Всевидящее око

Когда весной 1939 года германская секретная служба получила донесение о том, что в Англии разрабатывается система оборонных мероприятий, согласно которой фашистские самолеты должны быть перехвачены и уничтожены в воздухе задолго до подхода к побережью Великобритании (очевидно, речь шла о радарах), Геринг тотчас издал приказ: выделить один цеппелин и предписать командиру дирижабля несколько суток курсировать в небе над Балтийским морем. Оснащенный радиоаппаратурой воздушный гигант должен был, по мысли Геринга, засечь радарные установки врага. Однако по возвращении цеппелина экипаж доложил: следов радарной сигнализации не обнаружено.

Немцы успокоились. Никому и в голову не пришло, что установки англичан тут же отключались, стоило медленно летящему разведчику приблизиться к зоне видимости радаров. Каково же было изумление горе‑стратегов от блицкрига, когда впоследствии обнаружилось, что на побережье Англии безотказно функционируют двадцать радарных установок.

«Идея радиолокации возникла независимо у разных лиц и в разных странах мира, после того как импульсная техника оказалась пригодной для обнаружения таких объектов, как самолеты и корабли. Вероятно, эта идея возникла почти одновременно в Америке, Англии, Германии и даже в Японии».

Так написано в официальной истории радара, изданной в США вскоре после окончания Второй мировой войны. Однако если относительно перечисленных стран в приведенной цитате все и справедливо, то почему здесь и словом не упомянуто об СССР? Наверное потому, что тогда пришлось бы признать: в нашей стране работы по радиолокации начались, как минимум, лет на десять раньше, чем за рубежом.

Вот свидетельство человека, стоявшего у истоков отечественной радиолокации – профессора П. К. Ощепкова.

«Апрель 1932 года. Я нахожусь в составе команды Псковского зенитного артиллерийского полка, – пишет он в своих воспоминаниях. – Перед нами поставлена задача в максимально короткий срок овладеть специальностью зенитчика.

За полгода мы должны пройти общевойсковую подготовку и овладеть теорией и практикой зенитной артиллерийской стрельбы. Из нас должны сделать командиров запаса зенитных артиллерийских взводов».

Командир полка В. М. Чернов оказался человеком большой эрудиции и высокой культуры. Он не раз говорил подчиненным, что техника того времени находилась лишь в начальной стадии развития техники зенитной стрельбы, что авиация противника делает все большие успехи в отношении увеличения скорости и потолка своих полетов и что поэтому любые наши текущие усовершенствования в технике стрельбы могут со временем оказаться не только устаревшими, но и совсем непригодными.

Основным методом стрельбы по самолетам тогда был табличный метод. В специальных книжках‑таблицах был приведен свод расчетных данных для стрельбы. Для всевозможных точек воздушного пространства в зоне досягаемости орудий заранее были рассчитаны установочные данные для прицела, дистанционной трубки взрывателя снаряда, угла упреждения и т. д. Но, для того чтобы пользоваться таблицами, надо было очень быстро и с большой точностью определить курс полета самолета, его высоту, скорость и местонахождение (то есть дальность до него), а потом с минимальной потерей времени отыскать нужную графу в таблицах и с еще большей скоростью скомандовать найденные установочные данные орудийному расчету. На это уходили драгоценные секунды, в течение которых самолет мог далеко сместиться от места его засечки, и вероятность встречи снаряда с ним катастрофически падала…

«В условиях бурного развития авиации тех дней люди должны были не только непрерывно совершенствовать свои знания, но и сами в какой‑то мере превратиться в „человека‑автомата“.

Учебников по теории зенитной артиллерийской стрельбы в ту пору было мало, достать их было трудно. На занятиях мы, конечно, не могли всего запомнить, да и рассказывалось‑то нам не все. Вот я и решил тогда написать книжку по теории зенитной артиллерийской стрельбы для внутриполкового обращения. Руководство полка меня в этом поддержало. За книжку я принялся с большим желанием, старался написать как можно доходчивее, снабдил ее рисунками и схемами. Дело двигалось успешно, и примерно через три месяца первая написанная мною книжица под названием «Теория зенитной артиллерийской стрельбы» была отпечатана на стеклографе и пошла по рукам. Ею пользовались на занятиях, по ней даже задавали уроки.

Вероятно, как и во всем первом, в ней было немало промахов и упущений. Не знаю, насколько полезной она оказалась для других, но для меня была чрезвычайно полезной. В процессе работы над ней я глубоко прочувствовал теорию зенитной артиллерийской стрельбы и понял многие ее слабые места. Я понял, что время, именно время, решает успех всего дела. Поэтому время должно быть сведено до минимума во всех процессах этой техники – от момента засечки местонахождения цели до момента встречи с нею выпущенного нами снаряда. Эта мысль крепко тогда засела мне в голову и не покидает меня до сих пор, хотя мировая техника достигла в этом направлении колоссального прогресса.

Говорят, что цель, поставленная перед собой, дается только тем, кто ее преследует неотступно. Я стал все больше и больше думать о том, чтобы найти пути для уменьшения работного времени – таким термином определяется время, необходимое для решения задачи или для приведения в действие механизмов.

Очень скоро анализ задачи привел меня к мысли о том, что некоторые команды из числа подаваемых орудийному расчету можно исключить.

Мне удалось математически показать, что при любых заданных углах места (то есть углах наклона цели к горизонту) для каждой конкретной дальности до цели числовое значение прицела и числовое значение дистанционной трубки взрывателя находятся в определенном соотношении. Это соотношение можно не только выразить в виде математической формулы, но и построить в виде графика непосредственно на прицельном барабане орудия. Тогда при подаче только одной команды, например при подаче команды значения трубки, можно будет одновременно установить и прицел и цифру дистанционного кольца трубки. Это означало, что из четырех команд, подаваемых орудийному расчету, одну можно исключить. Тем самым время, необходимое на подачу команд, уменьшится, и уменьшится довольно значительно, – по моим подсчетам, примерно на 25 процентов.

