|
|
Мало кто из нас когда-то задумывался о том, каким образом осуществляется связь с объектами на огромных расстояниях или большой глубине. Например, связь с подводными лодками, когда они находятся в погружённом состоянии — достаточно серьёзная техническая задача. Основная проблема состоит в том, что электромагнитные волны с частотами, использующимися в традиционной радиосвязи, сильно ослабляются при прохождении через толстый слой проводящего материала, которым является солёная морская вода, из-за так называемого поверхностного или скин-эффекта.
В большинстве случаев хватает простейшего решения: всплыть к самой поверхности воды и поднять антенну над водой. Но этого решения недостаточно для атомной подводной лодки — эти корабли были разработаны во время холодной войны и могли находиться в подводном положении в течение нескольких недель и даже месяцев, но тем не менее они должны были оперативно запустить баллистические ракеты в случае ядерной войны.
Одним из способов связи с подводными лодками, находящимися в подводном положении, является радиосвязь на сверхдлинных волнах.
Сверхдлинные радиоволны включают диапазоны крайне низких частот, сверхнизких частот, инфранизких частот и очень низких частот.
С увеличением частоты уменьшается длина волны радиопередатчика, а значит и необходимая длина элементов антенны, так как они находятся в прямой зависимости. Но с увеличением радиочастоты уменьшается и глубина проникновения в толщу земли или моря. С уменьшением частоты уменьшается количество информации, которое можно передать на конкретной частоте за единицу времени. В некоторых странах крайне низкие частоты определяются как частоты диапазона 3—300 Гц, поэтому бывают разночтения при переводе.
Радиоволны крайне низких частот или extremely low frequencies (КНЧ, ELF, 3—30 Гц, длина волны 10 000-100 000 км) легко проходят сквозь Землю и морскую воду. Радиоволны сверхнизких частот или super low frequencies (СНЧ, SLF, 30—300 Гц, длина волны 1000-10 000 км) также легко проникают сквозь Землю и морскую воду, но имеют размеры элементов антенн на порядок меньше. Строительство КНЧ/СНЧ-передатчика — чрезвычайно сложная задача из-за огромной длины волны и крайне низкого КПД передатчика. Вместо использования полноразмерных антенн — находится доступная область Земли с достаточно низкой удельной проводимостью, и в неё заглубляется 2 значительных по размерам электрода на расстоянии порядка 60 км друг от друга. Поскольку удельная проводимость Земли в области электродов достаточно низкая, электрический ток между электродами будет проникать глубоко в недра Земли, используя их как часть огромной антенны. По причине крайне высокой технической сложности такой антенны, только СССР и США имели СНЧ-передатчики.
Вышеописанная схема реализована в передатчике «ЗЕВС», находящемся на Кольском полуострове в Североморске-3, к востоку от Мурманска (факт существования советского СНЧ-передатчика был обнародован только в 1990 году). Такая схема антенны имеет крайне низкий КПД — для её работы требуется мощность отдельной электростанции, в то время как выходной сигнал имеет мощность всего несколько ватт. Но зато этот сигнал может быть принят фактически в любой точке земного шара — даже научная станция в Антарктиде фиксировала факт включения передатчика «ЗЕВС».
Советская система «ЗЕВС» работает на частоте 82 Гц (длина волны 3656 км), американская «Seafarer» (англ. мореплаватель) — 76 Гц (длина волны 3944,64 км). Длина волны в этих передатчиках сравнима с радиусом Земли. До 1977 года использовалась система «Sanguine», находящаяся в Висконсине. Частота - 76 Гц или 45 Гц. ВМС Великобритании предпринимали попытки построить свой передатчик в Шотландии, но проект был свёрнут.
Радиоволны инфранизких частот< или infra low frequencies (ИНЧ, ILF 300—3000 Гц) имеют более компактные элементы антенн, но меньшее проникновение в толщу морских и земных глубин.
Радиоволны очень низких частот или very low frequencies (ОНЧ, VLF 3—30 кГц) имеют ещё более компактные антенны по сравнению с предыдущим диапазонам, но могут проникать в морскую воду только на глубины до 20 метров, преодолевая поверхностный (скин) эффект. Первый в мире ОНЧ-передатчик, «Голиаф», был построен в Германии в 1943 году, после войны перевезён в СССР, в 1949—1952 годах восстановлен в Нижегородской области и эксплуатируется до сих пор. В Белоруссии, под Вилейкой, функционирует мегаваттный ОНЧ-передатчик для связи с подводными лодками ВМФ России 43-й узел связи.
Радиоволны низких частот или low frequencies (НЧ, LF 30—300 кГц) также могут использоваться для связи с подземными или морскими объектами. Американский передатчик «Seafarer» работал на частоте 76 кГц и состоял из двух антенн в Клэм Лэйк, Висконсин (с 1977 года) и на базе ВВС «Сойер» в Мичигане (c 1980 года). Был демонтирован в сентябре 2004 года.
Недостатки радиосвязи указанных диапазонов:
- Линия связи является односторонней. Подводная лодка на борту не может иметь свой передатчик из-за огромного требуемого размера антенны. Даже приёмные антенны КНЧ/СНЧ-связи отнюдь не малы: лодки используют выпускаемые буксируемые антенны длиной от сотен метров.
- Скорость такого канала крайне мала — порядка нескольких знаков в минуту. Таким образом, разумно предположить, что передаваемые сообщения содержат общие инструкции или команды по использованию других видов связи.
|
