Файл: Мясников, Л. Л. Новые методы измерений в подводной акустике и радиотехнике.pdf

лили бы строить количественную теорию. В силу этого радиоастро­ номия сохраняет характер описательной науки, несмотря на то, что по отдельным ее проблемам созданы теории и разработаны методы расчета, проверенные практикой. В основном этого удалось достичь благодаря применению термодинамики и статистической физики к исследованию радиоизлучения небесных тел и благодаря исполь­ зованию теории распространения радиоволн. Например, законы излучения черного тела позволили установить оптические характе­ ристики источников радиоизлучения, а теория распространения электромагнитных волн в слоистых средах и магнитных полях позволила описать некоторые структурные детали источников ра­ диоизлучения, таких, как Солнце и планеты. В результате стало известно, какие слои хромосферы и короны Солнца определяют те или иные компоненты сплошного спектра солнечного радиоизлу­ чения.

Классическая физика, основанная на классическом анализе, не всегда дает удобные рецепты для описания структурных задач. В применении к тем наукам, в которых главную роль играет описа­ тельный метод, методы классической физики иногда недостаточно эффективны. Исследуя сложные астрономические объекты, прихо­ дится идти на такие упрощения и допускать такую идеализацию, которые могут быть оправданы лишь в отдельных случаях. Напри­ мер, можно представить Солнце как источник радиоизлучения в виде некоторого диполя и исследовать прохождение волн от этого диполя через плазменный слой; в этом случае можно получить конечные выражения и сделать точные расчеты. Однако совершенно ясно, что подобная модель Солнца является схематичной и не может служить для подробного описания Солнца как источника радиоволн, по­ скольку Солнце — это сложный комплекс источников, обладающий определенной структурой, причем важное значение имеет законо­ мерность расположения источников, их динамика, случайные про­ цессы и т. д. Необходимо, чтобы теоретический метод позволял отра­ зить эти структурные особенности Солнца.

Таких примеров можно было бы привести много.

Конструктивная механика дает возможность построить иную теоретическую концепцию, которая с большей эффективностью, чем классическая, может быть использована для описания динамики структур.

Легко видеть, что сложность, структурность, конструктивность задачи обусловливают применение соответствующих алгоритмов, подобно тому как сложные и трудоемкие вычисления требуют исполь­ зования цифровых вычислительных машин, действующих по про­ грамме, отражающей схемы алгоритмов. Поэтому описание дина­ мики сложных систем обязательно должно основываться на схемах алгоритмов и на программах, содержащих такие алгоритмы, с исполь­ зованием языка математического программирования. Можно сказать, что переход к методам конструктивной механики связан с обоб­ щением средств и методов вычислительной математики и кибер­ нетики.

Я2

Перейдем теперь к рассмотрению радиоастрономических методов измерений на судах. Эти методы основаны на приеме собственного радиоизлучения объектов и имеют особое преимущество перед опти­ ческими методами в тех случаях, когда наблюдаемые объекты ока­ зываются невидимыми из-за облачности, условий освещенности и т. п.

Применение радиоастрономических методов на судах связано прежде всего с задачами навигации. В течение тысячелетий вожде­ ние судов по небесным светилам осуществлялось с помощью опти­ ческих приборов. В связи с развитием радиофизики и радиотехники начали внедряться методы, в которых для целей судовождения используется радиоизлучение, главным образом Солнца, Луны, Кассиопеи А и других космических источников. Созданы радио­ секстаны, с помощью которых могут быть получены данные, необ­ ходимые для прокладки курса корабля в условиях плохой видимости, например могут быть определены координаты судна по Солнцу, скрытому облаками.

Радиоастрономические методы применяются также при решении задач обнаружения судов и других морских объектов по их радиоиз­ лучению.

Первая область применения относится к радиоастрономии, вто­ рая — к так называемой пассивной радиолокации, которая служит для обнаружения объекта не путем посылки сигнала и приема сигнала отраженного, а путем приема собственного радиоизлучения объекта. При этом оказывается возможным находить видимые символы объек­ тов или их структур, что весьма важно в задачах распознавания.

Собственные радиоизлучения объектов в большинстве случаев являются температурными, или, как их еще называют, тепловыми. При температурном радиоизлучении в результате хаотического теплового движения частиц часть энергии передается элементарным осцилляторам, обладающим электрическим или магнитным момен­ том (это могут быть атомы, электроны, ионы и т. п.). Изменение со­ стояния этих осцилляторов приводит к возникновению электромаг­ нитного излучения, которое распространяется в окружающую среду. К температурным излучателям применимы законы излучения абсо­ лютно черного тела (АЧТ).

Приведем некоторые формулы и определения.

Спектральное распределение энергии в тепловом излучении

Планка; с — скорость света; f и X — частота и длина волны прини­ маемого излучения; k — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура.

Интегрируя выражение (4.1) по всему спектру частот, получаем интегральную лучеиспускательную способность ет. Она является

ралям; 4) позволяющие по мере необходимости изменять пропускную

способность дороги в прямом и обратном направлениях последо­ вательно (резервные и реверсивные полосы).

Необходимость устройства дополнительных полос на подъемах определяется величиной продольного уклона, длиной подъема, ин­ тенсивностью и составом движения в направлении подъема, а так­ же дорожными условиями на начальном участке подъема.

Строительными нормами и правилами (п. 3.7 СНиП П-Д.5-72) на участках затяжных подъемов дорог II категории рекомендуется устраивать дополнительные полосы. Если интенсивность превыша­ ет 2000 авт./сутки, продольный уклон больше 30—40% о и длина подъема 0,5—1,0 км, то дополнительные полосы следует преду­ сматривать и на дорогах III категории.

