Разработка первых радиообнаружителей для ЗА

После того как задание первого договора было выполнено, 14 февраля 1934 г. ГАУ заключило с ЦРЛ второй договор [4], который предусматривал проведение комплекса исследований, расчетов и экспериментов, необходимых для создания опытного образца радиообнаружителя самолетов и проверки его в полевых условиях. На 1934 г. ЦРЛ ставилась задача разработать проект станции радиообнаружения для обеспечения стрельбы ЗА по цели, освещенной лучом прожектора.

Разработку этой станции, определявшей только две угловые координаты самолета (азимут и угол места), необходимые для заведения прожектора, ГАУ рассматривало как первую ступень в использовании новых средств обнаружения для ЗА. ГАУ учитывало, что боевое взаимодействие ЗА с такими станциями обнаружения, прожекторами и оптическими дальномерами будет иметь ограниченные возможности при неблагоприятных условиях погоды или при полете самолетов противника в облаках или выше их. Поэтому следующим этапом работ ЦРЛ намечалось создание более сложной станции, которая могла бы определять уже не две, а три координаты цели (азимут, угол места и высоту) и тем самым обеспечивать прицельную стрельбу ЗА по неосвещаемым и невидимым самолетам без участия прожекторов и оптических дальномеров.

При согласовании с Ю. К. Коровиным тактико-технических требований к проекту, в первую очередь, обсуждался вопрос о выборе диапазона радиоволн. Для станции наведения прожектора необходимо, чтобы диаграммы направленности электромагнитного излучения и приема могли вращаться не только по горизонтали, но и по вертикали (по углу места), отрываясь от земли. В то время считалось, что отрыв электромагнитного луча возможен только на дециметровых или еще более коротких волнах.

Следует отметить, что электромагнитные волны дециметрового диапазона изучались в 30-х годах довольно широко. О некоторых их исследованиях уже были опубликованы статьи М. Т. Греховой и В. М. Бовшеверова «О распространении дециметровых волн и о направляющих устройствах для них» [5, 6].

Исследования показали, что основное преимущество дециметровых волн состоит в возможности их направленного излучения в нужную сторону и получения узких пучков волн при сравнительно малых размерах направляющих устройств, — ни время суток, ни атмосферные условия (туман и сильный дождь) совершенно не влияют на силу приема.

Описанные исследования проводились на волнах 33 и 80 см с направляющими устройствами трех типов: системы антенн-директоров, параболических цилиндров и параболоидов вращения.

Зная об этих работах ВЭИ и используя личный опыт исследований дециметровых волн еще в Саратовском государственном университете, а позже в ЦРЛ, в работах по радиосвязи в этом же диапазоне и учитывая требования ЗА к точности определения координат самолета в воздухе, Ю. К. Коровин остановил свой выбор именно на этом диапазоне. Следует заметить, что выбор дециметрового диапазона предопределил ЦРЛ первые трудности в разработке вопросов радиообнаружения. В те годы существовали передатчики и приемники метровых волн, близкие по своим параметрам к аналогичной аппаратуре послевоенного периода (например, приемники, разработанные в ЦРЛ П. М. Винником и В. В. Харитоновым). Опираясь на существовавшую в то время радиоаппаратуру метрового диапазона можно было заниматься прямой разработкой и исследованием вопросов радиообнаружения.

Однако перед коллективом Ю. К. Коровина возникла более сложная задача. Вначале нужно было создать необходимые приборы, а для них соответствующие радиоэлементы, поскольку промышленность тех лет ничего подобного не производила. Наиболее сложным оказалась разработка и создание магнетронного генератора. Предоставившаяся возможность ознакомиться с работами Украинского физико-технического института (УФТИ) у проф. А. А. Слуцкина ускорила создание магнетронов на волну 20 см мощностью несколько ватт в кооперации ЦРЛ—ЛЭТИ (Ю. К. Коровин — А. А. Шапошников и Ю. А. Кацман).

В июле 1934 г. ЦРЛ представила на рассмотрение в ГАУ эскизный проект радиопеленгатора на дециметровых волнах для зенитного прожектора, разработанный согласно второму договору. Данный проект ГАУ утвердило, и к маю 1935 г. ЦРЛ была изготовлена первая экспериментальная радиоустановка и в связи с переводом Ю. К. Коровина в Центральную военно-индустриальную радиолабораторию (ЦВИРЛ) установка была отправлена на испытание в Горький.

