На передних рубежах радиолокации

Модернизацию станции, как я уже сказал, вели во всех возможных направлениях. На следующем этапе испытаний, осенью, зарядили дожди, условия ухудшились: порой сплошная пелена закрывала картинку, отметки, только что просматриваемые, заплывали и переставали различаться. Вспомнили о структуре дождя при радиооблучении. Капля при слабом дожде могла быть представлена в виде сферы, а облучение такой идеальной сферы, заполненной водой, на радиочастотах изучалось ещё в начале ХХ века, вскоре после изобретения радио. Если говорить о радиолокационном обратном рассеянии, его величина зависит от отношения длины окружности сферы к длине волны. Различают три области: низкочастотная или релеевская, где длина окружности сферы меньше длины волны, резонансная или область Ми, где указанное отношение лежит между 1 и 10, и оптическая область (>10). Мы работали в основном в области, которую называли областью Ми, по имени немецкой учёной G. Mie, которая впервые провела анализ рассеяния атмосферы[9]. Из-за интерференции волн указанная выше зависимость имеет в этой области характер затухающего колебательного процесса. Рассеяние идеально проводящей сферы изотропно, т. е. не зависит от угла облучения и стремится (на высоких частотах) к площади проекции сферы. Однако наиболее важно то, что сфера является изотропной и в поляризационном смысле, что означает отсутствие деполяризации при отражении. Например, при облучении сферических капель дождя волной с круговой поляризацией отраженная волна будет также иметь круговую поляризацию, при этом она приобретает для антенны обратное направление вращения.

Эти факты послужили для Е. Н. Майзельса толчком к проведению большой экспериментальной работы по измерению диаграмм рассеяния тел вращения, а затем и тел произвольной формы (конечных размеров). Примерно в те же годы в связи с запросами разработчиков РЛС крупный специалист в области электродинамики Л. А. Вайнштейн принял решение открыть серию работ по теории дифракции на телах сложной формы. Эта работа в дальнейшем была поручена тогда молодому инженеру, а впоследствии соавтору технологии Стелс П. Я. Уфимцеву. Он проводил расчёты на выпуклых металлических телах, поверхность которых имеет изломы (рёбра), а размеры – превышающими длину волны.

Свои эксперименты Е. Н. Майзельс имел возможность проводить при различных поляризациях облучающей волны, в связи с чем у него накапливались обширные экспериментальные материалы не только по отражениям от различных объектов, но и по поляризационной их структуре. Вопросы деполяризации отражённых сигналов изучал и П. Я. Уфимцев.

Выводы из своих экспериментов Е. Н. Майзельс неоднократно обсуждал с Г. Я. Гуськовым, в результате чего было принято решение о новых технических подходах к проектированию антенной системы и о доработке станции «Лес». Всё это позволило существенно повысить энергетический потенциал станции и вложиться в технические нормы, оговорённые заказчиком, а в некоторых случаях даже их превзойти. Новаторский подход к возникшим проблемам и принятые решения уверенно продвигали станцию «Лес» к успешному финалу. Суть проведённых тогда нововведений состояла в следующем.

Выше было сказано, что при отражении волны от идеально проводящей сферы деполяризация отсутствует (о поляризации см. гл. 7). Следовательно, при облучении сферических капель дождя волнами круговой поляризации, скажем, с правым вращением, отражённая волна также будет иметь круговую поляризацию с правым вращением, при этом относительно антенны как источника первичного излучения направления вращения отраженной и падающей волн оказываются противоположными. Вместе с тем известно, что антенны РЛС удовлетворяют принципу взаимности и в поляризационном смысле, т. е. антенна принимает волну той же поляризации, что и излучаемая волна. Поэтому волна, отражённая от сферической капли дождя, в идеальном случае в приёмник РЛС не попадает. Степень отклонения капли дождя от сферической формы определяется интенсивностью осадков[10]. В реальных условиях вместо круговой поляризации принимается эллиптически-поляризованная волна, а ослабление отражений от дождя в антенне, зависящее от параметров эллиптичности волны, лежит в пределах 15–30 дб.

Как же Е. Н. Майзельс решил задачи преобразования линейно-поляризованной волны специализированной антенны в волну с круговой поляризацией?