СКАЧУЩИЙ ПРИЗРАК НАНСАЙ-ШОТО

Поговорим теперь о загадках, а порой и курьезах, которые преподносили радиоволны и их собратья по «волновому семейству» — свет и звук. Хоть и несхожи они внешне, но проявляют себя часто одинаково.

Шла вторая мировая война. Внезапно на экране радиолокатора одного из крейсеров в Средиземном море появилась цель, находящаяся в пределах досягаемости его орудий. На вопрос о принадлежности ответа не получили. Капитан крейсера приказал открыть огонь по неопознанному кораблю. Артиллеристы палили вовсю, но безрезультатно: отметка о цели с экрана не пропадала. На крейсере ожидали ответного удара, его тоже не последовало. Цель по-прежнему оставалась неподвижной, а весь запас зарядов на крейсере уже исчерпали. Любопытство все-таки пересилило осторожность, и крейсер подошел к тому месту, где предположительно находилась цель. Перед наблюдателями простиралось бескрайнее пустынное море. И в момент, когда крейсер занял точно то место, где должен быть их таинственный «летучий голландец», отметка на экране радара вдруг исчезла.

В 1944 году американские подводные лодки вели боевые операции в японских водах. При выборе цели для атаки подлодка всплывала к самой поверхности воды, и выпустив антенну, проводила радиолокационную разведку. Очень часто на экране радара появлялись яркие точки, двигавшиеся наперерез лодке с явным намерением ее протаранить. Никакими маневрами подлодка не могла уйти от преследовавшего ее вражеского корабля. Когда столкновение казалось неминуемым, когда ожидали увидеть преследователя в перископ, яркая точка на экране исчезала, словно призрак. Его окрестили «скачущим призраком Нансай-Шото». Радиолокационные приборы, работавшие по принципу Допплера для выделения движущихся целей на фоне неподвижных предметов, оказались бессильными против таинственных сигналов. Они пропускали их на экран индикатора, словно это были эхо-сигналы от движущихся целей.

Исследование сигналов-«призраков» и причин, их вызывающих, началось в годы второй мировой войны. В военное время все, что касалось радиолокационных станций, тщательно засекречивалось, в особенности сведения о непонятных явлениях, которыми противник мог бы воспользоваться, чтобы затруднить обнаружение. Вопрос о радиолокационных «призраках» всячески замалчивался и в течение многих лет оставался лишь темой для обсуждения на закрытых совещаниях.

Американцы построили полигон для исследования «призраков» на пустынном засушливом юго-западе США. Выбор места не был случаен. Климатические условия полигона близки к условиям северо-африканских пустынь, а в Северной Африке «призраки» довольно часто обманывали операторов и вводили в заблуждение командование союзников в 1943—1944 годах во время боевых действий. Для экспериментов создали несколько опытных радиолокационных станций.

Много усилий понадобилось, чтобы установить, что призраки — это радиолокационные миражи и имеют они такую же природу, как и миражи оптические. Сейчас может показаться странным, что не додумались сразу — ведь радио и световые волны из одного электромагнитного семейства. Оказалось, что провести такую аналогию не так-то просто. Да и сами оптические миражи — явление подчас довольно сложное, в то время не до конца понятое и привлекающее ученых своей таинственностью даже в наши дни…

 

ПРЕДВИДЕНИЕ РЭЛЕЯ

За полчаса до полуночи 27 марта 1898 года в Южной части Тихого океана вахтенный корабля «Матадор» из Бремена заметил на подветренной стороне на расстоянии двух миль большое парусное судно, борющееся со штормом. Оно неслось прямо на «Матадор». При свете луны было видно, как днем. Огромные волны перекатывались через нос и бежали вдоль палубы незнакомого корабля. А между тем «Матадор» шел по спокойной воде. Стоял штиль. Матросы, пораженные необыкновенным, необъяснимым зрелищем, столпились на палубе в ожидании непоправимого. Неизвестный корабль внезапно переменил курс и оказался прямо перед носом «Матадора». Ужас сковал моряков. Столкновение казалось неизбежным. Но загадочный корабль вдруг изменил курс и метрах в двустах прошел перед носом «Матадора». Экипаж видел, как яркий свет в капитанское каюте «незнакомца» вдруг погас, а через минуту загадочный корабль исчез.

Вскоре в порту Калатеа Буэна (Чили) дело разъяснилось. Это был удивительно отчетливый мираж одного датского судна, заходившего в порт за три недели до «Матадора». Капитан познакомился с рапортом с датского корабля, в котором сообщалось, что в ночь на 27 марта, около полуночи, во время сильного шторма в капитанской каюте произошел взрыв лампы. Несомненно мираж был отражением этого датского корабля. Когда сличили время и координаты двух кораблей, оказалось, что расстояние между ними составляло тогда 1700 километров. То был один из самых «дальнобойных» миражей.

Случаи дальних оптических миражей известны с давнейших времен. Как выяснилось, они обязаны своим образованием возникновению в атмосфере природные волноводов. Явление волноводного распространения изучено сравнительно недавно. Оно характерно не только для света, но и для других колебаний — звука, радиоволн, сейсмических волн. Природа создает волноводы не только в атмосфере, они существуют и в океанских глубинах, и в толще Земли. Их можно формировать искусственно.

Процесс сверхдальнего распространения колебаний в естественных условиях во многом схож с передачей радиоволн по волноводам — полым металлическим трубам. Незадолго до второй мировой войны они уже использовались в радиолокаторах для передачи сантиметровых волн. Новый способ передачи электромагнитной энергии вызвал много недоуменных вопросов со стороны инженеров. Еще бы, ведь ломались сложившиеся представления. Для передачи электромагнитной энергии совсем не обязательно, как оказалось, иметь два проводника или коаксиальный кабель с центральной жилой— достаточно полой металлической трубы. Интересно, что даже Хевисайд в свое время не верил, что радиоволна способна распространяться в ней.

Волноводы — один из многочисленных примеров, когда теория намного обогнала потребность в техническом воплощении. На возможность передачи электромагнитной энергии внутри полых труб указал еще в 1898 году английский физик Рэлей. Впоследствии было установлено, что волноводным эффектом обладают и стержни из диэлектрика. Их назвали диэлектрическими волноводами.

 

ЗАГАДКА ЗЕМЛИ КРОКЕРА

Миражи, вызываемые образованием оптических волноводов, породили множество легенд и суеверий, их описания украсили художественные произведения.

В одном из залов Русского музея в Ленинграде висит картина Куинджи «Фата Моргана близ Оресунда перед шведским берегом». Фата Моргана — удивительный по красоте оптический мираж. На горизонте возникают города, башни, голубые озера. Волшебные картины непрерывно сменяют друг друга. Не удивительно, что они вдохновили Куинджи. Моргана, именем которой названы такие миражи, была легендарной феей, сестрой сказочного короля Артура. Она обладала магической силой мгновенно возводить воздушные замки.

Видения Фата Морганы лишены всякого сходства с объектами, из которых они возникают. Непрестанно движущийся атмосферный воздух словно фантастический художник создает из бесплодной снежной пустыни или необозримых водных пространств сказочные картины, неведомые острова, земли…

Одно из первых описаний Фата Морганы содержится в письме итальянского священника Ангелуччи своему коллеге. Утром 14 августа 1643 года он вышел к Мессинскому проливу около города Реджио на самом юге Италии. Он увидел, что «океан, омывающий берег Сицилии, вздымался ввысь и был подобен темной горной гряде. Перед горами быстро возникала цепь из более чем 10 000 пилястр белесовато-серого цвета, которые затем уменьшались по высоте вдвое и образовывали арки наподобие арок римских акведуков. Прежде чем они исчезли, поверх акведуков возникли замки, каждый с башнями и окнами».

В сказке Гоголя «Страшная месть» есть описание чуда, которое очень похоже на сверхдальний мираж. «За Киевом показалось неслыханное чудо: вдруг стало видимо далеко во все концы света. Вдали засинел Лиман, за Лиманом разливалось Черное море. Бывалы-люди узнавали и Крым, горою поднимавшийся из моря, и болотный Сиваш. По правую руку была видна земля Греческая.

— А то что такое? — допрашивал собравшийся народ, указывая на далеко мерещившиеся на небе и больше похожие на облака серые и белые верхи.

— То Карпатские горы! — говорили старые люди…» Гоголь подметил интересную особенность — возможность неискаженной передачи на большие расстояния изображений реальных объектов при мираже.

Интересный мираж удалось сфотографировать весной 1972 года профессору метеорологии А. Фрэйзеру из США. Он с удивлением наблюдал, как два мальчика покинули сиэтлский пляж и прогуливались по воде между парусными шлюпками. По его словам, сцена была до такой степени неправдоподобно реальна, что после этого зрелища можно было легко поверить рассказам о людях, идущих по воде, тем самым рассказам, которые встречаются не только в Библии, но также и в буддистской литературе, и у греков эллинского периода.

Иногда миражи увеличивали число очевидцев исторических событий. Так, в июне 1815 года жители бельгийского города Вервье смогли наблюдать фрагменты битвы при Ватерлоо, которое расположено на расстоянии 105 километров от Вервье. Зафиксированы и другие случаи миражей-рекордсменов. В 1920 году служащие небольшой станции Багдад в США неоднократно наблюдали миражи калифорнийского городка Сан-Хосе, который находился на расстоянии 800 километров. Известны случаи, когда на восточном побережье США наблюдали миражи городов Северной Африки.

В старину «о суше, висящей в небе» поморы складывали легенды. Теперь туристы, посещающие известный историко-архитектурный заповедник на Соловецких островах в Белом море, могут воочию познакомиться с этой местной достопримечательностью. Во всяком случае, сотрудники островной метеостанции раз пятнадцать-двадцать за лето регистрируют парящие в небе острова.

А на острове Мадагаскар придумали даже специальный дорожный знак: «Внимание! Мираж!» Его установили на одном из поворотов шоссе, как раз в месте, где после захода солнца перед глазами водителей возникают поражающие воображение картины — светящиеся фигуры, замки, силуэты людей. Из-за миража разбились несколько десятков водителей.

Иногда миражи приводили к географическим открытиям», особенно в полярных районах. В 1906 году Роберт Пири в одной из своих отчаянных попыток достигнуть Северного полюса поднялся на вершину мыса Томаса Хаббарда, который расположен на северной окраине земли Акселя Гейберга. На северо-западе милях в 120 он увидел заснеженные вершины гор. Несколько позже он снова наблюдал неизвестные горы, но уже с одного из близлежащих островов. Достичь гор Пири не смог, но определил их местонахождение. Вскоре вышли карты, на которых была нанесена новая земля, которую назвали Землей Крокера.

Но Земля Крокера разделила участь Земли Санникова. Эти открытия пришлось «закрыть». Они оказались «миражами». Легенда о «Летучем Голландце» — призрачном корабле, в основном обитающем у побережья Южной Африки, тоже обязана своим происхождением Фата Моргане.

Чем же объясняются такие причуды распространения световых волн? Один из основных оптических законов, о котором упоминается за 300 лет до нашей эры в сочинении Евклида, гласит — свет распространяется по прямым линиям. Однако воздушный океан, именуемый атмосферой, на дне которого мы живем, далеко не однороден. В неоднородной среде траектория светового луча искривляется. Еще ученые древности пытались постичь законы распространения световых волн в атмосфере. В трудах древнегреческих ученых I и II веков нашей эры Клеомеда и Птоломея упоминается об искривлении (рефракции) светового луча в земной атмосфере, из-за которого звезды и планеты видны несколько выше того места, где они находятся в действительности. Они объяснили это явление преломлением света в атмосфере.

Слово «мираж» произошло от французского глагола semirer — «отражаться в зеркале». Но, хотя многие миражи напоминают картины, которые можно увидеть в кривом зеркале, эффект отражения не является причиной возникновения миражей. Атмосфера порождает миражи, действуя как линза, а не как зеркало, то есть не благодаря отражению света, а в силу рефракции. Она, атмосфера, играет роль огромной воздушной линзы с малым показателем преломления. Его величина равна отношению скоростей распространения электромагнитных волн (в том числе и света) в вакууме и земной атмосфере. Показатель преломления атмосферной линзы непостоянен. Он зависит от метеорологических условий (давления воздуха, температуры, влажности). При определенных метеорологических условиях создается как бы целая цепочка атмосферных линз, которая искривляет траекторию луча таким образом, что он движется почти параллельно земной поверхности. Происходит постоянная «перефокусировка» световых лучей к центру невидимой оси атмосферных линз. Теоретически, если бы такие метеорологические условия смогли возникнуть на всей территории Земли, можно было бы окинуть взглядом весь земной шар и увидеть… даже собственный затылок. Вероятность такого события, конечно, исчезающе мала. Однако бывают случаи, когда такие условия создаются на очень больших расстояниях. Тогда и наблюдаются миражи-рекордсмены.

Цепочка атмосферных линз работает подобно уже упоминавшемуся диэлектрическому волноводу. Волноводный эффект в диэлектрическом стержне обусловлен тем, что скорость волн в диэлектрике меньше, чем в воздухе. Чем ближе к центру стержня, тем скорость распространения меньше. Поэтому фронты волн прижимаются к стержню и энергия концентрируется внутри диэлектрика.

Атмосферные линзы далеки от идеальных, используемых в телескопах и фотокамерах. Последние сделаны из стекла и строго однородны по показателю преломления. Искривление траектории света и характер изображения определяются кривизной поверхности линзы. Атмосферные же линзы не имеют определенной формы, они расфокусированы и астигматичны. Характеристики таких линз меняются самым причудливым образом. Отсюда их удивительная способность создавать различные видения и искажать реальные изображения объектов до неузнаваемости. В этом причина таинственности миражей, послуживших основой для легенд и суеверий.

Уже упомянутый американский метеоролог А. Фрэйзер разработал подробную теорию Фата Морганы и ее Математическую модель. Мираж, полученный на выходе ЭВМ, почти не отличается от реального миража.

Искусственные световые волны, генерируемые лазером, при миражах ведут себя так же, как и естественный свет — их дальность действия намного превышает прямую видимость. Известны случаи, когда лазерная система связи устойчиво работала на расстоянии свыше 300 километров.

Создание мощных лазеров привело к фундаментальным открытиям в оптике. Родилось новое направление — нелинейная оптика, в которой показатель преломления среды распространения зависит от интенсивности пучка света. В 1962 году советский физик Г. А. Аскарьян теоретически предсказал явление самофокусировки светового луча. Луч лазера в среде распространения создает сам себе волновод! Он не разбегается в стороны, как обычный солнечный луч, а стягивается в тончайшую световую нить. Правда, это происходит при условии, если достаточна мощность лазера. Например, если среда распространения — сероуглерод, то требуется мощность лазера 10 киловатт, а в некоторых сортах оптического стекла достаточно одного ватта.

Новое открытие заинтересовало ученых многих стран. Его назвали сенсацией века. Открывалась возможность использовать самофокусирующиеся лучи для передачи энергии без потерь на большие расстояния. Но получить стабильный самофокусирующийся сигнал пока не удалось. Зато в самофокусирующемся луче была обнаружена… высокотемпературная плазма. Открылась еще одна тропа к овладению термоядерной энергетикой. Проблема самофокусировки ждет своего решения. Сейчас даже трудно предугадать, какие новые возможности откроют перед нами самофокусирующиеся лучи. Ведь Аскарьян предсказал, что самофокусироваться могут не только световые, но и радиоволны, а также ультразвуковые, звуковые и гиперзвуковые волны, возбуждаемые мощными лучами лазеров в плотных средах. За открытие и исследование эффекта самофокусировки группе ученых, в том числе и Аскарьяну, присуждена Ленинская премия 1988 года.

 

ГРОМ ОРУДИЙ РАЗДАЕТСЯ…

В 1837 году в Лондоне в честь коронации королевы Виктории был произведен мощный артиллерийский салют. Гром орудий был услышан далеко на материке на расстоянии 200—300 километров, хотя ближе, на расстоянии 50 километров, его не было слышно. Такая же «сверхслышимость» наблюдалась при взрывах артиллерийских складов в Москве в мае 1920 года, при больших взрывах, производившихся в Германии в 1923—1926 годах и во Франции в мае 1924 года, когда уничтожались запасы боеприпасов, оставшихся после мировой войны.

