§ 62. Другие применения радио

Мы уже упоминали о ряде применений радио помимо радиосвязи и радиовещания. Так, например, мы видели, что радио используется как для определения местоположения объектов, не излучающих радиоволн, а только отражающих их (радиолокация, § 35), так и для установления местоположения передатчиков, радиомаяков и т.п. (радиопеленгация, § 59). Мы познакомимся теперь с некоторыми применениями радио.

Начнем с так называемой фототелеграфии, которая позволяет получить на приемной станции фотографическую копию с оригинала (чертежа, фотоснимка, письма), находящегося на передающей станции. Принцип действия фототелеграфа несложен. На передающей станции имеется трубка, на одном конце которой укреплен особый прибор — фотоэлемент, а на другом — специальный оптический объектив (рис. 146). Объектив трубки помещается над валиком, вокруг которого обернут передаваемый оригинал. Объектив собирает на фотоэлемент свет только с маленького участка поверхности оригинала — того участка, над которым объектив находится в данный момент. При работе аппарата валик вращается и перемещается параллельно своей оси, так что объектив последовательно, точка за точкой «осматривает» всю площадь оригинала Количество света, падающего при этом на фотоэлемент через объектив, изменяется в соответствии с чередованием светлых и темных мест оригинала. Фотоэлемент обладает тем свойством (§ 183), что сила текущего через него электрического тока зависит от интенсивности падающего на него света. Поэтому по мере движения валика с оригиналом сила тока в фотоэлементе изменяется в соответствии со сменой светлых и темных участков оригинала. Эти изменения силы тока используются для модуляции радиопередатчика совершенно так же, как при передаче звука для модуляции используются изменения тока в цепи микрофона.

Рис. 146. Схема передающего устройства фототелеграфа: 1 – объектив, 2 – фотоэлемент

На приемной станции после усиления и детектирования принятого излучения получается низкочастотный ток, повторяющий колебания силы тока в фотоэлементе передатчика. Если полученным после детектора током питать нить маленькой электрической лампочки, то яркость накала нити будет меняться в соответствии с яркостью тех точек оригинала, которые проходят под объективом на передающей станции.

На приемной станции устроен валик с трубкой и объективом, как и на передающей станции, но вместо фотоэлемента в трубке укреплена электрическая лампочка, а вместо оригинала на валик кладется лист фотографической бумаги. Объектив дает на этой бумаге светлое пятнышко, яркость которого меняется вместе с интенсивностью света, падающего на фотоэлемент передающей станции. Если валик на приемной станции движется точно так же, как и валик на передающей, то, после того как точка за точкой будет освещена вся площадь фотобумаги, после ее проявления на ней получится копия передаваемого оригинала.

Фототелеграф работает сравнительно медленно, так как быстрота его действия зависит от скорости перемещения механических приспособлений и от того, насколько быстро успевает меняться накал электрической лампочки. Поэтому описанным путем нельзя осуществить передачу изображений движущихся предметов (телевидение).

Для осуществления понадобилось заменить механические приспособления и лампочки накаливания электронными пучками подобно тому, как механические реле, пригодные для телеграфа, пришлось заменить электронными лампами, чтобы сделать возможной передачу по радио звуков (радиотелефония).

Сущность телевизионной передачи состоит в следующем. На передающей станции валик, перемещающийся под фотоэлементом, заменен электронным осциллографом, в котором электронный пучок с огромной скоростью бегает не по экрану, а по сложному многоячейковому фотоэлементу, так называемому иконоскопу (от греческих слов «иконос» — изображение, «скопио» — наблюдение). На этот фотоэлемент с помощью объектива отбрасывается передаваемое изображение. Каждая ячейка иконоскопа работает в те моменты, когда на нее попадает электронный пучок. Специальные развертывающие напряжения, подводимые к управляющем пластинам осциллографа, заставляют электронный пучок пробегать по всей поверхности иконоскопа за 1/25 секунды (конец пучка прочерчивает при этом 625 горизонтальных строк, лежащих почти вплотную одна под другой). Сила тока в цепи иконоскопа в каждый момент времени пропорциональная освещенности той ячейки иконоскопа, на которую в этот момент попадает электронный пучок. Поэтому колебания силы тока в цепи иконоскопа передают распределение интенсивности света во всех последовательно «просматриваемых» точках передаваемой картины (кадра).

Получаемые от иконоскопа электрические колебания подводятся к радиопередатчику и модулируют излучаемую им радиоволну подобно тому, как переменный ток в цепи микрофона радиоволну при передаче звука. Таким образом, каждую секунду радиоволна уносит «отпечаток» 25 полных кадров, каждый из которых состоит из 625 строк.

На приемной станции валик и лампочка фототелеграфа тоже заменены электронным осциллографом, но с обычным экраном, светящимся под ударами электронов (так называемый кинескоп). После усиления и детектирования принятой волны в приемнике получается точно такой же переменный ток, какой модулировал волну в передатчике. Этот ток используется для того, чтобы управлять интенсивностью электронного пучка в кинескопе. Яркость же свечения экрана кинескопа пропорциональна интенсивности электронного пучка. Таким образом, яркость пятнышка на приемном экране меняется со временем соответственно освещенности тех точек передаваемого изображения, через которые пробегает электронный пучок в передатчике.

Электронный пучок в приемнике совершает по экрану движение, в точности синхронное с движением электронного пучка в передатчике по иконоскопу, т.е. он тоже обегает за 1/25 секунды всю площадь экрана, прочерчивая за это время 625 горизонтальных строк. В итоге на приемном экране за 1/25 секунды воспроизводится весь передаваемый кадр. Так как за секунду сменяется 25 таких кадров, то, как и в кино, отдельные изображения воспринимаются нашими глазами как единое слитное движущееся изображение.

Посредством передачи по радио специальных сигналов-команд (например, определенных комбинаций телеграфных знаков) можно осуществлять управление на расстояние (телеуправление). Удаленный приемник, установленный, в частности, на борту корабля, самолета, искусственного спутника Земли и т.д., заранее настроен на частоту управляющего передатчика. Приемник либо включен постоянно, либо в определенное время включается автоматически по заданной программе. Принятые и усиленные сигналы-команды заставляют срабатывать те или иные реле, которые в свою очередь запускают или останавливают вспомогательные электродвигатели, работающие от местных источников энергии и выполняющие различные механические операции. Таким путем можно управлять на расстоянии мощными двигателями, рулевыми механизмами, измерительными приборами, радиопередатчиками и т.п.

Укажем еще на одно применение радио.

В §§ 44 и 45 мы видели, что волны, разбегающиеся  по поверхности воды от двух когерентных источников, образуют характерную интерференционную картину (рис. 91 и 92), состоящую из неподвижных чередующихся линий наибольшей и наименьшей интенсивности колебательного движения поверхности воды. Советские ученые Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекси получили интерференционные явления с помощью радиоволн и дали этим явлениям практическое применение. Они использовали их для быстрого и точного определения расстояний между различными точками земной поверхности, создав тем самым новую отрасль радиотехники - радиогеодезию. Быстрота измерения позволяет проводить его и в том случае, если одна из точек движется (корабль, самолет). Поэтому такой способ измерения расстояний находит себе применение и в практике вождения кораблей и самолетов радионавигации.