1 9 в 9
Серия «Строительство и архитектура» 12

Н. П. МЕЛЬНИКОВ,
доктор технических наук, профессор,
лауреат Государственных премий
АНТЕННЫЕ
СООРУЖЕНИЯ
(БАШНИ, МАЧТЫ, РАДИОТЕЛЕСКОПЫ)
ИЗДАТЕЛЬСТВО «3 Н А Н И Е»
Москва 1969

6С4Ш
М48
Автор этой брошюры — доктор технических
наук, профессор Н. П. Мельников является
одним из ведущих ученых нашей страны в
области металлостроительства, директором института
«ЦНИИпроектстальконструкция». Под его
руководством проведен ряд важных
научно-исследовательских работ и выполнено множество
проектов стальных конструкций доменных,
мартеновских, кислородно-конверторных, прокатных и
других цехов, промышленных зданий, резервуаров!
газгольдеров, антенных сооружений и т. п.
Н. П. Мельников — автор многих книг и
статей, освещающих теорию и практику
металлостроительства в СССР и за рубежом. Широкую
известность среди специалистов получила его
книга «Развитие металлических конструкций»,
содержащая всесторонний анализ проектирования,
изготовления и монтажа металлоконструкций
различного назначения. Большой интерес
представляет книга Н. П. Мельникова, написанная им
совместно с профессором И. С. Николаевым,
«Всемирная выставка в Брюсселе». Опыт работы
Н. П. Мельникова в области создания
специальных сооружений обобщен им в монографии
«Конструктивные формы и методы расчета
стальных конструкций ядерных реакторов»,
переведенной на английский язык.
За создание новых конструктивных форм
зданий и специальных сооружений Н. П.
Мельникову четырежды присуждено звание лауреата
Государственной премии. Он награжден
орденами и медалями.
3-2
Б.З. 61-1969-»

ВЫБОР ТИПА
АНТЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Антенные сооружения — башни, мачты и радиотелескопы
предназначены для размещения на них технологического и
радиотехнического оборудования для радиовещания, телевидения, земной и
космической связи и т. п. Отличительная особенность опор — башен и мачт —•
большая высота (по сравнению с размерами поперечных сечений),
поэтому их конструкции рассчитывают в основном на метеорологические
нагрузки— температуру, ветер, обледенение. Отличительная особенность
радиотелескопов — большая поверхность антенн. Их конструкции должны
удовлетворять жестким требованиям деформативности.
Развитие радиовещания, телевидения и электроники вызвало к жизни
антенные сооружения из новейших строительных материалов. Все они
делятся .на два типа. Первый тип — антенные сооружения с
расчлененными технологическими и инженерными функциями. Это башни и мачты»
поддерживающие проволочные, турникетные, остронаправленные,
рупорные, параболические и прочие антенны, а также различные специальные
устройства. 'Второй тип — антенные сооружения с совмещенными,
технологическими и инженерными функциями. Это радиотелескопы и их.
разновидность— интерферометры.
При выборе конструктивной формы антенных сооружений проводится-,
всесторонний анализ, результаты которого должны отвечать принципам:
советской конструкторской школы: удовлетворять технологическим и
эксплуатационным требованиям, минимальному весу, архитектурной
выразительности, простоте изготовления и монтажа, минимальной стоимости.
Башня — это жестко заделанная в основании консоль высотой 30—
500 м> и более. Как правило, башни бывают решетчатыми с треугольным,,
квадратным или многоугольным поперечным сечением. Анализ показал, что
их вес растет с увеличением числа граней поперечного сечения. Так как-
опоры работают в основном на ветровую нагрузку, очень важно выбрать
тип поперечного сечения элементов башен. Например, применение сечений
из труб по сравнению с сечениями из уголков снижает вес башни более
чем в 2 раза.
В зависимости от технологических, инженерных и экономических
требований, а также от технического уровня строительства в мире создана
множество типов телевизионных башен, различных по своим размерам и
форме. .В СССР типовые башни имеют высоту 150—200L м,
индивидуальные— 325—525 м. Строят башни из стали, сплавов алюминия и из
железобетона. Последний применяют в основном в европейских странах.
Железобетонные опоры, как правило, бывают высотой от 40 до 200 м. Самая
высокая в мире железобетонная башня (533 м)
сооружена в Москве.
Мачта — это жестко заделанная в основании или шарнирная кон--
соль, которая в отличие от башен поддерживается системой упругих
опор — оттяжек. Сечение мачт может быть круглым сплошным или
треугольным и квадратным решетчатым. Как правило, размер сечения этой*
опоры равен 0,9—2,5 м.
'В Советском Союзе разработаны цилиндрические мачты с круто
поставленными оттяжками, прикрепленными к стволу реями. Они занимают
промежуточное положение между башнями и мачтами с широко
расставленными оттяжками. Эти мачты целесообразно применять на затесненных
территориях.
Антенные сооружения для самого короткого диапазона радиоволн
превратились в сложные инженерные сооружения — радиотелескопы.
Так, площадь антенны (зеркала) радиотелескопа, улавливающего
радиосигналы из космоса, достигает 100 000 м2.
3

За последние два десятилетия в СССР проводились исследования
конструктивных форм башен, мачт ,и радиотелескопов. Очи установили
воздействие на них ветровой нагрузки в экспериментальных условиях и
натуре, колебание опор различной конфигурации, оптимальные типы сечений
их элементов и возможность использования при конструировании
антенных сооружений метода предварительного напряжения.
Поиски оптимальных аэродинамических показателей, правильное
определение ветровой .нагрузки, замена жестких раскосов решеток опор
гибкими, предварительно напряженными, а стержней стволов из уголков
трубчатыми стержнями—все это способствовало прогрессу в конструировании
•антенных сооружений. На основании проведенных исследований
установили, что опоры должны иметь такие формы, при которых воздействие
.ветровой -нагрузки будет наименьшим.
При создании радиотелескопов одной из многих проблем является де-
'формативность зеркала. Трудность ее решения связана с тем, что, если
деформации от внешних воздействий можно уменьшить путем увеличения
конструктивных сечений, то с деформациями от собственного веса
конструкций этого можно достичь лишь с изменением схемы сооружения и
соотношения его параметров. Оригинальный метод получения малых
деформаций зеркала радиотелескопа разработан в ЦНИИ проектсталькон-
струкция (ЦНИИПСК). Он основан на свойстве параболической
поверхности менять фокусное расстояние антенны ,в зависимости от деформаций.
Конструктивные формы опор прошли большой путь развития и
совершенствования. Еще в начале XX века появились оригинальные башни.
Шухова в виде сетчатых гиперболоидов вращения, нашедшие применение
в России и за рубежом. Сейчас наибольшее число опор — это решетчатые
башни, берущие свое начало от башни Эйфеля в Париже. В СССР, США,
Англии и Японии они достигают высоты 350 м. Еще большую высоту
имеют решетчатые мачты, выполненные в основном из труб. Во многих
странах применяют сплошностенчатую конструкцию мачт в виде трубы из
листовой стали. Такую конструкцию имеют мачты около Ольденбурга и
'Бремена в ФРГ (298 м), в Чехословакии (301 м), в Англии (380 м).
Самая высокая в мире мачта (535 м) возведена в г. Кейп
Джераро (США).
Сравнительный анализ показал, что наименее экономичные из всех
опор — железобетонные башни. Их строят в тех случаях, когда
первоначальная стоимость опоры не так существенна. Исследованиями
голландских инженеров установлен предел их рациональной высоты—100 м.
Поэтому в Голландии начали строить опоры комбинированного типа, нижняя
часть которых выполнена в железобетоне, а верхняя — в металле.
Наиболее оригинальна для такой конструкции опора в городах Смилд и Иссель-
лнтейн высотой до 370 м.
Однако стоимость опоры не всегда является основным критерием
выбора ее конструктивной схемы. Большое значение имеют технологические
и архитектурные требования. Всем этим требованиям удовлетворяют
металлические, железобетонные и комбинированные башни, а также
решетчатые и сплошностенчатые трубчатые мачты. Выбор того или иного типа
опор зависит от конкретных условий в каждом отдельном случае.
Если опору используют не только для радиотехнических целей, то
строят металлические или железобетонные башни, в противном случае —
решетчатые мачты. В последнем десятилетии почти половина опор
выполнена в виде мачт (при высоте 150—350 м они составляют 75% всех
опор). Трубчатые сплошностенчатые мачты по сравнению с решетчатыми
имеют преимущества в обслуживании и эксплуатации: в них^ создается
закрытое пространство .для размещения лифта и коммуникаций.
В табл. 1 приведены данные опор различных типов, построенных в
Европе, Канаде и Австралии.
Из таблицы видно, что при высоте до 1-50 м количество башен и мачт
примерно одинаково. При больших высотах башни строят реже, так как
их стоимость по сравнению с мачтами резко возрастает. Относительная
4

Таблица V
Типы опор
Металлическая решетчатая баншя
Металлическая решетчатая мачта
Металлическая сплошностенчатая
трубчатая мачта
Железобетонная башня
Комбинированная железобетонно-
металлическая башня
Итого
до 100
57
72
14
10
3
156
Высота
101—
- 150
31
30
10
2
2
75
в метрах
151-1
200
11
37
9
—
6
63
200 и
более
1
48
11
—
,—
60
исло
НОГО
V к
<и **
и" сх со
О о н
100
187
44
12
11
354
СО
О
*<-
5>*
К й>
►Г CJ»
% от
ОПОР Е
28,3
52,7
12,5
3,4
3,1
100,0-
стоимость башен и мачт высотой до 230 мл возведенных в Англии,
характеризуется следующими цифрами (за единицу принята стоимость
решетчатой металлической мачты): башни металлические—3; башни
железобетонные— 6; мачты сплошностенчатые трубчатые—1,4. Интересно
отметить, что, цо зарубежным данным, стоимость ствола мачты составляет
примерно одну треть от ее общей стоимости. В ряде случаев повышение
эксплуатационных нагрузок ведет к удорожанию опоры всего лишь на
7-8%.
Динамическое воздействие ветровой нагрузки в зависимости от
высоты антенных сооружений в разных странах принимают по-разному:
наибольшее оно — в Японии, вдвое меньшее — в Англии и значительно
меньшее во всех других странах. Заметим, что период собственных колебаний»
башен меньше, чем мачт той же высоты. Это также учитывают при выборе
типа опор..
С развитием антенных систем удельный вес постоянных и
технологических нагрузок возрастает, поэтому возникает необходимость пересмотра
конструктивных форм опор под углом зрения снижения «парусности»
технологических устройств и оборудования. Так впервые у нас в стране были.'
созданы трубчатые сплошностенчатые мачты диаметром 1,6—2,5 м с
системой вант с реями. Они отвечают основным принципам
аэродинамического подхода, поскольку их технологические устройства (фидеры,
волноводы и т. >п.) размещаются в стволе трубы.
При создании антенных устройств на опорах большой высоты
серьезное внимание уделяют проблеме длительного обледенения. Некоторые
антенные системы имеют нитевые поверхности, прочность которых
соответствует допускаемой величине гололеда для опорных систем. Значительно-
меньшая прочность нитей по сравнению с конструкциями опор делает
последние неуязвимыми для гололеда.
До недавнего времени опоры в Европе и США были исключительно
металлическими. Лишь в 50-х годах в Японии, Дании и ФРГ появились
железобетонные и комбинированные опоры высотой до 200 м. В США, как
правило, строили четырехгранные и трехгранные башни и мачты. В Европе
встречаются 'и многогранные опоры, например, шестигранная башня в
Милане высотой 1110 ли, Из 125 башен, построенных за рубежом в последнее-
десятилетие, 24 — железобетонные, а из 233 мачт —44 трубчатые. Есть и
железобетонные мачты.
Б СССР, в основном, строят решетчатые трубчатые башни и
сплошностенчатые трубчатые мачты высотой до 350 м и другие антенные
сооружения. На высотные опоры ежегодно расходуется более 200 тыс. т стали..

А Ш
Н И
В дореволюционной
Р ОС СИИ' ОПОрЫ IB ЫТЮЛН Я -
лйсь из дерева. В 192) 1 г.
в Москве была
сооружена (башня В. Г. Шухова
высотой 160 м,
образованная пятью
отряженными между собой
(поверхностями IB виде
гиперболоид 0|в вр ащ-ения (рис.
1). Ее (Коистру кти1В1Н'ые
элементы были сделаны
из швеллеров, «что
повышало воздействие
(ветровой щатружи. С '1935 г.
начали строить
стометровые башни с элементами
из уголков.
Рис J. БАШНЯ ШУХОВА.

Начиная с 1954 г. спали строить
четырехгранные башни для
телевидения .к (радиовещания (ЧМ)
высотой от 120 до 215 м.
В 1942 т. после проведения
ко м»п леке н ы х исе л едов-аний для
строительства опор- впервые
применили трубы. Первая трубчатая
башня трехгранного сечения (205 м)
была возведена ib Куйбышеве. Р,аз-
м-ер rpiaiH-Pi нижнего; ее сечения
15,5 м, верхнего — 2 м.
Вертикальные пояса башни —,и;з труб
диаметром от 152 до 426 мм.
Соединение Tjpy6 на фланцах, крепление
раскосов на болтах. Аналогичные
башни построены в Ленинграде и
Киеве.
В 1966 г. в Ленинграде, была
сооружена шестигранная решетчатая
трубчатая башня высотой 325 м
{рис. 2). Ее ствол (200 м) — шести-
лранная пирамида с базой шириной
60 м. Для улучшения
аэродинамических свойств все элементы башни
выполнены из 'горячекатаных труб
диаметром 133—426 мм. Здесь
впервые применены цельносварные
стыки без фланцевых соединений. Для
устойчивости в местах переломов
поясов башня имеет поперечные
диафрагмы. Прогиб ее ствола -—
1/130 высоты. Антенная часть
башни — 'Четырехгранная призма
высотой 101,5 м с переменным сечением
от 6X6 до 2x2 м. Венчают башню
турникетная и специальная
антенны общей высотой 13,15 м .Вес
башни — 1043 т.
Рис. 2. БАШНЯ В ЛЕНИНГРАДЕ.

Рис. 3. БАШНИ И МАЧТЫ
И СТРОЯЩИЕСЯ В СССР.
СУЩЕСТВУЮЩИЕ
ойо

53д
05
СО
О-
* UJ
со
ы
S
ъс
к
ы
3
03
1— *
05
с;
<
2667—2

В это же 'время для (городов Советского Союза были
.разработаны варианты телевизионных башен 'высотой 370 м
(рис. 4), iB которых пытались найти оригинальное (сочетание
'конструктивной и архитектурной форм. Конструктивное
решение этих опор подчинено требованиям размещения
телевизионного .и радиорелейного оборудования и обеспечения
нормативных величин деформаций. Основа всех «схем —
центральная лифтовая шахта (труба диаметром 3,0 ж),
одинаковые высота опоры и размер базы (90,0 м). Нужно было найти
решение стволов башен.
В вариантах 1, 2, 3 и 7 (ствол доходил' до- отметки земли и
поддерживался подкосами, шарннрно 'примыкающими к
фундаментам.
Рис. 4. СЕРИЯ БАШЕН, РАЗРАБОТАННАЯ

В ар-йаит 1. Трехгранный решетчатый «ствол с шириной
грани 15 м ширяется на два решетчатых подкоса. Один из
трех поясов бадшга служит шахтой лифта. Диаметр) двух
других 1,8 м. Решетка граней — перекрестная с рдапорками из
труб и paiOKOicaiMH из пучков параллельных проволок с
пределом текучести* а =120 кг/мм2.
■В ар'и анты 2 а 3. Шестигранный ствол в вида призмы с
щириной гр-ани 8 м поддерживают три юплошностенчатых
лодкою а-. Ребра призмы образуются поясами из двух труб
диаметром 629 и 720 мм (соответственно для вариантов 2 и 5),
а решетка граней — трубами диаметром 214 мм.
В вариантах 4—6 (ствол защемлен жестко соединенным с
ним порталам.
ДЛЯ ГОРОДОВ СССР.
и

Вариант 4. Восьмигранный ствол с шириной грани
8,3 м опирается на решетчатый портам. Элементы решетки
башен из труб диаметром 250—650 мм, пояса из :тр/у|б
высокопрочной -стали.
В а риант 5. Ствол в виде трехгранной пирамиды с
шириной грани 15 м опирается на решетчатый портал. Пояса
башни .из двух труб диаметром 1020 мм, элементы решетки
ив труб диаметром 400—500 мм.
Вариант 6. Шестигранный ствол ic шириной трани 15 м
опирается на сплошноетенчатый портал. Пояса, ствола из
одной трубы диаметром 2000 мм, -перекрестная решетка и р<ас-
порки rjpiaiHieft из труб диаметром 426 мм. Монтажные
соединения сварные.
Вариант 7. Ствол образован стержнями,
расположенными по ребрам установленных друг на друга октаэдров так,
чтобы грани соседних октаэдров совпадали. Размер ребра ■—
20 м. Роль .поясов и раскосов выполняют одни и те же
наклонные стержни треугольных граней октаэдров,
воспринимающие усилия и от изгибающего момента и от поперечонй силы.
Основные элементы башни из труб диаметром 1020 мм;
подкосы — еплошностенчатые, предварительно напряженные.
В табл. 2 приведены вес и стоимость каждого из семи
вариантов башни.
Таблица 2
№
варианта
1
2
3
4
5
6
7
Конструктивная схема поперечного сечения
Трехгранник несимметричный
Шестигранник
Шестигранник
Восьмигранник
Трехгранник симметричный
Ш естмгр анн ик аим м етричн ы й
Октаэдр
Вес, it
2092
2230
2110
2170
2261
2095
2010

Стоимость,
млн. руб.
2,|1
2,3
2*15
2,2
2*4
1,75
1/65
12

Некоторые из
f аасмо'тр'ен'ных в a-
риантов послужили
л|р«от отит ам,и б aimem,
проектируемых для
столиц (союзных
(республик СССР: Кие-
iB а, Алма-Аты,
Ташкента, Еревана,
Тбилиси (рисунки б, 6).
Рис. 5. БАШНЯ, СТРОЯЩАЯСЯ
В ТАШКЕНТЕ.
13

Рис. 6. БАШНЯ, СТРОЯЩАЯСЯ
В АЛМА-АТЕ.
14

Рис. 7. БАШНЯ-МАЧТА.
ПРОЕКТ СССР.
В 1957 г. в СССР был
создан проект самой
высокой металлической
опоры (550 ж), занимающей
п р о м ежу точное яолож е -
ние между башней и
мачтой (рис. 7). Ее
конструктивная схема—тру-
ба ic реями ,и 'крутошетав-
ленньши оттяжками. Оиа
дала возможность
уменьшить величину зажжения
(торга онтал ыную прое к-
цию) оттяжек, а
следовательно, и площадь
застройки опоры, ,и
'существенно 'Снизить ее вес. Эта
опора была одним из
вариантов, р азржботанных
для (Строительства
Останкина кой башни.
•.Л ::-.•:
■{:■:'■■■/'■ '■;.
•
I. ' ;-::'
X ' •'
&■. ■■:■.'-'
■щ
#
:•■
\ ■ : ••••
г;-
|. ••.-.•.J.;.;:;.--
1
&
1
1 ' ■<ЩШШ£
1
lli:lilS|
\,: ::■■■■ ШЙ:
IK^^^^S
.
15

В 1962 г. в Милуоки построили самую высокую в США телевизионную
башню высотой 329 м. Ее треугольный ствол (301,2 м) на 1,2 м выше
Эйфелевой башни. Ширина нижнего сечения ствола — 35 м, верхнего —
2,3 м. Высота портала — 32 м. По оси башни устроен служебный лиф г.
Расчетная ветровая нагрузка (293 кг/м2) соответствует скорости ветра
53 м/сек с учетом коэффициента пульсации 1,25. Элементы башни —
трубчатые стойки и решетки. Стойки диаметром 230 мм выполнены из стали
Т-1 с пределом текучести а=63—70 кг /мм2. Стыки стоек и фланцевые
стыки на высокопрочных болтах диаметром 83 и 63 мм. Общий вес башни —
730 т.
Бельгийская радиобашня высотой 200 м (см. рис. 8). построена в
1958 г Она выполнена из труб сечением 216x6,5; 140x4,5; 60x3 мм.
Стойки из стали повышенной прочности с пределом текучести ат = 36
кг/мм2у решетка — из малоуглеродистой стали. Стыки на болтах. Общий
вес башни 126 т.
386
370
16
Р и с. 8. БАШНИ И МАЧТЫ,

В 1957—1959 гг. в Токио построили четырхгранную решетчатую
башню высотой 330 м с шириной основания 80,0 м (см. рис. 8). Этажерка
башни начинается с отметки 253 м. Пояса башни из труб высокопрочной
стали SHT-52 с пределом текучести от=52 кг /мм2. Соединения элементов
до отметки 140 м на заклепках, выше — на болтах. Общий вес башни
3600 г (башня Эйфеля примерно той же высоты — 7300 г).
535
323
330
х
о
ланды!
ш х
г и
и» з
с* 5
£ ^
ё я
ФРГ
Токио
ЯПОНИЯ
Париж
I Франция!
ПОСТРОЕННЫЕ ЗА РУБЕЖОМ.

ш
ф •■
и
ж
-■''■'
ш
>:;:::
Решетчатая башня в
Кристалл Палас
(Англия) выюотой 205 м т ши*
рмной основания 36 м
'(рис. 9) inoiCTipoieHa ,в
1957 г. Модели -башня
были 'испытаны ib
аэродинамической трубе и
(Проверялись яа (вибрациоя-
1ные «аирузии. Амллитуда
колеб аний 1С01став!ил а
200 мм 'в каждую
сторону. До отметки 134 м oino-
pia — четырехпршная,
решетчатая; стержня из
уголшв a SO X 180X20 мм.
Выше, до отметки 156 му
сечения из 'круглых
стержней диаметром 203 мм;
до отметки 1.80 м —
диаметром 178 мм. Общий
вес башня — 450 'т.
Рис. 9. БАШНЯ В КРИСТАЛЛ ПАЛАС
(АНГЛИЯ).
18

Достижения науки и техники в области высоких опор достаточно иллюстрируют
проектное предложение башни высотой 4000 м (рис. 10), разработанное в Японии для
г, Сёрмки. Решетчатая коническая башня с радиусом основания 400 м будет стоять
на железобетонном фундаменте. Внутри башни запроектирован жилой дом (в плане
в виде кольца) высотой 100 м (33 этажа), в котором будут проживать 25 тыс.
человек. Он будет смонтирован из облегченных металлических конструкций заводского
изготовления Его каркас жестко соединится с металлическим стволом башни. На
высотах 1000, 2000, 3000 м будут сооружены смотровые площадки, а на высоте
4000 м -— метеорологическая станция и центр космической связи. В стволе башни
разместится необходимое количество лифтов, обслуживающих все ее помещения.
С Токио башню соединит высокоскоростная магистраль, которая будет доставлять к
ней десятки тысяч пассажиров. Ориентировочная продолжительность строительства
башни — 10 лет.
Анализ метеорологических данных показал, что на высоте 4000 м скорость
ветра — 100 м/сек, что соответствует ветровой нагрузке в 625 кг]см2. Для расчета
принято среднее ее значение— 330 кг/м2. Конструкции башни из нержавеющей стали с
пределом текучести ат = 35 кг]мм2. На рис. 10 приведены кривые веса башни в
зависимости от стали различных марок. Из рисунка видно, что, применяя
сверхпрочную сталь с пределом текучести а =240 ка/мм2, можно снизить вес башни до 300
тыс. г. Общий вес — 500 тыс, т, стоимость — 160—200 млрд. иен.
4000
350000
ЗОООООг 3000
5 250000
X
X
о
200000
3 150000
с
ю
*> 100000
со
50000h
бт=240к7мм*
1000 2000 3000 4Q00
Высота башни Н в метрах
Рис. 10. ПРОЕКТНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ БАШНИ
ДЛЯ Г. СЁРМКИ (ЯПОНИЯ).
19

Для обозрения острова Хонсю ib Япошки разр.аботано
проектное предложение сигарообразной трехгранной башни
высотой 3750 м (рис. 11), Ее стержни и /перекрестная решетка из
труб. Башня упор ей лен а поперечными диафрагмами. Внутри
центральной трубы запроектированы лифты, лестницы и
технологи веские коммуникации. Сходящиеся в вершине лояса
переходят >в надстройку в -виде усеченного конуса, в которой
-будут размещены смотровые галереи, салоны, ресторан,
технические и служебные помещения. П-очрътие надстройки
будет использовано для посадки вертолетов. Нижнюю часть
башни поддер'живают оттяжлси. Их анкерами служат мощные
пирамидальные здания, используемые для различных
учреждений.
Материал башни —
сталь Т-1 1С пределом
текучести а т = 60—70
кг/мм2 и
высокопрочный сплав алюминия
7075-Т6 с пределом
текучести ат = 42 кг/мм2.
Расчетом учтены
скорость ветра на
вершине башни — 130 м/сек
.и обледенение
толщиной 300 мм. Для
поддержания на большой
в ы соте атм ос ф ер н ог о
давления в
помещениях надстройки
предусмотрен1 не о б ход им ы й
«подпор» воздуха.
Наружная оболочка
надстройки рассчитана на
внутреннее давление в
35 кг /см2 с тем, чтобы
учесть ветровой
«подпор» и «отсос».
Ориентировочная стоимость
этой башни — 200
млрд. иен.
Рис. 11. ПРОЕКТНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ БАШНИ
ДЛЯ ОСТРОВА ХОНСЮ (ЯПОНИЯ).

