Здравствуйте, товарищи.
Требуя вежливости от других, будь вежлив сам.
Продолжение статьи Сергея Соколова. Здесь чисто техническая информация, которая для многих неинтересна. Всё логично, правильно, рассказывается о сложностях борьбы за идентификацию радиосигналов.
*****
Я уже рассказывал вам, что шар имел радиовысотомер, а значит, мог измерять высоту и давать команду на её изменение.
Что такое радиовысотомер? Это радиотехническое устройство, предназначенное для измерения высоты полёта относительно поверхности земли. Оно широко применяется в авиации, в ракетной и космической технике. В военной технике тоже. Оно позволяет выдать какую-либо команду на какое-либо устройство на заданной высоте. Как же оно участвовало в приземлении шара?
Высотомер
Работа радиовысотомера основана на использовании радиоволн. Известно, что радиоволны – это электромагнитные волны, которые распространяются в среде, как правило, воздушной. Скорость их распространения составляет примерно 300000 км/с. Для такой скорости несущественны параметры атмосферы и отклонения высоты земной поверхности от средней для данного района. Погрешность, вызванная этими факторами, находится в пределах допустимой. Кроме того, электромагнитные волны имеют свойство отражаться от поверхности, земной или другой. Именно поэтому учёными и конструкторами радиоволны были выбраны в качестве универсального средства измерения высоты над поверхностью земли или предметом.
Принцип измерения высоты радиовысотомером заключается в следующем. Радиовысотомер генерирует излучаемый сигнал и направляет его в сторону земной поверхности. Временное устройство фиксирует момент излучения сигнала. Сигнал проходит путь до земли, отражается от неё и возвращается в радиовысотомер, приёмное устройство которого фиксирует приём сигнала. В форме аппаратной информации мы получаем время, за которое сигнал преодолел путь до земли и обратно, а этот путь равен двойному значению высоты объекта (туда и обратно). Дальше работает формула механики.
При равнопоступательном движении пройденный путь равен произведению скорости на время. Скорость нам известна, временной интервал зафиксирован таймером.
И по формуле S=V*t определяем высоту полёта шара относительно поверхности земли H=V*t/2.
Для примера, импульс с шара на высоте 20 км преодолеет двойной путь до земли и обратно за 133 мкс, а с шара на высоте 30 км – за 200 мкс.
Вот порядок физических величин времени, которое использует аппаратура шара. Понятно, что внутри шара никто не сидит и точное время в микросекундах тоже никто не высчитывает. Используется технологическое предельное значение параметра. Электронный таймер за период прохождения сигнала до земли и обратно пропускает дискретные строб-импульсы высокой точности на накопитель импульсов. Если за измеряемое время количество накопленных импульсов находится в пределах заданного диапазона, это означает, что высота полёта шара программная. Если же за измеряемое время количество импульсов меньше нижнего порогового значения, значит, шар находится на высоте меньше программной, и накопитель выдаёт сигнал на срабатывание механизма подъёма шара. Аналогично, сигнал выдаётся, если количество импульсов превысило верхнее пороговое значение, только уже на механизм снижения шара.
Сложно? Да, сложно. Но именно так и работает радиовысотомер. Высота полёта идентифицируется по времени прохождения радиоимпульса.
А что же представляет собой сам этот радиоимпульс?
Казалось бы, куда проще. Подключили к антенне источник питания, бросок напряжения, в эфир ушёл сигнал. Да, антенна передаст импульс, но это будет аналоговый сигнал, или очень низкочастотный импульс. Чем неудобен он? Невозможно точно добиться требуемых параметров импульса-амплитуды, длительности. И невозможно чётко зафиксировать передний фронт (начало) передаваемого и принимаемого импульсов, то есть они получаются как бы размытыми по времени, а радиовысотомеру надо эти моменты зафиксировать точно, причём чем точнее, тем лучше. Ведь длительность самого временного интервала имеет порядок микросекунд. Такую точность позволяет получить высокочастотный сигнал. Чем больше частота сигнала, тем более чётко выражено по времени начало его первой полуволны. И поэтому на радиовысотомерах делают так. В составе прибора имеется генератор электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты. При включении прибора он начинает вырабатывать сверхвысокочастотные колебания. В какой-то момент на малое время коммутируется цепь подачи этих колебаний на передающую антенну. В эфир уходит радиосигнал, представляющий из себя посылку из большого количества колебаний. Таймер фиксирует начало импульса и заполняет накопитель импульсами, пока с приёмной антенны не поступит отражённый сигнал. Антенна может использоваться и одна.
В этом случае после отправки сигнала антенный переключатель переводит антенну в режим приёма, а по окончании приёма переводит обратно для отправки следующего импульса.
Вот так может работать радиовысотомер на гражданских объектах, например на самолётах. У самолёта есть двигатель с генератором, самолёт имеет неограниченный запас энергии и может себе позволить для надёжности установку двух независимых радиовысотомеров, работающих на разных частотах. Кроме того, наш вероятный противник вряд ли будет вмешиваться в работу радиовысотомера, слишком сложно, хотя и на самолётах тоже применяются устройства помехозащищённости.
Совсем другое дело военная или разведывательная техника, борьба с которой осуществляется в полную силу.
Смотрите сами. Если на головной части баллистической ракеты установлен радиовысотомер, по сигналу которого на участке снижения над целью на определённой высоте запланирован воздушный ядерный взрыв, то помехи противника могут создать ложное представление о высоте полёта, и взрыв произойдёт на большой высоте, а это уже снижение поражающего воздействия.
Если же взять шары АДА, как в нашем случае, то противник своими помехами может вызвать снижение высоты полёта шара вплоть до его приземления. Знаете, непатриотично называть противником наши войска. В дальнейшем я буду использовать термин "средства ПВО".
Поэтому в военной и разведывательной технике применяются специальные достаточно сложные устройства защиты от помех.
Можно сказать, что все создаваемые помехи подразделяются на широкополосные и целенаправленные. К широкополосным относятся всевозможные генераторы помех, по-простому, глушилки. Средства ПВО создают непрерывное излучение, которое принимает приёмная антенна, устройство обработки сигнала перенасыщается и блокируется, шар становится неуправляемым и может подняться высоко и там лопнуть либо опуститься и скитаться над поверхностью земли. Глушилок разных было разработано много. Но от них научились защищаться. В схему обработки сигнала на входе ставили два фильтра – низкочастотный и высокочастотный, которые отсекали ненужные частоты и пропускали только сигнал узкого частотного диапазона.
Прицельные помехи были опасней. Суть их заключалась в том, что средства ПВО принимали излучаемый сигнал, далее могли направить его на линию задержки и затем выслать к шару ложный задержанный по времени сигнал. Если бы шар на него среагировал, то этот сигнал означал бы, что шар находится выше предельной высоты, и шар снизился бы. Средства ПВО легко могли бы его сбить, а при хорошем раскладе и посадить. И вот для того, чтобы этого не было, создатели радиовысотомера придумали надёжную защиту.
Несанкционированное срабатывание аппаратуры могло произойти и без влияния средств ПВО. Например, излучённый сигнал случайно мог отразиться от скалы, самолёта, ущелья, водной поверхности. А мог прийти случайный сигнал от другого устройства. И чтобы радиовысотомер не сработал от случайного сигнала, применили метод статистического интегрального накопления информации. Срабатывание аппаратуры не происходило от одного принятого сигнала. Передатчик радиовысотомера посылал последовательно несколько сигналов, порядка ста, и при получении отражённых сигналов в накопителе импульсов происходило накопление до статистической достаточности. К примеру, если из ста сигналов девяносто показывали предельную высоту, накопитель выдавал сигнал. Так избавились от влияния случайных сигналов.
Но средства ПВО, для которых перехват сигнала был не проблемой, могли бы послать и сто ложных сигналов, чтобы вызвать снижение шара.
И тогда разработчики радиовысотомера придумали установить в схему прибора модулятор. Сигнал с генератора поступал в модулятор, где складывался с сигналом модулятора. Получалось, в посылке шла не классическая синусоида с амплитудой и частотой, а непредсказуемый даже создателями сигнал, потому что модулятор выдавал сигнал, формируемый по случайному закону. Получалось, что каждый посылаемый сигнал был индивидуален, и создать ложный сигнал не представлялось возможным. В конструкции радиовысотомера предусмотрели линию задержки и устройство сравнения сигнала.
Одновременно с излучением сигнала он подавался на линию задержки, и с появлением отражённого сигнала эти сигналы сравнивались. Обработке подвергался только свой родной сигнал, совпадающий с находящимся на линии задержки. Модуляция сигнала исключала создание ложных сигналов средствами ПВО.
Но оставалась ещё одна возможность. Излучённые прибором сигналы можно было принимать целой последовательностью, затем задерживать на линии задержки и посылать обратно. За счёт задержки увеличивалось время прохождения сигнала, и принятый прибором он означал предельную высоту и должен был подать команду на снижение шара вплоть до приземления.
Но и эту проблему удалось решить. Дело в том, что родной сигнал без воздействия систем ПВО, никуда не делся. Он так же отражался от земной поверхности, как и раньше. Погасить его средства ПВО не могли. И получалось, что на устройство приходило два одинаковых сигнала, один родной, другой с линии задержки средств ПВО с разницей во времени, заданной оператором ПВО. Вопрос решили просто. В состав прибора ввели устройство определения ложного сигнала. Первый сигнал обрабатывался, второй не обрабатывался.
Вот в принципе в основном и всё по вопросу помехозащищённости.
Получается, создать прицельную помеху для приземления АДА средства ПВО не могли. Хотя аварийно шары опускались достаточно низко и даже приземлялись на территории социалистических государств. Это происходило из-за неверных расчётов при планировании маршрута. Могло произойти из-за выхода из строя систем АДА, к примеру, источника питания, который имел ресурс 20 часов непрерывной работы. Наши средства ПВО массово сбивали шары. Наша разведка иногда получала доступ к контейнерам с аппаратурой. Наши учёные и конструкторы изучали устройство и принцип работы аппаратуры. В одной из таких лабораторий работал в то время Владимир Малых, автор идеи версии Пеленг огненных шаров.
И теперь дело за малым. Осталось рассмотреть, как оператор на земле, шпион или по данной версии Золотарёв осуществляли приземление шара и действия с контейнером.
В любом случае, нал Уралом ли, над Аляской или Тихим океаном, в каком-то другом месте, но шару было необходимо спуститься на доступную для сброса контейнера высоту и там сбросить этот контейнер. В любом случае, боевой путь шара должен был заканчиваться этим.
Понятно, что с высоты нормального полёта контейнер сбрасывать неразумно. Если просто сбросить с высоты 20 км, то он при ударе о землю разобьётся вдребезги. Да и дребезгов не останется. В пыль, это точнее. Спустить контейнер на парашюте проблематично. На малых высотах это возможно. А в стратосфере воздух разреженный, чтобы использовать парашют, надо изготовить его очень больших размеров. Конечно, при полёте Гагарина такой парашют изготовили. А затем изобрели систему мягкой посадки космического корабля. Но для шара это фантастика из-за размеров, массы и сложной конструкции. Кроме того, контейнер, спускающийся на парашюте с большой высоты,могло унести ветром на большое расстояние от места планируемой встречи с наземным оператором.
Поэтому единственным рациональным способом доставки контейнера на землю было снижение шара до определённой высоты и затем сброс контейнера с парашютом или без него.
Это отечественный радиовысотомер А-037.
То есть аппаратура шара имела два взаимоисключающих режима работы. Первый – автоматическое поддержание высоты полёта в заданном диапазоне. Второй – быстрый спуск в нужной точке, можно назвать это приземлением, со сбросом контейнера на заданной высоте.
Понятно, что для осуществления второго режима аппаратура шара имела дополнительные специальные устройства. Понятно также, что второй режим был невозвратным, то есть если шар начинал отрабатывать программу снижения и сброса, то вернуться к полёту в диапазоне заданных высот он уже не мог.
Что это означало? Что сигнал на переключение аппаратуры на второй режим был очень ответственным событием. То есть такой сигнал должен быть санкционированным, опознанным и проверенным, устойчивым и однозначно распознаваемым. Всё это накладывало жёсткие требования к аппаратуре шара и наземного оператора.
Могла ли аппаратура радиовысотомера использоваться для реализации второго режима? Не только могла, но и активно использовалась. Зачем устанавливать дублирующие устройства на шар, если подобные там уже есть? Просто по сигналу на смену режима работы часть устройств отключалась, другая часть подключалась. И когда мы подробно рассмотрели работу радиовысотомера в первом режиме, отличия работы во втором режиме будет понять легко.
*****
Продолжение следует.
Всего доброго, будем здоровы. Евгений Носков.