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【无线电史话】穿越岩石的无线电 | 揭秘1961年美洲际弹道导弹发射地下控制系统

 业余无线电 2024-05-06 发布于广东

用于 “民兵 ”的地面无线电系统将从发射控制中心向导弹发射井传输发射信号

在这本 1961 年出版的《大众科学》杂志上,用于洲际弹道导弹(ICBM)发射控制的 “地球无线电 ”系统至少采用了两种相对较新的无线通信方法。地表波传输将提供从洲际弹道导弹指挥和控制中心到储存导弹的地下发射井之间的信号媒介,一旦俄罗斯决定对美国本土发动核攻击,这些导弹就可以随时发射。作者 Pursglove 对业余无线电在开创表面波科学方面的贡献表示敬意。另一项开创性技术是扩频编码/解码。这两种方法都具有先天的安全优势。地面波是一种相对短距离的传输手段,因此任何想发射或接收假信号的人都需要在附近。扩频,无论是跳频(FHSS)还是直接序列(DSSS),都需要一个密钥来解码或编码信号,因此欺骗几乎是不可能的。人们还探索了另一种穿透地球发送信号的通信方式,称为 Lithocom(岩石圈通信)。它最终在采矿作业中发挥了作用。

发射导弹的新方法

如图所示,“民兵 ”导弹的地面无线电系统将通过埋在地下几英尺的天线把发射信号从发射控制中心传送到导弹发射井。无线电波从上方的天线向上穿过地球,沿着地表,然后向下到达右侧的天线。据说该系统几乎不受攻击、干扰或破坏,而且成本远远低于它所取代的地下电缆网络。

蒙大拿州大瀑布附近的第一个基地说明了民兵基地的布局。每个发射控制中心可以发射周围的 10 枚导弹,在紧急情况下还可以发射其他导弹。在以后的基地中,地面无线电将取代这里使用的地下电缆通信系统。

“地球无线电”如何发射洲际弹道导弹

1961 年 5 月《大众科学》

S. 戴维-帕斯格罗夫Pursglove 报道

一种新颖的地下信号传输方式是从第一次世界大战时的一种临时权宜之计演变而来的,现在它已成为我们最新导弹的一种实用且坚不可摧的发射控制系统。用于民用的地下深层版地球无线电在 1,000 英尺深处试用成功。

如果必须向我们最新基地的 “民兵 ”导弹发出发射指令,那么它将通过地球上的脉冲信号传输。固体燃料洲际弹道导弹的发射控制系统将采用一种迄今为止公众闻所未闻的通信方式:地下无线电。

这将是它的首次实际安装。地下无线电的原理早已为科学家所熟知,在第一次世界大战中就曾被粗略地应用过,无线电业余爱好者也曾对其进行过实验。但直到最近三年,新的研究才完善了这一激进技术。

作为军事用途,“地球无线电 ”是这样工作的:地下发射机发出的信号由埋在地下几英尺处的网格状天线发射。信号向上传到地表,并沿着地表传播--既包括最上层几英尺厚的土地,也包括正上方的空气。然后,信号再次下降,被埋在地下的第二根天线接收。

在 Lithocom 地球无线电系统中,信号穿过深层岩石。相邻岩层形成天然波导的边界,扩大了无线电波的传播范围。

安装现场将是一个最新型的 “加固 ”导弹基地,其设计可以抵御氢气的突然袭击,并仍能发射导弹。在地下看不到的地方,随时可以发射的民兵洲际弹道导弹就停放在无外壳、防弹的混凝土发射井中,散布在乡村的各个角落。发射指令将通过同样位于地下的载人发射控制中心(简称 “LCC”)发出。如果任何一个发射控制中心被靶心击中而瘫痪,另一个发射控制中心就可以接替并发射导弹。

因此,要将 LCC 和导弹发射井连接起来,就需要一个精心设计的遥控通信网络,它同样能抵御全面攻击或破坏。我们在蒙大拿州大瀑布市附近的第一个 150 ilo “民兵 ”基地是在非常规无线电技术完善之前计划的,该基地将使用复杂的地下信号电缆系统。在不久的将来,地球无线电将取代其他民兵基地的大部分电缆网络。

成本更低

新型无线电系统的最大优势在于它省去了每英里 20,000 到 25,000 美元的电缆。据空军估计,这意味着每枚导弹可节省约 30 万美元。

“空军研究与发展司令部司令 B. A. Schriever 中将说:”我们确信该系统是实用的。“这将是一个几乎防不胜防的通信网络,而且极易遭到破坏”。

虽然细节基本保密,但关于该系统的更多信息已被披露:它将提供 “每枚导弹及其发射井状态的连续报告”。该系统将使用 “扩频 ”传输,这意味着其无线电波的频率范围很广。这可以防止蓄意干扰;如果要干扰整个频率范围,则需要极大的功率。

地球无线电背后的故事可以追溯到第一次世界大战,当时德军向巴黎推进,切断了一支法军部队与主力部队的联系。据说,这支部队的信号兵将两把刺刀插入相距几英尺的地面。他们安装了一个蜂鸣器,作为振荡器,这样就有了一个简陋的无线电报发射器。与此同时,法军主力部队根据一名跑过的士兵的指示,用耳机代替蜂鸣器,建立了一个类似的接收器。“地球无线电”成功了,密码信息使被困人员获救。

