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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Radar. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Estação de radar (radar), radar (radar inglês de detecção e alcance de rádio - detecção e alcance de rádio) - um sistema para detectar objetos aéreos, marítimos e terrestres, bem como para determinar seu alcance, velocidade e parâmetros geométricos. Ele usa um método baseado na emissão de ondas de rádio e no registro de seus reflexos nos objetos.
Uma das aplicações mais importantes do rádio tornou-se o radar, ou seja, o uso de ondas de rádio para determinar a localização de um alvo invisível (assim como a velocidade de seu movimento). A base física do radar é a capacidade das ondas de rádio de refletir (dispersar) de objetos cujas propriedades elétricas diferem das propriedades elétricas do ambiente. Em 1886, Heinrich Hertz descobriu que as ondas de rádio podem ser refletidas por corpos metálicos e dielétricos e, em 1897, trabalhando com seu transmissor de rádio, Popov descobriu que as ondas de rádio são refletidas pelas partes metálicas dos navios e seus cascos, mas nenhum deles começou a estudar profundamente esse fenômeno. A ideia do radar foi concebida pela primeira vez pelo inventor alemão Hülsmeier, que em 1905 recebeu a patente de um dispositivo no qual o efeito de ondas de rádio refletidas era usado para detectar navios. Hulsmeier sugeriu o uso de um transmissor de rádio, antenas direcionais rotativas, um receptor de rádio com um indicador de luz ou som que percebe as ondas refletidas pelos objetos. Apesar de todas as suas imperfeições, o dispositivo de Hülsmeier continha todos os elementos básicos de um localizador moderno. Em uma patente emitida em 1906, Hülsmeier descreveu um método para determinar a distância de um objeto refletivo. No entanto, os desenvolvimentos de Hülsmeier não receberam aplicação prática. Demorou trinta anos para que a ideia de usar ondas de rádio para detectar aeronaves e navios pudesse ser traduzida em equipamentos reais. Isso era anteriormente impossível pelas seguintes razões. Tanto Hertz quanto Popov usaram ondas curtas para seus experimentos. Na prática, a engenharia de rádio até os anos 30 do século XX usava ondas muito longas. Enquanto isso, a melhor reflexão ocorre sob a condição de que o comprimento de onda seja pelo menos igual ou (ainda melhor) menor que as dimensões do objeto refletor (navio ou aeronave). Consequentemente, as ondas longas usadas na comunicação de rádio não poderiam dar uma boa reflexão. Foi apenas na década de 20 que os radioamadores dos EUA, autorizados a usar ondas curtas para seus experimentos de radiocomunicação, mostraram que, de fato, essas ondas, por razões desconhecidas na época, se propagam por distâncias extraordinariamente longas. Com o poder insignificante dos transmissores de rádio, os radioamadores conseguiram se comunicar através do Oceano Atlântico. Isso atraiu a atenção de cientistas e profissionais para ondas curtas. O primeiro experimento de radar ativo alemão foi realizado em março de 1935. Durante esse experimento, muitos transmissores e receptores foram capazes de detectar um sinal fraco refletido em um navio de guerra alemão a uma milha de distância. Desenvolvimentos semelhantes também foram realizados na França, Itália, URSS e, em escala um pouco menor, no Japão. O sistema, demonstrado em Pelzenhaken em 26 de setembro, foi o resultado direto da pesquisa liderada pelo brilhante físico alemão Rudolf Kuhnold. Em meados da década de 30, Kunold possuía uma pequena empresa chamada "Gesellschaft fur Elektroakustische und Mechanische Apparate" (GEMA), especializada no desenvolvimento de transmissores e receptores de rádio complexos. GEMA tinha laços estreitos com o Instituto de Pesquisa Naval Alemão. A partir de meados de 1935, o GEMA, embora não oficialmente associado ao complexo militar-industrial alemão, passou a participar ativamente dos preparativos para a guerra.
