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极地天空中的驿站——红色帝国“地平线-北方”对流层散射通信链路系统传奇(二)  

2010-10-22 21:44:59|  分类: 科技成就 |  标签: |举报 |字号 订阅

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      来历

       对流层散射传播现象在20世纪30年代被发现。第二次世界大战期间,雷达技术的发展,大功率发射机、大天线和高灵敏度接收机的应用,人们较多、较经常地观察到这种现象。战后,人们出于迫在眉睫的需要,对对流层散射发生了兴趣。

       当然你可能会问,为什么不用卫星通信或光纤通信?

       别忘了,对流层散射通信技术主要发展在50年代后的冷战时代,那个时候,卫星刚刚上天,做通信平台还是实验室里的事情,至于光纤?查查历史就知道,高琨正在美国读书,1966年才发表划时代意义的论文,50-60年代初基本上光纤通信还是液体(某种携带遗传基因的人体分泌物,此处引申为未诞生,省略用语,但切勿模仿或骂人,后果自负!)呢!所以,利用散射接力原理进行长距离远程信息传输的重任就落在了对流层的肩上。
        虽然有关无线电发明权的争论喋喋不休,但双方暗中的较劲时刻进行着。
  1954年2月15日,美国总统艾森豪威尔签署命令开始建设著名的“露线-DEW LINE”,也就是北美防空圈预警体系后,北约盟国开始陆续建设自美国太平洋上的阿留申群岛直到土耳其东部的超级对流层散射通信链路网络,而苏联和华约也开始针锋相对地进入对着干的状态,于是人类技术史上的一个壮举开始了!!
       美国阿拉斯加的对流层散射通信链路系统:白色爱丽斯通信网,从阿拉斯加延伸到太平洋的阿留申群岛

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白色爱丽丝散射-微波接力通信网

        接着就是著名的北美"露线",从阿拉斯加沿着北冰洋海岸经过加拿大北部直到格陵兰岛,这个系统包括了预警雷达站和接力通信站。

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        下面就是“北大西洋无线电系统”NARS,从格陵兰岛接过接力棒,沿着冰岛、法罗群岛直到英国北部苏格兰,在大西洋上空完成了接力。

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北大西洋无线电系统

        最后,在欧洲,对流层散射通信链路成为代号“ACE HIGH”的对流层散射通信网,从挪威北部开始,在英国与NARS连接,经过中部欧洲一直到土耳其东部,完成了这个超级大链路。

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北约对流层散射通信系统

        当然,我们的主角也该上场了,这个时候少不了红色帝国的身影!
  苏联同样也高度重视对流层散射通信技术的建设,60年代,苏联在遥远的西伯利亚和北冰洋沿岸,也建设了一个巨大的对流层散射通信链路网络,这就是红色帝国著名的TRRL“北方”系统(又名“地平线”系统)!

       在我们国土的北方,越过蒙古高原,就是一大片辽阔的土地。一片被称为西伯利亚的地方。西伯利亚——更象是一个形象的区域范围而不是一个地理名词。整个乌拉尔山以东,整个亚洲大陆的北部,很多人,特别是外国人,通常叫做西伯利亚。那些从来没有到过这里的人,对于这一广阔的区域——城市、森林、海洋、江河、湖泊和沼泽,有一种成见,总是把它和雪域、严寒、空旷、野蛮联系起来。
  西伯利亚地域辽阔,依照自然条件,可分为3个主要的地区:西部为西西伯利亚平原,介于乌拉尔山脉和叶尼塞河之间,地势低平,沼泽宽广,平均海拔120米,主要河流有鄂毕河和叶尼塞河;中部为中西伯利亚高原,西起叶尼塞河西北角的普托拉纳山,东达勒拿河流域,平均海拔300~500米,高原面破碎;南部和东北部山地,包括切尔斯基山脉、上扬斯克山脉、贝加尔诸山、东西萨彦岭、阿尔泰山(西北段)等。西伯利亚地处中高纬度,大陆性气候显著,自西向东逐渐增强,冬季寒冷漫长,夏季温和短暂。年均气温低于0℃。东北部雅库特地区的绝对低温是-70℃。降水时空差异明显 ,北冰洋沿岸年降水量100~250毫米,针叶林地带500~600毫米 ,阿尔泰山地达1000~2000毫米 。植被有苔原、森林沼泽、泰加针叶林、森林草原和无树草原等。
  这里地处中高纬度,气候寒冷,北半球的两大“寒极”(上扬斯克和奥伊米亚康)均位于此。大陆性气候显著,自西向东逐渐增强,冬季寒冷漫长,夏季温和短暂。年均气温低于0℃。这是一片富饶而尚未充分开发的土地。
  三个世纪前俄罗斯科学家——教育家米哈伊尔·罗蒙诺索夫曾经预言道:“西伯利亚将会促进俄罗斯的强大”。这里蕴含着丰富的天然气、石油、黄金、金刚石、木材、皮毛、野生动物、鱼类和清洁的淡水。
  西伯利亚地区的金属矿和非金属矿十分丰富,这里几乎拥有世界上已经发现的一切矿物资源。铁、铜、铝、锡、镍、铅、锌、镁、钛等有色金属矿,金、银等贵金属矿,钨、钼、钾等稀有金属矿,云母、石棉、萤石、石墨、滑石等非金属矿,以及盐、磷灰石、磷钙石等天然化学原料矿产资源的储量都十分可观。其中,铁、铜、铝、锡的储量尤为丰富。
  在原苏联的石油潜在资源中,约有一半集中在西伯利亚,而秋明油田的远景储量可达400亿吨,能开采的就有60亿吨。原苏联的天然气储量为910万亿立方英尺,居世界首位,而以秋明地区为主的西西伯利亚油气田,已发现的油田和气田就达200多个,是世界上仅次于波斯湾的第二大油气田。仅秋明一个州的油气资源就已超过美国的全部储量。 
  煤炭是原苏联主要燃料动力之一,共93%的煤炭资源在乌拉尔以东的西伯利亚地区,据推算,在已探明的储量中,70%左右在西伯利亚地区。
  正是由于这里巨大的自然资源和前出亚洲腹地、并隔海洋与美国相望的重要战略意义,苏联在冷战时代就提出了“开发东方”口号。但恶劣的自然条件如地域辽阔、人烟稀少、北极附近都是千万年的冻土地带等因素又限制了通信、交通等基础设施建设,因此苏联政府在经过多方考虑之后决定建设连接北部荒原冻土地带的对流层散射通信网络!

      1958年,在获悉西方阵营开始建设对流层散射通信系统后,苏联政府决定在远东西伯利亚地区建设一个大型对流层散射通信系统,这个研制任务就交给了全苏无线电工程研究所НИИР。

      对流层散射通信系统的首席设计师是希沃特-博罗迪奇,项目负责人А. И-加里宁。

     对流层散射的主要缺点是:一是传输损耗较大,二是衰落较剧。为了补偿大的传输损耗,通常用大功率发射机、大天线和高灵敏度接收机。为减轻衰落,还需附加设备进行分集接收,这样,对流层散射系统的要求会比较高。为此,苏联科学家和工程技术人员基于理论研究和对国内外文献分析,比较不同系统的特点后,制定了对单站和长途通信全线对流层通信体系建设方案,并在沃洛格达和塔多姆两个间距300公里的城市之间开展实验,同时由研究所下属工厂开始研制功率3-10千瓦的速调管发射机。

       速调管也是一种微波器件,常作为高功率,高增益和高效率微波放大器件,靠周期性地调制电子注的速度来实现放大或振荡功能的微波电子管。在速调管中,输入腔隙缝的信号电场对电子进行速度调制,经过漂移后在电子注内形成密度调制;密度调制的电子注与输出腔隙缝的微波场进行能量变换,电子把动能交给微波场,完成放大或振荡的功能。由于功率大,常常用于雷达、通信、高能粒子加速器、工业加热等方面。

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        在完成了样品研制后,速调管发射机等正式生产就转到克拉斯诺亚尔斯克电视厂完成。该厂是苏联生产大功率微波发射机的主要企业。
      与此同时,天线设计小组也完成了设计,他们研究了多径传播的特点,确定了距离和衰落规律 ,天线增益损失和选择最好的模式,研究了空间、角度和频率分集信号的统计特性,网络的频率和相位特性线,以及热噪声和瞬态分布类型,找到偏差最佳值。
       最后确定的天线为20x米和30x30米大小的抛物面形,采用铝质金属材料,主要是考虑到西伯利亚特殊的地理和气候环境。此外由于大功率系统的需要,还进行了全新的带通、陷波滤波器,谐波滤波器和铁素体器件的设计和研制工作。
      1960年,当这些前期工作基本完成后,这个超级工程就开始了!
       即使是在今天,也不是所有俄罗斯人对于他们国土的认识比的上我们这些外国人。让我们先来看看这些对流层通信站所在的地方,再回头了解他的意义。
       楚科奇半岛,是位于欧亚大陆的最东北端的半岛。北临东西伯利亚海和楚科奇海,南为白令海,最东端为杰日尼奥夫角,隔白令海峡与阿拉斯加州相对。楚科奇半岛属俄罗斯楚科奇自治区管辖,楚科奇自治区的土地面积约72.15万平方公里,这里的冬季长达7-8个月,一年中只有四个月可以航行。由于严酷的环境,只有5.36万传统居民楚科奇族,科里亚克族等在这里生存,以捕猎,捕鱼以及驯鹿养殖等为生。

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短暂夏季的楚科奇半岛荒原
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未有污染,分外壮观的北极苔原,地下就是冻土层

  楚科奇人是西伯利亚最古老的土著民族之一,他们生活的陆地被白令海、楚科奇海和东西伯利亚海包围着。他们既驯养驯鹿,也捕猎海洋哺乳动物。楚科奇人一般情况下将头和手暴露在衣服外,是北极居民中适应恶劣气候的典型代表。
  楚科奇人是古亚细亚语族中人数最多的民族,楚科奇人的语言属阿尔泰语系古亚细亚语族。楚科奇人相信万物有灵,崇尚护身符,同东北亚包括中国东北少数民族和早年满族人一样,信仰萨满教(成吉思汗时代的蒙古信仰的长生天就是萨满教支派)。按生产和生活方式楚科奇人分为两个群体:养鹿楚科奇人和沿海楚科奇人。养鹿楚科奇人主要从事养鹿和狩猎,捕鱼是副业。主要运输工具是鹿拉雪橇,主要食物是鹿肉。沿海楚科奇人主要从事海兽捕猎业,副业是捕鱼和狩猎。主要交通工具是狗拉雪橇和兽皮船,主要食物是海兽肉。楚科奇人与俄罗斯人的接触始于17世纪40年代,经过长期反抗,最后于18世纪归顺俄国。

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这里真正的主人-楚科奇民族

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驯鹿,是楚科奇人的生命 
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首府阿纳德尔,到现在还没有公路——因为根本没法修路

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 萨满巫师受中的萨满鼓,是神秘力量的象征,这种影响在东北亚无处不在。

注意看这些城市建筑,都是没有地基,离地有一定距离-因为这里没法打地基,下面全是冻土层。

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   这里出产的珍贵鱼子。
 (未完,待续)
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