Разработка импульсных станций «Зенит» и «Рубин»

С 1937 г. решением Наркома Обороны работы по радиообнаружению самолетов для службы ВНОС были возложены на Управление связи РККА и подчиненный ему НИИИС РККА¹.

Начав заниматься вопросами дальнего радиообнаружения самолетов для службы ВНОС, НИИИС проявил заботу и о создании средств радиообнаружения для ЗА. Такая инициатива была крайне полезна, имея в виду, что чем больше научных и инженерных сил окажется вовлечено в разработку, тем скорее подразделения ЗА будут оснащены новой техникой.

Ставя перед собой задачу создания средств радиообнаружения для ЗА, НИИИС РККА изучил состояние разработок этих средств в ЦВИРЛ и НИИ-9, их техническую направленность (применение аппаратуры с непрерывным излучением и приемом) и учел методы импульсной техники, разрабатываемые в то время в ЛФТИ под руководством Ю. Б. Кобзарева.

¹ Подробнее об этом рассказано на с. 122 настоящей книги.

А. А. Слуцкин (см. с. 271).

Изучение и сопоставление состояния работ в ЦВИРЛ, НИИ-9 и ЛФТИ привело НИИИС РККА к выводу о целесообразности дублировать задания ГАУ заданиями Управления связи, но лишь с применением импульсной техники, что было совершено своевременно и важно для войск ПВО.

Разработку для ЗА техники радиообнаружения НИИИС РККА возложил на УФТИ. Этот институт в связи с общей тенденцией развития радиотехники в направлении СВЧ ранее других развернул по своей инициативе теоретические и экспериментальные исследования в области генерирования электромагнитных волн магнетронами в дециметровом и сантиметровом диапазонах. Впоследствии эти исследования оказались существенным вкладом в развитие техники радиообнаружения, хотя вопросы радиообнаружения в то время еще не ставились на повестку дня ¹.

Дальнейшие исследования в этой области проводились в отделе электромагнитных колебаний УФТИ, научным руководителем которого с 1930 г. был А. А. Слуцкин.

В 1932—1933 гг. молодые ученые сотрудники УФТИ Е. А. Копилович, А. Я. Усиков и другие под руководством А. А. Слуцкина разработали магнетроны с многосегментным анодом и колебательной мощностью от 30 до 100 Вт при работе в непрерывном режиме на волнах от 20 до 80 см.

¹ В 30-х годах стала интенсивно развиваться физика сверхвысоких частот. Еще в 1924 г. в Харьковском университете по предложению и под руководством проф. Д. А. Рожанского его учеником А. А. Слуцкиным (радиофизик, впоследствии профессор, а с 1948 г. действительный член Украинской Академии Наук) и Д. С. Штейнбергом были начаты исследования, которые привели к разработке магнетронного способа получения электромагнитных колебаний с наиболее короткой в то время волной — около 7 см. Об этих исследованиях и их результатах А. А. Слуцкин и Д. С. Штейнберг опубликовали в 1925 г. статью [29].

Результаты теоретических и экспериментальных работ 1932—1934 гг. А. А. Слуцкина и его ближайших сотрудников были опубликованы в 1935 г. [30]. Основанием для этого послужило то обстоятельство, что в научной литературе 1934—1935 гг. появилось 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. Проф. А. А. Слуцкин считал необходимым изучить этот вопрос более обстоятельно и глубоко, чтобы дать возможность производить расчеты магнетронных генераторов данного типа. Рассматривая механизм возбуждения магнетронного генератора, А. А. Слуцкин пришел к выводу, что в магнетронах с многосегментным анодом могут возникать колебания двух типов.

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

А. Я. Усиков.

К колебаниям второго типа А. А. 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 итоге проведенной работы были найдены условия самовозбуждения магнетронов с многосегментным анодом; изучены характеристики и соотношения токов анода и напряжений; найдены выражения для мощности и к. п. д. магнетрона; определены условия получения от него максимальной мощности и изучено влияние на характеристики изменений анодного напряжения и магнитного поля.

На базе своих теоретических работ УФТИ создал серию магнетронов в диапазоне от 20 до 80 см с мощностью непрерывного генерирования от 10 до 100 Вт.

Впервые результаты исследований магнетронных генераторов, полученных А. А. Слуцкиным, были использованы в ЦРЛ (группой Ю. К. Коровина) для создания установок по радиообнаружению в 1934 г. С сентября 1934 г. УФТИ начал поставлять для конструкторского бюро Управления ПВО РККА магнетроны различной мощности и на разные длины волн.

В 1935—1936 гг. УФТИ продолжал теоретические и экспериментальные исследования по магнетронам в диапазоне от 10 до 50 см и мощностью генерирования от 10 до 100 Вт, добиваясь большей их устойчивости в работе.

В 1936—1937 гг. научные сотрудники лаборатории электромагнитных колебаний (С. Я. Брауде, И. Д. Трутень и др.) под руководством А. А. Слуцкина выполнили расчеты магнетрона в стеклянной колбе с водяным охлаждением для генерирования больших мощностей в дециметровом диапазоне. Эти расчеты показали возможность получения колебательных мощностей свыше 10 кВт в непрерывном режиме. Еще в то время на основе этих расчетов была разработана и осуществлена конструкция цельнометаллического магнетрона мощностью 17 кВт на волне 80 см в непрерывном режиме.

Параллельно с разработкой генератора на определенную волну была создана модель перестраиваемого магнетронного генератора, позволявшего менять рабочую волну в довольно широких пределах— до 30%. Это достигалось изменением индуктивности контура магнетрона путем удлинения или укорочения его выводов за пределами металлического баллона. О результатах этих работ А. А. Слуцкин, С. Я. Брауде и И. Д. Трутень уже после войны (в 1946 г.) опубликовали статью [31].

С. Я. Брауде.

С марта 1937 г. УФТИ от работ по исследованиям магнетронных генераторов перешел к комплексной работе создания импульсной станции для ЗА. По договору с Управлением связи РККА и тактико-техническим требованиям НИИИС КА институт начал разработку импульсной станции на волне 60—65 см. В июле того же года УФТИ закончил разработку проекта «электромагнитного прожектора по воздушным целям ближнего действия»¹ и магнетрона для него с импульсной мощностью до 1 кВт на волне 68 см.

¹ Так называлась установка радиообнаружения УФТИ для зенитной артиллерии.

В середине 1938 г. УФТИ изготовил опытный электромагнитный прожектор «Зенит» и провел первые испытания его по самолету. Они показали дальность обнаружения до 3 км. Для начала работ такой результат был вполне закономерен: он был тем же, что и первые исследования в ЦРЛ и ЛЭФИ, но с иными техническими параметрами радиоустановок, то есть с другой волной и мощностью излучения и другим методом генерирования и радиоприема. Полученные результаты указали разработчикам, в каком направлении нужно идти дальше и какие трудности им придется преодолевать.

В мае 1939 г. Управление связи РККА заключило с УФТИ новый договор на усовершенствование аппаратуры «Зенит» с целью увеличения излучаемой мощности и повышения надежности в работе. Усовершенствованный макет установки имел следующие технические характеристики: длина волны 64 см; мощность в импульсе 10—12 кВт; длительность импульса 10—20 мкс.

Экспериментальная зенитная станция радиообнаружения «Зенит».

Испытание этой установки в сентябре 1940 г. дало такие результаты:

— дальность обнаружения: одиночного самолета СБ 25 км;

звена самолетов СБ 30 км.

— точность определения координат: по дальности — 1 км; по азимуту 3—4°; по углу места 1—2°; по высоте 10%.

Это был большой успех молодого коллектива УФТИ. По сравнению с экспериментальными радиоискателями «Буря» и Б-2, разработанными НИИ-9, «Зенит» имел значительные преимущества по дальности обнаружения и возможности определять все три координаты, необходимые для стрельбы ЗА. Следовательно, в принципе он отвечал основным требованиям и с технической стороны представлял большой интерес. Однако ряд существенных недостатков станции «Зенит», к большому сожалению, заставили УФТИ продолжить работу над ее усовершенствованием.

Первый недостаток — невозможность непрерывно определять координаты самолета и вводить их в ПУАЗО, что было необходимо для подготовки данных зенитной стрельбы. Координаты цели станция «Зенит» определяла только периодически: для азимута за 17 с, для угла места за 13 с, а для всех трех координат за 38 с.

Второй недостаток, как и у радиоискателей «Буря» и Б-2 НИИ-9, состоял в трудности обнаружения цели вследствие узкой конусной диаграммы направленности антенн.

Третий существенный недостаток — наличие непросматриваемой (мертвой) зоны радиусом 6 км, в пределах которой ЗА могла вести огонь. Между тем эта зона была наиболее активной в стрельбе ЗА орудиями 85-мм калибра, состоявшими на вооружении войск ПВО.

Смешанная комиссия после испытаний станции «Зенит» в сентябре 1940 г. на территории института-разработчика отметила, что УФТИ первым в СССР разработал лабораторную установку радиообнаружения, определяющую три координаты положения самолета (дальность, азимут и угол места), но эта установка еще не может служить основой для изготовления промышленного образца. Комиссия рекомендовала УФТИ доработать станцию, чтобы повысить надежность обнаружения самолета, точность определения высоты его полета и обеспечить непрерывное определение координат.

В УФТИ подобрался способный коллектив молодых ученых, который успешно выполнил теоретические расчеты и экспериментальные исследования, необходимые для создания импульсной лабораторной станции «Зенит». Но, располагая крайне ограниченными производственно-конструкторскими возможностями и материально-техническими средствами, институт встретил значительные трудности при изготовлении этой установки. И если УФТИ все же создал такую сложную установку без помощи извне, то это надо отнести к чести и энтузиазму руководителей и сотрудников, их горячего желания решить актуальную и сложную проблему в интересах обороны нашей Родины.

Работая над устранением недостатков, УФТИ продолжал работы и по поднятию технического потенциала станции «Зенит» для увеличения дальности обнаружения.

После начала Великой Отечественной войны, Управление связи РККА предложило командованию ПВО Москвы проверить целесообразность использования станции «Зенит» в системе ПВО. В сентябре 1941 г. после дополнительных испытаний комиссия под председательством заместителя командира корпуса ПВО полковника С. И. Макеева отметила:

— станция не обнаруживает близколетящие самолеты в пределах до 15 км на фоне отражений от местных предметов;

— дальность обнаружения при высоте полета свыше 5000 м — 60 км;

— на получение отсчета угловых координат и показаний дальности и высоты (по таблице) затрачивается около 40 с;

— средняя арифметическая ошибка определения азимута 2,5° и высоты составляет не более 1,5 км.

Результаты испытаний показали, что после усовершенствования станции дальность обнаружения ею самолетов увеличилась почти вдвое, но при этом более чем вдвое расширилась и непросматриваемая (мертвая) зона.

Комиссия отметила, что хотя станция «Зенит» в настоящем виде непригодна для прицельно-сопроводительной стрельбы ЗА, однако ее точность вполне достаточна для постановки заградительного огня. Ввиду наличия мертвой зоны станцию необходимо устанавливать не ближе 15 км от батарей ЗА, что требует применения дополнительного прибора (параллаксера) для преобразования ее координат по отношению к месту огневых позиций зенитной батареи и средств связи. Станция может служить для наведения самолетов-истребителей в качестве дополнительного средства к станции обнаружения РУС-2.

На следующую страницу К оглавлению