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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Radar. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Stazione radar (radar), radar (radar inglese da rilevamento e rilevamento radio - rilevamento e rilevamento radio) - un sistema per rilevare oggetti aerei, marini e terrestri, nonché per determinarne portata, velocità e parametri geometrici. Utilizza un metodo basato sull'emissione di onde radio e sulla registrazione dei loro riflessi dagli oggetti.
Una delle applicazioni più importanti della radio è diventata il radar, ovvero l'uso delle onde radio per determinare la posizione di un bersaglio invisibile (nonché la velocità del suo movimento). La base fisica del radar è la capacità delle onde radio di riflettere (scatter) da oggetti le cui proprietà elettriche differiscono dalle proprietà elettriche dell'ambiente. Nel 1886 Heinrich Hertz scoprì che le onde radio possono essere riflesse da corpi metallici e dielettrici e nel 1897, lavorando con il suo trasmettitore radio, Popov scoprì che le onde radio vengono riflesse dalle parti metalliche delle navi e dai loro scafi, ma nessuna delle due cominciò a studiare a fondo questo fenomeno. L'idea del radar fu concepita per la prima volta dall'inventore tedesco Hülsmeier, che nel 1905 ricevette un brevetto per un dispositivo in cui l'effetto della riflessione delle onde radio veniva utilizzato per rilevare le navi. Hulsmeier ha suggerito di utilizzare un trasmettitore radio, antenne direzionali rotanti, un ricevitore radio con un indicatore luminoso o sonoro che percepisce le onde riflesse dagli oggetti. Nonostante tutta la sua imperfezione, il dispositivo di Hülsmeier conteneva tutti gli elementi di base di un moderno localizzatore. In un brevetto rilasciato nel 1906, Hülsmeier descrisse un metodo per determinare la distanza da un oggetto riflettente. Tuttavia, gli sviluppi di Hülsmeier non hanno ricevuto applicazione pratica. Ci sono voluti trent'anni prima che l'idea di utilizzare le onde radio per rilevare aerei e navi potesse essere tradotta in apparecchiature reali. Ciò era precedentemente impossibile per i seguenti motivi. Sia Hertz che Popov hanno usato le onde corte per i loro esperimenti. In pratica, l'ingegneria radiofonica fino agli anni '30 del XX secolo utilizzava onde molto lunghe. Nel frattempo, la migliore riflessione si verifica a condizione che la lunghezza d'onda sia almeno uguale o (anche migliore) inferiore alle dimensioni dell'oggetto riflettente (nave o aereo). Di conseguenza, le onde lunghe utilizzate nelle comunicazioni radio non potevano dare una buona riflessione. Fu solo negli anni '20 che i radioamatori statunitensi, a cui era consentito utilizzare le onde corte per i loro esperimenti di radiocomunicazione, dimostrarono che in realtà queste onde, per ragioni a quel tempo sconosciute, si propagano su distanze insolitamente lunghe. Con la potenza trascurabile dei trasmettitori radio, i radioamatori sono riusciti a comunicare attraverso l'Oceano Atlantico. Ciò ha attirato l'attenzione di scienziati e professionisti sulle onde corte. Il primo esperimento radar attivo tedesco fu effettuato nel marzo 1935. Durante questo esperimento, molti trasmettitori e ricevitori sono stati in grado di rilevare un segnale debole che rimbalzava su una nave da guerra tedesca a un miglio di distanza. Sviluppi simili si sono verificati anche in Francia, Italia, URSS e, su scala leggermente minore, in Giappone. Il sistema, dimostrato a Pelzenhaken il 26 settembre, è stato il risultato diretto della ricerca condotta dal brillante fisico tedesco Rudolf Kuhnold. A metà degli anni '30, Kunold possedeva una piccola società chiamata "Gesellschaft fur Elektroakustische und Mechanische Apparate" (GEMA), specializzata nello sviluppo di trasmettitori e ricevitori radio complessi. GEMA aveva stretti legami con l'Istituto di ricerca navale tedesco. Dalla metà del 1935 GEMA, sebbene non ufficialmente associata al complesso militare-industriale tedesco, iniziò a prendere parte attiva ai preparativi per la guerra.
