Радиолокация (Краткая предыстория)

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

Радиолокация (Краткая предыстория)

Принципиально новые виды военной техники, появившиеся во время войны: атомная бомба, радиолокаторы и ракеты потребовали комплексного системного подхода в научных разработках и организации производства во всех странах, где они создавались. В электронной аппаратуре крупномасштабная организаторская деятельность была тем более нужна в связи с переходом от разрозненных аппаратов или устройств к созданию больших систем, где они связывались воедино для совместной работы. В этом системном проектировании был неоценим опыт аналогичных электромеханических систем с оптическими средствами наблюдения, какими были ПУС и ПУАЗО.

Для создания радиоэлектронной аппаратуры с нужными военным тактико-техническими характеристиками и устойчивой к неблагоприятным окружающим условиям решения чисто конструктивных проблем было недостаточно. Требовались совершенно новые классы радиокомпонентов и не только активных, но и пассивных. Для развертывания массового производства средств радиолокации была необходима организация производства унифицированных высоконадежных сопротивлений, конденсаторов, штепсельных разъемов, переключателей, высокочастотных кабелей и др. и, конечно же, электровакуумных приборов.

За рубежом уже в середине тридцатых годов проходила специализация производств в различных областях электроники. Число фирм, производящих радиоприемники, сокращалось, а фирм, производящих радиокомпоненты, росло. Владельцы первых, как правило, не имели ни технической базы, ни экономических предпосылок оплачивать исследования и разработку деталей радиоаппаратуры, необходимых им в каждом конкретном случае. Они не могли конкурировать со специализированными фирмами, которые получили широкий рынок сбыта. Даже при высоком уровне электронной промышленности развертывание широкомасштабного производства радиотехнических средств СВЧ диапазона для военных целей потребовало огромных усилий. А ведь в Соединенных Штатах Америки в 1940 году одних только радиовещательных приемников выпустили более восьми миллионов штук (почти в 60 раз больше, чем в СССР), и среди них четверть автомобильных.

Своим появлением радиолокация обязана развитию средств борьбы в воздухе и на море. Первые системы радиообнаружения самолетов создавались с использованием метода биений. В этой аппаратуре передатчик и приемник разносились на значительное расстояние друг от друга. Передача велась незатухающими колебаниями, а приемник фиксировал флуктуирующие сигналы (биения), когда самолет пролетал сквозь завесу, созданную радиоволнами. Сегодня любой телезритель за городом, имеет "удовольствие" при близком пролете самолета наблюдать картину биений в виде полос на экране своего телевизора. Разработки по этому направлению в США начались еще в начале 1931 года. В нашей стране одним из первых проблемой радиообнаружения занялось Управление ПВО РККА для службы ВНОС (воздушное наблюдение, оповещение, связь). Начало этих работ приходится на 1933 год и связано с именем П. К. Ощепкова. В 1936 году наши специалисты ознакомились с описанием патента немецкой радиофирмы "Телефункен" на аналогичную аппаратуру. Необходимость разноса передатчика и приемника резко ограничивала возможности этого метода на суше и делала его неприменимым на море, и от подобных практически стационарных систем быстро отказались. НИИИС РККА все-таки довел это направление до аппаратуры "Ревень", которая под наименованием РУС-1 (радиоулавливатель самолетов — первый) в 1940 году была принята на вооружение для охраны воздушного пространства государственной границы.

Американские изобретатели радиолокатора Юнг и Тейлор тоже какое-то время занимались методом биений, но затем Юнг предложил Тейлору опробовать импульсный метод. Первоначальное предложение Юнга удовлетворяло пяти соображениям, сочетание которых собственно и отличает радиолокацию от других методов. Вот они:

- электромагнитное излучение на высоких частотах можно использовать для обнаружения и определения местоположения удаленных отражающих объектов;

- излучение должно вестись импульсами длительностью в несколько микросекунд с промежутками между импульсами во много раз большими длительности самих импульсов;

- отраженные объектами импульсы можно принять и воспроизвести с помощью приемной аппаратуры, находящейся в месте излучения;

- расстояние до отражающего объекта можно определить через измерение времени, которое затрачено на распространение импульса до "цели" и обратно, и, наконец;

- направление на объект может быть определено с помощью остронаправленных антенн.

