Радиоапокалипсис: Живучая низкочастотная система связи
В глобальной игре о балансировании на грани ядерной войны секреты — это главная монета в мире. Это было особенно актуально во времена холодной войны, когда каждая сторона направляла армии шпионов, чтобы разузнать, чем занимается другая сторона, каковы ее возможности и как они планируют применить их в действии, если придет время. Было израсходовано огромное количество крови и сокровищ, и каким бы отвратительным все это ни было, это, по крайней мере, предотвратило армагеддон. Но секреты иногда работают вразрез с чьими-то целями, особенно когда одной из этих целей является сдерживание. Вся идея взаимного гарантированного уничтожения, или MAD, заключалась в твердом знании того, что за любой попыткой нанесения первого ядерного удара последует быстрое возмездие. Это означало, что каждая сторона должна была быть уверена в смертоносности возможностей другой стороны не только с точки зрения их боеголовок и платформ доставки, но и с точки зрения систем, которые контролировали и направляли их применение. Один крошечный пробел в системах, используемых для передачи приказов о запуске, может означать разницу между атомным уничтожением и, по крайней мере, подобием мира. В разгар холодной войны метко названная живучая низкочастотная система связи была ключевой частью ядерного сдерживания Соединенных Штатов. Наряду с GWEN, HFGCS и ERCS, SLFCS была частью алфавитного списка радиосистем, предназначенных для обеспечения того, чтобы бомбы были сброшены тем или иным способом.
Запускаем ядерную бомбу в атмосферу во имя науки. Испытания Starfish Prime показали, как легко можно лишить противника возможности использовать ионосферу.
По большей части ионосфера является надежным партнером в сетях радиолюбительской связи на большие расстояния, вплоть до того, что военные планировщики времен холодной войны включали высокочастотные каналы связи в свои ядерные системы связи. Но, по крайней мере, со времени испытаний «Аргуса» и «Хардтэка» в 1958 году Соединенные Штаты знали о воздействии высотных ядерных взрывов на ионосферу. Дальнейшее изучение этих эффектов в ходе испытаний Starfish Prime в 1962 году показало, насколько уязвима ионосфера для прямых атак и насколько легко можно было бы нарушить работу сетей высокочастотной связи.
Уязвимость ионосферы для атак была очень важна для командования ВВС США во время первоначальных разработок, которые в конечном итоге привели к созданию SLFC. Они представили систему, основанную на характеристиках распространения электромагнитного спектра на более низких частотах, в низкочастотном (LF) и очень низкочастотном (VLF) диапазонах. В то время как длины волн в высокочастотной части спектра обычно измеряются в метрах, низкочастотные и ОНЧ-волны лучше измерять в километрах, в диапазоне от 1 до 100 километров.
На этих длинах волн радио ведет себя совсем по-другому, чем в других диапазонах. Для низкочастотных сигналов (от 30 до 300 кГц) основным способом распространения являются наземные волны, при которых сигналы индуцируют токи на поверхности Земли. Эти токи имеют тенденцию охватывать поверхность, изгибаясь в соответствии с ее кривизной и распространяясь на большие расстояния. Для ОНЧ-сигналов (от 3 до 30 кГц) преобладает распространение по волноводу Земля-ионосфера. Благодаря своим огромным длинам волн, которые сопоставимы с типичной высотой самого нижнего, или D-слоя, ионосферы, волны «видят» пространство между землей и ионосферой как волновод, который формирует путь с малыми потерями, который эффективно направляет их по всему земному шару.
Что критически важно для обеспечения живучести SLFC, оба этих режима относительно невосприимчивы к ионосферным эффектам ядерного взрыва. Это верно даже для ОНЧ, которые, казалось бы, полагаются на ненарушенную ионосферу для формирования «крыши» необходимого волновода, но разрушение, вызванное даже сильным взрывом, намного меньше их длин волн, что приводит к любым изменениям в ионосфере в основном из-за того, что ионосфера находится в состоянии покоя. невидимые для них.
Большие радиоволны
Несмотря на благоприятные режимы распространения НЧ- и ОНЧ-частот для систем связи, рассчитанных на то, чтобы пережить ядерный обмен, эти длинные волны создают некоторые проблемы. Главным из них является физический размер антенн, необходимый для этих длин волн. Как правило, размер антенны пропорционален длине волны, что делает антенны для НЧ и ОНЧ диапазона довольно большими, по крайней мере, на передающей стороне. Для выявления SLFC были использованы два места передачи инфекции: одно в Силвер-Крик, штат Небраска, и другое в центре пустыни Мохаве в Хейзе, штат Калифорния. Поскольку для распространения наземных волн требуется сигнал с вертикальной поляризацией, на каждом из этих участков была установлена антенна-излучатель с вантовой мачтой высотой 1226 футов (373 метра).
Несмотря на то, что мачты и системы вантовых проводов были укреплены настолько, насколько это было возможно, осталось совсем немного. сделано для того, чтобы подобная конструкция могла противостоять ядерному удару. Тем не менее, эти сооружения были рассчитаны на «умеренный» ядерный взрыв в радиусе 10 миль (16 км). Это, казалось бы, противоречит цели системы «обеспечение живучести», поскольку даже в то время, когда в конце 1960-х годов SLFC были введены в эксплуатацию, точность советских МБР была в пределах этого предела. Но парадокс разрешается тем фактом, что SLFCS была задумана только как резервный метод передачи приказов о запуске на пусковые установки МБР, который должен был использоваться для нанесения контрудара после первоначального обмена ударами по другим, более ценным целям (таким как сами ракетные шахты), оставляя ионосферу в клочьях.
Другой проблемой низкочастотной/ОНЧ-связи является изначально низкая скорость передачи данных на этих частотах. Полоса пропускания НЧ- и ОНЧ-сигналов составляет, возможно, от одного килогерца до нескольких герц, что означает, что они могут кодировать данные только со скоростью нескольких десятков бит в секунду. Такие низкие скорости передачи данных исключают все, кроме самой базовой модуляции, такой как частотная манипуляция (FSK) или ее более спектрально эффективная родственница, манипуляция с минимальным сдвигом (MSK). Передатчики SLFCS также были способны передавать обычную модуляцию непрерывных волн (CW), что позволяло операторам в случае необходимости передавать сообщения азбукой Морзе. Действительно, когда все остальное не работает.
Независимо от того, какой метод модуляции использовался, идея SLFC заключалась в том, чтобы обеспечить максимальную скорость передачи данных и плотность информации для обеспечения абсолютной надежности в самых неблагоприятных условиях. С этой целью SLFCS предназначалась только для передачи сообщений об экстренных действиях (EAM), кратких буквенно-цифровых строк, в которых кодировались конкретные инструкции для командиров ракетных войск на их подземных пусковых установках.
Скрытые контуры
Приемное оборудование SLFC излучает радиоактивные осадки в центре управления запуском «Оскар-Зеро» на государственном историческом объекте Рональда Рейгана «Минитмен».
В то время как передающая сторона уравнения SLFCS была парадоксальным образом уязвима, принимающая сторона уравнения была какой угодно, но только не уязвимой. Эти объекты предупреждения о ракетном нападении (MAFS), разбросанные по всему верхнему Среднему Западу, состояли из десяти пусковых установок с одной МБР Minuteman III в подземной шахте, а также одного подземного центра управления запуском, или LCC. Наземная антенная система LCC представляет собой настоящую антенную ферму, представляющую почти весь радиочастотный спектр, а также несколько скрытых сюрпризов, таких как очень крутые антенные шахты HFGCS, которые могут быстро развернуть любую из шести монопольных антенн из-под земли для приема EAMS после того, как LCC получит неизбежный ядерный удар.
Еще одним сюрпризом для подземной радиосвязи в LCCs является заглубленная антенна SLFCS. Заглубленная антенна использует индуцированные токи Земли при распространении наземных волн и, несмотря на общую тенденцию к увеличению размеров низкочастотных антенн, на самом деле довольно компактна. Антенны представляли собой магнитную петлю, состоящую из километров проволоки, обернутой вокруг круглых полужестких конструкций диаметром около 1,5 метров. Каждая антенна состояла из двух петель, установленных перпендикулярно, что придавало антенне вид шара. Каждый контур антенны был покрыт смолой для придания водонепроницаемости и некоторой жесткости этой довольно гибкой конструкции, прежде чем закопать ее в яму внутри ограждения по периметру LCC. На сегодняшний день над землей сохранилось лишь несколько образцов антенн, поскольку большинство из них были заброшены, когда SLFCS была выведена из эксплуатации в середине 1980-х годов. Одна антенна SLFCS была недавно восстановлена и в настоящее время выставлена в музее ракет «Титан» в Аризоне.
Знамение времени
Как и во многих проектах времен холодной войны, первоначальный масштаб SLFC так и не был реализован в полной мере. Самые ранние планы предусматривали строительство около 20 приемо-передающих станций, а также самолетов, оснащенных подвесными проволочными антеннами длиной более мили, и более 300 мест, предназначенных только для приема, по всей территории Соединенных Штатов и в союзных странах. Но к тому времени, когда планы были утверждены в процессе закупок, технологии продвинулись достаточно далеко, чтобы военные планировщики были уверены, что у них есть правильное сочетание средств связи для выполнения этой задачи. В конце концов, были введены в эксплуатацию только передающие/приемные станции в Небраске и Калифорнии, и даже идея с воздушными передатчиками была отложена из-за чрезмерного сопротивления, вызванного длинным тянущимся проводом. Тем не менее, вышки SLFCS и заглубленные рамочные антенны оставались в эксплуатации до середины 1980-х годов, а концепция низкочастотных и сверхвысокочастотных частот как надежного резервного средства стратегической связи продолжает использоваться в минимально необходимой сети экстренной связи ВВС.
Другие статьи: