"Друг Радио", №4, февраль, 1925 год, стр. 32-37.

РАДИО НА САМОЛЕТЕ.

Радио — не только могучее средство установления культурной связи города с деревней и провинции с центром, но и незаменимое средство связи в морском и воздушном флоте и одно из важных средств обороны страны. Это должен помнить каждый наш радио-любитель и интересоваться применением радио во всех видах обороны. Мы помещаем ниже статью инж. Л. И. Сапелькова, описывающую основные черты и особенности радио-установок на самолетах, и обращаем на нее внимание всех наших читателей.

На всякой передающей радио-станции мы привыкли видеть один или несколько идущих вверх проводов, так называемую антенну. Ее назначение излучать в пространство электромагнитные волны. Чем выше поднимается над землей антенна, тем дальше может передавать радио-станция. К нижнему концу антенны присоединяется один зажим (полюс) передатчика; второй его полюс присоединяется к земле. Если же земля слишком суха, то такая установка будет работать плохо, и выгоднее пользоваться искусственной землей — так называемым противовесом, состоящим из целой сети проводов, натянутых на изоляторах под антенной параллельно земле.

Когда ток высокой частоты протекает по антенне, то вокруг нее возникает электро-магнитное поле, которое со скоростью света (300.000 км в сек.) уносится в пространство вдоль земной поверхности. Это поле мы изображаем линиями, так назыв. силовыми линиями. Каждая силовая линия всегда образует замкнутую кривую, при чем в первый момент она начинается в некоторой точке антенны, через воздух идет к земле или к противовесу и возвращается к своей начальной точке. Но силовые линии не связаны с антенной неразрывно — они от нее как бы отрываются и уносятся в пространство, скользя однако вдоль земли. Примерная картина расположения силовых линий представлена на фиг. 1; при этом, однако, надо помнить, что эти линии не неподвижны, а двигаются во все стороны со скоростью света.

Фиг. 1

Мы упомянули уже, что при сухой земле, представляющей большое сопротивление для силовых линий электро-магнитного поля, пользуются вместо земли противовесом. Практически земля вблизи такой установки не играет роли. А раз это так, то мы ничего не изменим, если подымем такое антенное устройство высоко над землей. Не изменятся свойства такого устройства и тогда, когда мы его повернем на некоторый угол или даже просто "вверх ногами", т. е. антенной вниз, а противовесом вверх; одно только изменится в этом случае: электро-магнитные силовые линии, не встречая вблизи земли, покинув антенну, будут образовывать сами по себе замкнутые линии (см. фиг. 2).

Для того, чтобы на приемной радио-станции получился сигнал, необходимо, чтобы посланные передающей антенной силовые линии в своем движении набегали прямо "лбом" на приемное устройство. Если же это приемное устройство расположено не в направлении движения силовых линий, т. е. не в направлении перпендикулярном к антенне, а под каким-то углом, то сила принимаемых сигналов будет убывать.

Фиг. 2.

Вернемся к нашей антенной установке с противовесом, которую мы подняли над землей и повернули противовесом вверх. Повернем теперь это устройство таким образом, чтобы антенна смотрела вбок, как это показано на фиг. 3. Нетрудно убедиться, что в этом случае приемная станция, расположенная на продвижении антенны в точке A, и дальше вправо никакого сигнала не услышит; приемная станция, расположенная под прямым углом к антенне в точке Б, примет сигнал наибольшей силы; между точками А и Б сила сигнала будет меняться между нулем и наибольшим значением; левее от Б сигналы будут по силе убывать сначала медленно, потом, по мере увеличения расстояния от передатчика, быстрее и быстрее.

Фиг. 3.

В наших предыдущих рассуждениях мы принимали, что величина противовеса взята такой, что все силовые линии, исходящие из антенны, свободно попадают на противовес, — это является основным условием получения достаточно сильных колебаний. Если же удлинить значительно антенну, не увеличивая соответственно противовеса, то силовые линии, начинающиеся на антенне близко к противовесу, еще свободно попадут на этот последний, линии же, исходящие из более отдаленных точек антенны, попадут на противовес уже с большим трудом, делая большой обход. Поэтому общая сила тока будет в этом случае меньше и передача на расстояние хуже.

II.

Если мы перейдем теперь к рассмотрению антенных устройств на самолетах, то их особые свойства не покажутся нам более странными, как не покажется странным и то обстоятельство, что на самолете антенна идет вниз и вбок, а противовес расположен над ней.

