В. Жуков - Физика в бою

Однако некоторые зарубежные специалисты, например профессор Ганс Тирринг, считают, что для практической реализации идеи лучевого оружия, предназначенного для поражения боевой техники, потребуется увеличение энергии светового излучения более чем в миллион раз. По мнению ученого, кроме сложности проблемы достижения столь колоссальной энергии, существует еще не менее трудная проблема наведения узкого луча на цели, находящиеся на расстоянии десятков километров. Что касается поражения с Луны объектов, расположенных на Земле, эту идею Тирринг считает фантастической. Он полагает, что в данное время энергия оптических генераторов достаточна лишь для ослепления солдат на поле боя.

Как видно, для квантовой электроники характерно чрезвычайно стремительное развитие. Если вчера о квантовых устройствах говорили в порядке предположений, то теперь некоторые из них уже существуют. Несомненно, дальнейшее использование квантовых генераторов станет важным шагом в развитии многих отраслей военной техники.

Триста лет назад был произведен чрезвычайно простой эксперимент, последствия которого сейчас трудно переоценить. В 1666 г. Исаак Ньютон пропустил солнечный луч через призму и установил, что белый видимый свет неоднороден — он разлагался в спектр, игравший всеми цветами радуги. В 1800 г. английский астроном Вильям Гершель, открывший планету Уран, исследовал с помощью обычного ртутного термометра распределение энергии в солнечном спектре. Продвигая термометр от фиолетовой части спектра к красной, Гершель увидел, что столбик ртути поднимается все выше и выше. Вот термометр уже на самом краю солнечного спектра. Он освещен красными лучами и показывает максимальную температуру. Больше передвигать его некуда: спектр солнца обрывается, за красным концом — темнота…

Но Гершель продвинул термометр дальше, за красный участок, в темноту. Теперь ртуть ничем не освещалась. Можно было предположить, что термометр начнет остывать и ртутный столбик поползет вниз. Но что это? Столбик ртути повел себя, по меньшей мере, странно. Он не только не пошел вниз, но, наоборот, медленно пополз вверх, показывая, что какие-то лучи, не видимые простым глазом, продолжают нагревать его. Оказалось, что солнце испускает не только видимые глазом лучи, но и еще какие-то, на которые человеческий глаз не реагирует. Их назвали инфракрасными, т. е. лежащими за красным концом солнечного спектра.

Позже было установлено, что инфракрасные лучи отличаются от видимых только большей длиной волны. Принято считать, что видимый диапазон спектра лежит в пределах длин волн от 0,38 до 0,78 мк (1 мк = 0,001 мм). Глаз человека как бы выхватывает из всего многообразия электромагнитных колебаний именно этот участок спектра.

До каких же длин волн простирается инфракрасный спектр? На выяснение этого вопроса ушло еще более ста лет. С изобретением радио ученые начали штурмовать инфракрасный участок спектра не только с той стороны, где он соприкасается с видимыми лучами, но и с другой— со стороны радиоволн. Оказалось, что четкой границы между инфракрасными лучами и радиоволнами не существует: трудно заметить, где кончается один участок и начинается другой. Видимый диапазон спектра человек выделил субъективно, применительно к одному из своих органов чувств — глазу. Установить же границу между инфракрасным спектром и радиоволнами не удалось. Этим и объясняется тот факт, что в современной технической литературе нет единообразия в указании длинноволновой границы инфракрасного спектра. Называют числа 340, 350, 420 и даже 1 тыс. мк.

Условно считается, что инфракрасный диапазон спектра простирается от 0,78 до 340 мк. Практически же из всего инфракрасного спектра освоен лишь участок примерно от 0,78 до 200 мк. Более длинноволновое излучение используется в специальных научных исследованиях.

Сделаем вывод: инфракрасные лучи представляют собой электромагнитные колебания определенных длин волн; они распространяются, отражаются, поляризуются и интерферируют (взаимно усиливаются или ослабляются при их наложении друг на друга) точно так же, по тем же самым законам, что и электромагнитные колебания других диапазонов.

