Лучи смерти. Из истории геофизического, пучкового, климатического и радиологического оружия

Еще один довольно любопытный проект приблизительно в тот же период предоставил инженер Н. И. Смирнов. Его «лучевое орудие» должно было использовать радиоволны УКВ-диапазона и не уничтожать живую силу противника, а лишь глушить моторы вражеских самолетов. По идее изобретателя, УКВ-излучение должно было создавать резонансные токи в системе зажигания авиационных двигателей, тем самым выводя их из строя. К сожалению, натурные испытания показали крайне низкую эффективность УКВ-пушки, с трудом глушившей самолетные моторы на расстоянии в несколько десятков метров.

Тут надо вспомнить, что в 1930-е гг. оборонные исследования стали поступать во многие советские НИИ. Следы таинственной совсекретной темы, связанной с пресловутыми «лучами смерти», можно найти в спецтематике Украинского физико-технического института (УФТИ). Надо сразу заметить, что подобный выбор направления научно– исследовательских работ (НИР) был далеко не случаен, ведь компетентные специалисты в наркомате тяжелого машиностроения СССР были прекрасно осведомлены о том, что в УФТИ с большим успехом разрабатывалась радиофизическая тематика. Этот институт в связи с общей тенденцией развития радиотехники в направлении сверхвысоких частот (СВЧ) раньше других развернул по своей инициативе теоретические и экспериментальные исследования в области генерирования электромагнитных волн магнетронами в дециметровом и сантиметровом диапазонах. Впоследствии оказалось, что эти исследования внесли существенный вклад в развитие техники радиообнаружения, хотя подобные вопросы в то время еще не ставились на повестку дня.

Стоит заметить, что история отечественной радиолокации начинается еще с исследований А. С. Попова, который однажды, работая с первыми радиоприемопередатчиками, сделал важное открытие. В 1897 г. во время опытов по передаче сообщений с помощью «беспроводного телеграфа» между кораблями он обнаружил явление отражения от одного из них радиоволн. Радиопередатчик был установлен на верхнем мостике транспорта «Европа», стоявшего на якоре, а радиоприемник – на крейсере «Африка». В отчете комиссии, назначенной для проведения этих опытов, А. С. Попов писал:

Влияние судовой обстановки сказывается в следующем: все металлические предметы (мачты, трубы, снасти) должны мешать действию приборов как на станции отправления, так и на станции получения, потому что, попадая на пути электромагнитной волны, они нарушают ее правильность, отчасти подобно тому, как действует на обыкновенную волну, распространяющуюся по поверхности воды, брекватер [36] , отчасти вследствие интерференции волн, в них возбужденных, с волнами источника, то есть влияют неблагоприятно. <…>

Наблюдалось также влияние промежуточного судна. Так, во время опытов между «Европой» и «Африкой» попадал крейсер «Лейтенант Ильин», и если это случалось при больших расстояниях, то взаимодействие приборов прекращалось, пока суда не сходили с одной прямой линии [37] .

36

Волнолом или волнорез (англ. breakwater) – морское гидротехническое сооружение, предназначенное для защиты береговой линии или акватории порта от волн, течений, льда и наносов.

37

Попов А. О беспроволочной телеграфии: Сборник статей, докладов, писем и других материалов. Под редакцией и со вступительной статьей А. И. Берга. С примечаниями К. И. Радовского. – М.: Физматгиз, 1959.

Этим открытием А. С. Попова было положено начало новому средству наблюдения – радиолокации. Несовершенство техники не позволило тогда же использовать его для создания практически приемлемых приборов; на это потребовалось еще около 40 лет.

В Советском Союзе осознание необходимости средств обнаружения авиации, свободных от недостатков звукового и оптического наблюдения, привело к разворачиванию исследований в области радиолокации. Идея, предложенная молодым артиллеристом Павлом Ощепковым, получила одобрение высшего командования: наркома обороны СССР К. Е. Ворошилова и его заместителя М. Н. Тухачевского.

3 января 1934 г. в СССР был успешно проведен эксперимент по обнаружению самолета радиолокационным методом. Аэроплан, летящий на высоте 150 м, был обнаружен на расстоянии 600 м от радарной установки. Эксперимент был организован представителями Ленинградского электротехнического института и Центральной радиолаборатории. В 1934 г. маршал Тухачевский в письме правительству СССР написал: «Опыты по обнаружению самолетов с помощью электромагнитного луча подтвердили правильность положенного в его основу принципа». Первая опытная установка «Рапид» была опробована в том же году, а в 1936 г. советская сантиметровая радиолокационная станция «Буря» засекала самолет с расстояния 10 км. Первыми РЛС в СССР, принятыми на вооружение и выпускавшимися серийно, были РУС-1 (с 1939 г.) и РУС-2 (с 1940 г.). Во время войны программу по созданию советских радаров возглавлял инженер-адмирал Аксель Берг, широко использовавший разведданные из Германии, Британии и Америки.

В послевоенные годы многие видные американские радиофизики неоднократно отмечали, что советские ученые успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как подобные исследования стали проводиться в Англии и США.

Работы по радиолокации были начаты и в харьковском УФТИ. Дальнейшие исследования в этой области проводились в отделе электромагнитных колебаний УФТИ, научным руководителем которого с 1930 г. был известный советский радиофизик А. А. Слуцкин. Абрам Александрович еще в конце 1920-х гг. провел в УФТИ несколько НИР с целью разработать мощные радиоэлектронные приборы – «магнетроны со сплошным анодом», в принципе позволявшие получать сильно сфокусированные потоки электромагнитных волн микроволнового диапазона. В 1932–1933 гг. молодые научные сотрудники УФТИ Е. А. Копилович, А. Я. Усиков и другие под руководством Слуцкина разработали магнетроны с многосегментным анодом, позволяющие получить в пике импульса киловаттные энергии излучения на дециметровых волнах.

Результаты теоретических и экспериментальных работ группы Слуцкина были опубликованы в 1935 г. в «Журнале технической физики». Это было довольно авторитетное издание в мире науки, поэтому переводы статьи тут же появились в ведущих западных изданиях, породив довольно много публикаций, относящихся к вопросу генерации дециметровых волн магнетронами с многосегментным анодом. Однако вопрос о механизме возбуждения колебаний был разработан недостаточно, в частности, не были выведены формулы, позволявшие производить хотя бы приближенный расчет магнетронных генераторов. Профессор Слуцкин считал необходимым изучить этот вопрос более обстоятельно и глубоко, чтобы дать возможность производить расчеты магнетронных генераторов любого заданного типа. В дальнейшем, анализируя механизмы возбуждения магнетронного генератора, Абрам Александрович пришел к выводу, что в магнетронах с многосегментными анодами могут возникать колебания двух типов.

К первому относятся колебания, аналогичные тем, что возникают в магнетроне со сплошным анодом, период которых определяется временем пролета электронов от катода к аноду. Механизм возбуждения колебаний этого типа раньше был изучен в УФТИ.

К колебаниям второго типа профессор Слуцкин относил такие, период которых определялся параметрами колебательного контура в цепи анода. Возникновение этих колебаний происходило, когда время пролета электронов было мало по сравнению с соответствующим периодом колебаний контура.

В результате проведенной работы были найдены условия самовозбуждения магнетронов с многосегментным анодом; изучены характеристики и соотношения токов анода и напряжений; найдены выражения для мощности магнетрона в различных режимах излучения и определены условия получения максимального потока волн СВЧ, а также изучено влияние на характеристики изменений анодного напряжения и магнитного поля.

Впервые результаты исследований магнетронных генераторов, полученные профессором Слуцкиным, были использованы для создания установок по радиообнаружению в 1934 г., когда УФТИ начал поставлять для конструкторского бюро Управления противовоздушной обороны РККА магнетроны различной мощности, рассчитанные на разные длины волн.

В середине 1930-х гг. научные сотрудники лаборатории электромагнитных колебаний Слуцкина выполнили расчеты магнетрона в стеклянной колбе с водяным охлаждением для генерирования сверхбольших мощностей в дециметровом диапазоне. Большую роль в этих научно-исследовательских работах сыграли модельные построения будущего видного радиофизика С. Я. Брауде, которые показали возможность получения в непрерывном режиме колебательных мощностей, превышающих десятки киловатт. В то же время на основе расчетов Семена Яковлевича была разработана и осуществлена конструкция цельнометаллического магнетрона непрерывного режима мощностью в два десятка киловатт на волнах дециметрового диапазона.