Испытания этой установки в ЦВИРЛ во второй половине 1935 г. показали дальность обнаружения легкого самолета около 3 км. Были отмечены неустойчивая работа излучающего и приемного устройств, большие микрофонные шумы в схемах магнетронного генератора и приемника и сильное воздействие излучаемой энергии на приемник установки. Эти недостатки объяснялись невысоким качеством генераторных и приемных ламп, изготовлявшихся кустарным способом.

Неудовлетворительные результаты испытаний первой установки Ю. К. Коровин объяснял также тем, что ее проект был сделан с учетом сложения достаточно интенсивного прямого и отраженного сигналов и непосредственного усиления выделяющейся при этом допплеровской частоты. Но умозрительный учет микрофонного эффекта не оправдал себя и, несмотря на предусмотренные конструктивные меры увеличения массивности и жесткости генераторного и приемного блоков, микрофонный эффект не позволил реализовать потенциальные возможности устройства. Поэтому Ю. К. Коровин вернулся к старой схеме установки, с которой он вел первые опыты по обнаружению самолета, — к схеме с суперрегенеративным приемником, продолжая в то же время (до 1938 г.) устранять и микрофонный эффект.

Трудности, с которыми пришлось столкнуться Ю. К. Коровину в первый год своей работы в ЦВИРЛ, объяснялись не только инженерной сложностью проблемы радиообнаружения, но и малочисленностью его коллектива, включавшего молодых инженеров Р. П. Васильева, Е. А. Меркина и инженера-вакуумщика В. М. Птичника. Коллектив специалистов ЦВИРЛ, так же как и коллектив ЦРЛ, недооценил трудности при создании аппаратуры, работавшей в режиме непрерывного излучения. Поскольку Ю. К. Коровин продолжал руководить работой, ее научно-техническая направленность осталась прежней.

В результате упорного труда Ю. К. Коровина и его коллектива в ЦВИРЛ в 1936 г. была создана новая установка «Енот». Магнетроны для нее изготовили Ю. К. Коровин и профессор Горьковского физико-технического института (ГФТИ) М. Т. Грехова. В этой установке использовались спаренные параболические зеркала диаметром 1,5 м, способные вращаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В передатчике стоял магнетрон с четырехрезонаторным анодом, работавший на волне 18 см с мощностью около 8 Вт. Приемная высокочастотная часть имела два варианта. В первом в качестве смесителя использовалась специальная приемная лампа, работавшая в схеме с тормозящим полем. Во втором варианте детектором служил вакуумный диод, с очень малым расстоянием между катодом и анодом. Эффективность обоих вариантов высокочастотной части была одинаковой. Усилитель низкой частоты непосредственно усиливал допплеровскую частоту, получавшуюся после сложения на упомянутых детекторах прямого и отраженного сигналов. Уровень прямого сигнала на детекторе (гетеродинное напряжение) регулировался специальным устройством. Излучение и прием производились с помощью полуволновых вибраторов, установленных в фокусах зеркал.

Испытания установки показали дальность обнаружения самолетов до 11 км и опять-таки нестабильную работу излучающей и приемной схем и наличие микрофонных шумов, мешавших приему отраженных сигналов. И хотя эти дефекты меньше влияли на устойчивость действия установки, чем в первом варианте аппаратуры ЦРЛ, все же они по-прежнему оставались главной причиной малоудовлетворительной работы второй установки «Енот».

В 1937 г. работы по совершенствованию аппаратуры радиообнаружения в ЦВИРЛ продолжались. К этому времени у коллектива лаборатории окончательно сложилось мнение о перспективности системы, основанной на использовании аппаратуры с непрерывным излучением. Считалось, что для стабильной работы приемно-передающего комплекса и для использования режимов его работы, позволявших в принципе определять расстояния до самолета (частотная модуляция и др.), совершенствование схем и аппаратуры должно идти в определенном направлении.

Титульный лист эскизного проекта радиопеленгатора ЦРЛ.

