15 декабря 2016 г. американское агентство DARPA опубликовало весьма интересный документ под названием «Microsystems Technology Office Broad Agency Announcement: A MEchanically Based Antenna (AMEBA), HR001117S0007». Речь в нем идет, ни много ни мало, о возможности создания ИНЧ/ОНЧ-передатчиков компактного размера.
О чем идет речь
Но прежде чем продолжать описывать новый проект DARPA, необходимо дать несколько пояснений относительно самой проблемы. Итак, когда вы болтаете с друзьями по своему мобильнику или листаете на экране продвинутого смартфона телевизионные каналы. Все эти чудеса современной связи основаны, как легко догадаться, не на магии, а на законах физики. Однако те же самые законы физики накладывают на адиосвязь и довольно жесткие ограничения. О них не любят упоминать вендоры: радиосигналы сталкиваются на своем пути с различными препятствиями, такими как вода, почва, камни и т. п. Эти препятствия блокируют и нарушают работу радиосвязи. Именно поэтому аквалангистам приходится полагаться на язык жестов, а исследователям пещер остается лишь проклинать «мертвые зоны». Если у вас дома имеется Wi-Fi-маршрутизатор, разместите его в гипсокартонном боксе, и вы поймете, о чем мы говорим.
Господин Трой Ольссон из Microsystems Technology Office, сделавший заявление от лица DARPA, говорит , что его агентство «делает ставку на мало исследованные аспекты физики электромагнитных волн, которые позволят распространить беспроводную связь на закрытые для нее сейчас области, например, подводное и подземное пространство». Речь идет об инфранизких частотах (ИНЧ) в диапазоне гектокилометровых волн (300–3000 Гц). Они могут проникать на некоторое расстояние в такие среды, как вода, почва, скалы, металлические и различного рода строительные конструкции. Далее, прилегающий к нему сверху диапазон очень низких частот мириаметровых волн (ОНЧ) – 3–30 кГц) открывает нам дополнительные возможности связи. Поскольку эти волны способны распространяться в «атмосферном коридоре» между земной поверхностью и ионосферой. Этот слой воздуха, насыщенный электрическими зарядами, ведет себя как естественная «радиотрасса», по которой радиосигналы могут легко распространяться на полпути вокруг планеты.
«Если мы добьемся успеха, наши аквалангисты смогут использовать канал ИНЧ для таких видов простейших коммуникаций, как, например, текстовые сообщения – они получат в свои руки надежный инструмент общения друг с другом и с близлежащими подводными лодками, кораблями, беспилотными летательными аппаратами. Да и на суше подобные виды радиосвязи помогут наладить общение с людьми в глубоких бункерах, шахтах или пещерах, – заявляет господин Ольссон. – Что же касается мириаметровых волн, то они позволят устанавливать прямые каналы связи от одного военнослужащего к другому через континенты и океаны».
Физику никто не отменял
Вы спросите, а в чем же здесь подвох? В обычных законах физики. Все дело в том, для передачи сигнала на длинных волнах необходимо строительство высоких антенн. В качестве примера можно привести ОНЧ-антенны, построенные в 1961 г. для ВМС США на п.о. Катлер (штат Мэн). Они предназначены для передачи данных на подводные лодки на очень низких частотах (3–30 кГц), гигантский комплекс занимает 8 кв. км: 26 башен каждая высотой 305 м, мощность передачи – 2 МВт.
Аналогичные системы есть и у России, например, передатчик «Зевс», находящийся на Кольском полуострове в Североморске-3 (к востоку от Мурманска). Примечательно, что факт существования этого передатчика был обнародован только в 1990 г. Для работы антенны «Зевс» требуется мощность отдельной электростанции. В то же время выходной сигнал имеет мощность всего несколько ватт принимается практически в любой точке земного шара. Даже одна научная станция в Антарктиде (!) зафиксировала факт включения передатчика «Зевс». Российская система работает на частоте 82 Гц (длина волны 3656 км), американская Seafarer («Мореплаватель») – на 76 Гц (длина волны 3945 км). Длина волны в этих передатчиках сопоставима с радиусом Земли. Кстати, ВМС Великобритании предпринимали попытки построить свой передатчик в Шотландии, но дорогостоящий проект был свернут.
Что задумала DARPA
Новая программа AMEBA (A MEchanically Based Antenna), разрабатываемая агентством DARPA, предусматривает создание совершенно новых типов ИНЧ/ОНЧ-передатчиков. Они будут обладать достаточно небольшими размерами, легким весом и приемлемой энергетикой, чтобы использоваться в качестве индивидуальных (!) средств связи. Предполагается, что новые низкочастотные антенны будут «генерировать сигналы механически движущимися материалами, несущими сильные электрические или магнитные поля».
Естественно, когда дело доходит до конкретики, от DARPA следуют малопонятные высказывания, из которых сложно выудить полезную информацию: «Это так же просто, как, например, взять стержневой магнит или электрет – изолирующее вещество, такое как цилиндр из кварцевого стекла, в котором положительные и отрицательные электрические заряды постоянно разделены, чтобы создать электрический диполь, – и затем перемещать его с коэффициентами, которые будут генерировать ИНЧ и ОНЧ. Это потребует инноваций в области химии и материалов (новые магниты, электреты), дизайна (формы и упаковочные геометрии материалов) и машиностроении (механическое перемещение магнитов и электретов для генерирования РЧ-сигналов)».
«Мобильная низкочастотная связь всегда оставалась нерешаемой в технологическом плане задачей. Особенно когда речь шла о дальней связи. Ранее мы могли наблюдать лишь незначительный прогресс в этой области в течение многих лет, – отметил Ольссон. – С появлением проекта AMEBA, надеемся, все изменится. Мы очень скоро будем в состоянии предоставить нашим военным такие каналы связи, которые никто сейчас не имеет в своем распоряжении».
К сожалению, из этих отрывочных высказываний сложно составить четкое представление о том, насколько реальны проекты DARPA. Возможно, программа AMEBA лишь очередной попыткой вытрясти деньги из американских налогоплательщиков. Заметим только, что проблема эта не новая, и многие поколения инженеров «обломали на ней зубы», как в США, так и в России.