Случаи столь дальнего распространения звука обязаны также природным волноводам, но только акустическим. Их иногда называют звуковыми каналами. Конечно, акустический и оптический волноводы различны, потому что длина волны световых колебаний в сотни тысяч раз меньше длины волны звука. Но принцип действия остается таким же — акустический волновод не дает «разбегаться» звуковым волнам, его невидимые стенки постоянно возвращают звук к воображаемой оси — туда, где скорость звука минимальна.

Между скоростью звука в атмосфере и ее температурой имеется прямая связь — скорость звука уменьшается с понижением температуры. Запуски метеорологических ракет в СССР и США позволили получить полную картину распределения температуры по высоте. Оказалось, что на высотах около 15—80 километров температура достигает своих минимальных значений. Здесь и проходят оси акустических волноводов — верхнего и нижнего. Для земных наблюдателей основную роль играет, конечно, нижний волновод. Звуковые волны от источников, расположенных ниже 50 километров, «захватываются» нижним волноводом и концентрируются им в пределах высот от 3 до 40 километров. Но при определенных условиях (например, при холодной погоде) они прорываются в некоторых местах сквозь «нижнюю стенку» волновода, и тогда там наблюдается эффект «сверхслышимости».

Звуковые волноводы интенсивно изучались и во время Второго Полярного года в 1932—1933 годах. Была проведена серия взрывов на Новой Земле. Звуки от взрывов зарегистрировали на Земле Франца-Иосифа. Изучение звуковых волноводов продолжили по программе Международного геофизического года в 1957— 1959 годах. Во Франции в рамках программы было произведено более 630 взрывов, которые прослушивались на восьми станциях в радиусе 200—250 километров. Наблюдения подтвердили гипотезу о звуковом волноводе.

Мощные ядерные взрывы в атмосфере благодаря звуковому каналу могут быть зарегистрированы практически в любой точке земного шара. Так, мегатонный ядерный взрыв был зарегистрирован на расстоянии 11 500 километров от места испытания.

В земных толщах тоже обнаружен волновод — слой с пониженной скоростью распространения сейсмических волн. Он залегает в верхней мантии на глубинах от 50—100 до 250—400 километров от поверхности. В нем сейсмические волны путешествуют не рассеиваясь, с малыми потерями. Геофизики считают, что вещество волноводного слоя находится в состоянии, близком к плавлению. Высказываются предположения, что в нем сосредоточена почти вся сера Земли. Так можно объяснить диспропорцию, которую заметили ученые: содержание серы в земной коре составляет 0,1 процента, а в метеоритах — в среднем 2 процента.

Мы уже упоминали о попытках использовать земную твердь для передачи электрических сигналов. Но тогда, в XIX веке, они окончились неудачей. В XXI веке эти замыслы, по мнению известного ученого в области радиоэлектроники В. Сифорова, станут реальностью. Оказывается, под землей пролегает еще и волновод для радиоволн. Верхний слой Земли обладает относительно неплохой электропроводимостью. Глубже идет слой, близкий по свойствам к диэлектрикам, а после него, как утверждают геологи, снова следует проводящий слой. Таким образом, получаются как бы две концентрические сферы из проводников, между которыми помешен диэлектрик. А это ведь своего рода диэлектрический волновод. Создана довольно детальная и строгая теория распространения радиоволн в такой среде. Ну а коль скоро есть теория, то открывается путь и к практике.

 

ЗВУКИ ИЗ ПОДВОДНОГО ЛАБИРИНТА

Это случилось в январе 1966 года. Над Испанией летели два военных американских самолета — реактивный бомбардировщик В-52 с водородными бомбами на борту и заправщик КС-135, баки которого были полны топливом, предназначенным для периодической дозаправки бомбардировщика.

Авария произошла на высоте шести миль. На В-52 загорелся один из двигателей. Бомбардировщик взорвался, причем от взрыва пострадал и КС-135. Оба самолета рухнули на землю. Погибло семь человек. С бомбардировщика В-52 упали четыре водородные бомбы без взрывателей. Три из них найдены на суше. Четвертая упала в Средиземное море.

Для ее поиска у побережья Паломареса собралась большая группа кораблей, подводных лодок и глубоководных аппаратов. Впоследствии один из руководителей поисковых работ сказал, что наибольшие трудности во время работ у берегов Испании представляли проблемы связи и навигации под водой.

Приведенное высказывание весьма показательно. Это еще одно из многочисленных подтверждений сложности вопросов подводной связи и навигации. А ведь трудно исследовать глубины на специальных аппаратах без надежной связи с поверхностью. Радиоволны, служащие нам верой и правдой на Земле и в космосе, гаснут в воде, преодолев лишь десятки-сотни метров…

Древним была хорошо известна способность дельфинов и рыб издавать звуки, о чем упоминали в своих трудах Аристотель, Плиний Старший и другие античные ученые. «Те, кто обрекает всех рыб на молчание и глухоту, весьма мало знают природу рыб», — писал древнеримский философ Клавдий Элиан. Но постепенно их замечательные наблюдения были забыты и в науке надолго установилось представление, что океан — «мир безмолвия». Лишь сравнительно недавно богатый мир подводных звуков стал открываться вновь…

Неизвестные звуки порой казались сверхъестественными и ставили в тупик ученых. Нередко чуткие гидрофоны фиксировали, что в глубине, по соседству, чуть ли не рядом находятся неизвестные объекты. Но поиски были безрезультатными, и непрошеные пришельцы словно в воду канули, хотя сигналы с глубин по-прежнему принимались. Порой они напоминали грохот отбойных молотков, скрежет большого числа фрезерных станков. А иногда это были звуковые импульсы, которые повторялись по времени с завидной точностью.

Случалось, что океанские голоса вызывали настоящую панику, сопровождались сенсационными сообщениями в западной прессе. Американские газеты буквально кричали о «новой советской сверхмощной подводной лодке». Два месяца натовские системы обнаружения искали источник неожиданно появившихся в океане звуковых импульсов. Лишь впоследствии установили, что виновником «сенсации» был больной кит. Он периодически открывал пасть — своего рода звуковой излучатель, который как бы транслировал удары его огромного сердца на значительные расстояния. Сердце морского гиганта обладает огромной мощностью — 10—15 киловатт, ведь ему приходится перекачивать восемь тонн крови. Если всего 0,1 процента мощности превратить в акустические волны, то их можно услышать на расстояниях во многие сотни километров.

Можно назвать и другие подобные казусы. В число неопознанных объектов попали стаи волнистого горбыля, которые мигрируя на нерест, «шумели» не хуже целой армады подводных лодок. А вот еще один пример. В 1941 году при нападении на американские корабли в Пирл-Харборе японские подводные лодки выпустили гораздо больше торпед по шумящим скоплениям креветок и морских рачков, чем по боевым кораблям.

Попробуем разобраться в природе подводных звуков.

В первую очередь в причинах, почему они в одном случае тут же затихают, а в другом — распространяются на сотни, а то и тысячи километров, практически не ослабевая за столь долгое путешествие? Вопросы эти носят далеко не праздный интерес. Ведь звуковые волны выполняют ту же роль при освоении Мирового океана, что и радиосигналы при изучении космоса.

Впервые удивительную способность звука пробегать огромные расстояния заметили советские моряки во время Великой Отечественной войны. Взрывы небольших зарядов в районе Кольского залива были зарегистрированы гидрофонами кораблей на расстоянии 180 миль.

В грозном сорок втором году под руководством заведующего лабораторией Физического института, члена-корреспондента АН СССР (впоследствии академика) Н. Н. Андреева началось систематическое изучение актуальной проблемы. Необходимо было найти средства для борьбы с немецкими акустическими минами. Работы проводились на Черном море и вылились в конкретные практические результаты.

Вскоре после войны в 1946 году нашим ученым удалось найти и причину сверхдальних «звуковых путешествий». Оказалось, что в морских и океанических глубинах существует особый слой, который специалисты назвали подводным звуковым каналом. Аналогичное открытие сделали и американцы. Их работы проводились в обстановке строжайшей секретности, а результаты не публиковались.

Теория распространения звука в подводном канале разработана академиком Л. М. Бреховских, которому вместе с коллективом авторов монографии «Акустика океана» была присвоена Государственная премия СССР за 1976 год. В 1977 году советскому ученому Институтом акустики Великобритании присуждена также Золотая медаль выдающегося физика Рэлея.

Уникальные эксперименты по изучению распространения звука в океане были проведены на научно-исследовательских суднах «Сергей Вавилов» и «Петр Лебедев».

Подводный акустический канал также работает наподобие диэлектрического волновода — энергия колебаний фокусируется вокруг оси, где скорость распространения звука минимальна. В приповерхностных слоях океана профиль изменения скорости звука повторяет профиль изменения температуры, которая уменьшается с глубиной. Чем глубже, тем изменение температуры становится все слабее, и на скорость звука решающее влияние оказывает уже гидростатическое давление, которое увеличивает скорость звука с глубиной. Таким образом, от поверхности до дна скорость звука сначала уменьшается, а затем увеличивается. Слой, в котором скорость звука минимальна, совпадает с осью подводного звукового канала. Этот слой довольно устойчив и находится обычно на постоянной глубине, например, 1274 метра в Атлантическом океане, 637 метров в северо-восточной части Тихого океана, 40—60 метров в морях северного полушария.

Подводный канал как бы «захватывает» звуковые волны, вышедшие из точки излучения под углом к его оси не более 10—15 градусов. Невидимые стенки канала концентрируют распространяющуюся звуковую энергию вдоль оси канала, не давая разбегаться звуковым волнам.

Академик Бреховских так образно объясняет подобное явление: «Вспомните, как ведет себя уставший путник. Он предпочитает держаться теневой, более прохладной стороны, нести на своих плечах как можно меньше груза и двигаться с минимальной скоростью. Ведь только так он может пройти максимальное расстояние. Звуковой луч в морской воде подобен этому путнику. Выйдя из источника, он уходит вверх от осп звукового канала. Чем выше, тем теплее, и луч заворачивает вниз, в «холодок» и углубляется до тех пор, пока не начинает «ощущать» тяжесть повышающегося гидростатического давления».

…В какие только дебри не заплывали научные экспедиции, изучая различные голоса «подводного царства». Чувствительная аппаратура, установленная на судах, позволила ученым выполнить сотни оригинальных экспериментов, отвоевать у морской пучины не одну тайну. Корабли науки — «Сергей Вавилов» и «Петр Лебедев» явились фактически первыми плавучими лабораториями для всестороннего исследования Мирового океана.

Сейчас уже можно судить о «географии» звуковых подводных каналов, которые нередко поражают своими масштабами. Например, взрыв полуторакилограммового заряда в Атлантике зафиксировали приборы на Бермудских островах, удаленные на 4500 километров. Для сравнения: в воздухе такой звук слышен всего на расстоянии четырех километров, а в лесу не далее 200 метров.

Открытие сверхпроводящего канала привело специалистов и к принципиально новой идее спасательной службы: достаточно взорвать сигнальную гранату на глубине подводного канала, чтобы на берегу определили место аварии и катастрофы и организовали помощь.

Американский вариант системы назван «софаром». С самолетов или кораблей, терпящих бедствие, сбрасывают небольшие заряды весом от 0,5 до 2,5 килограмма, которые взрываются на глубине звукового канала. Береговые станции принимают звуковой сигнал и определяют место взрыва. Софары предполагают использовать и для дальней навигации. Американские ученые из Ламотской геологической обсерватории с помощью софара передавали из глубины Индийского океана сигнал, который принимался на Бермудских островах на расстоянии 20 тысяч километров. Этот эксперимент продемонстрировал большие возможности систем, использующих подводный звуковой канал. Акустический волновод оказался очень полезным для метеорологов. Подводные акустические приемники могут улавливать шумы, возникающие в центральной очень бурной части тайфуна или урагана, находящегося за сотни километров. За движением тайфуна можно следить по направлению прихода звуков и по изменению их громкости. Пришедший по подводному каналу отзвук грозного цунами служит спасительным сигналом для жителей прибрежных районов от грядущей катастрофы. Цунами выглядит черепахой по сравнению со своим звуковым сопровождением — волна цунами, например, идет от Чили до Гавайских островов 10 часов, а от Чили до Японии 20 часов. Времени для принятия необходимых мер вполне достаточно.

Советскими учеными Г. А. Аскарьяном и Б. А. Долгошеиным найден еще один, довольно неожиданный источник акустических сигналов в океане — внеземной. Это космические частицы больших энергий.

Подводные звуковые феномены объясняют и некоторые биологические проблемы. Например, рыбий плавательный пузырь может по праву считаться одним из самых чувствительных акустических приемников. Вот почему рыбы всегда хорошо информированы о надвигающихся стихийных бедствиях.

Дружат с акустикой и морские животные, скажем, те же киты. Не исключено, что они пользуются и подводными звуковыми каналами, которые доносят до них шум прибоя от дальних океанических островов. Именно по таким звуковым маякам киты определяют свое место. положение во время миграций. По наблюдениям американского ихтиолога К. Кларка, благодаря подводным каналам киты могут «переговариваться» друг с другом на расстояниях до 1000 километров.

Дельфины также обладают сверхчувствительным звуколокатором. Они наверняка принимают сигналы сейсмических катастроф, подводных извержений, цунами и ураганов раньше, чем успевает зафиксировать их современная электроника. Но, несомненно, настанет день, когда человек будет столь же хорошо информирован о происходящем в глубинах бескрайнего континента.

 

ТЕЛЕВИДЕНИЕ… В БЛОКАДНОМ ЛЕНИНГРАДЕ

Об одной удивительной странице истории отечественной радиотехники рассказала в мае 1987 года газета «Советская Россия». Оказывается, в блокадном Ленинграде совершенно неожиданно увидели на экране телевизора кадры военной кинохроники из Лондона… Телевизор тот был предназначен для совершенно других целей. Но природный волновод опять подшутил над операторами. Это был первый зарегистрированный случай сверхдальнего приема телевидения. А подробности таковы.

Незадолго до Великой Отечественной войны радиолокационные станции, получившие название «Редут», поступили на вооружение Красной Армии, в том числе и в части ленинградской ПВО. Дальность обнаружения «Редута» превышала сто километров, а опытные операторы по характеру перемещения отметки от цели по экрану индикатора даже могли определить, что за цель движется.

Армейские рационализаторы изобрели дополнительные приборы и смогли определять не только дальность до цели, но и ее высоту. Поначалу, когда радиолокаторы располагались на подступах к городу, все было вроде бы нормально. Баланса времени хватало, чтобы своевременно обнаружить цель и передать ее координаты летчикам на аэродром.

Но когда локаторы пришлось передвинуть дальше от линии фронта, сразу же выяснилось «тонкое место» в системе: слишком много времени затрачивалось на передачу данных на аэродром. Обнаружив цель на индикаторе, оператор зашифровывал координаты и передавал их в штаб ПВО. Там расшифрованную информацию сопоставляли со сведениями других радиолокаторов, опять зашифровывали и отправляли летчикам.

Раньше, пока локаторы были за городом, такая многоступенчатость не очень-то сказывалась. А теперь, когда рубеж обнаружения придвинулся к городу, цена каждой минуты резко возросла. За время, пока данные о целях обрабатывали, самолеты успевали пролетать несколько десятков километров, и для их перехвата оставалось слишком мало времени.

Надо было срочно что-то изыскать, что-то придумать, чтобы уменьшить время на передачу данных о вражеских самолетах летчикам. 11 января 1942 года в блокадном Ленинграде командование 2-го корпуса ПВО провело… конференцию изобретателей и рационализаторов. На ней военнослужащий 72-го радиобатальона Э. И. Голованский предложил создать телевизионную систему ПВО.

Горком партии буквально на следующий день включил создание блокадного телевидения в число первоочередных задач. Определенный задел у наших инженеров уже имелся, особенно в лаборатории телевидения одного из ленинградских научно-исследовательских институтов, которой руководил Александр Андреевич Расплетин.

В 1939 году сотрудник института Иван Завгороднев построил телевизор с огромным — почти два квадратных метра — экраном. Война прервала работы. Многие инженеры из лаборатории Расплетина ушли на фронт. В срочном порядке они были отозваны с передовой. Им-то и поручили сделать телевизионную систему передачи информации о целях для ПВО.

Участник работы Иван Завгороднев рассказывает:

— Уже 15 января в помещении НИИ, где мы трудились до войны, появились первые узлы и блоки будущего телецентра, собранные из разных организаций Ленинграда. Здесь же, в Лесном — так называется один из районов Ленинграда — установили и «Редут».

