Физика в бою

Собственное инфракрасное излучение спутника определяется температурой и оптическими свойствами его поверхности — коэффициентами поглощения и излучения. Кроме того, на тепловой режим спутника большое влияние оказывают внутренние источники тепла, основными из которых является его собственная аппаратура. Количество выделяемого тепла зависит от мощности этой аппаратуры и режима ее работы. В печати сообщалось, что практически для очень широкого класса спутников, сильно отличающихся между собой по толщине оболочки, аппаратурному оснащению и оптическим свойствам поверхности, температура, определяющая их инфракрасное излучение, лежит в пределах примерно от 170° К до 420° К. Таким образом, искусственные спутники Земли следует отнести к объектам со сравнительно низкой интенсивностью инфракрасного излучения. Несмотря на это, их обнаружение современными приборами инфракрасной техники, устанавливаемыми на противоракетных снарядах, является вполне реальной задачей.

Так, фирмой Мартин (США) изготовлен поисковый прибор для головок антиракет. По утверждению фирмы, прибором могут быть обнаружены предметы с очень низкой температурой. Зеркальная оптическая система этого инфракрасного устройства имеет диаметр 400 мм. Все элементы поискового прибора, включая зеркала, фотосопротивления и усилитель, могут вращаться как одно целое. Вес самого прибора 22,5 кг. Фокусное расстояние системы 300 мм, угол поля зрения 12°. При слежении за космической целью с площадью поверхности 1 м², температурой обшивки 250° К и коэффициентом излучения 0,5 устройство имеет максимальную дальность действия около 200 км.

Вполне понятно, что создание такого поискового прибора было бы невозможно без последних достижений физики. Приемником излучения здесь является фотосопротивление из германия, легированного цинком. Кстати, монокристалл германия относится к числу наиболее современных примесных фотосопротивлений. Добавка в кристалл определенных «примесей», таких, как золото, сурьма, кадмий, цинк и других, позволяет, как отмечалось в печати, сдвинуть чувствительность приемника в ту область инфракрасного спектра, в которой излучение низкотемпературных источников излучения — искусственных спутников Земли — максимально. Это область длин волн от 5 до 20 мк.

Обычно приемники инфракрасного излучения на основе кристалла германия работают только при очень сильном охлаждении. Так, германий, легированный золотом, охлаждается жидким азотом до температуры —196 °C, а германий, легированный цинком, требует охлаждения жидким гелием до температуры —268 °C. Приемники такого типа создаются за рубежом в виде монокристаллов германия длиной несколько миллиметров, помещенных в двойной сосуд Дюара. Во внутреннем сосуде, наполненном жидким гелием, размещается монокристалл. Весь этот сосуд Дюара помещается во второй сосуд, наполненный жидким азотом, что позволяет в течение более длительного времени предохранять от выкипания жидкий гелий во внутреннем сосуде.

По сообщению фирмы Мартин, прибор для головок антиракет может не только обнаружить искусственный спутник Земли по его собственному тепловому излучению, но и отличить излучение носовых конусов приближающихся межконтинентальных баллистических ракет от ложных целей, которыми, например, могут быть последние ступени ракет, летящие по траекториям, близким к траекториям головных частей.

Как считают зарубежные специалисты, важную роль в военной разведке, производимой со спутников, может играть наблюдение наземных целей в инфракрасных лучах. Однако они отмечают, что создание тепловой аппаратуры для разведки наземных целей встречает большие трудности. Здесь различают два основных вопроса: обнаружение объекта и его опознавание. Обнаружение объектов состоит в получении от них сигнала. Эту задачу в большинстве случаев считают технически разрешимой: чувствительность инфракрасных систем позволяет обнаруживать даже из космоса многочисленные источники инфракрасного излучения на поверхности Земли. Таким образом, главная трудность тепловой разведки состоит не в обнаружении, а в опознавании обнаруженного источника излучения.

По полученному на выходе чувствительного элемента электрическому сигналу надо определить, какой именно из наземных объектов (завод, лесной пожар, город или крупное строительство) обнаружен в данный момент инфракрасной системой. Следовательно, если для обнаружения источников инфракрасного излучения на поверхности Земли нужна лишь соответствующая чувствительность системы, для опознавания объектов нужно решить значительно более сложную задачу — установить однозначное соответствие между характеристиками теплового излучения объекта и его назначением. В некоторых случаях, как отмечается в иностранной печати, эта связь может быть определена достаточно просто, но для многих низкотемпературных объектов, расположенных на поверхности Земли, такая задача может оказаться неразрешимой.