Доклад на тему:История создания радара
МалыгинаЮлия
АН-10-2-2
Одной из важнейшихобластей применения радио стала радиолокация, то есть использование радиоволндля определения местонахождения невидимой цели (а также скорости ее движения)Физической основой радиолокации является способность радиоволн отражаться(рассеиваться) от объектов, электрические свойства которых отличаются отэлектрических свойств окружающей среды. Еще в 1886 году Генрих Герц обнаружил,что радиоволны способны отражаться металлическими и диэлектрическими телами, ав 1897 году, работая со своим радиопередатчиком, Попов открыл, что радиоволныотражаются от металлических частей кораблей и их корпуса, однако ни тот нидругой не стали глубоко изучать это явление. Впервые идея радара пришла вголову немецкому изобретателю Хюльсмайеру, который в 1905 году получил патентна устройство, в котором эффект отражения радиоволн использовался дляобнаружения кораблей Хюльсмайер предлагал применить радиопередатчик,вращающиеся антенны направленного действия, радиоприемник со световым илизвуковым индикатором, воспринимающим отраженные предметами волны. При всейсвоей несовершенности устройство Хюльсмайера содержало в себе все основныеэлементы современного локатора. В патенте, выданном в 1906 году, Хюльсмайерописал способ определения расстояния до отражающего объекта. Однако разработкиХюльсмайера практического применения не получили. Понадобилось тридцать лет,прежде чем идея применить радиоволны для обнаружения самолетов и кораблейсмогла быть претворена в реальную аппаратуру. Осуществить это раньше былоневозможно по следующим причинам. Как Герц, так и Попов пользовались для своихопытов короткими волнами. Практически же радиотехника вплоть до 30-х годов XXвека применяла очень длинные волны. Между тем лучшее отражение происходит приусловии, что длина волны по меньшей мере равна или (что еще лучше) меньшеразмеров отражающего объекта (корабля или самолета). Следовательно, длинныеволны, применявшиеся в радиосвязи, не могли дать хорошего отражения. Лишь в20-е годы радиолюбители США, которым было разрешено пользоваться для своихопытов по радиосвязи короткими волнами, показали, что на самом деле эти волныпо неизвестным в то время причинам распространяются на необычайно большиерасстояния. При ничтожной мощности радиопередатчиков радиолюбителям удавалосьосуществить связь через Атлантический океан. Это привлекло к коротким волнамвнимание ученых и профессионалов. В 1922 году сотрудники радиоотдела морскойисследовательской лаборатории Тейлор и Юнг, работая в диапазоне ультракороткихволн, наблюдали явление радиолокации. Им сейчас же пришла мысль, что можноразработать такое устройство, при котором миноносцы, расположенные друг отдруга на расстоянии нескольких миль, смогут немедленно обнаруживатьнеприятельское судно. Свой доклад об этом Тейлор и Юнг прислали в морскоеминистерство США, но поддержки их предложение не получило. В 1930 году один изнаучных сотрудников Тейлора, инженер Хайланд, ведя опыты по радиосвязи накоротких волнах, заметил, что, когда самолет пересекал линию, на которой былирасположены передатчик и приемник, появлялись искажения. Из этого Хайландзаключил, что с помощью радиопередатчика и приемника, работающих на короткихволнах, можно обнаружить местоположение самолета. В 1933 году Тейлор, Юнг иХайланд взяли патент на свою идею. На этот раз радару суждено было появиться насвет — для этого сложились все технические предпосылки Главное же заключалось втом, что он стал необходим военным. Техника противовоздушной обороны междудвумя мировыми войнами не получила соответствующего развития. По-прежнемуглавную роль игра 370 ли посты воздушного наблюдения, оповещения и связи, аэростаты,прожекторы, звукоуловители. Вследствие роста скорости бомбардировщиков постыоповещения надо было выдвигать за 150 и более км от того города, для защитыкоторого они предназначались, и прокладывать к ним длинные телефонные линии.Однако эти посты все равно не давали полной гарантии безопасности. Даже вхорошую ясную погоду наблюдатели не могли обнаружить самолеты, летящие нанебольшой высоте. Ночью или в тумане, в облачную погоду такие посты вообще невидели самолетов и ограничивались сообщениями о. Приходилось располагать этипосты в несколько поясов, разбрасывать их в шахматном порядке, чтобы прикрытьими все дальние подступы. Точно так же прожекторы были надежны в борьбы противсамолетов лишь в ясные ночи. При низкой облачности и тумане они становилисьбесполезны. Специально разработанные звукоуловители тоже были слабым средствомобнаружения. Представим себе, что самолет находится за 10 км от наблюдательногопоста. Звук мотора становился слышен слухачу звукоуловителя через 30 снебольшим секунд. За это время самолет, летевший со скоростью 600 кмч, успевалпролететь 5 км, и звукоуловитель, следовательно, указывал место, где самолетнаходился полминуты назад. В этих условиях пользоваться звукоуловителем длятого, чтобы наводить с его помощью прожектор или зенитное орудие, былобессмысленно. Вот почему во всех странах Европы и в США за 6-7 лет до Второймировой войны начались усиленные поиски новых средств противовоздушной обороны,способных предупредить о нападении с воздуха. В конце концов важнейшая рольздесь была отведена радиолокации. Как известно, туман, облака, темнота невлияют на распространение радиоволн. Луч прожектора быстро тускнеет в густыхоблаках, а для радиоволн подобных препятствий не существует. Это делало оченьперспективной идею применить их для нужд ПВО. Однако практическое воплощениеидеи радиолокации потребовало решения целого ряда сложных научных и техническихпроблем. В частности, надо было создать генераторы ультракоротких волн ичувствительные приемники очень слабых отраженных от объектов сигналов. Только в1938 году. Морская исследовательская лаборатория США разработала сигнальныйрадиолокатор XAF с дальностью действия 8 км, который был испытан на линкоре. К1941 году было изготовлено 19 таких радаров. Гораздо продуктивнее шли работы вАнглии, правительство которой не скупилось на расходы. Уже в 1935 году подруководством Уотсона-Уатта была создана первая импульсная радиолокационнаястанция дальнего обнаружения СН. Она работала в диапазоне волн 10-13 м и имеладальность действия 140 км при высоте полета самолета 4,5 км. В 1937 году навосточном побережье Англии уже было установлено 20 таких станций. В 1938 годувсе они приступили к круглосуточному дежурству, продолжавшемуся до конца войны.Хотя устройство любого радара очень сложно, принцип его действия понять нетрудно. Радиолокационная станция работает не непрерывно, а периодическимитолчками — импульсами. Передатчик первой английской радиолокационной станции СНпосылал импульсы 25 раз в секунду. (Посылка импульса длится в 371 современныхлокаторах несколько миллионных долей секунды, а паузы между импульсами — несколько сотых или тысячных долей секунды.) Импульсный режим применяется длятого, чтобы измерять время между посылкой импульса и его возвращением ототраженного объекта. Послав в пространство очень кратковременную радиоволн,передатчик автоматически выключается и начинает работать радиоприемник.Встретив на пути своего распространения какое-либо препятствие, радиоволнырассеиваются во все стороны и частично отражаются от него обратно, к меступосылки волн, то есть к радиолокационной станции. Этот процесс аналогиченотражению звуковых волн — явлению эхо. Достаточно крикнуть или ударить в ладошив горном ущелье у подножья скалы — и через несколько секунд послышится слабое эхо- отражение звука. Так как скорость радиоволн чуть ли не в миллион раз большескорости звуковых волн, то от скалы, находящейся на расстоянии 3500 м, эховернется через 20 секунд, а радиоволна — через две стотысячных доли секунды.Поэтому основной особенностью радиолокационной станции должно быть быстроеизмерение кратчайших отрезков времени с точностью до миллионных долей секунды.Понятно, что если бы радиолокационная станция беспрерывно посылала своисигналы, то среди мощных сигналов передатчика было бы невозможно уловить оченьслабые отраженные радиоволны, вернувшиеся обратно. Антенна радиолокационнойстанции обладает направленным действием. В отличие от антенн радиовещательнойстанции, посылающей радиоволны во всех направлениях, импульсы, излучаемые радаром,концентрируются в очень узкий пучок, посылаемый в строго определенномнаправлении. Приняв отраженные импульсы, радар направлял их наэлектронно-лучевую трубку. Здесь этот импульс (понятно, многократно усиленный)подавался на вертикальные пластины, управлявшие электронным лучом трубки (см.ее устройство в предыдущей главе) и вызывал вертикальный бросок луча на экранерадара. Что же можно было наблюдать на этом экране? 25 раз в секунду в левойего части возникал электронный импульс (этот бросок был вызван тем, что оченьнебольшая часть энергии излученного импульса попадала в приемник), и за нимбежала направо линия развертки. Это длилось до тех пор, пока импульс недостигал цели, не отражался от нее и не возвращался обратно. Предположим, чтолиния, нарисованная электронным лучом, двигалась по экрану в течение 1миллисекунды. За это время импульс проходил 150 км до цели, отражался от нее,возвращался обратно на станцию и высвечивался на экране в виде второго броска.У того места экрана трубки, где появился первый бросок, ставили 0, а в концелинии — 150 км. Так как скорость распространения волны постоянна, то всю этулинию можно было разделить на равные части и получить таким образом возможностьсчитывать (в пределах 150 км) любое расстояние до цели, отраженный импульскоторой был виден на экране трубки. Благодаря столь частому появлениюизображения на экране, оно казалось глазу оператора как бы неподвижным инеисчезающим. Лишь импульс, отраженный от Пели, медленно перемещался влево полинии, если самолет летел по направлению к станции. 372 9 Изображение импульса,отратеннага от цели Рис. 80-1. Изображения зондирующего и отраженного импульсана экране радиолокационной станции с горизонтальной разверткой Все сведения обобнаруженных самолетах противника радиолокационные станции передавали на такназываемый. Здесь по донесениям ( отдельных станций производилось сличение иуточнение данных о воздушной 1 обстановке. Отобранные и проверенные сведенияпередавал командованию. На центральном командном пункте имелась большая карта. Специальныеоператоры перемещали по карте маленькие модели самолетов. Командование такимобразом могло непрерывно наблюдать воздушную обстановку и сообразно с этимпринимать нужные решения. Впоследствии оказалось, что станции дальнего обнаружениямогут давать и дополнительные сведения о числе вражеских самолетов, их курсе искорости. Командные пункты ПВО по этим сведениям могли заключить, какоеколичество бомбардировщиков участвует в операции, установить, к какому пунктуони направляются и когда к нему прибудут. Однако первые радары обладали икрупными недостатками. Поскольку они работали на волне 10 и более метров,антенны их были громоздки и неподвижны. К примеру, антенна передатчика СНподвешивалась на мачтах высотой 120 м. Неподалеку располагалась приемнаястанция с антенной на высоте 80 м. Обладая направленным действием, эти антенныизлучали радиоволны широким конусом вперед и несколько в сторону от главногонаправления. Вправо, влево и назад эти антенны не излучали, и, следовательно,на этих направлениях радары не могли обнаружить самолеты. Поскольку их волныотражались от земли и воды, низколетящие цели были им недоступны. Так чтосамолеты, приближавшиеся к Англии на высоте менее 100 м, могли пролететьнезаметно для радаров. Устранить эти изъяны можно было только созданием новыхрадиолокационных станций, работающих на более коротких волнах. В первые годыразвития радиолокации применялись волны длиной 10-15 м, но в дальнейшемоказалось, что удобнее использовать для этой цели волны в тысячу раз короче — порядка нескольких сантиметров. Приборы, работавшие в таком диапазоне, доначала войны являлись, по существу, лабораторными конструкциями, были оченькапризны и обладали ничтожной мощностью. Известные в то время типы электронныхламп очень плохо или почти не работали на сантиметровых волнах Все 373необходимое оборудование для более совершенных радаров было создано в рекорднокороткие сроки уже в начале войны. Сначала перешли на волну в 1,5 м, чтопозволило сразу улучшить работу радара и резко сократить размеры антенн. Тогдапоявилась мысль, что такую антенну можно вращать в горизонтальном направлении ирассылать импульсы локатора во все стороны, а не только вперед. Далеенапрашивалось предположение, что если радар поочередно посылает импульсы ипринимает их отражения, то вовсе не обязательно передающую и принимающуюстанции размещать отдельно: можно и должно передавать и принимать на одну и туже антенну, поочередно подключая ее то к передатчику, то к приемнику. В 1939году была разработана станция для обнаружения низколетящих самолетов инадводных кораблей с дальностью действия 100 км. Такие станции располагались нарасстоянии 40 км друг от друга, защищая устье Темзы и подходы к ней. Вдальнейшем количество станций было увеличено так, чтобы прикрыть все восточноепобережье Англии. Введение ряда усовершенствований позволило увеличитьдальность действия радаров до 160-190 км. Все эти меры с лихвой оправдали себяв 1939-1940 годах, когда развернулась грандиозная битва за Англию. Не имеявозможности перебросить в Англию свои войска, Гитлер двинул против нее армадысвоих бомбардировщиков. Английские истребители не знали покоя ни днем, ниночью, отбивая одну за другой воздушные атаки немцев. Радиолокационные станциидальнего обнаружения играли в это время огромную роль во всей системе ПВО.Немецкие летчики вскоре убедились, что невидимые лучи радаров для них страшнееистребителей и зениток. Применение радиолокации навело вскоре англичан на мысльнацеливать с помощью радаров свои истребители на бомбардировщики врага. Дляэтого были созданы небольшие радиолокационные станции (GCI). Они имели меньшуюдальность действия, но зато более точно определяли положение вражескихсамолетов. Эти радары устанавливались неподалеку от аэродромов истребительнойавиации. Получив сообщение от станций дальнего обнаружения, они начиналиследить за приближающимся врагом, давая летчикам-истребителям точные данные оместоположении врага. Для станций такого типа прежняя электронно-лучевая трубкас горизонтальной линией развертки была неудобна, поскольку в каждый моментвремени она могла наблюдать только за одним самолетом и постоянно должна былапереключаться с одной цели на другую. В связи с этим произошло крупноеусовершенствование радиолокационной техники — появилась так называемая трубкакругового обзора, получившая в скором времени самое широкое распространение вомногих типах станций. На экране такой трубки световая линия разверткиначиналась не с левого края экрана, как в прежних конструкциях, а от центра.Эта линия вращалась по часовой стрелке одновременно с вращением антенны,отражая на экране местоположение целей вокруг станции. Такой экран создавал какбы карту воздушной обстановки. Световое пятно в центре экрана отмечаломестоположение радиолокационной станции. Концентрические кольца вокруг этогопятна помогали определить расстояние до отраженных импульсов, которые обо 374значились в виде более светлых точек. Офицер станции наведения одновременно;наблюдал на таком экране за всеми интересующими его целями. Осуществление наведениязначительно упрощалось. Понятно, что на таком радаре описанный; выше способработы индикатора не годился, так как все сигналы, отраженные от объектов,мгновенно пропадали с экрана. Здесь применялись экраны, обладающие такназываемым, то есть сохраняющие свечение в течение определенного промежуткавремени. В таких трубках отклонение электронного луча осуществлялось с помощьюкатушек, ток в которых изменялся линейно в зависимости от времени. Применениевсех систем радиолокационной обороны уже в первый период войны дало ощутимыерезультаты. За четыре месяца 1940 года в небе над Англи-1 ей было уничтоженоболее 3000 немецких самолетов, причем 2600 из них были сбиты истребителями,наведенными своими радиолокационными станциями. Из- j за больших потерь немцыбыли вынуждены прекратить дневные налеты. Однако и это не спасло их.Англичанами в срочном порядке была разработана небольшая! радиолокационнаястанция AI, размещавшаяся на борту самолета. Она могла обнаруживать цели нарасстоянии 3-5 км. Новыми радарами были оснащены специальные ночныеистребители. Кроме пилота на них размещался стрелок-радиооператор. По наводке сземли такие самолеты приближались к немецким бомбардировщикам на расстояниевидимости своего радара. После этого уже сам оператор, имея перед лицом трубкулокатора, давал летчику команды по внутреннему переговорному устройству, куданаправить машину, чтобы сблизиться с бомбардировщиками. К весне 1941 годасистема ночной радиолокационной обороны уже оправдывала свое назначение. Если вянваре англичане сбили всего 4 немецких ночных бомбардировщика, то в апреле 58,а в мае 102.