ПРИЛОЖЕНИЕ D

VLF РАДИОСТАНЦИЯ ANNAPOLIS (США)

: общие сведения : : антенна и антенное поле : : передатчик : : параметры и оценки : : источники информации и иллюстраций :

 

Координаты: 38°58'40"N 76°27'12"W.

Позывной: NSS

Период работы: 1918 - 1998 г.г. (демонтирована в 1999 г.)

Рабочая частота: 21.40 кГц

Параметры 1969-1996 г.г.:

# Мощность передатчика: до 1000 кВт (2X500 кВт)

# Мощность, излучаемая антенной: нет данных.

# Классы излучения: F1B (FSK и, предположительно, MSK), A1A (резервный).

Рис.D.1. Панорама VLF радиостанции Annapolis (1935 год)

 

Радиостанция Annapolis находилась вблизи города с тем же названием на полуострове Greenburry Point (штат Мэрилэнд). Она была введена в строй в 1918 г и первое время предназначалась для секретной связи США с европейскими союзниками в Первой Мировой Войне - Францией и Великобританией.

Первоначально станция была оснащена антенной типа Triatic Marconi, представляющей собой вертикальный излучатель, электрически удлиняемый индуктивностью (геликсом) и верхней емкостной нагрузкой из 12 параллельных проводников, поддерживаемых тросами, растянутыми между двумя параллельными рядами из двух мачт. По данным, приведенным в [7], мачты имели высоту по 600 футов и были установленными с интервалом по 850 футов (в некоторых источниках ошибочно указывается высота 500 футов и интервал 400 футов). Антенна была спроектирована Федеральной Телеграфной Компанией (Federal Telegraph Co) из г. Пало Альто (Калифорния). Эта же компания изготовила для радиостанции два дуговых передатчика Поульсена мощностью по 500 кВт.

 

Во многих источниках указывается, что дуговые передатчики станции Annapolis имели мощность по 350 кВт. Это ошибочные сведения, проистекающие из того, что по проекту действительно планировалось оснастить станцию 350-киловаттными передатчиками из соображений гарантированного предотвращения коронных и искровых разрядов и пробоя изоляции. Кроме того, мощность 350 кВт считалась предельно достижимой для передатчиков всех типов. Однако, по данным источника [6], инженерами Федеральной Телеграфной Компании были разработаны специальные технические решения, в т.ч. совместно с фирмой Ohio Insulator Co, позволяющие повысить устойчивость антенны к коронным разрядам и электропрочность изоляторов. В результате было принято решение об изготовлении и поставке на станцию новейших передатчиков мощностью по 500 кВт, перекрывая тем самым предельно-достижимый по тем временам уровень мощности в 350 кВт.

Рис.D.2. Дуговой передатчик Federal Telegraph Co мощностью 500 кВт

слева - колектив инженеров компании у передатчика; справа - электрическая схема передатчика

 

В дальнейшем станция неоднократно подвергалась модернизации. Так, в 1922 году были установлены еще две антенные мачты высотой по 600 футов и, соответственно, увеличена площадь антенного полотна (см. рис.D.1). В 1931 году один из дуговых передатчиков был заменен на ламповый передатчик TBC компании General Electric мощностью 500 кВт. В 1938 г. оба передатчика - дуговой и ламповый были заменены на ламповые 500-киловаттные передатчики TBJ компании RCA. В том же 1938 году число антенных мачт было увеличено с 6 до 9 с увеличением длины антенного полотна и подключением в его конце второго вертикального излучателя, заземленного через второй геликс, в результате чего антенна приобрела конфигурацию антенны Александерсона. В этот период станция уже активно использовалась для связи сначала с надводными судами, а потом и подводными лодками ВМС США в акватории Атлантики.

Рис.D.3. Антенна радиостанции Annapolis после модернизации 1938 года

 

По данным известного специалиста в области связи на VLF А.Д.Уатта, приведенным в его монографии [7], данная модификация обладала следующими параметрами в диапазоне частот от 14 до 30 кГц, в т.ч. на рабочей частоте 21,400 кГц:

• ширина полосы пропускания - от 3 до 60 Гц, в т.ч. на рабочей частоте 18 Гц;
• эффективная высота - 125 м;
• сопротивление излучения - от 0,05 до 0,25 ом, в т.ч. на рабочей частоте 0,125 ом;
• КПД - от 20 до 60%, в т.ч. на рабочей частоте 42%.

При данных параметрах при максимальной мощности передатчика 500 кВт излучаемая мощность на рабочей частоте могла достигать максимум 210 кВт, что было недостаточно для надежной связи с подводными лодками во всей акватории Атлантики.

Наибольшую и последнюю модернизацию станция претерпела в 1969 году, в т.ч. была полностью изменена конфигурация антенны и установлены передатчики нового поколения AN/FRT-87 с суммарной мощностью 1 МВт (2х500 кВт), разработанные фирмой Continental Electronics MFG Co.

 

В качестве мотива последней модернизации называлась необходимость существенного расширения возможностей станции в части обеспечения связи с подводными лодками в Атлантике. Однако данный мотив вызывает большие сомнения, т.к. на тот момент уже 8 лет активно и успешно функционировала самая передовая по техническому уровню того времени VLF радиостанция Cutler, находящаяся на том же побережье на незначительном удалении от станции Annapolis, уверенно покрывавшая пратически всю необходимую акваторию с восточной стороны США. Возможно, истиным мотивом был мотив престижа, т.к. радиостанция фатически принадлежала расположенной в Аннаполисе военно-морской Академии США и являлась предметом национальной гордости. Однако, как будет видно из последующего изложения, в результате модернизации радиостанция не только не превзошла, но даже не приблизилась к параметрам радиостанции Cutler настолько, чтобы быть сопоставимой с ней, и по этой причине со временем была ликвидирована.

 

Далее рассмотрим суть последней модернизации более подробно.

 

Новая антенна имела также 9 мачт, при этом старые мачты, стоявшие с 1922 года, были демонтированы, а три мачты, установленные в 1938 году, остались. Топологическая схема новой антенны включала «зонтик», похожий на антенные секции антенны Goliath, и некий хвостообразный придаток, поддерживаемый тремя старыми мачтами (см. рис.D4).

Рис.D.4. Антенна VLF радиостанции Annapolis после модернизации 1969 года

1 - центральная мачта; 2 - периферийные мачты; 3 - старые мачты; 4 - здание передатчика и антенный павильон с геликсом; 5 - павильон второго (неиспользуемого) геликса; A, B, C, D - панели антенного полотна.

 

Все новые мачты, поддерживающие «зонтик», были выполнены из стальных треугольных ферм и стояли на растяжках. Центральная мачта имела высоту 1200 футов (366 метров) и выполняла роль излучателя, поэтому была изолирована от земли. Периферийные мачты «зонтика» имели высоту по 800 футов (244 метра) и располагались неравномерно с учетом рельефа местности, при этом одна мачта даже располагалась в море. Высота трех старых свободно стоящих мачт осталась прежней - 600 футов.

Для индуктивного удлинения антенны и ее согласования с передатчиком использовался прежний геликс, который подключался к мачте тремя четырехпроводными фидерами на уровнях 300, 600 и 900 футов. Смысл такого подключения в имеющихся источниках не раскрывается и остается неясным. Также нигде не раскрывается смысл деления антенного полотна на 4 панели - A, B, C, D и схема их соединения с центральной мачтой и между собой, хотя можно предположить, что все они соединены с верхней точкой центральной мачты, а схема деления всего полотна на панели и их форма особой роли не играет, посокольку главным фактором антенн такого типа является площадь антенного полотна и, соответственно, его емкость относительно земли.

Рис.D.3. Фидер центральной мачты антенны VLF радиостанции Annapolis

 

На станции также продолжала использоваться сеть заземления из заглубленных в грунт медных проводов, однако какая-либо более детальная информация об ее конструкции, топологии и параметрах, в т.ч. о соединении ее с морем, а также о проведенных в рамках общей модернизации работ по усовершенствованию, отсутствует.

 

Вскоре после описанной модернизации был обнаружен дефект изолятора центральной мачты, в связи с чем в 1972 году были начаты работы по подготовке его замены, в т.ч. по приподниманию мачты без ее демонтажа. Однако во время этих работ были обнаружены еще и дефекты сварки в местах крепления оттяжек, что грозило падением мачты. Поэтому в 1973-74 годах все сварные соединения были сделаны заново. Стоимость работ составила полтора миллиона долларов.

 

 

 

 

Передатчик AN/FRT-87 по схемотехническим и конструктивным решениям унифицирован с передатчиком AN/FRT-31 радиостанции Cutler. Он содержит задающий генератор с кварцевой стабилизацией частоты, трехкаскадный предусилитель с выходной мощностью 1200 ватт и два идентичных двухтактных пушпульных ламповых усилителя мощности с трансформаторными выходами. В качестве выходных трансформаторов в них используются тороидальные трансформаторы специальной конструкции - торосоленоиды, полностью аналогичные торосоленоидам передатчика станции Cutler. Выходные каскады усилителей мощности реализованы на мощных вакуумных тетродах фирмы Eimac, включенных по три штуки параллельно в каждом плече в режиме горячего резервирования и охлаждаемых водой. При отказе любого из триодов в любом плече оставшихся двух достаточно для продолжения работы усилителя мощности в прежнем режиме.

Усилители имеют выходную мощность по 250 кВт. Выходные обмотки их торосоленоидов включаются последовательно, что позволяет работать как одному выходному усилителю, обеспечивая мощность передатчика 250 кВт, так и двум, обеспечивая мощность 500 кВт.

Рис.D.6. Передатчик радиостанции Annapolis

Слева - плечо выходного каскада усилителя мощности, справа - вид на торосоленоид снизу.

 

На радиостанции Cutler каждый из двух передатчиков может работать только на свою антенну, поэтому при их совместной работе складываются электромагнитные поля двух излучателей и суммарная мощность излучения определяется суммой мощностей с учетом диаграммы направленности системы излучателей. На станции Annapolis оба передатчика могли работать вместе только на общую антенну, поэтому при их одновременной работе складывались не электромагнитные поля, а токи в общей нагрузке. В результате имели место потери мощности и в антенну уходило не 500+500=1000 кВт, а только 850 кВт.

Согласно [2] основным видом излучения на станции была частотная манипуляция FSK 25 Гц/50 бод. По другим данным на станции использовалась также и минимально-фазовая частотная манипуляция MSK. Кроме того, как и на всех VLF станциях, имелся режим телеграфной манипуляции A1A.

 

В отличие от предпоследней модификации радиостанции Annapolis 1938 года, описанной выше, по модификации 1969 года в имеющихся источниках практически нет данных ни по эффективности ее антенны, ни по зоне покрытия. Единственным найденным источником, позволяющим оценить эффективность последней модернизации, является доклад «VLF Propagation in the Canadian Arctic» в сборнике материалов конференции AGARD-CP-529 [8] (авторы Wilfred R.Lauber и Jean M.Bertrand). В этом докладе использованы данные NOSC (Naval Ocean System Center) по проведенным в конце 80-х годов измерениям излучаемой мощности ряда VLF станций. Согласно этим данным излучаемая мощность ведущих VLF радиостанций США на тот период составляла:

• станция Annapolis - 213 кВт;
• станция Cutler - 750 кВт;
• станция Jim Creek - 250 кВт.

Как видно, проведенная в 1969 году модернизация станции не позволила получить сколько-нибудь существенного роста излучаемой мощности и она кардинально уступала по этому параметру построенной на 8 лет раньше станции Cutler и даже построенной в начале 50-х годов станции Jim Creek. Соответственно, ее сигнал, измеренный авторами упомянутого доклада, был слабее сигнала станции Cutler на 7-8 дБ.

Возможно, именно из-за неудовлетворительных результатов модернизации станция не привлекала большого интереса специалистов, чем и можно объяснить крайне малый объем технической информации по последней модернизации.

В 1996 году было принято решение о ликвидации станции, и в 1998 г. она прекратила работу, а в следующем году была демонтирована, после чего на ее месте был разбит Национальный заповедник Гринбери Пойнт. В память о станции остались лищь три мачты, ставшие исторической достопримечательностью штата и навигационными ориентирами, а также названия улиц - Хеликс-Роуд, Тауэр-Роуд, Кэйбл-Роуд и др.

Рис.D.7. Территория, которую занимала VLF станция Annapolis

 

1. US Navy Radio Communication. Naval Radio Transmitting Facility NRTF Annapolis - NSS.

2. Jim Hawkins' NSS Naval Radio Transmitting Facility Tour Page.

3. Maryland Historical Trust: Naval Radio Transmitter Facility Annapolis

4. Maryland Historical Trust: Naval Radio Transmitter Facility Annapolis. Helix House

5. Arc of Empire: The Federal Telegraph Company, the U.S. Navy, and the Beginnings of Silicon Valley

6. Wartime Expansion of United States Naval Communication System

7. A.D.Watt. VLF Radio Enginieeing.

8. AGARD-CP-529. VLF Propagation and System Aspect.

Автор данного обзора выражает признательность американскому радиолюбителю Джиму Хоукинсу (Jim Hawkins - WA2WHV) за серию замечательных фотографий радиостанции Annapolis, которые он успел сделать до ее ликвидации при участии и помощи со стороны других радиолюбителей и работников станции, а потом опубликовал на своем сайте (см. [2]), сохраняя навека память об этом грандиозном инженерном сооружении.

* * * * * * * * *

 

 

Опубликовано 18.05.2020 Последнее изменение - нет

© Janto 2020 Все права защищены