Электронный луч на приемном экране заставили вращаться по часовой стрелке, точь-в-точь как в современных радиолокаторах кругового обзора. На экран нанесли прозрачную карту Ленинграда и области, провели линии — радиусы с делениями, обозначавшими удаление цели, и окружности равных расстояний. Центр экрана обозначал место установки «Редута». Любой самолет, появившийся в ленинградском небе, немедленно давал о себе знать яркой светящейся точкой, а оператор, пользуясь нанесенной на экран картой города и шкалами, мог тут же определить расстояние до него.

Над экраном радиолокатора установили передающую телекамеру, сигнал от нее передавался на ультракоротких волнах с помощью направленной антенны в штаб ПВО города. На крыше построили радиорубку, приемную антенну разместили на наблюдательной вышке штаба. Ну а сами «телевизоры» стояли на главном командном пункте ПВО, на командных пунктах истребительной авиации и зенитной артиллерии.

Передача данных о предстоящем налете стала мгновенной. Круглые сутки работала телевизионная система, лишив врагов преимущества внезапности…

Не сразу поверили в новую систему. Слишком все было необычно. На экране возникали светящиеся скачкообразные перемещающиеся точки, глядя на которые трудно было вообразить реальные самолеты. Доходило до того, что дежурные сверяли показания индикатора с данными постов наблюдения. В этом нет ничего особенного. Новое подчас бывает необычным. А описываемые события происходили пятьдесят лет назад.

Но результаты говорили сами за себя: уже в первые месяцы блокады в окрестностях Ленинграда было сбито почти 750 многомоторных машин. Телерадиолокационная система стала неотъемлемой частью противовоздушной обороны города.

Однажды летом на экранах вместо привычной картинки операторы увидели танки в пустыне, солдат, бронетранспортеры… Как позже выяснилось, в Лондоне шли пробные телепередачи. Несколько раз в неделю экспериментальный телепередатчик транслировал военную хронику для лондонских госпиталей. Так получилось, что характеристики обеих телевизионных систем — лондонской и ленинградской — совпали. Такова необычная история первого сверхдальнего приема телевидения.

Инженеры не удовлетворились достигнутым. Нельзя ли оперативно передавать данные о воздушной обстановке на борт самолета? Над решением такой задачи работал А. А. Расплетин вдали от блокадного Ленинграда. В Ленинграде аппаратуру с нетерпением ждал Иван Завгороднев. И такая система была создана и внедрена.

Даже с дистанции сегодняшних дней господства телевидения нельзя не восхищаться изобретательностью наших инженеров. Работала система так. На командном пункте авиации ПВО на специальном планшете изобразили карту Ленинградской области с указанием основных ориентиров. Планшет был снабжен масштабными линейками и символическими изображениями самолетов. Наши самолеты по форме напоминали бабочек, а фашистские — тупорылых свиней (видимо, здесь сказалась историческая параллель с излюбленным боевым строем тевтонских рыцарей). Оператор по данным с экрана радиолокатора передвигал самолетики на планшете и на нем же писал дополнительные данные — высоту полета и команды летчику.

С помощью телекамеры, установленной над планшетом, обстановка, изображенная на нем, передавалась на борт истребителя Як-9. Маленький телевизор удалось удачно разместить в кабине летчика. После первого же испытательно-боевого вылета Герой Советского Союза подполковник Мациевич с похвалой отозвался о работе системы. Правда, отметил он единственный недостаток: слишком ярко светил экран. Ночью он мешал летчику, ослеплял его, подобно фарам встречного автомобиля. Но смекалка изобретателей и тут нашла выход из положения. На полуразрушенном складе кондитерской фабрики нашли цветной целлофан, оставшийся с тех времен, когда фабрика выпускала конфеты. Затянули экран телевизионной трубки целлофаном, и яркость уменьшилась.

Радиоэлектронная система ПВО, созданная в тяжелейших условиях блокады, на несколько лет опередила мировой уровень. Такова еще одна страница летописи подвига защитников города.

Итак, как же возникают радиоволноводы?

Мы знаем, что в свободном пространстве, например в космическом, радиоволны, как и свет, распространяются прямолинейно, но в атмосфере воздух немного искривляет их путь, или как говорят специалисты, «имеет место рефракция» (от латинского слова «преломленный»). Довольно часто над морем (реже над сушей) при определенных метеорологических условиях (в основном при повышении температуры с высотой или при резком уменьшении влажности воздуха с высотой) воздух приобретает способность фокусировать радиоволны в пределах невидимого глазом естественного канала который назвали природным волноводом. Радиоволны захватываются волноводом и распространяются в нем на феноменальные расстояния. Это явление называется сверхрефракцией. Высота атмосферного волновода обычно равна нескольким десяткам метров и редко превышает 150—180 метров. Благодаря атмосферным волноводам радиолокатор может «увидеть» цель далеко за радиогоризонтом (радиогоризонт лежит примерно на 15 процентов ниже геометрического горизонта из-за преломления радиоволн в атмосфере). При нормальных же условиях радар не «видит» объекты, расположенные ниже радиогоризонта.

Наибольшие дальности обнаружения наземных радаров были зафиксированы в Индийском океане во время второй мировой войны. Радиолокационная станция в Бомбее принимала в жаркое время года сигналы, отраженные от пунктов, находящихся на Аравийском полуострове на расстоянии 2700 километров. Однако при нормальных условиях та же станция обнаруживала корабли на расстояниях не более 30—35 километров. Атмосферные волноводы довольно распространенное явление, особенно в морских районах и пустынях. Часто радиолокационные и оптические миражи возникают одновременно. Подобные же метеорологические условия приводят к сверхдальнему приему телевизионных передач и сверхдальней радиосвязи. Известен случай переговоров по обычному судовому радиотелефону из бухты Тикси с кораблями, находившимися в районе Уэллена. Слышимость была такой, как если бы разговор шел с одним из кораблей каравана, стоящего в бухте Тикси.

Радиолокационный мираж и был причиной курьезной истории с крейсером в Средиземном море. Оказалось, что операторы радара на крейсере принимали эхо-сигналы от острова Мальта, который находился далеко от них, и безуспешно пытались его потопить. Масштаб экрана радара не был предназначен для приема сигналов со столь больших расстояний, и пришедший с опозданием эхо-сигнал, отраженный от острова, операторы приняли за расположенный неподалеку вражеский корабль.

«Скачущий призрак Нансай-Шато» — тоже радиолокационный мираж. Сигнал, излученный радаром подводной лодки, прежде чем попасть обратно в антенну, многократно отражался от корабля, берега, других кораблей, а иногда и от корпуса самой подводной лодки, если она производила разведку в надводном положении. Радиоволна мало ослаблялась при каждом отражении из-за атмосферного волновода. В итоге скорость перемещения отметки на экране оказывалась равной сумме скоростей движения всех объектов, от которых отражалась радиоволна при своем многократном блуждании.

Дорого порой обходились ошибки операторов из-за радиолокационных миражей. Незадолго до конца второй мировой войны американцы готовились захватить остров Киска в Тихом океане, занятый японцами и имеющий важное стратегическое значение. Американский флот находился в 600 милях от острова и готовился к предстоящей операции. Неожиданно операторы радаров обнаружили всего в 40—50 милях таинственную эскадру. Была объявлена боевая тревога, флот приготовился для отражения вражеского нападения. Но через некоторое время неизвестные корабли исчезли с экранов так же внезапно, как и появились. Через несколько недель американская авиация и флот напали на остров. На нем никого не оказалось. Таинственная эскадра была японской, обнаруженной за несколько недель до нападения и уже эвакуировавшей войска с острова. Благодаря радиомиражу, операторы увидели ее на своих экранах, хотя она находилась на расстоянии 600 миль. Операторы ошиблись на 550 миль. Если бы они знали причуды распространения радиоволн, то американский флот смог бы провести успешную операцию.

Дальность связи по лазерному лучу при мираже тоже может во много раз превысить прямую видимость. Известны случаи, когда лазерная система связи устойчиво работала на расстояниях свыше 300 километров.

 

ПРИРОДНЫЕ ТЕЛЕСКОПЫ?..

Естественные волноводы, которым обязаны оптические и радиомиражи, образуются вдоль поверхности Земли. Но возможно, существуют и вертикальные волноводы. На такую мысль наводит явление сверхзоркости, которое не раз наблюдалось у космонавтов на орбите.

«Это случилось, когда станция «Салют» пролетала над Бразилией, — вспоминает космонавт Юрий Глазков. — Мне нравилось рассматривать через иллюминатор поверхность планеты. Я быстро научился различать реки, озера, горные хребты. Мог с закрытыми глазами рассказать о ландшафте местности, над которой «проплывала» станция.

Так вот, летим над Бразилией… Вижу тоненькую ленточку. Через секунду сообразил — это шоссе, и по нему мчится автобус. Самый настоящий. Вроде даже голубого цвета. Я понимал, что с такого расстояния невооруженным глазом увидеть его невозможно, но тем не менее я видел!

Уже после полета я рассказал об этом заместителю директора Института океанологии Академии наук СССР доктору географических наук А. А. Аксенову. Тот предположил, что «сработали» мои ассоциации. То есть я только представил себе автобус, а глаза уже видели».

Феноменальная сверхзоркость, которую пришлось испытать Юрию Глазкову на орбите, — одна из интереснейших психофизических особенностей зрительного восприятия в космосе.

Космонавт Виталий Севастьянов отметил, что вначале при кратком воздействии невесомости острота зрения может ухудшиться. Но проходит время, и начинаешь распознавать острова, моря, горные цепи. После второй недели полета стоило космонавту взглянуть в иллюминатор, и он сразу узнавал, где летит корабль. Стал замечать суда в океане, потом суда у причалов, а однажды обнаружил поезд, подходивший к мосту. Пролетая над своим родным городом Сочи, он даже увидел телевизионную вышку.

Было высказано предположение, что это результат домысливания. Ведь разрешающая способность зрения — одна угловая минута, а Юрий Глазков видел автобус с расстояния 300 километров под углом всего несколько секунд.

Обострение зрения в космосе отметили и американские космонавты. Гордон Купер при полете на «Меркурии» с высоты нескольких сот километров ясно видел трубы на домах в Тибете и грузовик на границе США с Мексикой. Позже с подобным же фактом столкнулся и космонавт Эдвард Уайт. С космического корабля «Джемини» он различал дороги, волны, создаваемые моторными лодками, и вереницы огней уличного освещения городов.

Наблюдал мелкие детали рельефа и летчик-космонавт В. Коваленок. В течение небольшого промежутка времени у него несколько раз создавалось впечатление, что он видит поверхность Земли через увеличительное стекло. С ростом продолжительности полетов о таких случаях аномальной видимости космонавты докладывают все чаще.

Специалисты сделали расчеты и показали, что даже при обычных условиях слой атмосферы дает увеличение от 4 до 15 процентов в зависимости от высоты полета космического корабля. И космонавты подтверждают — зрение на орбите несколько обостряется.

— В первые дни полета, — рассказывает космонавт Владимир Соловьев, — когда еще не полностью адаптируешься к невесомости, может показаться — цвет поверхности океана везде одинаков. Но постепенно острота зрения усиливается — так свидетельствуют все космонавты, которые совершали длительные путешествия, — и начинаешь различать малейшие оттенки цветов.

Опыты, предпринятые для проверки этих утверждений, показали: действительно, в условиях невесомости реакция глаза на изменение яркости изображения значительно увеличивается. Некоторые ученые объясняют явление так: в обычных условиях глаз человека находится в постоянном движении, совершая от 20 до 150 перемещений в секунду, невесомость же облегчает движение глаза, и потому обостряется зрение. Но пока это гипотеза…

Да, человеку на данном этапе принадлежит важная роль в исследовании Земли из космоса. И не удивительно, ведь глаз космонавта — самый совершенный прибор, который есть на борту орбитального комплекса. Он способен различать разницу в цвете и освещенности воды всего на один-два процента, в то время как самые совершенные фотоаппараты «видят» в десять раз хуже, а телекамеры еще более уступают по чувствительности человеческому глазу.

Необыкновенна чувствительность нашего глаза к свету. Он способен воспринимать единичные его кванты: ясной ночью человек может увидеть пламя зажженной свечи на расстоянии 25 километров.

Но совершенством человеческого глаза все же нельзя объяснить космическую сверхзоркость. Правда, известно, что у некоторых людей глаза могут соперничать и с телескопом и с микроскопом. В литературе описан случай остроты зрения в тридцать единиц. Человек невооруженным глазом видел спутник Юпитера, который астроном наблюдал только в телескоп. В данном случае глаз различал объекты, разнесенные всего на несколько угловых секунд.

А вот другой пример, о котором сообщалось в газетах, — женщина, прозванная «живым микроскопом». Разрешающая способность ее глаз столь высока, что ей даже трудно читать — мешает отлично видимое переплетение волокон бумаги. Цветной телевизор она вообще не может смотреть, потому что изображение распадается на множество точек. У женщины необычное хобби, под стать ее способностям. С помощью карандаша с особо прочным грифелем она наносит тексты литературных произведений на странички крошечных тетрадок. Последний ее «шедевр» — почтовая открытка, на которой уместилось 327 тысяч слов, что примерно равняется восьмистам страницам машинописного текста.

Таких уникумов среди космонавтов нет. Так в чем же причина космической сверхзоркости? Видимо, иногда случаются и особые условия, например такие, как вблизи горных хребтов, когда подветренные волны уже на высоте 100 метров образуют области с резким изменением коэффициента преломления. Такие локальные образования ведут себя как линзы с большим увеличением. Они-то и могут придавать столь неожиданную зоркость космонавтам.

В целом при наблюдении из космоса, по мнению некоторых специалистов, атмосферу можно рассматривать как самофокусирующуюся, увеличивающую газовую линзу различной толщины, в зависимости от того, где находится космический корабль — над зимним или летним полушарием. В линзе-атмосфере большое число неоднородных вкраплений. Большинство из них, такие, как облака, туманы, аэрозоли, густые дымки, ухудшают прозрачность атмосферы. Меньшая часть неоднородностей, как, например, возникающие иногда локальные области в горных районах, в несколько раз повышают зоркость космонавтов.

Не этими ли феноменами — сверхзоркими людьми и природными волноводами — можно объяснить некоторые исторические загадки астрономии. Например, известно, что четыре наиболее ярких спутника Юпитера — Ио, Европу, Ганимед и Каллисто — открыл знаменитый Галилей в 1610 году с помощью построенного им же телескопа. А между тем недавняя находка китайских ученых свидетельствует, что об одном из спутников Юпитера было известно почти две тысячи лет назад. Специалисты случайно обнаружили записи одного из древнейших астрономов, датированные 364 годом до нашей эры, в которых указано, что за двадцать лет наблюдений ему удалось невооруженным глазом увидеть по соседству с Юпитером небольшую звезду. По всей видимости, это был Ганимед, самый яркий спутник Юпитера.

Сведения о четырех спутниках Юпитера, кольцах Сатурна и других астрономических объектах есть и в древних мифах африканского народа догонов, жившего на плато Бандиагар в республике Мали.

Или другой пример. Древние египтяне еще четыре тысячи лет назад связывали звездное скопление Плеяды со словом «тысяча», хотя человек с нормальным зрением видит в Плеядах всего шесть-восемь звезд. Тысячу же звезд в Плеядах обнаружили лишь в XVIII веке — разумеется, с помощью телескопа.

Не исключено, что в некоторых местах древние астрономы использовали телескопы. Ведь линзы были известны за 2500 лет до нашей эры. Но прямых доказательств этого нет, а потому официальным открывателем телескопа считается все тот же Галилей.

Ну а если действительно не было в древности телескопа и единственным оптическим прибором оставался человеческий глаз, так ли тогда удивительны столь древние знания о лунах Юпитера, кольцах Сатурна, фазах Венеры?

Нет, эти знания, как мы видим, не так уж удивительны, и получены они могли быть необязательно извне, от «космических пришельцев», как полагают сторонники палеоконтактов. Вполне реально, что они добыты только благодаря одной из совершеннейших биологических структур — человеческому глазу. В совершенстве его конструкции вы можете убедиться сами: в столь малом объеме природа сумела разместить прибор необычайной сложности. Сетчатка и зрительный нерв — это же вещество мозга! Сеть кровеносных сосудов почти в два раза гуще, нежели в любом другом органе. И, наконец, уникальный хрусталик. Недаром глаза наделялись волшебными свойствами, о них складывались легенды. Но как знать, может быть их авторы были в некоторых случаях не так уж далеки от истины. Взять хотя бы историю о глазах жертвы убийства. Все мы наслышаны о ней с детского возраста. Будто на сетчатке глаза, словно на фотопленке, фиксируется картина, увиденная в момент смерти. И все мы в детстве были уверены, что если у убитого не закрыты глаза, то милиция обязательно найдет преступника. Но как потом, с возрастом, выяснилось, сыщики почему-то не пользуются этим очевидным для нас, детей, методом.

Обосновать давнее поверье пытались еще в прошлом веке. Так, в 1881 году профессор Вилли Кун из Гейдельбергского университета утверждал, что в глазах только что умерщвленной им в ходе эксперимента лягушки сохранилось отражение пламени бунзеновской горелки, находившейся в лаборатории.

Далее Кун провел эксперимент с кроликом. Ученый поместил животное перед ярким окном, после чего в темной комнате умертвил кролика и извлек из его глаза сетчатку. На ней обнаружил отпечаток яркого прямоугольника. В то время научная общественность насмешливо отнеслась к открытию Куна, но сегодня она склонна взглянуть на дело более серьезно. После двух лет изысканий два западногерманских ученых заявили, что они не только обнаружили запечатленные образы в мертвых глазах, но и научились их проявлять как фотопленку. Вот, дескать, с закреплением изображения возникли трудности… Правда, исследователи не теряют надежды. Они полагают, что в расшифровке образа может помочь ЭВМ. Решение этой задачи было бы огромным достижением в криминалистике. Не позднее чем через полчаса после убийства можно было бы, например, иметь портрет убийцы.

Цивилизация подпортила нам зрение. Сегодня едва ли не каждый четвертый носит очки. Вполне естественно: за информацию надо платить. Через глаза в наш мозг, как установили ученые, поступает до 80—90 процентов всей информации. Прав был Горький, говоря, что потеря зрения отнимает у человека девять десятых мира.

Чтение, письмо, кино, телевидение — это зрительная информация и в то же время дополнительная нагрузка на глаза. А ведь они в основном создавались для высматривания удаленных предметов. Чем дальше направление взгляда, тем спокойнее мышцы глаз.

Предки наши были зорче. Добывая свой «хлеб насущный» охотой, рыбной ловлей, скотоводством, они не напрягали глаза. В подтверждение этого можно привести пример. В джунглях Африки нашли небольшое племя, которого не коснулась цивилизация. И вот что интересно: никто из племени не страдал близорукостью.

Не исключено, что древние астрономы знали еще и секрет зелья, значительно улучшающего зрение. И такое возможно… Один из подобных препаратов был получен французскими учеными… Чудодейственным лекарством были пилюли из экстракта… обыкновенной черники, обитательницы наших лесов. На мысль использовать чернику для улучшения зрения натолкнула исследователей привычка английских летчиков во время второй мировой войны. Перед ночными полетами они интенсивно поглощали черничное варенье. Исследования, которые длились несколько лет, показали, что черника ускоряет обновление вещества сетчатой оболочки глаза, чувствительного к свету.

Интерес к изучению такого удивительного «прибора», как глаз, не ослабевает и в наши дни. И неудивительно: ведь глаз пока наиболее совершенный приемник электромагнитных волн светового диапазона, значение которого, особенно с развитием оптоэлектроники (области электроники, соединившей воедино оптические и электрические методы обработки передачи и хранения информации) все более возрастает.

Зрение начинается с преобразования порции электромагнитной энергии, называемой фотоном или квантом, в нервные сигналы, которые мозг умеет анализировать. Преобразователем являются фоторецепторные клетки глаза. Ими, словно мозаикой, выложена задняя поверхность сетчатки — тонкий листочек нервной ткани, выстилающий внутреннюю поверхность глазного яблока. Роговица и хрусталик глаза проецируют образы внешнего мира на слой фоторецепторов. Каждая клетка поглощает падающий на нее свет и генерирует сигнал, в котором закодирована информация о количестве поглощенного света. Сигналы передаются по сложной системе синапсов — так называют области контакта с нейронами — в сетчатке и мозге. В этих контактах сигналы от групп фоторецепторов объединяются и сравниваются, и в итоге зрительная система получает информацию о форме, движении и цвете объектов окружающего мира.

Примерно по такому принципу разрабатываются и приемники оптического и инфракрасного диапазонов. Роль роговицы и хрусталика выполняет оптика, фоторецепторов — чувствительные элементы, превращающие свет в электрический сигнал, а роль нервной системы — ЭВМ.

Когда такое моделирование было еще не под силу, то прибегали к помощи живого глаза. Особое внимание исследователей привлек глаз голубя, его способность обнаруживать движение объекта в определенном направлении. Свойство глаза получило название «обнаружение направленного движения». Оно привлекало тем, что по такому принципу можно было бы создать радиолокационную систему, которая предварительно обнаруживала только объекты, движущиеся в интересующем направлении.

У голубиного глаза было и другое достоинство: он точно, с малейшими подробностями воспринимал изображение. Данное свойство как-то использовали на одном американском заводе. Тамошние контролеры иногда пропускали мелкие царапины на лакокрасочном покрытии радиодеталей. Казалось бы, пустяк, но незаметный брак обходился недешево: выходили из строя дорогостоящие ЭВМ.

И тогда контролерам дали в помощники дрессированного голубя. Его поместили рядом с конвейером в клетке, в которую были вмонтированы две стеклянные пластинки, соединенные с сигнализацией. Когда шли стандартные детали, голубь клевал одно стекло, а когда случался брак — другое, так сказать, «брачное». Его труд «материально поощрялся». За каждый выявленный брак он получал в награду зерно. Даже после десятисменной работы голубиная бдительность не притуплялась. Он замечал такие дефекты, которые не под силу было заметить контролеру. Как ни странно, голубь оказался «высокосознательным». Он не клевал «брачное» стекло, если дефектов не было, не «занимался приписками».

А вот еще одно использование голубиного глаза. В 60-х годах на экранах кинотеатров шел заграничный фильм «Бей первым, Фредди!» Кажется, в заключительной сцене был такой эпизод: ракету на город наводит не пилот-смертник, подобно японским камикадзе во второй мировой войне (они наводили на цель не только самолеты, но и крылатые ракеты), а голубь. Хотя фильм был снят с изрядной долей фантазии, но то, что голубь может быть наводчиком ракеты — отнюдь не вымысел. Такая «голубиная система управления ракетами» проходила испытания, начиная с 1945 года. Что поделаешь: электронные устройства в то время были несовершенны, а птичьи глаза природа «отрабатывала» миллион лет.

Как же выполнял голубь свои функции пилота? В носовой части ракеты устанавливалось оптическое устройство, которое проецировало на экране изображение объекта. У экрана помещался дрессированный голубь, который был приучен клевать любое появляющееся на нем изображение. Оптика действовала лишь тогда, когда ракета отклонялась от курса. Если ракета шла точно на цель, изображения на экране не было. Клюз голубя снабжался металлическим наконечником, а экран изготовлялся из специального токопроводящего слоя. При ударе клювом по экрану возникали электрические сигналы, которые подавались на управляющее полетом ракеты устройство. «Голубиная система наведения», хотя и успешно прошла испытания, но не понадобилась. Появились более совершенные системы управления.

Живая природа — мудрый советчик. На многочисленных примерах человек убедился в ее правоте. Недаром возникла даже специальная наука — бионика, занимающаяся изучением «подсказок» природы: как использовать принципы биологические для целей технических.

Это относится и к органам зрения человека и животных. Например, ученых привлек глаз подковообразного краба. Он обладает особенностью усиливать контраст изображения видимых объектов. Электронный аналог такого глаза, разработанный в США, помогал анализировать телевизионные изображения, аэрофотоснимки, фотографии Луны…

Требования к приемникам света и соседнего с ним инфракрасного диапазона все возрастают. В частности, в печати сообщалось об американских планах установить на борту космических аппаратов новейшую разведывательную оптическую аппаратуру для обнаружения малых целей по отраженному солнечному свету и их собственному, даже слабому тепловому излучению.

В первом случае получается как бы солнечный радар с разнесенными передатчиком и приемником. Роль передатчика выполняет само Солнце. Считается, что такая комбинированная система, работающая по отраженному солнечному свету и собственному тепловому излучению, позволит хорошо различать и наблюдать одновременно большое число объектов в атмосфере, на земле, на морской поверхности, контролировать пуски ракет, следить за их полетом…

Правда, и для такой системы уже есть частичное противоядие. Например, специальная маскирующая окраска самолетов. Она снижает уровень отраженных солнечных лучей до 7 процентов, тогда как при обычной окраске отражается 60 процентов солнечного света. Существуют специальные покрытия и аэрозоли, сглаживающие тепловой контраст между целью и окружающим пространством. Можно также снизить и температуру выхлопных газов двигателей, примешивая к ним потоки воздуха.

Если такая система будет развернута, не исключено, что вертикальные природные волноводы зададут такие же загадки операторам, какими приземные волноводы порой терзали операторов радиолокационных станции.

 

РАДИОЭХО ШТЕРМЕРА

На странные радиоэхо обратили внимание Тесла и Маркони еще на заре радиотехники. Потом их обнаружили при работе одной из первых европейских радиостанций, принадлежавшей фирме «Филипс» и работавшей на волне 31 метр. Каждые несколько десятков секунд в часы работы станция передавала в эфир определенные телеграфные символы. Вскоре специалисты заметили, что кто-то повторяет сигналы через несколько секунд после их излучения. Создавалось впечатление, будто некто в космосе (уж слишком, по земным масштабам, велика задержка сигналов) принимает символы и транслирует их усиленными на Землю, да еще по какому-то неизвестному правилу изменяет время задержки. Такой способ передачи сообщений в современной радиотехнике называется временной импульсной модуляцией. Кстати, Тесла впервые высказал мысль, что это не иначе как инопланетяне устраивают манипуляции с сигналами.

В конце 20-х годов изучением загадочных эхо занялись доктор Ван дер Поль, который систематически исследовал распространение радиоволн, инженер Йоргеи Халльс и профессор математики из Осло Карл Фредерик Штермер.

В декабре 1927 года сосед К. Штермера, инженер и радиолюбитель Йорген Халльс рассказал ученому о явлении, свидетелем которого ему довелось быть. По его словам, через несколько секунд после сигналов мощной коротковолновой станции в Эндховене (Голландия) появлялись сильные отголоски. «Как только я услышал об этом замечательном явлении, — писал впоследствии Штермер, — мне пришла мысль, что волны беспроволочного телеграфа могли быть отражены теми токами и поверхностями электронов, на которые мысль моя была направлена с 1904-го по 1907 год при теоретическом исследовании северных сияний».

В том же месяце К. Штермер договорился с Эндховеном о сеансах радиопередачи. Первые опыты начались в январе. Прием вели две станции: в Форнебо и Бигде. Обе станции располагались близ Осло. На станции в Бигде работал инженер Халльс. Радиопередатчик в Эндховене посылал сигналы каждые пять секунд. Они регистрировались с помощью осциллографа. Очень четко фиксировались импульсы из Эндховена. Тогда же было обнаружено и несколько других сигналов, «которые могли вызываться атмосферными пертурбациями или же эхом». Во время опытов Иорген Халльс часто звонил по телефону Штермеру, чтобы сообщить о своих наблюдениях. Он слышал гораздо больше запаздывающих сигналов, чем отмечала станция в Форнебо. Это, по всей видимости, объясняется тем, что у него был очень чувствительный радиоприемник (Халльс вел прием сигналов на громкоговоритель).

Летом 1928 года состоялась встреча Штермера с Ван дер Полем, работавшим в Эндховене. Они договорились посылать стандартные телеграфные сигналы (три импульса — три тире). Период повторения таких тройных посылок составлял 20 секунд. От осциллографа решено было отказаться.

11 октября в квартире Халльса Штермер записал промежутки между сигналами и отголосками: это и были те самые серии К. Штермера, которые впоследствии неоднократно публиковались в газетах и журналах. А вот свидетельство ученого: «Отмеченные мной периоды времени не имеют притязаний на точность, поскольку я не был достаточно подготовлен, но они дают, по крайней мере, качественное представление о данном явлении. По словам Халльса, он до моего прихода наблюдал несколько отголосков через три секунды».

25 октября Штермер зарегистрировал несколько сигналов с очень большой задержкой (до 25 секунд). Затем эхо исчезло. Но уже в феврале 1929 года оно снова наблюдалось. В мае французские инженеры Галла и Талон зарегистрировали около двух тысяч отголосков, причем задержка достигала 30 секунд. Подобные исследования проводили Э. Эплтон из Королевского колледжа в Лондоне и его аспирант Р. Барроу. Им тоже удалось получить «серии Штермера».

В последующие годы были получены новые данные об эхо. Время задержки менялось, но частота эхо-сигнала оставалась такой же, как у излучаемого радиостанцией сигнала. Некоторые эхо были размыты, а часть принятых сигналов поражала своей четкостью и силой.

С ростом числа станций принимать радиоэхо становилось все труднее, тем не менее сообщения о нем появляются и в наши дни. Когда заработали телефонные коротковолновые станции, связисты, которым довелось услышать свой голос в присутствии эхо-эффекта, сравнивали его с «голосом из угла комнаты».

Предлагаемые объяснения явления столь большой временной задержки и малого ослабления сигнала были неубедительны.

Такую задержку сигнала мог дать, например, пассивный переизлучатель, находящийся где-то в районе Луны. Только величина сигнала была бы мизерной, а Штермер и другие наблюдатели порой принимали сигналы, ослабленные только в три раза по сравнению с прямым сигналом передатчика.

Много сторонников было у волноводной гипотезы необычного радиоэха. Будто причина явления — естественный волновод. Радиоволна, путешествуя в нем и многократно огибая земной шар, прорывается в разных местах и в разное время сквозь нижнюю стенку волновода, и тогда становится слышна на Земле. Таким же образом объяснялась и разная величина времени задержки сигналов.

Многие факторы могут быть причиной прорыва радиоволн из естественного канала. В частности, разного рода неоднородности, как естественные, так и искусственные, которые образуются, например, из-за ионизации ионосферы под воздействием мощного радиоизлучения или за счет химической загрязненности. Могут вывести радиоволну из природного волновода и метеорные следы, от которых она отражается.

Для того чтобы волна циркулировала в волноводе полминуты (а иногда бывали задержки и больше), она должна обежать земной шар не менее 200 раз. После такого путешествия сигнал сильно ослабевал, что не всегда согласовывалось с экспериментом. Так до сих пор у ученых и нет ясности относительно странных радиоэхо.

В 60-х годах профессор Стенфордского университета Р. Брейсуэлл выступил с гипотезой, согласно которой наши возможные соседи по Галактике посылают автоматические зонды к планетам иных звездных систем. Такие зонды могли быть отправлены и к Земле, а также и к остальным планетам Солнечной системы.

«Если мы рассмотрим ресурсы биологического конструирования, — сказал Р. Брейсуэлл на одной из своих лекций, — представляется правдоподобным, что некоторое отдаленное общество может послать космических посланцев, имеющих мозг, но не имеющих тела, впитавших традиции своего общества и распространяющих их в основном бесплотно. Однако некоторые из них окажутся средством распространения межгалактической культуры».

Такой посланец следит за радиосигналами планеты: они оповестят его, что цивилизация достигла зрелости и можно устанавливать связь. «Будем ли мы удивлены, — спрашивал Р. Брейсуэлл, — если первым его посланием будет телевизионное изображение созвездия?» «Серии Штермера», по мнению Брейсуэлла, могли быть таким посланием.

Английский астроном Д. Льюнэн отметил на графике в виде точек интервалы между сигналами и эхом, на другой оси координат он отложил порядковые номера сигналов передатчика (они посылались через равные промежутки времени). Получилась карта созвездий северного полушария! Звезды на ней занимали несколько отличное положение от того, какое наблюдают астрономы сегодня. Но она довольно точно соответствовала одиннадцатому тысячелетию до нашей эры. Именно тогда, по мнению Льюнэна, прибыл космический посланец, оснащенный радиоаппаратурой.

Только одна из звезд — эпсилон Волопаса — была явно не на своем месте. Таким способом автомат выделяет звезду, пославшую его, решил Льюнэн.

Болгарские любители астрономии применили другой способ дешифровки и пришли к заключению, что зонд прибыл со звезды дзета Льва.

Существуют еще варианты дешифровки «серии Штермера». Мы видим: смысловое содержание, при условии, что такое имеется, трактуется далеко не однозначно. Кроме того — многие сообщения не полны, поскольку Штермер пропустил однажды начало передачи. Но есть ряд факторов, которые можно отнести в пользу гипотезы Брейсуэлла. Так, задержанные эхо неизменно появлялись при освоении новых диапазонов. В дальнейшем их интенсивность и частота появления падали. И еще один факт — появление сильных радиоэхо связано с положением одной из либрационных точек системы Земля — Луна. Наиболее интенсивные сигналы наблюдались тогда, когда запаздывающая либрационная точка проходила через меридиан. В печати встречаются сообщения и о наблюдении в этих точках слабых объектов. Возможно, что инопланетный зонд находится там.

Точки либрации, их еще называют лагранжевымн, обладают уникальными свойствами. Если в нее попадет космический аппарат, то он сможет находиться в пей бесконечно долго, потому что гравитационные и центробежные силы в этих точках уравновешиваются. На практике, чтобы компенсировать разного рода возмущающие воздействия, может быть, придется иногда включать двигатель. Таких удивительных точек в системе Земля — Луна пять. Все они находятся недалеко от Луны. В проектах будущего им принадлежит видное место. В точках либрации предполагают разместить космические станции, лаборатории, ретрансляторы для создания системы земной глобальной связи и связи с обратной стороной Луны, промежуточные базы при полете на Луну, космические поселения.

Если принять гипотезу Брейсуэлла, то следует признать высокий технический и научный уровень цивилизации, пославшей зонд. Исключительны надежность и ресурс аппаратуры. Ее возраст, по крайней мере, несколько тысячелетий. Широкий диапазон длин волн, в котором наблюдались радиоэхо с космической задержкой, говорит об очень совершенных радиотехнических устройствах, к которым мы, земляне, только еще приближаемся. Высказано предположение, что зонд занимается сбором информации о земной цивилизации и имеет большое число разведывательных устройств, а то, что принимается на Земле, есть обрывки связи между ними.

Идея установления контакта или обнаружения цивилизации путем посылки автоматического зонда представляется более эффективным решением, нежели попытка поиска цивилизации из своего родного дома. По оценкам Брейсуэлла, шанс обнаружить внеземную цивилизацию при условии, что она активно ищет с нами контакта, составляет гораздо меньше, чем один из миллиона.

Зонд же во многом облегчает задачу. После того как он войдет в расположение соседней цивилизации, обнаружить ее сигналы уже не представит особого труда. Более того, становится возможной обратная связь с цивилизацией, пославшей его. Таким образом, высшая цивилизация вооружает низшую техническими средствами для связи.

Вполне возможно, что цель зонда ограничивается только задачей обнаружения цивилизации, а не контакта с ней. Тогда зонд может быть защищен от наших попыток войти с ним в контакт. На первый взгляд эта логика кажется непонятной, но проблема контакта столь многогранна, что такое поведение не исключается.

К тем же выводам, что и Брейсуэлл, пришел и американский физик и радиоинженер Деллинджер. В 1962 году он писал: «В 2012 году едва ли будут корабли, посылаемые к звездам. Человек, вероятно, не полетит в космическом корабле к звездам… Исследование космоса в 2012 году будет производиться в основном не космическими кораблями, а специальным оборудованием с использованием радиоволн».

Как на деле проверить гипотезу Брейсуэлла относительно связи непонятных радиоэхо с инопланетным зондом? По мнению специалистов, просто это сделать вряд ли удастся. Можно, например, послать космический аппарат в точки либрации и проверить: не притаился ли там межпланетный посланец. Но такая проверка требует затрат и пока, кажется, не планируется. Заведующий лабораторией Института космических исследований Л. Ксанфомалити предлагает поставить эксперимент на космических аппаратах, направляемых к планетам Солнечной системы. На аппарате должен быть установлен радиопередатчик сигнала с какой-либо модуляцией и приемник с коррелятором, то есть рассчитанный на прием такого же по форме сигнала. За длительное время полета можно получить необходимую информацию и разобраться, что к чему. Если исходить из реальности задержанных радиоэхо и из связи с зондом, предположительно находящимся не намного дальше Луны, то эффект задержанного радиоэхо должен изменяться по мере удаления аппарата от Земли и полностью отсутствовать у других планет. Если же задержанные радиоэхо будут иметь неизменные характеристики на любом отдалении от Земли, то феномен следует скорее всего связать с каким-то неизвестным явлением природы. «Такое предположение достаточно фантастично, но под стать самому задержанному радиоэхо».

 

КАК ВОЗНИКАЮТ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ МИРАЖИ-«ПРИЗРАКИ»

Ни одно техническое средство, ни один прибор (за исключением, пожалуй, телескопа) не способны заглянуть на такие большие расстояния, как это может радар. Естественно, его колоссальные возможности порождают немало загадок. Одна из них — радиолокационные «летающие тарелки». Их называют еще «призраками», «ангелами»…

Во многом благодаря радару и возникла проблема «тарелок», хотя отдельные сообщения о странных летающих предметах, в основном от летчиков, поступали и раньше. Но к радару доверие особое. «Ведь радар, — утверждали сторонники «тарелок», — лишен фантазии, он фиксирует объективную реальность, то есть какие-то материальные тела». Против такого довода трудно было поначалу возразить…

Их заметили уже давно — почти с момента появления первых радиолокаторов. Они ставили в тупик конструкторов радаров, беспокоили и заставляли ошибаться дежурных операторов. На экранах радаров появлялись отметки от неизвестных неопознанных целей, из-за чего и происходили ошибки. Порой эти отметки были похожи на сигналы, отраженные от одиночных самолетов; а иногда в виде ярких колец засвечивали экран. Загадочные отраженные сигналы принимались и при ясной атмосфере из областей, где, казалось, ничего нет.

Иногда «призраки» вызывали настоящую панику, как, например, в июле 1952 года в США. Газетные заголовки сообщали, что над Вашингтоном появилась армада «летающих тарелок», зафиксированных радарами. Вашингтонское небо с ревом прочесывали реактивные истребители. Однако они ничего не обнаружили. Несколько летчиков, самолеты которых наводили наземные радары, сообщили, что видели быстро удаляющиеся световые точки. Некоторые сразу же сделали вывод, что «тарелки» очень пугливы, а глава одного добровольного общества по ракетной технике даже обратился к министерству военно-воздушных сил с просьбой не допустить враждебных акций по отношению к космическим пришельцам. Радиостанция города Индианаполиса обратилась к «тарелкам» со специальной радиопередачей, в которой заверяла их обитателей в своем дружеском расположении, гарантировала им полную свободу и приглашала приземлиться на одном из аэродромов штата.

Относительно вашингтонских «летающих тарелок» специалисты так и не пришли к единому мнению, а вот причиной многих «призраков», как мы уже знаем, являются природные волноводы. Оператор наблюдает на экране индикатора «радиолокационный мираж», хотя целей в зоне обзора нет. Миражи — отражения эхо-сигналов от объектов, расположенных далеко за пределами рабочих дальностей, на осмотр которых радар и не предназначен. Но те далекие эхо-сигналы невольно попадают на экран радара, и подчас трудно определить: с рабочей или запредельной дальности пришел сигнал.

Посмотрим, как все происходит. Радиолокатор излучает зондирующий сигнал. На время излучения радиоприемное устройство радара электронно запирается, чтобы оно не перегорело от мощного сигнала передатчика, а затем открывается и начинает принимать эхо-сигналы. Причем поначалу чувствительность приемника мала, чтобы радар не «слепнул» от сильных эхо-сигналов, отраженных от недалеко расположенных объектов. С увеличением промежутка времени с момента излучения зондирующего сигнала чувствительность приемника увеличивается и ко времени возможного прихода эхо-сигналов от целей на больших расстояниях становится максимальной. Это так называемая временная регулировка усиления приемника.

Как мы знаем, по промежутку времени между излученным импульсом и принятым эхо-сигналом (поскольку известна скорость распространения радиоволн) автоматически определяется расстояние до цели. Зондирующий импульс запускает генератор развертки, который перемещает электронный луч на экране индикатора линейно со временем, подобно генератору строчной развертки в телевизоре, останавливает его незадолго до прихода следующего зондирующего импульса и к его началу возвращает луч в исходное положение, соответствующее нулевой дальности. Возвращение луча называется обратным ходом развертки. Когда приходит эхо-сигнал, то он дает всплеск на индикаторе в том месте, где в это время находился электронный луч. Развертка луча во времени проградуирована на экране масштабными метками в километрах, так что оператор может сразу по индикатору определить расстояние до цели. С началом каждого зондирующего импульса процесс повторяется.

Максимальная, или как еще ее называют, инструментальная дальность радара ограничивается периодом времени между двумя последовательно излученными импульсами передатчика. Она примерно равна (чуть меньше из-за времени, затрачиваемого на обратный ход развертки) произведению скорости распространения радиоволн на половину периода повторения импульсов передатчика. Половину периода — потому что за весь период повторения излученный сигнал успевает «пробежать» расстояние до объекта, расположенного на максимальной дальности, отразиться от него и вернуться обратно, то есть проделать путь вдвое больший максимальной дальности. Например, если период повторения равен одной миллисекунде, то максимальная дальность равна 150 километрам.

Мощность зондирующего сигнала и чувствительность приемника выбираются такими, чтобы с требуемой вероятностью обнаружить цель на максимальном расстоянии. После излучения зондирующего импульса радаром и до момента излучения следующего импульса приемник при нормальной, стандартной атмосфере (то есть при отсутствии природного волновода) принимает сигналы, которые для нашего примера являются эхом, отраженным от объектов на расстояниях до 150 километров. Эхо-сигналы от предметов, расположенных дальше, придут уже после излучения следующего зондирующего импульса и могут дать всплеск, когда на индикаторе будет следующий ход развертки. Но радары проектируются так, чтобы эти «опоздавшие» с запредельных дальностей сигналы были бы малыми. Например, чтобы их, по возможности, «не видела» антенна. Обычно трудно сделать так, чтобы радар сразу же «ослеп» после заданной дальности, в нашем случае дальше 150 километров, а потому на вход приемника все-таки поступают сигналы, отраженные от объектов, расстояние до которых превышает этот рубеж.

Например, на 160 километрах летит какой-либо большой самолет или находится высокая горная гряда, которую задевает диаграмма направленности антенны. Эхо-сигнал в таком случае попадает на индикатор на второй ход развертки в ее самое начало, соответствующее дальности в десять километров. В этом и заключается проблема для оператора: то ли эхо-сигнал отражен от цели на десяти километрах, то ли с дистанции, большей на 150 километров, то есть со 160 километров. Правда, в данной конкретной ситуации трудностей у оператора не будет: цель вряд ли сможет пройти 140 километров незамеченной, да еще, как мы знаем, чувствительность приемника на малых дальностях затрублена, и поверхность цели, отражающая радиоволны, должна быть довольно большой, чтобы на экране радара возник всплеск, говорящий о ее обнаружении. Но если всплеск все-таки появится, то оператор не раздумывая скажет, что это «мираж», то есть «опоздавший» сигнал от предыдущего зондирующего импульса.

Парадоксально, но трудности возникают с увеличением дальности. Допустим, что далеко за пределами зоны обнаружения на поверхности земли расположены большие объекты, например горы или большой корабль, или самолеты, летящие не так высоко. В нормальных условиях они не попадают в диаграмму направленности антенны. Природный же волновод искажает «зрение» радара, делает его на малых высотах, или, как говорят локаторщики, под малым углом места, дальнозорким. Он «загибает» путь радиоволн, направляет их вдоль поверхности земли, и они облучают предметы, находящиеся далеко за радиогоризонтом, предположим, для нашего примера — на дальности 580 километров. Радиоэхо, отраженное от этого объекта, поступит на экран индикатора, когда там будет уже четвертый ход развертки, То есть после того, как были излучены три следующих зондирующих импульса. И такой сигнал дает всплеск на экране в месте, которое соответствует дальности в 130 километров (то есть разнице между истинной дальностью 580 километров и утроенной инструментальной дальностью 150 x 3 = 450 километров). А это уже в конце дистанции, где чувствительность приемника высока. Вот так оператор может получить на экране «призрак». Цели в зоне обзора в радиусе до 150 километров нет, а сигнал на индикаторе есть. Сама же причина столь запоздавшего эхо-сигнала находится за многие сотни километров. Так и был принят сигнал, отраженный от острова Мальта, за вражеский корабль, будто находившийся в пределах досягаемости орудий, хотя сам остров пребывал за многие сотни километров.

Не всегда волноводный эффект проявляет себя одинаково по всем направлениям, или, как говорят локаторщики, по всем азимутам. Это особенно заметно, если радар расположен на берегу моря или на корабле, стоящем на рейде. Часто бывает так, что над морем — волновод, а над сушей условия распространения радиоволн нормальные.

В настоящее время применяют разные типы радаров. Некоторые из них от «миражей» избавлены. Пришлось, конечно, усложнить аппаратуру. Но по-прежнему используются и простые, дешевые радиолокаторы, в которых возникают такого рода «призраки».

Природные волноводы нередко сопровождают грозу. На индикаторе внезапно увеличивается число наземных целей. И это понятно: радиоволны «пригнулись» к земле. Правда, долго такие условия не сохраняются — всего на протяжении получаса — часа. Но данное свойство радара все равно оказалось полезным — оно используется для обнаружения грозовых очагов.

Бывает, что природа и «перегибает палку». При некоторых условиях слишком сильно «загибаются» радиоволны: они уже бегут не параллельно поверхности земли, а где-то «упираются» в землю. Тогда, например, автомашина на шоссе может быть принята за «летающую тарелку».

Со времен войны, когда еще только делались первые попытки исследовать радиоволноводы над сушей и морем, инженеров не покидала мысль: а нельзя ли обратить па пользу данное явление или хотя бы научиться предсказывать его. Особый интерес был у моряков, ведь над морем волноводы возникают довольно часто. Например, в Восточном Средиземноморье и северной части Индийского океана вероятность их возникновения — 50 процентов. Сверхдальняя радиолокация и радиосвязь в этих районах — не редкость. Появилась даже такая дисциплина, как радиоклиматология, которая занимается сбором и систематизацией данных, влияющих на процесс распространения радиоволн в разных климатических районах.

В наше время давние задумки первых локаторщиков стали реальностью. В США создана система IREPS (аббревиатура первых букв английского названия, которое в переводе на русский язык означает: объединенная система прогнозирования рефракционных эффектов). Основные ее потребители — моряки. Она прогнозирует появление радиоволноводов. В систему входит малая ЭВМ, на которой моделируется процесс распространения радиоволн при различных метеоусловиях (давлении, температуре, влажности воздуха) на трассе распространения. Данные замеряют с помощью воздушных радиозондов. Затем их вводят в ЭВМ, и машина дает ответ, как будет распространяться радиоволна — нормально или побежит по природному волноводу. Вероятность правильного ответа — около 85 процентов. Более достоверный ответ получается, если замеры проводить с самолета СВЧ-рефрактомером — прибором для измерения коэффициента преломления электромагнитных волн атмосферой. Самолеты с такими приборами базируются на американских авианосцах.

ЭВМ выводит на дисплей интересующие данные: какова будет дальность обнаружения кораблей различных классов, на какой дальности свой корабль может быть «увиден» противником, какова будет дальность средств радиосвязи, передатчиков помех… Ведь в условиях природного волновода даже небольшой передатчик помех может «ослепить» радиолокационные и связные станции. ЭВМ может и посоветовать, какую выбрать частоту повторения зондирующих сигналов передатчика радара, чтобы избежать «призраков» при сверхдальнем обнаружении.

Работы в этой области продолжаются, ведь в ЭВМ введена довольно простая модель распространения радиоволн в атмосфере, не учитывающая еще многие факторы. Так что «призраки-миражи» стали вполне предсказуемы, а из так называемого «аномального явления» природы (сверхдальнее распространение радиоволн в атмосферном волноводе называется еще и «аномальным») научились извлекать определенную пользу.

 

ПЕРНАТЫЕ «АНГЕЛЫ»

Причина других «призраков», которых чаще называют «ангелами», более прозаична. Оказывается, очень много «ангелов» действительно летает на крыльях. Это обыкновенные птицы. Тот факт, что радиоволны могут отражаться от птицы, был неожиданным даже для разработчиков радаров. Ведь каждому известно, что радиоволны хорошо отражаются от металлических поверхностей, а перья птиц ничего общего с металлом не имеют.

Радиолокационные сигналы, отраженные от птиц, заметили еще перед войной. Не все случаи, конечно, в то время регистрировали. Но некоторые из них стали впоследствии известны. Так, например, эхо-сигналы от птицы-боцмана наблюдали в 1939 году на американском военном корабле «Нью-Йорк», когда он находился вблизи Пуэрто-Рико. Отраженный сигнал на экране радара «дышал» в такт со взмахами крыльев.

В некоторых районах Англии были замечены «ангелы-кольца». Иногда на чистом экране радиолокатора неожиданно появлялось отчетливое пятно. Яркость пятна и его размеры увеличивались, затем оно постепенно бледнело в центре и превращалось в кольцо. Кольцо расширялось, тускнело и через несколько минут исчезало совсем. Обследовали места, где чаще появлялись «кольцевые ангелы», и обнаружили, что они совпадают с местами отдыха огромных стай скворцов. Самое сильное радиоэхо возникало при восходе солнца, когда тысячи скворцов покидали свои гнезда.

Эхо-сигналы от птиц могут сильно затруднить, а порой сделать невозможным обнаружение самолетов. Достаточно трех птиц на каждый квадратный километр осматриваемой зоны, чтобы «забить» экран индикатора. Радиолокационное эхо от стаи журавлей или гусей может замаскировать сигнал, отраженный от самого большого реактивного самолета. Во время осенних и весенних миграций птицы могут полностью нарушить работу аэродромных станций, расположенных на пути миграций. На экранах радаров в этот период появляется множество пятен, которые перемещаются как падающие листья. За рубежом такие помехи так и называют: «падающие листья». Иногда их еще называют «ночным эффектом», «сезонными помехами от ангелов».

Некоторые птицы могут летать со скоростью до 90 километров в час (при попутном ветре еще быстрее). То есть их скорость сравнима со скоростью вертолетов и легкомоторных самолетов. Поэтому специальная аппаратура селекции движущихся целей (СДЦ), которая подавляет мешающие отражения от неподвижных местных предметов, а пропускает на экран лишь сигналы от движущихся объектов, оказывается неэффективной по отношению к таким высокоскоростным пернатым.

С помощью уже упоминавшейся временной регулировки усиления удается «подчистить» экран радара от птичьих эхо-сигналов, но она бессильна что-либо сделать во время массовых миграций.

А вот от таких помех, о которых сообщила японская международная телеграфно-телефонная корпорация, никакие электронные регулировки не помогают. Птицы буквально забивают радиолокаторы. Семь параболических антенн спутниковой связи, являющихся важнейшим звеном в обеспечении международной телефонной связи и трансляции телевизионных программ, подвергаются периодическим налетам птичьих стай. Мало того что во время ежегодных сезонных миграций полчища усталых птиц облепляют антенны, загрязняют их поверхность, но например, воробьи и голуби, в конструкциях антенн еще и вьют себе гнезда, а вороны своими толстыми клювами долбят провода, оголяют их, вызывая короткие замыкания. Понятно, что в результате такой птичьей деятельности связь ухудшается либо вовсе прекращается.

Что только ни делали служащие компании: смывали водой птичьи гнезда, развешивали пугала, издававшие звуки. Увы, отвадить пернатых так и не удалось…

Неожиданный факт обнаружения птиц радаром натолкнул биологов на мысль использовать радары для изучения миграции птиц. В последнее время этот вопрос приобрел большое значение в связи с обострением «битвы за воздух» между ними и самолетами. Трудно сказать точно, когда самолетам и птицам стало в небе тесно. Один из первых «боев» зарегистрирован еще на заре авиации — в июне 1912 года. Не минула сия чаша и чкаловский экипаж, когда летом 1936 года он возвращался на АНТ-25 из героического перелета до острова Удд и над Барабинскими степями столкнулся с дикой уткой. Газеты писали, что экипаж почувствовал небольшой удар в самолет, а когда приземлились, механики обнаружили на передней кромке крыла приличную вмятину.

В наше время птиц стало меньше, но зато самолетов — больше. Статистика насчитывает, что ежегодно в мире происходит до двух тысяч столкновений самолетов с птицами. Из этого единоборства самолеты не всегда выходят победителями. Так, из-за такого столкновения на большой скорости во время тренировочного полета погиб один из американских кандидатов в астронавты Роберт Лоуренс.

Как-то сверхзвуковой истребитель, пилотируемый нашим прославленным асом, трижды Героем Советского Союза И. Н. Кожедубом, получил серьезное повреждение из-за столкновения с обыкновенным грачом. Только запас скорости и быстрота реакции выручили летчика. Даже воробышек при ударе об обшивку самолета на скорости в несколько сот километров в час способен нанести серьезные повреждения летательному аппарату.

Известны случаи, когда птицы намеренно атакуют самолеты. В октябре 1986 года в газете «Правда» сообщалось о том, что истребитель-бомбардировщик был атакован орлом. Птица попала в двигатель, и летчику пришлось катапультироваться. Вероятная причина нападения, высказанная компетентной комиссией, — орел хотел отомстить за смерть своей подруги, которая погибла в этих местах из-за столкновения с самолетом (для машины в тот раз все обошлось благополучно). И, как говорят летчики, такие «вендетты» уже бывали.

Даже новейший стратегический бомбардировщик США — В-1В — стал в сентябре 1987 года жертвой пернатых. Их засосало в два двигателя; лишь трем из шести летчиков удалось спастись. Остальные пропали без вести. Слава богу, что на борту не было ядерного оружия.

Особенно опасны птицы вблизи земли — именно две трети от общего числа столкновений происходит при взлете и посадке. Трагическая катастрофа произошла в 1960 году близ Бостона, когда самолет компании «Локхид-Электра» столкнулся при взлете со стаей скворцов. Из строя вышли сразу три двигателя. Число жертв составило 62 человека.

Как назло, аэродромы особенно привлекают пернатых. Было время, и еще недавно, когда ревущие на взлете воздушные лайнеры на много километров вокруг распугивали птичье племя. А нынче птицы не только не боятся самолетов, но, наоборот, сами слетаются на аэродром. Мощные потоки воздуха от двигателей поднимают с земли массу насекомых, вот и набрасываются на них грачи, галки, скворцы и прочие птахи. Вороны же приноровились на южных аэродромах раскалывать орехи, бросая их с высоты на бетонную полосу.

Подчас приходится прибегать к «радикальным мерам». Например, Франция закупила в Канаде ястребов, причем самых крупных. Каждая птица оценивалась в полторы тысячи долларов. Эти великолепные экземпляры предназначались для защиты сверхзвуковых истребителей «Мираж» от… чаек. Их огромные колонии обитают на приморских аэродромах и нередко в результате столкновения с птицами самолеты получали повреждения. По рекомендации орнитологов правительство и закупило ястребов, чтобы неугомонные «нарушители» держались подальше от аэродромов.

Зачислили ястребов-тетеревятников и в штат Аэрофлота, в частности, в ленинградском аэропорту «Пулково». Когда в районе аэропорта появляются птичьи стаи, ястребы выходят на работу. В считанные минуты небо очищается. Так старинную русскую забаву — ястребиную охоту — отрядили в помощь самой современной технике.

А на одном военном аэродроме в Англии, чтобы отпугнуть птиц, включали на полную мощность музыку поп-ансамбля «Куин». Как объяснил тамошний ефрейтор, птицам не нравились ритмы с резкими тональными переходами, чем характерен ансамбль «Куин», и пернатые поспешно убирались восвояси. Зато служащие королевских ВВС были в восторге от музыки поп-ансамбля. Ну что ж, о вкусах, как говорится, не спорят.

В обиходе авиаторов появилось новое понятие — орнитологическая обстановка, а в аэропортах — новые должности — инженеры по авиационной орнитологии. Немалую помощь авиаторам оказывает радар. Он помогает избежать неприятных для самолета контактов с пернатыми. На основании данных наземного радиолокатора (а он может обнаружить стаи птиц за сто километров) пилоты выбирают безопасный путь, обходят скопления пернатых.

Уже при случайном использовании радара были получены очень важные для орнитологов данные. Оказалось, что самые отважные представители пернатых забираются выше Эвереста, в чем однажды удалось убедиться одному из экипажей нашего авиалайнера. Их самолет, правда, на несколько меньшей высоте, а именно на восьми тысячах метров, столкнулся с орлом. Неведомо зачем орел забрался на такую высоту. Только от экипажа потребовалось немалое мужество и мастерство, чтобы дотянуть до запасного аэродрома.

Специальные радары могут не только обнаруживать одиночных птиц, но и различать их по амплитудным и допплеровским «почеркам» (амплитудным и частотным отличиям принятых сигналов). Возникла новая увлекательная наука — радиолокационная орнитология. С помощью радара, оказывается, можно подсчитать число пролетающих птиц, определить, какие высоты и маршруты предпочитает тот или иной их вид…

Повышенный интерес к орнитологии не случаен. Она давно перестала быть лишь теоретической наукой. Ее прикладные ветви не только работают на авиаторов, но и помогают медицине: ведь птицы — переносчики вирусов, паразитов. Без орнитологов не обойтись службе борьбы с вредителями растений. Биологический механизм полета пернатых — объект пристального внимания специалистов по бионике.

Для изучения миграций птиц и других представителей фауны прибегли даже к пока еще дорогостоящей космической технике. Французские ученые создали систему «Аргос», которую установили на американских спутниках Земли, вращающихся на полярных орбитах. «Аргос» принимает и ретранслирует на наземные приемные пункты сигналы от крошечных радиопередатчиков, закрепленных на теле птиц, а также других животных, в частности китов и дельфинов. Кроме того, система ретранслирует информацию от автоматических наземных станций, на морских буях, шарах-зондах.

 

МОСКИТ НА ЭКРАНЕ РАДАРА

Хотя радиоэхо от птиц наблюдали еще до войны, сделать окончательный вывод о том, что большинство точечных «ангелов» (сигналы от них напоминают эхо-сигналы от самолетов) — это отражения от птиц, смогли только в 60-х годах. Американские ученые использовали для экспериментов многоволновый радар, способный обнаружить одиночного москита на расстоянии свыше двух километров. Столь длительный срок поиска истины объясняется сложностью проблемы. Слишком много причин вызывают «ангелов».

И одна из них — насекомые. Да, насекомые, а вернее, радиолокационные отражения от них, тоже озадачивали операторов. То, что насекомые, как и птицы, способны отражать радиоволны, заметили в конце 50-х годов. Сигналы от них были очень короткими, потому их также назвали точечными «ангелами». Однако этой версии поверили далеко не все. Действительно, визуально трудно убедиться, есть ли в том направлении, откуда пришел отраженный сигнал, причем за многие километры от радара, насекомые или нет. Споры продолжались до середины 60-х годов, пока, наконец, не убедились, что основная причина таких сигналов — все-таки отражения от насекомых. Причем отраженный сигнал может дать всплеск на экране радара даже при весьма незначительной концентрации мошек (одно насекомое на 10 000 кубических метров).

Насекомые — отличные трассеры для изучения циркуляции в атмосфере с помощью радара. Наблюдая за эхо-сигналами, отраженными от захваченных воздушными потоками мошек, можно увидеть как бы в разрезе дороги ветров на расстояниях, превышающих даже сто километров. А висящие в безветренную погоду в воздухе невидимые глазу рои насекомых могут быть приняты за сигнал от зависшего неопознанного объекта.

Но, как говорят, нет худа без добра. Изменили точку зрения, и то, что считали помехой, стало полезным эффектом. Для радара нашли новое применение — заблаговременно предупреждать о нашествии саранчи. С его помощью можно обнаруживать зоны ее активности на площади до нескольких тысяч квадратных километров. А саранча — противник серьезный, опасный своей неисчислимостью. На экране радара ее рои подчас образовывали единую колонну длиной до ста километров. И не загородишься от нее: высота полета саранчи достигает полутора километров. Это тоже определил радар.

Так вслед за орнитологами радар стал помогать энтомологам: возникла еще одна новая научная дисциплина — радиолокационная энтомология. С помощью радара американские ученые проникли в тайны развития таких назойливых мошек, как москиты, и даже изучили их дальние миграции. Причем исследования они провели на армейской радиолокационной станции, предназначенной для засечки минометных позиций, работавшей на длине волны 1,9 сантиметра. Факт показателен: сколь много мирных профессий мог бы обрести радар, если бы он был «освобожден от воинской повинности».

Есть некоторые вещи, в которые почему-то верится с трудом, несмотря на то, что в наше энтээровское время мы уже теряем способность чему-либо удивляться. Пожалуй, то, что радар может обнаружить мошку, относится именно к таким вещам. Сейчас с помощью радара можно следить за распространением вредных насекомых и паразитов. Лет пятьдесят назад этому не поверили бы. Перенесемся на минуту в то время.

Январь 1934 года. Двадцатишестилетний инженер Центральной радиолаборатории Ю. К. Коровин провел первые опыты на льду Финского залива по радиолокационному обнаружению гидросамолета. В затею верили лишь единицы энтузиастов. А сейчас радары изучают жизнь насекомых, инженеры выводят формулы для расчета радиоотражающей поверхности какого-нибудь комара точно так же, как лет 20—30 назад подобного рода формулы придумывались для самолетов, ракет, кораблей.

Крошечный москит и самолет, вещи, казалось бы, несовместимые. Но для современных радаров оба они — объекты наблюдения.

К сожалению, радиолокационные свойства сигналов, отраженных от птиц и насекомых, интересуют не только орнитологов и энтомологов, но и разработчиков армейских радаров. Для них появились новые цели: разного рода легкие беспилотные летательные аппараты с дистанционным управлением, так называемые «воздушные роботы», предназначенные в основном для разведывательных целей. Например, один из таких роботов — израильский «Скаут» — был применен в Ливане летом 1982 года. Он в дневное время словно из студии передал телевизионное изображение позиций ПВО. По сведениям из зарубежных источников, планируется также использовать мотодельтапланы — посадить на них десантников и разведчиков.

Эти летательные средства не намного превосходят в скорости пернатых, да и отраженный от них сигнал невелик. Не исключено, что иногда оператору придется поломать голову: где сигнал от дельтаплана, а где от птичек и мошкары.

Известием о том, что птицы для изучения путей и миграции снабжаются радиопередатчиками, в наше микроэлектронное время уже не удивишь. Но мысль, чтобы насекомому размером с муху приладить радиопередатчик, все-таки может показаться фантастичной. А между тем один инженер из Калифорнии сделал такой передатчик, рассчитанный на восемь часов непрерывной работы. С его помощью можно достоверно узнать весь распорядок дня насекомого.

 

СИГНАЛЫ ИЗ ЯСНОГО НЕБА…

Однажды, когда я интересовался проблемой «ангелов», мне встретилось подзабытое со школьной поры четверостишие, как раз, казалось бы, на эту тему:

Маяковский, конечно, имел в виду божьих ангелов. А вот их радиолокационные «тезки» есть и в чистом небе, хотя визуально в нем ничего не обнаруживается: ни насекомых, ни птиц…

Если бы человек мог видеть в радиодиапазоне, наша атмосфера не была бы для него такой прозрачной. Она походила бы на воду (словно смотришь со дна бассейна), по поверхности которой пробегают волны, рябь, всевозможные вихри… Такую картину можно увидеть и на экране мощного высокочувствительного радара. Чтобы разобраться в этом, вспомним, почему небо голубое?

Этот вопрос иногда задают на экзаменах по физике. Целое созвездие корифеев науки (и даже кое-кто еще в начале XX века) решало задачу. Сегодня ответ общеизвестен. Свет рассеивается на неоднородностях атмосферы. Неоднородности — не только взвешенные в атмосфере частицы пыли, а главным образом хаотически малые сгущения и разрежения воздуха (флуктуация плотности), которые приводят к изменению коэффициента преломления.

Причем чем короче длина волны, тем сильнее рассеяние (интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны). Например, длина волны фиолетовых лучей (0,4 микрометра) в два раза меньше длины волны красных (0,8 микрометра).

Поэтому фиолетовые лучи рассеиваются в 16 раз сильнее, чем красные, и при равной интенсивности падающего излучения фиолетовых лучей в рассеянном свете будет в 16 раз больше, чем красных. Все остальные цветные лучи солнечного света (синие, голубые, зеленые, желтые, оранжевые) войдут в состав рассеянного света в количествах, обратно пропорциональных 4-й степени длины волны каждого из них. Если рассеянные лучи взять в таких соотношениях, то цвет получившейся «смеси» будет голубым.

Радиоволны также рассеиваются на неоднородностях атмосферы и часть из них улавливается антенной локатора. Их мощности зачастую бывает достаточно, чтобы вызвать засветку на экране радара. Так возникают «ангелы» при совершенно прозрачной атмосфере. На небе ни облачка, а на индикаторе «ангелы».

Только размеры неоднородностей плотности атмосферы должны быть во много раз больше, чем при рассеянии света, потому что и длина радиоволн гораздо больше. В отличие от микронеоднородностей, на которых рассеивается свет, не видимые глазом макронеоднородности, на которых рассеиваются радиоволны, не существуют постоянно, но они возникают довольно часто и могут иметь причудливую конфигурацию. «Ангелы» па экранах радаров — копии этих затейливых рисунков. И многокилометровые по высоте столбы, и горизонтальные полосы, и синусоидальные кривые, и профили морских волн с опрокидывающимися гребнями, и ряд концентрических окружностей, и любая другая фантазия природы, воплощенная в изменениях плотности атмосферы. Вертикальные столбы — отражения радиоволн от восходящих и нисходящих потоков воздуха. Внутри столба образуются завихрения (турбулентность), а скорость потока воздуха может достигать нескольких сотен километров в час. Невидимые с земли вихри аэрологи называют турбулентностью ясного неба. Они опасны для самолета. 12 февраля 1963 года реактивный самолет «Боинг-720», летевший из Флориды в Чикаго, не справился с вертикальным турбулентным потоком и потерпел катастрофу. Оператор радара на земле наблюдал на экране, как самолет вошел в «ангел» в виде белого пятна, хотя летчик передавал по радио, что он летит в чистом небе.

Воздушные ямы, вызывающие сильную болтанку самолетов, термики (большие «пузыри» воздуха, поднимающиеся над нагретой поверхностью), морские и береговые бризы, завихрения, образующиеся при движении воздуха над неровностями земной поверхности, частицы пыли — все это причины «ангелов». Полагают, что еще одним источником «кольцевых ангелов», помимо птиц, являются так называемые гравитационные и взрывные волны, которые возникают в неустойчивых слоях атмосферы.

С явлением, названным турбулентностью ясного неба, познакомились не так уж давно. До начала эры реактивной авиации господствовало мнение о том, что на высотах 6—10 километров и выше отсутствуют привычные для более низких высот воздушные ямы, болтанка, и авиапассажиров ждет спокойный полет. Однако в начале 50-х годов стало ясно, что и на больших высотах самолеты, случается, тоже испытывают сильную болтанку. И это происходит не только при полетах вблизи мощных облаков, где обычно атмосфера находится в возмущенном состоянии, но и там, где никаких облаков нет, среди ясного неба.

Статистика показывает, что около трех процентов времени самолет летит в зоне по крайней мере слабой турбулентности ясного неба. Значительно реже встречаются области более сильных завихрений, где возможны даже повреждения самолетов. Часто зоны турбулентности наблюдаются на экране радара в виде слабо наклоненных слоев протяженностью до нескольких сотен километров, в которых самолеты испытывают слабую, но почти регулярную болтанку. Встречаются области, правда, размером поменьше — всего несколько десятков километров, — где самолет трясет основательно.

Чтобы избежать этих коварных областей, летчикам надо знать места их расположения на маршруте. Какие только способы их обнаружения не перепробовали: и приборами инфракрасного диапазона, и лазерами, и измерителями напряженности электрического поля… Сгодился лишь один — радиолокационный. Оказалось, что коварные зоны без всяких премудростей хорошо прорисовываются на экране высокопотенциального радара. Так называют локаторы с большой мощностью излучения и высокой чувствительностью приемника. Вот еще один пример того, что почти любое радиоэхо в зависимости от назначения радара можно рассматривать или как помеху, или как источник полезной информации, то есть всякий отраженный сигнал несет какую-то информацию. «Ангелы» стали указателями потенциально опасных районов для самолетов. Правда, здесь тоже есть свои трудности. Например, чуть заметные перистые облака дают отраженные сигналы во много раз более сильные, чем от зон турбулентности ясного неба, и на фоне «ангелы» менее заметны. Не решен также целый ряд вопросов о взаимодействии радиоволн и турбулентной атмосферы, которые прояснили бы многие неясности в возникновении и поведении «ангелов». Радиолокационные методы изучения атмосферы становятся все более изощренными, и недалеко то время, когда радары будут заблаговременно извещать пилотов о возможности появления любых неприятных условий на трассе полета.

Атмосферные возмущения страшны не только для самолетов. Даже в европейской части нашей страны, сравнительно спокойной от ураганов и смерчей, они нет-нет да и дадут о себе знать недоброй вестью. То целый дом вдруг унесет злобный вихрь, то всю деревню порушит, да еще так, что только в погребах и можно спастись.

Обычно смерчи формируются не менее чем за час, а сокрушают все за считанные минуты. Главная их опасность — внезапность. В то время когда обычные погодные условия можно спрогнозировать за несколько дней, о надвигающихся смерчах узнают за минуты до их налета. Первый тревожный знак — завихрения в облачности. На этом преимущественно и основано их обнаружение.

Часто бури, порождающие смерчи, охватывают площади до 50 километров в поперечнике и служат предвестниками чего угодно, начиная со шквалов и многочисленных молний и кончая губительными вихревыми воронками, где воздух закручивается со скоростью до 300 километров в час.

В США оценивают годовой ущерб от ураганов, смерчей, штормов, тайфунов в 20 миллиардов долларов. Цифра внушительная. В какой-то мере характеризует и цену прогноза. Там создается общенациональная система штормовых предупреждений, включающая в себя усовершенствованные радары, атмосферные датчики и компьютеры, связанные между собой высокоскоростными каналами передачи данных. Основа системы — допплеровские радары. Такие локаторы излучают непрерывные сигналы, и по разности частот излученного и принятого ими сигналов измеряется скорость движения объекта, в данном случае ветра, штормового шквала. Радар определяет масштабы и интенсивность урагана, направление его движения, регистрирует высотные циркуляции ветров, порождающие смерчи, и отображает их на дисплее метеостанции. С начала 1988 года в США началось развертывание 160 радиолокационных станций этой системы, что обойдется в два миллиона долларов.

Еще один помощник метеорологов — «ветровидящее» радиолокационное устройство, которое известно под названием «профилер атмосферы». Он «смотрит» почти отвесно вверх и дает метеорологам картину вертикального распределения ветров и профиль атмосферного давления до высоты 15 километров. Анализируя изменения ветровой обстановки с помощью компьютеризированной модели, синоптики могут распознавать ее уловимые перемены, которые тем не менее способны стать детонаторами будущих ураганов. В 90-х годах на территории США предполагается разместить по меньшей мере сто таких «профилеров». Специалисты уверены, что новые технические средства окупят себя за очень короткий срок, хотя полностью избежать потерь от стихии, ветра, конечно, не удастся.

 

…И «ЛЕТАЮЩИЕ ТАРЕЛКИ»

Природные волноводы, птицы, насекомые, атмосферные возмущения далеко не исчерпывают всех потенциальных причин появления неизвестных сигналов на экранах радаров. Часть НЛО обязана своим происхождением ионизации воздуха. Это заметили еще во время второй мировой войны. Операторов беспокоили какие-то небесные посланцы. Особенно много эхо-сигналов появлялось на экранах радаров, когда Земля проходила сквозь метеорные потоки — своего рода метеорные «дожди» из хвостов гуляющих по Солнечной системе комет. Причем «дожди» шли довольно часто и с завидным постоянством.

Потом поняли, что это метеоры. Радары легко ловили все метеоры, так как даже мельчайшая пылинка, движущаяся в атмосфере с космической скоростью (а метеоры вторгаются в околоземное пространство со скоростями от 11 до 72 километров в секунду), сгорая, оставляет за собой ионизированный след воздуха. Благодаря этому метеор — прекрасный объект для радара. Кстати, свойство метеорных следов — отражать радиоволны — использовали для создания систем радиосвязи. Они работают в прерывистом режиме. Когда есть метеоры — передаются сообщения, когда нет — информация накапливается и подготавливается для передачи. В отсутствие метеорного следа излучается только контрольный сигнал. Если его получили на приемном конце, значит, можно передавать информацию. Если прохождение сигнала прекратилось, то передача информации прерывается и вновь передается контрольный сигнал. В сущности, это своего рода адаптивная система. Она ведет передачу только при благоприятных условиях.

Даже если нет метеорного дождя, все равно наблюдаются так называемые спорадические метеоры. А их, ежедневно вторгающихся в атмосферу, миллиарды. В ясную безлунную ночь в течение часа можно увидеть невооруженным глазом 5—10 метеоров, а по данным радионаблюдений в любое время за одну минуту происходит две-три метеорные вспышки, и каждая длительностью около одной секунды.

Интересно, что и сами по себе сигналы на экране радара, отраженные от метеорного следа, могут о многом рассказать ученым. В частности, о том, какова скорость метеора. По дрейфу метеорных следов, который можно наблюдать на экране радара, судят об особенностях циркуляции верхней атмосферы, причем эту информацию можно получать в любое время суток.

Иногда операторов озадачивали эхо-сигналы, отраженные от загадочных серебристых облаков, которые находятся на высоте 80 километров, примерно там же, где и следы от метеоров. Видны на экранах радаров и отражения от ионизированных облаков, образующихся во время полярных сияний, и ионизированные следы от молний.

А вот еще один пример ионизированного сгустка, который может быть увиден и визуально, и на экране радара. В некоторых каменистых породах из-за механических напряжений возникает пьезоэлектрический эффект. Возникшее электрическое поле может ионизировать воздух над породой. Ионизированная область перемещается в атмосфере, светится и подчас принимает форму, характерную для многих НЛО. Такие явления случаются в гористых местностях, в районах, где имеются разломы в земной коре и полости в горных породах, то есть в местах концентрации механических напряжений. Интересно, что насекомые в ионизированном воздухе тоже начинают светиться — излучать голубоватый свет. Светящийся рой вполне можно принять за неопознанный объект.

Можно привести еще одну вполне возможную причину, так сказать, глубинного характера.

В 1984 году Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий внес в государственный реестр работу, авторы которой открыли, что при появлении разлома в твердых телах высвобождающиеся электроны, ударяясь о противоположную поверхность трещины, порождают жесткое рентгеновское излучение. Эффект может быть использован как сигнал о разрыве в земной коре. Или иными словами, для прогнозирования землетрясений. Но мы знаем, что рентгеновские лучи — отличный ионизатор. Значит, из разломов могут вырываться ионизированные сгустки воздуха, то есть готовые НЛО, и не из космоса, а из недр земных!

Интересные особенности воздуха открыли стражи его чистоты, к которым принадлежит и М. Т. Дмитриев, заведующий кафедрой физико-химических и радиологических исследований Института общей коммунальной гигиены имени А. Н. Сытина АМН СССР.

Много опытов поставлено ученым за это время, получены интересные результаты, проливающие свет на природу светящихся объектов в атмосфере. Оказалось, что окружающий нас воздух — своеобразный постоянно действующий «генератор» света. Только его мощность в обычных условиях мала, так что глазами этот свет не заметишь. Зарегистрировать излучение могут только специальные приборы.

Причина генерации света — в химических реакциях микропримесей, постоянно находящихся в воздухе (озона, окиси азота, органических веществ, ионов, свободных атомов и других химически активных частиц). Такое явление — выделение света при химических реакциях — называется хемилюминесценцией.

Иногда концентрация хемилюминесцирующих частиц резко увеличивается. Причины могут быть самые разные. Загрязнение и нагрев атмосферы, электрические разряды, ультрафиолетовое облучение, прорыв в нижние слои атмосферы стратосферного озона… И тогда мощность воздушного генератора света резко возрастает. Образуется светящаяся зона. Свет вблизи нее может быть в двадцать раз ярче солнечного.

Светящиеся зоны могут быстро перемещаться, совершать замысловатые маневры, неподвижно зависать. В зависимости от состава микропримесей свечение может быть самых различных цветов и оттенков.

Концентрация ионов и электронов внутри зон повышается в тысячи и даже миллионы раз. Поэтому они прекрасно обнаруживаются радарами. Если концентрация активных частиц невелика, то свечение можно и не заметить, особенно в яркий солнечный день. Но все равно чуткие радары зафиксируют зону хемилюминесценции на своих экранах. Это разновидность «ангелов».

Светящиеся зоны генерируют не только свет, но и радиоволны, причем в очень широком диапазоне. Радиоизлучение бывает довольно сильным и влияет на работу систем связи и электронных приборов, в частности ЭВМ.

Как и в фантастических произведениях, светящиеся зоны могут выстреливать сверкающие струи. Так случается, когда концентрация активных частиц в зоне хемилюминесценции неодинакова.

При движении зона иногда оставляет за собой светящийся «хвост». Воздушные перемещения внутри ее могут образовывать области с различными оттенками и яркостью. Создается иллюзия иллюминаторов на «корпусе» светящегося объекта.

Максимальные высоты, где летают светящиеся зоны, до 50—70 километров, а их размеры от нескольких сантиметров до нескольких километров, время жизни — полчаса-час.

Чаще других встречают светящиеся объекты, конечно, авиаторы. Например, видели их над Кустанаем и недалеко от Рязани на высотах 9—10 тысяч километров. Под Рязанью светящаяся зона в форме эллипса какое-то время шла на параллельных курсах с группой самолетов, а затем резко, почти вертикально взмыла вверх и удалилась в северо-восточном направлении. С момента обнаружения светящегося эллипса радиосвязь между самолетами прекратилась, а после его исчезновения наладилась вновь.

Хемилюминесцирующие вещества далеко не безвредны. Даже в зоне слабого свечения, незаметного в яркий солнечный день, их проникновение в кабину самолета может оказать токсическое воздействие на экипаж. В этом видит Дмитриев причину гибели в районе Бермудского треугольника 5 декабря 1945 года пяти американских бомбардировщиков-торпедоносцев типа «Эвенджер» и гигантской летающей лодки «Мартин Маринер», посланной им на помощь. Случай окрестили «величайшей тайной в истории мировой авиации». Когда «Маринер» приблизился к месту нахождения «Эвенджеров», связь с ним тоже прекратилась. По всей вероятности, самолеты попали в обширную зону хемилюминесценции, и летчики подверглись наркотическому воздействию.

Не раз встречали светящиеся объекты при полете над Северным Ледовитым океаном. Один из экипажей видел их сразу в большом количестве на юге под Одессой. По свидетельству экипажа, «шары были очень яркой расцветки, фантастической красоты. Внутри они были ярко-белого, слепящего цвета, по краям же разноцветные, как радуга. Впечатление было такое, что сейчас какой-либо шар вот-вот взорвется или ударится в самолет». И они иногда действительно взрываются. Это происходит, когда концентрация активных частиц в зоне свечения достаточна для начала цепной реакции взрыва…

Кстати, еще об одном источнике посторонних примесей в атмосфере, которые могут вызвать хемилюминесценцию. Их поставляют работающие двигатели ракет. Они выбрасывают в окружающее пространство инородные вещества — продукты сгорания и даже неиспользованные компоненты топлива. Неудивительно, что многие ракетные запуски сопровождаются разного рода необычными явлениями, принимаемыми порой за НЛО. Например, знаменитый «петрозаводский феномен» 20 ноября 1977 года, вызвавший так много пересудов, ученые связывают с запуском спутника «Космос-955». Свою лепту в «сотворение чудес» вносит целый ряд факторов, ведь полет ракеты вызывает комплекс сложных реакций в атмосфере и визуальные эффекты.

«Следуют» НЛО и за спускаемыми аппаратами космических кораблей. Когда спускаемый аппарат входит в плотные слои атмосферы, то перед ним возникает область повышенного давления — ударная волна. Она-то и вызывает свечение ионизированных частиц, хорошо видимое и глазом, и на экране радара.

В последнее время НЛО стали называть «аномальными явлениями». Переименование, видимо, объясняется тем, что с НЛО многие отождествляли аппараты внеземных цивилизаций, хотя для этого пока нет оснований. Кроме того, в подавляющем большинстве случаев термин «объект» употребим лишь в смысле «объект наблюдения», а не как летающий объект в общепринятом смысле слова.

Социологи подсчитали: в среднем через два года у сторонников «тарелок» наступает «кризис веры». (Видно, «жажду чуда» можно тоже назвать «волной»). То «реальный объект» оказывается совсем не таким, каким хотелось бы его видеть, то не удается найти веских доказательств его существования, и дело сводится к вере в недоказуемую гипотезу. Возможно, многие люди подсознательно понимают, что гипотеза является не просто недоказуемой, а ложной, и теряют интерес к НЛО.

Может быть, для того, чтобы подбодрить приунывших «тарелочников», на Международном симпозиуме НЛО, состоявшемся в Вашингтоне летом 1987 года, на свет появилась сногсшибательная история сорокалетней давности… И поведали о ней не какие-нибудь любители вздорных сенсаций, суеверные чудаки или поклонники разных бредней о сверхъестественных силах, каковых было достаточно среди полутысячи участников симпозиума, до отказа заполнивших зал местного университета, а люди вполне серьезные: ученые, инженеры и даже военные эксперты.

А суть истории в том, будто 2 июля 1947 года в американском штате Нью-Мексико возле города Росуэлл недалеко от секретного в ту пору испытательного полигона атомного оружия внезапно упал с неба на землю какой-то загадочный большой предмет. Заполучить его немедленно было приказано десантникам разведуправления 8-й авиадивизии на базе ВВС США в Росуэлле. И вскоре командованием был опубликован пресс-релиз о том, что «удалось найти нечто странное в форме диска». Но затем сразу же находка и все сведения о ней были строжайше засекречены, а главный штаб ВВС тогда же создал просуществовавшую до 1969 года спецгруппу по изучению НЛО.

И вот спустя 40 лет на симпозиуме был оглашен рассекреченный незадолго до этого правительственный документ, составленный в ту пору, когда директором ЦРУ был (ныне покойный) адмирал Роско Хилленкоттер. В архивном меморандуме ЦРУ сказано: «7 июля 1947 года в ходе операции по обнаружению и научному обследованию обломков упавшего на землю объекта были также найдены нашей авиаразведкой четыре небольших человекоподобных существа, которые катапультировались, очевидно, из их погибшего корабля перед его взрывом. Они приземлились примерно в двух милях к востоку от места падения корабля. Все четверо были мертвы, изуродованы и находились в стадии сильного разложения, так как до их обнаружения почти неделю были добычей грызунов, жуков, микроорганизмов. Останки четырех неизвестных обследовала научная спецкоманда. Ученые пришли к заключению, что четверо существ лишь с виду человекообразны, но биологически и эволюционно не схожи с людьми. Установлено также по обломкам их корабля, что он неземного происхождения».

На запрос организаторов вашингтонского симпозиума НЛО, адресованный командованию ВВС США, был получен официальный ответ: «По данному делу наша документация уничтожена».

Но остались свидетели. Как объявила газета «Нью-Йорк сити трибюн», отставной майор разведки ВВС США Джесси Мэрсел, собиравший в 1947 году обломки «внеземного диска», сообщил, что осмотренные им «осколки» были сделаны из неизвестного металла и некоторые имели маркировку наподобие иероглифов. А умерший в 1986 году Роберт Сарбэчер, физик из Вашингтона, также причастный к секретному обследованию диска, оставил письменные показания: «Потерпевшая катастрофу летающая тарелка была сконструирована из каких-то очень легких и крепких материалов, а внутренности трупов ее пилотов, по моему впечатлению, отдаленно напоминали строение тел насекомых».

Что тут можно сказать? Хотите — верьте, хотите — нет. Скорее всего это розыгрыш «на высоком научном уровне». Спустя несколько месяцев в газетах появилось сообщение, будто секретных бланков такой формы, на которых был исполнен сей документ, в то время не было. Они появились много лет спустя. Во всяком случае, сюжет этот для научной фантастики избитый. Кстати, писатели-фантасты обычно окружают корабли инопланетян слоем искусственно созданной плазмы. А разные плазменные сгустки, такие, как, например, шаровые молнии, свободно обнаруживаются радарами, ведь плазма — неплохой отражатель радиоволн. Еще в 1959 году был получен отраженный радиолокационный сигнал от солнечной короны. Так что визит инопланетян не пройдет незамеченным.

Чем совершеннее становятся радиолокационные станции, тем меньшие неоднородности и более тонкие явления в атмосфере начинает «чувствовать» радар. Рождаются новые «ангелы», и мы еще не раз услышим о них.

 

КАПРИЗЫ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ПОЛЯ

Летом 1987 года газеты сообщили о беспрепятственной посадке самолета «Сесна» на самой крупной к югу от границ США американской базе «Говард», расположенной в зоне Панамского канала. Пилотировал «Сесну» 19-летний костариканец. Он угнал самолет, принадлежавший родственнику президента Коста-Рики, из столичного аэропорта.

Посадка на базе была полной неожиданностью для военного персонала. Самолет не был засечен радарами, хотя противовоздушная оборона базы была оснащена самыми современными средствами, в том числе и зенитными ракетами.

И этот случай совсем не единичен. Газеты сообщали о том, что, несмотря на ультрасовременную противовоздушную оборону, в США с юга, со стороны Рио-Гранде и Мексиканского залива, порой проникают незамеченными на низкой высоте самолеты контрабандистов. Примерно в то же время произошел вызвавший громкий резонанс полет 19-летнего Матиаса Руста, нарушившего воздушное пространство СССР на спортивном самолете все той же марки «Сесна».

Почему ослепли радары? Что это — халатность операторов? Возможно. Но неоспорим еще и тот факт, что цели, летящие на предельно малых и малых высотах, бывает очень трудно обнаружить. (Зарубежные специалисты предельно малыми высотами считают высоты от нескольких метров до 30—40 метров, малыми — от 30— 40 метров до 100—300 метров, средними — 300—5000 метров, а большими — свыше 5000 метров.)

Все трудности порождаются влиянием земной (или, как ее еще называют, подстилающей) поверхности, будь то суша или море. И дело не только в том, что цель может скрытно подойти к охраняемому объекту, используя естественные укрытия, хотя и этот фактор очень важен. Ведь местные предметы, возвышенности служат неплохими экранами для радиоволн — за ними образуется область радиотени, где цели не обнаруживаются. Даже небольшие углы укрытия (углы, под которыми из центра антенны радара видна вершина местного предмета — дома, возвышенности и т. д.) приводят к резкому сокращению дальности обнаружения на малых высотах, а она и без того невелика из-за кривизны Земли.

Так, если антенна радара поднята над землей на 5 метров, то самолет, летящий на высоте 100 метров, при ровной местности, например над степью, может быть обнаружен на расстоянии около 50 километров. Если же имеются небольшие пригорки или местные предметы, создающие угол укрытия всего 15 минут, то дальность обнаружения снижается более чем вдвое — до 21 километра. Если же угол укрытия составит 30 минут, то цель может скрытно подойти на расстояние 11 километров. А если самолет снизится до 50 метров то его удастся обнаружить лишь в пяти-шести километрах.

Вот почему при выборе позиций радаров стремятся обеспечить как можно большую дальность прямой геометрической видимости. Приходится размещать антенну или саму РЛС на вышках, эстакадах и даже на… аэростатах, как, например, сделала одна из американских фирм для Саудовской Аравии. С высоты трех километров такая аэростатная станция может обнаружить самолет, летящий на высоте 50—60 метров, на расстоянии 260 километров. Наземная же станция с антенной, поднятой на высоту 20 метров, даже при абсолютно ровной местности могла бы обнаружить такую цель па расстоянии примерно 46 километров.

Приведенные цифры означают максимальную дальность обнаружения, то есть дальность прямой радиолокационной видимости, которая превышает прямую геометрическую видимость примерно на 15 процентов (из-за явления рефракции). Но вовсе необязательно, что цель будет обнаружена на этих рубежах. Свои коррективы вносит и другая особенность земной поверхности, а именно, ее способность довольно хорошо отражать радиоволны.

Когда самолет или крылатая ракета летят на большой высоте, то радиоволны доходят до них только по одному пути — прямой линии, соединяющей антенну радара с целью. Такая волна называется прямой, и только она одна может достичь летящих объектов. Если же цель летит на малой высоте, то картина меняется.

Проведем одну аналогию. Чтобы увидеть какой-либо предмет, надо прежде всего взглянуть в его направлении. Так и при обнаружении маловысотного самолета антенну «заставляют смотреть» вдоль поверхности земли. Если же мы что-либо рассматриваем, то видим одновременно не только заинтересовавший нас объект, но и другие предметы. Так и в случае обнаружения низколетящего самолета в «поле зрения» антенны попадается и столь близкая от него земная поверхность. И это соседство очень мешает.

Что же происходит, когда антенный луч «задевает» землю? Естественно, в месте соприкосновения он облучает ее, и притом сигналами довольно мощными. Часть энергии радиоволны поглощается землей или водой и превращается в тепло, а остальная часть переотражается от нее. В зависимости от степени неровности поверхности (например, состояния моря) преобладает зеркальное или диффузное переотражение радиоволн. Диффузная составляющая переотражений возникает за счет рассеяния радиоволн на неровностях подстилающей поверхности. Для сантиметровых волн такими неровностями могут быть трава, посевы зерновых, кустарник… Часть диффузно рассеянных волн принимается обратно антенной РЛС. Они проявляются в виде мешающих сигналов, которые маскируют сигнал от низколетящей цели. Даже при спокойном море есть едва заметная волнистость, которая служит причиной появления мешающих сигналов.

Но главная неприятность не от диффузных отражений, а от зеркальных: когда угол падения равен углу отражения. При ровной суше и штилевом море на ник приходится основная часть мощности радиоволны переотраженной подстилающей поверхности. И вот этот-то зеркальный луч тоже, наряду с прямым, достигает самолета. Таким образом, самолет облучается сразу двумя лучами — прямым и переотраженным от земли. А мы уже знаем, что в зависимости от разности фаз две волны могут или складываться, или вычитаться, то есть они могут усилить друг друга или ослабить, а могут и вообще погасить друг друга. Это явление, как мы помним, называется интерференцией.

Интерференция происходит в каждой точке пространства вблизи земной поверхности, как раз там, где «обитают» маловысотные цели. Области, где прямая и отраженная от земли волна складываются, чередуются с местами, где они вычитаются. Там, где волны складываются, они усиливают друг друга и обнаружение улучшается (эти области называются интерференционными максимумами), а где вычитаются — вероятность обнаружения падает (эти угломестные секторы называют интерференционными провалами). Получается, что цельная диаграмма направленности в вертикальной плоскости вблизи земли как бы дробится на множество интерференционных максимумов, где цель обнаруживается, перемежающихся с провалами, в которых цель исчезает. Интересно, что чем выше поднята антенна над землей и чем меньше длина волны, тем уже становятся интерференционные лепестки и провалы, тем чаще они чередуются, тем больше их число.

Во многих случаях диаграмма направленности с большим числом узких интерференционных лепестков предпочтительнее, чем с малым количеством широких лепестков, так как для каждой цели, летящей на постоянной высоте, непросматриваемые зоны получаются сравнительно узкими, и цель быстро выскакивает из них. Это еще одна из причин, почему антенну при обнаружении низколетящих целей стараются поднять как можно выше.

Величина интерференционных максимумов и глубина провалов зависит от того, сколь хорошо радиоволны отражаются подстилающей поверхностью. Качество отражения принято определять коэффициентом отражения. Если волна отражается полностью, то коэффициент отражения равен единице. Чем больше потери при отражении, тем меньше мощность отраженной волны, тем, соответственно, меньше коэффициент отражения.

Естественно, чем лучше отражается радиоволна от земли, тем сильнее интерференционная изрезанность диаграммы направленности, тем больше ее интерференционные максимумы, тем глубже провалы. Для спокойного моря величина коэффициента отражения больше, чем у большинства типов поверхности суши. Поэтому интерференционные явления над спокойным морем будут более резко выражены, чем над сушей. Исключения составляют гористые местности, где могут возникать непредсказуемые искажения диаграммы направленности.

Изрезанность диаграммы направленности антенны из-за влияния земли приводит к сильным колебаниям мощности сигнала, отраженного низколетящей целью. При попадании самолета в интерференционный провал происходит резкое ослабление или полное пропадание сигнала на входе радиолокационного приемника.

Но интерференция не только портит, но иногда и помогает обнаружить низколетящие и надводные цели. Ведь они обнаруживаются в основном первым интерференционным лепестком-максимумом. А чем выше поднята антенна, тем сильнее этот первый лепесток прижимается к земле, и дальность обнаружения в максимуме лепестка может возрасти в два раза по сравнению со случаем, если бы отраженный от земли луч отсутствовал. Это еще одна причина, почему для обнаружения маловысотных целей стараются поднять антенну как можно выше.

Но если цель опустится ниже максимума первого интерференционного лепестка, то дальность обнаружения резко упадет. Вступает в действие другой закон: мощность сигнала на входе приемника становится обратно пропорциональной дальности, возведенной в восьмую степень, а не в четвертую, как обычно. Даже увеличение мощности передатчика для обнаружения таких целей мало что дает — уж слишком быстро падает уровень сигнала с ростом дальности: в минус восьмой степени.

На степень изрезанности диаграммы влияет и вид поляризации излучаемых антенной радиоволн. Поляризация, как мы уже знаем, определяется направлением колебаний вектора электрического поля электромагнитной волны. Оказывается, радиоволны с горизонтальной поляризацией лучше отражаются от земной поверхности, а с вертикальной несколько хуже. Поэтому в станциях, работающих по маловысотным целям, чаще используют вертикальную поляризацию.

Мы уже упоминали о помехах, обусловленных диффузным отражением радиоволн от подстилающей поверхности. Но они обычно менее интенсивны, чем другой вид мешающих отражений — от так называемых «местников»: башен, зданий и прочих сооружений, которые хорошо отражают падающие на них радиоволны. Также сильны отражения от гор, холмов. И даже специальная аппаратура, которая селектирует только движущиеся с определенными скоростями цели, не всегда может подавить эти сильные мешающие сигналы. «Засасываются» в приемник мешающие отражения и через боковые лепестки диаграммы направленности.

Но маловысотную цель непросто не только обнаружить, но и уничтожить. Чтобы поразить цель зенитной ракетой, наводимой локатором, надо в течение некоторого времени знать ее точные координаты. Эту функцию — точного измерения координат цели — выполняет станция сопровождения или слежения. Так вот, отраженный от земли луч мешает станции сопровождения точно измерять координаты, особенно угол места (или связанную с ним высоту полета цели). Часто для анализа сопровождения цели используют такой прием: считают, что источником мешающего сигнала служит не подстилающая поверхность, а своего рода «подземная цель» — антипод. Это зеркальное отображение реальной цели относительно подстилающей поверхности, то есть «подземная цель», находится под землей на расстоянии, равном высоте полета реальной цели.

Антипод мешает сопровождать реальную цель. Следящий радар порой находится в положении буриданова осла: не может решить, что же ему сопровождать: то ли антипод, то ли реальную цель. Так и перескакивает луч слежения с антипода на реальную цель и обратно. А это значит, что ошибки измерения угла места цели велики и ракета, которая будет наводиться по таким данным, не поразит ее.

Для уменьшения вредного влияния земли антенну радара иногда обносят на некотором расстоянии забором из отражающего или поглощающего материала. Забор отсекает от антенны радиоволну, переотраженную землей. Правда, «загораживаются» и цели на очень малых высотах, да и не всегда возможно возвести такой забор.

Другой метод — сделать антенну с четко выраженной плоской нижней кромкой у диаграммы направленности, чтобы она не касалась земли. Но антенна получается и сложной и громоздкой.

Судя по зарубежным источникам, придумано много способов для уменьшения ошибок сопровождения низколетящих целей, но все они отнюдь не универсальны. Природу, видно, трудно обмануть.

Вот сколько нюансов вносит земная поверхность в процесс обнаружения и сопровождения низколетящих целей. Да и поражения. Ведь радиовзрыватель на ракете (а это, по существу, миниатюрный радиолокатор) тоже может очутиться в положении буриданова осла: что подрывать-то, самолет или землю? Ведь расстояния до них соизмеримы.

Надо суметь как-то «отделить плевелы от пшеницы». Плевелы, то есть сорняки, в нашем случае — отраженные от земли сигналы, а пшеница — сам сигнал от низколетящей цели. Как лучше это сделать — пока вопрос. А до тех пор своенравная земля будет доставлять хлопоты операторам маловысотных радаров.