Основной причиной неустойчивой работы установки и помех микрофонного эффекта являлся относительно высокий уровень прямого сигнала (составляющий десятые доли вольта). Сигнал с таким уровнем был необходим для нормальной работы детектора на линейном участке его характеристики. Сложение прямого и отраженного сигналов на линейном участке характеристики обеспечивало максимальную чувствительность приемника. Так как в схеме приемника за детектором следовал усилитель низкой частоты с большим коэффициентом усиления, то любая амплитудная паразитная высокочастотная модуляция сигнала, будь то шум магнетрона передатчика или же колебания вследствие микрофонного эффекта (вызванные механическими колебаниями цепей высокой частоты), являлась помехой, препятствующей реализации потенциальных возможностей системы по дальности обнаружения самолета при его поиске. Для уменьшения этих помех надо было отбирать самые «малошумящие» магнетроны, устранять резонанс механических колебаний в приемнике по диапазону допплеровских частот, предъявлять очень жесткие требования к источникам питания, их стабильности и пр. И все же перечисленные меры не дали полностью устойчивого удовлетворяющего условиям работы, результата.

Существенным улучшением было бы уменьшение до минимума прямого сигнала на входе приемника, доведение этого сигнала до уровня, при котором паразитная модуляция колебаний ВЧ передатчика уже не являлась бы помехой и использование экранировки и компенсации (различной при разных углах места). Такую задачу можно было решить только переходом к супергетеродинному приемнику с преселекцией для повышения чувствительности. Необходимо было также стабилизировать частоты передатчика и гетеродина приемника, разработать новые приемные лампы для усиления высокой частоты (на волне 18 см), разработать схемы амплитудной и частотной модуляции, а также схемы индикации, соответствующие наиболее перспективным вариантам дальномера и, наконец, испытать все новое в полевых условиях.

Ю. К. Коровин, будучи по натуре оптимистом и обладая опытом исследований и разработок, накопленным в ЦРЛ и в ЦВИРЛ, не сомневался, что трудности при создании радиопеленгатора для ЗА скоро будут преодолены. Он полагал, что в 1937-1938 гг. ЦВИРЛ может разработать радиопеленгатор самолетов с дальностью обнаружения до 75 км и точностью пеленга на расстояниях до 25 км не менее 2°, что должно обеспечить надежный поиск и сопровождение цели.

Уверенность Ю. К. Коровина разделялась и руководством ЦВИРЛ, что подтверждало заключение в 1937 г. очередного договора с ГАУ.

При выполнении работ по этому договору в лаборатории Ю. К. Коровина удалось получить некоторые положительные результаты. Так были исследованы различные варианты антенных устройств, чтобы уменьшить влияние прямого сигнала при размещении их на общей опоре. Разработаны объемные колебательные контуры высокой добротности для дециметровых волн, с их помощью пытались стабилизировать частоты магнетронных генераторов и гетеродина приемника (где применялись лампы с тормозящим полем и маломощные магнетроны). Был изготовлен супергетеродинный канал приема, стабильно работавший совместно с излучающим устройством.

Разработка усилителя высокой частоты не дала, однако, положительных результатов. Коэффициент усиления нового магнетронного усилителя оказался недостаточным, чтобы снизить шумы на выходе приемника до уровня, определяемого собственными шумами этого усилителя (уровень шумов определялся смесителем). Задача усиления сигналов высокой частоты (на волнах 18— 20 см) была решена позже (в 1940 г.) Н. Д. Девятковым в НИИ-9 с помощью разработанного им триода с малыми межэлектродными расстояниями и Ю. А. Кацманом в ЛЭТИ с помощью усилительного клистрона.

Испытания осенью 1937 г. экспериментальной установки радиопеленгатора все же не подтвердили оптимистических расчетов Ю. К. Коровина. Установка работала нестабильно, шумы излучающего и приемного устройств по-прежнему снижали дальность обнаружения самолета.

Учитывая, что к этому времени работы по радиообнаружению и пеленгации продвинулись значительно дальше в НИИ-9, исследования и разработки в ЦВИРЛ по заданиям ГАУ были прекращены.

Небольшому коллективу ЦРЛ—ЦВИРЛ хотя и не удалось до конца решить поставленную задачу, однако в истории советской радиолокации он занимает видное место. Этот коллектив первым в стране начал исследования по радиообнаружению и пеленгации и показал своими опытами практическую возможность использования электромагнитного излучения для обнаружения самолетов.

Опыт, приобретенный в январе 1934 г. ЦРЛ, сыграл решающую роль в привлечении ЛЭФИ — второй научной базы, начавшей исследования по радиообнаружению для ЗА параллельно с работами ЦРЛ и в интересах службы ВНОС по заданию Управления ПВО РККА.

На следующую страницу К оглавлению