отражение электромагнитных волн

Помогите молодому физику!

Господа Реакторчане. Пишу исследовательскую работу на тему измерения скорости света, и решил рассказать про способ, показанный в прикреплённом видео. Само видео боян, но я неожиданно осознал, что я не знаю, как с физической точки зрения подтвердить то, что расстояние между очагами таяния шоколада равно половине длины волны. Так как я школьник и пока не проходил волны, я вообще не очень представляю, что происходит в этой самой микроволновке. Таким образом, прошу: объясните долбаёбику попроще, че да как там в этой микроволновке, и почему расстояние между подтаявшими дырками - половина длины волны. 

Немецкие физики подтвердили работоспособность «невозможного» двигателя на электромагнитной тяге

Немецкие учёные подтвердили, что «невозможный» двигатель на базе электромагнитных волн действительно может создавать ненулевую тягу.

Придуманный им двигатель на первый взгляд нарушает закон сохранения импульса — он создаёт тягу из-за отражения электромагнитного излучения от стенок отражательной камеры без какого бы то ни было реактивного выброса. Из-за сомнительной природы двигателя его долго не принимали всерьёз, однако, за проверку работоспособности в конце концов принялось НАСА — агентство с достаточно хорошей репутацией.

Если представить на минуту, что таким двигателем получится оснастить реальный межпланетный аппарат, это откроет невиданные доселе возможности для изучения Солнечной системы. Тот же полёт к Плутону, который у New Horions занял 9 с половиною лет, может быть осуществлён с двигателем типа EmDrive за 18 месяцев. И это только с учётом той тяги, которая была получена в лаборатории на сегодняшний день. Секрет в том, что такой двигатель сможет постоянно ускоряться, а не просто лететь по баллистической траектории. 

Австралийские физики доказали иллюзорность бытия.

Квантовый эксперимент ученых из Национального университета Австралии подтверждает известную теорию о том, что реальность не существует до тех пор, пока ее не измерит сторонний наблюдатель. 
По крайней мере, это актуально для объектов очень мелкого масштаба. 
Результаты эксперимента были опубликованы в авторитетном издании Nature Physics. 

Исследователи пытались повторить известный эксперимент, который лежит в основе очень странного предсказания квантовой физики о природе реальности. Согласно этому предсказанию, нет никакой реальности до тех пор, пока мы ее не измерим, по крайней мере, в очень маленьком масштабе. 

У простого обывателя этот тезис вызывает ощущение “стойкого бреда”, да и с общей теорией относительности Эйнштейна многие устои квантовой теории пока согласовать не удалось. Впрочем, это не мешает физикам активно экспериментировать в этой области, а реально работающие квантовые компьютеры уже давно никого не удивляют. 

Реальность не существует 

Исследователи задались простым на первый взгляд вопросом. Если речь идет об объекте, который может вести себя либо как частица, либо как волна, то в какой момент времени объект “решает”, как именно себя вести? Согласно общей логике, объект должен быть либо частицей, либо волной по своему происхождению, а следовательно не имеет значение, кто проводит измерения либо наблюдения за объектом, поскольку его природа от этого не изменится. 

Но согласно квантовой теории, это не так. 

Квантовая теория предполагает, что результат зависит от того, как объект измеряли в конце его пути. И группа австралийских физиков в ходе своего эксперимента нашла доказательства того, что все происходит именно так. 

“Наше исследование доказывает, что измерение решает все. На квантовом уровне реальность не существует, если вы ее не видите”, - заключает руководитель исследования Эндрю Траскотт, физик из Австралийского национального университета в Канберре. 

Впервые подобный эксперимент был предложен американским физиком-теоретиком Джоном Уилером в 1978 году. Сейчас он известен в науке как эксперимент Уилера с отложенным выбором. 

Уилер предлагал использовать лучи света, отраженные зеркалами, но в те времена технологии не позволяли провести такой эксперимент в полной мере. Почти 40 лет спустя группа австралийских исследователей смогла реализовать идею эксперимента Уилера с использованием атомов гелия, взаимодействующих с лазерными лучами. 

Исследователи заключили атомы гелия в состояние “конденсата Бозе-Эйнштейна”, которое позволяет наблюдать квантовые эффекты на макроскопическом уровне, а затем удалили все атомы кроме одного. 
Этот единственный атом затем пропустили между двумя лазерными лучами, которые выступали в той же роли, в которой мелкая сетка выступает для лучей света. Т.е. в роли неравномерной решетки. 
Затем на пути атома была добавлена вторая такая “сетка”. 

Это привело к искажению пути атома, он отправился по обоим возможным путям так, как это сделала бы волна. Иными словами, атом проходил два разных пути. 

Но при повторном эксперименте, когда вторая “сетка” не была добавлена, атом выбирал лишь один возможный путь. 

По мнению исследователей, тот факт, что вторая “сетка” была добавлена уже после того, как атом пересекал первое “распутье”, предполагает, что атом, образно говоря, так и не определился со своей природой до того, как подвергся наблюдению (или измерению) во второй раз. 

“Предсказания квантовой физики относительно взаимодействия объектов могут казаться странными, когда речь идет о свете, который ведет себя как волна”, - поясняет Роман Хакимов, сотрудник Австралийского национального университета, принимавший участие в исследовании. 

Но по его словам, эксперименты с атомами, которые имеют массу и взаимодействуют с электрическими полями, делает картину еще более невероятной. 

Проще говоря, если принять тот факт, что атом выбирал определенный путь на первом распутье, эксперимент доказывает, что будущие измерения могут оказывать влияние на прошлое атома, поясняет руководитель исследования Энди Траскотт. 

“Атом не совершал путь между условными точками А и B, - поясняет он. - Только после измерений в конечной точке наблюдения, становилось понятно повел ли себя атом как волна, разделяясь по двум направлениям, или как частица, выбирая одно”. 

Что это значит? 

Несмотря на то, что все это звучит дико для непосвященного человека, авторы исследования говорят, что эксперимент является подтверждением квантовой теории. По крайней мере, в мельчайших масштабах. 

Эта теория уже позволила создать ряд вполне работоспособных технологий в области лазеров и компьютерных процессоров, но до сих пор таких ярких экспериментов, подтверждающих ее, не было. Траскотт и Хакимов в сущности нашли подтверждение тому, что реальность не существует, пока мы ее не наблюдаем. 

Это один из основополагающих тезисов квантовой теории. Именно его невероятность с точки зрения обывателя, для которого дождь не перестает идти, даже если ты закроешь глаза, чтобы его не видеть, делают квантовую теорию “оторванной от реальности”. 

До сих пор не было найдено никаких доказательств того, что этот принцип действует в реальности. Мысленный эксперимент Уилера, равно как и подтверждающий его практический эксперимент Траскотта, пока относятся лишь к квантовому уровню. 

В то же время, ряд философов считает, что даже будучи неприменимой к макро уровню, квантовая теория может быть полезной для обывателя, поскольку (будучи грубо сформулированной) гласит, что мир является в точности таким, каким мы его видим. 

Источник

ЦРУ против советских РЛС: как найти иголку в стоге сена с помощью Луны

 Развитие радиотехники и средств перехвата чужих трансляций шли всегда рука об руку. Подслушать, что происходит в эфире у противника, было разумным желанием любой армии. Но появление новых видов радиотехники, не связанных с передачей информации – радиолокаторов – толкнуло разведки мира к новой необычной задаче: перехвату сигналов вражеских радаров. Задача эта, сколь простая в теории, столь сложная на практике, привела к нескольким неординарным решениям, о которых сегодня и пойдёт речь.

Рыбалка в эфире

 В 1947 году, после реорганизации американского разведсообщества, впервые в истории США техническая разведка была оформлена в отдельное направление – SIGNT (разведка сигналов). При этом внутри SIGINT выделялись три основных вида деятельности:

COMINT — коммуникационная разведка, связанная с перехватом, расшифровкой и анализом зарубежных коммуникаций, осуществлялась преимущественно Агентством Национальной Безопасности (АНБ);

ELINT -радиоэлектронная разведка, связанная с перехватом и анализом сигналов связи между радиоэлектронными средствами, например, радиолокационных и других сигналов;

TELINT — телеметрическая разведка, как правило, получаемая из сбора и анализа телеметрии и прочих неголосовых коммуникационных передач, осуществлялась в основном ЦРУ.

 Все три направления были связаны с перехватом вражеских коммуникаций, но далеко не все из них могли похвастаться значительными успехами. Пока перехваты COMINT обеспечивали разведку свежими данными о СССР и их союзниках, сказать того же про ELINT и TELINT в начале 50-х было сложно. Оба направления были критически зависимы от близости к источникам сигналов – в основном им требовалась прямая видимость объекта изучения для перехвата, что в большинстве случаев было невозможно. Из-за околонулевого выхлопа подразделения, занятые в ELINT/TELINT, были хронически недофинансированы. Кроме того, добавляли проблем и постоянные войны между ЦРУ и АНБ за контроль над обоими направлениями. В ЦРУ отношение к программам ELINT/TELINT было скорее отрицательное, но отдавать в руки АНБ даже очевидный чемодан без ручки агентство не хотело, не только из-за престижа и финансирования, но и из-за всё более мрачных отчётов от аналитиков после полётов самолётов-разведчиков U-2 над СССР.

 Оставаясь вне досягаемости советского ПВО, U-2 мог снимать все районы, которые желало увидеть командование. Но каждый новый полёт приносил всё больше опасений: на самолётах стояла пассивная система фиксации облучения радаром, которая всё чаще отмечала, что самолёт был засечён. Частота срабатываний устройства говорила о том, что советское ПВО увеличивало плотность радарного покрытия, а это уже пугало Пентагон. Все планы ядерной войны США строились на массированном применении бомбардировочной авиации с ядерными бомбами на борту. Шансы на успех такой миссии зависели от плотности советской ПВО и её возможностей засечь угрозу. К концу 50-х стало очевидно, что советская ПВО достигла такой плотности радарного покрытия, что шанс проскочить через него у бомбардировщиков был крайне мал, если не знать слепых пятен в зонах покрытия.

 Эти соображения привели к активизации в 1959 году работ ЦРУ — начались попытки узнать хоть что-то о советских радарах. Для успеха в войне требовалось знать параметры работы радаров, чтобы предусмотреть компенсирующие меры. Но ни перехваты сообщений, ни более классические методы шпионажа не позволяли выудить ни крупицы полезной информации. Тупик, единственным выходом из которого было обратиться ко всеми забытой и забитой ELINT. Кроме того, было и ещё одно соображение, заставившее ЦРУ начать поиски: проект нового самолёта-разведчика OXCART (позднее ставший А-12). Его создатели намеревались сделать самолёт как можно более радиолокационно незаметным, для чего требовалось рассеивать или поглощать большую часть сигнала радара и отражать обратно лишь его меньшую часть, тем самым уменьшая размеры объекта на экране оператора. Но провернуть такой трюк можно было только тонко просчитав элементы конструкции под существующие параметры советских радаров. Без нового самолёта разведывательные полёты над СССР грозили для американских лётчиков в ближайшее время превратиться в игру на выбывание, а лишаться столь ценного источника информации ЦРУ не могло.

Старый пёс, новые трюки

Проблему перехвата сигналов радаров до 1959 года ELINT решала двумя довольно простыми методами:

1) Вывод приёмника на расстояние прямой видимости радара и фиксация его сигналов. Метод с сомнительной эффективностью: так незаметно установить приёмную аппаратуру где-то на пути сигнала радара и в прямой его видимости было проблематично. А так как использовались обычные передвижные радары, то большинство таких перехватов были скорее случайными, нежели результатом спланированной операции. Например, именно таким образом специалистам ELINT в Западном Берлине удалось случайно перехватить в 1959 году сигнал РЛС советского комплекса ПВО С-75.

2) Перехват сигнала, отражённого ионосферой. Перспективный метод, но ещё более зависимый от случайности. Для перехвата такого сигнала, значительно ослабленного при отражении от ионосферы, требовалась установка мощных приёмных антенн в месте наиболее вероятного отражения. Но антенны достаточной для перехвата чувствительности, были только стационарные, а значит, и ловить отражённые сигналы могли только в небольшом секторе обзора. Кроме того, большинство радаров работает на слишком коротких длинах волн, чтобы они успешно отражались от ионосферы. Поэтому ни одного успешного перехвата сигнала от этого метода добиться не удалось.

Ионосфера и электромагнитные волны (КВ и УКВ)

 Решение проблем обоих методов стало приоритетным в работе специалистов ELINT. Первый прорыв в этом направлении связан с Юджином Потитом. До прихода в ЦРУ он работал в BellTelephoneLaboratories в Нью-Джерси и участвовал в испытаниях ракет на мысе Канаверал. Ознакомившись с существующими проблемами перехвата сигналов РЛС, он вспомнил, как во время испытания баллистической ракеты «Тор» радар на мысе Рэй (почти в 3 тысячах километров от мыса Канаверал) случайно поймал сигнал от радара, расположенного в 1500 километров, за горизонтом от мыса Канаверал. В ходе разбирательства выяснилось, что сигнал был отражён от корпуса ракеты.

 Идея, высказанная Потитом, была проста: а что если наводить свои радары на советские ракеты по их радиомаякам и ловить отражённые от их корпусов сигналы советских РЛС? С учётом того, что на дворе у нас начало космической эры, и ракеты взлетают чуть ли не каждую неделю, ЦРУ дало одобрение на разработку оборудования для перехвата. Система получила название MELODY (Потиту просто нравилось это слово). Уже в следующем году установка была перевезена в Северный Иран и установлена на берегу Каспийского моря, как можно ближе к советским ракетным полигонам. Идея себя полностью окупила: с помощью установки удалось поймать сигналы всех советских радаров в радиусе 1500 километров.

 Вторая идея, оказавшаяся прорывной, была в основе своей противоположна первой: чтобы поймать сигнал советского радара, надо не ловить его, а просто заставить его облучить тебя. При облучении радаром самолёта мощность его сигнала не будет столь сильно рассеяна, как при отражении, а значит, для считывания его параметров понадобится оборудование гораздо меньшего размера. На U-2, конечно, такие установки не поместятся, а вот на транспортники C-97 вполне. Установки получили название PPMS – система измерения мощности и развёртки. Самолёты с установленным оборудованием PPMS летали как вдоль границ СССР, так и внутри его зоны ПВО по «берлинскому коридору». Благодаря этим полётам удалось уточнить зоны покрытия советских радаров и установить, что радарное покрытие достаточно плотное даже на небольших высотах. Минусом метода было то, что оборудование из-за высоких требований к весу и компактности не позволяло с достаточной точностью считывать сигналы. Тем не менее сама программа была успешной, но результаты этих полётов военных совершенно не обнадёживали.

Boeing C-97 Stratofreighter — и это ещё не самый пузатый в линейке

 Что система MELODY, что PPMS позволяли лишь одним глазком заглянуть за линию границы, но каких-то внятных данных о радарном покрытии внутренних районов они дать не могли. Тем более, что фоторазведка с U2 установила строительство в глубине территории СССР нового крупного радарного комплекса в районе ракетного полигона Сары-Шаган (Балхашская РЛС), названного разведчиками «Курятник» (HenHouse). Размеры этого радара делали его самым мощным радаром СССР. При этом американцы могли только догадываться об их точном числе, расположении и характеристиках. Требовался срочно новый прорыв, и им стала Луна.

Луна в прицеле

 Свойства Луны как отражателя радиосигналов интересовали учёных ещё в начале ХХ века. Столь близкий и столь таинственный спутник Земли манил своими загадками, но очень понемногу расставался с ними. А радиоволны, казались довольно простым способом достучаться до Луны. Проблема была в том, что отражённый от Луны сигнал был в миллионы раз слабее, чем испускаемый источником. Чтобы уловить такой, нужны были приёмники огромных размеров, на что не было ни денег, ни технических возможностей, потому все попытки экспериментов, начатые в 20-х годах, давали посредственный результат. Развитие радиолокации во время войны сделало возможным в теории такие исследования. Ещё в ходе войны американский флот столкнулся с тем, что иногда его радары фиксировали паразитные сигналы, которые определялись как радары, работавшие в Азии или Европе. Озадаченные таким явлением, инженеры начали рассматривать возможность перехвата сигналов радаров (совершенно независимо от проектов ЦРУ, прошу отметить). В 1948 году инженер Джеймс Трекслер, работавший в Исследовательской лаборатории флота (NRL), впервые предложил использовать Луну, как отражатель для поиска сигналов советских радаров. В отличие от случая отражения от ионосферы, Луна, двигаясь относительно Земли, могла отражать сигналы радаров, рассеянных на большей площади вследствие изменения углов отражения. Этим значительно увеличивалась зона возможного обзора РЛС перехвата. ВМС США одобрили эту идею, назвав проект PAMOR (PassiveMoonRelay).