Как же получать, генерировать (создавать) инфракрасные лучи? Каждое тело, нагреваясь, начинает испускать все больше и больше видимых лучей. Кусок стали, например, при слабом нагреве светится вишневым светом, потом, по мере повышения температуры, его свечение становится оранжевым, желтым и, наконец, ослепительно бело-желтым, таким ярким, что глазам больно. Но нагретый предмет — мощный источник не только световых, но и инфракрасных лучей. Общая мощность излучения для реальных источников примерно пропорциональна их абсолютной температуре в четвертой степени. Напомним, что абсолютная температура в градусах Кельвина больше температуры в градусах Цельсия примерно на 273°. Выходит, что если увеличить абсолютную температуру источника в три раза, мощность его излучения возрастет в 81 раз, а при увеличении абсолютной температуры в 5 раз мощность излучения возрастет в 625 раз. Этот закон излучения нагретого тела применим с некоторыми поправками ко многим материалам и реальным объектам.

Итак, простейшие генераторы инфракрасных лучей — нагретые твердые тела. Интенсивность их излучения резко увеличивается с увеличением температуры. Следует сразу же оговориться, что источниками инфракрасного излучения могут быть не только твердые и жидкие тела, но и газы. Многие газы также увеличивают мощность инфракрасного излучения с увеличением температуры. Эта физическая закономерность, как мы увидим в дальнейшем, имеет большое прикладное значение и может быть использована в военном деле при решении исключительно важных задач.

Но какова же практическая ценность инфракрасных лучей? Почему они могут использоваться в военных целях? По многим причинам. Пожалуй, главная из них та, что инфракрасные лучи излучаются практически любыми военными объектами, независимо от того, освещены эти объекты или находятся в полной темноте. Если тело имеет температуру больше абсолютного нуля (—273 °C), то оно источник инфракрасного излучения. Большинство военных объектов — достаточно мощные источники инфракрасного излучения.

Таковы, например, современные реактивные самолеты— истребители и бомбардировщики — носители атомного оружия. Сопла их двигателей, раскаленные при работе до нескольких сот градусов, могут быть обнаружены с помощью инфракрасных систем за много километров от цели. Для борьбы с самолетами противника во многих странах созданы снаряды класса «воздух — воздух» с тепловыми головками самонаведения. Так, в США на вооружение приняты два самонаводящих снаряда с тепловыми головками самонаведения — «Сайдуиндер» и «Фолкон». Точность попадания в цель подобных систем можно проиллюстрировать следующим примером. При испытаниях ракет в качестве мишени используют не настоящий самолет-бомбардировщик, а телеуправляемую мишень в виде планера, на плоскость крыла которого устанавливают источник инфракрасного излучения — фару с лампой накаливания. Точность попадания самонаводящихся снарядов с тепловыми головками самонаведения настолько высока, что были случаи, когда ракета «Сайдуиндер» сбивала источник излучения на плоскости летающей мишени, а сама мишень оставалась при этих испытаниях неповрежденной.

Не менее мощные источники инфракрасного излучения и многие наземные объекты, особенно заводы и фабрики. Их обнаружение также возможно на больших расстояниях. В литературе приводятся данные о том, что с помощью инфракрасных систем можно получить изображения различных объектов в полной темноте. К таким объектам относятся производственные сооружения, элементы ландшафта земной поверхности, автомобили, морские суда. Известны многочисленные приборы для снятия так называемых тепловых карт местности по ее собственному тепловому излучению. Специфические возможности инфракрасных приборов и относительная простота их устройства при малом весе и потребляемой мощности приобретают особо важное значение в свете требований к современному оружию.

Однако инфракрасная техника имеет свои пределы. Хотя инфракрасное излучение проходит в условиях дымки через атмосферу значительно лучше, чем видимый свет (это связано с его длиной волны, большей по сравнению с размером рассеивающих частиц), через облака и туманы оно проникает не намного лучше, чем видимое. Таким образом, в условиях Земли инфракрасная техника не всепогодное средство. Пожалуй, это главный ее недостаток.

Другое дело космическое пространство. В печати отмечалось, что оно весьма благоприятно для применения инфракрасных приборов, так как здесь отсутствует ослабляющее излучение среды. Это позволяет более свободно выбирать спектральную область работы инфракрасных приборов. Образно можно сказать, что в космосе инфракрасные системы становятся «всепогодными», так как само понятие «погода» здесь отсутствует. Выходит, за пределами земной атмосферы могут быть принципиально реализуемы все преимущества инфракрасной техники: высокая разрешающая способность, простота устройства, малый вес, малые габариты по сравнению с аналогичными более громоздкими и мощными радиолокационными устройствами.