Fizykiem, który zasadniczo przyczynił się do odkrycia i zbadania fal radiowych, był niemiecki uczony Heinrich Hertz. W 1886 r. odkrył m.in., że fale te mogą być odbijane przez różne przedmioty, ale nie rozwinął tego spostrzeżenia. Podobnie zignorował swoje odkrycie Rosjanin Aleksandr Popow, który w 1897 r. testował możliwość radiowej komunikacji pomiędzy statkami na Bałtyku i zauważył, że łączność ta została zaburzona, gdy miedzy komunikującymi się radiowo statkami przepływał inny statek. Popow odnotował, że to zjawisko może być wykorzystane do wykrywania obecności różnych obiektów, ale także nie rozwinął tej myśli.
Człowiekiem, który celowo użył fal radiowych do wykrywania obiektów, a potem także do mierzenia, jak daleko się znajdują, był niemiecki wynalazca Christian Hülsmeyer. W 1904 r. przeprowadził eksperyment, w czasie którego zdołał za pomocą fal radiowych wykryć obecność statku w gęstej mgle. W tym samym 1904 r. uzyskał niemiecki patent na ten swój wynalazek, a potem także patent brytyjski (dokładnie 23 września 1904 r.). Hülsmeyer nazwał swoje urządzenie telemobiloskopem, ale ta nazwa się nie przyjęła. Próbował sprzedać swój wynalazek niemieckim wojskowym, nawet przeprowadzał w tym celu pokazowe eksperymenty w Kolonii i w Rotterdamie, ale propozycja została odrzucona.
Historia radaru zaczęła się od wynalazku odrzuconego przez wojsko
Kolejnym spostrzeżeniem prowadzącym do okrycia radaru było spostrzeżenie, które w 1915 r. poczynił Robert Watson-Watt. Zajmował się on odbiorem fal radiowych w celu wykrywania piorunów z dużej odległości. Korzystając z odbiornika zbudowanego przez Arnolda Wilkinsa, potrafił określić kierunek, z którego nadchodziły fale radiowe wywoływane przez wyładowania atmosferyczne, ale zauważył przy okazji, że jeśli na drodze między odległym piorunem i jego odbiornikiem był samolot, to sygnał radiowy zanikał. Dziś wiemy, że odbijał się on od samolotu, ale dla Watsona-Watta obserwowany efekt był zaskakujący.
Czytaj więcej
Według legend pierwszą herbatę przyrządził i wypił cesarz Shennong, który odkrył zalety zaparzanych w wodzie suszonych liści rośliny z rodzaju kame...
Zanikanie sygnału radiowego zaobserwowali także w 1922 r. dwaj badacze Marynarki Wojennej USA: Albert H. Taylor i Leo C. Young. Prowadzili komunikację radiową w poprzek rzeki Potomac i zauważyli, że sygnał zanikał, gdy rzeką przepływał statek. Próbowali zainteresować wojskowych tym odkryciem, argumentując, że to pozwala wykryć statki czy okręty nawet przy zerowej widoczności, ale ci nie podjęli tematu.
Efekt zanikania sygnału radiowego w momencie przelotu samolotu zaobserwował także w 1926 r. Lawrence A. Hyland z Naval Research Laboratory, który złożył wniosek patentowy na radiowe urządzenie do wykrywania nadlatujących samolotów. Wniosek patentowy na podobne urządzenie złożył też w Wielkiej Brytanii L. S. Alder. Patenty przyznano, ale nadal nic z tego nie wynikało.
Co łączy radar wojskowy z kuchenką mikrofalową
Opisane wyżej spostrzeżenia były dokonywane przez różnych badaczy przy wykorzystaniu aparatów radiotelegraficznych, w których fala radiowa była wytwarzana przez wyładowania iskrowe. Taka fala niosła w sobie małą energię, dlatego odbite echo było bardzo słabe. Sytuacja się zmieniła, gdy w 1921 r. amerykański fizyk Albert W. Hull wynalazł magnetron – wydajną lampę nadawczą, która przetwarzała wejściową energię prądu stałego na energię elektryczną wysokiej częstotliwości. Przetwarzanie energii odbywa się w specjalnie ukształtowanej komorze anodowej umieszczonej w silnym polu magnetycznym. Owa wytworzona przez magnetron oscylacja elektromagnetyczna miała już na tyle dużą energię, że mogła wytworzyć falę radiową, którą specjalnie uformowana antena wysyłała w określonym kierunku i której odbicia wracające do anteny mogły sygnalizować obecność obiektów, od których następowało odbicie. W istocie tak działają wszystkie radary do dziś!
Z magnetronem związane są dwie ciekawostki – wprawdzie mało powiązane z historią powstania i rozwoju radaru, do której zaraz powrócę, ale warte tu przytoczenia. Pierwsza ciekawostka jest taka, że nad rozwojem magnetronu pracował w latach 30. XX w. także polski elektronik prof. Janusz Groszkowski, którego badania wniosły wiele do rozwoju magnetronów z katodą tlenkową. Niestety, jego osiągnięcia w większości opracowań historycznych są całkowicie pomijane.
Droga ciekawostka wiąże się z tym, że z magnetronem każdy z Państwa zapewne ma na co dzień bliski kontakt! To zaskakujące, ale prawdziwe, bo magnetron – taki sam jak w radarze – jest jądrem każdej kuchenki mikrofalowej. Fala elektromagnetyczna podgrzewająca nam potrawy w takiej kuchence jest w istocie identyczna z tą, jaką wysyłają radary, tylko w kuchence jest ona zamknięta w metalowej obudowie, z której nie może się wydostać, dlatego jej energia jest w całości pochłaniana przez umieszczone w takiej kuchence potrawy. Mikrofale w kuchenkach mają długość 12,2 cm, a ich energię przejmują umieszczone w kuchence cząsteczki wody, tłuszczu albo cukru.
Jednakże wróćmy z kuchni do radarów.
Sowiecki inżynier zbudował działający radar. Potem trafił do gułagu za fałszywe oskarżenie
Na podstawie patentu Aldera dwaj brytyjscy konstruktorzy, William Buttement i P.E. Pollard zbudowali w 1931 r. pierwsze działające urządzenie radarowe pracujące na fali radiowej o długości 50 cm (600 MHz) i wykorzystujące modulację impulsową. Wiadomość o tym szeroko się rozeszła i prace nad systemami radarowymi podjęto natychmiast także w Stanach Zjednoczonych, Francji, Niemczech, Włoszech, Japonii, Związku Radzieckim i Holandii.
W Wielkiej Brytanii sir Robert Watson-Watt wykazał przydatność funkcjonowania radaru, budując pierwszy system radarowego wykrywania samolotów w Daventry (jest tam obecnie pomnik upamiętniający ową pierwszą instalację radarową!). Próby były tak udane, że postanowiono zbudować sieć stałych wież radarowych na całym wschodnim i południowym wybrzeżu Anglii. Wykrywały one nadlatujące samoloty z odległości 90 km i odegrały dużą rolę w obronie przed hitlerowską inwazją podczas słynnej Bitwy o Wielką Brytanię.
W Stanach Zjednoczonych prace zmierzające do doskonalenia systemów radarowych prowadził zespół naukowców i inżynierów kierowany przez Amerykanina Roberta M. Page’a, pracującego w Naval Research Laboratory.
Czytaj więcej
Opisywane we wcześniejszych felietonach okręty napędzane były przez... ukrytych we wnętrzu marynarzy, najczęściej wspólnie obracających śrubę napęd...
We Francji od 1934 r. budową urządzenia radarowego opartego na magnetronie z rozdzieloną anodą zajmował się zespół badaczy kierowany przez Maurice’a Ponte. Zainstalowali oni radar na liniowcu oceanicznym „Normandie” w 1935 r. i wykazali jego przydatność w warunkach morskich.
W Niemczech od 1935 r. pracował zespół elektroników kierowany przez Rudolfa Kühnholda i firmę GEMA. Jednak zespół ten nie był wystarczająco silnie wspierany przez III Rzeszę, bo naziści nastawieni byli głównie na rozwój broni ofensywnych, a radar był jednak system obronnym.