МАЧТЫ
В СССР
разработаны и широко
примеяются три
типа (решетчатых мачт
треугольного
'сечения (рис. 12):
типовые ю1блег-
чееные мачты из
круглой стали
,(высота 45—120 ж,
база 0,8 м)\
типовые мачты
из труб ('выюота
100—250 ж, 'база
1235ж);
■инвентарные
мачты (йьгсота 150—
400 м3 база 2,2 м).
Типовые мачты
состоят из
отдельных секций длиной
от 4,5 до 7,5 м.
Кроме типовых,
разработана оерия ци-
л ин дрИ'Ческих ком -
бнниронанных мачт
с реями (высота
150—400 ж, диаметр
до 2,2 м).
ьоом
2200
Рис. 12.
ТИПОВЫЕ МАЧТЫ, СТРОЯЩИЕСЯ В СССР.
В круге: узел крепления
оттяжек к поясам мачт.
21

»С .развитием
телевизионных 01гтю|р'
увеличивается их технологическое
оборудование, для
обслуживания iKO'TOipoiDQ 'неабхо*
дим мех аиив^ров арный
B-eipiTiKiKа.льный траншор т.
О пиши а л biHio й для этого
т/р сбою а(Н!ия оказ ал ась
мачта 1С трубчатым
шлониностанчаггьим
(Стволом. На рис. 13 (показан
ф р. атмшт га лошностен ч а -
той 'трубчатой мачты
(высотой 310 ж, союружш-
ной с 1958 -г. (под
Москвой. ,В iee стволе
(размещены лифт и лестница-
стремянка. Монтаж этой
мачты
осуществлялся'ползучим кршом.
Рис. 13. ФРАГМЕНТ СПЛОШ-
НОСТЕНЧАТОЙ ТРУБЧАТОЙ
МАЧТЫ В ОБНИНСКЕ.
22

Всесторонний анализ опор
высотой 350—500 м на основе
технологических,
архитектурных и экономических
требований позволил найти
принципиально новое и для
отечественной, и для зарубежной
практики решение —
комбинированную мачту высотой 500 м (рис.
14), оптимально сочетающую в
себе все выше перечисленные
качества, обеспечивающие и
экономию металла, и
значительное- сокращение сроков
строительства.
Толщина стенок этой
мачты 16—20 мм. Внутри ее
ствола размещены лифт, фидоры и
кабели. Ствол укреплен
четырьмя ярусами оттяжек с
заложением 100 м. Каждый ярус
имеет три оттяжки из тросов
закрытого типа диаметром 50—.
73,5 мм, с временным
сопротивлением стали 180 кг/мм2. С
целью уменьшения
деформаций и периодов собственных
колебаний оттяжки снабжены
реями. По характеру работы
такая конструкция
приближается к башне с размером
основания 100 м и растянутыми
элементами повышенного
сопротивления. По весу эта
мачта сравнивалась с
шестигранной башней, имеющей пояса из
труб диаметром 720—1420 мм,
распорки решетки также из
труб и раскосы из тросов
закрытого типа, предварительно
натянутых до величины, равной
половине допускаемых
напряжений.
Рис 14. КОМБИНИРОВАННАЯ
МАЧТА С РЕЯМИ И КРУТО
ПОСТАВЛЕННЫМИ
ОТТЯЖКАМИ. ПРОЕКТ СССР.
23

Рис. 15. МАЧТА В ВИННИЦЕ.
24
Комбинированная мач-
га высотой 353 м
построена в Виннице (рис. 15).
Это юамая нышкая мачта
в Европе. Ствол
диаметром 2,5 ж
поддерживают четыре яруса вант с
заложением до 120 м.
Успешное строи тел ьство
этой системы обусловило
ее применение и -в ряде
других городов.

В (последнее время появились интересные проектные
(предложения комбинированных мачт (высотой 372 м (рис. 16). Их
вес — 1300—1500 т, что в «1,5, a mo стоимости в 2 раза
меньше по сравнению с башенным вариантом.
Дальнейшее енижение веса 'металлических мачт
возможно лишь при полной 'модернизации их (конструкции.
Металлическая мачта е расчалками и реями, с помощью
дополнительных элементов включенными \в работу (системы, представляет
со!бой новую комбинированную конструкцию е меньшим
весом. 'Применение опор такого типа высотой 180—500 м даст
экономию (металла в 25—40%.
В '1961 т. был .разработан проект типовых радиорелейных
опор с железобетонным цилиндрическим (стволом, усиленным
Рис. "16. КОМБИНИРОВАННЫЕ МАЧТЫ, РАЗРАБОТАННЫЕ В СССР.
25

вантовымл оттяжками. -В табл. 3 приведены данные стальных
и железобетонных мачт вьпсотой 50—300 м. Из таблицы
видно, что железобетонную опору цел|есоо1б|р1азно применять три
высоте до 100 ж.
Таблица 3
Высота
50
100
120
200
300
Железобетонные мачты
вес
металла, т
27
48
62
154
280
стоимость,
тыс. руб.
40
56
,66
122
226
Стальные мачты
вес
металла, т
62
108
127
214
335
стоимость,
тыс. руб.
33
48
56
100
193
Показатели ъеюа, для .различных шриантов телевизионных
ма.чт приведены \в табл. 4.
Таблица 4
Наименование
оборудования
Три телевизионные антенны;
одна антенна ЧМ-веща-
ния; 4 фидера диаметром
300 мм; 4 фидера
диаметром 200 мм; устройство
для лифта; кабели.
Турникетная телевизионная
антенна и антенна ЧМ-ве-
щания с обычным
оборудованием
Тип сооружения
Шестигранная башня
Мачта с трубчатым
сплошностенным
стволом и реями:
ствол металлический
ствол железобетонный
мачта с трубчатым
сплошностенчатым
стволом без рей
Мачта решетчатая с
поясами из труб и реями
То же, без рей
Вес опоры, т
при высоте
300 ж
900
570
320
450
300
250
400 м
1800
1000
630
800
480
800
500 м
2100
1250
750
1000
700
600
26

В СССР 'разработано проектное предложение трехгранной
мачты выюотой 4000 м (рис. 17). Размер «сечения ее ствола ■—
15 м. Пояса кз труб диаметром 2000 мм. Через каждые 425 м
ствол (подкреплен расчалками диаметром 400—500 мм (©сего
девять ярусов). Каждая расчалка 'состоит из тросов
диаметром 80 мм. На рисунке приведены кривые 'веса мачты в за-
еисимоети от 'прочности применяемой стали. При
«сверхпрочной с пределом текучести ат = 240 кг /мм2 вес мачты —
100 тыс. г; с пределом текучести а =24 кг/мм2 — 300 тьпс. т.
За рубежом разработано большое количество мачт о
решетчатым и трубчатым 'стволом. Данные стандартных
радиомачт треугольного -сечения, сооруженных фирмой Вин чартер
(США), приведены в табл. 5.
^4000
350000Ь
300000Ь
О 250000
х
о
ь
ш 200 000
ь 150 000
т
О
I
% 100 000
со
50000 Н
1000 2000 3000 4000
Высота мачты Н в метрах
V и с. 17. ПРОЕКТНОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ МАЧТЫ, РАЗРАБОТАННОЕ
В СССР.
27

