К 75-летию начала аэрологических наблюдений в России

30 января 2005 года - большая и важная дата в истории гидрометеорологических наблюдений не только в нашей стране, но и во всем мире. В этот день 75 лет назад в 13 часов 44 минуты по московскому времени с территории Аэрологической обсерватории в г. Павловске (Главная геофизическая обсерватория) был выпущен в свободный полет первый в мире радиозонд. Радиозонд поднялся на высоту 7.8 км, где была зарегистрирована температура минус 40.7°. Менее чем через час (32 минуты полета) после запуска в Ленинградское бюро погоды и в Центральный институт прогнозов в г. Москве было послано первое в мире оперативное аэрологическое сообщение. Это означало колоссальный прорыв в технике метеорологических наблюдений -открылась возможность получать сведения о состоянии свободной атмосферы до высот вначале около 10-15 км, а впоследствии - 25-30 км.

Изобретателем первого в мире гребенчатого радиозонда и метода его использования для исследования атмосферы является выдающийся советский ученый-аэролог Павел Александрович Молчанов (трагически погиб в годы Великой отечественной войны). Конструкция радиозонда Молчанова, наиболее простая и дешевая, выдержала испытания временем и лишь спустя 30 лет была заменена более современными моделями.

Уже в 1932 году во время проведения программы международного полярного года ученые Германии пригласили автора изобретения профессора Молчанова П. А. принять участие в организованной ими экспедиции в Арктику на дирижабле “Граф Цеппелин” и обеспечить выпуск своих радиозондов (планировалось 10 штук) в полярных широтах. Сотрудниками Павловской обсерватории под руководством проф. Молчанова были подготовлены 12 экземпляров радиозонда, выпуск которых прошел штатно, как и планировалось.

П.А.Молчанов

ИЗ книги Эрнста Кренкеля "RAEM - мои позывные"

«Научную часть этой международной экспедиции(речь идет о полярной экспедиции на борту дирижабля ЛЦ-127 "Граф Цеппелин" ) возглавил Рудольф Лазаревич Самойлович. Кроме него, советскую науку на цеппелине представлял также и другой крупный ученый - известный советский аэролог профессор П. А. Молчанов. Аэрология в ту пору еще лишь формировалась, но профессор Молчанов уже преподавал эту дисциплину, имел много трудов, а главное, успел сделать изобретение, которое иначе, как прекрасным даром человечеству, и не назовешь. Профессор Молчанов изобрел первый в мире радиозонд.

Молчанов - невысокого роста, с корпулентной фигурой, а попросту говоря, очень тучен. Его серый костюм всегда тщательно отутюжен, над туго накрахмаленным воротничком безукоризненно белой рубашки сияет круглое, добродушное лицо с аккуратно подстриженными усами и белесыми, выгоревшими бровями. Лицо Молчанова буквально источало доброжелательность.

Профессор оказался весельчаком, и мы тотчас принялись выкладывать друг другу наши запасы анекдотов. А затем сыскалась еще одна точка соприкосновения - Молчанов великолепно разбирался в радиотехнике. Радио тоже стало темой наших бесед, из которых я узнал, что микрорадиопередатчик зонда он не только сам сконструировал, но и изготовил собственноручно. И это не было только лишь искусством рук радиолюбителя. Профессор Молчанов столь тонко знал радиотехнику, что сумел разработать систему кодирования всех параметров, которые регистрировал радиозонд, забравшись на большие высоты.

Конечно, нынешние радиозонды существенно отличаются от первых. То время и наши дни - разные эпохи в радиотехнике. Но радиозонд Молчанова - первопроходец высоких слоев атмосферы, и я горжусь, что мне пришлось участвовать в одной экспедиции с этим выдающимся ученым, наблюдать запуски его радиозондов с борта дирижабля.

В районе Северной Земли произошел запуск радиозонда. Процедура была не из простых, несмотря на то что в оболочке дирижабля для этого существовал специальный люк. Прежде всего из одного газгольдера брался водород для наполнения пятикубометровой оболочки. Затем к аэростату подвешивался коротковолновый радиопередатчик. Чтобы радиозонд не повредил дирижабль, зацепившись за какую-нибудь выступающую часть конструкции (гондолу, винт и т. п.), к зонду подвешивался точно рассчитанный груз, который увлекал его вниз. После нескольких секунд падения автоматическая гильотина с часовым механизмом отсекала этот грузик, и зонд уходил на высоту, передавая в эфир показания своих приборов.»

Механическая часть конструкции первого радиозонда

С 1935 года изготовление радиозондов было поставлено на промышленную основу, для чего в Ленинграде на заводе “Геофизприбор” был создан соответствующий производственный участок, а в Гидрометеорологической службе была организована система станций аэрологического зондирования атмосферы. С этого времени изучение и прогнозирование развития атмосферных процессов стало основываться на трехмерном анализе их развития, да и развитие авиации к тому времени требовало уже практического использования результатов этих измерений для обеспечения безопасности полетов.

С технической точки зрения радиозонд проф. П. А. Молчанова оказался настолько совершенной конструкцией, что до 1958 года применялся практически без существенных изменений, обеспечивая достаточную точность измерений, регулярность , надежность и сравнимость результатов зондирования. С 1935 года к измерениям температуры и давления был добавлен еще и канал измерения влажности воздуха, что завершило (обеспечило) полноту комплекса всех термодинамических характеристик атмосферы.

Основу устройства автоматики радиозонда П. А. Молчанова составляла система кодирования сигналов, которая выполнена на секциях гребенок с прямоугольными зубцами, по которым перемещаются стрелки, управляемые датчиками.

Моменту перехода стрелки с одного зубца на другой соответствует изменение сигнала радиозонда, при этом каждому моменту перехода на другой сигнал соответствует определенное, достаточно точное значение измеряемой величины ( температуры, давления, влажности).

Отличительной особенностью гребенчатого радиозонда П. А. Молчанова также была и сравнительная дешевизна как самого прибора, так и оборудования для его применения. Так для приема сигналов достаточно было простейшего радиоприемника прямого усиления КУБ - 4, который успешно использовался во время Отечественной войны в армейских подразделениях.

Обработка принятых сигналов также не требовала дорогостоящего оборудования, все процедуры выполнялись на разработанных планшетах и графиках. Следует отметить, что точность зондирования и к настоящему времени практически соответствует той, которая была достигнута в первых образцах прибора.

Надежность функционирования прибора была подтверждена в процессе широкого применения вплоть до 1958 года, когда он было заменен новой конструкцией (радиозонд “Волна”), которая просуществовала всего несколько лет, после чего потребовалась дальнейшая ее модернизация.

Информация, получаемая с сети станций радиозондирования, является основой для анализа и прогноза погоды, метеообеспечения авиации. Данные радиозондирования атмосферы широко используют в работе многие отрасли народного хозяйства: транспорт, энергетика, оборонные организации, а среди научных дисциплин - аэроклиматология, атомная энергетика, физика атмосферы и другие.

За 75 лет существования метод радиозондирования атмосферы претерпел огромные изменения - от приема информации на слух до полностью автоматического, от громоздкой ручной обработки данных до полной автоматизации этого процесса вплоть до автоматической подачи аэрологических сообщений в специализированные каналы связи, от прибора весом около 2-х кг до миниатюрного устройства легче 200 г.

В настоящее время радиозонды являются основным средством получения оперативной информации о состоянии тропосферы и нижней стратосферы. Несмотря на прогресс в развитии спутниковых методов и средств дистанционного радиозондирования методу радиозондирования нет альтернативы по оперативности и надежности измерений.

Мировая сеть высотного зондирования насчитывает более 900 пунктов. В России выпуски радиозондов осуществляются на 129 аэрологических станциях, из них две станции находятся в Антарктиде.

Молчанов и фрагмент его книги «Аэрология» с описанием первого пуска