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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
レーダー。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト レーダーステーション（レーダー）、レーダー（無線検出と測距からの英語レーダー - 無線検出と測距） - 空、海、地上の物体を検出し、それらの範囲、速度、幾何学的パラメーターを決定するためのシステム。 これは、電波の放射と物体からの反射の記録に基づく方法を使用します。
無線の最も重要なアプリケーションの XNUMX つがレーダーになりました。つまり、電波を使用して、目に見えないターゲットの位置 (およびその移動速度) を特定します。 レーダーの物理的基礎は、環境の電気的特性とは異なる電気的特性を持つ物体からの電波の反射 (散乱) 能力です。 さかのぼること 1886 年、ハインリッヒ ヘルツは、電波が金属や誘電体によって反射されることを発見しました。1897 年、ポポフは、無線送信機を使って、電波が船とその船体の金属部分から反射されることを発見しましたが、どちらも反射しませんでした。この現象を深く研究し始めました。 レーダーのアイデアは、1905年に電波の反射効果を使用して船を検出する装置の特許を取得したドイツの発明者Hülsmeierによって最初に考案されました。 ハルスマイヤーは、無線送信機、回転指向性アンテナ、物体によって反射された波を感知する光または音のインジケーターを備えた無線受信機を使用することを提案しました。 そのすべての不完全さのために、Hülsmeierのデバイスは現代のロケーターのすべての基本的な要素を含んでいました。 1906年に発行された特許で、Hülsmeierは反射物体までの距離を決定する方法を説明しました。 しかし、Hülsmeierの開発は実用化されていません。 航空機や船を検出するために電波を使用するというアイデアが実際の機器に変換されるまでには、30 年かかりました。 これは、以前は次の理由で不可能でした。 Hertz と Popov はどちらも実験に短波を使用しました。 実際には、XNUMX 世紀の XNUMX 年代までの無線工学では非常に長い波が使用されていました。 一方、最良の反射は、波長が反射物体 (船または航空機) の寸法と少なくとも等しいか、または (より良い) 未満であるという条件下で発生します。 その結果、無線通信で使用される長波は、良好な反射を与えることができませんでした。 20 年代になって初めて、無線通信の実験に短波を使用することを許可された米国のアマチュア無線家が、当時は未知の理由でこれらの波が異常に長い距離を伝搬することを実際に示しました。 無線送信機のごくわずかな電力で、無線アマチュアは大西洋を越えて通信することができました。 これにより、科学者や専門家の注目が短波に向けられました。 ドイツ初のアクティブレーダー実験は 1935 年 XNUMX 月に実施されました。 この実験中、多くの送信機と受信機は、XNUMX マイル離れたドイツ軍艦から反射した弱い信号を検出することができました。 同様の開発はフランス、イタリア、ソ連、そしてやや小規模ではあるが日本でも行われた。 26 月 30 日にペルゼンハーケンで実証されたこのシステムは、ドイツの天才物理学者ルドルフ・クーノルトが主導した研究の直接の成果です。 1935 年代半ば、クノルドは、複雑な無線送信機と受信機の開発を専門とする「Gesellschaft fur Elektroakustische und Mechanische Apparate」(GEMA) という小さな会社を所有していました。 GEMA はドイツ海軍研究所と密接な関係がありました。 XNUMX 年半ばから、GEMA は正式にはドイツの軍産複合体とは関係がありませんでしたが、戦争の準備に積極的に参加し始めました。