Em 1922, funcionários do departamento de rádio do Laboratório de Pesquisa Marinha Taylor e Jung, trabalhando na faixa de ondas ultracurtas, observaram o fenômeno do radar. Eles imediatamente tiveram a ideia de que é possível desenvolver tal dispositivo no qual os contratorpedeiros, localizados a uma distância de vários quilômetros um do outro, possam detectar imediatamente um navio inimigo "independentemente de neblina, escuridão e fumaça". Taylor e Jung enviaram seu relatório sobre isso ao Departamento da Marinha dos EUA, mas sua proposta não recebeu apoio. Em 1930, um dos pesquisadores de Taylor, o engenheiro Hyland, ao realizar experimentos em comunicações de rádio de ondas curtas, notou que quando o avião cruzava a linha em que o transmissor e o receptor estavam localizados, apareciam distorções. A partir disso, a Hyland concluiu que, com a ajuda de um transmissor e receptor de rádio operando em ondas curtas, a localização da aeronave poderia ser localizada. Em 1933, Taylor, Jung e Hyland patentearam sua ideia. Desta vez, o radar estava destinado a nascer - para isso havia todos os pré-requisitos técnicos. O principal foi que se tornou necessário para os militares. A tecnologia de defesa aérea entre as duas guerras mundiais não recebeu um desenvolvimento correspondente. Como antes, o papel principal foi desempenhado por postos de observação aérea, avisos e comunicações, balões, holofotes e captadores de som. Devido ao aumento da velocidade dos bombardeiros, postos de alerta tiveram que ser colocados a 150 ou mais quilômetros da cidade que deveriam proteger, e longas linhas telefônicas tiveram que ser colocadas para eles. No entanto, essas postagens ainda não davam uma garantia completa de segurança. Mesmo com tempo bom e claro, os observadores não conseguiam detectar aeronaves voando a baixa altitude. À noite ou com neblina, com tempo nublado, essas postagens não avistavam aeronaves e se limitavam a relatos de "ruído do motor". Tivemos que organizar esses postes em vários cinturões, espalhá-los em um padrão de xadrez para cobrir todas as abordagens distantes com eles.
Da mesma forma, os holofotes só eram confiáveis contra aeronaves em noites claras. Com nuvens baixas e neblina, tornaram-se inúteis. Detectores de som especialmente projetados também eram um meio ruim de detecção. Imagine que o avião está a 10 km do posto de observação. O som do motor tornou-se audível ao ouvido do captador de som após 30 segundos. Durante esse tempo, uma aeronave voando a uma velocidade de 600 km / h conseguiu voar 5 km, e a captação de som, portanto, indicou o local onde a aeronave estava há meio minuto. Sob essas condições, era inútil usar um captador de som para direcionar um holofote ou arma antiaérea com ele. É por isso que em todos os países europeus e nos EUA, 6-7 anos antes da Segunda Guerra Mundial, começou uma busca intensificada por novos sistemas de defesa aérea que pudessem alertar sobre um ataque aéreo. No final, o papel mais importante aqui foi atribuído ao radar. Como você sabe, neblina, nuvens, escuridão não afetam a propagação das ondas de rádio. Um feixe de holofote escurece rapidamente em nuvens espessas, e não existem tais obstáculos para as ondas de rádio. Isso tornou a ideia de usá-los para necessidades de defesa aérea muito promissora. No entanto, a implementação prática da ideia de radar exigiu a solução de uma série de problemas científicos e técnicos complexos. Em particular, foi necessário criar geradores de ondas ultracurtas e receptores sensíveis de sinais muito fracos refletidos de objetos. Foi somente em 1938 que o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA desenvolveu o radar de sinalização XAF com alcance de 8 km, que foi testado no encouraçado New York. Em 1941, 19 desses radares haviam sido fabricados. O trabalho era muito mais produtivo na Inglaterra, cujo governo não economizou nos gastos. Já em 1935, sob a liderança de Watson-Watt, foi criado o primeiro radar de alerta precoce pulsado CH. Operava na faixa de ondas de 10-13 m e tinha um alcance de 140 km a uma altitude de voo de 4 km. Em 5, 1937 dessas estações já estavam instaladas na costa leste da Inglaterra. Em 20, todos eles começaram a trabalhar 1938 horas por dia, que continuou até o final da guerra. Embora o dispositivo de qualquer radar seja muito complicado, o princípio de seu funcionamento não é difícil de entender. A estação de radar não opera continuamente, mas com choques periódicos - impulsos. O transmissor da primeira estação de radar CH inglesa enviou pulsos 25 vezes por segundo. (O envio de um pulso dura em localizadores modernos alguns milionésimos de segundo, e as pausas entre os pulsos são vários centésimos ou milésimos de segundo.) O modo de pulso é usado para medir o tempo entre o envio de um pulso e seu retorno de um objeto refletido. Tendo enviado uma "porção" muito curta de ondas de rádio para o espaço, o transmissor desliga automaticamente e o receptor de rádio começa a funcionar. Tendo encontrado algum obstáculo no caminho de sua propagação, as ondas de rádio são espalhadas em todas as direções e parcialmente refletidas de volta para o local onde as ondas foram enviadas, ou seja, para a estação de radar. Este processo é semelhante à reflexão das ondas sonoras - o fenômeno do eco. Basta gritar ou bater palmas em um desfiladeiro de montanha ao pé de um penhasco - e em poucos segundos um eco fraco será ouvido - um reflexo do som. Como a velocidade das ondas de rádio é quase um milhão de vezes maior que a velocidade das ondas sonoras, de uma rocha localizada a uma distância de 3500 m, o eco retornará em 20 segundos e a onda de rádio - em duzentos milésimos de um segundo. Portanto, a principal característica da estação de radar deve ser a medição rápida dos menores períodos de tempo com precisão de milionésimos de segundo. É claro que se a estação de radar enviasse continuamente seus sinais, então, entre os poderosos sinais do transmissor, seria impossível capturar ondas de rádio refletidas muito fracas que retornavam. A antena do radar é direcional. Ao contrário das antenas de uma emissora, que emitem ondas de rádio em todas as direções, os pulsos emitidos pelo radar são concentrados em um feixe muito estreito enviado em uma direção estritamente definida. Tendo recebido os pulsos refletidos, o radar os direcionou para o tubo de raios catódicos. Aqui, este pulso (obviamente amplificado muitas vezes) foi aplicado às placas verticais que controlavam o feixe de elétrons do tubo (veja seu dispositivo no capítulo anterior) e causou um lançamento vertical do feixe na tela do radar. O que poderia ser visto nesta tela? 25 vezes por segundo, um pulso eletrônico apareceu em seu lado esquerdo (esse pico foi causado pelo fato de que uma parte muito pequena da energia do pulso emitido atingiu o receptor), e uma linha de varredura correu atrás dele para a direita. Isso continuou até que o impulso atingiu o alvo, não foi refletido e não retornou.
Suponha que uma linha traçada por um feixe de elétrons se mova pela tela por 1 milissegundo. Durante esse tempo, o impulso percorreu 150 km até o alvo, refletido a partir dele, retornou à estação e foi exibido na tela na forma de um segundo arremesso. No local da tela do tubo onde apareceu o primeiro lance, eles definiram 0 e no final da linha - 150 km. Como a velocidade de propagação da onda é constante, toda essa linha poderia ser dividida em partes iguais e assim seria possível ler (dentro de 150 km) qualquer distância até o alvo, cujo pulso refletido fosse visível na tela do o tubo. Devido a uma aparição tão frequente da imagem na tela, parecia aos olhos do operador como se estivesse imóvel e não desaparecesse. Apenas o impulso refletido do alvo se movia lentamente para a esquerda ao longo da linha se o avião estivesse voando em direção à estação.
Todas as informações sobre a aeronave inimiga detectada foram transmitidas por estações de radar para o chamado "centro de filtragem". Aqui, de acordo com os relatórios das estações individuais, foi realizada uma comparação e refinamento dos dados sobre a situação do ar. O "centro de filtragem" entregava as informações selecionadas e verificadas ao comando. Havia um grande mapa no posto de comando central. Operadores especiais moviam pequenos modelos de aeronaves pelo mapa. Assim, o comando poderia monitorar continuamente a situação aérea e, nesse sentido, tomar as decisões necessárias. Posteriormente, descobriu-se que as estações de alerta antecipado também poderiam fornecer informações adicionais sobre o número de aeronaves inimigas, seu curso e velocidade. Com base nessas informações, os postos de comando da defesa aérea puderam concluir quantos bombardeiros estavam participando da operação, estabelecer para qual ponto se dirigiam e quando chegariam. No entanto, os primeiros radares também tinham grandes desvantagens. Como trabalhavam em uma onda de 10 metros ou mais, suas antenas eram volumosas e imóveis. Por exemplo, a antena do transmissor CH foi suspensa de mastros de 120 m de altura. Perto havia uma estação de recepção com uma antena a uma altura de 80 m. Tendo um efeito direcional, essas antenas irradiavam ondas de rádio em um amplo cone para frente e um pouco longe do direção principal. À direita, à esquerda e atrás, essas antenas não irradiavam e, consequentemente, os radares não conseguiam detectar aeronaves nessas direções. Como suas ondas ricocheteavam no solo e na água, alvos voando baixo estavam fora de seu alcance. Assim, os aviões que se aproximam da Inglaterra a uma altitude inferior a 100 m podem voar despercebidos pelo radar. Essas deficiências só poderiam ser eliminadas com a criação de novas estações de radar operando em comprimentos de onda mais curtos. Nos primeiros anos do desenvolvimento do radar, foram usadas ondas de 10 a 15 m de comprimento, mas depois descobriu-se que era mais conveniente usar ondas mil vezes mais curtas para esse fim - na ordem de vários centímetros. Os dispositivos que operavam nessa faixa, antes do início da guerra, eram essencialmente projetos de laboratório, eram muito caprichosos e tinham potência insignificante. Os tipos de tubos de vácuo conhecidos na época funcionavam muito mal ou quase não funcionavam em comprimentos de onda de centímetros. Todo o equipamento necessário para radares mais avançados foi criado em tempo recorde no início da guerra. Primeiro, eles mudaram para uma onda de 1 m, o que possibilitou melhorar imediatamente o desempenho do radar e reduzir drasticamente o tamanho das antenas. Então surgiu a ideia de que tal antena pode ser girada na direção horizontal e enviar pulsos de radar em todas as direções, e não apenas para frente. Além disso, foi sugerido que se o radar envia pulsos e recebe seus reflexos alternadamente, então não é necessário colocar as estações transmissora e receptora separadamente: é possível e deve transmitir e receber na mesma antena, conectando-a alternadamente a o transmissor, depois para o receptor. Em 5, a estação CHL foi desenvolvida para detectar aeronaves voando baixo e navios de superfície com alcance de 1939 km. Tais estações estavam localizadas a uma distância de 100 km umas das outras, protegendo a foz do Tâmisa e suas aproximações. Posteriormente, o número de estações foi aumentado de modo a cobrir toda a costa leste da Inglaterra. A introdução de uma série de melhorias permitiu aumentar o alcance dos radares até 40-160 km. Todas essas medidas mais do que se justificaram em 1939-1940, quando se desenrolou a grandiosa batalha pela Inglaterra. Incapaz de transferir suas tropas para a Inglaterra, Hitler enviou sua armada de seus bombardeiros contra ela. Os combatentes ingleses não conheciam a paz dia e noite, repelindo um após o outro os ataques aéreos alemães. Naquela época, as estações de radar de alerta precoce desempenhavam um papel enorme em todo o sistema de defesa aérea. Os pilotos alemães logo se convenceram de que os feixes de radar invisíveis eram mais terríveis para eles do que os caças e as armas antiaéreas. O uso do radar logo levou os britânicos à ideia de mirar seus caças nos bombardeiros inimigos com a ajuda do radar. Para isso, foram criadas pequenas estações de radar (GCI). Eles tinham um alcance mais curto, mas determinavam com mais precisão a posição das aeronaves inimigas. Esses radares foram instalados perto de aeródromos de caça. Depois de receber uma mensagem das estações de alerta precoce, eles começaram a monitorar o inimigo que se aproximava, fornecendo aos pilotos de caça dados precisos sobre a localização do inimigo. Para estações desse tipo, o antigo tubo de raios catódicos com uma linha de varredura horizontal era inconveniente, pois só podia observar uma aeronave por vez e tinha que alternar constantemente de um alvo para outro. Em conexão com isso, ocorreu uma grande melhoria na tecnologia de radar - apareceu o chamado tubo de visão geral, que logo se espalhou em muitos tipos de estações. Na tela desse tubo, a linha de varredura de luz não começou na borda esquerda da tela, como nos designs anteriores, mas no centro. Essa linha girava no sentido horário ao mesmo tempo que a antena girava, refletindo na tela a localização dos alvos ao redor da estação. Tal tela criava, por assim dizer, um mapa da situação do ar. Um ponto de luz no centro da tela marcava a localização da estação de radar. Os anéis concêntricos ao redor desse ponto ajudaram a determinar a distância dos pulsos refletidos, que apareceram como pontos mais brilhantes. O oficial da estação de orientação observava simultaneamente em tal tela todos os alvos de seu interesse. A implementação da orientação foi bastante simplificada. É claro que em tal radar o método de operação do indicador descrito acima não era adequado, pois todos os sinais refletidos pelos objetos desapareciam instantaneamente da tela. Aqui, foram utilizadas telas que possuíam o chamado "resplandecer", ou seja, retinham o brilho por um determinado período de tempo. Nesses tubos, o feixe de elétrons era desviado por meio de bobinas nas quais a corrente variava linearmente com o tempo. O uso de todos os sistemas de defesa de radar já no primeiro período da guerra deu resultados tangíveis. Em quatro meses de 1940, mais de 3000 aviões alemães foram destruídos nos céus da Inglaterra, e 2600 deles foram abatidos por caças guiados por suas estações de radar. Devido a grandes perdas, os alemães foram forçados a interromper os ataques diurnos. No entanto, isso não os salvou. Os britânicos desenvolveram urgentemente uma pequena estação de radar AI, localizada a bordo da aeronave. Ela podia detectar alvos a uma distância de 3-5 km. Caças noturnos especiais foram equipados com novos radares. Além do piloto, eles abrigavam um operador de rádio artilheiro. Em uma ponta do solo, tais aeronaves se aproximaram dos bombardeiros alemães dentro do alcance de visibilidade de seu radar. Em seguida, o próprio operador, com um tubo localizador na frente do rosto, deu comandos ao piloto no interfone interno, para onde direcionar o carro para se aproximar dos bombardeiros. Na primavera de 1941, o sistema de defesa de radar noturno já estava justificando seu propósito. Se em janeiro os britânicos derrubaram apenas 4 bombardeiros noturnos alemães, então em abril de 58 e em maio de 102. Autor: Ryzhov K.V.
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