50 - е годы прошедшего столетия были временем бурного развития авиационной, ракетно - космической техники. Разработки новых летательных аппаратов требовали и соответствующего радиоэлектронного обеспечения в том числе и в части СВЧ - генераторов малой мощности (до 1 Вт).
Доминировавшие тогда отражательные клистроны не обладали широкой электрической перестройкой частоты и не могли применяться в упомянутой аппаратуре. Необходимую перестройку имели только что появившиеся в то время электровакуумные СВЧ генераторы - лампы обратной волны (ЛОВ). Однако применение ЛОВ в ракетно-космической технике было затруднено, поскольку их вес достигал нескольких килограммов, а объем значительно превосходил допустимый предел.
Причина тому заключалась в необходимости использования для фокусировки электронного потока крупногабаритных и тяжелых магнитных систем в виде соленоидов или постоянных магнитов.
Поэтому легко понять желание отечественных и зарубежных исследователей и разработчиков - обеспечить в ЛОВ безмагнитную фокусировку электронного потока. Предлагались различные варианты периодической электростатитческой фокусировки (ПЭФ) на спиральных и штыревых замедляющих системах и устройства с центробежной электростатической фокусировкой. Однако получить ЛОВ с безмагнитной фокусировкой, не уступающей по своим электрическим параметрам приборам с магнитными системами, так и не удалось.
Стало ясно, что успех может быть достигнут лишь тогда, когда поток электронов даже при значительных пульсациях не будет покидать область интенсивного электромагнитного поля. Проверив на специальном макете фокусирующие и электродинамические свойства новой системы и убедившись в ее эффективности, мы подали заявку на изобретение и в 1959 г. получили на конструкцию ЛОВ авторское свидетельство № 217538 (авторы: Алексеенко А.М., Самородов Ю.Д., Тагер А.С., приоритет от 15.04.59 г.). Позднее конструкция была запатентована в США, Англии, Франции и Италии. Это изобретение и легло в основу дальнейших НИР и ОКР по созданию ЛОВ с ПЭФ на «Истоке», а в последствии и в СКБ киевского завода «Генератор».
Исследование первых макетов показало, что реализация этого изобретения сопряжена с необходимостью решения сложнейших теоретических и конструктивно - технологических задач. Теоретические работы В.Б. Хомича и И.И. Голеницкого, выполненные в нелинейном приближении с учетом влияния на электронный поток СВЧ полей, позволили не только определить предельную выходную мощность и КПД ЛОВ с ПЭФ, но и оценить допуски на основные геометрические размеры системы.
Результаты этих работ, а так же исследования саратовского профессора Н.И. Синицина, подтвердили перспективность использования ПЭФ в ЛОВ с повышенным уровнем выходной мощности и указали пути снижения питающих напряжений до нескольких десятков вольт.
Однако из этих же работ следовало, что для реализации их результатов необходимо было обеспечить высочайшую точность (до 1 - 2 микрон) изготовления пролетных каналов в замедляющей системе и сохранить эту точность в процессе изготовления прибора и его эксплуатации в условиях жестких механических и температурных воздействий. К счастью, уже в самом начале работ мы располагали электронноискровым способом обработки металлов и сплавов непрофилированным электродом (движущейся проволокой), предложенным М.Б. Голантом, Б.И. Ставицким и Ю.А. Шевелевым, который позволял с необходимой точностью осуществить нарезку многоканальной системы типа «встречных пластин». Тем не менее, на пути внедрения этого способа возникли серьезные препятствия.
Одно из этих препятствий состояло в том, что широко используемая в вакуумном приборостроении медь, обладающая наилучшими электро - и теплопроводностью и с этой точки зрения наиболее перспективная в качестве материала замедляющей системы, после нарезки периодической структуры и многочисленных отжимов и паек в процессе изготовления прибора теряла механическую прочность. Сотрудник предприятия В.А. Рождественский буквально за несколько месяцев решил возникшую проблему. Был создан новый материал - кобальтовая бронза, сочетающая в себе все положительные свойства меди с высокой механической прочностью. В последующие годы кобальтовая бронза нашла широкое применение в электровакуумном производстве.
