|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Radar. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Stacja radarowa (radar), radar (angielski radar z zakresu radiodetekcji i odległości - radiodetekcja i wyznaczanie odległości) - system wykrywania obiektów powietrznych, morskich i naziemnych oraz określania ich zasięgu, prędkości i parametrów geometrycznych. Stosuje metodę opartą na emisji fal radiowych i rejestracji ich odbić od obiektów.
Jednym z najważniejszych zastosowań radia stał się radar, czyli wykorzystanie fal radiowych do określenia położenia niewidzialnego celu (a także prędkości jego ruchu). Podstawą fizyczną radaru jest zdolność fal radiowych do odbijania (rozpraszania) od obiektów, których właściwości elektryczne różnią się od właściwości elektrycznych otoczenia. Już w 1886 roku Heinrich Hertz odkrył, że fale radiowe mogą być odbijane przez ciała metalowe i dielektryczne, a w 1897 roku, pracując ze swoim nadajnikiem radiowym, Popov odkrył, że fale radiowe odbijają się od metalowych części statków i ich kadłubów, ale żaden z nich nie zaczął dogłębnie badać to zjawisko. Pomysł radaru został po raz pierwszy wymyślony przez niemieckiego wynalazcę Hülsmeiera, który w 1905 roku otrzymał patent na urządzenie, w którym do wykrywania statków wykorzystano efekt odbijania fal radiowych. Hulsmeier zasugerował użycie nadajnika radiowego, obrotowych anten kierunkowych, odbiornika radiowego ze wskaźnikiem świetlnym lub dźwiękowym, który odbiera fale odbite przez przedmioty. Mimo całej swojej niedoskonałości, urządzenie Hülsmeiera zawierało wszystkie podstawowe elementy nowoczesnego lokalizatora. W patencie wydanym w 1906 roku Hülsmeier opisał metodę określania odległości od odbijającego obiektu. Jednak osiągnięcia Hülsmeiera nie znalazły praktycznego zastosowania. Minęło trzydzieści lat, zanim pomysł wykorzystania fal radiowych do wykrywania samolotów i statków mógł zostać przełożony na prawdziwy sprzęt. Wcześniej było to niemożliwe z następujących powodów. Zarówno Hertz, jak i Popov używali fal krótkich do swoich eksperymentów. W praktyce radiotechnika do lat 30. XX wieku wykorzystywała bardzo długie fale. Tymczasem najlepsze odbicie występuje pod warunkiem, że długość fali jest co najmniej równa lub (nawet lepiej) mniejsza niż wymiary odbijającego obiektu (statku lub samolotu). W związku z tym długie fale stosowane w komunikacji radiowej nie mogły dawać dobrego odbicia. Dopiero w latach dwudziestych amerykańscy radioamatorzy, którym pozwolono używać fal krótkich do swoich eksperymentów z łącznością radiową, wykazali, że w rzeczywistości fale te, z nieznanych wówczas powodów, rozchodzą się na niezwykle duże odległości. Przy znikomej mocy nadajników radiowych radioamatorzy zdołali porozumieć się przez Ocean Atlantycki. To zwróciło uwagę naukowców i profesjonalistów na fale krótkie. Pierwszy niemiecki eksperyment z aktywnym radarem przeprowadzono w marcu 1935 roku. Podczas tego eksperymentu wiele nadajników i odbiorników było w stanie wykryć słaby sygnał odbity od niemieckiego okrętu wojennego oddalonego o milę. Podobne wydarzenia miały miejsce także we Francji, Włoszech, ZSRR i, na nieco mniejszą skalę, w Japonii. System zademonstrowany 26 września w Pelzenhaken był bezpośrednim wynikiem badań prowadzonych przez genialnego niemieckiego fizyka Rudolfa Kunolda. W połowie lat trzydziestych Kunold był właścicielem małej korporacji o nazwie Gesellschaft fur Elektroakustische und Mechanische Apparate (GEMA), która specjalizowała się w opracowywaniu złożonych nadajników i odbiorników radiowych. GEMA miała bliskie powiązania z Niemieckim Instytutem Badawczym Marynarki Wojennej. Od połowy 30 roku GEMA, choć nie była oficjalnie związana z niemieckim kompleksem wojskowo-przemysłowym, zaczęła brać czynny udział w przygotowaniach do wojny.