Большинство самолетных радиоустановок работает антеннами, состоящими из одного провода с гирькой на конце (см. фиг. 4), выпускаемого через особую трубку, оканчивающуюся раструбом или роликом. Трубку приходится брать из изоляционного материала, так как она прикрепляется к остову самолета, а этот последний является обыкновенно противовесом.

Фиг. 4

Долгое время, до окончательного введения в радиотелеграфную практику катодных ламп в качестве генераторов высокой частоты, получение очень коротких волн и особенно их использование для передачи и приема представляло большие затруднения; во многих случаях оно было просто технически неосуществимо. В силу этого первые самолетные установки приходилось оборудовать с расчетом на сравнительно длинные волны порядка 250—300 метров и выше. Кроме того, в начальный период применения радио к авиации (примерно 1911—12 годы) прием велся исключительно на детектор, катодные усилители еще не были построены, а потому для осуществления радиосвязи требовалась сравнительно значительная мощность передатчика. Все это, вместе взятое, вело к тому, что аэропланные антенны приходилось брать сравнительно длинными, дабы работать более или менее выгодными волнами.

Выше мы упомянули уже, что при недостаточно большом противовесе увеличение длины антенны ухудшает ее качества. На самолетных установках такой случай весьма не редок, ибо самый большой противовес самолетной установки — это мотор, баки, проволочные стяжки, тросы управления, словом — все металлические части аппарата, если их соединить между собой электрически. В тех случаях, когда остов самолета деревянный, а не из стальных труб, его несущие поверхности приходится обтягивать медным канатиком.

В начале применения радио в авиации приходилось оборудовать самолеты, построенные без какого-либо расчета на то, что на них будет помещаться радио-установка, что вело к ряду практических неудобств: устроенный снаружи несущих плоскостей ("крыльев") противовес давал лишнее сопротивление воздуху при движении; он часто обрывался как от неосторожного обращения, так и под сильным давлением воздуха в полете: следствием всего этого была недостаточная исправность работы установки. Когда же к концу европейской войны за границей радио-установка сделалась неотъемлемой частью самолетного оборудования, то заграничная практика перешла к заблаговременному приспособлению изготовляемых машин под радио. Внутри несущих плоскостей, состоящих обыкновенно из легких каркасов, обтянутых лакированной материей (см. фиг. 5, на которой представлено "крыло" в поперечном разрезе), закладываются полосы из легкой металлической сетки, которые, вместе взятые, и составляют основную часть противовеса. Практические удобства такого устройства ясны без дальнейшего. В тех случаях, когда внутренний противовес не изолирован особо, к нему необходимо присоединить все существенные наружные металлические части, особенно мотор и баки, во избежание искр, которые были бы крайне опасны при наличии бензина.

Фиг. 5.

Применение ламповых передатчиков и усилителей позволило в некоторых случаях, когда не нужна большая дальность передачи, обходиться без длинной спускной антенны, а пользоваться так назыв. жесткими антеннами. В случае жесткой антенны колебательный контур состоит из изолированных проводов, расположенных на верхних и на нижних несущих плоскостях (биплан продолжает и посейчас оставаться наиболее распространенным типом самолета), при чем провода каждой плоскости служат как бы обкладками конденсатора; передатчик приключается одним полюсом к проводам верхних, другим к проводам нижних плоскостей. Оказалось, что подобное устройство не имеет никакого направленного эффекта и работает равномерно во все стороны. Конструктивно оно чрезвычайно удобно, всегда готово к работе, может быть изготовлено при постройке самолета, не мешает маневрам до мертвых петель включительно и т. д., но оно обладает существенным недостатком — очень малой дальностью действия.

В самом деле, при близком расстоянии между обкладками конденсатора почти все силовые линии проходят между ними, и внешнее действие незначительно (фиг. 6). При увеличении этого расстояния это внешнее действие быстро возрастает или, как говорят в таких случаях, возрастает "действующая высота" устройства, по сходству с тем, что, чем выше антенна, тем больше ее дальность действия. В рассмотренном выше случае расположения проводов на верхних и нижних плоскостях "действующая высота" практически равна расстоянию между плоскостями, т. е. не достигает и 2-х метров.

Для увеличения действующей высоты устройства на верхних плоскостях стали устанавливать "мачты" высотой порядка 0,8 метра. Подобные "мачты" конструктивно не являются особенно обременительными, дальность же действия при этом повышается примерно вдвое.

Фиг. 6.

