Радиоволны за пределами земли

Природа наделила радиоволны самой большой скоростью. Эта скорость так велика, что ее трудно себе представить. Звук пролетает 340 метров в одну секунду. Это составляет 1200 километров в час.

А радиоволны мчатся в миллион раз быстрее. Любая дистанция на Земле - слишком коротка для них. Они рвутся в космическое пространство, где больше простора.

Но не так просто оторваться от Земли и умчаться в межпланетный мир. Земля окутана толстой оболочкой воздуха. А верхние слои атмосферы ионизированы. Ионосфера со всех сторон окружает земной шар, и радиоволны, посланные вверх, отражаются от нее обратно.

Однако не все волны вынуждены оставаться в плену у Земли. Давно известно, что радиоволны длиной в несколько метров на Землю не возвращаются. Ионосфера бессильна повернуть назад к Земле ультракороткие волны.

Но как доказать, что эти радиоволны, направляясь вверх, уходят в мировое пространство? Может быть, они растрачивают всю свою энергию в верхних слоях атмосферы и исчезают там, не в силах вырваться из земного плена?

На первый взгляд кажется, что проверить это невозможно. Если радиоволны способны пробить атмосферу, как же узнать, что они действительно выбрались за пределы Земли?

Такой сигнал могут прислать нам только сами радиоволны. Они должны вернуться назад из своего космического путешествия, отразившись от какого-нибудь небесного тела. Лучше всего воспользоваться для этого самым близким светилом - спутником Земли.

Так зародилась мысль о получении радиоэха от Луны.

Радиофизикам давно хотелось послать радиосигналы на Луну. Но радиотехника была слишком слаба, чтобы совершить такой гигантский прыжок. Она накапливала силы и развивалась. Появление радиолокации и ее успехи вселили надежду, что это наконец будет осуществлено.

В 1943 году советские радиофизики Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси решили путем расчетов определить, возможно ли «лунное» радиоэхо.

Сложные расчеты, которые успешно выполнили наши ученые, показали, что не так-то легко земным радиосигналам совершить путешествие до Луны и обратно.

На пути к Луне радиоволна должна прежде всего пробиться сквозь воздушный слой, окружающий землю. Это не пройдет для нее бесследно. Она потеряет часть своей энергии и выйдет за пределы атмосферы частично ослабленной.

Встреча с Луной грозит еще большей потерей энергии. Ведь лунная поверхность - это не зеркало. Астрономы детально изучили в телескопы лунный лик. Он, как оспой, покрыт огромным количеством лунных кратеров, изрезан морщинами глубоких и длинных ущелий, осыпан пеплом и космической пылью.

Около девяти десятых всей энергии потеряет радиоволна при падении на лунную поверхность и только одна десятая волновой энергии отразится во все стороны,

После отражения от Луны радиосигналу предстоит совершить обратный путь. Вторая встреча с атмосферой Земли вызовет новое поглощение энергии, и волна вернется назад невероятно ослабленной.

Излученный радиосигнал, сравнимый с ураганом, возвратится из далекого путешествия чуть заметным ветерком.

Советские ученые пришли к выводу, что необходимо послать как можно более узкий пучок радиоволн большой мощности, а энергию ослабевшего радиосигнала собрать с возможно большей площади - только тогда можно надеяться услышать лунное радиоэхо.

Спустя три года эти расчеты блестяще подтвердились в практике радиолокации.

Однажды при появлении Луны над горизонтом в ее направлении был послан мощный поток радиоволн. Радиооператоры следили за аппаратом. Через две с половиной секунды в правой части экрана световой «зайчик» подпрыгнул вверх - радиоэхо было обнаружено.

Луна откликнулась! Радиоволны покрыли путь протяжением в 769 тысяч километров! Так при помощи радио было измерено расстояние до небесного светила.

Это был первый разговор Земли со своим молчаливым спутником.

Вела перекличку с Луной обычная радиолокационная станция, которую пришлось значительно усилить. Мощность ее увеличили в несколько раз. Чтобы создать более узкий пучок радиоволн, площадь антенны увеличили в два раза. Концентрация излучаемой энергии в одном направлении усиливала радиосигнал в 200 раз.

Так как радиосигнал затрачивал на путешествие до Луны и обратно две с половиной секунды, радиолокатор работал сравнительно медленно: вместо обычного излучения нескольких тысяч импульсов в секунду он за каждые пять секунд посылал только один импульс.

Зато длительность импульса была значительно увеличена: прежде она составляла всего несколько миллионных долей секунды, теперь же она была в сотни тысяч раз больше и составляла половину секунды. Такой затяжной «радиозалп» позволял получить более сильное отражение.

Но успех дела решал радиоприемник. Обнаружить невероятно слабый радиосигнал, отраженный Луной, очень трудно. Приемник должен обладать особо высокой чувствительностью, чтобы уловить замирающее эхо, которое может послать нам Луна.

Радиоприемник представлял собой сложнейший радиоаппарат. Он был столь чувствителен, что мог бы обнаружить самолет, удаленный на 3000 километров от радиолокатора.

То, что расстояние до Луны удалось измерить совершенно новым способом - при помощи радиоволн, представляет большой научный интерес.

Обычно это расстояние определяют путем астрономических измерений. В разные концы Земли отправляются две экспедиции. Они располагаются на одном меридиане, но очень далеко одна от другой.

Экспедиции должны измерить строго одновременно углы, под которыми видна Луна из данных пунктов. При этом образуется гигантский треугольник, вершиной которого является Луна, а основанием служит линия, соединяющая пункты наблюдения.

Решая затем тригонометрическую задачу, находят расстояние до Луны. Астрономы определили расстояние до Луны с ошибкой не более 20 - 30 километров. Но каких больших трудов стоит это измерение! Насколько оно сложно и кропотливо!

Измерение при помощи радиоволн намного проще, а точность может быть выше. Радиолокатор измеряет дальность до Луны из одной точки и не требует дополнительных вычислений. Глядя на экран электронной трубки, астрономы теперь без труда могут следить, как меняется расстояние до Луны, и вычерчивать ее орбиту.

А со временем, когда точность радиолокации возрастет, при помощи радиоволн можно будет изучать рельеф Луны, измерять высоту лунных гор.

Может быть, лучи радиолокатора помогут заглянуть и на другие планеты. Много тайн откроется тогда нашему взору.

Радиолокация первой среди всех других видов техники вышла за пределы Земли в мировое пространство. Вселенная услышала голос человека, и этот голос несли радиоволны. Связь с другими планетами, о которой мы читали на страницах фантастических романов, отныне уже не фантазия, а реальная возможность.

Продолжение: УКВ - новые волны, новые возможности.

Источник: Ф. Честнов - "В мире радио", 1954г.