Динамический хаос в ИРЭ: возникновение и развитие Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

ДИНАМИЧЕСКИЙ ХАОС В ИРЭ: ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ

Залогин Н.Н.

Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, http://www.cplire.ru Москва 125009, Российская Федерация Поступила 15.08.2018

Представлена чл.-корр. РАЕН А.С. /Дмитриевым

Представлен обзор работ по СВЧ-электронике в Институте на протяжении последних 60-ти лет. Описано обнаружение в 1962 году генерации в автогенераторе 3-см-диапазона (плазма-электронный пучок в импульсном магнитном поле) широкополосных шумовых колебаний. Рассмотрены работы по повышению мощности генерируемых шумов и эффективному согласованию генератора с внешним трактом, приведшие к созданию шумотрона — твердотельного генератора хаотических колебаний с большим числом степеней свободы, а также работы по созданию генератора маскирующих шумов вычислительной техники. Отмечены работы по шумовой радиолокации, по созданию станций помех различным типам РЛС — противодействию системам ПВО и ПРО. Затронуты работы по информационным аспектам теории динамического хаоса, по созданию алгоритмов генерации псевдослучайных последовательностей для цифровых средств связи и навигации вплоть до попиксельного шифрования изображений. Отмечена характерная особенность работ - внедрение полученных результатов в технические разработки.

Ключевые слова: СВЧ-электроника, генераторы шума, шумовая локация, станции помех УДК 519.6

Содержание

1. Введение (217)

2. Начало (218)

3. Рождение хаоса (219)

4. Шумотрон (220)

5. Шатры (225)

6. Шумовая локация (227)

7. Авакс (228)

8. Научно-технический туризм (230)

9. тихий океан (231)

10. лихие девяностые (232)

11. заключение (233) литература (234)

1. ВВЕДЕНИЕ

Имея относительно малый опыт в написании мемуаров, автор хочет заранее извиниться перед читателями в некоторой субъективности изложения настоящего материала. События, произошедшие 50 лет назад, очень трудно описать без искажений, обусловленных возрастными изменениями памяти. Тем более, что многих участников этих событий уже нет в живых, а у других с памятью ещё хуже, чем у автора. Большинство работ, проводимых в те

времена, имели тот или иной гриф секретности. Отчёты и другие документы по ним либо лежат в каких-то архивах, либо просто уничтожены. Поэтому в отсутствие документальных материалов читателю остаётся только довериться автору. Автор всё же надеется, что большинство фактов в настоящем материале изложены более или менее достоверно. Автор надеется так же, что нижеследующее сочинение не вызовет каких-либо обид у свидетелей тех событий и родственников сотрудников института, ушедших уже из жизни. Поскольку автор выступает в единственном числе (без соавторов), изложение материала пойдёт от первого лица.

Возможность генерирования хаотических колебаний в автоколебательных системах небольшим числом степеней свободы была обнаружена в отделе СВЧ-электроники ИРЭ АН СССР осенью 1962-го года, как обычно это происходит, — случайно. Поэтому целесообразно начать изложение с более ранних моментов. Начнём с 1957-го года, когда автор, закончив 3-й курс Московского физико-технического института, был направлен на практику в ИРЭ АН СССР.

ЗАЛОГИН Н.Н.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

2. НАЧАЛО

Реально я попал в ИРЭ в июне 1957-го года после окончания третьего курса МФТИ на практику. Практика эта по нескольку дней в неделю продолжалась вплоть до защиты дипломной работы. Поэтому став младшим научным сотрудником, я уже хорошо представлял себе, чем занимается отдел электроники сверхвысоких частот, возглавляемый (на общественных началах) Николаем Дмитриевичем Девятковым.

В те годы считалось, что развитие электроники СВЧ должно было протекать по эволюционному пути. Всё внимание уделялось освоению миллиметрового диапазона. До скачка в оптический диапазон оставалось несколько лет. В те годы стали очевидными трудности при разработке усилителей и генераторов миллиметрового диапазона с помощью традиционных для электроники СВЧ приборов, таких как ЛБВ, ЛОВ, магнетроны и т.д. Размеры замедляющих структур при уменьшении длины волны резко уменьшались. Увеличивалось также "провисание" продольной компоненты электрического поля, с которой взаимодействовал электронный пучок. Стало очевидным, что традиционные методы неспособны обеспечить генерацию и усиление мощных электромагнитных колебаний на частотах порядка 100 ГГц. Поэтому вёлся интенсивный поиск новых методов генерации и усиления в миллиметровом диапазоне.

В ИРЭ эти работы развивались по двум основным направлениям. Во-первых, была создана мощная экспериментальная установка, основанная на линейном ускорителе электронов до энергий порядка 3 МэВ. Предполагалось с помощью этого ускорителя сформировать и разогнать до околосветовой скорости компактные сгустки электронов и "высветить" их в так называемом ондуляторе Мотца — периодической системе поперечных магнитных полей. Рассматривалась также возможность высвечивания электронных сгустков за счёт эффекта Черенкова в волноводах, частично заполненных диэлектриком. Работа эта, проведенная по заданию Директивных органов, закончилась с отрицательным результатом. Группировка электронного пучка на выходе ускорителя оказалась явно недостаточной. Кроме того, частота магнетрона 10 см — диапазона, обеспечивающего электромагнитные колебания для ускорения электронов, была очень нестабильной. В итоге вместо ожидаемых киловатт излучаемой

мощности в миллиметровом диапазоне были замерены милливатты шумовых колебаний в этом диапазоне. Проект явно опередил своё время.

Во-вторых, в отделе начались работы по исследованию возможностей электронно-ионной плазмы, пронизываемой быстрым электронным пучком, для усиления и генерации электромагнитных волн. В то время плазма была в особенном почёте в связи с докладом академика И.В. Курчатова в Англии во время визита туда Н.С. Хрущева. Исследованием свойств плазмы занимались в основном применительно к управляемым термоядерным реакциям. Однако, чем больше узнавали о свойствах плазмы, тем больше находилось ей других применений. В частности, ракетчики заговорили о плазменных двигателях и имитации входа тел в атмосферу на гиперзвуковых скоростях, а электронщики об усилении и генерации электромагнитных колебаний с помощью системы плазма-электронный пучок. Известный физик-теоретик из Харьковского физико-технического института Яков Борисович Файнберг показал возможность увеличения степени группировки электронов в быстром электронном пучке, пронизывающем электронно-ионную плазму. В Харькове и в ИРЭ провели эксперименты, подтверждающие возможность усиления СВЧ-колебаний таким способом.

Моя дипломная работа состояла в экспериментальном исследовании

возможностей усиления с помощью системы плазма-пучок сигналов в 8 мм-диапазоне. Первоначальная группировка электронов осуществлялась с помощью резонатора, вырезанного из отражательного клистрона. Затем пучок проходил через область газового разряда и во втором резонаторе обеспечивал возбуждение электромагнитных колебаний. Из автобиографической книжки академика Н.Д.Девяткова "Воспоминания", изданной в 1998 году издательством журнала "Радиотехника", я узнал, что результаты работы были доложены на одной из конференций в США, конечно, без моей фамилии в числе авторов.

В ИРЭ в середине пятидесятых в лаборатории З.С. Чернова после окончания МГУ появился молодой специалист В.Я. Кислов. Его отец Яков Васильевич Кислов был одним из помощников самого Курчатова в период создания атомной бомбы, а многие друзья по университету распределились в ИАЭ именно в подразделения, занимавшиеся плазмой. Кислов провёл ряд

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

теоретических исследований, которые показали, что по плазменному цилиндру, помещенному в продольное магнитное поле, в определённых диапазонах частот могут распространяться медленные электромагнитные волны, имеющие продольную компоненту электрического поля. При этом, в отличие от спирали или других металлических замедляющих структур, упомянутая компонента имеет максимум на оси цилиндра. Это значит, что взаимодействие плазменной замедляющей структуры с электронным потоком должно быть существенно эффективнее, чем в случае традиционных, вакуумных ЛБВ и ЛОВ. Результаты, полученные В.Я. Кисловым, подтверждённые экспериментом, привели к тому, что Н.Д. Девятков и З.С. Чернов перевели значительную часть сотрудников отдела на плазменную тематику.

Осенью 1962-го года я поступил в заочную аспирантуру ИРЭ. Научным руководителем согласился стать сам Николай Дмитриевич при условии полной самостоятельности при проведении самой работы и обсуждении результатов на завершающем этапе. Тема работы — генерация электромагнитных колебаний миллиметрового диапазона с помощью системы плазма-электронный пучок.

Согласно теоретическим выводам В.Я. Кислова, генерация электромагнитных колебаний в плазменном аналоге лампы обратной волны имеет место в диапазоне, находящемся между плазменной частотой, определяемой концентрацией плазмы, или электронной циклотронной частотой, определяемой величиной продольного магнитного поля, и так называемой верхней гибридной частотой (квадратный корень из суммы квадратов этих частот). Расчёты показали, что для экспериментов с миллиметровыми волнами требуются значительные магнитные поля. Поскольку возможностей приобретения или изготовления соленоидов, обеспечивающих требуемые поля, и в особенности источников питания таких соленоидов в то время в институте не было, было решено создать установку с импульсными магнитными полями. Такая установка начала создаваться. Но чтобы не терять время, началась работа на установке с соленоидом, допускающим исследования генерации в трёхсантиметровом диапазоне длин волн.

3. РОЖДЕНИЕ ХАОСА

Была создана стеклянная вакуумная система с непрерывной откачкой. Устройство, с

которым проводились эксперименты, состояло из стеклянной трубки, с одной стороны которой размещался инжектор электронов с оксидным катодом, а с другой металлический коллектор электронов. Трубка размещалась на оси соленоида. Плазма в системе создавалась быстрым (порядка одного-полутора киловольт) электронным пучком в атмосфере паров ртути. Как выяснилось в ходе экспериментов, высокая концентрация плазмы получалась в результате СВЧ-разряда, возникающего при генерации интенсивных колебаний в плазменном аналоге лампы обратной волны.

Подбирая давление остаточных газов, ток и напряжение электронного пучка и величину магнитного поля, удалось быстро получить генерацию электромагнитных волн в 3 см-диапазоне с излучением этих волн в пространство или в волновод. Измерения концентрации плазмы и величины магнитного поля подтвердили тот факт, что работает плазменная ЛОВ. Когда же начались измерения спектра возбуждаемых колебаний, всё стало непонятным. Экран анализатора спектра ИВ-66 был забит интенсивными шумами. Решили, что идёт наводка на усилитель промежуточной частоты и стали измерять спектр с помощью перестраиваемого фильтра на СВЧ-резонаторе. И тут континуум. Вспомнили, что в микроволновых радиометрах работают плазменные источники шума. Но у них спектральная плотность мощности шума (СПМШ) определяется как 65 кТ . Это соответствует 2.6 10-13 Вт/МГц. У нас же СПМШ на 8 порядков, т.е. в 100 миллионов раз больше! Т.е. это всё-таки генерация.

Все окружающие сотрудники ничего не могли сказать по этому поводу. В те времена понятие автогенератор всегда почему-то связывалось с генератором Ван дер Поля и соответствующим дифференциальным уравнением второго порядка, имеющими лишь периодические решения. Все были в плену фазовой плоскости, где траектории движения принципиально не могли пересекаться. Думаю, что результаты этих экспериментов в то время мог бы оценить и понять известный специалист по теории колебаний Г.С. Горелик — автор известной книги "Колебания и волны". Он читал нам лекции в МФТИ и был заведующим одной из лабораторий в ИРЭ. Он говорил нам, что нельзя зацикливаться на генераторе Ван дер Поля, что автоколебательные системы могут быть гораздо сложнее. Но Габриэль Семёнович за пару

220 ЗАЛОГИН Н.Н.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

лет до этого погиб под электричкой у станции Долгопрудная.

Обнаружение генерации широкополосных шумовых колебаний и невозможность внятного объяснения этого эффекта вызвало у меня желание рассказывать об этом всем знакомым людям, работающим в этой области техники.

Прикладное значение обнаруженного эффекта объяснили мне два человека. Первый, — это один из сотрудников Саратовского НИИ "Волна", стажировавшийся в это время в ИРЭ. Он популярно объяснил мне, что много людей у них в институте бьётся над созданием широкополосных источников шумов в СВЧ диапазоне. Цель — создание помех современным радиолокационным станциям. Эти разработки в большинстве своём малоэффективны, поскольку основаны на модуляционном принципе. Он посоветовал спешно подать закрытую заявку на изобретение способа генерации широкополосных шумовых колебаний и устройства для его осуществления.

Вторым человеком, проявившим большой интерес к работе, был капитан первого ранга Трофимович (не помню его имени и отчества). Он на каком-то семинаре, где я докладывал о генераторе шума, отвел меня в сторонку и посоветовал прекратить открытые выступления на эту тему. Трофимович работал в ЦНИИ ВМФ, располагавшимся в то время в Александровском дворце в Царском селе.

Заявка на изобретение (авторы Н.Н. Залогин и В.Я. Кислов) была подана и зарегистрирована в апреле 1963 года [1]. Она прошла довольно быстро. Сотрудники Комитета по открытиям и изобретениям (тогда он находился в Большом Черкасском переулке) признали её пионерской и помогли сформулировать всё по действующим стандартам. Авторы получили авторские свидетельства и по 20 рублей вознаграждения. Следует отметить, что материал заявки был уже сформулирован на достаточно современном уровне. В заявке утверждалось, что хаотические колебания возникают вследствие одновременного возбуждения в системе нескольких неэквидистантных по частоте колебаний и рождения на нелинейности плазмы множества комбинационных частот.

Кстати, в том же 1963 году (в марте) была опубликована теоретическая статья Е. Лоренца "Детерминированный непериодический поток" в американском журнале, посвященном физике

атмосферы [2]. Реально в этой статье были приведены дифференциальные уравнения, соответствующие простейшему генератору хаотических колебаний. Нижегородские радиофизики наткнулись на эту работу только во второй половине 70-х годов. На русский язык статья была переведена в 1981 году.

Благодаря ЦНИИ ВМФ в ИРЭ по заданию Директивных органов была поставлена НИР "Сабля", целью которой было повышение спектральной плотности мощности

генерируемого шумового сигнала и создание отпаянного макета генератора. Постановка такой работы заставило руководство отдела привлечь к её исполнению достаточно большой коллектив. Ясно стало также, что тема моей диссертационной работы должна быть изменена.

4. ШУМОТРОН

При выполнении темы "Сабля" возникли проблемы, связанные с повышением мощности генерируемых шумов и эффективного согласования генератора с внешним трактом. Решено было заполнить плазмой рабочее пространство мощной ЛБВ плазмой в надежде, что в системе возникнут шумовые колебания уже не на обратных, а на прямых волнах. Для обеспечения положительной обратной связи, необходимой для самовозбуждения системы, предполагалось часть мощности с выхода мощной ЛБВ ответвить и направить на вход. Поскольку коэффициент усиления мощной ЛБВ был невелик, решили в цепь обратной связи включить через аттенюатор ЛБВ малой мощности. Возможные режимы генерации поручили проверить молодому специалисту — Е.А. Мясину, выпускнику МИФИ, более известному в те времена как мастер спорта по ручному мячу. Евгений Анатольевич взял две стандартные лампы 10 см диапазона, аттенюатор и начал эксперименты. Схема включения двух ЛБВ УВ-34 выглядела, как это показано на рис. 1. Первая ЛБВ являлась широкополосным

Рис. 1. Схема первого шумотрона.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

усилителем и работала в линейном режиме. Её выход через направленный ответвитель подавался на анализатор спектра. Ответвленная часть мощности через регулируемый аттенюатор подавалась на вторую ЛБВ. Её же выход поступал на вход первой ЛБВ, замыкая цепь обратной связи.

Тут всех ждал новый шок. Оказалось, что такая система в некоторых режимах прекрасно шумит без всякой плазмы.

Шумы в такой системе возникали тогда, когда вторая ЛБВ была перегружена СВЧ-сигналом по входу и работала не как усилитель, а как аттенюатор с сильнейшими нелинейными искажениями сигнала.

Эксперимент проводился следующим образом. Аттенюатор выводился на наибольшее затухание — отсутствие обратной связи. Далее включалось электропитание ЛБВ, и затухание в цепи обратной связи постепенно начинали уменьшать. На анализаторе спектра было видно, что имеет место регенеративное усиление собственных шумов ЛБВ с максимумами спектральной плотности на собственных частотах системы. При некотором значении затухания выполнялись условия самовозбуждения, и возникала генерация на одной из собственных частот. Амплитуда колебаний при дальнейшем уменьшении затухания росла, достигала максимума, а затем ее величина начинала падать. В какой-то момент начиналась амплитудная автомодуляция генерируемых колебаний. Период автомодуляции соответствовал двойному времени обхода сигналом цепи обратной связи. Это было видно на анализаторе спектра. Затем модуляционный спектр усложнялся за счет появления гармоник и субгармоник модуляционной частоты. Усложнение происходило по закону 2-4-8- (редко 16). При конечном числе удвоения циклов автомодуляции в спектре появлялась континуальная компонента. Неожиданно при дальнейшем уменьшении развязки в цепи обратной связи генерируемые колебания приобретали характер широкополосного шума с максимумами СПМШ на собственных частотах системы. Иногда наблюдались и дополнительные максимумы в промежутке между собственными частотами, свидетельствующие о том, что и шумовой процесс охвачен автомодуляцией.

Обнаруженные эффекты вызвали бурю дискуссий среди сотрудников лаборатории. Предлагались различные варианты

интерпретации получившихся результатов. Было окончательно отброшено представление о том, что плазма — это главный "виновник" хаотизации

колебаний. Предложен вариант зависимого от амплитуды дополнительного набега фазы в ЛБВ. Но он тогда не вызвал большого энтузиазма. Ясно было лишь то, что причиной хаоса является поведение ЛБВ — нелинейного элемента. А все хорошо получалось при пониженных токах электронного пучка, когда из-за малого пространственного заряда нелинейность группировки электронов проявляется сильнее.

Оформление полученных результатов пошло по тому же сценарию. Закрытая заявка на изобретение и возможность публикации в специальной периодике. Заявка на генератор широкополосных шумов — шумотрон, была подана от трех авторов, сотрудников отдела Е.В. Богданова, В.Я. Кислова и Е.А. Мясина в 1966-м году. При рассмотрении заявки был обнаружен американский патент. В нем описывался источник шума на одной ЛБВ с внешней обратной связью. В ВИНИТИ, однако, нашли существенные отличия в структуре генератора и, особенно, в интерпретации его функционирования. Авторское свидетельство было получено. В открытой печати оно было опубликовано только в 1979 году [3].

Среди разработчиков электронных приборов доклад В.Я. Кислова о шумотроне на закрытом семинаре в одном из НИИ МЭП СССР вызвал здоровое оживление. Мне рассказывали, что два сотрудника Саратовского НИИ "Волна" вдруг озабоченно убежали с семинара. Оказалось, что они на такси отправились в аэропорт Быково и оттуда самолетом в Саратов, чтобы срочно оформить и подать заявку на какую-то модификацию шумотрона. Действительно, возможность получения широкополосных шумов высокого уровня без разработки специальных устройств, требующих существенного изменения традиционной технологии электровакуумных приборов, очень привлекала как заказчиков, так и разработчиков электронной техники.

Надо сказать, что именно в это время (конец шестидесятых) к вопросам создания широкополосных источников шумов в диапазоне СВЧ был проявлен большой интерес со стороны организаций, отвечающих за противодействие техническим средствам иностранной разведки. Благодаря этому интересу было обеспечено приличное финансирование работ по исследованию процессов, происходящих в шумотроне, и разработке образцов генераторов широкополосных шумов.

ЗАЛОГИН Н.Н.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Загруженность шумотронной тематикой заставило лабораторию свернуть исследования и разработки по плазменным генераторам шума, которые вследствие технологических трудностей не обещали быстрого выхода на промышленные образцы. Все работы по плазме были переданы во Фрязинскую часть Института, где в качестве заведующего лабораторией №169 появился Игорь Фёдорович Харченко из Харьковского ФТИ. Мне удалось успешно защитить диссертацию по плазменному генератору шума в начале 1967 года. Николай Дмитриевич прочитал перед переплётом диссертацию и сказал, что получил удовольствие от чтения материала и не имеет замечаний. После защиты я сразу же занялся шумотронной тематикой.

Средства маскировки излучений, как всегда, остро нужны были "ещё вчера". Поскольку ОКР в отраслевом институте продолжалась более трех лет, дело доходило до того, что к лаборатории были прикомандированы офицеры из войсковых частей, отвечавших за радиотехническую маскировку. Вместе создавали и налаживали опытные образцы шумотронов для временной эксплуатации на объектах.

Интересно, что создание и внедрение шумотронов не изменили отношения ведущих специалистов института по теории колебаний к этой тематике. Так, на защите кандидатской диссертации Е.А. Мясина академик Ю.Б. Кобзарев заявил, что у него много сомнений по поводу этой работы, но, поскольку результаты очень полезны для оборонки, он будет голосовать "за". Профессор А.Е. Башаринов сказал, что в генераторах с запаздывающей обратной связью, наоборот, колебания должны обладать более высокой степенью стабильности. Академик В.А. Котельников на одном из отчётов, посвящённых шумотрону, написал на титульном листе: "Работа производит странное впечатление". Это замечание можно было перевести следующим образом — "тут что-то не так, поскольку так не может быть". Все открытые публикации по шумотрону были запрещены не только из-за оборонного значения этих работ, но из-за того, что попахивает лженаукой.

Большой интерес к тематике со стороны заказчиков и связанная с ним концентрация людских и аппаратурных ресурсов лаборатории позволили начать планомерное исследование процессов, приводящих к хаотизации колебаний в шумотроне. Очевидно, что случайные процессы математически описываются только параметрами,

являющимися результатом усреднения по времени или совокупности реализаций. Моделирование же непосредственно генерации связано с огромным массивом вычислений. В то время почти вся академическая электронная вычислительная техника находилась в вычислительном центре АН СССР на улице Вавилова, доступ к ней осуществлялся через специальную лабораторию, которой командовала Ф.Ф. Добрякова. В распоряжении нашей лаборатории имелись лишь электромеханические калькуляторы "Мерседес" и "Рейнметалл", а также ручной калькулятор "Феликс". Поэтому решено было обратиться к эксперименту, благо измерители токов, напряжений, мощности, анализаторы спектра были под рукой. Построение же теоретических моделей предполагалось осуществлять уже на основе экспериментальных данных.

Эксперименты начались с подробного исследования характеристик ЛБВ — нелинейного элемента, ответственного за хаотизацию колебаний. Изучались амплитудные и фазовые характеристики лампы при больших входных сигналах. В основном, конечно, амплитудные, как более доступные для измерений. На рис. 2 показана типичная амплитудная характеристика ЛБВ УВ-34 в режиме малых токов. Характеристика нормирована на максимальную амплитуду выхода. На этом же рисунке даны варианты аппроксимации амплитудной характеристики. Как видно из рисунка, аппроксимация с помощью функции очень близка к реальной амплитудной характеристике. Однако рассчитывать

последовательность итераций на арифмометре безнадёжно долго — приходится работать с таблицами, либо прибегать к графическому построению отображений. Так называемое логистическое отображение отличается от экспериментальной кривой, но зато подлежит

аппроксимации.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

расчету на арифмометре без использования таблиц.

Из рисунка видно, что с ростом амплитуды входного сигнала амплитуда выходного сигнала сперва растет, затем следует участок насыщения, а после него резкое падение амплитуды выхода при росте входной амплитуды. Естественно, возникло предположение, что при больших значениях коэффициента передачи цепи обратной связи генерация с постоянной амплитудой теряет устойчивость и начинается раскачка амплитудной автомодуляции. Эксперимент говорил тоже самое. Согласно проведенным измерениям после возникновения автомодуляции по двухтактному циклу происходило удвоение периода автомодуляции. Отмечалось 3-4 акта удвоения, после чего возникал модуляционный хаос — гармоническая несущая, модулированная по амплитуде шумом. Требовалось расчетное подтверждение того, что развитие автомодуляции может привести к хаосу без каких-либо дополнительных условий, например, флуктуаций в аналоговой системе. Альтернативой было постоянное увеличение периода цикла изменений амплитуды.

Проведение расчетов было поручено главному теоретику лаборатории Всеволоду Николаевичу Данилову. Весь рабочий день комната сотрясалась от звуков, производимых электромеханическим калькулятором. Страдала не только лаборантка, непосредственно производившая вычисления, но и вся лаборатория. Это продолжалось месяцами. Выяснилось, что расчеты на арифмометре неизбежно приводили к циклам вследствие конечной разрядности и связанного с этим округления чисел. Стали смотреть устойчивость циклов, внося небольшие возмущения. И здесь возникли проблемы. Оказалось, что при одних итерациях возмущение увеличивается, при других уменьшается. Разговор пошел об инвариантной мере, показателях Ляпунова, о том, что аналогичными вопросами занимаются математики. Всё это делалось совершенно независимо от Фейгенбаума [4]. Но работа неожиданно и трагически оборвалась. В начале мая 1977 года Всеволод Николаевич погиб во время туристического похода, не дожив до сорока лет.

Тем не менее, стало ясно как из экспериментов, так и из расчетов, что хаотическая автомодуляция наступает при конечном числе удвоений цикла. Кроме того, окончательно выяснилось, что автомодуляционный

шум по своим характеристикам является лишь предшественником настоящего

широкополосного процесса хаотизации, который развивается в шумотроне при ещё больших нагрузках на нелинейный элемент.

Было высказано предположение, что при большой крутизне падающего участка амплитудной характеристики ЛБВ в системе отсутствует нелинейное подавление малого сигнала большим. Появляется возможность одновременного возбуждения колебаний на многих собственных частотах системы. Действительно, эксперименты по двухчастотному зондированию ЛБВ, проведенные в лаборатории Ю.В. Анисимовой, показали, что на падающем участке с большой крутизной сильный сигнал проходит лампу с затуханием, а дополнительный слабый усиливается. При этом возникает еще комбинационная составляющая с амплитудой, иногда превышающей амплитуду слабого сигнала. Был зафиксирован также очень короткий по параметру момент возникновения колебаний на многих собственных частотах системы. Дальнейшее уменьшение затухания в цепи обратной связи приводило уже к шумовым колебаниям с сильной изрезанностью спектра (максимумы СПМШ на собственных частотах).

В конце 1972 года в лаборатории В.Я .Кислова произошли революционные изменения. Для обеспечения Фрязинской части Института квалифицированными кадрами наш директор академик В.А.Котельников пробил постройку дома около станции метро "Щёлковская". Из лаборатории при условии перехода во Фрязинскую часть квартиры получили сам Кислов, Е.А. Мясин, В.Н. Данилов, Ю.В. Анисимова и Э.В. Кальянов, перешедший в ИРЭ из Саратова. В результате вся лаборатория переместилась во Фрязинский штат под номером 166. Крыло же здания ИРЭ (бывший физфак МГУ), обращенное к Кремлю, оказалось в аварийном состоянии из-за осадки после аварии системы теплоснабжения. Аппаратура была перевезена во Фрязино и работы по шумотрону продолжились там в первом корпусе. Я, не нуждавшийся тогда в улучшении жилищных условий, тем не менее, оказался во Фрязино, поскольку хотел продолжать работу по этой тематике.

Работы по генераторам хаотических колебаний в ФИРЭ развивались по трём направлениям. Во-первых, велись разработки с целью повышения мощности и КПД генераторов шума. Во-вторых,

ЗАЛОГИН Н.Н.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

продолжались исследования физики процессов, приводящих к шумовой генерации. Наконец, начались интенсивные поиски твердотельных нелинейных элементов, которые наряду с ЛБВ могли бы обеспечивать хаос в генераторах с запаздывающей обратной связью.

Николай Дмитриевич Девятков — наш заведующий отделом, на основной своей работе в то время был заместителем директора по научной части НИИ-160, головного предприятия первого управления МЭП СССР, расположенного во Фрязине. Несмотря на то, что шумотронная тематика по МЭПу относилась к Саратову, Девятков организовал работы по генераторам шума и в своём институте. Так в отделе Э.А. Гельвича испытывался киловатный шумотрон 3-х см-диапазона на стандартных ЛБВ. Юрий Павлович Мякиньков разработал так называемый однобаллонный шумотрон, в котором усилитель и нелинейный элемент были объединены одним электронным пучком. В ФИРЭ начали создавать очень мощный однобаллонный шумотрон дециметрового диапазона.

В этот период удалось существенно продвинуться в изучении влияния фазовых сдвигов сигнала в ЛБВ на хаотизацию колебаний. Молодой (тогда) специалист В.И. Калинин, пришедший в лабораторию после окончания Горьковского университета, тщательно и подробно изучил так называемый нелинейный резонанс в ЛБВ с запаздывающей обратной связью. Выяснилось, что собственные частоты системы очень сильно изменяются при изменении амплитуды колебаний. Интересно, что на защите диссертации В.И. Калинина уже никто не говорил о сомнительности результатов. Кажется, все поняли, как работает шумотрон. Оппонент — доктор физико-математических наук Марк Ефремович Жаботинский заявил даже, что диссертация тянет на докторскую.

Интересные результаты как

экспериментальные, так и расчётные, получил Г.М. Воронцов. Он работал с шумотроном, содержащим усилитель на ЛБВМ, являющийся эффективным амплитудным ограничителем. Применив полосовой фильтр на входе ЛБВО — нелинейного элемента, Воронцов добился хаотизации колебаний с помощью обратного преобразования фазовой модуляции в амплитудную. Следует отметить, что в Институте, правда не в нашей лаборатории, появились импортные ЭВМ. На одной из них Георгий

Михайлович выступил и как программист и как оператор, сумев создать приличную цифровую модель такого шумотрона.

Мой основной интерес в этот период заключался в поиске твёрдотельных элементов, которые могли бы обеспечить хаотизацию колебаний в шумотроне вместо ЛБВ. Оказалось, например, что включение в цепь обратной связи электрически перестраиваемого фильтра на железо-иттриевом гранате (ЖИГ-фильтра) приводит не только к перестройке полосы генерируемого шума, но и к стохастизации колебаний. При подаче на такой фильтр гармонического сигнала, превышающего по амплитуде некоторое пороговое значение, на выходе фильтра появлялся модулированный по амплитуде и фазе сигнал. При дальнейшем увеличении амплитуды входного сигнала модуляция приобретала хаотический характер. Спектр сигнала расширялся за пределы рабочей полосы фильтра. Возможность же перестройки средней частоты внешним магнитным полем сохранялась.

На это устройство Н.Н. Залогин, В.И. Калинин, Е.А. Мясин и В.В. Сурин получили авторское свидетельство на изобретение с приоритетом от 11 марта 1980 года [5]. Стало очевидным, что вместо ЛБВ в схеме шумотрона с ферритовым устройством может сочетаться любой твердотельный усилитель. В частности, был создан генератор шума с использованием транзисторного усилителя, разработанного сотрудником НИИ "Исток" Г.В. Ровенским. Был создан также макет двухконтурного транзисторного генератора шума с одним из контуров, сделанном на ферритовом устройстве.

С середины семидесятых мы начали цикл работ по изучению возможностей использования лавинно-пролётных диодов (ЛПД) в генераторах шума. Эти работы производились совместно с А.И. Мельниковым из "Истока". Анатолий Иванович Мельников — сподвижник А.С. Тагера, лауреата Ленинской премии за создание ЛПД. Им были разработаны диодные источники СВЧ-шумов с эквивалентной температурой 5000 кТ0 для радиометрической аппаратуры. ЛПД оказался удивительно удачным прибором с точки зрения реализации устройств, обеспечивающих хаотические колебания в сантиметровом и миллиметровом диапазонах. Включённый через ферритовый циркулятор в обратную связь ЛБВ, это диод отлично работал как нелинейный элемент шумотрона. В контуре с ЛПД реализовывались интенсивные шумы при воздействии

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

синусоидальных колебаний. Генератор, собранный по двухконтурной схеме с двумя ЛПД, отлично шумел. Наконец, диод, предназначенный для работы в радиометрах, мог служить задающим источником шума в усилительных цепочках. По результатам работы с ЛПД защитил кандидатскую диссертацию Р.В. Беляев.

Во второй половине 70-х стало ясно, что появляется целый класс устройств, создающих хаотические колебания. Запаздывание и нелинейное сопротивление в цепи обратной связи, используемые в первичных моделях функционирования шумотрона, необходимо дополнить связанными контурами с нелинейными индуктивностями и емкостями. Т.е. работа таких устройств должна описываться в общем случае с помощью систем нелинейных дифференциальных уравнений. Близость к истинно хаотическому поведению системы повышается с увеличением степеней свободы и характера нелинейности.

Решающей работой по классическому шумотрону явилась докторская диссертация В.Я. Кислова, в которой он рассмотрел различные способы теоретического описания этого устройства. В это время одна за другой начали появляться работы по динамическому хаосу. В статьях Фейгенбаума (1978-80 г.г.) была показана универсальность поведения итерационных преобразований — удвоение периодов и переход к хаосу при конечном количестве бифуркаций удвоения. В работах Рюэля и Такенса по теории турбулентности в середине семидесятых было введено понятие странного аттрактора, указывающее на возможность хаотического осцилляторного движения в системах с конечной размерностью. В связи с этим всплыла работа Лоренца (1963). Большой вклад в популяризацию и развитие этого направления внесли нижегородские и саратовские радиофизики и математики.

Воистину "нет пророка в собственном отечестве". Теперь руководству Института стало ясно, что лаборатория В.Я. Кислова занималась не лженаукой, а была на уровне, а порой и впереди нового научного направления. Было дано разрешение на рассекречивание авторского свидетельства, на публикацию основных научных достижений по шумотрону, на участие в открытых семинарах и конференциях по этой тематике. Ознакомление с результатами работ других ученых и обсуждение своих результатов в широком кругу заинтересованных лиц, а

также появившаяся в лаборатории электронная вычислительная техника помогли завершить теоретическую часть исследований по шумотрону и начать активную работу с генераторами шума на твёрдотельной элементной базе.

Технические же достижения лаборатории оставались преимущественно в томах закрытых отчетов. А работа проделана была немалая. Была продемонстрирована возможность получения интенсивных шумов в диапазоне от сотен МГц до 10 ГГц и выше. Полоса частот одновременной генерации превышала порой две октавы. Были созданы так называемые однобаллонные шумотроны. В них усилитель и нелинейный элемент находились в одном вакуумном объеме и использовали один и тот же пучок электронов. Удалось обеспечить электронное управление полосой генерируемого шума в широких пределах как с помощью частотно-избирательных систем, так и перестраиваемыми фильтрами на железоиттриевом гранате и варакторных диодах. Наоборот, была осуществлена режекция шумовых колебаний в заданной области спектра. Часть разработок была внедрена в радиотехнические системы специального назначения.

За цикл работ по широкополосным, электронным генераторам шума в СВЧ-диапазоне группа сотрудников ИРЭ и отраслевых институтов была удостоена Государственной премии СССР за 1980 год. В лаборатории лауреатские медали получили В.Я. Кислов, Н.Н. Залогин и Е.А. Мясин. Лауреатом стал также сотрудник Секции Прикладных Проблем (СПП) при Президиуме АН СССР Евгений Павлович Чигин. Лауреатские медали вручали в Кремле в круглом зале под куполом, который виден за мавзолеем. Денежная премия вся ушла на банкет в ресторане "Прага".

5. ШАТРЫ

В настоящее время много говорят о необходимости максимально быстрого внедрения последних достижений науки в жизнь с целью получения значительного экономического эффекта. Мне хочется рассказать о том, как осуществлялась так называемая инновационная политика 30 лет назад.

Летом 1980 года в связи с подготовкой материалов на соискание Государственной премии нам было совершенно не до Олимпийских игр. Владимир Александрович Котельников, выдвинувший нас на эту премию, очень часто привозил к нам в лабораторию различных маститых деятелей науки. Среди них особенно

ЗАЛОГИН Н.Н.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

запомнился академик Гурий Иванович Марчук. Он был назначен Председателем Госкомитета по науке и технике (ГКНТ), что находился тогда на Тверской между Центральным Телеграфом и Моссоветом. Разговор получился очень живым. Выяснилось, что Гурий Иванович много времени работал с нелинейными дифференциальными уравнениями с запаздывающим аргументом. Поэтому быстро всё понял и сделал исключительно интересное предложение в развитие тематики лаборатории. Он предложил нам разобраться в информативных излучениях современной вычислительной техники и при необходимости создать устройства активной радиотехнической маскировки этих излучений. По его сведениям, существует большая опасность перехвата секретной информации, обрабатываемой в закрытых вычислительных центрах с помощью приёма и расшифровки побочных излучений. Марчук сказал тогда очень интересную фразу: «Если решите эту задачу, я дам вам тысячу человек и завод». Это заявление произвело большое впечатление не только на нас, но и на В.А. Котельникова, который был тогда не последним человеком в Президиуме АН СССР. В порядке эксперимента в Академии Наук была организована временная научно-техническая лаборатория (ВНТЛ) с увеличенным финансированием и оперативным снабжением материалами и измерительными приборами, способная вести не только научные исследования, но и опытно-конструкторские разработки.

Во временную лабораторию вошли не только сотрудники лаборатории электронных генераторов, но и ведущие специалисты ИРЭ по теории оптимального приема сигналов, антенным устройствам, распространению электромагнитных волн и др. С нами активно сотрудничали офицеры войсковой части, приданной ГТК СССР, а также сотрудники 8-го управления КГБ СССР. Лаборатория действительно работала с полной отдачей, часто в вечернее и ночное время, когда посторонние радиоизлучения были минимальны.В короткие сроки было выяснено, что наиболее опасными с точки зрения утечки информации являются излучения дисплея на электроннолучевой трубке. Импульсы яркостной модуляции электронного луча имели в то время крутые фронты, и высокочастотная компонента этих фронтов эффективно излучалась в пространство с помощью случайных антенн.

Эффективность излучения увеличивалась с частотой по законам электродинамики, а уровень высокочастотных спектральных составляющих, наоборот, с частотой падал. В результате прямых измерений был определен диапазон наибольшей интенсивности излучений. Оказалось, что прием излучений с восстановлением текстовой информации, отображаемой на экране дисплеев начала восьмидесятых, возможен в диапазоне от 100 МГц до примерно 500 МГц. На основе обычных переносных телевизоров "Электроника-100" и "Юность" были созданы устройства перехвата излучений, позволяющие читать текст на экране дисплея, находясь в кабине автомобиля в ста метрах от дисплея. Естественно для этого использовались направленные антенны и малошумящие входные усилители. Пользуясь особенностями генераторов горизонтальной развертки дисплеев даже одного типа, можно было поочередно настраиваться на дисплеи различных компьютеров в одном помещении. Оказалось, что они практически не создают взаимных помех. Уровень этих излучений оказался настолько мал, что пришлось использовать высокоэффективные направленные антенны, расположенные в тени излучений телецентра, а иногда и фильтры режекции телевизионных каналов.

Демонстрация перехвата и восстановления информации на экране стандартного телевизора, тем не менее, приводила в неописуемый ужас ответственных работников служб безопасности оборонных и правительственных учреждений. Мы проводили эти демонстрации совместно с офицерами войсковой части, приданной Гостехкомиссии (ГТК СССР), возле задания информационно-вычислительного центра АН СССР в Нескучном саду, около ИРЭ на Моховой и даже в Кремле недалеко от Спасской башни. Аппаратура перехвата излучений размещалась в УАЗовском фургончике — "буханке", принадлежавшем ГТК. На экране дисплея, излучения которого подлежали перехвату, писались крупным шрифтом простые фразы типа "Слава советской науке!" или "ИРЭ — УРА!". Сам я не видел, но операторы утверждали, что одному из зрителей от увиденного действительно стало плохо с сердцем.

Информативными побочными излучениями обладали также накопители на магнитных дисках в моменты записи и чтения информации, проходившей в последовательном коде. Однако вероятность перехвата таких посылок и их

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

идентификации в силу одномоментности и неповторяемости крайне низка.

Для маскировки описанных излучений в лаборатории был разработан специальный транзисторный генератор шума, формирующий и излучающий в пространство широкополосные шумы относительно низкого уровня, отвечая нормам на промышленные радиопомехи и медицинским требованиям. Он питался от источника постоянного тока напряжением 12 вольт, мог работать и от аккумуляторной батареи. Для обеспечения хаотической поляризации маскирующего излучения использовалось одновременно три независимо работающих генератора с петлевыми антеннами в ортогональных плоскостях.

Генератор маскирующих шумов, названный авторами "Шатер", был защищен рядом авторских свидетельств и выпускался силами временной лаборатории в течение нескольких лет (Рис. 3). "Шатры" были поставлены на многих вычислительных центрах правительственных и оборонных учреждений, с каждым из которых заключался договор на исследования и разработку применительно к данному объекту. В этой масштабной работе активное участие приняли ведущие сотрудники лаборатории А.С. Дмитриев, В.П. Иванов и многие другие. До сих пор модифицированные устройства подобного рода производит СКБ ИРЭ. В результате работы ВНТЛ существенно улучшилось финансовое состояние ИРЭ — появилась возможность обновления приборного парка. Сотрудники лаборатории с учётом премиальных получали примерно удвоенную зарплату. Отчисления в профком были столь велики, что мы ежемесячно выезжали на бесплатные экскурсии в Ереван, Баку, Тбилиси, Севастополь и другие города СССР.

В то время отдельные ЭВМ и вычислительные центры еще не были объединены локальными и региональными сетями. Понятия "хакер" еще не

Рис. 3. Генератор маскирующих шумов "Шатер".

существовало. В период же создания рыночных отношений, больших сетей и съемных накопителей на магнитных и оптических дисках проблемы радиотехнической маскировки побочных излучений ушли на второй план. Утечка информации пошла преимущественно по другим каналам. Нужную информацию оказалось гораздо проще получить на флешке, заплатив за это определенную сумму какому-нибудь техническому сотруднику, допущенному к обслуживанию компьютеров, или "скачать" из сети с помощью хакерских приемов. Надо полагать, что проводимый многими организациями и фирмами системный подход к обеспечению сохранности конфиденциальной информации в компьютерных сетях, вновь возродит определенный интерес к побочным излучениям, к их минимизации и маскировке.

Завода после окончания работ по защите компьютерной информации Марчук, конечно, не дал. Однако работа была выдвинута на соискание Премии Совета Министров СССР. В 1984 году мы получили медальки из рук Гурия Ивановича, а на дипломах красовалась его подпись.

6. ШУМОВАЯ ЛОКАЦИЯ

Во второй половине 70-х, когда точно, не помню, к нам во Фрязино приехали сотрудники ЦНИИ-3 МО. Они очень эмоционально рассказали об обнаружении в патентной литературе США способа аналогового получения функции взаимной корреляции двух широкополосных шумовых сигналов. Из теории радиолокации известно, что оптимальным зондирующим сигналом является широкополосный хаотический сигнал с нормальным (Гауссовым) распределением вероятностей мгновенных значений. Беда в том, что получение данных о параметрах цели в этом случае возможна лишь с помощью вычисления функции взаимной корреляции между излучённым и принятым сигналами. Компьютерные методы из-за очень высоких частот и широкой полосы сигнала не работают. Оцифровка таких сигналов невозможна. Суть аналогового метода получения функции взаимной корреляции состоит в двойном спектральном анализе суммы излучаемого и отраженного от цели сигналов. Первый спектр суммы приобретает периодическую изрезанность. В зависимости от временного сдвига между реализациями одни спектральные компоненты суммируются в фазе, другие в противофазе. Вторичный спектр как

ЗАЛОГИН Н.Н.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

раз характеризует эту временную задержку, т.е. удвоенную дальность до цели. С точки зрения математической статистики это соответствует хорошо известной теореме Винера-Хинчина.

Поняв суть метода, мы тут же решили проверить его эффективность экспериментально. Одно из помещений лаборатории было обращено окнами на здание СКБ. Мы с В.И. Калининым включили шумотрон, направив его сигнал через рупорную антенну П6-23 на здание СКБ. Другую антенну соединили с анализатором спектра АСШ-2. Сигнал шумотрона попадал на приёмную антенну двумя путями: как отражённый от стены СКБ и как прошедший по боковым лепесткам диаграммы направленности передающей и приёмной антенн. На анализаторе спектра мы увидели чёткую периодическую изрезанность и по периоду изрезанности вычислили расстояние до СКБ. Оно оказалось равным примерно 40 метрам. Тут же с рулеткой спустились во двор и измерили расстояние уже вручную. Данные стыковались с большой точностью.

С "тройкой" была поставлена совместная работа, которая потом была передана на предприятие, занимающееся ближней локацией в Туле. Параллельно по предложению Н.А. Арманда пошла совместная работа с лабораторией Б.П. Кутузы. Речь шла о дистанционном измерении высоты морских волн применительно к так называемому "Каспийскому монстру". Мы с Р.В. Беляевым выехали на южный берег Крыма в местечко Кацивели, где совместно с А.А. Калинкевичем повели измерения на платформе Черноморского отделения морского гидрофизического института (ЧОМГИ). Была показана возможность измерения высоты волн с низколетящих самолетов или вертолётов. При дальнейшей работе по этому направлению выяснилась возможность селекции движущихся целей, вплоть до определения частоты дыхания человека, находящегося в луче такого локатора.

Следует отметить, что метод двойной спектральной обработки в радиолокации хорошо работает только для очень небольших дальностей до целей. Всё хорошо получается только при дальностях в единицы-малые десятки метров. При больших дальностях период изрезанности первичного спектра становится столь малым, что требует при последовательном спектральном анализе очень узкополосной фильтрации и соответственно недопустимо большого времени оценки первичного спектра. Преимущество

ближней радиолокации с двойной спектральной обработкой заключается в основном в исключительно высокой разрешающей способности способа по дальности, а при использовании разнесённых приёмных антенн и по угловым координатам. Работы в этом направлении были прерваны вследствие нового ответственного задания дирекции ИРЭ.

7. АВАКС

Не знаю, можно ли сейчас писать об этом. Но напишу. Речь пойдёт о последней серьёзной работе, выполненной лабораторией при Советской власти. Думаю, что после развала СССР рассекречены существенно более серьёзные разработки, выполненные в те времена. К тому же давно шли разговоры о продаже систем, созданных на основе разработок нашей лаборатории другим странам.

Весной 1984 года к нам в лабораторию зашёл как-то попросту без всякого сопровождения директор наш Владимир Александрович Котельников. Он рассказал нам, что был вчера на каком-то важном совещании в Министерстве Обороны по поводу противодействия американской системе АВАКС. Думаю, что наш читатель отлично знает, что это такое (Рис. 4).

На совещании обсуждались возможности подавления летающей РЛС по боковым лепесткам диаграммы направленности её приёмопередающей антенны. Оценки требуемой мощности излучения показали величины порядка МВт в практически непрерывном режиме. С учётом небольшого КПД передатчика помех для питания такого устройства требуется электростанция, могущая, в принципе, обеспечить электроэнергией небольшой город. Если же осуществлять подавление по основному лучу, то для этого потребуется мощность порядка десятков Ватт и то в момент "мазка" лучом по станции помех. Поскольку РЛС работает с лучом шириной порядка 10, а подавление должно осуществляться

Рис. 4. Самолёт АВАКС.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

с поверхности Земли с расстояний порядка 150250 км, для маскировки самолётов и беспилотных объектов над контролируемой территорией окажется достаточным несколько десятков автоматических, необслуживаемых станций.

Предложение Котельникова было рассмотрено сотрудниками лаборатории совместно

со специалистами Воронежского центра Министерства Обороны, отвечающего за проблемы радиоэлектронной борьбы, и Ростовского института Министерства радиопромышленности. Идея признана весьма многообещающей. Составили заявки на изобретение и начали работать. Для этой работы был продлён срок существования ВНТЛ.

Было проведено компьютерное

моделирование различных ситуаций, связанных с применением АВАКСа. Подробная модель станции и особенностей её применения, полученная нами в Министерстве Обороны, позволила разработать макет малогабаритной станции помех, состоящей из приёмного устройства, идентифицирующего излучения РЛС и передатчика широкополосной заградительной помехи во всём диапазоне работы РЛС.

Совместно с Ростовским институтом были разработаны и изготовлены около 20 макетов станций помех. Генераторы широкополосных шумов и антенные системы относились к ИРЭ (за мощные транзисторные генераторы шума отвечал Н.А. Максимов, за антенны А.С. Дмитриев). Приёмные устройства и автоматика разрабатывались Ростовом. Отладка станций осуществлялась совместно на полигоне Ростовского института вблизи посёлка Матвеев курган. Каждая из станций для определённости была названа женским именем. Весь комплект назывался "девочки" (Рис. 6).

Рис. 5. Авторское свидетельство на способ противодействия системам ДРЛОУ и устройство для его осуществления.

Рис. 6. Сотрудник ВНТЛ В.П. Иванов с одной из "д

Габариты "девочек" определялись размерами антенн и аккумуляторной батареи, электроника занимала пренебрежимо малое место.

Комплект станций был перевезен на полигон вблизи Оренбурга для испытаний. Аналог АВАКСа советский самолёт А-50 с РЛС "Шмель", базировавшийся в районе Ахтубинска, барражировал на расстоянии примерно 200-250 км от полигона, а на него со стороны Оренбурга вылетали Ту-16 и Миг-21. Испытания показали, что цели, оказавшиеся на линии РЛС-станции помех, успешно маскировались даже на расстоянии порядка 50 км от РЛС. Осенью того же года пара "девочек" вывозилась в ГДР, где работала уже по реальному АВАКСу, но в пассивном режиме (без включения передатчика помех). Измерения показали, что станции помех "видят" настоящий АВАКС и готовы излучить помеху. ОКР "Туман", проведенная на основе этой работы в Ростове, привела к постановке соответствующих средств на вооружение. Исполнители же, упомянутые в Авторском свидетельстве, а также сотрудники Воронежского центра и Ростовские разработчики были удостоены Премии Совета Министров СССР за 1989 год. Банкета по этому поводу уже не было — боролись с пьянством.

8. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ТУРИЗМ

Работы, проводимые лабораторией по созданию средств радиоэлектронного противодействия системам дальнего радиолокационного обнаружения, вызвали живой интерес у многих специалистов, занимавшихся в то время вопросами радиоэлектронной борьбы. В частности, речь пошла о постановке помех различным типам РЛС бокового обзора с синтезированной апертурой, о противодействии системам ПВО и ПРО

ЗАЛОГИН Н.Н.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

типа "Patriot", о противодействии РАС "Cobra Yudy" и др. Для проведения экспериментов предполагались поездки на Байконур, на Камчатку, на Тихий океан. Большой науки в этом деле не было, но так хотелось попутешествовать за казённый счёт, что отказаться было невозможно. Тем более, по сочетанию двух причин — серьёзной формой допуска к секретным работам и упорного нежелания вступать в ряды правящей партии я был абсолютно невыездным. Я вовсе не сожалею, что пренебрёг окончанием почти написанной докторской диссертации и отправился в эти путешествия. Впечатления остались на всю оставшуюся жизнь. Следует отметить, что в семидесятые годы мы уже выезжали на различные полигоны для выяснения эффективности воздействия сигнала шумотрона на РАС и станции радиоразведки. Работали, в частности, в Смолино Нижегородской области и на полигоне ПВО "Капустин яр".

Первая поездка состоялась на Байконур. В то время на орбите находился военный вариант космической станции "Салют", обозначаемый как "Алмаз". На нём летал экспериментальный образец РАС бокового обзора "Меч". Кстати, в несколько изменённом варианте "Меч" летал и на нашем институтском самолёте ИЛ-18, применительно к мирной программе дистанционного зондирования земной поверхности.

Выяснилось, что никакого Байконура на самом деле нет. Аэропорт, куда мы прилетели, имел название то ли "Дальний", то ли "Крайний". Городок, в котором жили, назывался Ленинск. Севернее Аенинска находился казахский посёлок с железнодорожной станцией Тюратам. Дальше на север параллельно уходили шоссе и железная дорога, вдоль которых размещались площадки полигона.

На Байконуре нас каждый день возили в район Гагаринского старта (примерно 35 км от Ленинска). Там мы свою шумелку прицепили к антенне РАС "Кама". Кама сопровождала ракеты на взлёте. Поэтому её лучом можно было управлять в широких пределах, как по азимуту, так и по углу места. В связи с особенностями орбиты "Алмаза" работать пришлось всего два или три дня. В свободное же время нас отвезли на площадку "Энергия-Буран". Посмотрели на эти машины в ангаре. Потом уже (существенно позже) узнали, что крышу ангара продавило снегом и изделия изрядно повредились. Как-то ночью возили на запуск ракеты "Протон" - впечатляющее зрелище. Инфразвук от работы двигателей первой ступени

вызывает дрожь в грудной клетке даже в пяти километрах от старта. Очень красиво в ночном небе отделяются "боковушки".

Следующая работа в интересах ракетчиков происходила в районе полигона "Кура" на Камчатке. Мы жили в военном городке вблизи посёлка Ключи. Другая группа (В.А. Бурыкин, С.О. Старков, Б.А. Хаджи) находились на корабле, который дрейфовал северо-восточнее Усть-Камчатска рядом с носителем РАС "Cobra Judy" кораблём "Observation Island" (Остров наблюдения). В то время согласно договорённости с США производилось уничтожение ракет средней дальности "Пионер" (SS-20). Ракеты уничтожались путём пусков из района Читы на полигон Кура. Насколько я понимаю, наша задача состояла в том, чтобы проверить эффективность маскировки головных частей ракеты перед входом их в атмосферу, а также посмотреть на реакцию американцев на эти действия. Работали мы по двум пускам, вылетая с аэродрома "Ключи" на самолёте АН-26. Подтверждением эффективности маскировки была калибровка РАС по выпущенному шару-зонду и нота с заявлением о том, что противодействие радиолокационным средствам судов в нейтральных водах является нарушением принятых международных норм.

Мы светили помехой на Кобру через иллюминатор самолёта, а взамен получали сильнейшее излучение РАС ПВО корабля. В итоге мы подавили Кобру Джуди, но нашему самолёту выжгли почти всю бортовую радиоаппаратуру. Аётчики были очень недовольны.

Когда мы только что прилетели в Елизово (аэропорт Петропавловска на Камчатке), неожиданно столкнулись нос в нос с сотрудниками лаборатории Б.Г. Кутузы, которые прилетели на Камчатку на своём ИА-18. Тут же договорились, что они как-нибудь пролетят мимо нас со своим "Мечом", а мы посветим на них помехой.

Рис. 7. Корабль "Обсервейшн Айленд". РЛС с ФАР "Кобра Джуди" в кормовой части.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

ИЛ-18 пролетел мимо нас два раза. Первый раз мы не работали, а второй пошумели на него. К сожалению обработка результатов производилась не в реальном времени, а в специальном центре под Москвой, куда мы не были допущены. О том, что мы надёжно задавили "Меч", мы узнали только через много лет. Но всё равно приятно.

В свободные от работы дни, а мы провели в Ключах почти месяц, был настоящий отдых. В одну из первых ночей смотрели за входом в атмосферу головных частей какой-то ракеты. Они светились как электрические лампочки. Ходили по отрогам Ключевской сопки, осматривали так называемые кратеры-паразиты, собирали грибы. Нас прокатили на самоходной десантной барже по реке Камчатке. Особенно запомнился полёт на вертолёте на Серединный хребет, где у принимавшей нас войсковой части была база отдыха. Там горячие источники, недоразвитые гейзеры с температурой воды порядка 900° и непериодическим выбросом на высоту менее метра, соседствовали с холодными ключами с температурой около 40°. Это позволяло делать открытые бассейны, с регулируемой температурой и купаться в них в любое время года.

Нерестовой рыбы в реке Камчатка было так много, что Андрей Иванович Панас - будущий директор Фрязинской части ИРЭ, сумел ногой выбросить на берег огромную нерку, мясо и икру которой все участники экспедиции ели два дня.

9. ТИХИЙ ОКЕАН

Оказалось, что наш визит на Камчатку рассматривался как репетиция более важного мероприятия. Днепропетровское КБЮ готовило испытание ракеты железнодорожного базирования. Пуски ракет предполагалось проводить с Плесецкого полигона в район Тихого океана юго-западнее Гавайских островов. Поскольку планировалось два района приводнения головных частей, нас разбили на две группы. В.А. Бурыкин, А.И. Панас и С.О. Старков отправились из Вилючинска на параходике "Чукотка" в точку южнее экватора. Я же с Н.А. Максимовым и А. Лящуком на таком же параходике, но с названием "Сахалин", из Корсакова отправился в район немного севернее экватора. Я не зря говорю параходик, поскольку кораблик польской постройки хоть и питался соляркой, но она грела паровой котёл, который, в свою очередь, приводил в движение паровую машину. Мне досталась каюта как раз над паровым котлом, и в тропиках это было весьма ощутимо.

Рис. 8. Пароход «Сахалин». «Чукотка» такая же.

Путь до точки предполагаемого приводнения головных частей занял несколько суток. Попали в довольно сильный шторм. Неприятно, но переносимо. Бортовая качка во время дрейфа противнее. А в дрейфе мы лежали почти всё время ожидания пусков. Три дня дрейфа — одна ночь возвращения в точку. Днем почти всё время проводили на палубе в задней части корабля, где находилась вертолётная площадка. В бинокль наблюдали за проходящими мимо огромными судами, перевозившими автомобили из Японии в Южную Америку. Видели китов, акул и множество летающих рыбок. Два раза видели во время захода Солнца зелёный луч. Солнце в этих широтах и в это время года опускается за горизонт практически вертикально. В последнюю секунду виден ярко-зелёный луч.

Работать во время этого путешествия нам не пришлось. Выяснилось, что "Обсервейшн Айленд" ремонтируется в доке где-то в районе Сан-Франциско и прибыть к испытаниям в заданную точку принципиально не сможет. В то время из каких-то южных морей возвращался огромный теплоход "Чажма". Нас с аппаратурой перевезли на вертолёте на "Чажму", где мы встретились с С.О. Старковым. Через несколько дней мы были уже в Вилючинске. В.А. Бурыкин и А.И. Панас прибыли в Вилючинск позже на флагмане космической флотилии "Академике Комарове".

Деньги, полученные за участие в экспедиции, были потрачены на приобретение персональных компьютеров. Это оказалось очень кстати, поскольку с развалом Союза финансирование всех работ практически прекратилось и единственной возможностью как-то заниматься наукой стало математическое моделирование.

10. ЛИХИЕ ДЕВЯНОСТЫЕ

В результате развала СССР, экономического кризиса и других факторов практически полностью прекратилось финансирование Академии Наук. По сути, занятие наукой превратилось в своего рода вид общественной деятельности. Особенно это сказалось на коллективах, занимавшихся преимущественно оборонной тематикой.

ЗАЛОГИН Н.Н.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

В.Я. Кислов в это время полностью переориентировался на медицинскую электронику. Сотрудники, продолжавшие заниматься вопросами, связанными с динамическим хаосом, в большинстве своём объединились с А.С. Дмитриевым. Я, честно говоря, предполагал, что Александр Сергеевич после достижения Кисловым критического возраста станет заведующим отделом электроники СВЧ. Дело в том, что в отличии от большинства сотрудников лаборатории, занимавшимися прикладными экспериментальными разработками, он активно вникал в теорию динамического хаоса и скоро вслед за В.Я. Кисловым в 1988 году защитил по этой тематике докторскую диссертацию. Но тут произошло то, что напоминает события в Северной Корее. Должность заведующего отделом была передана по наследству младшему сыну Владимира Яковлевича. Дмитриева же с сотрудниками перевели в отдел, который раньше возглавлял академик Юрий Борисович Кобзарев. В отделе А.С.Дмитриева продолжалась активная работа по информационным аспектам теории динамического хаоса. Подробнее об исследованиях и разработках этого коллектива можно узнать, обратившись к разделу Информационные и коммуникационные технологии на основе динамического хаоса (InformChaosLab) институтского сайта http:// www.cplire.ru/[6]. Скажу только, что по этой тематике в отделе были защищены три докторских диссертации. Большая работа по динамическому хаосу проводилась также в Саратовском филиале ИРЭ под руководством братьев А.П. и С.П. Кузнецовых (см. раздел "Динамический хаос" того же сайта) [7].

Во Фрязинской части ИРЭ, в лаборатории, возглавляемой В.И. Калининым, также продолжались работы по генераторам хаотических колебаний и их применениям в различных областях радиоэлектроники.

Я и ещё несколько сотрудников, оказавшихся не у дел, на первых порах занялись вопросами, связанными с алгоритмами генерации псевдослучайных цифровых последовательностей. Дело в том, что развитие электронной вычислительной техники, цифровых средств связи, навигации и др. требовали разработки таких алгоритмов, поскольку данных по этому направлению в открытой технической литературе практически не было. Желательно было создать алгоритмы,

обеспечивающие генерацию псевдослучайных последовательностей чисел возможно большего периода с хорошими статистическими характеристикам. При этом желательно было обеспечить сочетание относительной простоты алгоритмов с трудностями его идентификации при анализе последовательности. Для того, чтобы лучше понять суть дела было решено работать с последовательностями конечного набора целых положительных чисел. Вопрос о возможной величине периода стоит в этом случае наиболее остро.

В этой работе естественно предполагалось использование методов, использованных при создании моделей аналоговых генераторов хаотических колебаний, в сочетании с некоторыми логическими операциями, невозможными при моделировании таких генераторов. Основная идея получения больших периодов состоит в увеличении геометрической размерности системы, в которой происходит генерация. Были рассмотрены две основные группы алгоритмов. Это система, преобразующая на каждом шаге некоторый вектор, размерностью п — аналог системы из п дифференциальных уравнений. Другой вариант является аналогом системы с запаздывающей обратной связью, когда каждое последующее значение последовательности является функцией нескольких предыдущих значений. Для обеспечения работы с ограниченным количеством положительных целых чисел в алгоритмах применялась логическая операция — взятия остатка результата деления, получившегося при очередном шаге числа на максимальное из используемых чисел.

В результате проведенных исследований были получены зависимости гарантированного периода генерируемых последовательностей от размерности системы. Выяснилось, что работа с векторными уравнениями обеспечивает больший период, чем работа с системами с запаздывающим аргументом.

На основе проведенных исследований нами с В.В. Колесовым был предложен способ попиксельного шифрования изображений. Это в какой-то мере напоминает широко известный в криптографии способ двойной перестановки. Однако, в отличие от знаков и пробелов работа происходит с отдельными пикселями изображения. Полученные хаотические числовые последовательности позволяют это сделать. Оказалось, что при таком способе

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

удаётся восстановить целостное изображение даже при утере фрагментов кодированной матрицы. Подробнее об этом и о многом другом можно прочитать в книге "Широкополосные хаотические сигналы в радиотехнических и информационных системах", изданной издательством "Радиотехника" в 2006 году [8].

В последние годы нам удалось возобновить работы по использованию широкополосных хаотических сигналов в активной локации. На этот раз в гидролокации. Дело в том, что скорость распространения продольных акустических волн в водной среде примерно в 20 тысяч раз меньше скорости распространения электромагнитных волн в атмосфере. Это значит, что характерные для радиолокации длины волн зондирующего сигнала реализуются в гидролокации на частотах в десятки-сотни кГц. Современная компьютерная техника легко справляется с генерацией, цифро-аналоговыми и аналого-цифровыми преобразованиями сигнала, а также с корреляционной обработкой таких сигналов. Специфика гидролокации состоит также в том, что продольные волны в воде испытывают сильнейшее затухание, тем большее, чем меньше длина волны. В результате возникают серьёзные проблемы при разработке гидролокаторов с увеличенной дальностью действия. Привычные для гидролокации последовательности коротких импульсов с высокочастотным заполнением при увеличении расстояния до цели требуют увеличения временного промежутка между импульсами. Это необходимо для обеспечения однозначности при измерении дальности до цели. В результате резко снижается энергетика таких сигналов. Увеличение же продолжительности импульсов снижает разрешающую способность локации. Выход из кризиса связан с применением сложных сигналов, сочетающих в себе значительную длительность и тем самым энергетику с короткой функцией автокорреляции — хорошее разрешение по дальности. Использование сложных сигналов в гидролокации началось по традиционным для радиолокации путям. В частности, во Фрязинской части ИРЭ был разработан гидролокатор с использованием сигнала с линейной частотной модуляцией. Однако оптимальным для активной локации сигналом принято считать широкополосный хаотический сигнал. Длительность такого сигнала можно увеличивать практически неограниченно, обеспечивая

хорошую энергетику при сохранении высокой разрешающей способности по дальности.

В последние годы мы начали активную работу по математическому моделированию различных вариантов гидролокаторов с использованием широкополосных хаотических сигналов, а совместно с НИИП им. В.Тихомирова, что в Жуковском, и разработке таких гидролокаторов.

11. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В середине пятидесятых, кажется вскоре после двадцатого съезда, в МФТИ вдруг появился Петр Леонидович Капица. Он был одним из основателей Института и после так называемой Никологорской ссылки и возвращения в кресло директора ИФП АН СССР, решил посетить Долгопрудную и пообщаться со студентами. В актовом зале Института он провёл примерно часовую беседу с нами. Особенно запомнился мне призыв Петра Леонидовича никогда не заниматься в науке тем, чем вам не интересно заниматься. Это настолько противоречило официальным указаниям о производственной дисциплине — "делай то, что велит начальник", что запомнилось мне на всю жизнь. Следует отметить, что последние пятьдесят пять лет своей жизни я старался следовать совету Петра Леонидовича. Добавлю также, что многие сотрудники, с которыми работал или общался все эти годы, совершенно стихийно следовали заветам Капицы.

Вторая заповедь, которой мы старались следовать, принадлежала Николаю Дмитриевичу Девяткову. Он утверждал, что радиоэлектроника является технической наукой, и даже в Академии Наук, занимаясь радиоэлектроникой, необходимо стремиться к внедрению полученных результатов в технические разработки. Следует отметить, что точку зрения Девяткова активно поддерживал Владимир Яковлевич Кислов. Будучи заведующим лабораторией, временной научно-технической лабораторией, а затем и отделом, он умело сочетал научные исследования в области динамического хаоса с проведением разработок, направленных на создание уникальных средств радиоэлектронной борьбы и радиолокации. Получение нами Государственной премии СССР и двух премий СМ СССР было обусловлено именно сочетанием научных исследований по новому направлению в радиофизике с техническими разработками, позволившими внедрить результаты этих исследований в жизнь.

ЗАЛОГИН Н.Н..

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

ЛИТЕРАТУРА

1. Залогин НН, Кислов ВЯ. АС 28547 СССР. Заявка 961182 с приоритетом от 15.04.1963.

2. Lorenz EN. Deterministic Nonperiodic Flow. Journal of the Atmospheric Sciences, 1963, 20(2):130-141.

3. Мясин ЕА, Кислов ВЯ, Богданов ЕВ. АС 1053711 СССР. Заявка 0984513 от 8.07.1983 с приоритетом от 22.06.1967.

4. Feigenbaum MJ. Quantitative universality for a class of nonlinear transformations. J. Statist. Phys, 1978, 19:25-52.

5. Залогин НН, Калинин ВИ, Мясин ЕА, Сурин ВВ. Генератор шума СВЧ-диапазона. АС 936373 с приоритетом от 11.03.1980.

6. InformChaosLab. Информационные и коммуникационные технологии на основе динамического хаоса. http://cplire.ru/rus/ InformChaosLab/index.htm.

7. Теоретическая нелинейная динамика, Саратов. http://www.sgtnd.narod.ru/rus/index.htm

8. Залогин НН, Кислов ВВ. Широкополосные хаотические сигналы в радиотехнических и информационных системах. Москва, Радиотехника, 2006, 208 с.

Залогин Николай Николаевич

кт.н, с.н.с.

ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН

11/7, ул. Моховая, Москва 125009, Россия

[email protected]

DYNAMIC CHAOS IN IRE: THE EMERGENCE AND DEVELOPMENT Nikolay N. Zalogin

Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of RAS, http://www.cplire.ru/

Moscow 125009, Russian Federation

[email protected]

Abstract. A review of the work on microwave electronics in the Institute of Radioengineering and Electronics over the past 60 years is presented. The discovery in 1962 of the generation in a 3-cm autogenerator (a plasma-electron beam in a pulsed magnetic field) of broadband noise oscillations is described. The work on increasing the generated noise power and efficient matching of the generator with the external path, which led to the creation of a noise generator - a solid-state oscillator of chaotic oscillations with a large number of degrees of freedom, as well as work on creating a generator of masking noise of computers. The work on noise radar, on the creation of interference stations for various types of radar stations - counteraction to air defense and anti-missile systems, was noted. The work on information aspects of the theory of dynamic chaos, on the creation of algorithms for generating pseudo-random sequences for digital communication and navigation up to pixel-by-pixel image encryption was touched upon. The characteristic feature of the works is the introduction of the results obtained into technical developments. Keywords: microwave electronics, noise generators, noise location, noise stations UDC 519.6

Bibliography - 8 references Received 15.08.2018 RENSIT, 2018, 10(2):217-234_DOI: 10.17725/rensit.2018.10.217