Другим сравнительно удобным способом повысить дальность оказалось применение в качестве противовеса изолированных проводов на верхних плоскостях самолета и очень коротенькой (ок. 7,5 метров) спускной антеннки; при этом весьма существенно, чтобы эта антеннка выпускалась не непосредственно из аппарата, а подводилась в трубке к возможно низкой точке шасси ¹). Если вместо этого выпускать антеннку обычным порядком, непосредственно из корпуса самолета, то дальность в среднем не меняется, однако в этом случае направленное действие делается достаточно заметным. От таких, на первый взгляд, пустяков зависит характер работы самолетной установки.

Чтобы показать, как меняется характер работы самолетной установки, на фиг. 7 ²) представлены "характеристики" действия антенн различных типов при условии, что мощность электрических колебаний остается во всех случаях одинаковой.

1. На верхних и на нижних крыльях по одному изолированному проводу вдоль продольного ребра крыльев, один провод служит антенной, другой противовесом.

2. Подобное же устройство, но верхний провод расположен на "мачтах" высотой 0,8 метра, установленных на верхних крыльях.

3. Противовес состоит из одного провода вдоль ребра верхних крыльев, как в случае I, антенна спускная, длиной 7,5 метров, выпускаемая с нижней точки шасси.

4. То же, что и III, но верхний провод на "мачтах" в 0,8 метра.

5. Верхняя часть, как I и III, антенна обычная спускная, длиной 7,5 метров.

6. Верхняя часть как IV, антенна как V.

Фиг. 7.

Эта сравнительная диаграмма показывает, что применением антенн описанного типа удастся избежать резко выраженного направленного действия, — во всяком случае никаких "мертвых углов" не замечается. Кроме того, та же диаграмма показывает, что применение спускной антенны, даже длиной всего в 7,5 метров, во много раз повышает дальность действия станции.

Если сравнить достигаемую самолетной установкой среднюю дальность передачи, то окажется, что она в несколько раз больше дальности, которая достигается земной установкой той же мощности. Объясняется это двумя причинами — отсутствием потерь в земле при прохождении волнами расстояния между передающей станцией и приемной и высоким положением передатчика над землей, а известно, что чем выше расположена радиостанция, тем больше дальность ее передачи.

III.

До сих пор мы рассматривали действие самолетной установки, не принимая во внимание, откуда берется необходимая для передачи энергия.

Первые самолетные установки работали молоточными прерывателями от аккумуляторов, которые представляли значительный мертвый груз, позволяя вместе с тем работать лишь ограниченное время, после чего требовалась новая зарядка. Поэтому позднее перешли на работу от маленьких генераторов переменного тока. Такие машинки устанавливались по большей части на крыле, изредка на шасси, и снабжались маленькими ветрянками, которые вращались давлением воздуха при движении самолета (см. фиг. 8). Менее распространено было приведение в действие машинок непосредственно от оси мотора (конечно, если мотор неподвижный, а не с вращающимися цилиндрами). Этот последний способ вращения динамки был принят главным образом в германской армии. Для очень больших самолетов возможно применение небольших мотор-генераторных групп.

Фиг. 8.
1 — передатчик, 2 — аккумулятор, 3 — лебедка с антенной, 4 — спускная труба,	5 — антенна, 6 — динамо, 7 — ветрянка, 8 — сиденье наблюдателя.

Известным недостатком установки с ветрянкой является колебание числа ее оборотов при изменении скорости самолета и поэтому необходимость иметь для каждой основной скорости особую ветрянку, ибо ветрянка, которая сделана для 160 км. в час, будет давать слишком много оборотов при 180 км. в час. Для избежания этих недостатков построен ряд регуляторов оборотов (напр., ветрянки с переменным наклоном крыльев), которые более или менее достигают цели. Для питания ламповых генераторов, как известно, необходим ток накала низковольтный и ток анода — высоковольтный. Поэтому для ламповых передатчиков, единственных являющихся современными, применяются динамо-машины постоянного тока. В виду особой чувствительности ламповых генераторов к колебанию напряжения на накале для него применяются аккумуляторы, которые или полностью питают эту цепь, или включаются параллельно низковольтной динамке.

В этом случае при повышении числа оборотов динамки часть тока идет в аккумуляторы, следовательно лампы перекаливаются меньше; если обороты динамки почему-либо уменьшаются, то аккумуляторы дают ток от себя, и накал опять-таки почти не меняется.

