Пистолет, стреляющий молнией

 

…Однажды в марте 1965 года с башни высотного здания МГУ раздался неслышный выстрел. Необычный пистолет был нацелен на один из домов в районе Зубовской площади – там находится подстанция Г‑6 Арбатского телефонного узла. Над излучиной Москвы‑реки протянулся тоненький, бесплотный, бесподобно прямолинейный кабель, состоявший из двух световых жилочек – вторая (обратная) тянулась от Г‑6 к АВ‑9.

Так началось приобщение лазерного луча к миру современной телефонии. Серийный отечественный газовый (гелий‑неоновый) лазер типа ЛГ‑34 дает непрерывный красный луч такой яркости, что хорошо виден даже днем. Свет улавливается фотоприемниками. Многие москвичи, говоря по телефону, даже и не догадываются, что их соединила световая линия…

«Качество передачи великолепное, – констатирует организатор эксперимента А. Г. Мурадян. – Мы надеемся вскоре создать целую сеть лазерных телефонных линий, возможно, даже с использованием Останкинской телебашни, откуда световые „провода“ протянутся ко всем узлам столицы».

Емкость светового диапазона баснословно велика: на полосе частот в 400 миллионов мегагерц, охватываемой им, можно одновременно передавать десятки миллионов радио‑ и телепрограмм, вести миллиарды телефонных переговоров (жителей на Земле сейчас 3 миллиарда).

Чего ж раньше никто не реализовал эти самоочевидные преимущества?

Отсутствовали источники когерентного, монохроматического излучения. Вернее, они имелись, но не в инфракрасной и оптической области спектра. Любая радиостанция дает высокоорганизованный, согласованный поток квантов‑близнецов, если только можно назвать так упорядоченный цуг волн. Он способен служить безупречным носителем информации. Чтобы передать сигнал, остается отчеканить на этой череде колебаний определенные знаки в виде каких‑то меток.

Вполне понятно, что чем меньше на переносчике естественных изъянов («шумов»), тем реже искажения, которым подвергаются передаваемые им сигналы. Колебания, порожденные квантовым генератором, почти идеальны: форма у них безупречна в своем плавном ритмическом однообразии.

В павильоне «Электроника» на ВДНХ демонстрируется опытная телевизионная установка, где изображение передается не радиоволнами от антенны к антенне, а многометровым световым лучиком, нацеленным в фотоприемник. Лучом серийного лазера ЛГ‑24М – одного из многих типов, выпускаемых нашей промышленностью.

С каждым годом растет и разнообразится семья квантовых чудо‑приборов, все многогранней становятся и их возможности.

Не далее как в июле 1960 года появился первенец квантовой электроники, работавший в оптическом диапазоне. Его сконструировал инженер американской фирмы «Хьюз эйркрафт» Теодор Мейман. Сердцем прибора был однородный рубиновый кристалл, по форме напоминавший сигарету, только тоньше и короче. Красная световая игла прошивала воздух короткими прерывистыми уколами.

Не прошло и трех лет, как наряду с импульсными появились лазеры непрерывного действия, наряду с кристаллическими – жидкостные и газовые; генерировались как невидимые (инфракрасные и ультрафиолетовые) лучи, так и видимые разных цветов, как мощные, так и слабые. Среди твердых материалов уже не только рубин использовался в качестве сердечника, но и шеелит, флюорит, а также другие минералы, наконец, стекло и пластмасса. В 1964 году на Международной лейпцигской ярмарке демонстрировались советские лазеры тринадцати типов. Сейчас большинство их сходит с конвейера, словно обычные электроосветительные аппараты.

Среди всего этого многообразия квантовых генераторов есть одна их категория, которая заслуживает особого внимания.

В конце 1962 года Н. Г. Басов и Б. М. Вул, объединив усилия своих лабораторий, создали одновременно с американскими учеными первые полупроводниковые лазеры, несмотря на явный скепсис, сквозивший всего несколько лет назад в выступлениях многих ученых на II Международной конференции по квантовой электронике.

Полупроводниковые представители лазерного семейства отнюдь не славятся мощностью. Напротив, они принадлежат к разряду «слабосильных», подобно газовым, только в отличие от них не обладают столь же высокой монохроматичностью генерируемого света. Да и луч их с расстоянием шире раздается в стороны, скорее теряет узость. Чем же тогда они интересны?

Прежде всего вот чем: их к. п. д. гораздо выше, чем у большинства других лазеров. Но это не все.

Мы уже имеем представление о размерах современных квантовых генераторов. Рубиновый «карандашик» в опытах Меймана был четырехсантиметровым коротышкой с диаметром 5 миллиметров. Бывают стержни и побольше. Трубки газовых лазеров достигают десятиметровой длины. Все равно не так много, не правда ли? Ну, а полупроводниковые лазеры – как вы думаете, каких размеров они могут быть?

Микронных. Хотите верьте, хотите нет: за работу примутся едва различимые глазом кристаллики, у которых расстояние между гладкими противолежащими гранями (зеркалами) будет доведено до тысячных долей миллиметра. Такой микроскопический резонатор, сравнимый с длиной волны, в ответ на внешнее «раздражение» способен в миллион раз скорее приходить в состояние «боевой готовности», чтобы выстрелить светом. Когда лазерные кристаллики станут ячейками электронного мозга, быстродействие «думающих» устройств возрастет в тысячи, если не в миллионы раз – до триллионов операций в секунду.

«Создание полупроводниковых квантовых генераторов, – заявил президент Академии наук СССР М. В. Келдыш, – открывает новые перспективы технического прогресса, в частности, в области автоматики и приборостроения».

В 1964 году за эти работы члену‑корреспонденту АН СССР Б. М. Вулу, кандидатам физико‑математических наук О. Н. Крохину, Ю. М. Попову, А. П. Шотову (все фиановцы), докторам физико‑математических наук Д. Н. Наследову, С. М. Рывкину, научным сотрудникам А. А. Рогачеву и Б. В. Царенкову (все из Ленинградского физико‑технического института имени А. Ф. Иоффе АН СССР) вручена Ленинская премия.

Однородный, без внутренних дефектов, правильно сформированный кубик из арсенида галлия с ребром в миллиметр – таким крошкой он выглядит уже сегодня, этот поистине драгоценный светоносный камень, сделанный искусными руками советских людей.

Каким он будет завтра?

Вчерашний первенец полупроводниковой квантовой электроники не одинок, у него уже появились собратья – другие карликовые источники неистового света, готовые затмить само Солнце. Соединения галлия, индия, свинца, кадмия с мышьяком, сурьмой, фосфором, селеном, теллуром – все богаче ассортимент лавирующих материалов, все пестрее палитра частот, перекрытых их лучами в видимом и инфракрасном диапазоне.

Множится и семья лазеров – «ветеранов». От синтетического рубина до простого стекла – список твердых тел, рождающих луч, пополняется из года в год.

А газы? Всего лет 13 назад заработал у Прохорова и Басова молекулярный генератор на аммиаке.

В 1960 году советские исследователи В. К. Аблеков, М. Е. Песин и И. Л. Фабелинский, пропустив электрический разряд через смесь ртутных и цинковых паров, десятикратно усилили поток излучения. Пары ртути, цезия, других металлов сейчас успешно применяются в лазерной технике. Гелий, неон, аргон, криптон, ксенон… Наряду с этой благородной когортой мощно засветились кислород, азот с двуокисью углерода, даже пары воды. Правда, в отличие от инертных газов все они испускают излучение не путем электронных переходов, а благодаря колебательным движениям атомов в молекуле – тем самым, которые обусловливают комбинационное рассеяние. Коэффициент усиления у них меньше, поэтому трубки таких лазеров напоминают стеклянные колонны длиной в метры.

Уж коли физики дошли до газов, которыми мы дышим, то не заставят ли они лазировать обыкновенный воздух? А творец первого генератора на инертных газах американский физик Али Джаван поговаривает о создании… огненного лазера! Он считает, что когерентное излучение удастся получить от пламени, возникающего при горении некоторых веществ.

Уж не гаринские ли «пирамидки» шагнут в действительность из утопии Алексея Толстого?

На первый взгляд гаринские чертежи могут показаться чуть ли не патентной заявкой на рецепт квантового генератора. На деле же они не имеют с этим изобретением решительно ничего общего, кроме чисто внешнего сходства. Но если Гарину не удалось предвосхитить принцип лазера, то нельзя отказать в прозорливости другому герою романа – коммунисту Шельге. Правда, слова Шельги касаются применения, а не изготовления прибора: «Опасность величайшая, неизмеримая грозит миру…»

«Икс‑оружие», «пушки, стреляющие молнией», «лучи смерти» – за этими названиями, будто сошедшими со страниц фантастического романа, стоят вполне реальные ассигнования Пентагона на разработку наисовременнейших наступательных средств а‑ля гаринский гиперболоид (проект «Дефендер»).

В марте 1962 года американский журнал, посвященный авиационной и космической технике, напечатал статью Б. Миллера «США приступают к программам лазерного вооружения».

Бесславно закончилась авантюра Гарина, употребившего гиперболоид на то, чтобы стать властелином мира. Несдобровать и тем, кто захочет сделать новое чудо света слугой тьмы, оружием насилия.

Трудно предугадать судьбы лазера, когда он возмужает, – ведь сейчас он переживает пору своего младенчества. Кто знал лет 60 назад, какое будущее ожидает радиоприемник или электронную лампу?

А вспомните стремительную поступь расщепленного атома и космической ракеты!

Или историю радиолокации.

 

Эхо приходит с донесением

 

…Это был настоящий плавучий город, многоэтажный, шумный, густонаселенный. На борту лайнера водоизмещением 60 тысяч тонн находилось 1316 пассажиров и 890 членов экипажа. Он вышел в свой первый трансатлантический рейс.

14 апреля 1912 года в 23 часа 40 минут с фор‑марса раздался хриплый возглас вахтенного матроса:

– Прямо по носу айсберг!

Мало кто почувствовал толчок: удар о подводный выступ ледяной глыбы казался слабым. Между тем борт был располосован от носа до кормы; сквозь зияющую стометровую пробоину бурлящими потоками вливалась вода.

В 2 часа 20 минут «Титаник» пошел ко дну. Вместе с ним погибло полторы тысячи человек…

Если бы колесо истории повернулось вспять и капитан поставил наблюдателем самого опытного, самого зоркого в мире марсового, снабдив его лучшим биноклем и мощным прожектором, удалось бы избегнуть катастрофы? Такой гарантии нет. Массивная, неповоротливая махина, несущаяся с большой скоростью, не в этот раз, так в другой могла напороться на ледяной утес, на встречный корабль, незаметно подплывающий под покровом ночи или тумана; ведь физиологические возможности зрения, даже самого острого, даже при отличной погоде, не безграничны!

Навигационной технике было в пору хоть самой подавать сигналы «505». Ее выручила радиолокация.

…За стеклом иллюминатора – непроглядная мгла. Да еще туман и пурга. Сколько ни всматривайся в ночь, хоть до рези в глазах, – не видно ни зги. А кругом – плавучие льды. А позади – караван судов. Но атомоход «Ленин» уверенно держит путь. Перед штурманом круглое оконце, напоминающее не то иллюминатор, не то экран телевизора. По мерцающему зеленовато‑голубому полю там и сям разбросаны светящиеся пятна. Здесь они образуют цепочку – это кромка берега. Точка чуть левее и выше – встречное судно. До него семь с половиной кабельтовых, до острова, что справа по борту, вдвое дальше – полторы мили. Непрерывно меняющаяся за бортом обстановка здесь как на ладони. И как стрелка по циферблату секундомера, только быстрее, все бегает и бегает по экрану индикатора неугомонный радиус‑луч, прорисовывая объекты, выхваченные из тьмы и тумана. А на фок‑мачте столь же неутомимо кружится решетчатая параболическая антенна – это она бдительно прощупывает пространство своим незримым лучом.

Весь советский флот дальнего плавания оснащен надежными всевидящими приборами отечественного производства.

Туго пришлось бы не только надводным кораблям, но также воздушным и космическим, если бы не радары. На самолетах, в портах и на аэродромах, на станциях слежения за спутниками – всюду исправно и неусыпно несут они свою верную службу.

А давно ли сама мысль о радиозрении, безотказно действующем в любое время суток и при любой погоде, казалась несбыточной мечтой?