W 1922 roku pracownicy działu radiowego Laboratorium Badań Morskich Taylor and Jung, pracujący w zakresie fal ultrakrótkich, zaobserwowali zjawisko radaru. Od razu wpadli na pomysł, że możliwe jest opracowanie takiego urządzenia, w którym niszczyciele znajdujące się w odległości kilku mil od siebie mogą natychmiast wykryć wrogi statek „niezależnie od mgły, ciemności i dymu”. Taylor i Jung wysłali swój raport w tej sprawie do Departamentu Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych, ale ich propozycja nie uzyskała poparcia. W 1930 roku jeden z badaczy Taylora, inżynier Hyland, przeprowadzając eksperymenty z krótkofalową komunikacją radiową, zauważył, że gdy samolot przekroczył linię, na której znajdował się nadajnik i odbiornik, pojawiły się zniekształcenia. Z tego Hyland wywnioskował, że za pomocą nadajnika i odbiornika radiowego działającego na falach krótkich można zlokalizować położenie samolotu. W 1933 Taylor, Jung i Hyland zdobyli patent na swój pomysł. Tym razem radar miał się narodzić - do tego były wszystkie warunki techniczne. Najważniejsze, że stało się to konieczne dla wojska. Technologia obrony powietrznej między dwiema wojnami światowymi nie otrzymała odpowiedniego rozwoju. Tak jak poprzednio, główną rolę odgrywały stanowiska obserwacyjne, ostrzegawczo-komunikacyjne, balony, reflektory i przetworniki dźwięku. Ze względu na wzrost prędkości bombowców, posterunki ostrzegawcze musiały być wysunięte 150 lub więcej kilometrów od miasta, które miały chronić, i trzeba było do nich ułożyć długie linie telefoniczne. Jednak te stanowiska nadal nie dawały pełnej gwarancji bezpieczeństwa. Nawet przy dobrej pogodzie obserwatorzy nie mogli wykryć samolotów lecących na małej wysokości. W nocy lub we mgle, przy pochmurnej pogodzie takie posterunki w ogóle nie widziały samolotów i ograniczały się do doniesień o „hałasie silnika”. Musieliśmy ułożyć te słupki w kilka pasów, rozrzucić je w szachownicę, aby pokryć nimi wszystkie odległe podejścia.
W ten sam sposób reflektory były niezawodne tylko w przypadku samolotów w pogodne noce. Przy niskich chmurach i mgle stały się bezużyteczne. Specjalnie zaprojektowane detektory dźwięku były również kiepskim sposobem wykrywania. Wyobraź sobie, że samolot znajduje się 10 km od punktu obserwacyjnego. Dźwięk silnika stał się słyszalny dla ucha przetwornika po 30 sekundach. W tym czasie samolot lecący z prędkością 600 km/h zdołał przelecieć 5 km, a więc odbiór dźwięku wskazywał miejsce, w którym znajdował się pół minuty temu. W tych warunkach używanie przetwornika dźwięku do kierowania za jego pomocą reflektora lub działka przeciwlotniczego nie miało sensu. Dlatego we wszystkich krajach europejskich oraz w USA na 6-7 lat przed II wojną światową rozpoczęto zintensyfikowane poszukiwania nowych systemów obrony przeciwlotniczej, które mogłyby ostrzegać przed atakiem lotniczym. Ostatecznie najważniejszą rolę przypisano tutaj radarowi. Jak wiadomo mgła, chmury, ciemność nie wpływają na propagację fal radiowych. Wiązka szperacza szybko przygasa w gęstych chmurach, a dla fal radiowych nie ma takich przeszkód. To sprawiło, że pomysł ich wykorzystania do obrony przeciwlotniczej był bardzo obiecujący. Praktyczna realizacja idei radaru wymagała jednak rozwiązania szeregu złożonych problemów naukowo-technicznych. W szczególności konieczne było stworzenie generatorów fal ultrakrótkich oraz czułych odbiorników bardzo słabych sygnałów odbijanych od obiektów. Dopiero w 1938 roku US Naval Research Laboratory opracowało radar sygnalizacyjny XAF o zasięgu 8 km, który przetestowano na pancerniku New York. Do 1941 roku wyprodukowano 19 takich radarów. Praca była znacznie bardziej wydajna w Anglii, której rząd nie skąpił w wydatkach. Już w 1935 roku pod kierownictwem Watsona-Watta powstał pierwszy impulsowy radar wczesnego ostrzegania CH. Działał w zakresie fal 10-13 m i miał zasięg 140 km na wysokości lotu samolotu 4 km. W 5 roku na wschodnim wybrzeżu Anglii zainstalowano już 1937 takich stacji. W 20 r. wszyscy rozpoczęli całodobową służbę, która trwała do końca wojny. Chociaż urządzenie dowolnego radaru jest bardzo skomplikowane, zasada jego działania nie jest trudna do zrozumienia. Stacja radarowa nie działa w sposób ciągły, ale z okresowymi wstrząsami - impulsami. Nadajnik pierwszej angielskiej stacji radarowej CH wysyłał impulsy 25 razy na sekundę. (Wysłanie impulsu trwa we współczesnych lokalizatorach kilka milionowych części sekundy, a przerwy między impulsami to kilka setnych lub tysięcznych sekundy.) Tryb impulsowy służy do pomiaru czasu między wysłaniem impulsu a powrotem go od odbitego obiektu. Po wysłaniu w kosmos bardzo krótkiej "porcji" fal radiowych, nadajnik automatycznie się wyłącza, a odbiornik radiowy zaczyna działać. Po napotkaniu przeszkody na drodze jej propagacji, fale radiowe są rozpraszane we wszystkich kierunkach i częściowo odbijane z powrotem do miejsca, w którym fale zostały wysłane, czyli do stacji radarowej. Proces ten jest podobny do odbicia fal dźwiękowych – zjawiska echa. Wystarczy krzyczeć lub klaskać w górskim wąwozie u podnóża urwiska - i za kilka sekund usłyszymy słabe echo - odbicie dźwięku. Ponieważ prędkość fal radiowych jest prawie milion razy większa niż prędkość fal dźwiękowych, to ze skały znajdującej się w odległości 3500 m echo powróci za 20 sekund, a fala radiowa - za dwieście tysięczne sekunda. Dlatego główną cechą stacji radarowej powinien być szybki pomiar w jak najkrótszych odstępach czasu z dokładnością do milionowych części sekundy. Oczywiste jest, że gdyby stacja radarowa stale wysyłała swoje sygnały, to wśród silnych sygnałów nadajnika nie byłoby możliwe wyłapanie bardzo słabych odbitych fal radiowych, które wracały. Antena radaru jest kierunkowa. W przeciwieństwie do anten stacji nadawczej, które wysyłają fale radiowe we wszystkich kierunkach, impulsy emitowane przez radar skupiają się w bardzo wąskiej wiązce wysyłanej w ściśle określonym kierunku. Po otrzymaniu odbitych impulsów radar skierował je na kineskopy. Tutaj impuls ten (oczywiście wielokrotnie wzmocniony) został przyłożony do pionowych płytek, które sterowały wiązką elektronów lampy (patrz jej urządzenie w poprzednim rozdziale) i powodował pionowy rzut wiązki na ekran radaru. Co można było zobaczyć na tym ekranie? 25 razy na sekundę po jego lewej stronie pojawiał się impuls elektroniczny (ten skok spowodowany był tym, że bardzo mała część energii emitowanego impulsu trafiła w odbiornik), a za nim w prawo biegła linia skanująca. Trwało to, dopóki impuls nie dotarł do celu, nie został od niego odbity i nie powrócił.
Załóżmy, że linia narysowana przez wiązkę elektronów porusza się po ekranie przez 1 milisekundę. W tym czasie impuls przebył 150 km do celu, odbity od niego, wrócił z powrotem na stację i był wyświetlany na ekranie w postaci drugiego rzutu. W miejscu ekranu tuby, gdzie pojawił się pierwszy rzut, ustawili 0, a na końcu linii - 150 km. Ponieważ prędkość propagacji fali jest stała, całą tę linię można by podzielić na równe części i w ten sposób można by odczytać (w promieniu 150 km) dowolną odległość od celu, którego odbity puls był widoczny na ekranie tuba. Z powodu tak częstego pojawiania się obrazu na ekranie, oczom operatora wydawał się nieruchomy i nie znikający. Jedynie impuls odbity od celu przesuwał się powoli w lewo wzdłuż linii, jeśli samolot leciał w kierunku stacji.
