Валерий Родиков - Приключения радиолуча
По инфракрасному излучению деталей различных устройств (например, двигателей или электронной аппаратуры) можно обнаружить места даже мизерных местных перегревов (до 0,01ºС). При помощи инфракрасной фотографии удается прочитать надписи и обнаружить отпечатки пальцев, которые не видны глазом, а также выявить картины, скрытые под слоем краски.
В военном деле инфракрасная техника применяется широко. Теплопеленгаторы определяют направления на корабли, самолеты, танки и другие цели, представляющие собой нагретые тела. Они могут обнаруживать объекты и по отрицательному тепловому контрасту, например ледяные айсберги на фоне океана. Некоторые виды ракет, в частности противовоздушная американская «Стингер», снабжены инфракрасными головками самонаведения. Для обнаружения подводных лодок используется тепловой контраст кильватерного следа. Инфракрасные приемники, размещенные на спутниках, применяются для контроля за ядерными взрывами, для обнаружения запусков баллистических ракет и космических аппаратов.
Освоение космоса открыло новые области применения инфракрасной техники. К ним можно отнести прогнозирование погоды на Земле, связь в космосе, поиск жизни на других планетах, обследование ресурсов Земли, обнаружение лесных пожаров, ориентацию космических аппаратов, слежение за ракетами и спутниками…
Широкое поле деятельности для тепловизоров (так иногда называют приборы, преобразующие инфракрасное излучение нагретых тел в видимое) предоставляет медицинская диагностика. С помощью этих приборов можно получить «тепловой портрет» пациента.
Когда мы говорим, что у нас температура 36,6 градуса, это совсем не значит, что такая температура повсюду на нашем теле. Оказывается, на различных участках поверхности тела она неодинакова и меняется в зависимости от нашего состояния.
Распределение температуры у каждого пациента индивидуальное. Вместе с тем существуют температурные распределения и контрасты, типичные для человека. В частности, одна из важнейших закономерностей — симметрия «теплового портрета». На регистрации отклонений от специфических температурных контрастов, на выявлении нарушений симметрии тепловых изображений тела человека и основывается тепловизионная диагностика. Отклонения от типичных распределений и контрастов температур связаны с заболеванием органов и тканей, прилегающих к кожному покрову. Есть предположения, что температуры определенных мест на поверхности тела человека через кровеносную и нервную системы связаны с состоянием внутренних органов. По перепадам температур, которые могут составлять как доли, так и единицы градусов, устанавливается диагноз.
Этот метод отличается абсолютной безопасностью, простотой и быстротой обследования, отсутствием каких бы то ни было противопоказаний.
Перечисленные примеры, конечно, не исчерпывают всех областей использования инфракрасных лучей, но дают представление об их больших возможностях.
КРАЙНЕ НИЗКИЕ… ГИПЕРВЫСОКИЕ
И наконец, последний диапазон электромагнитных волн — радиоволны. Самые короткие из них граничат с инфракрасными, а частота колебаний самых низких частот достигает трех герц, что соответствует длине волны в сто тысяч километров. От долей миллиметра до ста тысяч километров — вот сколь разные по длине волны, а следовательно и по особенностям их поведения обобщены одним словом «радиоволны».
Чтобы как-то разграничить их, Международный комитет по радио разделил радиоволны на 12 диапазонов и каждому дал два равноправных названия: по частотному признаку и по метрическому (когда за основу классификации берется единица измерения длины — метр).
Если идти по частотному спектру снизу, от нуля, то первый диапазон начинается с трех герц и кончается 30 герцами, или в длинах волн от 100 тысяч до 10 тысяч километров. Это диапазон крайне низких частот (КНЧ), или декамегаметровых волн. Их длина, как мы видим, сравнима с размерами земного шара, поэтому, чтобы излучать их, нужны и антенны космических размеров. Пока диапазон используется только в научных целях. Ученые выступают здесь в качестве наблюдателей: фиксируют радиоволны, которые возбуждаются в огромном резонаторе, образуемом Землей и ее ионизированной оболочкой — ионосферой. Порождают декамегаметровые волны молнии, вспышки солнечной активности и другие возмущения.
Второй диапазон — сверхнизкие частоты (СНЧ) — простирается от 30 до 300 герц или от 10 тысяч до тысячи километров. Его метрическое название — мегаметровый. Он используется для связи с подводными лодками. Конечно, речь передать нельзя: слишком уж узок Диапазон — всего 270 герц, а для передачи речи нужна полоса частот по крайней мере раз в 10 больше. Но приходится мириться: такие многокилометровые волны в отличие от более коротких слабо затухают в воде.