По составленным мной расчетным данным на четырех орудиях переоборудовали прицельные барабаны. Были проведены опытные стрельбы на полигоне близ Ленинграда. Результаты опыта подтвердили, что таким путем действительно можно сократить так называемое работное время при подаче команды на указанное число процентов. Однако требовалось сократить его еще больше».

Тем не менее и достигнутых результатов хватило для того, чтобы работой Ощепкова заинтересовались вышестоящие инстанции. В конце лета он был представлен командиром полка начальнику инспекции Управления противовоздушной обороны РККА И. Ф. Блажевичу. Тот захотел повидать новатора лично.

«А надо сказать, что к тому времени у меня уже зародилось много мыслей о путях усовершенствования техники зенитной артиллерийской стрельбы, и я рад был встретиться с инспектирующим», – продолжал свои воспоминания Ощепков.

Переговоры прошли успешно. Молодой специалист доложил, что по его твердому убеждению оптические приборы обнаружения из‑за их ограниченного действия (ночь, туман, облака, малая дальность действия и т. п.) будут бессильны против самолетов на больших расстояниях, хотя сами по себе они могли бы иметь и высокую точность, и большую скорость работы. Обнаружение по звуку ненадежно, потому что звук относится ветром и имеет малую скорость распространения (330 метров в секунду), и в конечном счете величина звуковой энергии, доходящей до наблюдателя, не зависит от наблюдателя. Это не прожектор, позволяющий в крайнем случае увеличить силу света и тем поднять дальность его действия. Звук излучается самим самолетом, и чем дальше он от нас, тем меньшая доля звуковой энергии доходит до нас.

«К тому времени за рубежом различные фирмы начали „лепить“ всевозможные обнаруживающие системы, основанные на комбинации прожекторов, звукоулавливателей и автоматики, – проявляет свою осведомленность Ощепков. – Таковы, например, системы „Сперри“, „Когнед“ и др. За границей был поднят целый бум вокруг этих приборов. Они рекламировались на все лады как новейшие достижения техники обнаружения самолетов».

Прервем на время рассказ нашего прославленного конструктора, чтобы вставить в наше повествование одно существенное замечание. Итак, получается, рассказ Косырева о загадочной батарее, обнаруженной на болоте, имеет весьма существенное подкрепление – немцы действительно могли проводить подобные эксперименты. Но шли ли они впереди? Или просто, когда приспичило, пытались повторить зарубежные опыты?

Вернее всего второе предположение. А коли так, получается, что хваленые германцы не смогли избежать рецидива распространенной болезни.

Ведь и наша отечественная техника тоже ее не избежала. У нас, по примеру Запада, тоже, как уже упоминалось, начали строить перед войной различные системы «прожзвука», и многие, наверное, помнят, как во время парадов на Красной площади впереди зенитных орудий везли этакие «спруты» из причудливо изогнутых звукоулавливающих труб.

«У нас в полку такой техники еще не было, – продолжает Ощепков. – Мы видели ее тогда только на картинках в журналах и газетах. Но критику на нее уже успели навести, так как пришли к убеждению, что и эта хваленая техника упрется в дальность действия».

Отечественные спецы уже тогда пришли к убеждению, что ни на глаза, ни на слух для выявления приближающейся авиации противника надеяться нельзя. Но как обнаружить вражескую технику еще на дальних подступах к охраняемым рубежам? Этот вопрос все больше волновал военачальников по мере роста летно‑технических качеств авиации. Именно поэтому, по‑видимому, с таким вниманием Ощепкова и слушали в тот день и инспектирующий, и все, кто его сопровождал.

«Мне было ясно, – пишет он, – что никакие способы обнаружения цели, основанные на улавливании излучения, испускаемого самой целью, здесь не могут годиться. Я стал с жаром доказывать, что дать ключ к решению проблемы может только переход к принципиально новым методам, основанным на использовании энергии, посылаемой самим наблюдателем. Только такой подход к проблеме обнаружения воздушных целей может привести в конечном счете к желаемому результату».

Тогда еще не было понятно, каким путем надо решать эту задачу. Не представлялись даже контуры той новой техники, которая должна была прийти на смену всем и всяким системам прожекторного звука. Однако общий подход к проблеме многим понравился. Доводы о расхождении ножниц между возможностями дальнейшего совершенствования системы прожзвука и возможностями увеличения летно‑технических качеств авиации показались убедительными. Все согласились, что уже в самые ближайшие годы противовоздушная оборона окажется в затруднительном положении. Необходимо было искать выход.

«Однако мои ссылки на то, что такой энергией, которую можно будет посылать от наблюдателя на цель, может быть энергия электрическая, как самая быстрая и самая выгодная по дальности распространения, никого не убедили, – констатирует Ощепков. – Довод, что существует уже радиосвязь на сотни и тысячи километров, плохо принимался в расчет. Только один Владимир Михайлович Чернов поддакивал мне своим густым басом».

Среди присутствующих не было почти никого, кто знал бы условия распространения радиоволн. Да и физику тоже не все хорошо знали. Все, однако, согласились, что надо искать такую энергию, которая распространялась бы на далекие расстояния.

«Я был почти уверен, что моя встреча с инспектирующим пропала даром, – вспоминал потом Ощепков. – Казалось, достаточно и одного дня, чтобы инспектор забыл о ней среди груды всяких других дел. Но очень скоро выяснилось, что в этом я ошибся.

Не прошло и двух месяцев, как в полк поступило распоряжение о направлении толкового малого в Москву, в Главное управление противовоздушной обороны РККА. Блажевич доложил‑таки об интересных опытах и рассуждениях начальнику управления М. Е. Медведеву и его заместителю П. Е. Хорошилову. Те и решили поручить Ощепкову вопросы новой техники ВНОС, что в переводе на человеческий язык означает службу «воздушного наблюдения, оповещения и связи».

В конце декабря 1932 года новоиспеченный командир взвода был в Москве и приступил к исполнению своих обязанностей.

