В 1804 году, поднявшись на аэростате высоко над Петербургом, он крикнул в рупор, направленный к земле. Когда Захаров уловил эхо своего голоса, он отметил время пробега звука до земли и обратно. А затем ему уже не трудно было, зная скорость распространения звука в воздухе, подсчитать, на какой же высоте находится аэростат.
В наше время человек додумался использовать эхо для измерения глубин морей и океанов. Так появился замечательный прибор — эхолот. При работе эхолота используют не обыкновенные звуки, слышимые человеческим ухом, а сверхзвуки, или ультразвуки.
Кто же создает такие звуки? Оказывается, тоненькая пластинка кварца. Если через такую пластинку пропускать переменный электрический ток, то она начинает «дышать», то есть попеременно сжиматься и растягиваться. В одну секунду пластинка «дышит» до семисот тысяч раз. И каким бы легким ни было ее «дыхание», оно увлекает за собой частицы окружающей среды, рождая сверхзвуковую волну. Эти волны мы не слышим, но их действие может быть хорошо заметным.
Если колеблющуюся пластинку кварца поместить в сосуд с жидкостью, то мы увидим нечто необычайное. Здесь вихрем начинают летать частицы взбудораженной жидкости. Ультразвуковой ураган все яростнее и яростнее катит свои волны. Над поверхностью жидкости образуется горка высотою до 100 миллиметров, а капли этой жидкости взлетают вверх на полметра и выше. Ну, а если так будут «дышать» не одна, а десять и больше пластинок?
Представляете, какие звуки будет посылать эхолот на дно моря или океана, если снабдить его многими кварцевыми пластинками? Как же работает эхолот?
К днищу судна приварен стальной ящик; в него вмонтирована пачка кварцевых пластинок. Когда через эти пластинки пропускают ток, они начинают «дышать». «Дыхание» пластинок передается направленным пучком в воду и вызывает ее мощные колебательные движения — ультразвуковые волны. Эти волны мчатся сквозь водную толщу вниз, достигают дна, отражаются от него и бегут обратно в виде эха.
Ультразвуковые волны достигают дна моря, отражаются от него и бегут обратно. 1 — излучатель и приемник эхолота; 2 — прибор — указатель эхолота.
Эхо улавливается второй пачкой пластинок, укрепленной в том же ящике, и тут же превращается в электрические колебания.
Эти электросигналы подводятся к шкале специального прибора, на котором стрелка покажет в метрах глубину моря или расстояние до какого-либо подводного предмета, отражающего звук. А у некоторых эхолотов глубина моря показывается в виде штрихов, наносимых на бумажную ленту самопишущим прибором.
Когда-то глубину морей измеряли ручным лотом, то есть веревкой с грузом на конце. Это была долгая и неточная работа. А об измерении глубины океанов даже и не мечтали. Эхолот изумительно точно и быстро измеряет любую глубину. Чтобы измерить глубину в три километра простым лотом, времени затрачивают свыше часа. Эхолоту для этого нужны секунды. С помощью эхолота удалось точно измерить самую большую глубину океана — 10 863 метра.
Такая глубина оказалась у Марианских островов на Тихом океане. И что важно — измерение глубины простым лотом возможно только с неподвижного судна, а эхолотом — даже на полном ходу. Эхолот не только измеряет глубину.
Когда судно плывет над подводными возвышенностями и долинами, самопишущий прибор эхолота рисует на бумаге точный профиль этого дна Пересекая море, можно привезти с собой изображение рельефа его дна по линии пути судна. А так как море бороздят по всем направлениям множество судов, то по записям их эхолотов можно легко составить точную карту всего морского дна.
Так эхолот превращается в «эхоглаз». По записи на бумажной ленте можно узнать, например, есть ли на дне песчаные наносы.
«Эхоглаз» помогает быстро находить места затонувших кораблей, чтобы поднять их со дна моря. Он даже показывает, в каком положении лежат эти корабли на грунте.
Большую пользу приносит «эхоглаз» советским рыбакам. Пользуясь «эхоглазом», они обнаруживают в глубине моря скопления рыбы, плотность и размеры косяка.
Некоторое сходство с эхолотом имеет другой, удивительный прибор, установленный в особом помещении командной рубки Его называют радиолокатором Много замечательного в этом приборе. Главное в его работе, как и у эхолота, — это отражение от встречных предметов. Но тут уже отражаются не звуковые, а радиоволны.
На этом и кончается сходство в работе обоих приборов. И прежде всего потому, что скорость движения радиоволн около 300 000 километров в секунду Она почти в миллион раз больше скорости звука в воздухе. Это значит, что радиоволна может за одну секунду пять раз «облететь» все границы Советского Союза.
От скалы, находящейся от нас в семи километрах, звуковое эхо прилет через 20 секунд, а радиоэхо — через две стотысячные доли секунды. А при меньшем расстоянии будут даже не стотысячные, а миллионные доли секунды. Ясно, что такое время не сможет засечь никакой хронометр. А вот радиолокатор засекает и даже записывает.
Мало того, он за человека подсчитывает, какое расстояние за это время пройдет радиоволна. Способность радиоволн отражаться от встречных предметов и возвращаться назад в виде радиоэха впервые обнаружена в нашей стране.
Это открытие сделал великий изобретатель радио — Александр Степанович Попов.
Дело было так: в 1897 году А. С. Попов, вместе со своим помощником Рыбкиным, испытывал на Кронштадтском рейде первый в мире радиоаппарат. Ему хотелось по возможности увеличить дальность действия аппарата.
Чтобы менять расстояние между передатчиком и приемником аппарата, Попов установил их на разных кораблях. Передатчик стоял на учебном судне «Европа», а приемник— на крейсере «Африка» Испытание шло хорошо. Рыбкин сидел у приемника и с напряженным вниманием всматривался в точки и тире азбуки Морзе, которые появлялись на телеграфной ленте Вдруг знаки стали все реже и реже, а потом и вовсе исчезли.
— Что за оказия такая? — удивился Рыбкин и взглянул в иллюминатор Он увидел, как между «Европой» и «Африкой» проходил минный крейсер «Лейтенант Ильин».
Минный крейсер заслонил собою пространство между обоими кораблями. Радиоволны, посылаемые с «Европы», встретили неожиданную преграду — корпус проходящего корабля. Вот почему радиоволны не достигли приемника на «Африке», а знаки Морзе на ленте исчезли.
Радиоволнам оставалось одно: отражаться от борта «Лейтенанта Ильина» и возвращаться на «Европу». Но вот минный крейсер прошел — и приемник снова заработал. Попов сразу нашел причину столь удивительного явления. Он уже тогда предсказал, что «отражение радиоволн будет использовано с превеликой пользой для человечества».
Предвидение Попова исполнилось только через сорок лет; первый радиолокатор появился в 1938 году.
Как же работает радиолокатор?
Оказывается, радиоволны он посылает не непрерывно. Передатчик пошлет какую-то порцию волн, а затем автоматически выключится Радиоволны отразятся от встречного предмета, и их встречает уже приемник. Потом передатчик пустит новую порцию волн и опять «отдыхает».
Так попеременно и работают: то передатчик, то приемник. Такая работа нужна для того, чтобы отправляемые волны не смешивались с радиоэхом, и еще — чтобы точно засекать момент отправления радиоволн и возвращения эха.
Радиоэхо, вернувшись назад, «докладывает» только о встрече с каким-либо предметом.
А в каком же направлении произошла встреча? Об этом приемник не говорит. Здесь приходит на помощь антенна радиолокатора. Она ничуть не похожа на антенну радиостанции.
Антенна радиостанции посылает радиоволны по всем направлениям. Антенна радиолокатора так не делает. Вы, конечно, видали, как действует увеличительное стекло. Оно собирает солнечные лучи в одну точку.
Точно так же антенна радиолокатора собирает радиоволны в пучок и пускает его узким лучом по одному направлению. Антенна радиолокатора закреплена на мачте судна или на мостике и все время находится во вращении. Поэтому она при выпуске радиоволн как бы прощупывает окружающее пространство, точно так, как шныряет повсюду луч прожектора. И каждый раз особый прибор показывает направление, по которому выпущен тот или иной пучок волн. Если пучок не встретит какой-либо преграды, то обратно его не жди. Он уже не вернется в приемный аппарат радиолокатора. Стоит только пучку встретить предмет и отразиться от него радиоэхом, как сразу же узнают направление на этот предмет.