Таблица 5
Высота, м
128,0
107,0
94,0
64,0
46,0
32,0
Ширина сечения, ом
70
38
47
36
36
34
Вес, кг/пог. м.
75
67
60
53
53
45
В 1959 -г. © Балтиморе (США) была то строен а ма'чта
новой конструкции — «Канделябр» высотой 222 м («см. рис. 8).
Ствол — решетчатая треуголньая призма юо стороной 3,65 м.
Пояса ствола из высокопробной круглой стали Т-1
диаметром 146—178 мм. Раскосы из круглой стали диаметром 25—
45 мм. Распорки из двух уголков 100X75x6,6 мм. Мачту
поддерживают четыре яруса оттяжек из тросов диаметром 33—
48 мм. На отметке 200 м устроена телевизионная этажерка.
Общий вес ма(чты — 500 т.
В 1957 г. ,в т. Мендлшем (Англия) сооружена треугольная
решетчатая мачта высотой 305 м (ем, рис. 8), Размер- ее
сечения 2,6 м. Элементы из круглой стали. Стыки поясов на
фланцах, крепление решетки на болтах. Мачту поддерживают
четыре яруса1 оттяжек,
В Англии, в городах Хаддерюфилд, Винтер Хил и Белмонт
построены мачты выштой до 386 м (см. jpinic. 8).
Трубчатый еплошноетенчатый ствол этих мачт диаметром
2,74 м возвышается до отметки 272 м„ Он состоит из
оцинкованных сегментов в 1/4 окружности длиной 3,05 м,
соединенных фланцами и болтами. Далее, до отметки 380 м идет
решетчатая треугольная этажерка (размер стороны — 1,982ж).
Стержни ее из круглой стали. Мачту по трем направлениям
поддерживают шесть ярусов оттяжек из спиральных тросов
диметром 30,2—76 мм. Цилиндрическая форма мачты
обеспечивает восприятие вертикальных нагрузок, минимальное
ветровое сопротивление и обслуживание внутренним лифтом.
Сигарообразная мачта треугольного сечения высотой
318 м, весом 180 г была построена фирмой Блауноке (США)
для радиостанции в Будапеште (см. рис. 8). Это* была самая
высокая сигарообразная мачта в мире, уступавшая по
высоте лишь небоскребам Эмпайр Стаэйт Билдишг и Крейслер
Билдинг в Нью-Йорке. Мачта разрушена во время войны.
В 1958—1960 it» в ЧССР были построены две мачты
высотой 301 и 305 м (см* рис. £). Стволы мачт — трехгранные
решетчатые призмы с шириной грани 2,9 м — собраны из
отдельных заводских секций. Их пояса из труб
низколегированной стали сечением 191X20, 159X16 и 159X12 мм.
Мачты по'Ддер'Живаются четырьмя ярусами оттяжек.
28

Наиболее 'интересный
представитель африканских
решетчатых мачт — мачта
(высотой 535 м \в ir. Кеип Джераро
(рис. 18). Ее ствол —
решетчатая трехгранная призма с
элементами ш 'круглой стали
диаметром 108—189 мм.
Ширина грани — 3,05 м. Ствол
состоит ив девятиметровых
секций, соединенных болтами
на фланцах. Для соединений,
работающих на срез,
применены рифленые "болты. Раскосы
из круглой стали диаметром
20—35 мм подвергались
предварительному натяжению.
Мачту по трем натравленном под-
держивают шесть ярусов
оттяжек, изготовленных ш
оцинкованных проволочных
'канатов диаметров 35—45 мм.
Рис. 18. МАЧТА В КЕЙП-
ДЖЕРАРО (США).
29

В г. Штейнкиммен (ФРГ) построена радиомачта высотой 298 м (рис.
19). Ствол мачты из стальной трубы диаметром 2 м с толщиной стенки
от 6 до 10 мм поддерживают четыре яруса расчалок из пучков проволоки-
диаметром 4 мм. Внутри ствола размещается лифт. Цилиндрические
секции ствола соединяются заводскими и монтажными болтами. Мачта
рассчитана на ветровую нагрузку от 80 до 155 /сг/ж2. Прогиб ее не
превышает 2 м.
,298,0
Рис. 19. МАЧТА В Г. ШТЕЙНКИММЕН (ФРГ),

РАДИОТЕЛЕСКОПЫ
Долгое время астрономические наблюдения велись в
(весьма узком диапазоне спектра, соответствующем
оптическому о>кну прозрачности земной атмосферы ib видимых лучах.
В 40-х годах было обнаружено еще одно окно прозрачности в
р.адиодиапазоне с длиной волн от 1 мм до .10 м. Изучением
объектов этого диапазона занимается радиоастрономия.
Освоение электромагнитных волн наукой и техникой шло
от оптических волн к радиоволнам. В первый период
исследования основывались на изучении отраженного солнечного
света и инфракрасного излучения. Спектральный анализ
излучения небесных тел говорил о температуре и химическом
составе их газооболочки. Эти оптические методы
развиваются, совершенствуются и в наше время. С созданием же
высокочувствительных радиоприемных устройств и больших
систем ,в 50-х «годах нашего столетия стало возможным
исследование радиоизлучения планет, а затем и отраженных ими
радиоволн, посылаемых с Земли. Радиофизические методы
позволяют определить физические свойства, микроструктуру,
температуру слоя вещества ж т. п.
Развитие радиоастрономии тесно связано с развитием
радиотелескопов. С увеличением размеров антенн растет
угловая разрешающая способность радиотелескопов и
улавливаемая энергия электромагнитного излучения. Например, при
изучении" Луны можно обойтись радиотелескопом с
параболическими антеннами диаметром от 1 до 20 м, а для
изучения слабого излучения Марса нужны антенны диаметром
30—70 м.
Для работы на миллиметровых и сантиметровых волнах
используют крупные зеркальные отражающие поверхности в
виде параболоидов вращения. Разрешающую способность
радиотелескопа повышают путе1м увеличения отношения
размеров его антенны <к используемой длине волны. Для
разрешения в одну угловую минуту размер антенны радиотелескопа
должен составлять 3800 длин волн, а точность ело
изготовления — 1/16 длины волны. Б о л ь ш и е р а>з м е р ы, в ы с о-
кая точность и малая деформ ати вн ос ть —
особенности конструкций антенн радиотелескопов.
31

Антенна 1 (рис. 20) — главное зеркало радиотелескопа —
улавливает .радиосигналы и натравляет их ,в приемное
устройство 2, в котором эти сигналы фиксируются. Бели
приемное устройство располагается вне фокуса, устанавливается
вспомогательное зеркало 3. Наличие этого зеркала в
радиотелескопах ICO .сферической поверхностью обязательно.
Антенна может передавать сигналы и с Земли. В этом случае
преобразование радиоволн идет в обратном порядке, а вместо
приемного устройства устанавливается передатчик. Чем
больше площадь главного зеркала, тем больше энергии оно
улавливает, однако по радиотехническим соображениям площадь
главного зеркала не должна превышать 100 000 м2.
Для сантиметровых и дециметровых волн наиболее
совершенный типы антенн — параболическая чаша: в ней длину
принимаемой волны легко изменить, сменив маленькую
антенну, помещенную в фокусе рефлектора. Параболические остро-
направленные антенны обладают большой универсальностью,
широкополо1сностью, простотой и технологичностью в
изготовлении, относительно малой стоимостью. Поэтому они
получили самое широкое распространение.
Наземные поворотные устройства радиотелескопов
испытывают воздействия от собственного веса, ветра, снега,
гололеда, температуры, ,а
также инерционные и
сейсмические, Со|вр е-
менные наука и
техника создают
полноповоротные радиотелескопы
с площадью зеркала
104—10б м\ с дефор-
мативностью его
поперечного размер а
1/Ю^—(1/105, причем
при нормальной
скорости ветра допуски на
отклонение ловер-хн о -
сти зеркала от
параболической измеряются
миллиметрами.
Создание же
радиотелескопов для волн длиной
от 3 до 300 см
представляет .большие
инженерные трудности.
Прием
Передача
Прием
Передами
Рис. 20. СХЕМА РАДИОТЕЛЕСКОПА.
32

В Советском Союзе и за рубежом проектируют и строят
различные /радиотелескопы больших размеров, причем
советские р адиотелее коп ы для коем.и ческой
связи оказались самыми точными в мире.
На рис. 21 показаны радиотелескопы, разработанные и
построенные в СССР. Они бывают трех типов:
первый — с вр.ащающимся зер.к а лом-отражателем, но
неподвижно закрепленным на нем облучателем;
.второй — с неподвижным зеркалом-отражателем, но
перемещающимися одним или несколькими облучателями;
третий — радиотелескопы больших размеров в виде
высечек из параболоидов вращения плоскостями, параллельными
земле (высота высечки значительно меньше ее длины).
Радиотелескопы первого типа (с
вращающимся зеркалом). Из отечественных радиотелескопов этого
типа следует отметить конструкцию ФИАН, построенную под
Москвой в 1959 )г. (см. рис. 21, № 12). Радиотелескоп
обладает высокой разрешающей способностью. Диаметр его
параболического зеркала — 22 м, фокусное расстояние — 9,5 м,
Вес радиотелескопа около 500 т
Уникальный по разрешающей способности радиотелескоп,
работающий на сантиметровых волнах, построен для
Крымской астрофизической обсерватории. Его конструкция
аналогична конструкции ФИАН.
В нашей стране построен радиотелескоп с восьмизеркаль-
ной антенной, смонтированной на едином поворотном
механизме (см. рис. 21, № 2). Металлические чаши антенны
отражают волны дециметрового диапазона так же хорошо, как
зеркало отражает свет. Контррефлекторы, собирающие
отразившиеся радиоволны, расположены на четырех опорах. Они
превращают радиоволны в параллельный пучок и
направляют в облучатель, выступающий из чаши рефлектора.
Металлический волновод отводит их в усилители, расположенные
под мостом, в цилиндрической опоре, вокруг которой
антенны вращаются в горизонтальной плоскости; в вертикальной —
они перемещаются специальным механизмом. Управление
движением антенн ручное полуавтоматическое и автоматическое
с помощью вычислительной машины
33

Рис. 21. РАДИОТЕЛЕСКОПЫ, ПОСТРОЕННЫЕ И РАЗРАБОТАННЫЕ В СССР.

1
и'1
£Ш:
! Ш
1111
1§
Ч~х-
Рис. 22. РАДИОТЕЛЕСКОП «РАКОВИНА». ПРОЕКТ СССР.
К мосто-башенным радиотелескопам .(антенны которых
поддерживаются фермами, опирающимися на башни) относится система «Раковина»
(рис. 22). Размеры ее антенны 40x60 м.
Радиотелескоп, работающий на волне
8,5 мм, построен для морской
исследовательской лаборатории США (рис. 23). Его
зеркало диаметром 25 м опирается на
металлическую башню с мощной опорой.
Вращение антенны вокруг вертикальной л
горизонтальной осей осуществляется с
помощью гидравлической установки с
синхронным управлением. Отражающая
поверхность радиотелескопа из алюминиевых
литых секций, прошедших на заводе
механическую обработку с точностью ±0,25 мм.
Расчетом предусмотрена нормальная
эксплуатация антенны при скорости ветра
25 м/сек, но в горизонтальном положении
она выдерживает ветровую нагрузку со
скоростью 50 м/сек.
Рис 23. РАДИОТЕЛЕСКОП
МОРСКОЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬ-
СКОР! ЛАБОРАТОРИИ США.
36

Один из крупнейших мосто-
б ашенных радиотелес котов
«Джодрелл-Бшк» (рис. 24)
построен в 1955 г. для
английской обоерв ато!р1И1И). Ди аметр
его п ар або лического зеркал а
76,25 м. Изготовлено оно из
стали, в виде решетчатой таг
стемы, облицованной листами
0,9 жХ0,9 мХ2 мм (всего 700
штук). Зеркало подвижно
опирается на две решетчатые
башни , соединенн ые решетч а го-й
фермой. По ней ходят
специальные тележки,
удерживающие башни в нужном
интервале при перемещении их
по кольцевым путям. Ферма
имеет центральную опору —
ось вращения зеркала, в
горизонтальной плоскости.
Вращение в вертикальной —
осуществляется поворотом чаши.
Общий вес радиотелескопа
около 2000 т. Аналогичный мо-
сто-башенный радиотелескоп с
зеркалом диаметром 76,25 м
построен в Манчестере
(рис. 25).
Рис. 24. РАДИОТЕЛЕСКОП
«ДЖОДРЕЛЛ-БЭНК»
(АНГЛИЯ).
: •' " ' • . " :_:::.-::::::.:::.-.-.-:
Рис. 25. РАДИОТЕЛЕСКОП В МАНЧЕСТЕРЕ.
37

В 1956 г. на горе Штокер (ФРГ)
построен радиотелескоп, работающий на вось-
мимиллиметрозых волнах (рис. 26). Его
зеркало диаметром 25 м опирается на
железобетонную пирамидальную
восьмигранную башню высотой 16,35 м. На ее
вершине имеется специальный металлический
шпиль — вертикальная ось вращения
зеркала. Опорная конструкция антенны —
радиальные стальные решетчатые фермы,
поддерживаемые наружным кольцом.
Зеркало облицовано листами из сплава
алюминия толщиной 2 мм, перфорированными
квадратными сечениями 100X100 мм.
Допускаемое отклонение поверхности зеркала
от параболической ±10 мм, фактическое
±5 мм, что составляет 1/42 длины волны.
Расчет поверхности радиотелескопа
удовлетворяет двум условиям: при скорости
вет^а 15 м/сек максимальное искажение
точности измерений не должно быть более
5 мм-, при скорости ветра 42 м/сек и
снеговой нагрузке 75 кг/..'2 антенна
радиотелескопа не должна иметь остаточных
деформаций.
Рис. 26. РАДИОТЕЛЕСКОП
НА ГОРЕ ШТОККЕР (ФРГ).
Крупнейший башенный радиотелескоп диаметром 64 м построен в 1961 г. з
Австралии (рис. 27). Его зеркало имеет пространственную конструкцию из труб. Внут-
оенняя и наружная поверхности зеркала соединены поперечными связями.
Рис. 27. РАДИОТЕЛЕСКОП В АВСТРАЛИИ.
38

Рис. 28. РАДИОТЕЛЕСКОП ИЗ ДВУХ
ПЕРПЕНДИКУРЯНЫХ АНТЕНН В ВИДЕ
ВЫСЕЧЕК ИЗ ПАРАБОЛИЧЕСКИХ
ЦИЛИНДРОВ (СССР).
Радиотелескопы
второго типа (с
неподвижным главным
зеркалом). iB 1953 г. в
СССР построен,
радиотелескоп, (СОСТОЯЩИЙ ИЗ
двух перпендикулярных
антенн, образующих в
плане крест (рис. 28).
Он, ip азработая Фирмче-
сиим институтом
Академии наук и предназначен
для работы )в диапазоне
дециметровых и метровых
волн. Пов'ерхности
радиотелескопа (имеют форму
выдачек из пар аболиче-
ского цилиндра,
размером 40X1000 ж, общая
площадь антенн —
80 000 ж2. Вращение их
о/существляетея вокруг
горизонтальной оси,. Этот
радиотелескоп исследует
ciBqpxKopoiHy Солнца.
Считают, что е его помощью
в диапазоне метровых
ВОЛН МОЖНО ПОРУЧИТЬ №0-
вые сведения о- мношх
тьпсячах дискретных ис-
Т0'41ни ков. Ан алотичн ы й
радиотелескоп построен в
о бюерв аторш* Кембридж -
ското университета.
33

Рис. 29. РАДИОТЕЛЕСКОП В ВИДЕ ВЫСЕЧЕК
ИЗ ПАРАБОЛОИДА ВРАЩЕНИЯ. Проект СССР.
В 1955 г. у нас в стране построен радиотелескоп в виде высечки из параболоида
вращения со сторонами 50X50 м (рис 29). Вращение его антенны осуществляется
вокруг трубчатой системы, на которую опираются консольные фермы рефлектора
высотой 3.5 м. Между фермами устроена клетка из балок, на которую опирается
отражающая поверхность — стальная сетка с ячейками 40X40 мм.
Повышение эффективности радиотелескопов связано с повышением точности их
измерений и разрешающей способности, которые можно обеспечить, увеличивая
площадь антенны. (Разрешающую способность может повысить и переход на
коротковолновый диапазон, что связано с повышением деформативности и точности
изготовления антенны). Радиотелескопы диаметром 200 и более метров наиболее
целесообразны с неподвижным отражающим зеркалом и перемещающимся облучателем.
Для такой конструкции стремятся использовать естественные или искусственные
котлованы.
В СССР для Бюраканской астрофизической обсерватории разработан проект
двухзеркального радиотелескопа в земляной чаше (см. рис. 21, № 10). Диаметр
сферического зеркала — 200 м. Телескоп уверенно работает в диапазоне волн от 3 до
10 см.
В г. Аресибо (США) строят радиотелескоп в земляной чаще с зеркалом
диаметром 300 м, высотой 48 м, очерченным радиусом 265 м (рис. 30). Над чашей
рефлектора подвешена на вантах 150-метровая платформа с приемным устройством. К ней
подвешена система ферм с нижней поверхностью, очерченной радиусом 132,5 м,
являющейся фокусом для сигналов, отраженных стационарным рефлектором.
Алюминиевые антенны длиной 29 м прикреплены к нижнему поясу ферм под углом 20° к
вертикальной оси. С помощью механического и электрического приводов
подвешенные фермы вращаются вокруг этой оси. Три пилона вантовой системы расположены
на окружности диаметром 428 м (два из них — высотой 80 м, один — 120 м). Чаша
рефлектора покоится на стальной сетке, поддерживаемой стальными пучками
проволоки, закрепленными в шести точках по контуру чаши, общий вес устройства —■
550 г.
Рис, 30. ПОПЕРЕЧНЫЙ РАЗРЕЗ РАДИОТЕЛЕСКОПА В ЗЕМЛЯНОЙ
ЧАШЕ, СТРОЯЩЕГОСЯ В Г. АРЕСИБО (США).
4®

Рис. 31. ПЕРИСКОПИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАДИОТЕЛЕСКОПА
В Г. НАНСЕИ (ФРАНЦИЯ).
В 1962 г. в г. Нансей (Франция) построен неподвижный радиотелескоп, у
которого вокруг горизонтальной оси вращается перескопическая часть антенны с малым
зеркалом (рис. 31). Поворот вокруг вертикальной оси осуществляется за счет
вращения Земли. Площадь главного зеркала радиотелескопа 15 000 м2.
Расчеты показывают, что наиболее экономичны комплексные радиотелескопы,
суммарная поверхность антенн которых эквивалентна одной большой антенне. В
СССР разрабатываются конструкции такого типа, например, радиотелескоп,
состоящий из шести сферических антенн диаметром 300 м каждая (рис. 32).
Рис 32 РАДИОТЕЛЕСКОП ИЗ ШЕСТИ СФЕРИЧЕСКИХ АНТЕНН,
v и с. az. гам РАЗРАБОТАННЫЙ В СССР.
41

Радиотелескопы третьего типа (в виде высечек из
параболоидов вращения). Эти радиотелескопы при сравнительно небольших
затратах имеют большие поверхности зеркал. Они состоят из неподвижных
отражателей, длина которых значительно больше высоты, и рупорных
облучателей, расположенных в фокусе отражателей.
В 1957 г. в СССР для Пулковской обсерватории по схеме С. Э. Хай-
кина был построен такой радиотелескоп с высокой разрешающей
способностью по одной координате (рис. 33). Отражатель — высечка из
параболоида вращения плоскостями, параллельными земле. Его длина — 120 м,
высота — 3 ж. Из-за небольшой высоты он мало чувствителен к помехам.
-Антенна собрана из отдельных щитов, которые, вращаясь, могут изменять
направление луча. В фокусе антенны расположен облучатель,
установленный на земле.
iK этому же типу "радиотелескопов можно отнести- системы
для наз-емиюй связи с использованием июоюсферного рассей -
ваиия или тропосферного отражения. Первая система (см.
рис. 121, № 5) состоит из зеркала из виде высечки из
параболического цилиндра и облучателя. Поверхность зеркала. —
40X54 м.
Система неподвижная, с однозначным направлением (рабочая площадь
таких радиотелескопов может быть от двух до десяти тыс. м2\ допуски
отклонения их поверхностей от параболических ±30 см). Вторая система
(см. рис. 21, № 6) имеет поддерживающую конструкцию высотой 40 м,
шириной 20 ж и отражающее зеркало — квадратную высечку из
параболоида вращения размером 20X20 м. Облучатель находится в фокусе
параболоида, непосредственно на земле. Поверхность зеркала сделана из
биметаллической проволоки с ячейками 50x50 мм. Допуски отклонения его
поверхности от параболической ±10 мм.
Рис 33. РАДИОТЕЛЕСКОП ПУЛКОВСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ
(СССР).
42

Рис. 34. ИНТЕРФЕРОМЕТР В КАЛИФОРНИИ.
В радиоастрономии наряду с радиотелескопами используют
интерферометры, представляющие собой комбинации параболических антенн,
работающих в одном режиме. Они измеряют положения с точностью до долей
дуговой минуты и ширину источника, менее одной минуты. На рис. 34
показаны рефлекторы интерферометра, построенные в Калифорнии
диаметром 27 м. Строящийся в США интерферометр Кристиансена, состоящий из
32 параболических антенн диаметром 2 м, показан на рис. 35. Антенны
расположены по линии восток—запад длиной 217 м.
Р н с. 35. ИНТЕРФЕРОМЕТР КРИСТИАНСЕНА
43

НОВЫЕ ИДЕИ И ВОЗМОЖНОСТИ
РАЗВИТИЯ
АНТЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Процесс использования спектра радиоволн идет непрерывно.
Применение километровых, метровых, дециметровых, сантимертовых и,
наконец, миллиметровых радиоволн существенно влияет на конструктивные
формы высотных сооружений. Так, использование длинноволновых
диапазонов потребовало создания радионавигационных антенн, подвешенных на
высоких опорах, а также сетчатых, синфазных, турникетных, рупорнопара-
болических, зонтичных, остронаправленных, многодиапазонных и других
антенн.
Оснащение опор большим количеством антенн привело к переходу от
башен к мачтам. К концу 50-х годов высота мачт уже достигла 350 м.
К этому времени теория и практика строительства высотных сооружений
обогатились новыми идеями, принципами и разработками конструктивных
форм значительно больших размеров.
Развитие науки и специальных отраслей техники и в дальнейшем
будет стимулировать создание новейших типов антенных сооружений с все
возрастающими размерами, малыми деформациями, повышенными
аэродинамическими свойствами, с оптимальными весом, трудоемкостью и
стоимостью. Создание таких сооружений связано с развитием теории
формообразования, поисками новых решений, использованием прогрессивных
возможностей и идей, которые, как показывают подсчеты, улучшают
параметры антенных сооружений и снижают расход стали, идущей на их
строительство, до 40%.
Какие же это возможности?
Первая возможность — дальнейшее повышение механических
характеристик сталей. Если 10 лет назад мы располагали сталями с
пределом текучести ат=24 кг)мм2 и соответственно с удельной прочностью
(отношение предела текучести к объемному весу) около 3 • 105 см, то в
настоящее время вполне реальны стали с пределом текучести ат=70 кг/мм2,
а для тросов — 120 кг/мм2. В перспективе, в 2000 г., вполне возможна
применение стали с пределом текучести ат=300—350 кг/мм2 и удельной
прочностью — 4,4 • 10б см, т. е. в 15 раз более высокого качества. Это
означает, что можно будет создавать оптимальные конструкции опор
высотой в 4—5 км и антенны радиотелескопов диаметром 1000 м. Улучшение
качества алюминиевых сплавов также существенно повысит их
механические характеристики и снизит собственный вес конструкций почти в три
раза, так как удельная прочность алюминиевого сплава выше, чем стали.
Огромные возможлости развития конструктивных форм оиор таятся и
в применении полимеров. Их удельная прочность в два раза выше, чем у
алюминиевых сплавов! Полимеры — материал будущего. Они позволят
создать антенные сооружения, защищенные от метеорологических
воздействий прозрачными поверхностями, а также системы радиотелескопов с
антеннами больших диаметров.
Вторая возможность — совершенствование способов еоедине-
44

ния элементов конструкций антенных сооружений. Прежде всего это
относится к сварке. Начиная с 40-х годов сварка в нашей стране достигла
высокого уровня. По объему сварных конструкций СССР занимает первое
место в мире: 99,9% всех конструкций — сварные. Дальнейшее развитие
электродуговой, электрошлаковой, контактной сварки, а также сварки
электронным лучом позволит создать эффективные конструкции башен,
мачт и радиотелескопов.
Опоры с плоскими решетчатыми гранями благоприятны для
контактной сварки, которая в отличие от электродуговой одновременно соединяет
элементы конструкций во многих узлах. (Контактная сварка повышает
производительность труда в 3—4 раза). Сварка электронным лучом
позволяет создать специальные агрегаты для сварки трубчатых стволов методом
поточного производства.
Необходимо и дальнейшее развитие пайки. Паяные конструкции
обладают повышенной надежностью и малой деформативностью. С помощью
пайки делают очень точные поверхности зеркальных антенн из тонких
металлических листов или сеток. Исследование, проведенное кафедрой
сварочного производства МВТУ, дает возможность уже сейчас организовать
новый тип производства паяных конструкций.
Перспективны также соединения на эпоксидных смолах |(клееные
конструкции антенн) и на высокопрочных болтах. Первый опыт применения
в антенной технике высокопрочных болтов дал очень хорошие результаты.
На очереди — испытание клее-болтовых соединений.
Создание эффективных монтажных соединений элементов опор
большой высоты ставит задачу выполнения их без участия человека. В Японии,
например, разработаны монтажные соединения основных поясов башен с
помощью взрыва.
Третья возможность — совершенствование горяче- и холодно-
формованных профилей из стали и алюминиевых сплавов. Особенно
эффективны тонкостенные замкнутые трубчатые профили из стали и сварные
профили оптимальных форм сечения из алюминиевых сплавов,
создаваемые путем проката, изгиба и экструзии .(прошивки).
Четвертая возможность — прогресс в изготовлении
металлоконструкций. На будущих заводах основой технологического процесса
станет автоматическая электросварка, газовая резка, а также поточное
производство элементов конструкций с применением механизации,
автоматизации и электронного управления. Эффективные способы производства
позволяют получить высокую точность изготовления конструкций
антенных сооружений, повысят иидустриальность их монтажа и снизят
стоимость.
Пятая возможность — применение электронно-вычислительных
машин. С их помощью при статических и динамических расчетах, анализе
надежности антенных сооружений можно решать сложнейшие задачи с
высокой степенью неопределимости. Уже сегодня мы в состоянии
проанализировать напряженное состояние антенн радиотелескопов с числом
неизвестных, равным 2,5 • 103. В прошлом решить такую задачу практически
-было невозможно и приходилось довольствоваться приближенными
результатами. Особенно велико значение электронно-вычислительных машин для
•оптимизации конструктивных форм антенных сооружений. Возможносгь
проанализировать неограниченное количество вариантов с учетом
различных факторов формообразования позволит создать опоры, обладающие
высокими технико-экономическими показателями.
Таковы основные возможности, определяющие перспективное развитие
антенных сооружений. Кроме того, за последние годы теория и практика
создания этих сооружений обогатились новыми идеями и принципами. В
чем их сущность?
Первая идея — предварительное напряжение конструкций. Она
зародилась в 50-х годах и прошла экспериментальный период,
подтвердивший технико-экономическую эффективность предварительно напряженных
конструкций. Именно эта идея позволила перейти в решетках башен со
45