«Управление, куда я прибыл, было новым и по составу, и по задачам, поставленным перед ним, – пишет Ощепков. – Это, видимо, и определяло тот дух творчества, которым здесь были охвачены все – от начальника управления до рядового работника. Такая обстановка мне очень нравилась, однако уровень и масштаб работы изрядно смущали. Казалось, что не справлюсь с обилием поставленных задач. Да, вероятно, я и действительно не справился бы, если бы не постоянная поддержка со стороны многих работников управления.

Увлеченный идеей «переворота» в технике обнаружения воздушных целей, я не упускал случая вновь и вновь возвращаться к ее обсуждению. Мы подолгу обсуждали эту проблему с П. Е. Хорошиловым, начальником управления М. Е. Медведевым, начальником экспертного сектора С. А. Чаусовым, начальником службы ВНОС П. В. Виноградовым и многими другими сотрудниками управления.

Были ли сомневающиеся? Конечно, были. Пессимистов или оптимистов было больше – сейчас трудно подсчитать, но, поскольку новое направление все же одержало верх, оптимистов, по‑видимому, было больше.

К середине 1933 года мнение о возможности применения радиоволн для обнаружения самолетов в Управлении ПВО РККА настолько уже окрепло, что было решено доложить об этом народному комиссару обороны СССР К. Е. Ворошилову, просить его разрешить организовать научно‑исследовательские работы в этом направлении и определить их финансирование.

Мне было поручено составить докладную записку на имя народного комиссара обороны. При активном участии П. Е. Хорошилова такая записка была составлена 18 июня 1933 года. На составлении записки особенно настаивал тогда секретарь партийной организации управления Н. Н. Нагорный.

Примерно через полтора‑два месяца состоялась встреча с К. Е. Ворошиловым. На этой встрече присутствовал и первый заместитель наркома обороны, ведавший вопросами вооружения и новой техники, Михаил Николаевич Тухачевский.

Насколько хватало сил и знаний, я старался обратить их внимание на несоответствие существующего направления в развитии техники обнаружения воздушных целей истинным задачам в этой области, в особенности в ближайшем будущем.

Долго убеждать в этом кого‑либо из присутствующих не пришлось. М. Н. Тухачевский, отличавшийся ясным, острым и быстрым умом, сам направлял разговор. Он уже кое‑что подсчитал в уме и для убедительности привел пример:

– С увеличением скорости полетов бомбардировщиков расстояние, которое самолет проходит за одну секунду, постепенно станет соизмеримым с расстоянием, проходимым звуком за тот же период времени. Следовательно, если самолет находится, например, на расстоянии 10 километров, то звук от него до наблюдателя может дойти только через 30 секунд. За это время воздушная цель даже при скорости, равной только половине скорости звука, может отклониться от курса на 5–6 километров в любом направлении, так что попытка определить истинное местонахождение ее в пространстве на основании звукопеленгации действительно может потерять всякий смысл. Возможности же полетов ночью, в облаках и за облаками не оставляют для нас другого выбора, как немедленно взяться за разработку идеи радиообнаружения самолетов, хотя всем нам еще многое в ней и неясно. Надо как можно скорее организовать широкий фронт исследований в этой области. Надо опробовать метод хотя бы на моделях.

Народный комиссар обороны сказал, что деньги на такие исследования будут, и спросил, сколько надо средств для начала работ. Я ответил, что мы обошлись бы сейчас суммой в 250–300 тысяч рублей.

М. Н. Тухачевский обязал Ощепкова и Хорошилова составить план работ, включить его в общий план мероприятий по новой технике Наркомата обороны, порекомендовал также разработать хотя бы примерные тактико‑технические задания на исследовательские работы. Он тут же позвонил в Управление вооружений и приказал включить перспективные исследования в список важнейших работ Наркомата обороны с обязательным завершением первой их части уже в 1934 году.

Такая поддержка со стороны самых высших руководителей Народного комиссариата обороны означала зеленую улицу для всех исследований в этой области…

Но как только мы перешли к обсуждению возможных вариантов будущих технических устройств и в особенности принципов их действия, сразу же обнаружилось, что на этот счет нет единого мнения, особенно среди участвовавших в обсуждении работников связи и техники наблюдения, – вспоминал далее Ощепков. – Слишком необычны были подход к задаче и средства, выбранные для ее решения. Не было никаких примеров – ни наших, ни зарубежных, на которые можно было бы опереться.

Для того чтобы привлечь к обсуждению проблемы более широкие круги военных работников, было решено доклад, представленный Ощепковым на имя народного комиссара, после некоторой переработки опубликовать. Такая работа была очень скоро выполнена, и материал уже в феврале 1934 года вышел в виде отдельной статьи в журнале «Сборник ПВО» под названием «Современные проблемы развития техники противовоздушной обороны».

Принцип действия электромагнитного обнаружения самолетов в этой статье излагался так:

«Сущность обнаружения самолетов с помощью электромагнитных волн заключается в том, что если иметь источник генерирования ультракоротких или дециметровых волн и даже сантиметровых электромагнитных волн и излучение этих волн от источника генерирования направить в пространство, то, направляя такой луч электромагнитных волн на какой‑либо предмет, можно получить всегда обратный отраженный электромагнитный луч. Приняв такой отраженный луч и определив направление его распространения, можно весьма точно определить не только направление на отражающую поверхность, но и место ее нахождения. Измеряя время от посылки этих волн до их обратного приема, что может быть сделано модуляцией, то есть наложением на основную частоту дополнительной частоты, или замером фазы полученных электромагнитных волн, можно точно определить время прохождения этих волн. А поскольку скорость распространения электромагнитных волн постоянна, постольку расстояние до отражающей поверхности, то есть до самолета, получится как следствие».

Из этого видно, что идея радиообнаружения у нас в стране к этому времени имела уже вполне конкретное содержание.

Еще одно важное соображение статьи касалось возможности светового отображения движущихся целей на командном пункте противовоздушной обороны. Речь шла о новых принципах создания световых экранов – светопланов, применяемых в таких пунктах. То есть, говоря иначе, речь шла о радарных экранах, используемых ныне на всех станциях радиолокационного обнаружения».

