Физика в бою - В. Жуков

Однако инфракрасная техника имеет свои пределы. Хотя инфракрасное излучение проходит в условиях дымки через атмосферу значительно лучше, чем видимый свет (это связано с его длиной волны, большей по сравнению с размером рассеивающих частиц), через облака и туманы оно проникает не намного лучше, чем видимое. Таким образом, в условиях Земли инфракрасная техника не всепогодное средство. Пожалуй, это главный ее недостаток.

Другое дело космическое пространство. В печати отмечалось, что оно весьма благоприятно для применения инфракрасных приборов, так как здесь отсутствует ослабляющее излучение среды. Это позволяет более свободно выбирать спектральную область работы инфракрасных приборов. Образно можно сказать, что в космосе инфракрасные системы становятся «всепогодными», так как само понятие «погода» здесь отсутствует. Выходит, за пределами земной атмосферы могут быть принципиально реализуемы все преимущества инфракрасной техники: высокая разрешающая способность, простота устройства, малый вес, малые габариты по сравнению с аналогичными более громоздкими и мощными радиолокационными устройствами.

Прежде чем говорить о тех задачах, которые могут быть решены с помощью инфракрасной техники в космосе, остановимся коротко на физических принципах устройства некоторых описанных в зарубежной литературе типичных инфракрасных систем.

Каждая инфракрасная система конструируется для решения определенной задачи. Элементы системы выбираются так, чтобы получить оптимальные условия ее работы в данной спектральной области с максимальной чувствительностью, высокой разрешающей способностью, с учетом характеристик источника излучения, который нужно обнаружить, и вида информации, которую система должна выдавать.

Многие инфракрасные системы пассивные; иными словами, они только принимают излучения от цели. Такие устройства содержат следующие элементы: оптическую систему, приемник или чувствительный элемент, а также электронное устройство для усиления и логической обработки полученного сигнала. Оптические системы большинства инфракрасных устройств состоят из комбинаций линз, зеркал и фильтров и служат, главным образом, для того, чтобы собрать и сфокусировать на приемный элемент поток инфракрасного излучения, приходящий от цели. Наличие фильтров в оптической системе обусловливается необходимостью ограничить нежелательное влияние излучений фона или посторонних источников и тем самым выделить излучение цели.

Один из центральных элементов любой инфракрасной системы — приемник лучистой энергии или чувствительный элемент. Говоря о нем, следует подчеркнуть особую роль физики полупроводников и ее исключительное влияние на инфракрасную технику вообще и на военную инфракрасную технику в частности. В послевоенные годы развитие исследований в области физики твердого тела и полупроводников, а также возросшая роль научного, промышленного и военного применения инфракрасной техники привели к появлению разнообразных чувствительных элементов, область использования которых непрерывно расширяется. Но задача любого приемника инфракрасного излучения — преобразование энергии излучения в электрический сигнал.

Наиболее известные приемники инфракрасного излучения — полупроводниковые фотосопротивления, термоэлементы, болометры, термисторы, термостолбики. Многие из этих приемников работают при комнатной температуре. Некоторые имеют высокую чувствительность лишь при глубоком охлаждении. Рабочая температура многих инфракрасных приемников излучения достигает температуры жидкого азота (77°К), а порой и жидкого гелия (4°К). Таким образом, их применение связано со специфическими вопросами физики низких температур. Выбор приемника инфракрасного излучения производится так, чтобы получить наибольшую чувствительность устройства в заданной спектральной области.

Сигнал с выхода приемника обычно невелик. Для того чтобы извлечь из него информацию и использовать ее, необходимо усилить сигнал и преобразовать его. Это достигается с помощью специальных электронных систем, состоящих из предусилителей, усилителей, устройств формирования и декодирования импульсов, схем совпадения, обратных связей и других. Регистрирующие устройства инфракрасных систем различны. Они определяются целевым назначением самой системы. Для систем тепловой разведки местности регистрирующим устройством может быть электроннолучевая трубка, на которой создается изображение. Для самонаводящихся снарядов выходное устройство — рули управления. У многих систем выходным устройством служит электронное логическое устройство, преобразующее первоначальный сигнал в полезную информацию.

В последние годы зарубежные специалисты пытаются использовать инфракрасные системы и для таких целей, как обнаружение и уничтожение баллистических ракет и спутников в полете, для разведки наземных объектов из космоса по их инфракрасному излучению. Какие выгоды и преимущества, по их мнению, сулит применение инфракрасной техники для выполнения подобных задач?

Как известно, межконтинентальные баллистические ракеты имеют скорость полета, соизмеримую с первой космической скоростью, равной примерно 8 км/сек. Это обстоятельство делает непригодными для их перехвата обычные системы противовоздушной обороны, предназначенные для заблаговременного обнаружения самолетов. При противоракетной обороне дорога буквально каждая секунда. Но с помощью активного радиолокатора большой чувствительности, как считают зарубежные специалисты, можно обнаружить головную часть ракеты лишь примерно за 15 минут до ее падения. Это объясняется тем, что дальность действия активных радиолокаторов ограничена «радиолокационным горизонтом»: без учета искривления луча вследствие рефракции в атмосфере можно считать, что луч радиолокатора распространяется по касательной к поверхности Земли (рис. 16). Таким образом, при помощи активного радиолокатора во многих случаях невозможно обнаружить ракету непосредственно в момент ее запуска. При этом большой участок траектории ракеты остается вне поля обзора радиолокатора. Это значительно сокращает время на вычисление координат точки падения головной части и подготовку антиракеты для ее перехвата. Возникает необходимость создания систем для обнаружения баллистических ракет как можно ближе к точке старта.

Рис. 16. Раннее обнаружение баллистических ракет (радиолокационные станции не обнаруживают ракету за радиолокационным горизонтом. Спутник по проекту должен обнаружить ракету по инфракрасному излучению в момент старта)

В качестве примера попытки решения подобной задачи можно привести разработанный в США спутник раннего обнаружения баллистических ракет «Мидас», оснащенный инфракрасной аппаратурой. Первый запуск военного искусственного спутника «Мидас» был осуществлен 25 февраля 1960 г. После этого запуски спутников «Мидас» производились в течение ряда лет. Сообщалось, что с помощью искусственного спутника Земли «Мидас IV» была обнаружена по излучению факела двигателей специально запущенная с полигона мыса Канаверал (Кеннеди) ракета «Титан». Обнаружение произошло через 90 сек. после ее запуска на высоте 60 км над поверхностью Земли. По заявлениям иностранной печати, подобный спутник раннего обнаружения баллистических ракет якобы может обнаружить их через минуту после старта в любой точке земного шара, а слежение за ракетами со спутников возможно примерно в течение 5 мин., пока работают двигатели ракеты. Однако для боевого использования, по мнению зарубежных специалистов, должна быть создана целая система таких спутников, вращающихся вокруг Земли.

В тропосфере и стратосфере, где проходит активный участок траектории баллистической ракеты, всегда присутствуют водяные пары и углекислый газ. Они поглощают инфракрасные лучи неравномерно на различных длинах волн, т. е. селективно, избирательно. Поэтому атмосфера для некоторых длин волн как бы «абсолютно черный», непрозрачный фильтр.

Чувствительный элемент аппаратуры, установленный на спутниках «Мидас», например, не реагирует на излучение заводов, фабрик, пожаров, костров и других источников, расположенных «на дне» атмосферы, а также и на излучение самой ракеты до тех пор, пока она не вылетит выше плотных слоев атмосферы. Считают, что обнаружение ракеты будет происходить на высотах более 15 км.

Последние сообщения печати показывают, что американские специалисты продолжают вести разработки в целях усовершенствования спутниковой системы раннего обнаружения баллистических ракет. Для этого наряду с беспилотными спутниками они используют пилотируемые космические аппараты. Так, в декабре 1965 г. американские космонавты совершили групповой полет на космических кораблях «Джеминай-6» и «Джеминай-7». В программу полета наряду с другими экспериментами был включен опыт чисто военного характера, который Пентагоном был лицемерно назван «техническим экспериментом». Космонавты с помощью специальной бортовой инфракрасной аппаратуры, размещенной на космическом корабле, должны были измерить характеристики инфракрасного излучения факела двигателей межконтинентальной баллистической ракеты. С этой целью в момент пролета космонавтов над ракетной базой была запущена трехступенчатая межконтинентальная ракета «Минитмен». Ясно, что полученные во время этого эксперимента данные носят чисто военный характер и не имеют никакого отношения к мирному освоению космического пространства.