Работа над импульсным радиолокатором была начата 14 марта 1934 года (как раз в момент окончания командировки А.И. на фирму "Сперри") с закупок серийных осциллографических трубок и супергетеродинного приемника. Первый образец с длиной волны излучения около 10 м их повторения 3725 Гц обеспечил дальность действия на море в 35 км. Эта система была введена в действие в апреле 1936 года, а уже через три месяца началась эксплуатация радиолокатора меньших размеров с длиной волны 1,5 м, и был успешно испытан антенный переключатель, что позволило использовать общую для приема и передачи антенну.6 Эти два быстро последовавших друг за другом усовершенствования позволили установить радиолокатор на корабле для испытаний на море, которые успешно прошли в апреле 1937 года.

В Англии организатором разработки радиолокационного оборудования стал Роберт Э. Уоттсон-Уатт, который в начале своей карьеры был преподавателем физики в университетском колледже Данди. Возглавляемый им отдел радио в Национальной физической лаборатории был в этой области ведущим. Перед Уотсоном-Уаттом стояла та же важная проблема, что и перед американцами, — как модулировать импульсами передатчик большой мощности. Ему удалось решить ее, и технические характеристики первого же варианта оборудования, разработанного в его лаборатории, оказались настолько хорошими, что после успешной демонстрации в начале 1935 года Уоттсон-Уатт получил денежные средства, позволившие ему организовать опытное производство. К концу 1936 года Министерство авиации построило цепь из пяти РЛС, разнесенных на 40 км друг от друга. Эта цепь сыграла важнейшую роль в начальном периоде войны.

Лаборатория Уотсона-Уатта выросла в Научно-исследовательский институт радиолокации Великобритании, находившийся под его же началом, и вскоре здесь была создана пригодная для использования в военной аппаратуре и относительно технологичная для производства конструкция магнетрона, высококачественной электронной лампы, которая генерировала СВЧ-энергию с длиной волны 10 см. Это был революционный шаг, позволивший создать высокоточные локаторы для станций орудийной наводки, а несколько позднее малогабаритные бортовые радиолокаторы для истребителей.

В июле 1940 года немцы начали массированные воздушную войну против Великобритании, сосредоточив для этого 2500 бомбардировщиков и истребителей. ВВС Великобритании могли противопоставить этой воздушной армаде только 900 истребителей, но зато могли наводить их на германские самолеты по данным радиолокационного наблюдения. Потери немцев росли с каждым днем, в один из дней сентября они потеряли 185 самолетов, и к концу октября 1940 года "Люфтваффе" вынуждены были отступить.

Радиолокация почти внезапно перешла от ранней стадии к периоду зрелости и помогла ВВС Великобритании выиграть битву за Британию.

Однако даже при высокоразвитой радиопромышленности решить задачи ускоренного оснащения армии и флота средствами радиоэлектронного вооружения, особенно радиолокационными, ни США, ни Великобритания в одиночку не смогли. Потребовалось объединение огромных материальных и денежных ресурсов Соединенных Штатов с научными ресурсами Англии. В 1940 году при взаимном обмене в области радиолокации США получили уникальный английский магнетрон, а англичане — американский антенный переключатель, без которого они были вынуждены оснащать свои станции отдельными антеннами на передачу и прием.

Со стороны американского правительства были приняты радикальные меры. Одной из главных организационных мер по оснащению вооруженных сил радиолокационной техникой стало создание в конце лета 1940 года Национального научно — исследовательского комитета по вопросам обороны. Комитетом была проведена беспримерная для США мобилизация научных кадров на государственные нужды в специально созданные новые исследовательские центры. Хотя в стране уже была проделана некоторая работа по длинноволновой радиолокации, область СВЧ-радиолокации была совершенно не изучена, и необходимо было почти с нуля создать новый центр по радиолокационным исследованиям. Им стала Лаборатория излучения Массачусетского технологического института, где благодаря тесному содружеству ученых, производственников и военных была успешно проведена разработка радиолокатора на сантиметровых волнах.

Чтобы сберечь дефицитные материалы, в США был прекращен выпуск стандартных радиовещательных передатчиков. Было сокращено производство электронных ламп и катодно-лучевых трубок, а выпускать стали лишь несколько их стандартных типов, предназначавшихся для военных нужд. В результате деятельности комитета уже к началу 1941 года произошел быстрый скачок от выпуска простых вещательных радиоприемников к военной аппаратуре высокой точности, а уровень ее производства, несмотря на нехватку материалов, в конечном итоге вырос во много раз.