В октябре 1933 года был издан приказ об организации специального конструкторского бюро (СКВ). В связи с тем что к этому времени П. Е. Хорошилов, один из наиболее последовательных и стойких защитников идеи радиообнаружения, был переведен в Ленинград на должность начальника курсов усовершенствования командного состава ПВО, решено было организовать СКВ на территории этих курсов. Начальником СКВ был назначен Ощепков.

В задачу созданного бюро входила разработка общих схем системы радиообнаружения и специальных нестандартных узлов и деталей к ней. Бюро это успешно развивалось, и приказом от 7 октября 1934 года на него была возложена разработка новой системы радиообнаружения панорамного типа под шифром «Электровизор».

Год 1934‑й начался с подготовки совещания в Академии наук СССР. «В первые же дни января я встретился с Абрамом Федоровичем Иоффе, – продолжает свои воспоминания Ощепков. – Он очень внимательно выслушал меня… Что касается основной идеи о возможности использования электромагнитных волн для дальнего обнаружения воздушных целей, то у него не было на этот счет никаких сомнений. Он, по‑видимому, сам к этому времени многое уже продумал и поэтому говорил убежденно, уверенно. Единственно, в чем он несколько сомневался, – в возможности использования для этой цели очень коротких волн.

Он считал, что мощность на таких волнах будет иметь мизерное значение и, кроме того, главный отраженный луч таких волн, по его мнению, пойдет в сторону от нас, а не на нас, так как на этих волнах должно резче проявиться явление оптического отражения. Луч, попадающий на крыло самолета, должен был примерно под таким же углом отразиться и уйти в сторону противника. На более длинных волнах (метр или несколько метров), по его мнению, такая система должна была бы работать лучше. Здесь должно наблюдаться диффузионное отражение.

Для снятия возможных разногласий Иоффе предложил созвать специальное совещание по этой проблеме. Оно состоялось 16 января 1934 года. Были приглашены упомянутые выше виднейшие советские ученые и инженеры, работающие в области радиофизики или в близких к ней отраслях знания.

В итоговом протоколе совещания было записано следующее:

«Слушали:

Сообщение представителя Управления противовоздушной обороны РККА инженера Ощепкова, начальника Курсов усовершенствования командного состава ПВО тов. Хорошилова и академика А. Ф. Иоффе о крайней необходимости в современных условиях противовоздушной обороны, в целях обеспечения боевого использования технических средств ПВО конструирования приборов, обеспечивающих обнаружение самолетов на больших высотах – порядка 10 километров – и дальности до 50 километров в условиях, не зависящих от атмосферного состояния и времени суток.

Постановили:

В результате обмена мнениями о принципиальной важности и своевременности поставленного вопроса и о возможных средствах его разрешения совещание считает:

1. Из технических средств, могущих обеспечить в наикратчайший срок разработку приборов, обеспечивающих обнаружение самолетов в названных условиях, могут явиться приборы, построенные на принципе использования электромагнитных волн достаточно короткой длины волны (дециметровые и сантиметровые волны).

При этом должны быть разработаны относительно достаточно мощные генераторы дециметровых и сантиметровых волн, направляющие электромагнитные излучения системы, а также приемные устройства, обеспечивающие по отраженному электромагнитному лучу определение местонахождения самолетов (их координаты), их количества, курса движения и скорости.

Определение координат в первом случае может производиться как с дополнительно устанавливаемого приемного аппарата, так и не исключена возможность определения дистанции с одного и того же пункта, что при дальнейшем своем развитии может найти широкое применение в технике артиллерийской зенитной стрельбы по невидимой цели.

2. Одновременно с этим, ввиду новизны поставленного вопроса о применении электромагнитных волн для указанной цели и необходимости в этом направлении еще длительной научно‑исследовательской работы, совещание считает необходимым вести разработку и других методов обнаружения. В частности, для обнаружения самолетов в сумерки использовать специально разработанные оптические системы и тщательно еще раз проверить результаты по методам, основанным на принципе звукопеленгации и инфракрасной радиации».

Решение описанного совещания свидетельствует, что именно наша страна является родиной идеи радиолокации. К этому времени идея радиолокации была осознана в нашей стране не только по своему целевому назначению, но и по методам осуществления.

В принятом решении со всей ясностью подчеркнуто, что с помощью импульсов (порций) электромагнитных волн достаточно короткой длины волны можно не только обнаруживать на больших расстояниях воздушные цели, но и определять их координаты (зенитная стрельба, наведение истребительной авиации и т. п.). И мы не вправе поэтому забывать всех тех, кто содействовал столь ясной постановке проблемы в тот период, когда о ней ничего не было еще известно в мире.

Слова «радиолокация» у нас в то время еще не было. Оно пришло к нам в 1941 году вместе с закупленными за границей станциями типа «Сон» и др.

В период, когда в нашей стране начинались первые работы по радиообнаружению (радиолокации), никаких сведений об аналогичных работах, проводимых за границей, не было да и не могло быть, так как, если судить по официальной американской истории радара, на Западе подобных работ в то время не было вообще.

Это вытекает из следующего. В официальной истории США об изобретении радара говорится: «В 1935 году по настоянию вице‑адмирала Боуэна (в то время начальника технического бюро Морского комитета), конгресс США ассигновал Морской исследовательской лаборатории 100 000 долларов на научные работы. Это была первая сумма, отпущенная специально для развития радиолокационной техники».

В той же официальной истории о радаре сообщается, что «первый контракт с промышленностью на изготовление шести станций для обнаружения самолетов был подписан в октябре месяце 1939 года».

А вот в опубликованной в 1946 году журналом «Лук» статье двух американцев – Э. Реймонда и Дж. Хачертона, один из которых был длительное время советником в американском посольстве в Москве, – говорится:

«Советские ученые успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретен в Англии». В этом они правы. У нас действительно еще в 1933 году были составлены конкретные планы исследований целевого назначения, а в 1934 году, как это будет сейчас видно, первые действующие станции для обнаружения самолетов были уже построены на принципе отраженной электромагнитной волны.

