В прошлой статье я рассказал о радиооборудовании, которое либо работает по системе «ниппель» (пустил волну и забыл — ПРМ, VOR, ILS, МРМ), либо туда-сюда, но во все стороны (DME). Сегодня же — о приборах, знающих закон Евклида «угол падения равен углу отражения», о локаторах.
Волны разной частоты по-разному пронзают пространство. Сверхдлинные волны нереальных для обычной радиосвязи звуковых частот (10 — 15 килогерц) проходят даже сквозь морскую воду, особо не поглощаясь — поэтому используются для связи с подлодками. Но они требуют, как объяснено в предыдущей статье, сверхдлинных же антенн — длиной в несколько километров:
Для связи с подлодками у Морской авиации России есть специальный #самолёт — Ту-142МР, у него в брюхе стоит огромный барабан, но не с ракетами, как у его ВКСовского брата Ту-95МС, а с 8-километровой гибкой антенной.
Просьба не путать приставки-множители: МГц — мегагерц (миллион герц, то есть колебаний в секунду), а мГц — миллигерц, 1/1000 колебания в секунду или одно колебание в тысячу секунд. То есть размер буквы даёт разницу в миллиард раз, миллигерцы и не применяются в радиосвязи.
Маленькая к — кило-, тысяча, кГц — тысяча колебаний в секунду, большая Г — гига- (миллиард), маленькая г — гекто- (сто). Гектогерц тоже на практике не применяется, применяется гектопаскаль 100 Па) — единица давления, иногда в ней градуируется шкала давления высотомера, см. первую статью.
Плюс длинные волны огибают препятствия — вспомните явление дифракции. Чем выше частота — тем хуже волна «заворачивает за угол», поэтому на УКВ (десятки — сотни МГц) можно связываться только на прямой видимости, а ДВ за счёт дифракции и отражения от ионосферы умеют огибать земной шар, поэтому используются для сверхдальней связи. И препятствия, которые значительно меньше длины волны, волна вообще практически не замечает.
Плюс чем выше частота — тем сильнее волна поглощается препятствиями, поэтому в микроволновой печи, где частота обычно 2450 МГц (2,45 ГГц), #энергия излучения поглощается едой и превращается в тепловую. И дифракции на высоких частотах почти нет.
Поэтому для ближней связи на прямой видимости удобнее связь на УКВ, а на дальних приходится работать с большими антеннами на низких частотах. На самолётах для постоянной связи между самолётами и с диспетчером зоны стоят УКВ-станции (118 — 136 МГц), для дальней есть КВ (2 — 24 МГц).
Разница видна даже между разными диапазонами УКВ — «Спасатели Экстремум» недавно писали, что в простых условиях работают на частоте 433 МГц (это диапазон LPD — low power device, маломощные устройства), а в сложных переходят на 144 МГц (VHF):
То, что волны сверхвысоких частот не огибают препятствия, можно использовать для локации: выстрелив лучом и поймав отражение, можно по времени возврата сигнала вычислить расстояние до отражателя (поверхности, грозового облака, корабля). А если вращать антенну и синхронно с ней вращать луч на экране-индикаторе — то на экране появится карта отражений, их ещё называют засветками.
Имя такого прибора — радиолокатор или просто #радар . Чтобы надёжно сфокусировать #излучение в луч или плоскость (зависит от режима), антенна иногда работает с параболическим отражателем (тарелкой). Вот антенный блок Гр1БМ метеорадара «Гроза-154» на Ту-154:
Снимок уже был в первой части «Тушкиных...» — нажмите на синее, тогда статья откроется. Там же показано размещение блоков «Грозы» в техотсеке. Похожая РЛС стоит и на других типах — Ту-134, Ан-24, Ан-26...
Антенна отклоняется влево-вправо на углы до 100° и в большинстве режимов «мотает головой» непрерывно, давая актуальную картину происходящего перед самолётом. Работает «Гроза», как и большинство метеорадаров, на частоте около 9 ГГц. Волны такой частоты хорошо отражаются от зон электрической активности в грозовых тучах, исполняя главное предназначение метеорадара — обход гроз.
Работает радар очень просто: посылает радиоимпульсы и принимает их отражения. По направлению, откуда пришло отражение, ясно направление на препятствие, по задержке — дальность. Это — локатор импульсного действия, бывают ещё локаторы непрерывного, о них ниже. Импульсы отображаются на экране.
Вот индикатор качает своим зелёным лучом на Ан-26... А что такое АУАСП — в части IIIа (нажмите на цветное — откроется).
Чтобы засветку можно было надёжно опознать — экран кинескопа покрыт не обычным люминофором, как в телевизорах, а люминофором с длительным послесвечением. Нет, в него не добавляют белый фосфор, у этих люминофоров другой, особый состав. А с приходом эпохи ЖКД и цифровой электроники всё стало проще — данные засветок хранятся в памяти.