Второе препятствие было вызвано отсутствием необходимого электроискрового оборудования. Нарезка первых замедляющих систем осуществлялась вручную и занимала по времени несколько десятков часов. Необходимо было автоматизировать процесс и резко сократить время нарезки - только тогда можно было говорить о промышленном выпуске ЛОВ с ПЭФ. Решающую роль при решении этой задачи сыграл предложенный нами способ автоматизированного изготовления замедляющих систем (авторы А.М. Алексеенко, Н.М. Астафьева, Е.Т. Максимов и Б.Л. Морозов).
Созданные под руководством Б.И. Ставицкого на основе этого метода электроискровые станки с программным управлением довели время изготовления периодической структуры до нескольких часов.
Остальные узлы так же требовали неординарных решений. Пример тому - катодно - подогревательный узел. Предварительные оценки допускали использование в ЛОВ с ПЭФ экономичных, хорошо освоенных в производстве оксидных катодов. Строгий теоретический анализ, выполненый А.Б. Киселевым, показал, что эмиссия с катода по сечению канала распределена неравномерно и имеет максимум, превышающий предельно допустимые значения для оксидного катода в 1,5 - 2 раза. Это обстоятельство побудило ученого разработать высокоэмиссионные металлизированные оксидные катоды, которые впоследствии нашли широкое применение во многих электровакуумных приборах. Но не только катод определяет надежность и долговечность прибора. Важную роль при этом играют степень вакуума в приборе и состав остаточных газов. Разработанная А.Я. Астафьевым специально для ЛОВ с ПЭФ серийная технология ускоренной автоматизированной откачки и тренировки обеспечила высокую стабильность параметров приборов в течении всего срока службы.
Оригинальное решение было найдено при отработке согласования замедляющей системы. Предложенные В.И. Роговым конструкции поглотителей СВЧ - энергии и фильтра питания на основе объемно - поглощающей керамики КТ-30, разработанной В.Н. Батыгиным и А.В. Иноземцевой, сняли проблему возбуждения паразитных колебаний, устранили излучение и позволили достичь высокой линейности частотной характеристики. Важную роль сыграла также предложенная тем же В.И. Роговым конструкция коллектора, позволившая в 2 - 3 раза повысить КПД приборов.
Успешное решение всего комплекса научно - технических проблем позволило более чем на порядок снизить массу и габариты ЛОВ. В итоге с сотрудниками СКБ киевского завода «Генератор» мы разработали более 20 типов патенто чистых СВЧ - генераторов с широким диапазоном электрической перестройки частоты, не имеющих зарубежных аналогов. Практически все созданные приборы были освоены в серийном производстве и поставлялись многочисленным потребителям в необходимых количествах. Основной вклад в создание этих приборов внесли сотрудники «Истока» Н.М. Афанасьева, Е.Т. Максимов, В.М. Долич, Л.А. Амелькина, В.И. Рогов, Р.М. Давыденко, А.А. Зиновьев и киевляне А.И. Руденко, В.Ф. Крицкий, В.С. Балюк и А.И. Матвиенко. Разработанные приборы нашли широкое применение.
Особенно хочется отметить создание системы мягкой посадки автоматических лунных станций «Луна – 16», «Луна – 17» и т.д., в которой ЛОВ использовалась в качестве задающего генератора радиовысотомера, управляющего тормозными двигателями на заключительном этапе при подлете станции к Луне. Сейчас можно признаться, что за несколько суток полета станции «Луна – 16» разработчики ЛОВ не сомкнули глаз: тяжесть ответственности за труд тысяч людей была невероятной.
Тем не менее все окончилось замечательно: и доставка лунного грунта и высадка Лунохода, и все последующие полеты прошли великолепно.
Важную роль сыграли ЛОВ с ПЭФ в различных радиоэлектронных системах военного и гражданского назначения: на самолетах, вертолетах и морских судах. Созданные на их основе панорамные измерительные установки многие годы обеспечивали измерение важнейших параметров СВЧ приборов. Судьба этого изобретения сложилась на редкость счастливо. Оно стало основой важнейшего научно - технического направления в области СВЧ - электроники, завершившегося созданием оригинальных отечественных приборов, не имеющих зарубежных аналогов. Но этим не ограничивается значение изобретения. Каждый шаг на пути его реализации сопровождался поиском оригинальных решений, в результате чего возникли новые направления в теории СВЧ приборов, прецизионном станкостроении, в катодной технике, материаловедении и электровакуумном приборостроении.