19 февраля 1934 года Управлением противовоздушной обороны был заключен договор с Ленинградским электрофизическим институтом на проведение исследований по измерению электромагнитной энергии, отраженной от предметов различных форм и материалов. Этому же институту поручалось изготовить передатчик и приемник для проведения опытов по фактическому обнаружению самолета по отраженной от него волне.

Были поставлены работы и в Харьковском физико‑техническом институте (в лаборатории профессора А. А. Слуцкина), в ОКБ Управления ПВО РККА, на заводе «Светлана» и других предприятиях. Все работы в этом направлении проводились по заранее составленному плану и рассматривались как дело большой государственной важности.

В результате уже к середине того же 1934 года отечественные специалисты имели прямые доказательства правильности метода. Были построены первые опытные станции, проведены их испытания, которые дали исключительно обнадеживающие результаты.

В протоколах испытаниях прямо указывается, что цель обнаруживается на расстоянии порядка 50 километров и высоте 5200 метров. И эти показатели не являются предельными – при необходимости дальность обнаружения может быть повышена и до 75 километров.

Из этих документов со всей очевидностью вытекает, что Советский Союз к середине 1934 года имел не только вполне сложившиеся, отработанные идеи в области радиолокации, но и фактический материал, подтверждающий правильность принципа действия.

Об этом приходится говорить тем более, что до сих пор распространено мнение, будто радиолокация пришла к нам из‑за границы.

Если американцы пишут, что у них первый контракт на постройку шести опытных станций был заключен в 1939 году, то у нас в Советском Союзе первый договор с заводом на постройку пяти опытных станций электромагнитного обнаружения самолетов был заключен еще 26 октября 1934 году (заказы «Вега» и «Конус») – на пять лет раньше, чем в США. Конечно, эти станции и эти работы были не столь еще совершенны, как современная радиолокация, но факт остается фактом, и он говорит сам за себя.

…Таким образом специалисты третьего рейха могут в лучшем случае занять почетное третье место в своих попытках создать установки, использующие электромагнитные волны для обнаружения и уничтожения воздушных целей. На первом месте, безусловно, стоят наши специалисты, на втором союзники в лице англичан и американцев. Причем последние, вполне вероятно, использовали и помощь своих заокеанских коллег.

Топливо из… «ничего»

Всем известно, что в период Второй мировой войны немецкие химики и промышленники наладили производство всевозможных эрзац‑продуктов. В частности, именно им мы обязаны появлению и распространению маргарина. Однако почему‑то мало кто обращает внимание на то, какие усилия были предприняты деятелями третьего рейха для того, чтобы научиться синтезировать жидкое топливо буквально из ничего.

В годы Великой отечественной войны довольно часто можно было видеть такую картину. Автомобиль останавливался возле поленницы, и шофер начинал заправлять машину березовыми или осиновыми чурками. Конечно, топки в обычном понимании этого слова в автомашине не было. Просто рядом с кабиной устанавливалась высокая колонка химического реактора, и древесину перегоняли в газообразное или жидкое топливо.

Специалистам противоборствующих стран было отлично известно, что древесный, он же метиловый спирт или метанол, был впервые обнаружен в продуктах сухой перегонки древесины еще в 1661 году. Французский химик М. Бертло в 1857 году получил первый синтетический метанол омылением метилхлорида. В то время этим дело, собственно, и ограничилось. На практике метанол по‑прежнему получали из подсмольных вод сухой перегонки древесины. Первый такой завод был построен в США в 1867 году, а к 1910 году таких заводов было уже около 120.

Конечно, новым способом тут же заинтересовались в Германии, у которой никогда не было своих запасов нефти, а из полезных ископаемых в изобилии, пожалуй, лишь бурый уголь. Да и лесов не так уж много. Поэтому немецкие химики старались найти методы синтеза метанола из более доступного сырья, чем древесина. Так, в 1923 году в Германии был получен первый метанол на базе водяного газа (он же синтез‑газ СО+Н2) с помощью заводской установки, дававшей до 20 тонн метанола в сутки. И уже год спустя немецкие промышленники начали экспорт синтетического метанола в США, где он продавался в три раза дешевле, чем полученный из древесины. В это время в Германии метанол даже называли иногда «органической водой» (organische Wasser).

В годы Второй мировой войны метанол уже использовался в качестве моторного топлива для автомобилей (правда, в смеси с бензином). При почти вдвое меньшей, чем у бензина, теплоте сгорания, у метанола более высокое октановое число. Наличие кислорода в молекуле метанола обеспечивает более полное сгорание и уменьшение объема выхлопных газов. В них меньше оксида углерода, практически нет серы и, конечно, нет свинца.

Но зато при работе на метаноле требуется увеличение объема топливных баков. Больше теплоты нужно подводить во всасывающую систему для испарения топлива, а это значит, что существующие системы двигателей внутреннего сгорания для работы на метаноле необходимо переделывать. Постоянная температура кипения метанола затрудняет запуск мотора при низких температурах, требует применения специальных мер, например, впрыскивания в запускаемый двигатель высоколетучей жидкости (эфира). Метанол разрушает слой полуды в топливных баках, а образующийся при этом гидроксид свинца забивает топливные фильтры и жиклеры карбюраторов. Увеличивается также коррозия двигателя и элементов топливной системы, причем особенно страдают детали из магния, алюминия и их сплавов. Кроме того, в метаноле быстро набухают и теряют герметичность многочисленные прокладки и уплотнения…

Словом, автомобили тех лет были плохо приспособлены для работы на метаноле. И потому, как только появилась возможность, специалисты стали использовать традиционные бензин и солярку. Однако накопленный опыт не забылся. И по сей день конструкторы вместе с учеными обсуждают более широкие возможности применения «растительного горючего».

Например, практичные японцы в качестве сырья для производства моторного топлива хотят использовать водоросли. Норвежцы считают перспективной для той же цели переработку хвойной древесины – той ее части, которая обычно идет в отходы: опилки, сучья, непосредственно саму хвою… В Новой Зеландии получены первые тонны горючего из апельсиновых корок, а в Мексике проведены успешные опыты по переработке кактусов!