业余无线电爱好者也在尝试

后来,业余无线电实验者对这一方案进行了改进。火腿们不再将发送接收设备连接到天线和地面,而是将其中一个连接到接地的水管上,另一个连接到沉入地下一定距离的金属杆上。这样,他就可以与住在附近的另一名业余爱好者交换信号了。

但问题是,这些实验表明,地球无线电的覆盖范围比传统无线电短得多,而且在相同距离内需要更强的功率。因此,它仍然只是一种科学好奇心,直到导弹时代的到来终于为它带来了用武之地。

民兵 "地面无线电浅层或表面环绕系统的开发始于 1958 年中期。根据一份 ARDC 合同,加利福尼亚州格伦代尔太空电子公司的实验人员在水下和矿井中进行了地下试验。最终,他们报告说,从一个输出功率为 250 千瓦的发射机中获得了 1000 多英里的强信号。

波音飞机公司在自己的对地无线电试验中测试了该系统的特殊天线,西尔万尼亚电气产品公司开发了发射和接收设备。国家标准局也伸出了援助之手。

去年 12 月初,空军研究与发展司令部考虑为 “民兵 ”导弹采用地面无线电发射控制系统,并开始进行全面试验,以确认其实用性和可靠性。今年 2 月,空军研究与发展司令部宣布打算使用该系统。

穿越岩石的无线电

与此同时,一家东方公司独立开发了另一种名为 “Lithocom ”的地球无线电。与空军的 “浅层 ”系统相比,这是一种 “深层 ”系统,它的电波穿过地下岩石而不会接近地表。德科公司的工程师曾尝试用它在地下传输信号。

Lithocom 公司诞生于 1959 年中期,当时最新的地球物理研究表明,深层无线电是可行的。虽然无线电波在深层岩石中很快就会衰减,但华盛顿特区开发工程公司的工程师们认为,利用有利的岩层,可以大大扩展无线电波的传播范围。

例如,在地壳上部,干燥的沉积岩层与潮湿的导电岩层相接,应能形成地下无线电波的天然 “波导 ”或管道。一个现成的 “实验室模型 ”也应如此--一个天然的地下盐床,上面覆盖着导电性更强的岩石。

1960 年 2 月,迪科公司的工程师们侵入了新墨西哥州卡尔斯巴德附近的两个愿意合作的矿井,准备进行实际试验。他们将发射机安装在美国钾肥公司的一个废弃矿井中,这里的矿石已经稀薄到无法开采,是一个不受干扰的理想工作地点。他们的接收器安装在美国硼砂和化学公司矿井的一条隧道里。

无线电实验员穿越钾盐矿隧道。在上班途中,无线电实验员穿过北卡罗来纳州卡尔斯巴德附近的钾盐矿隧道,开始了从早上 7 点到晚上 11 点的一天工作,他们调侃道:"又回到盐矿了。

在一天工作开始时,电子工程师们可以如实地说:“好了,回到盐矿去吧”。他们早上七点跟第一班矿工报到,乘坐窄轨铁路到地下三英里处--还要步行半英里,穿过只有 4.5 英尺高的通道,才能到达发射测试地点。矿井墙壁上的红盐让伤口、划痕和刮过的脸刺痛难忍。由于到达测试地点和返回需要如此长的时间,工程师们不得不在两个采矿班次中逗留;通常,他们要在晚上 11 点的轮班返回地面。

深层发射试验中心位于钾盐矿废弃走廊的尽头。左侧长长的地球无线电天线沿着屋顶和地面延伸。背景是电传打字机。鸡笼铁丝和暖气管组成了这根地下无线电天线--众多实验天线之一。

来了语音传输

实验人员获得成功,无线电电传信息从照片中的机器传送到另一个矿井中的类似机器,在1000英尺深的地下传送了创纪录的4.5英里。

1960 年 7 月 28 日,经过多次尝试后,第一个信号成功传输。信号在 1,000 英尺深的海底传送了创纪录的 4.5 英里。这一壮举是通过无线电电传电路和输出功率不到 200 瓦的低功率发射机完成的。迪科公司的工程师说,如果功率更大,语音传输和 100 英里的距离将是可行的。

对于 Lithocom 地球无线电系统,迪科公司的工程师们认为有许多可能的应用。

安装在大型矿井中的这种通信系统可以帮助日常作业,在紧急情况下还能加快矿井救援工作。

上覆土层的屏蔽效应使 Lithocom 系统几乎没有噪音。因此,只要有风暴静电或人为电噪声干扰传统的通信渠道,它就有可能成为这些渠道的补充。

最后,工程师们指出,地壳的干湿交替层为 Lithocom 信道提供了多种路径。即使在同一频率上,信息也可以通过不同的岩石带传输,而不会相互干扰。解决电波拥挤问题的办法是让无线电通信绕道地球吗?

地球无线电的最初实用形式是如此之新,以至于现在要预见这一发展会走多远还为时尚早。




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