Всё как всегда: простая, как полено, идея, требующая фантастической проработки при реализации

Построенная в 1949 году установка из двух антенн на площадке BluePlains служила для отработки самой концепции, подтвердив возможность засекания отражённого от Луны сигнала. А в 1950 началось строительство более мощной антенны в Стамп-Нек, штат Мэриленд, на пристройке к заводу ВМФ по производству ракетного топлива IndianHead. К сожалению, о каких-либо успешных перехватах сигналов советских радаров в этот период информации нет. Но опыты с отражением сигналов от Луны натолкнули инженеров флота на совершенно иное использование установок – связь с удалёнными загоризонтными объектами. Проект получил название CommunicationMoonRelay. В отличие от попыток поймать сигнал РЛС для связи через «отскок» от Луны, можно было специально подобрать такие параметры сигнала, чтобы он минимально рассеивался при отражении от поверхности спутника Земли. В итоге изысканий удалось создать довольно компактную (по сравнению с предыдущими антеннами) систему из 10 кВт источника 300 МГц и морского радара SK-2 со всего лишь 16-футовой параболической антенной. 27 ноября 1957 года был осуществлён первый успешный сеанс связи на расстоянии больше 1000 км, а в 1961 впервые была осуществлена связь берег-корабль. После чего ВМФ в течение пары лет ввёл систему в строй, и до конца 1960-х она активно использовалась флотом, пока не была заменена спутниковой связью.

Антенна лунной связи SK-2

Тем не менее и проект PAMOR заброшен не был. В 1959 году Трекслер пришёл к выводу, что существующие антенны не могут удовлетворить нужды для лунного перехвата сигналов, а требуется новая 600-футовая антенна, которая точно будет эффективна для перехвата. Проект такой антенны оценивался в 60 миллионов долларов, но в процессе проектирования и обоснования затрат в Конгрессе общая сумма проекта выросла до безумных 300 миллионов долларов (в нынешних ценах это около 3 млрд. долларов). Таких денег на программу с сомнительной эффективностью Конгресс выделять не хотел от слова совсем, и ВМФ пришлось в 1962 «урезать осетра» до стандартной 150-футовой антенны. Из-за этого проект PAMOR забуксовал. В ЦРУ с интересом следили за работами флотских, эксперименты с отражением сигналов от Луны заинтересовали и специалистов ELINT, которые начали просчитывать варианты использования существующих массивов антенн для такого метода без необходимости строить новые объекты. Так был создан проект Moonbounce («Лунный отскок») ELINT.

Лунный отскок

Как уже указывалось выше, лунный перехват был очень сложной задачей. Кроме того, что сигнал, отражённый от Луны, приходил сильно ослабленным, существовали и другие сложности, препятствовавшие их поимке. Главной проблемой было время наблюдения Луны. Для перехвата сигнала от радара должно было выполняться сразу два условия:

1) Луна должна быть одновременно видна, как радару-источнику, так и приёмнику;

2) Сигнал радара источника должен хотя бы на мгновение попасть в поверхность Луны, и часть его отразиться в сторону радара-приёмника.

Одновременное выполнение этих условий было чрезвычайно редким. Так, для объекта в Сары-Шаган полное время наблюдения с помощью «лунного отскока» в случае размещения детектора в Пало-Альто, Калифорния — всего 38 часов в год (для сравнения всего в году 8760 часов). Но это если предполагать, что радар имеет сектор обзора в 360 градусов. Реальный радар в Сары-Шаган (РЛС типа «Днестр») имел поле обзора всего в 32 градуса, что снижало время наблюдения цели до 18 часов в год. Но даже эти 18 часов на практике были малореальными, так как радар работает далеко не всё время.