Например, локатор «Контур» — цифровой, он ставится на Бе-200 и другие современные отечественные самолёты, а при модернизации — и на старые. У «Контура» и антенна другая, «в клеточку», вот она на модернизированном Ту-154Б:
Чтобы изображение не заваливалось при эволюциях самолёта — антенна метеорадара стабилизирована по сигналам авиагоризонта или МГВ, что такое МГВ — в первой статье. Например, на Ту-154 РЛС стабилизирована от первой МГВ и сохраняет «картину мира» при крене и тангаже до 20° в обе стороны. Больше — уж извините...
По этом снимку видно, насколько новый «Контур» меньше (и легче) старой «Грозы», а что такое ДИСС — чуть ниже:
Разумеется, микроволновое излучение радара опасно, поэтому наземные проверки локаторов делаются строго в определённых местах и с соблюдением мер безопасности, а на некоторых самолётах есть внешняя сигнализация включения радара. Так как для получения микроволн используется высокое напряжение — кратко включение генератора СВЧ называется «включить высокое». Например, у противолодочного самолёта Ту-142МК, оборудованного поисковым локатором «Коршун», на передней опоре шасси стоит большая красная лампа — «Коршун высокое включено».
Как я уже сказал, излучение может идти в форме луча (карандашная диаграмма направленности — КДН), а может в виде вертикальной плоскости (веера — ВДН). «Карандаш» сканирует одну плоскость — с помощью него можно увидеть, на твоей высоте препятствия или же они выше либо ниже.
У «Грозы» это режим «Метео». Например, увидев на своей высоте стену грозового фронта, можно, постепенно поднимая луч, увидеть проходы по верхнему краю фронта и оценить — можно ли обойти фронт верхом.
Вот так же обходил фронт рейс 612 — Ту-154М RA-85185 АК «Пулково». Он запросил высоту 12100 м, она же FL390, предельную для Ту-154 и многих других авиалайнеров. Но температура воздуха оказалась слишком высокой — то есть плотность слишком низкой, двигателям не хватало воздуха, чтобы удержать скорость, и неправильные действия по сохранению высоты привели к сваливанию в плоский штопор. Из штопора транспортный самолёт вывести невозможно — никакой, не только Ту-154, не хватит площади рулей и прочности конструкции. Итог печален...
Не будем о грустном, хотя в четвёртой статье я расскажу о приборе, предупреждавшем о катастрофе — АУАСП. Второй вариант работы метеорадара — «веер», с помощью которого сканируются все высоты. То есть засветка может означать и гору, стоящую намного ниже высоты полёта, и тучу, лежащую по курсу, и самолёт, летящий эшелоном выше. Уж что есть что — можно разобраться при помощи «карандаша».
В режиме «Земля» «Гроза» поочерёдно делает проходы «веером» и «карандашом», в режиме «Снос» работает только «веер», но без непрерывного сканирования — антенна поворачивается клавишами.
В этом режиме при отказе ДИСС определяется снос — по замиранию бегающих по лучу светлых точек. А что такое ДИСС? Это доплеровский измеритель скорости и сноса — специализированный радар. Он излучает вниз четыре луча — вперёд и в стороны в форме пирамиды. Эта «борода» у Ту-154 — антенный блок ДИСС:
Кто хоть раз слышал музыку, грохочущую из проезжающего мимо автомобиля — замечал эффект Доплера: когда авто приближается, то музыка играет быстрее, когда удаляется — медленнее. Это из-за того, что при сближении автомобиль излучает каждую следующую волну, находясь всё ближе к нам — в итоге волны как бы уплотняются, частота приёма растёт. При удалении — процесс обратный. Это и называется эффектом Доплера.
Этот эффект мешает радиосвязи на больших скоростях — частота «уплывает», поэтому в авиации для радиосвязи во всех диапазонах применяется только амплитудная модуляция (АМ) — даже в УКВ, где привычнее частотная модуляция (ЧМ, она же пресловутая FM). При попытке поймать на борту самолёта какое-нибудь 101,2 FM голос бы здорово исказился из-за эффекта Доплера.
Но в радионавигации этот эффект лишь помогает — определяя доплеровское смещение частоты отражённых лучей, ДИСС определяет путевую скорость — относительно земли (ground speed, GS). Она выводится на знакомый нам по первой статье УСВП в режиме «Пут»:
Щёлкая переключателем и сравнивая GS и TAS (истинную воздушную скорость), можно сделать вывод — в попутном или встречном ветре летит корабль. На большой высоте струйные течения достигают страшных скоростей, до 300 км/ч, поэтому информация эта крайне важна.
Самолёт может реветь двигателями, летя с истинной скоростью 900, но из-за встречного течения приближаться к цели лишь со скоростью 600. Значит, время полёта и потребное количество топлива растут в полтора раза. Можно попробовать сменить эшелон — поискать, вдруг течение где-то слабее...
Благодаря аж четырём лучам ДИСС не боится кренов (если, конечно, не пойти на «бочку», когда лучи повиснут в воздухе), а, сравнивая смещения частот левых и правых лучей, измеритель сообщает — машину сносит боковым ветром влево или вправо. Угол сноса показывает стрелка вверху ПНП:
Чтобы взять упреждение на снос — достаточно нужное деление картушки курса подогнать не просто точно вверх, а к стрелке сноса. Тогда нос будет повёрнут против ветра на требуемый угол и самолёт, несмотря на ветер поперёк пути, прилетит куда надо.
Однако сейчас, с распространением спутниковой навигации, ДИСС отошёл на второй план и на ряд самолётов не ставится вообще. А раньше играл важную роль — он выдаёт данные в старые навигационные вычислители вроде НВУ (навигационно-вычислительное устройство), и НВУ отсчитывает пройденный путь и ряд других параметров, а если на борту стоит планшет с лентой-картой — то протягивает карту, показывая на ней место самолёта:
Но вот #радиовысотомер (РВ) есть даже на вертолёте-малыше Ми-2. Это ещё один специализированный радар, «стреляющий» точно вниз. РВ делятся на РВ малых высот и РВ больших высот. Вторые встречаются нечасто и работают, как правило, на привычном временно́м принципе — замеряют задержку прихода отражённого сигнала.
Радиовысотомеры малых высот (например, РВ-5, указатель которого — на фото выше) обычно работают на принципе непрерывной локации. Всё время излучается высокочастотный сигнал, модулированный частотой, меняющейся по пилообразному закону. То есть модулирующая частота плавно растёт-растёт, потом бац на исходную — и снова растёт. График изменения частоты похож на пилу.
Пока сигнал отразится и вернётся — частота излучения успевает измениться. Блок РВ сравнивает частоты излучаемого и отражённого сигнала — и по разнице вычисляет высоту полёта относительно подстилающей поверхности. Поэтому РВ-5 — радар непрерывного действия. У каждого комплекта РВ две антенны — приёмная и передающая, а комплектов РВ-5 на Ту-154 два — поэтому «лепёшек» антенн на брюхе 4:
Вот такие три типа радиолокаторов преимущественно применяются на летательных аппаратах. Конечно, радары есть и на земле — диспетчерские (ДРЛ), свои для контроля верхнего воздушного пространства (Контроль), свои для контроля зоны аэродрома (Подход), это локаторы кругового обзора (на 360°), есть и специальные для контроля полёта по глиссаде — посадочные (ПРЛ).
Вот радары контроля зон:
Диспетчерский радиолокатор непрерывно вращается с периодом в несколько секунд и сканирует пространство «веером», то есть даёт картину по горизонтали. По вертикали различать объекты не умеет — если точно друг над другом летят несколько самолётов, то локатор покажет их одной засветкой.
В военной авиации для уточнения высоты применяется ПРВ — передвижной радиовысотомер, специальный мощный локатор с карандашным лучом. Он работает в паре с обзорным радаром. В гражданской же авиации такие сложности не нужны — в паре с наземными радарами работает самолётный ответчик (СО), он же transponder. Вот пульт ответчика СО-72М на Ту-154Б:
Поймав сигнал радара, ответчик передаёт ответный сигнал, этот ответ принимается диспетчерским радаром вместе с отражённым сигналом. Первые ответчики работали в простейшем режиме А — передавали 4-значный номер рейса (он же squawk, сквок). Именно для набора сквока служат четыре кнопки с индикатором, а переключателем выше выбирается режим — как видим по положению «А», СО-72М умеет работать в древнем режиме.
Но проблему контроля высоты режим А не решает. Поэтому были созданы ответчики режима АС, помимо сквока передающие высоту. Ответчик берёт её с барометрического высотомера, на Ту-154 — с футового УВИД-15Ф:
Высота идёт относительно стандартного давления 1013 гПа (760 мм рт. ст.), в процентах от максимальных 15 километров. Режим «УВД» — ещё более сложный, в нём вместе со сквоком и высотой передаются бортовой номер и количество топлива в процентах от максимального.
Эту информацию показывает диспетчерский локатор, как — уже зависит от конкретного оборудования:
Режим «РСП» отличается более короткими кодами ответов — в нём ответчик работает с посадочным локатором. Посадочный радар стоит сбоку от полосы и оборудован двумя антеннами — курсовой и глиссадной. Они раскачиваются на малый угол, но быстро — обозревают узкий сектор глиссады:
По показаниям этого радара диспетчер посадки выдаёт экипажу команды: "на курсе, глиссаде... Ниже 10, на курсе... Правее 15, на глиссаде". По ним можно точно зайти без ILS. Такой заход называется заходом по РСП — радиолокационной системе посадки.
Кто заметил на пульте ответчика режим «РСП» — задался вопросом, зачем он. В этом режиме работают специальные антенны СО, стоящие на носу, а ответы более короткие:
Вот, пожалуй, о радиолокационных средствах и всё. В небольшой части IIIа (даже рука не поднимается назвать её IV) я поведаю о канувшей в Лету радиосистеме дальней навигации — РСДН, наземном предке спутниковых систем, а также об АУАСП, который вроде и пилотажный, но не основной, и работает весьма необычно.
#укв #авиация #подводная лодка #радиосвязь #полёт