Итак, даже в США с их развитой радиопромышленностью, к тому же пока еще в условиях мира, организация производства совершенной радиолокационной техники проходила с большим трудом и требовала экстраординарных мер со стороны правительства.

И в нашей стране в военное время радиолокационная техника удостоилась первой обзавестись чрезвычайным правительственным органом — 04 июля 1943 года вышло постановление Государственного Комитета Обороны "О создании Совета по радиолокации при ГОКО" (в то время была принята именно такая аббревиатура, а не ГКО). Отныне термин "радиолокация" заменил слово "радиообнаружение". Отныне дело развития новой отрасли техники в разрозненных до этого организациях сосредоточивалось в едином правительственном органе, во главе которого стоял член высшего руководства, отчитывающийся непосредственно перед Сталиным и обладающий правом принимать быстро, без бюрократических проволочек оперативные решения, обязательные для всех независимо от ведомственной подчиненности. Отныне всеми вопросами наземной радиолокации ведал вновь созданный отдел ГАУ НКО (ранее этими вопросами занимались еще три управления НКО: военно-техническое, связи и ПВО), а морской — отдел спецприборов центрального аппарата Наркомата ВМФ.

Причины, побудившие ГКО к созданию Совета по радиолокации, восходят своими корнями к еще довоенному времени и общему состоянию радиопромышленности в СССР накануне войны и особенно в ее ходе. Поскольку дальнейшая судьба А.И. была целиком связана с этой отраслью, то попытаемся вкратце изложить основные ее вехи и характерные особенности.7

Как уже упоминалось, мировая электроника первоначально развивалась в основном применительно к электросвязи. В народном же хозяйстве СССР основное внимание уделялось проводной связи. Радиосвязь в гражданской сфере использовалась главным образом для передачи на большие расстояния, для чего создавались сверхмощные радиостанции. На местах разворачивалась дорогостоящая проводная радиосеть с репродукторами (такая сеть была создана только в двух странах: СССР и Германии). При этом выпуск бытовых радиоприемников в 1940 году составил только 140 тысяч штук, что для страны с двухсотмиллионным населением было ничтожно мало.

И в армии предпочтение явно отдавалось проводам, а для радио отводилась вспомогательная роль. Применение радиостанций для связи с самолетами и танками было очень ограниченным, не массовым. Так, в Московском военном округе на 1 января 1940 года радиостанции стояли только на 43 самолетах-истребителях из 583. В танковой роте радиостанцией был снабжен только командирский танк. В 1942 году командующий ВВС РККА отмечал в приказе, что 75 % вылетов советской авиации делается без использования радиостанций. Но и в то время они стояли только на командирских самолетах, а у остальных — приемники.

ВМФ обойтись без радиосвязи естественно не мог, и здесь еще в начале тридцатых годов был разработана целая система радиостанций для вооружения кораблей, но потребность в них была относительно невелика и погоды для промышленности не делала. Таким образом, формально радиостанции были, но было их столь мало и качество их было таково, что можно считать, что мы начали войну без радиосвязи и соответственно без заметной радиопромышленности.

Радиолокация, предъявляющая к электронике куда более сложные требования по качеству компонентов и их специфике, чем гражданская связная аппаратура, начинала свое развитие в нашей стране именно при таком уровне слаботочной промышленности, поэтому, несмотря на большой восьмилетний труд многих ученых и инженеров, развернуть серийное производство радиолокационных станций к началу войны не удалось.

Помимо задач по оснащению ВНОС, еще одним направлением работ по радиообнаружению самолетов было оснащение зенитной артиллерии. Занималось им ГАУ, и первоначально речь шла о наведении радиоаппаратурой прожекторов. Усилиями Центральной радиолаборатории Главного управления электрослаботочной промышленности в Ленинграде удалось в январе 1934 года провести первый успешный эксперимент по обнаружению гидросамолета, осуществлявшего взлет и посадку у побережья Финского залива. В дальнейшем к работам был привлечен Ленинградский электрофизический институт (ЛЭФИ). В 1935 году ЛЭФИ был слит с Радиоэкспериментальным институтом (РЭИ — директор А. М. Кугушев) и преобразован в Научно-исследовательский институт? 9 (НИИ-9, директор Н. И. Смирнов) НКТП. В РЭИ преобладали теоретические исследования общенаучного характер, а теперь новое руководство (научным руководителем стал М. А. Бонч-Бруевич, создатель Нижегородской радиолаборатории) разработало обширный план научно-исследовательских работ в интересах обороны и получило значительные средства на их выполнение. В этих планах радиообнаружение самолетов занимало видное место. Для дальнейшего усиления в 1936 году НИИ-9 был объединен с НИИ телевидения. В НИИ-9 была усилена вакуумная лаборатория, чтобы осуществлять не только разработку радиоламп дециметровых и сантиметровых волн, но и улучшать технологию мелкосерийного изготовления генераторных и приемных ламп, был создан хорошо оснащенный полигон в Островках для экспериментов с мощным электромагнитным излучением.

Достичь реального результата по главной проблеме, то есть создать надежную трехкоординатную станцию орудийной наводки институту не удалось, несмотря на массу великолепных попутных результатов (достаточно упомянуть лишь создание в многорезонаторных магнетронов Алексеевым и Маляровым, предвосхитивших работы англичан). Главной причиной неудачи представляется все-таки концептуальная ошибка М. А. Бонч-Бруевича в выборе непрерывного режима генерации, которому он упрямо следовал до конца жизни (в 1940 году), хотя ранее сам же проводил измерения границ облаков импульсным методом. Возможно, что сложности создания импульсного модулятора при существовавшем уровне промышленности показались ему слишком большими.

Создание экспериментальной импульсной установки радиообнаружения самолетов в 1036 году начал по заданию Управления ПВО РККА Ленинградский физико-технический институт (ЛФТИ), руководимый А. Ф. Иоффе. Первые испытания под Москвой 15 апреля 1937 были удачными, самолеты удавалось обнаруживать на расстоянии около 7 км. Заказчиком продолжения этих работам выступало уже Управление связи, и новая установка, изготовленная ЛФТИ к середине следующего года, прошла испытания на территории научно-испытательного исследовательского института связи РККА (НИИИС РККА) и вновь удачно.

НИИИС РККА обратился к радиозаводу им. Коминтерна (N209) с предложением изготовить на базе установки ЛФТИ и при его научной консультации и помощи опытный образец подвижного варианта станции. Но завод заключить договор отказался, мотивируя это невыполнимостью требований заказчика! Тогда НИИИС РККА и ЛФТИ договорились построить и смонтировать на автомашинах такую установку своими силами, а заодно и улучшить ее эксплуатационные характеристики. Работы были распределены так: ЛФТИ разрабатывал новый приемник и осциллографический индикатор, а НИИИС выполнял общий проект станции, разработку и изготовление генератора, вращающихся антенн, источников питания и монтаж установок на автомашинах. Менее чем за год установки под условным наименованием "Редут" были созданы, и в августе 1939 были проведены их полигонные испытания.

Однако Управление связи РККА было так уверено в успехе, что не ожидая окончания совместных работ ЛФТИ и НИИИС, внесло в феврале 1939 года в Комитет Обороны при СНК СССР предложение о разработке двух образцов подвижной станции радиообнаружения промышленностью, хорошо понимая, что удовлетворение требований войск потребует не слепого копирования "Редута", а доведения конструкции станций до необходимого уровня простоты эксплуатации и надежности. В качестве предприятия-разработчика был назван НИИ радиопромышленности (НИИ-20) НКОП (директор В. Ф. Захаров). Это предприятие на Почтовой улице на Яузе вело свою историю от Особого технического бюро, созданного В. А. Бекаури, и обладало многолетним опытом в области радиотелемеханических устройств и УКВ радиолиний. Главный инженер НИИ Н. Л. Попов был одним из создателей специально для Военно-морского Флота весьма удачного радиоприемника "Дозор".

Летом 1940 года прошли совмещенные полигонные и войсковые испытания опытных образцов, разработанных НИИ-20. В состав станции входили: генератор, размещенный в фургоне, вращающемся на шасси автомашины ЗИС-6, приемная аппаратура в таком же фургоне, вращающемся синхронно с генератором, и агрегат питания, размещенный на третьей машине. Передающая и приемная антенны были жестко укреплены на крышах фургонов. В целом станции, работавшие на длине волны 4 м, имели достаточно высокий уровень и были способны обнаруживать самолеты на дальности до 150 километров. 26 июля 1940 года приказом Народного комиссара обороны на вооружение войск ПВО первая импульсная радиолокационная станция РУС-2 (такое наименование получил "Редут"). Спустя год сотрудникам ЛФТИ Ю. Б. Кобзареву, П. А. Погорелко и Н. Я. Чернецову за эту работу присуждается Сталинская премия. До конца 1940 года НИИ-20 изготовил и сдал заказчику опытная партия из еще десяти РЛС РУС-2.

У разработчиков НИИ-20 возникло много идей по совершенствованию станции, главной из которых был переход на совмещение передающей и приемной антенны с использованием свойств четвертьволновой линии. Автоматическое переключение антенной системы на передачу, или прием. осуществлялось электрическими разрядниками. Попутно были найдены решения, позволявшие вращать только антенну, а не весь фургон. Все это вместе взятое намного упрощало конструкцию станции, снижало трудоемкость и себестоимость, поэтому выпуск двухантенного варианта решили ограничить опытной партией; заводу 209, который на сей раз не отказывался, поручили разработку автомобильного варианта одноантенной станции РУС-2, а НИИ-20 под шифром "Пегматит" — разборного варианта с двадцатиметровой мачтой. Изготовление опытных партии "Пегматита" институт заканчивал уже в ходе войны в эвакуации.

В 1941-годах в ходе боев под Москвой, Ленинградом, Севастополем, Мурманском и Новороссийском станции РУС-2 показали высокую эффективность. В Московской зоне ПВО к концу второго года войны их стало двенадцать. О действиях опытной зенитной батареи, укомплектованной импортной СОН уже упоминалось.

Что же происходило после выхода знакомого нам постановления ГКО "О промышленной базе для производства приборов радиообнаружения и пеленгации самолетов" от 10 февраля 1942 года?

Итак, в Москве было создано новое предприятие, способное вести новые разработки и выпуск радиолокационной аппаратуры. Бывшие руководители и сотрудники завода им. Коминтерна, НИИ-9 и других предприятий, собранные в Москву из эвакуации, с фронта, вывезенные из блокадного Ленинграда, быстро освоили выделенные им пустующие промерзшие корпуса эвакуированного предприятия. Сюда через Ладожское озеро доставили оборудование для полного цикла производства электровакуумных приборов. В восьмимесячный срок были созданы два опытных образца СОН -2от — отечественных аналогов английской станции орудийной наводки. СОН-2от работала на волне 4 м и позволяла обнаруживать самолет на дальности от 20 до 40 км (при высотах полета от 1000 до 4000 м) и определять его координаты с точностями: по азимуту — 12 д. у. (делений угломера), по углу места — 7 д. у., по дальности — 25 м. Постановлением ГКО от 20 декабря 1942 года СОН-2от была принята на вооружение и поставлена на серийное производство.

В Новосибирске продолжал разработки радиолокационной техники и выпуск небольших серий радиолокационных станций типа РУС-2 и ее модификаций НИИ-20. Довольно успешно шла здесь разработка авиационного радиолокатора. Самолетная станция "Гнейс-2" (метрового диапазона) была принята на вооружение Постановлением ГКО от 16 июня 1943 года. Чтобы создать условия для изготовления институтом большой партии станций было принято решение возвратить его из эвакуации. Впоследствии ею оснащались некоторые самолеты типа Пе-2, а также из ленд-лизовских. Из-за большого веса ее можно было размещать только на бомбардировщиках.

Производственных площадей и мощностей для того, чтобы в полной мере удовлетворить потребности армии в станциях СОН-2от, у московского предприятия не было, поэтому было принято решение использовать СОН-2от прежде всего в территориальных формированиях войск ПВО, прикрывавших важнейшие объекты страны. Станции РУС-2 вследствие несовершенства антенн, высокочастотных трактов, генераторов и модуляторов, приводивших к широкой диаграмме направленности излучения и большой длительности фронта импульса, можно было применять только для ведения разведки и целеуказания, грубо определяя дальность и азимут цели. В результате войсковая зенитная артиллерия по-прежнему оставалась без радиолокационных станций наводки.

Для решения задачи оснащения фронтовой зенитной артиллерии хотя бы упрощенными СОН в течение 1941-годов было заказано и выполнено еще несколько разработок в Украинском физико-техническом институте (под шифрами "Зенит" и "Рубин"), ЛФТИ (модернизация РУС-2) и НИИ-20 ("Турмалин"), но все попытки закончились неудачами. В какой-то мере выручали поставки радиолокационной техники по ленд-лизу. Только через Мурманский порт за 1942 год поступили 61 СОН GL-MkII, а в 1943 году 55 GL-MkII, 4 GL-MkIII и 39 прочих разных. С их освоением были большие сложности из-за нехватки военных специалистов — в армии и простых радистов было очень мало, одни телефонисты.