Антенная решётка загоризонтной РЛС типа Днестр/Днепр

Ещё одна проблема была связана с использованием уже имеющихся РЛС: 150-футовая параболическая антенна РЛС на базе NRL в Чесапикском заливе на восточном побережье и точно такая же антенна в Стэнфордском университете, Пало-Альто, западное побережье. ВМФ потерпели неудачу в своём проекте по причине того, что пытались ловить вообще любой отражённый сигнал, но специалисты ЦРУ считали куда более актуальным заниматься поиском конкретного типа сигнала конкретной частоты. Настройка на определённую частоту позволяла повысить чувствительность и тем самым увеличить шансы на успех. Оставалась одна проблема: частота «Курятника» была совершенно неизвестна.

 Но ELINT на этот раз помог случай. В 1962 году случайно был перехвачен отражённый сигнал РЛС от ионизированного облака после советского ядерного испытания. Сигнал был сильно смазан и искажён, но его анализ позволил определить, что это с высокой долей вероятности был«Курятник». После этого перехвата инженеры начали проводить подстройку параметров радаров под параметры «Курятника», благодаря чему уже в 1964 году удалось осуществить первый перехват его отражённого от Луны сигнала на базе в Чесапике, а в 1965 году этого же добились и в Пало-Альто. В обоих случаях перехватывались сигналы именно Балхашской РЛС, так как её положение специалисты ЦРУ знали и ориентировались на неё.

Советская надгоризонтная радиолокационная станция Днестр, предназначенная для систем контроля космического пространства. Снимок со спутника-шпиона США, 1967 г

Но в процессе наблюдения за Луной, благодаря её движению относительно Земли, стали возможны и перехваты других аналогичных РЛС, благодаря чему ЦРУ сумело установить приблизительные локации их расположения на территории СССР. Подспудную помощь в процессе перехвата оказал тот занятный факт, что советские радары примерно на полчаса в день были нацелены исключительно на Луну в режиме отслеживания (постоянный сигнал, а не импульсный, как в режиме поиска), вероятно, просто в качестве практического упражнения для расчётов. Анализ самих сигналов, позволил ЦРУ сделать выводы о том, что «Курятник» был чрезвычайно продвинутой разработкой. Во-первых, радар имел режим «расширенного спектра», когда спектр сигнала менялся либо для увеличения его дальности, либо разрешающей способности. Во-вторых, сканирующая система радара имела не только режим поиска и слежения за целью, но и комбинированный, способный одновременно искать и отслеживать несколько целей, что подразумевало продвинутую компьютеризацию системы. В-третьих, пиковая мощь радара была оценена в 25 МВт, что делало его одним из самых мощных радаров в мире.

А это обслуживание вычислительного комплекса радара типа Днестр/Днепр. Лампово

Точно также команда ELINT сумела определить параметры работы и расположение другого типа радаров – П-14 «Лена» (названных ЦРУ TallKing), которые начали развёртываться в одно время с «Днестрами». Для ВВС все полученные ELINT данные были очередным мрачным предвестником изменения концепции войны. А вот для ЦРУ, и особенно для ELINT, это была абсолютная победа: «Лунный отскок» дал такие данные о радарах врага, которые не могли предоставить ни одна из других разведывательных программ.

Источники

1) Frank Elliot «Moon Bounce Elint» (Сайт архива ЦРУ: https://www.cia.gov/readingroom/)

2) Gene Poteat «Stealth, Countermeasures, and ELINT, 1960-1975» (Сайта рхива ЦРУ: https://www.cia.gov/readingroom/)

3) David K. van Keuren «Moon in Their Eyes: Moon Communication Relay at the Naval Research Laboratory, 1951-1962» (Сайт истории НАСА: history.nasa.gov)

4) From the Sea to the Stars: A Chronicle of the U.S. Navy's Space and Space-related Activities, 1944-2009 (National Security archive: nsarchive2.gwu.edu)

5) Wyman H. Packard «A Century of U.S. Naval Intelligence» (Google books)

6) Jeffrey T. Richelson «The Wizards Of Langley: Inside The Cia's Directorate Of Science And Technology»

___________________________________________________

Автор: Владимир Герасименко

Спутниковый модем Starlink в клетке Фарадея, против руснявых РЭБ

ЧЁРНЫЙ - ТОЖЕ ЦВЕТ!!!