стержней из уголков на хорошо обтекаемые стержни с круглым сечением.
Сегодня в нашей стране уже созданы оригинальные башни, мачты и
радиотелескопы с применением предварительно напряженных конструкций.
Прогрессивность этой идеи заключается, с одной стороны, в
возможности регулирования напряженного состояния конструкций, а с другой —
в расширении экономически выгодного диапазона применения сталей
высокой прочности для элементов, работающих на центральное и внецентрен-
ное сжатие. Известно, например, что площадь сечения растянутых
элементов обратно пропорциональна механическим характеристикам материала.
Другое дело — сжатые элементы, несущая способность которых прямо-
пропорциональна модулю упругости, мало изменяющемуся с ростом
механических характеристик стали: увеличение их в 10 раз не сопровождается-
ростом модуля упругости. Он является как бы барьером для уменьшения
расхода сжатых элементов. Идея предварительного напряжения
конструкций обходит этот барьер, сжатие элемента можно перевести в растяжение
и тем тамым исключить влияние модуля упругости.
Вторая идея, которая даст возможность создавать прогрессивные
конструктивные формы антенных сооружений, — это идея концентрации
материала. Она заключается в правильном его распределении как в самой
конструктивной форме, так и в сечениях ее элементов. Это может
существенно снизить не только вес конструкций, но и их трудоемкость.
Третья идея — создание аэродинамической прочности и
устойчивости конструктивных форм антенных сооружений. Изучение воздействия
ветровой нагрузки показало, что сооружения, рассчитанные на
максимальное давление ветра, не всегда обладают динамической прочностью при-
значительно меньших ветровых давлениях, вызывающих опасные
резонансные колебания. Так, в результате резонанса в США в 1942 г. произошло
разрушение крупнейшего в мире Такомского моста. Исследованиями,
проведенными в нашей стране в 1941 г., установлена зависимость ветрового
давления от размеров и типов сечений элементов. Оаказлось, что опоры из
труб по сравнению с опорами из уголков испытывают в три раза меньшее
ветровое воздействие.
Четвертая идея — совмещение функций, например:
технологических и несущих, ограждающих конструкций — с основными. Последнее-
особенно перспективно при создании сферических радиотелескопов (родо-
мов), у которых система каркаса составляет единое целое с тонкой
ограждающей пленкой, а также куполов антенн диаметром 300—400 м с тонкой-
прозрачной оболочкой.
Таковы в основном новые идеи и возможности дальнешего развития
антенных сооружений. Их реализация приведет к прогрессивным
конструктивным формам с очень большими размерами. С ростом опор
увеличится их вес и стоимость, поэтому ведется непрерывная работа по созданию*
новых облегченных опор с реями высотой 500—800 м.
В настоящее время стоит вопрос об использовании широкой
номенклатуры антенных систем: для прямой наземной связи, связи через
спутники и другие системы, действующие на расстоянии 10—15 и более тыс. км.
Антенны, работающие на расстоянии 1000—2000 км, используют-
ионосферное рассеивание и проектируются в виде сетчатых зеркал.
На принципе тропосферного рассеивания с дальностью в 500 км
построены антенны в виде высечек из параболических цилиндров с поверхностями,,
образованными проволочной сеткой. В настоящее время уже
разрабатываются антенны диаметром более 300 м. Исследование показывает, что при-
таких размерах они должны быть неподвижными.
Разработанные в СССР конструктивные формы башен, мачт и
радиотелескопов занимают видное место в мировой практике металлостроитель-
ства. Дальнейший прогресс в этой области с учетом новых идей и
возможностей связан с ростом геометрических размеров высотных
сооружений и расширением диапазона задач: ионосферная и тропосферная связь,
радиоастраномия, космическая радионавигация, двусторонняя связь с
межпланетными станциями и космическими кораблями, дальная радио- к*
46

телесвязь через искусственные спутники Земли и т. п. Широкий круг
вопросов обусловливает и многообразие конструктивных форм. В настоящее-
время радиотехника выдвигает требования к максимальному размеру
площади (105 м2), а также к форме и точности антенн. Эта проблема
осложняется тем, что практически абсолютные размеры допусков получить
невозможно. Еще труднез обеспечить неизменяемость поверхности антенн от-
метеорологических нагрузок. Требования жесткости к антенным
сооружениям в 100 раз больше, чем для самых сложных строительных
металлических конструкций; допуски на отклонения — 1 мм и менее, а на
отклонения в пространстве — угловые секунды.
Теоретические и конструктивные разработки антенн для космической
связи, сделанные в различных странах мира, направлены на оптимизацию
их конструктивных решений, в результате которой расширяются
возможности использования антенн для работы на более коротких длинах волн,,
увеличатся размеры антенн, уменьшится их стоимость и сократятся сроки
строительства. Большую работу в этой области проводит всесоюзное
объединение Союзметаллостройниипроект, занимающее у нас ведущую роль в
проектировании больших антенн.
Теоретические иссаедования в области оптимальных конструктивных^
форм полноповоротных зеркальных антенн, которые
Союзметаллостройниипроект проводит с 1956 г., а также достаточно большой опыт по их
изготовлению и строительству, говорят о целесообразности применения в
несущих каркасах полярно симметричной структуры расположения силовых
элементов, с членением их на пространственные габаритные блоки
заводского изготовления. Такое решение, обеспечивая регулярность
деформационной картины отражающей поверхности, а значит, и малые искажения
теоретического- профиля, переносит всю сложность изготовления каркаса
антенны с монтажной площадки на завод. Монтажные операции в этом
случае сводятся к сборке и стыковке ограниченного количества блоков и
не сопровождаются дополнительными потерями точности.
В настоящее время уже созданы антенны, размером в несколько
десятков метров с отклонением фактической поверхности от теоретического
профиля в доли миллиметра. Их стоимость — десятки миллионов рублей.
Сооружение таких объектов ощутимо даже для наиболее развитых стран.
Именно поэтому при создании радиотелескопов уделяют огромное
внимание не только повышению их эффективности, но и вопросам экономики,,
удешевлению существующих конструкций и поискам принципиально новых
решений.
Освоение, разработка и наладка башен, мачт и радиотелескопов
интереснейшая научная и инженерная область, в которую вовлечены массы
высококвалифицированных специалистов. Романтика этой работы
привлекает людей всех возрастов, и они трудятся самоотверженно и с
увлечением. Новые задачи, новые исследования ждут тех, кто призван их
осуществить.

СОД ЕРЖАН И Е
ВЫБОР ТИПА АНТЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ . 3
БАШНИ 6
МАЧТЫ 21
РАДИОТЕЛЕСКОПЫ . ... 31
НОВЫЕ ИДЕИ И ВОЗМОЖНОСТИ РАЗВИТИЯ
АНТЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ' 44
НИКОЛАЙ ПРОКОФЬЕВИЧ МЕЛЬНИКОВ
АНТЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ
(башни, мачты, радиотелескопы)
Редактор И. В. Фролова
Худож. редактор Т. И. Добр о воль,нова
Техн. редактор Г. И. Качалова
Корректор И. И. П о р ш н е в а
Обложка М. Дорохова
А 02074. Сдано в набор 17/Х 1969 г. Подписано к печати 2/ХП
бумаги 60X90/I6. Бумага типографская № 1.
л. 3,0. Уч.-изд. л. 2,82. Тираж 28 500 зкз. Изда-
». Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4. Заказ
изд-ва «Знание». Москва, Центр, Новая пл.,

9 коп.
Индекс 70099
'2Я*~
^сьзйМ
£>»<
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЗНАНИЕ»
Москва 1969
/*Vif*
-V^—* ^
«iid
^