Еще в 30‑е годы широко в ходу были звукоулавливатели. Несколько громоздких раструбов, похожих на граммофонные, реагировали на сотрясение воздуха, донося до ушей «слухача» рокот мотора, – так удавалось узнать о приближении самолета, скрытого от глаз покровом ночи или облачной завесой. Удавалось с грехом пополам: ведь гул зачастую «сдувается» в сторону ветром, не слышен на больших расстояниях, да и доходит сравнительно медленно – на каждые 5 километров требуется целых 15 секунд; за это время даже «небесный тихоход» той эпохи успевал пройти больше километра.

И хотя начало 30‑х годов ознаменовалось настоящим бумом вокруг автоматизированных «комбайнов», совмещавших в себе прожекторы со звукоулавливателями, постепенно складывалось трезвое мнение: как порознь, так и в виде новоиспеченных гибридов эти приборы обречены, они бесперспективны, сколько их ни совершенствуй. Но ничего лучшего пока не было в распоряжении ни у одной страны.

Ключ к решению проблемы лежит в радикально ином подходе. Зондирующее устройство должно полностью полагаться на собственное излучение, как прожектор, а не на «чужое», испускаемое объектом поисков, как в случае звукоулавливателя или теплопеленгатора. Только вместо световой надо найти другую энергию. Какую? Тоже электромагнитную, ибо она самая быстрая, самая дальнодействующая. Почему бы не использовать радиоволны?

Так примерно излагал свои мысли молодой инженер Павел Ощепков на совещании летом 1932 года. В Мурманске тогда уже действовала импульсная ионосферная станция, созданная в 1932 году под руководством профессора Михаила Александровича Бонч‑Бруевича. Коротковолновое излучение, расходясь порциями от антенн во все стороны, достигало и верхних, «наэлектризованных», слоев атмосферы. Отразившись от них, оно частично возвращалось к земле, где улавливалось приемником. По длительности такого «радиорейса» определялась высота ионосферы, проводились и другие исследования.

А вот радиообнаружение сравнительно небольших объектов (самолетов, кораблей) многим казалось несерьезной затеей.

Радар… «Величайшим изобретением за последние полвека» назовет его после второй мировой войны Уинстон Черчилль, упирая на его боевой аспект и присовокупив, что его подарила миру именно британская нация. США будут оспаривать у Англии честь называться первооткрывателями. Не придя к единому мнению, историки напишут в официальном американском отчете: «Вероятно, эта идея возникла почти одновременно в Америке, Англии, Франции, Германии и даже в Японии».

СССР почему‑то не окажется в списке. И лишь в 1946 году в журнале «Лук» появится статья Э. Реймонда и Дж. Хачертона (один из них бывший советник американского посольства в Москве), где прямо утверждается: «Советские ученые успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретен в Англии».

18 июня 1933 года П. К. Ощепков представил обстоятельный доклад на имя народного комиссара обороны, опубликованный после обсуждения в журнале «Сборник ПВО» за 1934 год. В докладе говорилось: «Если иметь источник генерирования ультракоротких, или дециметровых и даже сантиметровых электромагнитных волн, то, направляя луч на какой‑либо предмет, можно всегда получить обратный электромагнитный луч. Приняв такой отраженный луч, можно весьма точно определить не только направление на отражающую поверхность, но и место ее нахождения».

Так впервые в мире со всей определенностью была поставлена задача, техническое решение которой стало одним из величайших завоеваний XX века.

В конце лета 1933 года на официальном собеседовании с наркомом обороны К. Е. Ворошиловым и его первым заместителем М. Н. Тухачевским обсуждался вопрос о правительственном финансировании работ по радиолокации. П. К. Ощепков назвал сумму 250–300 тысяч рублей. Попросив детализировать программу исследований, Тухачевский отдал распоряжение включить ее в план важнейших дел наркомата на ближайшие годы.

А вот справка из официальной американской истории радара: «В 1935 году по настоянию вице‑адмирала Боуэна конгресс США ассигновал Морской исследовательской лаборатории 100 тысяч долларов на научные работы. Это была первая сумма, отпущенная для развития радиолокационной техники…»

7 октября 1934 года маршал Тухачевский направил секретарю ЦК ВКП(б) Сергею Мироновичу Кирову такое письмо: «Опыты по обнаружению самолетов с помощью электромагнитного луча подтвердили правильность положенного в основу принципа. Итоги проведенной научно‑исследовательской работы делают возможным приступить к сооружению опытной разведывательной станции ПВО, обеспечивающей обнаружение самолетов в условиях плохой видимости, ночью, а также на больших высотах (до 10 тысяч метров и выше) с дальностью до 50–200 километров… Прошу Вас не отказать помочь инженеру‑изобретателю тов. Ощепкову П. К. в продвижении и всемерном ускорении его заказов на ленинградских заводах „Светлана“, ЦРЛ и др.».

В США первый контракт с промышленными фирмами на изготовление шести станций для обнаружения самолетов был подписан в октябре 1939 года.

26 октября 1934 года один из советских заводов получил правительственные заказы «Вега» и «Конус» на постройку пяти таких станций – сразу же после опробования первой опытной установки «Рапид» в июле – августе того же года.

В 1936 году проходил полигонные испытания макет зенитного радиолокатора «Буря», вышедший из стен НИИ‑9 (директор М. А. Бонч‑Бруевич). Одна из двух параболических антенн посылала непрерывно 18‑сантиметровые волны, другая принимала их «отзвук». Самолет «нащупывался» на расстоянии свыше 10 километров.

В 1937 году импульсную радиолокационную технику у нас представляло выпестованное Ощепковым многообещающее детище Физико‑технического института и лаборатории, подведомственной Управлению ПВО. Сердцем прибора была импульсная генераторная лампа ИГ‑8, созданная В. В. Цимбалиным. Всего через год за первой моделью последовала вторая – она «видела» самолеты на расстоянии 50 километров.

А в 1939 году в районе Севастополя заработала станция «Редут» с дальностью обзора 150 километров – на 20 километров больше, чем у радиолокатора «прибор Фрея», которым к этому времени располагали немцы. Вскоре появился ее вариант с одной антенной (приемной и передающей одновременно) – «Пегматит». Вместе с ним на вооружение поступила и модификация РУС‑2. По свидетельству генерал‑лейтенанта М. М. Лобанова, одного из пионеров отечественной радиолокации, РУС‑2 и «Пегматит» простотой устройства и эксплуатации, надежностью в работе и экономичностью «значительно превосходили станции США, Англии и Германии аналогичного тактического назначения». Нашей промышленностью их было выпущено несколько сот экземпляров. А полученные в небольшом количестве по ленд‑лизу американские и английские радары не оказали существенного влияния на усиление войск ПВО.

Бесспорно, тогдашняя аппаратура оставляла желать много лучшего – разве сравнить ее с теперешней? Но без практики не выявились бы и ее конструктивные недуги. Впрочем, в какой стране какой новорожденный смог избежать детских болезней?

Вот, Например, как обстояли дела у англичан в 1940 году. «Конструкция радаров не была еще окончательно отработана, – пишет Р. Кларк в книге „Рождение бомбы“. – …Передатчик БПО (береговая противолодочная оборона), работавший весьма успешно, изготовляли при помощи ножовки и некоторых других столь же „совершенных“ инструментов. Сами установки были чрезвычайно примитивными».

А ведь в тот момент англичане определенно лидировали, находясь «далеко впереди» заокеанских союзников, которые тогда же, как дает понять Кларк, воспользовались британским секретом «черного ящика» (конспиративный псевдоним радара), чтобы потом, уже после войны, отстаивать свой приоритет. Наконец, американцы пришли к такой формулировке: «Идея радиолокации возникла независимо у различных лиц и в разных странах мира после того, как импульсная техника оказалась пригодной для обнаружения таких объектов, как самолеты и корабли».

«После того, как…» Чтобы какая бы там ни было техника подошла для радиоразведки в небе и на море, ее предстояло сперва задумать и создать специально для этого, заранее, не говоря уж о необходимости поставить саму цель! Так что, пожалуй, ничего невероятного нет в предположении П. К. Ощепкова: «Первые наши успехи, по‑видимому, и послужили толчком к тому, что „разные лица“ и „разные страны“ вдруг… возгорелись страстью к этой технике…»