Почему для связи с подводными лодками на боевом дежурстве нельзя использовать обычный спутниковый интернет, а в качестве передающей антенны военным приходится использовать десятки километров каменной породы в земной коре? Морская соленая вода — это отличный проводник электричества. Для высокочастотных радиоволн (Wi-Fi, LTE, GPS и даже коротких волн) океан работает как сплошной металлический экран — клетка Фарадея. Любой обычный сигнал затухает в соленой воде уже на глубине пары десятков сантиметров из-за скин-эффекта. По законам электродинамики глубина проникновения волны в проводящую среду обратно пропорциональна корню из ее частоты. Чтобы пробить сотню метров воды, частоту пришлось опустить до минимума — в диапазон КНЧ (крайне низких частот, или ELF) — около 76–82 Гц. Это даже не радиоприемник в привычном понимании, а частота гула обычной бытовой розетки. Но тут возникает проблема: при частоте 80 Гц длина одной радиоволны составляет около 3750 км. Чтобы обычная штыревая антенна работала эффективно, ее физическая высота должна быть хотя бы в четверть длины волны — то есть почти 1000 км вверх. Построить такую вышку невозможно, поэтому инженеры превратили в антенну саму землю — эта конструкция называется земным диполем. Передатчик (например, российская система «Зевс» на Кольском полуострове) строят поверх массива, условно, гранита, который плохо проводит ток. На расстоянии 60 км друг от друга в землю и море вкапывают два массивных заземляющих электрода и соединяют их воздушной линией электропередачи, подключенной к генераторам мегаваттной мощности. Ток не может пройти сквозь сухой гранит по прямой и вынужден уходить по дуге на десятки километров вглубь электропроводящих слоев земной коры. В итоге вся петля из проводов и глубинных пород начинает работать как один излучатель. Сформированная волна огибает весь земной шар в волноводе между землей и ионосферой и проникает сквозь толщу океана. Правда, расплата за такую физику — скорость передачи: на частоте 82 Гц пропускная способность канала составляет всего несколько бит в минуту, поэтому по нему передают лишь короткие трехбуквенные коды-команды, приказывающие лодке всплыть к поверхности для полноценного сеанса связи.
- 2
- 1