Nel 1922, i dipendenti del dipartimento radiofonico del Marine Research Laboratory Taylor e Jung, che lavoravano nella gamma delle onde ultracorte, osservarono il fenomeno del radar. Immediatamente hanno avuto l'idea che è possibile sviluppare un tale dispositivo in cui i cacciatorpediniere, situati a una distanza di diverse miglia l'uno dall'altro, possono rilevare immediatamente una nave nemica "indipendentemente da nebbia, oscurità e fumo". Taylor e Jung hanno inviato il loro rapporto al riguardo al Dipartimento della Marina degli Stati Uniti, ma la loro proposta non ha ricevuto supporto. Nel 1930, uno dei ricercatori di Taylor, l'ingegnere Hyland, mentre conduceva esperimenti sulle comunicazioni radio a onde corte, notò che quando l'aereo attraversava la linea su cui si trovavano il trasmettitore e il ricevitore, apparivano distorsioni. Da ciò Hyland ha concluso che con l'aiuto di un trasmettitore e un ricevitore radio operanti su onde corte, è possibile individuare la posizione dell'aereo. Nel 1933 Taylor, Jung e Hyland brevettarono la loro idea. Questa volta il radar era destinato a nascere: per questo c'erano tutti i prerequisiti tecnici. La cosa principale era che divenne necessario per i militari. La tecnologia di difesa aerea tra le due guerre mondiali non ha ricevuto uno sviluppo corrispondente. Come prima, il ruolo principale è stato svolto da posti di osservazione aerea, avvisi e comunicazioni, palloncini, proiettori e captatori di suoni. A causa dell'aumento della velocità dei bombardieri, i posti di allerta dovevano essere posti a 150 o più chilometri dalla città che dovevano proteggere e dovevano essere poste loro lunghe linee telefoniche. Tuttavia, questi post non davano ancora una completa garanzia di sicurezza. Anche con il bel tempo sereno, gli osservatori non sono stati in grado di rilevare aerei che volavano a bassa quota. Di notte o nella nebbia, con tempo nuvoloso, tali posti non vedevano affatto gli aerei e si limitavano a segnalazioni di "rumore del motore". Abbiamo dovuto sistemare questi pali in più cinture, disperderli in uno schema a scacchiera in modo da coprire con loro tutti gli approcci lontani.
Allo stesso modo, i proiettori erano affidabili solo contro gli aerei nelle notti serene. Con nuvole basse e nebbia, sono diventati inutili. Anche i rilevatori di suoni appositamente progettati erano un mezzo di rilevamento scadente. Immagina che l'aereo sia a 10 km dal posto di osservazione. Il suono del motore è diventato udibile all'orecchio del pickup del suono dopo 30 secondi. Durante questo periodo, un aereo che volava a una velocità di 600 km / h è riuscito a volare per 5 km e il rilevamento del suono, quindi, ha indicato il luogo in cui si trovava l'aereo mezzo minuto fa. In queste condizioni, era inutile utilizzare un pickup sonoro per dirigere un faro o un cannone antiaereo con esso. Ecco perché in tutti i paesi europei e negli Stati Uniti, 6-7 anni prima della seconda guerra mondiale, iniziò una ricerca intensificata di nuovi sistemi di difesa aerea che potessero avvertire di un attacco aereo. Alla fine, il ruolo più importante qui è stato assegnato al radar. Come sapete, nebbia, nuvole, oscurità non influiscono sulla propagazione delle onde radio. Un raggio di un proiettore si attenua rapidamente nelle nuvole dense e non ci sono ostacoli del genere per le onde radio. Ciò ha reso molto promettente l'idea di usarli per le esigenze di difesa aerea. Tuttavia, l'attuazione pratica dell'idea di radar ha richiesto la soluzione di una serie di complessi problemi scientifici e tecnici. In particolare è stato necessario realizzare generatori di onde ultracorte e ricevitori sensibili di segnali molto deboli riflessi dagli oggetti. Fu solo nel 1938 che il US Naval Research Laboratory sviluppò il radar di segnalazione XAF con una portata di 8 km, che fu testato sulla corazzata New York. Nel 1941 erano stati prodotti 19 di questi radar. Il lavoro era molto più produttivo in Inghilterra, il cui governo non lesinava sulla spesa. Già nel 1935, sotto la guida di Watson-Watt, fu creato il primo radar di allerta precoce CH a impulsi. Ha operato nella gamma delle onde di 10-13 m e aveva una gamma di 140 km a un'altitudine di volo dell'aeromobile di 4 km. Nel 5, 1937 stazioni di questo tipo erano già state installate sulla costa orientale dell'Inghilterra. Nel 20 iniziarono tutti il servizio 1938 ore su XNUMX, che continuò fino alla fine della guerra. Sebbene il dispositivo di qualsiasi radar sia molto complicato, il principio del suo funzionamento non è difficile da capire. La stazione radar non funziona continuamente, ma con shock periodici - impulsi. Il trasmettitore della prima stazione radar CH inglese emetteva impulsi 25 volte al secondo. (L'invio di un impulso dura nei moderni localizzatori alcuni milionesimi di secondo e le pause tra gli impulsi sono di diversi centesimi o millesimi di secondo.) La modalità impulso viene utilizzata per misurare il tempo tra l'invio di un impulso e il ritorno da un oggetto riflesso. Dopo aver inviato nello spazio una brevissima "porzione" di onde radio, il trasmettitore si spegne automaticamente e il ricevitore radio inizia a funzionare. Avendo incontrato qualche ostacolo sulla via della sua propagazione, le onde radio vengono sparse in tutte le direzioni e parzialmente riflesse da essa, nel luogo in cui le onde sono state inviate, cioè alla stazione radar. Questo processo è simile al riflesso delle onde sonore: il fenomeno dell'eco. Basta gridare o battere le mani in una gola di montagna ai piedi di una scogliera - e in pochi secondi si sentirà una debole eco - riflesso del suono. Poiché la velocità delle onde radio è quasi un milione di volte maggiore della velocità delle onde sonore, da una roccia situata a una distanza di 3500 m, l'eco tornerà in 20 secondi e l'onda radio - in duecentomillesimi di un secondo. Pertanto, la caratteristica principale della stazione radar dovrebbe essere la misurazione rapida dei periodi di tempo più brevi con una precisione di milionesimi di secondo. È chiaro che se la stazione radar inviasse continuamente i suoi segnali, allora tra i potenti segnali del trasmettitore sarebbe impossibile catturare onde radio riflesse molto deboli che tornano indietro. L'antenna radar è direzionale. A differenza delle antenne di una stazione radiotelevisiva, che emettono onde radio in tutte le direzioni, gli impulsi emessi dal radar sono concentrati in un raggio molto stretto inviato in una direzione rigorosamente definita. Dopo aver ricevuto gli impulsi riflessi, il radar li ha indirizzati al tubo a raggi catodici. Qui, questo impulso (ovviamente amplificato più volte) veniva applicato alle piastre verticali che controllavano il fascio di elettroni del tubo (vedi il suo dispositivo nel capitolo precedente) e provocava un lancio verticale del fascio sullo schermo del radar. Cosa si può vedere su questo schermo? 25 volte al secondo, un impulso elettronico è apparso sul lato sinistro (questo aumento è stato causato dal fatto che una parte molto piccola dell'energia dell'impulso emesso ha colpito il ricevitore) e una linea di scansione lo ha seguito a destra. Ciò è continuato fino a quando l'impulso ha raggiunto l'obiettivo, non è stato riflesso da esso e non è tornato indietro.
Supponiamo che una linea tracciata da un raggio di elettroni si muova attraverso lo schermo per 1 millisecondo. Durante questo periodo, l'impulso ha percorso 150 km fino al bersaglio, riflesso da esso, è tornato alla stazione ed è stato visualizzato sullo schermo sotto forma di un secondo lancio. Nel punto dello schermo del tubo in cui è apparso il primo lancio, hanno impostato 0 e alla fine della linea - 150 km. Poiché la velocità di propagazione dell'onda è costante, l'intera linea potrebbe essere divisa in parti uguali e in questo modo sarebbe possibile leggere (entro 150 km) qualsiasi distanza dal bersaglio, il cui impulso riflesso fosse visibile sullo schermo di il tubo. A causa dell'apparizione così frequente dell'immagine sullo schermo, all'occhio dell'operatore sembrava immobile e non scomparendo. Solo l'impulso riflesso dal bersaglio si spostava lentamente a sinistra lungo la linea se l'aereo stava volando verso la stazione.