Wszystkie informacje o wykrytych samolotach wroga były przekazywane przez stacje radarowe do tak zwanego „centrum filtrującego”. Tutaj, według meldunków poszczególnych stacji, dokonano porównania i doprecyzowania danych o sytuacji powietrznej. „Centrum filtrowania” przekazało dowództwu wybrane i zweryfikowane informacje. W centralnym posterunku dowodzenia była duża mapa. Operatorzy specjalni przesuwali po mapie małe modele samolotów. W ten sposób dowództwo mogło stale monitorować sytuację w powietrzu i odpowiednio podejmować niezbędne decyzje. Później okazało się, że stacje wczesnego ostrzegania mogą również dostarczać dodatkowych informacji o liczbie wrogich samolotów, ich kursie i prędkości. Na podstawie tych informacji dowództwo obrony powietrznej mogło stwierdzić, ile bombowców brało udział w operacji, ustalić, dokąd zmierzają i kiedy przybędą. Jednak pierwsze radary miały również poważne wady. Ponieważ pracowali na fali o długości 10 metrów lub większej, ich anteny były nieporęczne i nieruchome. Na przykład antena nadawcza CH była zawieszona na masztach o wysokości 120 m. W pobliżu znajdowała się stacja odbiorcza z anteną na wysokości 80 m. Anteny te, dając efekt kierunkowy, emitowały fale radiowe w szerokim stożku do przodu i nieco z dala od główny kierunek. Na prawo, lewo i tył anteny te nie promieniowały, a w konsekwencji radary nie mogły wykryć samolotów w tych kierunkach. Ponieważ ich fale odbijały się od ziemi i wody, nisko latające cele były poza ich zasięgiem. Tak więc samoloty zbliżające się do Anglii na wysokości mniejszej niż 100 m mogły latać niezauważone przez radar. Te niedociągnięcia można wyeliminować jedynie poprzez stworzenie nowych stacji radarowych działających na krótszych falach. W pierwszych latach rozwoju radaru stosowano fale o długości 10-15 m, ale później okazało się, że wygodniej było do tego celu wykorzystać fale tysiąc razy krótsze - rzędu kilku centymetrów. Urządzenia działające w tym zakresie przed wybuchem wojny były w zasadzie projektami laboratoryjnymi, były bardzo kapryśne i miały znikomą moc. Znane wówczas typy lamp próżniowych działały bardzo słabo lub prawie nie działały na falach centymetrowych. Cały niezbędny sprzęt do bardziej zaawansowanych radarów powstał w rekordowym czasie na początku wojny. Najpierw przeszli na falę 1 m, co pozwoliło natychmiast poprawić wydajność radaru i drastycznie zmniejszyć rozmiar anten. Wtedy pojawił się pomysł, że taką antenę można obracać w kierunku poziomym i wysyłać impulsy radarowe we wszystkich kierunkach, a nie tylko do przodu. Ponadto zasugerowano, że jeśli radar naprzemiennie wysyła impulsy i odbiera ich odbicia, to wcale nie jest konieczne oddzielne umieszczanie stacji nadawczej i odbiorczej: jest to możliwe i powinno nadawać i odbierać na tej samej antenie, naprzemiennie podłączając ją do nadajnik, a następnie do odbiornika. W 5 r. opracowano stację CHL do wykrywania nisko latających samolotów i okrętów nawodnych o zasięgu 1939 km. Takie stacje znajdowały się w odległości 100 km od siebie, chroniąc ujście Tamizy i podejścia do niej. Następnie zwiększono liczbę stacji tak, aby obejmowały całe wschodnie wybrzeże Anglii. Wprowadzenie szeregu ulepszeń umożliwiło zwiększenie zasięgu radarów do 40-160 km. Wszystkie te środki bardziej niż uzasadniały się w latach 1939-1940, kiedy toczyła się wspaniała bitwa o Anglię. Nie mogąc przenieść swoich wojsk do Anglii, Hitler wysłał przeciwko niej swoją armadę bombowców. Angielscy myśliwce nie zaznali pokoju w dzień ani w nocy, odpierając jeden po drugim niemieckie ataki powietrzne. W tym czasie stacje radarowe wczesnego ostrzegania odgrywały ogromną rolę w całym systemie obrony powietrznej. Niemieccy piloci szybko przekonali się, że niewidzialne promienie radarowe są dla nich straszniejsze niż myśliwce i działa