1922年、超短波範囲で働いていた海洋研究所テイラーとユングの無線部門の従業員がレーダーの現象を観察しました。 彼らはすぐに、互いに数マイルの距離にある駆逐艦が「霧、暗闇、煙に関係なく」敵船を即座に検出できるような装置を開発できるという考えを思いつきました。 テイラーとユングは、これに関する報告書を米国海軍省に送りましたが、彼らの提案は支持を受けませんでした。 1930 年、テイラーの研究助手の 1933 人であるエンジニアのハイランドは、短波無線通信の実験を行っているときに、航空機が送信機と受信機が配置されている線を横切ったときに歪みが発生することに気付きました。 このことから、ハイランドは、短波で動作する無線送信機と受信機の助けを借りて、航空機の位置を突き止めることができると結論付けました。 XNUMX 年、テイラー、ユング、ハイランドの XNUMX 人は、このアイデアの特許を取得しました。 今回はレーダーが誕生する運命にありました-このためにすべての技術的な前提条件がありました。 主なことは、それが軍隊にとって必要になったということでした。 150つの世界大戦の間の防空技術は対応する開発を受けませんでした。 以前と同様に、主な役割は、航空監視所、警告と通信、気球、サーチライト、およびサウンドピックアップによって果たされました。 爆撃機の速度が上がったため、警戒所は保護対象の都市からXNUMX km以上離れた場所に設置する必要があり、長い電話回線を敷設する必要がありました。 ただし、これらの投稿はセキュリティを完全に保証するものではありませんでした。 晴天時でも、低空を飛行する航空機は観測できませんでした。 夜間や霧の中、曇りの日には、そのようなポストは航空機をまったく見ず、「エンジンノイズ」の報告に限定されていました。 これらの支柱をいくつかのベルトに配置し、それらをチェッカーボードパターンに分散させて、すべての遠方のアプローチをカバーする必要がありました。
同様に、サーチライトは晴れた夜の航空機に対してのみ信頼性がありました。 低い雲と霧で、それらは役に立たなくなりました。 特別に設計された音検出器も、検出手段としては不十分でした。 飛行機が観測所から 10 km 離れていると想像してください。 30秒後、モーターの音がサウンドピックアップの耳に聞こえるようになりました。 この間、時速 600 km の速度で飛行している航空機は 5 km 飛行することができたため、サウンド ピックアップは航空機が XNUMX 分前にいた場所を示していました。 このような状況下では、サーチライトや対空砲を向けるためにサウンドピックアップを使用しても意味がありませんでした。 そのため、ヨーロッパのすべての国とアメリカでは、第二次世界大戦の 6 ～ 7 年前に、空襲を警告できる新しい防空システムの検索が強化されました。 結局、ここで最も重要な役割はレーダーに割り当てられました。 ご存知のように、霧、雲、暗闇は電波の伝搬に影響しません。 厚い雲の中ではサーチライトのビームはすぐに暗くなり、電波にはそのような障害はありません。 これにより、防空ニーズにそれらを使用するという考えが非常に有望になりました。 ただし、レーダーのアイデアを実際に実装するには、多くの複雑な科学的および技術的問題を解決する必要がありました。 特に、超短波の発生器と、物体から反射された非常に弱い信号の敏感な受信機を作成する必要がありました。 米国海軍調査研究所が1938kmの範囲でXAF信号レーダーを開発し、戦艦ニューヨークでテストされたのは8年のことでした。 1941年までに、19台のそのようなレーダーが製造されました。 政府が支出を削らなかったイングランドでは、仕事の生産性がはるかに高かった。 すでに 1935 年に、ワトソン ワットのリーダーシップの下で、最初のパルス早期警戒レーダー CH が作成されました。 それは 10-13 m の波の範囲で動作し、航空機の飛行高度 140 km で 4 km の範囲を持っていました。 5 年には、そのようなステーションが 1937 か所、イギリスの東海岸に設置されていました。 20 年には全員が 1938 時間勤務を開始し、終戦までそれが続きました。 レーダーの装置は非常に複雑ですが、その動作原理を理解することは難しくありません。 レーダーステーションは継続的に動作するのではなく、周期的な衝撃 (インパルス) を伴います。 最初のイギリスの CH レーダー ステーションの送信機は、毎秒 25 回のパルスを送信しました。 (最新のロケーターでは、パルスの送信は数百万分の XNUMX 秒続き、パルス間の一時停止は数百分の XNUMX または XNUMX 分の XNUMX 秒です。) パルス モードは、パルスを送信してから反射されたオブジェクトから返されるまでの時間を測定するために使用されます。 電波の非常に短い「部分」を宇宙に送信すると、送信機は自動的にオフになり、無線受信機が機能し始めます。 電波は途中で何らかの障害物に遭遇すると、あらゆる方向に散乱され、部分的に反射されて電波の送信元、つまりレーダー ステーションに到達します。 このプロセスは、音波の反射、つまりエコー現象に似ています。 崖のふもとにある山の峡谷で手を叩くか叫ぶだけで十分です-そして数秒でかすかなエコーが聞こえます-音の反射です。 電波の速度は音波の速度のほぼ3500万倍であるため、20 mの距離にある岩から、エコーはXNUMX秒で戻り、電波はXNUMX万分のXNUMXで戻りますXNUMX番目。 したがって、レーダーステーションの主な機能は、XNUMX万分のXNUMX秒の精度で最短期間を迅速に測定することです。 レーダー局が継続的に信号を送信した場合、送信機の強力な信号の中で、戻ってきた非常に弱い反射電波をキャッチすることは不可能であることは明らかです。 レーダーアンテナは指向性があります。 全方向に電波を送信する放送局のアンテナとは異なり、レーダーから放射されるパルスは、厳密に定義された方向に送信される非常に狭いビームに集中されます。 反射されたパルスを受信したレーダーは、それらをブラウン管に向けました。 ここで、このパルス（明らかに何度も増幅された）は、チューブの電子ビームを制御する垂直プレートに適用され（前の章のデバイスを参照）、レーダー画面にビームを垂直に投げました。 この画面には何が表示されますか？ 毎秒25回、左側に電子パルスが現れ（このサージは、放出されたパルスのエネルギーのごく一部が受信機に当たったために発生しました）、スキャンラインが右側に続いていました。 これは、衝動が目標に到達し、目標から反映されず、戻ってこないまで続きました。
電子ビームによって描かれた線が画面上を 1 ミリ秒間移動するとします。 この間、インパルスはターゲットまで150 km移動し、ターゲットから反射され、ステーションに戻り、0回目のスローの形で画面に表示されました。 最初の投球が現れたチューブスクリーンの場所で、彼らは150を設定し、ラインの終わり - 150 kmに設定しました。 波の伝播速度は一定であるため、この線全体を等分することができ、このようにして、ターゲットまでの任意の距離 (XNUMX km 以内) を読み取ることができ、その反射パルスが画面に表示されます。テレビ。 画面上に画像が頻繁に表示されるため、オペレーターの目には、静止して消えないように見えました。 飛行機がステーションに向かって飛んでいる場合、ターゲットから反射されたインパルスのみが線に沿って左にゆっくりと移動しました。
検出された敵機に関するすべての情報は、レーダーステーションによっていわゆる「フィルタリングセンター」に送信されました。 ここでは、個々の観測所の報告に従って、大気状況に関するデータの比較と改良が行われました。 「フィルタリングセンター」は、選択および検証された情報をコマンドに渡しました。 中央の司令部には大きな地図がありました。 特別なオペレーターが航空機の小型モデルをマップ上で移動させました。 したがって、コマンドは継続的に空気の状況を監視し、それに応じて必要な決定を下すことができます。 その後、早期警戒ステーションは、敵機の数、進路、速度に関する追加情報も提供できることが判明しました。 この情報に基づいて、防空司令部は、何人の爆撃機が作戦に参加していたかを結論付け、彼らがどの地点に向かっていて、いつ到着するかを確定することができます。 しかし、最初のレーダーには大きな欠点もありました。 彼らは 10 メートル以上の波を扱っていたため、アンテナはかさばり、動きがありませんでした。 たとえば、CH 送信アンテナは高さ 120 m のマストから吊り下げられ、その近くには高さ 80 m のアンテナを備えた受信局があり、これらのアンテナは指向性効果を持って、前方にやや離れた広い円錐形で電波を放射しました。主な方向。 右、左、および後方では、これらのアンテナは放射せず、その結果、レーダーはこれらの方向の航空機を検出できませんでした。 彼らの波は地面と水に跳ね返っていたので、低空飛行の目標は手の届かないところにありました。 そのため、高度 100 m 未満でイギリスに接近する飛行機は、レーダーに気付かれずに飛行する可能性があります。 これらの欠点は、より短い波長で動作する新しいレーダーステーションを作成することによってのみ解消できます。 レーダーの開発の初期には、長さ10〜15 mの波が使用されていましたが、その後、この目的のためにXNUMX分のXNUMXの短い波（数センチメートル程度）を使用する方が便利であることが判明しました。 戦争が始まる前は、この範囲で動作するデバイスは、本質的に実験室の設計であり、非常に気まぐれで、無視できるほどの力しかありませんでした。 当時知られているタイプの真空管は、センチメートルの波長ではほとんど機能しなかったか、ほとんど機能しませんでした。 より高度なレーダーに必要なすべての機器は、戦争の初めに記録的な速さで作成されました。 まず、彼らは1mの波に切り替えました。これにより、レーダーの性能がすぐに向上し、アンテナのサイズが大幅に縮小されました。 次に、そのようなアンテナを水平方向に回転させ、前方だけでなく全方向にレーダーパルスを送信できるというアイデアが生まれました。 さらに、レーダーがパルスを交互に送信し、その反射を受信する場合、送信ステーションと受信ステーションを別々に配置する必要はまったくないことが示唆されました。送信機、そして受信機へ。 5 年、CHL ステーションは低空飛行の航空機と 1939 km の範囲の水上艦艇を検出するために開発されました。 このようなステーションは、互いに100 kmの距離にあり、テムズ川の河口とそれに近づく道を保護していました。 その後、イギリスの東海岸全体をカバーするように駅の数が増えました。 多数の改良の導入により、レーダーの範囲を最大 40 ～ 160 km まで拡大することが可能になりました。 これらの措置はすべて、1939 年から 1940 年にかけてイングランドをめぐる壮大な戦いが繰り広げられたときに正当化されました。 彼の軍隊をイギリスに移すことができなかったため、ヒトラーは爆撃機の艦隊を彼女に対して送りました。 英国の戦闘機は、昼夜を問わず平和を知らず、次々とドイツの空襲を撃退しました。 当時、早期警戒レーダー基地は防空システム全体で大きな役割を果たしていました。 ドイツのパイロットはすぐに、目に見えないレーダービームが戦闘機や対空砲よりも恐ろしいと確信するようになりました. レーダーの使用はすぐに、レーダーの助けを借りて敵の爆撃機に戦闘機を向けるという考えにイギリスを導きました。 これを行うために、小さなレーダー ステーション (GCI) が作成されました。 射程は短かったが、敵機の位置をより正確に決定した。 これらのレーダーは、戦闘機の飛行場の近くに設置されました。 早期警戒局からのメッセージを受信した後、彼らは接近する敵を監視し始め、戦闘機のパイロットに敵の位置に関する正確なデータを提供しました。 このタイプのステーションの場合、水平走査線を備えた古い陰極線管は、一度に XNUMX 機の航空機しか観測できず、あるターゲットから別のターゲットに絶えず切り替える必要があるため、不便でした。 これに関連して、レーダー技術の大幅な改善が行われました。いわゆる全周表示管が登場し、すぐに多くのタイプのステーションで普及しました。 このようなチューブの画面では、光の走査線は、以前の設計のように画面の左端からではなく、中央から始まりました。 この線は、アンテナが回転すると同時に時計回りに回転し、ステーション周辺のターゲットの位置を画面に反映しました。 そのような画面は、いわば航空状況の地図を作成しました。 画面中央の光点がレーダー基地の位置を示していました。 このスポットの周りの同心リングは、反射パルスまでの距離を決定するのに役立ち、明るい点として現れました。 案内所の将校は、関心のあるすべてのターゲットをそのような画面で同時に見ていました。 ガイダンスの実装が大幅に簡素化されました。 このようなレーダーでは、オブジェクトから反射されたすべての信号が画面から即座に消えるため、上記のインジケーターの操作方法が適切でなかったことは明らかです。 ここでは、いわゆる「残光」のあるスクリーン、つまり、一定期間グローを保持するスクリーンが使用されました。 このような管では、電流が時間とともに直線的に変化するコイルを使用して、電子ビームが偏向されました。 戦争の最初の期間にすでにすべてのレーダー防御システムを使用したことで、具体的な結果が得られました。 1940年の3000か月で、2600機以上のドイツ機がイギリス上空で破壊され、そのうち3機がレーダーステーションに誘導された戦闘機によって撃墜されました。 大きな損失のために、ドイツ人は日中の襲撃を止めることを余儀なくされました。 しかし、これは彼らを救いませんでした。 英国は、航空機に搭載された小さなAIレーダーステーションを緊急に開発しました。 彼女は5-XNUMXkmの距離でターゲットを検出することができました。 特別な夜間戦闘機には新しいレーダーが装備されていました。 パイロットに加えて、彼らは砲手兼無線オペレーターを収容していました。 そのような航空機は、地上からの先端で、レーダーの視認範囲内でドイツの爆撃機に接近しました。 その後、ロケーターチューブを顔の前に置いたオペレーター自身が、爆撃機に近づくために車をどこに向けるか、内部インターホンでパイロットにコマンドを与えました。 1941 年の春までに、夜間レーダー防御システムはすでにその目的を正当化していました。 4 月にイギリス軍がドイツの夜間爆撃機を 58 機だけ撃墜した場合、102 月に XNUMX 機、XNUMX 月に XNUMX 機です。 著者：Ryzhov K.V.
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