Американские инженеры разработали систему связи для передачи на подводные лодки команд только из трех знаков, в которых содержится информация о времени и безопасном месте всплытия лодки на перископную глубину для поднятия на поверхность выдвижной антенны, чтобы получить более подробные инструкции через спутник связи. Передача команд ведется на длине волны примерно 4000 километров. На однократную передачу сообщения уходит около пяти минут. Антенной служат участки земной поверхности длиной в десятки километров. Из одного миллиона ватт мощности передатчика в эфир уходит всего лишь два ватта, а остальная мощность рассеивается в земной коре. Правда, у сверхнизкочастотной системы появился в последнее время удачливый соперник — лазерная спутниковая связь. Оказалось, что луч сине-зеленого лазера способен проникать под воду на глубину до 200 метров.
Пройдем один, пока «неинтересный» для практики диапазон — инфранизких частот (ИНЧ), простирающийся от 300 до 3000 герц, или, по-иному, гектокилометровые волны: от 1000 до 100 километров.
Следующий, четвертый диапазон, — очень низкие частоты (ОНЧ) — от 3 до 30 килогерц. Метрическое его название — мириаметровые волны. Их длина от 100 до 10 километров. Раньше они назывались сверхдлинными волнами.
Это рабочий диапазон. Хотя у него еще все те же недостатки, что и у предыдущих трех — нужны огромные антенны, большие мощности, малая скорость передачи данных, сильные атмосферные помехи, но сказываются они уже в меньшей мере. Зато преимущество сохраняется. Радиоволна мириаметрового диапазона, огибая Землю, достигает противоположной точки на поверхности нашей планеты. И главное — условия распространения стабильны. Не зависят от времени суток, мало подвержены капризам ионосферы, к которым чувствительны более короткие волны. Диапазон используется для глобальной связи с объектами, находящимися на любом удалении от передатчика, в том числе и с подводными лодками в погруженном состоянии, в общем, когда надо передать очень небольшое количество важной информации с очень высокой надежностью на очень большое расстояние. Кроме того, из-за стабильности условий распространения ОНЧ на них передаются сигналы точного времени, эталонных частот, сигналы радионавигационных систем. Раньше этот диапазон был более оживлен: здесь работало поколение доламповых передатчиков. Как видим, чем короче длина волны, тем более информативным становится диапазон.
Далее идут всем нам знакомые названия диапазонов: длинные (от 10 до 1 километра), средние (от 1000 до 100 метров), короткие (от 100 до 10 метров) волны. По современной классификации они соответственно звучат так: низкие частоты, или километровые волны, средние частоты, или гектометровые волны, и высокие частоты, или декаметровые волны.
Участок от 3000 до 800 метров отдан под длинноволновое радиовещание. Здесь можно слушать первую программу Всесоюзного радио. Большинство местных радиостанций тоже работают на длинных волнах. Когда-то диапазону прочили большое будущее, но оказалось, что выгоднее вести передачу на более коротких волнах.
Средние волны на шкале нашего приемника занимают участок от 600 до 200 метров. В самой нижней части — на волнах около 600 метров передаются сигналы бедствия SOS. Любые другие передачи на этой волне запрещены. Вечером диапазон средних волн буквально забит, а днем тут поймаешь лишь две-три станции. Причиной тому поведение ионосферы — ионизированной оболочки нашей планеты. Она несколько напоминает слоеный пирог. Слои в ионосфере — это области, где наблюдается максимумы ионизации. Обозначают их латинскими буквами D, E, F. Слой D — самый нижний, занимает высоты от 60 до 90 километров. Его порождает солнечная радиация. Концентрация ионизированных частиц в слое D не столь велика, чтобы отразить средние (и тем более короткие) волны и направить их обратно к Земле, зато поглотителем средних волн он служит отменным.
Именно слой D и уничтожает днем так называемую ионосферную волну, а земная, или поверхностная, волна распространяется вдоль земли на небольшие расстояния. Поэтому и слышны днем на средних волнах лишь местные станции. С наступлением сумерек слой D начинает исчезать и в приемник врывается ионосферная волна. Ее и называют ионосферной оттого, что не сразу она попадает в приемник, а отразившись от ионосферы, от слоя Е, который существует круглосуточно. Дальность приема в ночное время резко возрастает.