przeciwlotnicze. Zastosowanie radaru szybko doprowadziło Brytyjczyków do pomysłu nakierowania myśliwców na bombowce wroga za pomocą radaru. W tym celu stworzono małe stacje radarowe (GCI). Mieli mniejszy zasięg, ale dokładniej określali pozycję samolotów wroga. Radary te zostały zainstalowane w pobliżu lotnisk myśliwskich. Po otrzymaniu wiadomości ze stacji wczesnego ostrzegania, zaczęli monitorować zbliżającego się wroga, przekazując pilotom myśliwców dokładne dane o lokalizacji wroga. Dla stacji tego typu stara kineskop z poziomą linią skanującą była niewygodna, ponieważ mogła obserwować tylko jeden samolot na raz i musiała stale przełączać się z jednego celu na drugi. W związku z tym nastąpiło znaczne ulepszenie technologii radarowej - pojawiła się tak zwana tuba obserwacyjna dookólna, która wkrótce stała się powszechna w wielu typach stacji. Na ekranie takiej tuby linia skanowania światła nie zaczynała się od lewej krawędzi ekranu, jak w poprzednich projektach, ale od środka. Linia ta obracała się zgodnie z ruchem wskazówek zegara w tym samym czasie, w którym obracała się antena, odzwierciedlając na ekranie położenie celów wokół stacji. Taki ekran tworzył jakby mapę sytuacji w powietrzu. Punkt świetlny na środku ekranu oznaczał lokalizację stacji radarowej. Koncentryczne pierścienie wokół tego miejsca pomogły określić odległość do odbitych impulsów, które pojawiły się jako jaśniejsze kropki. Funkcjonariusz stacji naprowadzania jednocześnie obserwował na takim ekranie wszystkie interesujące go cele. Wdrażanie wytycznych zostało znacznie uproszczone. Oczywiste jest, że na takim radarze sposób działania wskaźnika opisany powyżej nie był odpowiedni, ponieważ wszystkie sygnały odbite od obiektów natychmiast znikały z ekranu. Tutaj zastosowano ekrany, które miały tzw. „poświatę”, czyli utrzymywały blask przez pewien czas. W takich lampach wiązka elektronów była odchylana za pomocą cewek, w których prąd zmieniał się liniowo w czasie. Wykorzystanie wszystkich systemów obrony radarowej już w pierwszym okresie wojny dało wymierne efekty. W ciągu czterech miesięcy 1940 roku ponad 3000 niemieckich samolotów zostało zniszczonych na niebie nad Anglią, a 2600 zostało zestrzelonych przez myśliwce kierowane przez ich stacje radarowe. Z powodu ciężkich strat Niemcy zostali zmuszeni do zaprzestania dziennych nalotów. Jednak to ich nie uratowało. Brytyjczycy pilnie opracowali małą stację radarową AI, umieszczoną na pokładzie samolotu. Potrafiła wykryć cele w odległości 3-5 km. Specjalne nocne myśliwce zostały wyposażone w nowe radary. Oprócz pilota mieściły się w nich strzelec-radiooperator. Na czubku ziemi takie samoloty zbliżyły się do niemieckich bombowców w zasięgu ich radaru. Następnie sam operator, mając przed sobą rurkę lokalizacyjną, przez wewnętrzny domofon wydawał pilotowi polecenia, gdzie kierować samochodem, aby zbliżyć się do bombowców. Już wiosną 1941 roku nocny system obrony radarowej uzasadniał swoje przeznaczenie. Jeśli w styczniu Brytyjczycy zestrzelili tylko 4 niemieckie bombowce nocne, to w kwietniu 58, a w maju 102. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Ceramika ▪ Zmywarka
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Akcelerator GeForce GTX 970 EXOC Sniper Edition ▪ LPS33HW - wodoodporny czujnik ciśnienia ▪ Dyski twarde ADATA HD700 i HV620S ▪ Wysokowydajne regulatory przełączające Buck
▪ sekcja witryny Technologia fabryczna w domu. Wybór artykułu ▪ artykuł Choroby dziecięce. Notatki do wykładów ▪ artykuł Jak skacze kangur? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Sposoby przyrządzania ryb. Wskazówki podróżnicze ▪ artykuł 100-watowy wzmacniacz PA100GC. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Wyjmowanie kamizelki spod kurtki. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony