Радиоприем

Как же бороться с замираниями? Управлять состоянием ионосферы мы пока почти не умеем. Но проведенные исследования характера замираний на радиотрассах различной протяженности и ориентации в различных диапазонах радиоволн позволили найти некоторые радиотехнические способы ослабить их влияние на радиоприем.

Способ первый. Радиоприемники снабжаются системой автоматической регулировки усиления сигнала. Обычно усилитель сигналов работает в режиме, рассчитанном на какой-то средний уровень напряженности электромагнитного поля в месте приема. Система регулировки действует так, что в случае увеличения этой напряженности усиление в приемнике тут же падает, а в случае уменьшения — мгновенно возрастает. В результате на выходе радиоприемника (скажем, в громкоговорителе) уровень сигнала будет все время выравниваться. Допустим, интенсивность сигнала в антенне возросла в 1000 раз. При хорошей системе регулировки усиления громкость  возрастает  всего в  несколько раз.

Способ второй. Это прием одного и того же сигнала на несколько антенн, подключенных к одному приемнику, но расположенных на значительном расстоянии друг от друга. На каждую антенну приходят разные лучи, и в каждой антенне сила сигнала будет меняться по-разному. Если посланный радиосигнал не будет принят из-за эффекта замираний первой антенной, его «поймает» вторая или третья. В следующий момент ситуация может измениться на обратную. Но в каждый момент времени найдется по крайней мере одна антенна, которая обеспечит уверенный прием. Значит, цель достигнута. Способ этот широко применяется на важных линиях связи.

Волшебное «радиозеркало» может преподнести еще и не такие сюрпризы связистам. Случается, например, так, что, тщательным образом настроив приемник на определенную волну, можно услышать две станции сразу, хотя ведут они передачу на совершенно различных волнах. И слиты эти сигналы настолько «прочно», что никакими радиотехническими средствами избавиться от мешающей станции невозможно. А кому же понравится, если важное сообщение будет «промодули-ровано» звуками рок-н-ролла, а фототелеграфное изображение карты погоды — «смазано» портретом голливудской красавицы?

В чем тут дело? Эффект этот был обнаружен еще в 30-х годах нашего столетия и получил строгое научное название «перекрестная модуляция». Причина явления—взаимодействие радиоволн в ионосфере. Мощная радиоволна не только испытывает на себе влияние ионосферы (поглощение, преломление и т. д.), но и сама влияет на ионосферу. Она может нагреть ионосферу, изменить распределение заряженных частиц в пространстве, создать зоны повышенного и пониженного поглощения — короче говоря, оставить «след» в ионосфере. И если в ту область ионосферы, где «хозяйничает» мощная радиоволна, излучаемая одной станцией, попадает «мимоходом» волна другой радиостанции, то интенсивность ее сигналов будет меняться под влиянием поля первой волны. В результате мощная радиостанция «отпечатает» свою программу на волне другой станции.

Связисты ищут способы борьбы с кросс-модуляцией, применяя специальные антенны с «прижатыми» к Земле диаграммами направленности излучения, а также подбирая время работы радиостанций и их длины волн так, чтобы избежать взаимных помех. Ученые, исследующие ионосферу, используют воздействие мощных радиоволн на ионосферу как очень эффективный инструмент для изучения ионосферной плазмы. Оказывается, нагревая ионосферу излучением мощного радиопередатчика, можно создать в ней искусственные неоднородности, облака, сделать радиозеркало «шероховатым» и изменить условия распространения радиоволн, отражающихся от этой области ионосферы. Это уже элемент «управления» средой, что открывает большие перспективы самых разнообразных практических применений.

В настоящее время радиофизики очень увлекаются экспериментами по нагреву ионосферы. Таким путем создается «решетка» неоднородностей с заданными свойствами, искусственная ионосферная турбулентность, открываются широкие возможности эксперимента в области физики плазмы и распространения радиоволн в космической плазме. Установки для воздействия на ионосферу мощным радиоизлучением, или, как их принято называть, «нагревные стенды», появились вблизи ракетных полигонов, стартовых площадок космических кораблей, мощных радаров некогерентного рассеяния. Они имеются сейчас и в Арктике, и на средних широтах, и вблизи экватора. Очень перспективны активные эксперименты не только в ионосфере, но и в магнитосфере. Они должны помочь разобраться в том, как исчезают частицы из магнитосферы, и глубоко проникнуть в процессы взаимодействия магнитосфера — атмосфера.

Раз мы заговорили об искусственном воздействии человека на ионосферу, то надо сказать, что мы сейчас обладаем техническими возможностями создать искусственную ионосферу с очень большой плотностью свободных электронов и даже использовать ее для радиосвязи. Конечно, эта ионосфера не будет иметь глобальных масштабов. Ее горизонтальные размеры — несколько сот метров, может быть, километры, не больше. Время жизни такой ионосферы — минуты, максимум часы. Но зато ее можно сделать в нужном месте, на нужной высоте, использовав для отражения — раз электронная концентрация велика — диапазон УКВ. В этом диапазоне радиоволн информацию можно передавать в тысячи раз быстрее и в десятки тысяч раз большем объеме, чем в диапазоне, скажем, длинных волн.

Чтобы создать искусственную ионосферу, достаточно взорвать в реальной ионосфере небольшую стальную канистру, наполненную цезием в смеси с натрием и алюминием. Можно также выбросить в ионосферу несколько килограмм окиси азота или чрезвычайно активного щелочного металла, калия. Доставить эти вещества на высоту 100—120 км может геофизическая ракета. В любом случае в ионосфере возникает сферическое облако ионизированного газа диаметром в сотни метров.

Оно будет быстро расширяться и, если будут созданы соответствующие условия, просуществует от нескольких десятков минут до нескольких часов. За это время можно передать на метровых и сантиметровых волнах огромное количество информации. Конечно, передающие и приемные антенны на концах радиотрассы должны быть заранее направлены в точку отражения, где планируется создать ионизированное облако.

Сгоревшие в нижней ионосфере метеоры тоже создают протяженный ионизированный след. Нельзя ли его использовать для связи? Ведь луч радиолокатора отражается от метеорного следа, что дает возможность измерить его перемещение под действием ионосферного ветра. В принципе, конечно, можно. Но есть и свои трудности. Метеоры появляются совершенно случайно., ионизированные следы существуют всего несколько секунд, быстро рассеиваются под действием сильных ветров в метеорной зоне. Казалось бы, невозможно строить системы связи на столь зыбкой основе.

Но тут на выручку приходит закон больших чисел. Метеорная ионизация продолжается мгновения, но зато метеорных тел много — за сутки их проходит десятки миллиардов. Можно сказать, что наша планета находится под непрерывным метеорным ливнем, который не прекращается ни днем, ни ночью, ни зимой, ни летом, ни в Арктике, ни в пустыне Сахаре. Наблюдения показали, что радиолокаторы каждую минуту регистрируют в среднем два-три долгоживущих (около секунды) метеорных следа, созданных случайными метеорами. В периоды интенсивных метеорных потоков, когда орбита Земли проходит сквозь сравнительно плотный поток метеорного вещества (например, в августе), ионизированных следов становится значительно больше. Три — пять секунд в течение каждой минуты — это не так уж мало для современных быстродействующих систем связи, передающих несколько тысяч слов в минуту.

Задача состоит в том, чтобы метеорное радиозеркало появилось точно в том месте, которое обеспечит такое отражение сигнала, посланного передатчиком, что радиолуч попадет в приемную антенну. Расстояние между антеннами — тысячи километров, а их размеры — несколько метров. И точность прицеливания должна быть высокой. А метеор — не ракета, его не пошлешь в расчетную точку. Значит, надо создать «следящую» систему, которая будет непрерывно контролировать интересующую нас область ионосферы, и «ждать милости от природы» — не появится ли там ионизирован-ный след в нужном месте и с нужной электронной плотностью.

Линия связи постоянно находится наготове. И передатчик, и приемник готовы к работе, включены и настроены. Но для передачи сообщений она пока разомкнута. Как только в нужной точке появляется метеор, создающий сильно ионизированный след, он как бы замыкает всю систему, посылаемые передатчиком радиоволны отражаются, как солнечный луч от зеркала, резко возрастает мощность принимаемого сигнала, следящая система «выдает команду»: «Начать передачу». А информация уже давно накоплена, записана на магнитофон, закодирована специальным шифром. С огромной скоростью «выстреливается» она в эфир и столь же быстро записывается накопительным устройством в приемном пункте. Упала ионизация следа — другая команда: «Прекратить передачу». И давно уже исчез метеорный след, а в аппаратном зале приемного радиоцентра еще долго стучат телетайпы, расшифровывая «сжатую» информацию и преобразуя ее в обычный вид.

Включение и выключение аппаратуры происходит несколько раз в минуту, сообщения передаются отдельными порциями — то малыми, то большими, но для корреспондентов это незаметно. Связь действует непрерывно в обе стороны, как будто оба пункта соединены проводами.

Метеорная радиосвязь на УКВ очень перспективна. У нее много преимуществ: не требуются мощные передатчики, антенны имеют несложное устройство, связь устойчива, так как распространение УКВ почти не зависит от изменчивости ионосферы. На одной и той же волне, с одной и той же антенной можно работать в любое время года, в любое время суток. Особенно ценен такой вид связи в полярных широтах, где коротковолновая радиосвязь в периоды магнитно-ионосферных возмущений выходит из строя.

Не раз, говоря о расчетах радиолиний, мы подчеркивали необходимость исследования и постоянного контроля состояния ионосферы. Но как это сделать, каким инструментом измерить концентрацию электронов и ионов, частоту соударений и температуру, размеры ионосферных неоднородностей и скорость ветра?


Казимировский Э. С.

 

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: