Уголковые отражатели

7

Уголковые отражатели — это устройство, которое применяется для отражения радиолокационных или оптических лучей в направлении, противоположном первоначальному. Еще в недавнем прошлом оптические уголковые отражатели использовались только как скромное дорогное предупредительное устройство — на велосипедах, автоматических, поездах, на дорогных указаелях. Назывались они катафотами *). В настоящее время уголковые отражатели находят очень широкое применение: они используются и в навигащенной радиолокации, и в меторологии, и в космических исследованиях.

Как же «работает» уголковый отражатель?

Устройство его очень просто. На рисунке 1 приведены различные типы

*) «Катафот» (греч.) — отражатель света на зад к источнику.

Уголковые отражатели. Это может быть треугольная призма, две боковые грани которой взаимно перпендикулярны (рис. 1, а). Эти грани (ОAA’О’ и OBB’O’) с внутренних сторон покрыты тонким слоем материалов, хорошо отражающего свет. Уголковый отражатель может представлять собой четырехгранную парамиду (рис. 1, б), три взаимно перпендикулярные грани которой (AOB, BOC и AOC) посеребренны. Радиолокационные уголковые отражатели — это три взаимно perпендикулярные плоские пластины (рис. 1, с), изготовленные из материалов, хорошо отражающего радиоволны.

Как видно, уголковый отражатель можно схематично представить как система взаимно perпендикулярных плоских зеркал. Чтобы лучше понять принцип действия отражателя, рассмотрим, как изменяет ход световых лучей системы из двух таких зеркал ($3_1$ и $3_2$ на рисунке 2).

Луч S, падающий на зеркал $3_1$ под углом $\phi_1$, отражается от него (в точке A), попадает на зеркал $3_2$ под углом $\phi_2$ и отражается от него (в точке B). Легко видеть, что в результате отражений луч «поворачивается» на угол $2\phi_1 + 2\phi_2 = 180^\circ$, то есть луч отраженный паралелен лучу падающего и направлен в противоположную сторону.

Роль двух таких зеркал выполняется в отражатель-призме (рис. 1, а) грани ОAA’О’ и OBB’O’. Луч света, падающий на грань-«гипотенузу» ВAA’B’, после отражения в призме выходит стого в обратном направлении. Отметим, что предполнение луча на грани-гипотенузе не сказавается.

8

на «оборачиващем» действии отражаателя (рис. 3). (Очевидно, что если луч падающий и луч отраженный параллельный друг друг по одному сторону от преломляющей грани $BAA'B'$ — внутри угла, то они параллельны и по другую ее сторону.)

Однако отражаатель, состоящий из двух взаимно перpendикулярных зеркал, «обращает» только те лучи, которые лежат в плоскости, перpendикулярной к ребру двугранного угла, образованного зеркаlami. Это недостатка лишен отражаатель, состоящий из трех взаимно perpendикулярных зеркал. Покажем, что всякий луч, попавший на такой отражаатель и испытающий последовательное отражения от всех трех зеркал, изменит свое направление на прямо противоположное.

Для этого предварительно расстоянием, как изменяется единчный вектор, определяющий направление луча, при отражении луча от плоского зеркала. На рисунке 4 зеркало, $S$ — луч, падающий на зеркало под углом $\varphi$, $s$ — единчный вектор, определяющий направление падающего луча, $n$ — единчный вектор, перpendикулярный к плоскости зеркала, $s'$ — единчный вектор в направлении луча $S$. Представим как сумму трех составляющих $s_x, s_y$ и $s_z$, параллельных осем $X$, $Y$ и $Z$ соответственно. После первого отражения — отражения от зеркала $3_1$ — луч идет по направлению, определяемой единственным вектором $s'$. Составляющие вектора $s'$-это $s_x, s_y, s_z$, (составляющая $s_x$ вектора $s$, перpendикулярная к плоскости зеркала $3_1$, меняет знак на противоположную

9

ложный, а составляющие $s_y$ и $s_z$, параллельные этой плоскости, остаточная неизменными). Проследив последовательные отражения луча от зеркал $3_2$ и $3_3$, мы убедимся, что после третього отражения (от $3_3$) луч идет по направлению, задаваемому единующим вектором $s''$, составляющие которого равны соответствию $-s_x, -s_y, -s_z$. Значит, любой луч, попадающий на систему трех взаимно перpendикулярных зеркал, отражается этой системе в направлении, противоположном первоначальному.

Такую систему зеркал образуют три взаимно перpendикулярные посебренные грани углового отражателя-пирамиды (см. рис. 1, б). На лице «закрывающей» угол грани ABC не нарушает действия отражающих граней AOB, BOC и AOC.

Мы уже говорили о том, какое широкое применение находится угловые отражатели. Самые «старые» из них, кадафты, можно представить себе как набор отражателей-пирамиды, скопированных таким образом, что ребра двугранных углов, образованных отражащими граями, лежат в одной плоскости и повернуть друг относительно друга под всевозможными углами. Каждая та-кая призма отражает «назад» лучи, перpendикулярные к ребру двугранного угла. Отгого кадафот и каждая светащимся.

В повышенной практике угловые отражатели типа изображенного на рисунке 1, в использованной радиолокации. Например, бакены и буйки, снаженные такими отражателями, становятся более заметными для радиолокаторов. С помощью отражателей, прикрепленных к метеорологическим шарам-зондам, радиолокационным методом определяются скорость и направление ветра на большей высоте.

Уникальны по своему применению оптические угловые отражатели в космических исследований. Помещенный на искусственный спутник или на космический корабль отражатель позволяет с очень большой точностью определять расстояния до этих объектов. При этом в качестве луча лазера.

В 1969 году угловый отражатель был поставлен экипажем американского космического корабля Аполлон-II на Луну. Через год на Луне появился второй угловый отражатель — установленный на советском автоматическом самоходном аппарате

(Окончание см. на с. 46)