Итак, выясняется, что в принципе мотор можно питать практически любым органическим сырьем. В Бразилии, к примеру, даже самолеты летают «на растительном масле».

Однако вся эта экзотика, как уже говорилось, не от хорошей жизни. В той же Бразилии практически нет своих месторождений нефти, вот и приходится выкручиваться… В такой ситуации, конечно, уж мало берутся в расчет и низкая теплота сгорания такого топлива, и его высокая стоимость.

А в Германии времен третьего рейха синтетический бензин приходилось делать и из угля. Были попытки даже залить в автомобильный двигатель… воду! Причем для этого ее не разлагали на водород и кислород, расходуя на это большие количества энергии. Нет, воду пытались и пытаются добавлять в двигатель и без разложения, так сказать, в натуральном состоянии.

Еще на заре автомобилизма было замечено, что в сырую погоду двигатели как будто работают лучше. Проведенные исследования показали: да, в моторное топливо можно добавлять до 10 процентов воды, и двигатель будет работать.

Впрочем, как утверждают некоторые эксперты, двигатель при некоторых условиях может работать чуть ли не на чистой воде. Вот какую историю, например, рассказала читательница из г. Пензы Е. Ф. Палатова. Согласно ее данным, в США еще в период Первой мировой войны проводились испытания «горючего» для двигателей внутреннего сгорания, предложенного португальским эмигрантом Хуаном Андрэсом.

Основную часть его составляла вода (пресная или соленая, безразлично), в которую добавлялась неизвестная жидкость, имевшая зеленоватый оттенок. В печати приводились случаи, когда изобретатель на глазах свидетелей готовил исходную смесь из медикаментов, купленных в ближайшей аптеке. Смешав их в ведре с водой, он заливал топливный бак и заводил двигатель. После регулировки игольчатого клапана, изобретатель добивался устойчивой работы мотора, дававшего выхлоп без цвета и запаха.

Испытания проводились на автомобиле «Паккард» и на трехцилиндровом двухтактном судовом двигателе. Расход смеси составлял примерно 50 литров на 100 километров пути. Многовато, конечно, но не забывайте – и двигатели брались достаточно мощные, и топливо стоило баснословно дешево.

Будучи по образованию инженером‑электрохимиком, Палатова вместе с коллегами попыталась разгадать ребус эмигранта. «Итак, все поршневые двигатели работают за счет газообразной массы высокого давления, которая поступает в цилиндр извне (сжатый водяной пар), либо образуется внутри цилиндра вследствие сгорания жидкого топлива, – рассуждала она. – В первом случае мы имеем место с паровыми машинами, во втором – с двигателями внутреннего сгорания. Те и другие имеют свои преимущества и недостатки».

Привлекательность паровой машины состоит в том, что рабочее тело – водяной пар – не отравляет окружающую среду. Естественно возникает вопрос: есть ли возможность создать непосредственно внутри цилиндра высокое давление пара? Андрэс ответил утвердительно: «Да, если использовать энергию взрывчатого вещества…»

Действительно, при взрыве даже небольших количеств взрывчатки образуются большие объемы газов и выделяется много тепла. Энергия взрыва и тепла может довести воду до газообразного состояния с высоким давлением. «Очевидно, Андрэс в качестве взрывчатого вещества выбрал нитроглицерин, – пишет Палатова. – Я полагаю так, поскольку в виде однопроцентного спиртового раствора нитроглицерин можно купить в аптеке, где он продается в качестве лекарства, расширяющего кровеносные сосуды».

В чистом виде нитроглицерин – тяжелая маслянистая жидкость, застывающая при температурах ниже 13 °C. В воде растворяется плохо: всего 1,8 г на литр. Зато хорошо растворим в спирте – до 250 г на литр. При нагреве до 260°С и детонации взрывается. Причем процесс взрыва мгновенно охватывает всю массу нитроглицерина, переводя все молекулы разом в некую смесь газов.

Как показывает анализ, смесь газов, образующихся при взрыве, содержит от 58 процентов углекислого газа, 20 процентов водяного пара, 18 процентов азота и 4 процента кислорода. Все газы абсолютно нетоксичны, являются природными составляющими атмосферы Земли.

«Полагаю, в связи с вышесказанным, что „горючее“ Анрэса представляло собой водную эмульсию нитроглицерина, – заканчивает свое письмо Палатова. – Он готовил ее, приливая к воде смесь аптечного спиртового раствора нитроглицерина с эмульгатором. Причем эмульгатором могло служить жидкое калийное („зеленое“) мыло, которое также продается в аптеках. Так и получалась та зеленоватая жидкость, которую Андрэс вводил в воду перед ее заливкой в топливный бак, подобрав экспериментально‑опытным путем количественное соотношение всех компонентов».

Как видите, ребус Андрэса оказался не столь уж сложен. И если его разгадал человек без особой подготовки, то, наверное, германские химики, издавна пользовавшиеся высокой репутацией во всем мире, и подавно справились с этой задачей. Тем более что перед войной, как показал даже беглый поиск, было немало публикаций на эту тему. Были проведены и эксперименты, целью которых являлся поиск оптимального состава горючего и наработка практического опыта по его применению. Однако этим экспериментам так и не суждено было выйти за пределы полигона. Почему? Ведь Германия, как уже неоднократно говорилось, остро нуждалась в замене натуральных нефтепродуктов синтетическими.

Причин тому несколько. Назовем хотя бы основные. В принципе затолкать в двигатель можно что угодно, даже нафталин – подобные опыты проводились еще в 20‑е годы. Весь вопрос, насколько это выгодно и рационально?

Опыт же показал, что, если даже в двигатель добавляют незначительное количество воды, это приводит к резкому ухудшению его характеристик и долговечности. Кроме того, нитроглицерин – достаточно капризная, небезопасная в обращении жидкость. Не случайно небезызвестный Альфред Нобель потратил немало времени и сил прежде, чем смог получить динамит – довольно безопасную в обращении взрывчатку. В общем, Нобелевскую премию за использование нитроглицериновых смесей в качестве горючего не удалось пока получить никому. И те же химики третьего рейха предпочли пойти другим путем – стали получать синтетический бензин, например, из угля.

Был у них в запасе и еще один способ. Нефть, оказывается, можно добывать прямо из… воздуха!

Надо сказать, что история этого рецепта тоже достаточно давняя. Еще в 1908 году русский химик Е. И. Орлов обратил внимание на возможность синтеза нефтяных углеводородов из оксида углерода и водорода. Эта смесь называется еще водяным газом (или синтез‑газом) и в достаточных количествах содержится в атмосфере.

Спустя несколько лет после Первой мировой войны этот способ был опробован на практике. Кайзеровская Германия оказалась отрезанной от природных источников нефти, и вот немецкие ученые К. Фишер и А. Тропш в 1922 году отработали технологию получения синтетических жидких углеводородов на практике.

Правда, водяной газ они решили поначалу получать не из воздуха, так как это оказалось технически слишком сложно, а из бурого угля. Синтез углеводородов осуществлялся при контакте этого газа с железоцинковыми катализаторами при высокой температуре. В 1936 году были введены в действие первые промышленные установки.

Всего было запущено 14 установок общей производительностью около миллиона тонн топлива в год. Они успешно проработали до конца Второй мировой войны.

Когда же послевоенная Германия получила доступ к дешевой природной нефти, постепенно все европейские и азиатские установки по производству синтетического топлива были остановлены или переведены на выпуск другой продукции. Зато в ЮАР, которая подверглась нефтяному эмбарго со стороны мирового сообщества и где к тому же добыча угля обходится чрезвычайно дешево, в середине 1980‑х годов производилось около 4 миллионов тонн жидких углеводородов ежегодно.

И лишь в наши дни идея получения топлива из воздуха, а точнее, из содержащегося в нем диоксида углерода, похоже, приобретает особую остроту. Огромное количество сжигаемого на планете топлива грозит образованием так называемого «парникового эффекта». Из‑за повышенного содержания углекислого газа в атмосфере часть солнечных лучей, которой полагалось бы отразиться от поверхности планеты и уйти назад в космическое пространство, теперь задерживается. А это, как полагают некоторые эксперты, в конце концов способно привести к всеобщему потеплению климата на Земле.

На первый взгляд, ничего страшного. Ну станет теплее на градус‑другой. Что плохого? Но такое потепление, как показывают расчеты, может привести к тому, что значительная часть нынешней суши окажется затопленной. Вот ученые и предлагают способ, как зло обратить в благо. Прежде всего из атмосферного воздуха нужно выделить излишний диоксид углерода.

Уже сегодняшняя технология предлагает для этого несколько способов. Составляющие воздуха можно разделять при помощи пористых мембран, вымораживать или соединять в определенных условиях с газообразным аммиаком. Аммиак, реагируя с диоксидом углерода, образует карбонат аммония. Этот белый кристаллический порошок легко отделяется от газообразных компонентов чисто механическим путем – в аппаратах типа циклонов или центробежных сепараторов. Воздух, уже не содержащий углекислого газа, возвращается в атмосферу. Вслед за этим и карбонат аммония легко разлагается при нагревании на диоксид углерода и аммиак. Аммиак снова идет в дело, используется для улавливания новых порций углекислого газа.

Полученный диоксид углерода разлагают на оксид углерода (угарный газ) и кислород. Эта реакция требует больших затрат энергии. Поэтому, по всей вероятности, ее будет выгодно производить лишь при наличии дешевых энергетических источников. Такими источниками могут стать атомные реакторы или термоядерные установки. Здесь при температуре около 5000°С в присутствии катализаторов и будет получен оксид углерода. Освободившийся кислород опять‑таки будет отправлен в атмосферу, а оксид углерода будет соединен с водородом. Полученные углеводороды в дальнейшем могут быть использованы в химическом производстве примерно так же, как сегодня используются производные нефти.

В оклахомской компании «Синтролиум», основанной в 1978 году братьями Марком и Кеннетом Эйдже, работают пока всего 16 человек. Однако контактов с компанией настоятельно ищут такие гиганты нефтяной империи, как «Шелл», «Эксон» и «Тексика». С последним, кстати, «Синтролиум» как раз и заключил соглашение о совместном производстве продукта под названием синкрот по цене 15 долларов за баррель.

Конечно, дороговато, однако уже сейчас ясно, что дальнейшим усовершенствованием технологии цену можно существенно снизить, и тогда синкрот станет дешевле натуральной нефти. А это весьма интересно, поскольку под новым названием скрывается синтетическая нефть, производимая из природного газа. А запасы его в пересчете на этот самый синкрот оцениваются как минимум вдвое больше, чем ископаемой нефти.

Американские инженеры взяли за основу ту же технологию, истоки которой восходят к началу нашего века.

Компания «Синтролиум» усовершенствовала этот процесс. Теперь для получения угарного газа вместо кислорода используется атмосферный воздух, что и привело к значительному удешевлению продукта. На опытной установке, работающей с 1990 года, производительность составляет 2 барреля в день. Но разработана и продается технология производства 2000 баррелей в день и заканчивается подготовка документации на строительство установки производительностью 5000 баррелей в день.

Компания убеждена, что будущее принадлежит таким сравнительно небольшим, компактным установкам, которые можно устанавливать в непосредственной близости от потребителя и получать горючее почти что из воздуха.

Большим преимуществом синкрота является то обстоятельство, что он не содержит серы и ароматических соединений, от которых приходится с великими трудами избавляться при работе с природной нефтью.

Кроме того, как показали последние исследования, природного газа на Земле в сущности гораздо больше, чем дают стандартные оценки. Они ведь не учитывают запасов так называемого твердого газа. А многие геологи всерьез полагают, что дно Мирового океана подстилают гидраты углеводородных газов – соединения, в которых молекулы метана заполняют пустоты в решетке кристаллического льда. Толщина залежей достигает полукилометра, что, согласитесь, весьма немало, учитывая площадь Мирового океана.

Только в Северной Атлантике, где работала группа доктора Дж. Бикенса из Мичиганского университета, оказалось, что на сравнительно небольшом участке дна льда находится до 35 миллиардов тонн метана. Вдобавок здесь же содержится до 7 процентов углерода – так что налицо все необходимое сырье (плюс атмосферный воздух) для производства синтетической нефти.

В общем, получается, что нацистские химики не довели начатое ими дело до логического конца. Быть может, потому, что не очень хотели помогать правящему режиму? Так или иначе, но ими оказался упущен и еще один шанс продлить агонию третьего рейха.

Обратите внимание, жители Европы, в том числе крупных городов и нашей страны, уже стали привыкать к грузовикам с красными газовыми баллонами вместо бензобаков. Появились и первые «Волги»‑такси, работающие на газе. И как показывает накопленный опыт, природный газ вполне может составить конкуренцию традиционному бензину и дизельному топливу. У газа выше октановое число, он меньше загрязняет воздух токсичными газами при сжигании в цилиндрах мотора, не портит смазочного масла…

Все это, кстати, было известно довольно давно. На парижской выставке 1878 года Н. Отто и Э. Ланген продемонстрировали газовый автомобиль в действии. Он, правда, оглушал окружающих отчаянным треском, зато потреблял относительно немного топлива.

Так что в данном случае новое – это хорошо забытое старое. И стоит ли удивляться, что к настоящему времени только в нашей стране полмиллиона автомобилей работает на природном газе? Скорее стоит удивляться другому – почему их до сих пор так мало?.. В качестве горючего можно использовать и «биогаз». Источником для его получения служат отходы, в большом количестве – до 500 миллионов тонн в год! – образующиеся на животноводческих фермах, птицефабриках, а то и просто на полях страны.

Производство биогаза весьма несложно. В специальный бак – метантенк загружают органические отходы, добавляют немного воды и специальную анаэробную закваску. Теперь нужно лишь поддерживать в метантенке плюсовую температуру. Все остальное бактерии сделают сами: проведут необходимый процесс ферментации, переработают отходы в биогаз и шлам. Биогаз, как показывает анализ, на 50–70 процентов состоит из обычного метана, а шлам представляет собой прекрасное органическое удобрение.

Сама по себе такая неприхотливая технология, конечно, не представляет собой ничего принципиально нового. Некоторые ученые считают, что примерно такие же процессы превращения органических веществ в метан идут и в недрах Земли.

По подсчетам экономистов, в ближайшие 20–25 лет в Советском Союзе, по уже отработанным технологиям можно производить ежегодно 15–18 миллиардов кубических метров полезного газа. Потенциальные же возможности еще выше. Ведь в каждой индустриально развитой стране, как показывает расчет, приходится около двух тонн органических отходов на одного человека в год, что соответствует возможности получения 1000 кубических метров биогаза. Для справки добавим, что в настоящее время ежегодно городской житель тратит на приготовление пищи 100 кубических метров бытового газа, что эквивалентно 150 кубическим метрам биогаза. Таким образом практически все население может быть обеспечено газом!

И это еще не все. Сам процесс получения биогаза, по мнению специалистов, таит в себе немало резервов. В частности, можно ускорить процесс брожения. Например, если часть сброженной в метантенке биомассы вывести из него и смешать с вновь поступающим по трубам сырьем, разложение органических веществ начнется еще до того, как они попадут в метантенк. Это дает возможность сократить основной цикл с пяти суток до одних. А если микробиологи выведут высокоактивные виды микроорганизмов, то весь цикл реакций можно будет, вероятно, довести до нескольких часов.

Биогаз можно получать не только из отходов, но и со специально предназначенных для этого плантаций. А чтобы не занимать полезные площади на суше, такие плантации логично расположить в море.

Ученые полагают: для промышленных плантаций такой энергетической биомассы подходят лиманы Черного моря, Каспийское и Аральское моря и другие водоемы нашей страны. При урожае растений 20 граммов на квадратный метр водной поверхности в сутки, за летний вегетационный период с одного гектара можно собирать до 24 тонн биомассы. Ее переработка в метантенках даст 12 тысяч кубических метров газа. Такие исследования активно ведутся по программе «Биосоляр».

Представьте себе узкий бассейн, над которым ослепительно сияют огромные лампы. На поверхности воды плавают притопленные корытца из пластика. В них вода заметно темнее и словно бы гуще, чем вокруг. Во всяком случае, такое складывается впечатление, хотя, со слов сопровождающего нас руководителя лаборатории, вода самая обыкновенная – из водопровода, только с добавками питательных солей.

Но вот он наклонился и, держась за поручень, зачерпнул пробиркой из корытца. На глаз зеленоватое содержимое пробирки казалось совершенно однородным. Лишь под микроскопом удалось разглядеть, что вода кишит крошечными организмами.

Эти одноклеточные водоросли и есть основной «механизм» установки. Именно они потребляют питательные вещества, содержащиеся в субстрате, и под ярким светом быстро размножаются. Время от времени «бульон» из корытец разреживают, откачивая излишек в уже знакомый нам метантенк. Здесь идут реакции брожения, и вот, пожалуйста, из металлического баллона начинает выходить биогаз.

В лаборатории подсчитали: если выстелить подобными корытцами, или, как их здесь называют, фотосинтетическими блоками, поверхность Аральского моря, то можно обеспечить всю нашу страну топливом, которое даст тепло и электроэнергию для всех нужд. Фантастика?.. Пока – да. Но фантастика, основанная на точном расчете. Исследователи показывают карту земного шара, где отмечены наиболее выгодные места для создания подобных плантаций. По оценкам, с них можно собирать урожаи более 300 миллиардов тонн условного топлива в год. Это примерно в 15 раз больше, чем понадобится человечеству в 2000 году!

И наконец, бактерии можно использовать и для повышения эффективности обычных нефтепромыслов. Мы уже знаем, что при нынешних методах добычи значительная часть нефти так и остается в земных недрах. А вот если запустить в отработавшую свое скважину работников‑невидимок, то они очень быстро переведут оставшуюся нефть в биогаз, и старые месторождения обретут новую жизнь.