ПРИЛОЖЕНИЕ B

VLF РАДИОСТАНЦИЯ YOSAMI (ЯПОНИЯ)

: общие сведения о радиостанции : : антенное поле : : антенна : : передатчик : : вспомогательные средства : : зона покрытия : : источники информации и иллюстраций :

 

Координаты: 34°58'11"N 137°01'08"E.

Позывной: JNA/JNB/JND (1929-1945) | NTD (1952 - 1993)

Период работы: 1929 - 1945, 1952-1993 г.г. (демонтирована в 1997 г.)

Рабочая частота: 17.442 кГц.

Мощность передатчика: 600 кВт.

Мощность, излучаемая антенной: до 500 Вт.

Классы излучения: A1A (амплитудная манипуляция)

Рис.B.1. Панорама радиостанции Yosami (в период ее использования ВМС США)

Слева - антенное поле, справа - фасад административного здания)

 

Радиостанция была построена в 20-е годы прошлого столетия вблизи города Kariya (префектура Aichi, округ Hekikai-gun). По завершении строительства она и поселок при ней получили название Yosami. Инициатором и организатором строительства выступила Japan Wireless Telegraph and Telephone Co., которая в т.ч. стала совладельцем радиостанции на паях с государством. В 1929 году радиостанция впервые вышла в эфир и вплоть до 1941 года использовалась для связи со странами Европы, в т.ч. с Польшей (Варшава, 8500 км), Германией (Берлин, 8860 км), Францией (Париж, 9670 км), Великобританией (Лондон, 9520 км), Швейцарией (Женева, 9300 км), Италией (Рим, 9170 км), Швецией (Гётеборг, 8060 км). Эксплуатировалась радиостанция фирмой Nagoya Wireless Telegraph Station почтовой компании Nagoya Postal Office.

В указанном качестве станция использовала несколько разных позывных, в зависимости от стран, на которые вела передачу. С целью достижения предельно возможной дальности связи она была спроектирована на работу только на одной частоте и только телеграфом, что позволило максимально сузить требуемую полосу пропускания антенны и тем самым при достигнутой в то время мощности передатчиков максимально повысить излучаемую мощность.

В 1941 году в связи с вступлением Японии в войну в Азии радиостанция была передана в подчинение Императорскому ВМФ Японии (Japanese Imperial Navy) и стала активно использоваться для связи с подводными лодками. Ее сигналы принимались субмаринами на глубинах до 17 и более метров. Именно Yosami отправила историческое сообщение «Climb Mount Niitake 1208», явившееся командой к началу боевых действий на Тихом океане.

После капитуляции Японии антенное полотно радиостанции было демонтировано. Однако в 1947 г. Yosami перешла в собственность США, как военный трофей, в 1950 году ее антенное полотно было восстановлено и с 1952 г. радиостанция использовалась ВМФ США для связи со своими подводными лодками. Последняя передача Yosami под юрисдикцией США состоялась в 1993 году, после чего она была возвращена Японии, которая в 1994 приняла решение о ее ликвидации. В 1997 году антенные мачты были демонтированы, а здание с размещенным в нем оборудованием было преобразовано в мемориальный музей.

Рис.B.2. Внутренняя панорама музея радиостанции Yosami

слева - в старом здании радиостанции, справа - в новом здании, специально построенном для музея

 

В данном качестве без каких-либо переделок станция просуществовала до середины 2000-х годов, пока не было принято решение о перебазировании музея в новое здание, построенное неподалеку на территории Сада Цветов Yosami. Переезд завершился в 2007 г, после чего старое здание было снесено.

Новое здание несколько отличалось архитектурой, в первую очередь формой потолочных балок, что хорошо заметно на фотографиях, а также наличием смотрового этажа и ряда бытовых помещений. Кроме того, в него переехал только один из двух альтернаторов с электромашинным приводом, т.к. второй был передан в национальный Институт иженеров электроники, нформации и связи (Institute of Electronics, Information and Communication Engineers) для исследований, целью которых являлось изучение внутреннего устройства альтернатора, в т.ч. сопоставление его технических решений с техническими решениями легендарного альтернатора Александерсона (см. ниже).

В начале 2012 года музей претерпел еще одну реконструкцию - все электромашинное оборудование было перекрашено в черный цвет, который оно имело в состоянии поставки из Германии. Это также хорошо видно на приведенных выше фотографиях.

В 2005 году радиостанция Yosami была включена в список Всемирного наследия ЮНЕСКО в области промышленных объектов.

В 2009 году Институт инженеров электротехники и электроники присвоил радиостанции Yosami титул исторической вехи в электро- и компьютерной технике IEEE Milestone in Electrical Engeneering and Computing с изготовлением для музея мемориальной доски.

Рис.B.3. Мемориальная доска IEEE Milestone и ее вручение коллективу музея станции Yosami

 

Аргументами, повлиявшими на выбор площадки под строительство радиостанции вблизи г. Kariya, послужили:

• обширная, плоская и ровная территория, доступная географически и экономически;
• близость линии электропередач;
• отсутствие возвышенностей в направлении на Европу;
• достаточная удаленность (30 км) от приемной станции и большой угол (60 °) между направлением на нее и направлением на Европу, что позволяло минимизировать помехи приему при передаче;
• близость железной дороги и возможность проложить от нее временную ветку для подвоза к месту строительства оборудования и материалов;
• наличие в близлежащих поселениях рабочей силы в достаточном количестве.

Какие либо аргументы, связанные с электропроводностью почвы, как это имело место при выборе места строительства радиостанции Goliath, в расчет не принимались. Однако не исключено, что близость двух рек могла быть фактором, повышающим влажность почвы и уровень грунтовых вод и, соответственно, повышающим ее электропроводность, что необходимо для снижения потерь излучения в земле.

В отличие от многих других VLF радиостанций, после демонтажа антенны и зданий Yosami территория была полностью трансформирована, поэтому никаких рудиментарных следов сооружений Yosami не осталось и судить о ее былом местоположении и конфигурации антенного поля можно лишь косвенным образом по сохранившимся строительным планам, представленным в музее натурным макетам и панорамным фотографиям. Восстановленная автором настоящего обзора по данным информационным источникам схема возможного расположения антенного поля радиостанции Yosami на местности приведена на рис.B4.

Рис.B.4. Примерное расположение антенны Yosami на карте Google Maps

 

Как видно, ось антенного полотна ориентирована в направлении северо-северо-запада, что соответствует направлению распространения радиоволн через околополярную область в сторону Европы. Не исключено, что разработчики антенны, возможно, руководствуясь идеями Александерсона (см. патент US-1360167), расчитывали получить направленную диаграмму излучения с максимумом именно в этом направлении.

 

В имеющихся информационных источниках по истории радиостанции какие-либо сведения насчет направленных свойств антенны отсутствуют. В то же время по регистрационным данным ITU, касающимся станций эталонных частот и сигналов времени, в качестве которой Yosami также эксплуатировалась во время нахождения под юрисдикцией США, антенна классифицируется как omnidirectional, т.е. как всенаправленная (см. ITU-R TF.768-2 STANDARD FREQUENCIES AND TIME SIGNALS).

 

Антенна представляла собой два параллельных антенных полотна длиной чуть более полутора километров из 8-ми параллельных проводов каждое. Они поддерживались на высоте около 250 метров с помощью 4-х тросов, растянутых между 4-мя парами мачт, изготовленных из стальных ферм треугольного сечения (см. рис.B5). С одной стороны полотна запитывались через общую катушку индуктивности (геликс) от передатчика, а с другой через аналогичную общую катушки индутивности заземлялись.

Рис.B5 Конструктивная схема антенны радиостанции Yosami

для смены вида кликните по изображению

 

В такой конфигурации каждое антенное полотно вместе с цепями питания и заземления фактически представляет собой усеченный до двух излучателей вариант Антенны Александерсона, в которой первичным излучателем, питаемым снизу, является фидер питания, а вторичным излучателем, запитываемым сверху через антенное полотно, фидер заземления последнего. Само антенное полотно при этом также играет роль верхней емкостной нагрузки, увеличивающей электрическую длину данных излучателей совместно с упомянутыми катушками индуктивности.

Т.о. антенну Yosami можно рассматривать как две параллельно работающие антенные секции, аналогичные антенным секциям радостанции Goliath, отличающиеся лишь формой антенного полотна, а также использованием не индивидуальных, а общих для обеих секций удлиняющих катушек индуктивности. Следует отметить, что в ряде источников цепь заземления конца антенного полотна на схемах отсутствует, при этом антенна именуется «обратной L-образной», т.е. имеет один вертикальный излучатель с длинной емкостной нагрузкой. В таком варианте она также может рассматриваться, как усеченный вариант упомянутой выше антенны Александерсона.

 

В некоторых источниках указывается, что изначально антенна имела именно упомянутую L-образную конфигурацию, а заземляющая цепь в конце полотна была добавлена уже в период использования радиостанции ВМФ США с целью улучшения характеристик антенны.

 

Электрическая схема антенны и ее согласования с выходом передатчика и телеграфным манипулятором приведена на рис.B.7

Рис.B.4. Электрическая схема радиостанции Yosami

 

Заземление представляло собой металлическую сетку, заглубленную в землю на 60 см на площадке под антенной размером 1760x880 м, разные области которой были поключены к отводам заземляющих начало и конец антеного полотна катушек индуктивности. Смысл такого подключения ни в одном источнике не поясняется, но можно предположить, что это было сделано с целью выравнивания индуктивностей во всех цепях заземления с учетом собственной индуктивности проводников, которая растет с ростом их длины.

Антенна имела следующие электрические параметры (диапазон значений обусловлен тем, что данные в различных источниках несколько отличаются, что, возможно связано с тем, что они соответствуют различным вариантам ее конфигурации - изначальному и модернизированному в период использования радиостанции ВМФ США):

• эффектиная высота: 195 - 205 м;
• собственная емкость: 50 - 100 нф;
• собственная резонансная длина волны; 8700 - 9680 м;
• собственное сопротивление: 1,19 - 1,26 ом;
• максимальный ток: до 750 А.

Значения сопротивлений излучения и заземления не приводятся, также не приводится и значение КПД. В то же время указывается мощность излучения 500 кВт, что при выходной мощности передатчика 600 кВт дает сомнительное значение КПД в 83%. Не указывается также ширина полосы пропускания антенны. О ней можно судить лишь косвенным образом по скорости передачи кода Бодо, которая составляла максимум 100 слов (500 знаков) в минуту.

Настройка антенны в резонанс осуществлялась с помощью вариометра, включенного в цепь фидера питания последовательно с удлиняющей катушкой индуктивности - геликсом. На некоторых схемах для настройки также предусмотрена еще и катушка индуктивности с переключаемыми отводами.

Рис.B.7. Катушки индуктивности антенны радиостанции Yosami

Слева - удлиняющая индуктивность - геликс, справа - вариометр

 

 

 

 

 

Главным элементом передатчика являлся высокочастотный электромашинный генератор - альтернатор, выпускавшийся немецкой компанией AEG по документации другой немецкой компании Telefunken. Он приводился во вращение электродвигателем постоянного тока, питавшимся от генератора постоянного тока, в свою очередь приводимого во вращение от трехфазного электродвигателя, питавшегося от первичной трехфазной электросети 3300 В 50 Гц. Cкорость вращения двигателя постоянного тока, требуемая для получения заданной частоты выходного напряжения альтернатора, поддерживалась изменением напряжения генератора постоянного тока с помощью электромашинного регулятора Вард-Леонарда.

Рис.B.8. Схема передатчика радиостанции Yosami

АС.М - электродвигатель переменного тока; DO.G - генератор постояного тока; DO.M - электродвигатель постоянного тока; HF.G - высокочастотный генератор-альтернатор; 920 kW/860 kW/730 kW/600 kW - распределение выходных мощностей по электромашинным узлам передатчика.

 

Выходная мощность альтернатора была рекордной для передатчиков того времени - 600 кВт. Однако сам он не мог обеспечить требуемую для передатчика частоту 17,442 кГц, поэтому работал на втрое более низкой частоте 5,814 кГц, которая затем утраивалась на выходе т.н. триплером (tripler), представляющим собой трехфазную нелинейную систему, формирующую третью гармонику входного напряжения (здесь не рассматривается).

Сам альтернатор представлял собой специальный синхронный генератор переменного тока с бесконтактным ротором - индуктором (см. рис.B.9). На роторе были расположены 256 пар прямоугольных зубьев, а на статоре 256 пар полюсов с обмотками, которые были соединенными последовательно, образуя выходную обмотку альтернатора. Соосно оси вращения внутри статора размещалась обмотка возбуждения, запитываемая постоянным током и создававшая радиальные магнитные потоки, которые модулировались изменением магнитного сопротивлений при перемещении зубьев ротора под полюсами статора. В результате в последовательно соединенных обмотках статора индуцировалось переменное напряжение с частотой Nx256/60, где N - скорость вращения ротора в об/мин.

Рис.B.9. Конструкция альтернатора радиостанции Yosami

 

Внимание! Во всех источниках повторяется одна и та же ошибка - утверждается, что при скорости вращения ротора альтернатора, равной 1360 оборотов в минуту, на его выходе формируется переменное напряжение с частотой 5,814 кГц. Однако приведенная выше формула дает несколько иное значение - 5,803 кГц, а для получения требуемой частоты, равной 5,814 кГц, требуется скорость вращения 1362,7 оборотов в минуту.

 

С целью резервирования на радиостанции были размещены два идентичных передающих электромашинных комплекса, описанных выше.

Телеграфная манипуляция осуществлялась путем изменения сопротивления дросселя насыщения в первичной цепи трансформатора, включенного в цепь питания антенны (см. рис. B.10). При разомкнутых контактах реле большое индуктивное сопротивление дросселя трансформировалось в цепь питания антенны, существенно понижая ее ток (но не до нуля), а при замкнутых контактах дроссель насыщался током от мотор-генератора, и его индуктивное сопротивление резко уменьшалось, соответственно уменьшалось индуктивное сопротивление, трансформируемое в цепь питания антенны и ее ток возрастал.

Рис.B.8. Схема телеграфного манипулятора радиостанции Yosami

 

 

Все источники питания на радиостанции, в т.ч. для питания обмоток возбуждения электромашинных агрегатов передатчиков, триплера, телеграфного манипулятора и других устройств были реализованы по схеме мотор-генераторов.

Какие-либо специальные средства для предотвращения или устранения возможного обледенения антенны предусмотрены не были. Не обнаружены также сведения о наличии специальных средств или решений по предотвращению возможных перенапряжений и, соответственно, нежелательных искровых и коронных разрядов.

Также не обнаружено сведений о наличии на радиостанции каких-либо специальных средств и систем охлаждения мощных узлов и агрегатов.

 

Каких-либо сведений и регистрации экипажами подводных лодок уровней принимаемых сигналов Yosami, как это имело место, например, при эксплуатации радиостанции Goliath, и соответствующих обобщенных данных в имеющихся информационных источниках не обнаружено. О зоне покрытия с определенной степенью точности можно судить лишь по географии приема сигналов Yosami наземными приемными станциями, в частности, по данным, приведенным в [7]. Средняя дистанция приема в Европе составляла 8500 - 9500 км, при этом большая часть трассы проходила над сушей - над территорией СССР, преимущественно в околополярной области. Учитывая, что дальность распространения радиоволн над морской поверхностью значительно больше, чем над сушей, особенно над сушей в околополярных областях, можно предположить, что зона покрытия Yosami при связи с подводными лодками могла охватывать всю акваторию Тихого океана.

 

1. Yosami radio transmitting station

2. History of the Yosami Radio Transmitting Station (на сайте компании Denki Kogyo Co. Ltd)

3. Yosami Transmitting Station

4. Yosami Transmitting Station Memorialns

5. Yosami Transmitting Station

6. Cхема радиостанции Yosami (до модернизации ВМФ США)

7. Tetsu Suzuki. European Communication Network of Nagoya Wireless Telegraph Yosami Radio Transmitting Station

Патентов, защищающих технические решения радиостанции, не обнаружено. Патенты, касющиеся технических решений альтернатора, в данной главе не рассматривались т.к. являются предметом отдельного обзора, связанного с техникой альтернаторов.

* * * * * * * * *

 

 

Опубликовано 10.03.2020 Последнее изменение - нет

© Janto 2020 Все права защищены