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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Radar. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Estación de radar (radar), radar (radar inglés de detección y alcance de radio - detección y alcance de radio): un sistema para detectar objetos aéreos, marinos y terrestres, así como para determinar su alcance, velocidad y parámetros geométricos. Utiliza un método basado en la emisión de ondas de radio y el registro de sus reflejos en los objetos.
Una de las aplicaciones más importantes de la radio se ha convertido en radar, es decir, el uso de ondas de radio para determinar la ubicación de un objetivo invisible (así como la velocidad de su movimiento). La base física del radar es la capacidad de las ondas de radio para reflejarse (dispersarse) en objetos cuyas propiedades eléctricas difieren de las propiedades eléctricas del entorno. Allá por 1886, Heinrich Hertz descubrió que las ondas de radio pueden ser reflejadas por cuerpos metálicos y dieléctricos, y en 1897, trabajando con su transmisor de radio, Popov descubrió que las ondas de radio se reflejan en las partes metálicas de los barcos y sus cascos, pero ninguna de ellas comenzó a estudiar profundamente este fenómeno. La idea del radar fue concebida por primera vez por el inventor alemán Hülsmeier, quien en 1905 recibió una patente para un dispositivo en el que se usaba el efecto de reflejar ondas de radio para detectar barcos. Hulsmeier sugirió usar un transmisor de radio, antenas direccionales giratorias, un receptor de radio con un indicador de luz o sonido que percibe las ondas reflejadas por los objetos. A pesar de todas sus imperfecciones, el dispositivo de Hülsmeier contenía todos los elementos básicos de un localizador moderno. En una patente emitida en 1906, Hülsmeier describió un método para determinar la distancia a un objeto reflectante. Sin embargo, los desarrollos de Hülsmeier no han recibido aplicación práctica. Pasaron treinta años antes de que la idea de usar ondas de radio para detectar aviones y barcos pudiera traducirse en equipos reales. Anteriormente esto era imposible por las siguientes razones. Tanto Hertz como Popov utilizaron ondas cortas para sus experimentos. En la práctica, la ingeniería de radio hasta los años 30 del siglo XX utilizó ondas muy largas. Mientras tanto, la mejor reflexión ocurre bajo la condición de que la longitud de onda sea al menos igual o (incluso mejor) menor que las dimensiones del objeto reflectante (barco o avión). En consecuencia, las ondas largas utilizadas en la comunicación por radio no podían dar un buen reflejo. Fue solo en la década de 20 que los radioaficionados estadounidenses, a quienes se les permitió usar ondas cortas para sus experimentos en comunicación por radio, demostraron que, de hecho, estas ondas, por razones desconocidas en ese momento, se propagan a distancias inusualmente largas. Con el poder insignificante de los transmisores de radio, los radioaficionados lograron comunicarse a través del Océano Atlántico. Esto atrajo la atención de científicos y profesionales a las ondas cortas. El primer experimento alemán de radar activo se llevó a cabo en marzo de 1935. Durante este experimento, muchos transmisores y receptores pudieron detectar una señal débil que rebotaba en un buque de guerra alemán a una milla de distancia. También se llevaron a cabo desarrollos similares en Francia, Italia, la URSS y, en una escala algo menor, en Japón. El sistema, demostrado en Pelzenhaken el 26 de septiembre, fue el resultado directo de la investigación dirigida por el brillante físico alemán Rudolf Kuhnold. A mediados de la década de 30, Kunold era dueño de una pequeña corporación llamada "Gesellschaft fur Elektroakustische und Mechanische Apparate" (GEMA), que se especializaba en el desarrollo de complejos transmisores y receptores de radio. GEMA tenía estrechos vínculos con el Instituto Alemán de Investigación Naval. Desde mediados de 1935, GEMA, aunque no estaba asociada oficialmente con el complejo militar-industrial alemán, comenzó a tomar parte activa en los preparativos para la guerra.
En 1922, los empleados del departamento de radio del Laboratorio de Investigación Marina Taylor y Jung, que trabajaban en el rango de onda ultracorta, observaron el fenómeno del radar. Inmediatamente se les ocurrió la idea de que es posible desarrollar un dispositivo de este tipo en el que los destructores, ubicados a una distancia de varias millas entre sí, puedan detectar inmediatamente un barco enemigo "independientemente de la niebla, la oscuridad y el humo". Taylor y Jung enviaron su informe al respecto al Departamento de Marina de los EE. UU., pero su propuesta no recibió apoyo. En 1930, uno de los investigadores de Taylor, el ingeniero Hyland, mientras realizaba experimentos sobre comunicaciones de radio de onda corta, notó que aparecían distorsiones cuando el avión cruzaba la línea en la que se encontraban el transmisor y el receptor. A partir de esto, Hyland concluyó que con la ayuda de un transmisor y receptor de radio que opera en ondas cortas, se podría ubicar la ubicación de la aeronave. En 1933, Taylor, Jung y Hyland patentaron su idea. Esta vez, el radar estaba destinado a nacer, para esto existían todos los requisitos técnicos previos. Lo principal fue que se hizo necesario para los militares. La tecnología de defensa aérea entre las dos guerras mundiales no recibió un desarrollo correspondiente. Como antes, el papel principal lo desempeñaron los puestos de observación aérea, advertencia y comunicaciones, globos, reflectores y captadores de sonido. Debido al aumento en la velocidad de los bombarderos, hubo que colocar puestos de advertencia a 150 o más kilómetros de la ciudad que debían proteger, y se tuvieron que instalar largas líneas telefónicas. Sin embargo, estos puestos todavía no daban una completa garantía de seguridad. Incluso con buen tiempo despejado, los observadores no pudieron detectar aviones que volaban a baja altura. Por la noche o en la niebla, en tiempo nublado, tales puestos no vieron aviones en absoluto y se limitaron a informes de "ruido del motor". Tuvimos que organizar estos puestos en varios cinturones, esparcirlos en un patrón de tablero de ajedrez para cubrir todos los accesos distantes con ellos.
De la misma manera, los reflectores solo eran confiables contra aviones en noches despejadas. Con nubes bajas y niebla, se volvieron inútiles. Los detectores de sonido especialmente diseñados también eran un medio de detección deficiente. Imagina que el avión está a 10 km del puesto de observación. El sonido del motor se volvió audible para el oído del captador de sonido después de 30 segundos. Durante este tiempo, una aeronave que volaba a una velocidad de 600 km/h logró volar 5 km, y la captación de sonido, por lo tanto, indicaba el lugar donde se encontraba la aeronave hace medio minuto. En estas condiciones, no tenía sentido utilizar un captador de sonido para dirigir con él un reflector o un cañón antiaéreo. Es por eso que en todos los países europeos y en los EE. UU., 6-7 años antes de la Segunda Guerra Mundial, comenzó una búsqueda intensa de nuevos sistemas de defensa aérea que pudieran advertir sobre un ataque aéreo. Al final, el papel más importante aquí se le asignó al radar. Como saben, la niebla, las nubes y la oscuridad no afectan la propagación de las ondas de radio. El haz de un reflector se atenúa rápidamente en nubes espesas y no existen tales obstáculos para las ondas de radio. Esto hizo que la idea de usarlos para las necesidades de defensa aérea fuera muy prometedora. Sin embargo, la implementación práctica de la idea de radar requirió la solución de una serie de problemas científicos y técnicos complejos. En particular, fue necesario crear generadores de ondas ultracortas y receptores sensibles de señales muy débiles reflejadas por los objetos. No fue hasta 1938 que el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. desarrolló el radar de señalización XAF con un alcance de 8 km, que fue probado en el acorazado New York. Para 1941, se habían fabricado 19 radares de este tipo. El trabajo era mucho más productivo en Inglaterra, cuyo gobierno no escatimaba en gastos. Ya en 1935, bajo la dirección de Watson-Watt, se creó el primer radar de alerta temprana pulsado CH. Operó en el rango de onda de 10-13 m y tenía un alcance de 140 km a una altitud de vuelo de aeronave de 4 km. En 5, ya se instalaron 1937 estaciones de este tipo en la costa este de Inglaterra. En 20, todos comenzaron a trabajar las 1938 horas, que continuaron hasta el final de la guerra. Aunque el dispositivo de cualquier radar es muy complicado, el principio de su funcionamiento no es difícil de entender. La estación de radar no funciona de forma continua, sino con descargas periódicas: impulsos. El transmisor de la primera estación de radar CH inglesa enviaba pulsos 25 veces por segundo. (El envío de un pulso dura unas pocas millonésimas de segundo en los localizadores modernos, y las pausas entre pulsos son varias centésimas o milésimas de segundo). El modo de pulso se usa para medir el tiempo entre el envío de un pulso y su devolución desde un objeto reflejado. Habiendo enviado una "porción" muy pequeña de ondas de radio al espacio, el transmisor se apaga automáticamente y el receptor de radio comienza a funcionar. Habiendo encontrado algún obstáculo en el camino de su propagación, las ondas de radio se dispersan en todas las direcciones y se reflejan parcialmente hacia el lugar donde se enviaron las ondas, es decir, a la estación de radar. Este proceso es similar al reflejo de las ondas sonoras: el fenómeno del eco. Basta gritar o aplaudir en un desfiladero de montaña al pie de un acantilado, y en unos segundos se escuchará un eco débil, un reflejo del sonido. Dado que la velocidad de las ondas de radio es casi un millón de veces mayor que la velocidad de las ondas de sonido, desde una roca ubicada a una distancia de 3500 m, el eco regresará en 20 segundos y la onda de radio, en doscientos milésimas de segundo. un segundo. Por lo tanto, la característica principal de la estación de radar debe ser la medición rápida de los períodos de tiempo más cortos con una precisión de millonésimas de segundo. Está claro que si la estación de radar enviaba continuamente sus señales, entre las poderosas señales del transmisor sería imposible captar ondas de radio reflejadas muy débiles que regresaran. La antena del radar es direccional. A diferencia de las antenas de una estación de radiodifusión, que envían ondas de radio en todas las direcciones, los pulsos emitidos por el radar se concentran en un haz muy estrecho enviado en una dirección estrictamente definida. Habiendo recibido los pulsos reflejados, el radar los dirigió al tubo de rayos catódicos. Aquí, este pulso (obviamente amplificado muchas veces) se aplicó a las placas verticales que controlaban el haz de electrones del tubo (ver su dispositivo en el capítulo anterior) y provocó un lanzamiento vertical del haz en la pantalla del radar. ¿Qué se podía ver en esta pantalla? 25 veces por segundo, aparecía un pulso electrónico en su lado izquierdo (esta oleada se debía al hecho de que una parte muy pequeña de la energía del pulso emitido golpeaba al receptor), y una línea de exploración lo seguía hacia la derecha. Esto continuó hasta que el impulso alcanzó el objetivo, no se reflejó en él y no regresó.
Suponga que una línea dibujada por un haz de electrones se mueve por la pantalla durante 1 milisegundo. Durante este tiempo, el impulso viajó 150 km hasta el objetivo, se reflejó en él, regresó a la estación y se mostró en la pantalla en forma de un segundo lanzamiento. En el lugar de la pantalla del tubo donde apareció el primer lanzamiento, establecieron 0, y al final de la línea, 150 km. Dado que la velocidad de propagación de la onda es constante, toda esta línea podría dividirse en partes iguales y de esta manera sería posible leer (dentro de 150 km) cualquier distancia al objetivo, cuyo pulso reflejado era visible en la pantalla de el tubo. Debido a la aparición tan frecuente de la imagen en la pantalla, a los ojos del operador parecía inmóvil y que no desaparecía. Solo el impulso reflejado por el objetivo se movía lentamente hacia la izquierda a lo largo de la línea si el avión volaba hacia la estación.
Toda la información sobre el avión enemigo detectado fue transmitida por estaciones de radar al llamado "centro de filtrado". Aquí, de acuerdo con los informes de las estaciones individuales, se llevó a cabo una comparación y refinamiento de los datos sobre la situación del aire. El “centro de filtrado” entregó la información seleccionada y verificada al comando. Había un gran mapa en el puesto de mando central. Los operadores especiales movieron pequeños modelos de aviones por el mapa. Por lo tanto, el comando podría monitorear continuamente la situación aérea y, en consecuencia, tomar las decisiones necesarias. Posteriormente, resultó que las estaciones de alerta temprana también podrían proporcionar información adicional sobre la cantidad de aviones enemigos, su rumbo y velocidad. A partir de esta información, los puestos de mando de la defensa aérea podrían concluir cuántos bombarderos participaban en la operación, establecer hacia dónde se dirigían y cuándo llegarían. Sin embargo, los primeros radares también presentaban importantes inconvenientes. Como trabajaban en una ola de 10 metros o más, sus antenas eran voluminosas e inmóviles. Por ejemplo, la antena del transmisor CH estaba suspendida de mástiles de 120 m de altura. Cerca había una estación receptora con una antena a una altura de 80 m. Estas antenas, que tenían un efecto direccional, radiaban ondas de radio en un cono ancho hacia adelante y algo alejadas del dirección principal. A la derecha, a la izquierda y atrás, estas antenas no radiaban y, en consecuencia, los radares no podían detectar aeronaves en esas direcciones. Dado que sus olas rebotaban en el suelo y el agua, los objetivos de bajo vuelo estaban fuera de su alcance. Entonces, los aviones que se acercan a Inglaterra a una altitud de menos de 100 m podrían pasar desapercibidos por el radar. Estas deficiencias solo podrían eliminarse mediante la creación de nuevas estaciones de radar que funcionen en longitudes de onda más cortas. En los primeros años del desarrollo del radar, se usaban ondas de 10 a 15 m de largo, pero luego resultó que era más conveniente usar ondas mil veces más cortas para este propósito, del orden de varios centímetros. Los dispositivos que operaban en este rango, antes del comienzo de la guerra, eran esencialmente diseños de laboratorio, eran muy caprichosos y tenían un poder insignificante. Los tipos de tubos de vacío conocidos en ese momento funcionaban muy mal o casi no funcionaban en longitudes de onda centimétricas. Todo el equipo necesario para los radares más avanzados se creó en un tiempo récord al comienzo de la guerra. Primero, cambiaron a una onda de 1 m, lo que permitió mejorar inmediatamente el rendimiento del radar y reducir drásticamente el tamaño de las antenas. Luego surgió la idea de que dicha antena se puede girar en dirección horizontal y enviar pulsos de radar en todas las direcciones, y no solo hacia adelante. Además, se sugirió que si el radar envía pulsos y recibe sus reflejos alternativamente, entonces no es necesario colocar las estaciones de transmisión y recepción por separado: es posible y debe transmitir y recibir en la misma antena, conectándola alternativamente a el transmisor, luego al receptor. En 5, la estación CHL se desarrolló para detectar aeronaves en vuelo bajo y barcos de superficie con un alcance de 1939 km. Dichas estaciones estaban ubicadas a una distancia de 100 km entre sí, protegiendo la desembocadura del Támesis y sus accesos. Posteriormente, se aumentó el número de estaciones para cubrir toda la costa este de Inglaterra. La introducción de una serie de mejoras hizo posible aumentar el alcance de los radares hasta 40-160 km. Todas estas medidas se justificaron con creces en 1939-1940, cuando se desarrolló la grandiosa batalla por Inglaterra. Incapaz de transferir sus tropas a Inglaterra, Hitler envió su armada de bombarderos contra ella. Los combatientes ingleses no conocieron la paz ni de día ni de noche, repeliendo uno tras otro los ataques aéreos alemanes. En ese momento, las estaciones de radar de alerta temprana jugaron un papel muy importante en todo el sistema de defensa aérea. Los pilotos alemanes pronto se convencieron de que los rayos de radar invisibles eran más terribles para ellos que los aviones de combate y los cañones antiaéreos. El uso del radar pronto llevó a los británicos a la idea de apuntar sus cazas a los bombarderos enemigos con la ayuda del radar. Para ello se crearon pequeñas estaciones de radar (GCI). Tenían un alcance más corto, pero determinaban con mayor precisión la posición de los aviones enemigos. Estos radares se instalaron cerca de los aeródromos de combate. Después de recibir un mensaje de las estaciones de alerta temprana, comenzaron a monitorear al enemigo que se acercaba, brindando a los pilotos de combate datos precisos sobre la ubicación del enemigo. Para estaciones de este tipo, el viejo tubo de rayos catódicos con una línea de exploración horizontal era un inconveniente, ya que solo podía observar un avión a la vez y tenía que cambiar constantemente de un objetivo a otro. En relación con esto, se produjo una mejora importante en la tecnología de radar: apareció el llamado tubo de visualización integral, que pronto se generalizó en muchos tipos de estaciones. En la pantalla de dicho tubo, la línea de exploración de luz no comenzaba desde el borde izquierdo de la pantalla, como en los diseños anteriores, sino desde el centro. Esta línea giraba en el sentido de las agujas del reloj al mismo tiempo que giraba la antena, reflejando en la pantalla la ubicación de los objetivos alrededor de la estación. Tal pantalla creó, por así decirlo, un mapa de la situación del aire. Un punto de luz en el centro de la pantalla marcaba la ubicación de la estación de radar. Los anillos concéntricos alrededor de este punto ayudaron a determinar la distancia a los pulsos reflejados, que aparecían como puntos más brillantes. El oficial de la estación de guía observaba simultáneamente en esa pantalla todos los objetivos que le interesaban. La implementación de la guía se ha simplificado enormemente. Está claro que en un radar de este tipo, el método de funcionamiento del indicador descrito anteriormente no era adecuado, ya que todas las señales reflejadas por los objetos desaparecieron instantáneamente de la pantalla. Aquí se usaban pantallas que tenían el llamado “afterglow”, es decir, retenían el brillo por un tiempo determinado. En tales tubos, el haz de electrones se desviaba utilizando bobinas en las que la corriente variaba linealmente con el tiempo. El uso de todos los sistemas de defensa por radar ya en el primer período de la guerra dio resultados tangibles. En cuatro meses de 1940, más de 3000 aviones alemanes fueron destruidos en los cielos de Inglaterra, y 2600 de ellos fueron derribados por cazas guiados por sus estaciones de radar. Debido a las grandes pérdidas, los alemanes se vieron obligados a detener las incursiones diurnas. Sin embargo, esto no los salvó. Los británicos desarrollaron con urgencia una pequeña estación de radar AI, ubicada a bordo del avión. Podía detectar objetivos a una distancia de 3-5 km. Los cazas nocturnos especiales estaban equipados con nuevos radares. Además del piloto, albergaban a un artillero-operador de radio. En un aviso desde el suelo, tales aviones se acercaron a los bombarderos alemanes dentro del rango de visibilidad de su radar. Después de eso, el propio operador, que tenía un tubo localizador frente a su cara, le dio órdenes al piloto en el intercomunicador interno, hacia dónde dirigir el automóvil para acercarse a los bombarderos. En la primavera de 1941, el sistema de defensa de radar nocturno ya justificaba su propósito. Si en enero los británicos derribaron solo 4 bombarderos nocturnos alemanes, entonces en abril 58 y en mayo 102. Autor: Ryzhov K.V.
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