Как показали исследования режимов движения на участках за­ тяжных подъемов, выполненные В. В. Сильяновым [28], скорость движения грузовых автомобилей начинает резко снижаться уже при уклонах, превышающих 30%0. На подъемах с уклоном 40%0 снижение скорости движения грузовых автомобилей составляет 15 км!ч, а при величине уклона 60%о — 25 км/ч. В результате этого при продольном уклоне подъема 30%о пропускная способность участка дороги уменьшается на 15%, при 40% о — на 20%, а при

60%0 — на 33%•

В соответствии с ВСН 39-67 Минавтошосдора РСФСР, разрабо­ танными кафедрой проектирования дорог МАДИ, дополнительные полосы на подъемах следует устраивать в зависимости от процен­ та в составе потока движения медленно движущихся автомобилей, величины уклона, длины подъема и часовой интенсивности движе­ ния. Предельные интенсивности движения на подъем, при которых необходимо устраивать, дополнительную полосу на всем протяже­ нии подъема, приведены в табл. 14. Цифры в скобках относятся к случаям, когда количество медленно движущихся автомобилей превышает 10%.

84

При расчетах дополнительных полос часовую интенсивность движения по одной полосе п определяют по величине суточной ин­ тенсивности движения с учетом ее неравномерности распределения по направлениям движения п=0,046 N, где N — суточная интенсив­ ность движения в обоих направлениях, авт./сутки.

Прочерки в таблице соответствуют крутым подъемам, которые недопустимы на дорогах с указанной в предыдущей строке часовой интенсивностью. Такие участки следует перепроектировать, а на существующих дорогах реконструировать.

Дополнительные полосы на подъемах устраивают в виде уширения проезжей части с внешней стороны земляного полотна. В этом случае тихоходные автомобили большой грузоподъемности вынуждены несколько отклоняться от направления основного транс­ портного потока, освобождая внутреннюю полосу для движения автомобилей, едущих с высокой скоростью.

Более эффективно дополнительные полосы на подъемах работа­ ют при устройстве их на автомобильных магистралях за счет разде­ лительной полосы или плавного уширения проезжей части на участке подъема с двумя полосами движения.

Переход от двухполосной проезжей части к трехполосной нуж­ но осуществлять на участке длиной не менее 50 м. Эта длина зави­ сит от скорости движения 85% обеспеченности:

мается на всей длине подъема постоянной, равной 3,75 м.

При подъемах длиной свыше 800 м и с уклонами более 30% о можно предусмотреть стадийное строительство дополнительной по­ лосы. В этом случае строительство начинают с верхней части подъ­ ема, уширяя проезжую часть в пределах вертикальной кривой и на расстоянии 100 м до ее начала. Затем полосу удлиняют вниз до

•середины подъема и на завершающей стадии строят на всю длину подъема.

Дополнительные полосы на подъемах эффективно работают только при наличии разметки проезжей части и при установке зна­ ка «Левый ряд для обгона» или надписи на покрытии в начале подъема.

Дополнительные полосы на спусках необходимы при интенсив­ ности движения свыше 6000 авт./сутки и длине спуска более 700 м. Необходимость устройства дополнительных полос на спусках вы­ зывается существенной разницей в скорости движения различных типов автомобилей и зависит от величины уклона, длины спуска и дорожных условий в конце спуска.

Как показали исследования, проведенные Ю. А. Кременцом, при уклонах до 20—25%о длина спускание отражается на возрастании

85

сферы — излучение приходится преимущественно на сантиметро­ вый диапазон, а для короны — на метровый диапазон. Причиной этого являются собственные колебания плазмы, частоты которых

для электронной плазмы выражаются формулой / -- 8960 ]/п Гц, где п — концентрация электронов. В зависимости от концентрации эти частоты изменяются, убывая к периферии ионосферы Солнца. Вместе с тем собственные колебания плазмы определяют также области поглощения радиоволн: грубо говоря, поглощение стано­ вится заметным, если частота колебаний радиоволн близка к частоте плазмы. Отсюда следует, что различные частотные компоненты ра­ диоизлучения Солнца обязаны своим происхождением различным внешним зонам ионосферы, поскольку излучение внутренних зон не проникает в окружающее пространство.

Так как радиоизлучение хромосферы в метровом диапазоне погло­ щается вышележащими слоями короны, до наземного наблюдателя доходит только сантиметровое радиоизлучение хромосферы, а метро­ вые радиоволны приходят лишь от короны. На этом основаны инте­

излучения, носящего спорадический характер, усложняет картину распределения «радиояркости» по солнечному диску. Указанные источники связаны с возмущениями в ионосфере Солнца и локали­ зованы вблизи активных образований — пятен, флоккул и хромосферных вспышек. Располагаясь произвольно относительно геоме­ трического центра диска, эти источники создают дополнительный поток радиоизлучения, что приводит к нарушению симметрии об­ щего радиоизлучения Солнца. Смещение центра тяжести радиоиз­ лучения Солнца относительно геометрического центра диска, т. е. величина

F0+ £ ^ i

1=1

может достигать нескольких угловых минут. Здесь Fit 6(. — поток до источника и расстояние от него до центра диска соответственно,

а также перемещение их по диску обусловливают изменение смещения центра тяжести радиоизлучения. Это обстоятельство приводит к зна­ чительным ошибкам при ориентировании по радиоизлучению Солнца

86