Что касается самих передатчиков, то они в принципе ничем не отличаются от передатчиков той же мощности, построенных для других целей. При конструктивном же их выполнении необходимо принимать ряд специальных требований, диктуемых особенностями установки: прежде всего — минимальный вес и объем, так как самолет желательно нагружать возможно меньше, равным образом необходимо экономить и место; далее, крайне существенны удобство и простота обслуживания. Дело в том, что нельзя рассчитывать на то, что лицо, обслуживающее радиоустановку в полете, будет достаточно подготовлено технически и будет иметь достаточно времени для производства сколько-нибудь сложных или многочисленных регулировок. Поэтому все стремления конструктора бывают направлены к тому, чтобы возможно упростить обслуживание радио-установки в полете. Нередки случаи, когда самолетные передатчики делаются для одной определенной волны, устанавливаемой к тому же тогда, когда самолет находится на земле. Из тех же соображений простоты обслуживания современные авиопередатчики делаются почти исключительно телефонными, так как в этом случае не требуется знания азбуки Морзе и умения работать ключом. Тем не менее часто одновременно с телефонией предусматривается и возможность телеграфировать ключом. Дело в том, что, как и в земных установках, дальность действия при телеграфировании раза в 3—4 больше той же дальности при телефонии; кроме того, при телеграфировании легче пользоваться условными знаками, что важно в военном деле.

Любопытно то обстоятельство, что на самолете, где всякие разговоры (при открытых машинах) крайне затруднены из-за шума мотора, нет надобности применять какие-либо приспособления к микрофону, чтобы заглушить или ослабить этот шум, — можно говорить в микрофон, почти не повышая голоса, и разговор принимается ясно и отчетливо на фоне легкого гула.

Естественно возникает вопрос: а как же обратно, на самолет, можно передать с земли? Да, можно, но это уже гораздо сложнее. Главное затруднение представляют гул мотора и свист воздуха, которые очень притупляют слух, и сила принимаемых сигналов должна быть такова, чтобы быть в состоянии "перекричать" местные шумы. Поэтому прием на самолет стал вообще возможным лишь с момента введения в практику ламповых усилителей. Применяемые для приема на самолете телефоны должны очень плотно прилегать к ушам, а сама каска защищена от шумов мягким войлоком и т. п. Второе, очень серьезное затруднение — это шумы, вызываемые в приемнике работой магнето мотора. Как известно, зажигание бензиновой смеси в цилиндрах мотора производится электрической искрой магнето. Искра эта перескакивает между двумя изолированными металлическими электродами, которые могут быть рассматриваемы, как обкладки конденсатора. А раз имеется конденсатор и искра, то почти всегда разряд носит колебательный характер. Этот колебательный разряд неминуемо влияет на самолетный приемник, ибо металлическая масса мотора, как правило, присоединяется к колебательному контуру самолетной радиоустановки, работающей выпускной антенной. В то же время масса мотора соединена с одним из полюсов магнето. Другими словами, колебательный контур магнето и запальных свечей оказывается "связанным" с колебательным контуром радиоустановки. В виду большой сравнительно мощности искры магнето, шумы, вызываемые им в приемнике, могут оказаться такой силы, что они заглушат всякую приемную работу. Поэтому при конструировании самолетных радиоприемников все усилия приходится направлять к защите их от действия магнето. Достигается это различными способами: изменением в цепях магнето с целью уничтожить колебательный характер тока при прохождении запольной искры; применением изолированных, не связанных с мотором противовесов, т. е. уничтожением прямой связи этих контуров между собою, устройством вокруг магнето и проводов от него к свечам металлической сетки, которая задерживает индукцию на окружающие предметы, и т. д. Применением тех или иных средств удается обыкновенно если не совершенно избавиться от шумов, то во всяком случае их значительно ослабить и сделать работу приема возможной.

Что касается направленного действия самолетной антенны, то оно также сказывается при приеме, как и при передаче, и иногда самолет, даже находясь недалеко от передающей станции, рискует ничего не услышать, особенно если смотрит на нее хвостом. Антенны, имеющие при передаче слабый направленный эффект, не имеют его и при приеме.

Таким образом, вопрос приема на самолете нельзя пока считать окончательно решенным. При всем том хорошо оборудованный современный самолет даже при самых дальних отлетах не потеряет связи со своей базой, во-время получит и указания оперативного свойства, и сведения о погоде, и ориентировку в темноте и в тумане, а равно и сам сообщит базе все необходимое, — он уже не оторванная от всего остального мира, затерянная в воздушном океане песчинка, а частица какой-то большой организации. В этом огромное значение авиационного радио.