенных элементов. При большом количестве возникала непреодолимая проблема, которую назвали “тиранией соединений” – невозможно было соединить эти элементы на малой площади.

Именно размышление над “тиранией соединений” привело отца микросхемотехники, инженера компании “Texas Instruments” Джека Килби к созданию монолитных микросхем. Дж. Килби пришел к выводу, что сложные схемы можно реализовать в малом объеме, если пассивные элементы (резисторы и конденсаторы) делать из того же материала, что и активные (транзисторы). Он писал: “Я понял, что если все компоненты сделаны из одного материала, то они могут сразу же и соединяться между собой, чтобы формировать законченную схему”.

Следует заметить, что концепция интегральных схем была высказана еще в 1952 г. сотрудником Британского королевского радиолокационного управления Джеффри Даммером на конференции по электронным компонентам, проходившей в Вашингтоне. В докладе о надежности элементов радиолокационной аппаратуры он высказал пророческую мысль: “С появлением транзистора и работ в области полупроводниковой техники вообще можно себе представить электронное оборудование в виде твердого блока, не содержащего соединительных проводов. Он может состоять из слоев изолирующих, проводящих, выпрямляющих и усиливающих материалов, в которых определенные участки вырезаны таким образом, чтобы они могли непосредственно выполнять электрические функции.”

Первый рабочий образец монолитной интегральной схемы (рис. 53) – один транзистор и несколько пассивных компонентов в кусочке кремния – был представлен Джеком Килби 12 сентября 1958 г. Представители руководства компании увидели наклеенный на стеклянную пластинку кусочек кремния с торчащими проводками. И это сооружение работало… За разработку микросхемы Дж. Килби получил Нобелевскую премию в 2000 году (вместе с Ж. Алферовым).

Промышленность, как уже не раз бывало, отреагировала на новый элемент электронной техники скептически. Только ВВС США проявили некоторую заинтересованность. Коммерческое производство интегральных схем (микросхем), выполняющих элементарные логические функции, началось с 1959 года. Первым изделием, в котором использовались микросхемы, был компьютер для ВВС (1961 г.). Повышению интереса к микросхемам способствовало изготовление Джеком Килби микросхемы для карманного калькулятора.

Независимо от Дж. Килби и практически одновременно с ним получил патент на интегральную схему работник компании “Fairchild Semiconductor” Р. Нойс. В 1968 г. Роберт Нойс и Гордон Мур основали корпорацию “Intel” (Integrated Electronics), поставившую перед собой задачу разработки и производства микросхем. С именем Г.Мура связан известный среди всех электронщиков закон – закон Мура, который был им сформулирован в 1965 г. Он гласит: количество транзисторов в одном кристалле удваивается через каждые два года (первоначально этот срок составлял один год, но спустя 10 лет был скорректирован). Этот закон до сих пор не был нарушен. Закон Мура подтверждается результатами деятельности компании “Intel”, показанными в нижеприведенной таблице.

Процессор Год выпуска Количество транзисторов

486 DX
Pentium
Pentium II
Pentium III
Pentium 4
Pentium 4 с частотой 2,2 ГГц
 

Январь 2002

2 250
2 500
5 000
29 000
120 000
275 000
1 180 000
3 100 000
7 500 000
24 000 000
42 000 000
55 000 000

В Советском Союзе работы по созданию микросхем на германии проводились в 1959 – 1962 гг. Малиным Б.В. в НИИ-35. В то время в электронной промышленности действовала концепция повторения и копирования американского технологического опыта – методы так называемой “обратной инженерии”. Эта концепция жестко реализовывалась тогдашним министром электронной промышленности Шокиным Александром Ивановичем. Можно, конечно, осуждать министра, но кто будет осуждать спортсмена-бегуна, который, чтобы остаться в лидирующей группе, “приклеивается” к лидеру, не отставая от него ни на шаг. Производство первых интегральных схем в СССР началось в 1967 г.

Шокин сумел доказать руководству СССР необходимость принятия срочных мер по развитию микроэлектроники. 8 августа 1962 г. было подписано Постановление Центрального Комитета КПСС и Совета Министров СССР о создании Научного центра микроэлектроники в подмосковном городе Крюкове. В состав Центра должны войти пять НИИ и три опытных завода при них. Реализация этого Постановления была более масштабной благодаря усилиям Шокина А.И. Возник город Зеленоград, ставший впоследствии районом Москвы и явившийся в некотором отношении аналогом американской Кремниевой долины. За 1962 – 1965 годы были организованы шесть НИИ с опытными заводами при них и Центральное бюро применения интегральных схем. Для подготовки кадров был образован вуз – Московский институт электронной техники с собственным опытным заводом (1965 г.). Параллельно с развитием Научного центра в Зеленограде было налажено производство полупроводниковых приборов и интегральных схем во многих городах страны. В результате страна стала иметь собственную современную электронную базу. По свидетельству американской прессы отставание уровня развития советской электроники от американской к концу 1970-х гг. составляло 2 – 3 года

В 70-х годах прошлого века началось победное шествие микросхем в электронике. Микросхемы фактически создали современную компьютерную индустрию, «уменьшив» вчерашние электронные вычислительные машины размером с большую комнату до настольных персональных компьютеров. Развитие микроэлектроники привело к тому, что основной узел компьютера можно было реализовать на крошечном кристалле кремния размером меньше ногтя.

Микропроцессор
как элемент
радиоаппаратуры
[89]

Появление микропроцессора, как следствие миниатюризации электроники, было абсолютно закономерным. Хотя во времени и месте его появления есть доля случайности. В августе 1969 г. фирма “Intel” получила заказ от японской фирмы “Busicom Corp.” на проектирование набора микросхем для построения семейства калькуляторов с некоторыми возможностями программирования. Фирма “Intel” подошла к этому заказу творчески и предложила реализовать калькулятор как универсальный компьютер, программируемый для работы в качестве калькулятора с различными возможностями. В результате фирма “Intel” выполнила заказ и в июне 1971 г. анонсировала микропроцессорное семейство 4004 с 4-разрядным микропроцессором. Фирма считала, что найдется рынок сбыта для компьютеров как компонентов, и не ошиблась в своих ожиданиях. В начале 1972 г. появился и 8-разрядный микропроцессор 8008. Вскоре в соответствии с законом Мура были созданы и микропроцессоры 16- и 32-разрядные.

Появление устройства, обладающего универсальными возможностями обработки процессов, и неуклонное удешевление его вызвали у разработчиков разнообразной аппаратуры стремление использовать микропроцессор в качестве электронного элемента. Микропроцессор занял подобающее место в устройствах управления (под названием микроконтроллер), в устройствах обработки сигналов (сигнальный процессор) и данных.

И сейчас можно обнаружить множество этих устройств в самом разнообразном бытовом оборудовании – телевизоре, сотовом телефоне, видеомагнитофоне, DVD-плеере, в детских игрушках. Легче сказать, где их нет. По оценкам компании “Semico Research”, к 2022 году в США каждый человек ежедневно будет иметь дело с 350 микроконтроллерами, установленными в домашнем и офисном оборудовании, автомобильных системах, а также в устройствах личного пользования.

Программируемые логические
интегральные схемы
[85]

Еще одним замечательным порождением микроэлектроники явились программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), которые составили конкуренцию микропроцессорам как элементам радиоаппаратуры.

Любая цифровая схема состоит из логических элементов: И, ИЛИ и НЕ. Первые цифровые интегральные схемы содержали наборы таких элементов, соединенных между собой, например 2И-НЕ, 4 ИЛИ-НЕ, JK-триггер, мультиплексор и т.д. Возник вопрос, а не лучше ли создать микросхему, содержащую набор логических элементов, а соединение между ними осуществить программным путем? Тогда вместо множества различных функциональных микросхем можно обойтись одной, но программируемой.

Первую такую микросхему – программируемую логическую матрицу – выпустила фирма “Signetics” в 1972 г. Затем появились программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) Развитие ПЛИС происходило как в сторону увеличения количества логических элементов, размещаемых на одной подложке, так и в сторону совершенствования программного управления. Сегодня логическая емкость ПЛИС с флэш-памятью превышает 1 млн вентилей.

Крупнейшими производителями ПЛИС являются фирмы “Altera” и “Xilinx”, образовавшиеся в начале 1980-х годов. Рынок ПЛИС динамично расширяется. Большая логическая емкость ПЛИС позволяет реализовать на них сложные устройства обработки сигналов, по быстродействию превосходящие аналогичные устройства, построенные на микропроцессорах. И что важно, разработчик аппаратуры может очень быстро задать требуемую конфигурацию микросхемы ПЛИС для выполнения нужных функций.

Приборы с зарядовой связью – ПЗС
[38, 90]

Микроэлектроника в своем развитии породила электронные устройства, потеснившие традиционную схемотехнику. В 1970 г. американские физики У. С. Бойл и Дж. Э. Смит создали полупроводниковые приборы с зарядовой связью (ПЗС). ПЗС можно представить в виде совокупности “ячеек”, сохраняющих электрический заряд, – своеобразных конденсаторов, снабженной устройством переноса заряда.

В первой ПЗС было всего семь ячеек, а в современных – миллионы. На ПЗС можно было реализовать запоминающие устройства, устройства обработки аналоговых сигналов – в первую очередь фильтры и линии задержки – и устройства преобразования изображения в электрический сигнал. Последняя сфера применения оказалась наиболее востребованной. Появление фоточувствительных ПЗС (ФПЗС) произвело техническую революцию в телевидении. Они заменили громоздкие вакуумные электронно-лучевые трубки, требующие к тому же высоковольтного питания.

Применение ФПЗС в телевидении началось в 1990-х годах с малокадровых охранных систем, в которых телевизионная камера строилась на линейке ПЗС, позволяющей сформировать только одну строку разложения изображения. Высокая эффективность, низкая стоимость, да еще и низковольтное питание обеспечили быстрое внедрение ФПЗС во все сферы, где требуется преобразование изображения в электрический сигнал: в цифровой видео- и фотоаппаратуре, в сотовых телефонах и пр.

Современные фотоприемные устройства имеют до 2000×2000 элементов разложения и могут работать в диапазоне длин волн от 50 до 14000 нм. Арсенид-галлиевые ПЗС работают при частоте тактовых импульсов до 500 мГц. Фоточувствительные ПЗС относятся к устройствам оптоэлектроники.

Термин “оптоэлектроника” появился, когда была создана оптопара – полупроводниковый прибор, содержащий в одном корпусе излучатель света и фотоприемник (Е.Лебнер, 1955). На оптопары (оптроны) первоначально возлагались неоправданно большие надежды как на устройства обработки информации, но с течением времени они заняли свое место в качестве элементов гальванической развязки.

Современное понимание оптоэлектроники значительно более широкое. Она представляет собой раздел электроники, в котором изучаются и используются эффекты и явления взаимодействия электромагнитного излучения оптического диапазона (0,5 – 20,0 мкм) с электрическими сигналами в твердом теле. Оптоэлектронные устройства используются для генерирования электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне, передачи, приема и отображения информации.

Теоретическое обоснование способности вещества излучать фотоны при некоторых специальных способах возбуждения электронов было дано А. Эйнштейном еще в 1916 г. Но первые генераторы в оптическом диапазоне (лазеры) появились только в 1960 г. (Т. Мейман). Для целей оптоэлектроники наиболее привлекательны полупроводниковые лазеры – миниатюрные, эффективные, электрически и технологически совместимые с микросхемами. Эту нишу заняли лазеры на основе гетеропереходов (Ж. И. Алферов, 1967).

Наряду с гетеролазерами к важнейшим оптоэлектронным излучателям относятся полупроводниковые светодиоды – источники некогерентного (спонтанного) излучения. Обнаружение свечения карбид-кремниевых детекторов радиоволн (О.В.Лосев, 1927) привело в дальнейшем к пониманию эффекта инжекционной люминесценции – возникновению излучения при протекании прямого тока через p-n переход. Первоначально она была обнаружена в ИК-диапазоне у GaAs-диодов (1955), а вскоре (1962 – 1964) и в видимой части спектра у Ga-P и Gа-AsP-диодов.

Вторую важнейшую группу оптоэлектронных приборов составляют фотоприемники, предназначенные для преобразования световых волн в электрические сигналы. На смену вакуумным фотоэлементам, созданным на рубеже ХХ века, появились сначала полупроводниковые фоторезисторы (1917), а затем полупроводниковые фотодиоды (1948) – высокочувствительные быстродействующие счетчики фотонов. И в 1990-х годах, как мы уже говорили, стали широко использоваться ФПЗС.

Важнейшим достижением оптоэлектроники являются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).Они основаны на использовании эффекта полного внутреннего отражения и, как следствие этого, – возможности распространения световых потоков по криволинейной траектории (Дж.Тиндаль, 1870). Первые световоды – двухслойные стеклянные волокна – были разработаны в 1950 г. Технологические успехи в повышении прозрачности таких волокон позволили выдвинуть идею протяженной волоконно-оптической связи (М.Као, 1966) и начать ее практическую реализацию (1970). Первый в нашей стране участок волоконно-оптической связи был введен в эксплуатацию в 1987 г. в Зеленограде.

В области отображения видеоинформации электронно-лучевые приборы фактически уступили место плазменным и жидкокристаллическим индикаторам. Представление о четвертом агрегатном состоянии вещества – плазме – возникло при изучении закономерностей газового разряда (У.Крукс, 1879). Первые плазменные (газоразрядные) индикаторы (“трубки Nixi”) cозданы в 1954 г., многоэлементные плазменные панели – в конце 60-х годов.

Жидкие кристаллы (ЖК), открытые в ходе биологических исследований (1888), нашли широкое применение в оптоэлектронной индикаторной технике в начале 1970-х годов благодаря возможности управления прозрачностью и цветом ЖК с помощью очень слабых электрических воздействий.

Акустоэлектроника
[80, 93]

Акустоэлектроника – область физики твердого тела, изучающая и использующая процессы и явления, связанные с возбуждением, распространением и взаимодействием высокочастотных звуковых волн с электронами в твердых телах.

Впервые возможность усиления звуковой волны в пьезополупроводниковом кристалле за счет энергии потока электронов, движущихся со скоростью, превышающей фазовую скорость звуковой волны, была показана А.Р.Хатсоном, Дж. Мак-Фи и Д.Л. Уайтом (США) в 1961 г.

Сначала пытались создать устройства для усиления электрических колебаний путем преобразования электрического сигнала в звуковую волну, усиления звуковой волны в кристалле, а затем обратного преобразования усиленной звуковой волны в электрический сигнал, однако позже главным направлением стала разработка высокочастотных фильтров и устройств задержки с использованием поверхностных акустических волн (ПАВ). В 1964 г. сотрудники Института радиоэлектроники (ИРЭ) АН СССР Ю. В. Гуляев и В. И. Пустовойт впервые предсказали явление взаимодействия поверхностных акустических волн и электронов в твердом теле. В 1968 г. в ИРЭ АН СССР и независимо в США был открыт новый тип поверхностных волн, названный волнами Гуляева – Блюкштейна по имени авторов открытия.

В течение 1965 – 1991 гг. была разработана теория распространения ПАВ в слоистых твердотельных структурах пьезодиэлектрик – полупроводник.

Эти работы позволили создать малогабаритные легкие устройства обработки радиосигналов: помимо уже упомянутых высокочастотных полосовых фильтров и линий задержки, устройства частотно-временной селекции, сжатия частотно-модулированных сигналов, адаптивной фильтрации.

§

Телевизор произнес сердитым голосом:

-Ушкин, ты что, новости смотреть не хочешь?

– Хочу, – отозвался я, – только доем и приду.

Телевизор немного помолчал, затем возразил:

– Потом доешь.

– Потом остынет.

– Не пойдешь меня смотреть, сообщу. Ты меня знаешь.

Кир Булычев. Час полночный (1992)

Мы живем настоящим, опираясь на прошлое и выстраивая будущее. Познакомившись с историей радиотехники, вы увидели, насколько всеобъемлющей стала эта отрасль буквально за одно столетие. И попробуйте представить, что же ожидает ее. Для стимулирования своих размышлений прочитайте слова поэта-будетлянина Велимира Хлебникова. Вот как он описал значение радио в своем эссе “Кол из будущего” (1914 – 1915).

“Радио будущего – главное дерево сознания – откроет ведение бесконечных задач и объединит человечество. Около главного стана Радио, этого железного замка, где тучи проводов рассыпались точно волосы, наверное, будет начертана пара костей, череп и знакомая надпись: “Осторожно”, ибо малейшая остановка работы Радио вызвала бы духовный обморок всей страны, временную утрату ею сознания.

Радио становится духовным солнцем страны, великим чародеем и чарователем.

Вообразим себе главный стан Радио: в воздухе паутина путей, туча молний, то погасающих, то зажигающихся вновь, переносящихся с одного конца здания на другой.

Железный рот самогласа пойманную и переданную ему зыбь молнии превратил в громкую разговорную речь, в пение и человеческое слово.

Главный маяк Радио послал свои лучи, и Московская выставка холстов лучших художников расцвела на страницах книг читален каждой деревни огромной страны, посетив каждую населенную точку.

И вот научились передавать вкусовые ощущения – к простому, грубому, хотя и здоровому, обеду Радио бросит лучами вкусовой сон, призрак совершенно других вкусовых ощущений.

Люди будут пить воду, но им покажется, что перед ними вино. Сытный и простой обед оденет личину роскошного пира… Это даст Радио еще большую власть над сознаньем страны…

Даже запахи будут в будущем покорны воле Радио: глубокой зимой медовый запах липы, смешанный с запахом снега, будет настоящим подарком Радио стране.

Радио будущего сумеет выступить и в качестве врача, исцеляющего без лекарства.

И, наконец, – в руки Радио переходит постановка народного образования. Верховный совет наук будет рассылать уроки и чтение для всех училищ страны, как высших, так и низших.

Так Радио скует непрерывные звенья мировой души и сольет человечество.”

Это говорил поэт–романтик, а что скажете вы? Мы привыкли к радио и часто бездумно подчиняемся ему: телевизор притягивает нас своими шоу и сериалами, компьютер заставляет играть, сотовый телефон требует все время находиться на связи. Помните, вы не только юзеры, вы и криэйторы. Вам надо изучать радиотехнику и творить, чтобы продолжалась ее история.

Оцените статью
Радиокоптер.ру
Добавить комментарий

Adblock
detector