Вездесущие радиоволны

Путь от радиолюбителя до крупного ученого радиофизика прошел член-корреспондент АН СССР, лауреат Государственных премий Владимир Васильевич Мигулин . Ныне он является заместителем академика-секретаря отделения общей физики и радиоастрономии Академии наук СССР, директором Института земного магнетизма и распространения радиоволн.

В публикуемой ниже статье Владимир Васильевич рассказывает о достижениях советской радиотехники в области сверхдальнего радиоприема и радиоастрономии.

Пятьдесят лет, прошедшие со дня выхода первого номера журнала Радиолюбитель, составляют целую эпоху в развитии всех тех областей науки и техники, которые входят в общее понятие радио. Это и радиотехника, и электроника, и радиофизика.

Совершенно изменилось за это время техническое лицо радиотехники. Появилось телевидение, возникли и необычайно развились радиолокация, радионавигация, радио-астрономия. Радиометоды стали широко использоваться почти во всех областях науки и техники. При этом и радиотехника, и радиофизика, и в особенности всевозможные применения радио, в своем развитии в настоящее-время не только не достигли насыщения, но, можно сказать, выходят на участки со все возрастающей крутизной.

Конечно, некоторые разделы радиотехники сейчас не развиваются так бурно, как раньше. Это относится к радиопередающим системам длинноволнового, средневолнового и коротковолнового диапазонов, к технике проводного вещания и электроакустике. Но уже в приемной технике мы имеем непрерывный прогресс, связанный с широким внедрением все новых, все более совершенных полупроводниковых приборов. В результате обширных и разносторонних физических исследований, разработки технологии получения сверхчистых материалов, обладающих заранее заданными свойствами, мы имеем теперь многообразную гамму всевозможных транзисторов, туннельных и лавинно-пролетных диодов, варакторов, диодов Ганна и многих других твердотельных приборов современной радиоэлектроники.

Создание малошумящих параметрических усилителей, квантовых парамагнитных усилителей — мазеров и основанных на них сверхчувствительных радиоприемных устройств позволило получить выдающиеся достижения в радиоастрономии и сверхдальней космической радиолокации. Сейчас радиотехника имеет в своем распоряжении приемники, принимающие такие слабые сигналы, как сигналы радиопередатчиков, отраженные от Луны, Венеры, Меркурия и Юпитера, и приемники, принимающие весьма слабые собственные радиоизлучения тех же планет. Для сравнения укажем, что интенсивность потока радиоизлучения любительского KB передатчика, если бы установить его на Венере, была бы в 10 000 раз больше собственного радиоизлучения этой планеты.

Однако достигнутые сейчас pe-кордные результаты — прием сигналов мощностью порядка 10~19— 10-20 Вт, не являются пределом. Можно рассчитывать, что применение более совершенных устройств квантовой электроники, основанных на использовании явления сверхпроводимости металлов при температуре жидкого гелия, позволит повысить чувствительность приемных систем дециметрового и сантиметрового диапазонов радиоволн и открыть новые возможности для астрономии и сверхдальней радиолокации.

Все эти достижения не могли бы быть получены без совершенных антемных устройств. Надо сказать, что и здесь советские специалисты добились выдающихся успехов. Так, например, в нашей стране сотрудниками Физического института имени Лебедева АН С ССР дл я проведения радиоастрономических исследований разработана и построена самая крупная в мире антенна площадью в 80 тысяч кв. м. Она имеет оригинальную конструкцию — выполнена в виде огромного числа (более 1500) излучателей. Изменение диаграммы направленности антенны осуществляется дистанционно с помощью электронных фазовращателей , изменяющих фазовое соотношение между излучателями антенной решетки. На изменение направления приема или передачи затрачиваются доли секунды, а кроме того, возможна работа сразу в нескольких направлениях.

Интересно, что радиоастрономия не только впитала в себя последние достижения в области радио, но ее методы сейчас все шире и шире используются в радиоэлектронике. То есть здесь наблюдается так называемая обратная связь. Приведем такой пример. Для измерения характеристик антенн, применяемых в космической радиосвязи, космическом телевидении, часть аппаратуры измерительного комплекса (передающие системы) следует располагать на достаточно большом расстоянии от них. А с учетом кривизны земной поверхности, еще и поднимать на несколько километров вверх, что практически осуществить сложно и дорого, а в некоторых случаях и невозможно. Радиоастрономия же предоставила в распоряжение радиоинженеров естественные передатчики, которыми являются Солнце, Луна, планеты, туманности, галактики и звезды. Параметры их радиоизлучения и координаты благодаря данным, полученным радиоастрономами, хорошо теперь известны.

Трудно переоценить роль радио в освоении космоса. Вся работа автоматических космических аппаратов, взаимодействие космических кораблей с Землей основываются на передаче и приеме соответствующей информации.

В пределах земного шара мы могли не считаться со временем распространения радиосигналов. В случае же космической радиосвязи оно измеряется секундами, минутами — в пределах ближних планет и часами — для дальних планет солнечной системы. А при радиосвязи с другими звездными системами нашей галактики — месяцами и годами. Это радикально меняет условия установления радиосвязей. Даже ничтожно малые эффекты воздействия на радиоволны в космосе за длительное время накапливаются и могут оказывать решающее влияние на сигналы. Исследование космических радиосвязей является в настоящем и будущем одной из важнейших проблем.

Но и на нашей планете, и в прилегающих к ней областях космического пространства есть еще немало вопросов, решить которые предстоит в будущем. Уже первые опыты радиолюбителей-коротковолновиков по установлению радиосвязей со своими товарищами, находящимися от них на расстоянии многих сотен и тысяч километров, заставили обратить особое внимание на диапазон коротких волн. А это, естественно, привело к началу последовательного изучения свойств ионосферы. И поныне эти исследования не потеряли своего огромного значения.

Развитие космической техники позволяет сегодня осуществлять подъем радиоустройств в приземный космос и вести радиоисследования ионосферы не с земной поверхности, а сверху. С помощью ионосферных станций, помещенных на спутниках, ведутся исследования верхних слоев ионосферы, недоступных для изучения с Земли, а также проводятся наблюдения за радиосигналами на коротких, средних и длинных волнах. Полученные данные позволили установить новые закономерности влияния солнечной активности (солнечный ветер, электромагнитные излучения солнца) на свойства ионосферы и резко повысили надежность предсказания радиопогоды , определяющей распростронение "радиопогоды ", определяющей распростронение коротких волн на межконтинентальных трассах и действие радионавигационных систем.

Исследования ионосферы позволяют выяснить многие стороны сложных "связей солнечной активности с земными процессами. Причем они сплетаются в такой тесный клубок, что бывает нелегко определить, где кончается изучение условий работы наших наземных радиолиний, где начинается исследование приземного космоса, а где ведутся исследования солнечно-земных связей. Здесь можно ожидать еще многих открытий. Накопление данных по этим вопросам — одна из актуальных задач радиотехники, радиофизики, геофизики и космической физики.

Таким образом, радиоволны сегодня играют роль не только переносчика информации, но и инструмента, зондирующего изучаемую среду, и чувствительного индикатора, отмечающего все изменения свойств окружающего пространства. А это все должно быть воспринято и обработано соответствующими приемными и регистрирующими устройствами, создание которых обеспечивает высокий уровень развития современной радиотехники.