Tutte le informazioni sull'aereo nemico rilevato sono state trasmesse dalle stazioni radar al cosiddetto "centro di filtraggio". Qui, secondo le segnalazioni delle singole stazioni, è stato effettuato un confronto e un affinamento dei dati sulla situazione aerea. Il "centro di filtraggio" ha consegnato al comando le informazioni selezionate e verificate. C'era una grande mappa al posto di comando centrale. Operatori speciali spostavano piccoli modelli di aerei sulla mappa. Pertanto, il comando potrebbe monitorare continuamente la situazione aerea e, di conseguenza, prendere le decisioni necessarie. Successivamente, si è scoperto che le stazioni di allerta precoce potevano anche fornire informazioni aggiuntive sul numero di aerei nemici, sulla loro rotta e velocità. Sulla base di queste informazioni, i posti di comando della difesa aerea potrebbero concludere quanti bombardieri stavano partecipando all'operazione, determinare a che punto si stavano dirigendo e quando sarebbero arrivati. Tuttavia, i primi radar presentavano anche grossi inconvenienti. Poiché lavoravano su un'onda di 10 metri o più, le loro antenne erano ingombranti e immobili. Ad esempio, l'antenna del trasmettitore CH era sospesa a tralicci alti 120 m. Nelle vicinanze c'era una stazione di ricezione con un'antenna a un'altezza di 80 m. Avendo un effetto direzionale, queste antenne irradiavano onde radio in un ampio cono in avanti e leggermente lontano dal direzione principale. A destra, a sinistra e dietro, queste antenne non irradiavano e, di conseguenza, i radar non potevano rilevare gli aerei in queste direzioni. Poiché le loro onde rimbalzavano sul suolo e sull'acqua, i bersagli a bassa quota erano fuori dalla loro portata. Quindi gli aerei che si avvicinano all'Inghilterra a un'altitudine inferiore a 100 m potrebbero volare inosservati dai radar. Queste carenze potrebbero essere eliminate solo con la creazione di nuove stazioni radar operanti su lunghezze d'onda più brevi. Nei primi anni dello sviluppo del radar sono state utilizzate onde lunghe 10-15 m, ma in seguito si è scoperto che era più conveniente utilizzare onde mille volte più corte per questo scopo, dell'ordine di diversi centimetri. I dispositivi che operavano in questa gamma, prima dell'inizio della guerra, erano essenzialmente progetti di laboratorio, erano molto capricciosi e avevano una potenza trascurabile. I tipi di tubi a vuoto conosciuti a quel tempo funzionavano molto male o quasi non funzionavano a lunghezze d'onda centimetriche. Tutto l'equipaggiamento necessario per i radar più avanzati è stato creato in tempi record all'inizio della guerra. In primo luogo, sono passati a un'onda di 1 m, che ha permesso di migliorare immediatamente le prestazioni del radar e ridurre drasticamente le dimensioni delle antenne. Quindi è nata l'idea che un'antenna del genere potesse essere ruotata in direzione orizzontale e inviare impulsi radar in tutte le direzioni, e non solo in avanti. Inoltre, è stato suggerito che se il radar invia alternativamente impulsi e riceve i loro riflessi, non è affatto necessario posizionare separatamente le stazioni trasmittenti e ricevente: è possibile e dovrebbe trasmettere e ricevere sulla stessa antenna, collegandola alternativamente a il trasmettitore, quindi al ricevitore. Nel 5, la stazione CHL è stata sviluppata per rilevare velivoli a bassa quota e navi di superficie con una portata di 1939 km. Tali stazioni erano situate a una distanza di 100 km l'una dall'altra, proteggendo la foce del Tamigi e gli accessi ad essa. Successivamente, il numero delle stazioni è stato aumentato in modo da coprire l'intera costa orientale dell'Inghilterra. L'introduzione di una serie di miglioramenti ha permesso di aumentare la portata dei radar fino a 40-160 km. Tutte queste misure si sono più che giustificate nel 1939-1940, quando si è svolta la grandiosa battaglia per l'Inghilterra. Incapace di trasferire le sue truppe in Inghilterra, Hitler inviò la sua armata di bombardieri contro di lei. I combattenti inglesi non conoscevano la pace né di giorno né di notte, respingendo uno dopo l'altro gli attacchi aerei tedeschi. A quel tempo, le stazioni radar di allerta precoce giocavano un ruolo enorme nell'intero sistema di difesa aerea. I piloti tedeschi si convinsero presto che i raggi radar invisibili erano per loro più terribili dei caccia e dei cannoni antiaerei. L'uso del radar portò presto gli inglesi all'idea di puntare i loro caccia contro i bombardieri nemici con l'aiuto del radar. Per fare ciò sono state create piccole stazioni radar (GCI). Avevano una portata più breve, ma determinavano con maggiore precisione la posizione degli aerei nemici. Questi radar sono stati installati vicino agli aeroporti di caccia. Dopo aver ricevuto un messaggio dalle stazioni di allerta precoce, hanno iniziato a monitorare il nemico in avvicinamento, fornendo ai piloti di caccia dati accurati sulla posizione del nemico. Per stazioni di questo tipo, il vecchio tubo a raggi catodici con una linea di scansione orizzontale era scomodo, poiché poteva osservare solo un aereo alla volta e doveva passare costantemente da un bersaglio all'altro. In relazione a ciò, si verificò un importante miglioramento della tecnologia radar: apparve il cosiddetto tubo di osservazione a tutto tondo, che presto si diffuse in molti tipi di stazioni. Sullo schermo di un tale tubo, la linea di scansione della luce non iniziava dal bordo sinistro dello schermo, come nei modelli precedenti, ma dal centro. Questa linea ruotava in senso orario nello stesso momento in cui ruotava l'antenna, riflettendo sullo schermo la posizione dei bersagli intorno alla stazione. Tale schermo ha creato, per così dire, una mappa della situazione aerea. Un punto luminoso al centro dello schermo indicava la posizione della stazione radar. Gli anelli concentrici attorno a questo punto aiutavano a determinare la distanza degli impulsi riflessi, che apparivano come punti più luminosi. L'ufficiale della stazione di guida osservava simultaneamente su uno schermo del genere tutti gli obiettivi di suo interesse. L'attuazione della guida è stata notevolmente semplificata. È chiaro che su un tale radar il metodo di funzionamento dell'indicatore sopra descritto non era adatto, poiché tutti i segnali riflessi dagli oggetti sono scomparsi immediatamente dallo schermo. Qui venivano utilizzati schermi che avevano il cosiddetto "afterglow", cioè conservavano il bagliore per un certo periodo di tempo. In tali tubi, il fascio di elettroni veniva deviato utilizzando bobine in cui la corrente variava linearmente nel tempo. L'utilizzo di tutti i sistemi di difesa radar già nel primo periodo della guerra diede risultati tangibili. In quattro mesi del 1940, più di 3000 aerei tedeschi furono distrutti nei cieli dell'Inghilterra e 2600 furono abbattuti da caccia guidati dalle loro stazioni radar. A causa delle pesanti perdite, i tedeschi furono costretti a interrompere le incursioni diurne. Tuttavia, questo non li ha salvati. Gli inglesi hanno sviluppato urgentemente una piccola stazione radar AI, situata a bordo dell'aereo. Poteva rilevare bersagli a una distanza di 3-5 km. Speciali caccia notturni furono dotati di nuovi radar. Oltre al pilota, ospitavano un operatore radio-artigliere. Con una punta da terra, tali aerei si sono avvicinati ai bombardieri tedeschi entro il raggio di visibilità del loro radar. Dopodiché, l'operatore stesso, avendo un tubo localizzatore davanti al viso, ha dato al pilota comandi sul citofono interno, dove indirizzare l'auto per avvicinarsi ai bombardieri. Nella primavera del 1941, il sistema di difesa radar notturno giustificava già il suo scopo. Se a gennaio gli inglesi hanno abbattuto solo 4 bombardieri notturni tedeschi, allora nell'aprile 58 e nel maggio 102. Autore: Ryzhov KV
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