Техника - молодёжи 1980-02, страница 51
«ЛЕД» ПРОСВЕЧИВАЕТ ЛЬДИНЫВПЕРВЫЕ НАД ПОЛЮСОМ Ясным весенним утром 5 мая 1937 года с аэродрома острова Рудольфа стартовал самолет, пилотируемый опытным полярным летчиком П. Головиным. Пять часов длился тяжелый полет в неведомое, к таинственной « макушке» земного шара — Северному полюсу. Пройдя над ним, Головин развернулся и направился «домой». Садился самолет с неработающими моторами, кончился бензин. Во имя чего же был совершен этот подвиг? Формулировка полетного задания была ясной и краткой: «Выяснить, имеются ли в районе полюса ледяные поля, пригодные для посадки тяжелых самолетов». Другими словами, Головин летал в разведку перед высадкой папанинцев. Как же вел ее экипаж П. Головина? Обратимся к воспоминаниям бортрадиста Н. Стромилова: «Проходим 85-й градус. Под нами, насколько хватает видимости, расстилаются ледяные поля. Лед толстый. С высоты полутора тысяч метров хорошо видны торцы стоящих почти вертикально обломков ледяных полей. Однако ровных ледяных полей больше». Но с 88-го градуса северной широты облака совершенно закрыли от наблюдателей поверхность океана: «16 часов 23 минуты Мы над полюсом. Я приникаю к иллюминатору. Под нами море облаков...» Вот так «тучки небесные, вечные странники» помешали пилотам отыскать на самом полюсе пригодную для посадки льдину, однако вблизи него им удалось найти подходящие для этого поля и даже оценить их толщину (по высоте торосов). Поэтому с некоторой долей риска решение о высадке научной экспедиции «Северный полюс» было принято. ♦НА ГЛАЗОК» ИЛИ ПО НАУКЕ? С того памятного дня прошли десятилетия, но визуальный метод ледовой разведки долгое время оставался основным, если не единственным. И летчикам приходилось только гадать: выдержит ли лед немалый вес самолета? Знать толщину льда необходимо не только пилотам, но и морякам. Где лучше всего проложить курс каравана судов, можно ли выгрузить на прибрежный лед доставленные с Большой земли грузы? Точный ответ на эти и многие другие вопросы обязана дать ледовая разведка. «Позвольте, — спросит читатель, — нельзя же в наши дни определять толщину льда исключительно по косвенным признакам и интуиции. Не пора ли обратиться к научным методам. Почему бы не попытаться пронзить лед... радиоволнами?» Эта мысль, надо сказать, давно уж не дает покоя ученым. Они опробовали радиоинтерференционный метод при изучении ледников и замера уровня грунтовых вод в пустынях. Исследовали так и земную поверхность, изучая поля распространяющихся вдоль нее низкочастотных радиоволн. Однако невысокая точность измерений не позволяла принять эти способы на вооружение. Более перспективной оказалась радиолокация, с помощью которой советские и зарубежные ученые сумели прозондировать ледники Антарктиды. Радиолокационное исследование покрова Земли почти не отличается от традиционного метода обнаружения объектов, отражающих радиоволны. Передатчик локатора излучает короткие радиоимпульсы. Достигая объекта, они частично отражаются от границы раздела веществ с разными электрическими свойствами (электропроводностью, диэлектрической проницаемостью), существующей, например, «на стыке» сухой и насыщенной грунтовыми водами почвы, льдом и водой и т. п., и возвращаются к приемнику. В интересующем нас случае есть две четкие границы: воздух — лед и лед — вода. Зондирующий импульс, попав на первую из них, разделяется на два луча: один проходит границу, второй отражается. Но луч, проникший в толщу льда, частично отражается и од1 нижней границы (лед — вода). Если лед не полностью поглощает энергию радиоволн, возникает множество отраженных лучей. Некоторые из них вырываются на свободу, чтобы вернуться к приемнику. Зная скорость распространения радиоволн во льду, время прохода первого и второго сигналов, учтя, что последнему пришлось дважды — туда и об Иван КАЗАНСКИЙ, инженер ратно — пронизать лед, оператору остается только рассчитать его толщину. Правда, льды Антарктиды пресные, а расстояние от «дна до покрышки» измеряется в километрах. Это выгодно исследователям, ведь пресный лед обладает низкой электропроводностью, значит, он «прозрачен» для обычных радиоволн высоких частот. Кроме того, при километровых дистанциях время запаздывания второго отраженного сигнала достаточно велико, чтобы определить его с высокой точностью. ТРУДНОСТИ И СЛОЖНОСТИ А вот когда ученые попробовали определить коэффициент отражения соленого, арктического льда, то с удивлением обнаружили, что сигнала, отраженного от границы лед— вода, на низких и высоких частотах... нет! Зато поймали максимум такого сигнала на частотах около 10 МГц. Оказывается, соленый лед, как любой хороший проводник электричества, поглощал высокочастотную энергию. На низких частотах импульс исправно отражался от верхней границы, «забивая» отраженный сигнал. Кроме того, эти свойства льда определялись и его возрастом — молодой лед соле-ней, — и температурой. Что и говорить, неприятный сюрприз! Выходит, обычные радиолокационные СВЧ-импульсы в данном случае не подходят. Но это еще не все. Установлено, что длительность импульса прямо пропорциональна толщине льда — чем он тоньше, тем короче должна быть посылка локатора, иначе отраженные от двух границ сигналы «наползут» друг на друга, и их нельзя будет различить. В таком случае для измерения полуметровой льдины потребуются зондирующие импульсы в... 7 наносекунд! Но получить радиоимпульс, то есть импульс синусоидальной формы с частотой, допустим, 10 МГц и длительностью 7 наносекунд, невозможно — сам период колебания оказывается большим. АНТЕННА НАЧИНАЕТ... ♦ЗВЕНЕТЬ» Нельзя сказать, что ученые не пытались разрешить технические проблемы радиолокации морского льда. Например, в 1960 году аме 48 |