Jeszcze gorzej sprawy radaru poszły w Związku Radzieckim. Inżynier Paweł Kondratjewicz Oszczepkow, we współpracy z Leningradzkim Instytutem Elektrotechnicznym, opracował w 1939 r. eksperymentalne urządzenie o nazwie RAPID, zdolne do wykrywania samolotu w promieniu 3 km od odbiornika. Na tej podstawie Sowieci wyprodukowali swoje pierwsze radary RUS-1 i RUS-2 Redut. Ale prace te uległy zahamowaniu, gdy Oszczepkowa pod fałszywym oskarżeniem aresztowano i zesłano do gułagu (rosyjskiego obozu koncentracyjnego na Syberii).
Antena ważyła ponad tonę. Tak wyglądały pierwsze radary montowane na okrętach
Odegrały ogromną rolę w czasie wojny. Wyżej wspomniałem już o sieci radarów, które Anglicy umieścili na swoich wybrzeżach w celu wykrywania nadlatujących wrogich samolotów. Radary te tworzyły system nazwany „Chain Home”. Były skuteczne, ale wymagały wielkich anten, dlatego nie mogły być instalowane na okrętach czy w samolotach.
Jako pierwsi radary możliwe do umieszczania na okrętach zbudowali Amerykanie. Były w użyciu trzy modele: SK1, SK2 i SK3 (pracowały przy częstotliwości 200 MHz i miały zasięg do 160 km). Radar ten składał się z 10 oddzielnie montowanych elementów łącznie ważących 2300 kg. Najcięższa była antena (1100 kg), która miała wymiary 4,6 x 5,1 m i musiała być montowana wysoko, często na specjalnie budowanym maszcie. Dodatkowo na okręcie musiał być agregat zasilający o mocy 3500 watów, też ciężki. Dlatego radary te mogły być instalowane tylko na dużych okrętach: lotniskowcach, pancernikach, krążownikach i okrętach dowodzenia.
Czytaj więcej
W 1799 r. Alessandro Volta przeprowadził serię eksperymentów, umieszczając w naczyniach napełnionych wodą morską elektrody z różnych metali i uzysk...
Potem radary udoskonalono, zmniejszono ich masę, dzięki czemu instalowano je także w samolotach rozpoznawczych, zwłaszcza tych poszukujących na Atlantyku niemieckich łodzi podwodnych. U-booty przebywające w dzień pod wodą i z tej pozycji atakujące torpedami alianckie konwoje – w nocy wynurzały się dla wymiany powietrza i naładowania akumulatorów. W tej pozycji były skutecznie wykrywane przez radary zainstalowane na pokładach samolotów, zwłaszcza amerykańskich B17, i wiele U-bootów dzięki temu zatopiono.
Gdy Niemcy napadli na Związek Radziecki, alianci zaczęli przysyłać do ZSRR różnego rodzaju sprzęt wojskowy (głównie drogą arktyczną, przez Murmańsk). Wśród dostarczonych systemów wyróżniały się angielskie przeciwlotnicze stacje radarowe określane przez producenta jako GL MK.II, a przez Rosjan nazywane SON-200a. Podobno wyprodukowano w Anglii i wysłano do ZSRR prawie 700 takich stacji. Rosjanie próbowali je naśladować i budować u siebie, ale brakowało im części elektronicznych, zwłaszcza lamp radiowych, bo ich początkowo nie produkowali. Do ZSRR trafiały później także radary produkowane w Kanadzie, określane jako GL MK III, które Rosjanie nauczyli się tak skutecznie kopiować, że wyprodukowali w sumie 876 zestawów.
Po przegranej przez Niemców lotniczej bitwie o Anglię alianci rozpoczęli masowe, zwłaszcza nocne, naloty na różne cele w kontynentalnej Europie będącej pod panowaniem Niemiec, a zwłaszcza na cele strategiczne w samej III Rzeszy. W efekcie Niemcy, do tej pory mało korzystający z radarów, odczuli potrzebę posiadania radarów przeciwlotniczych. Firma Telefunken opracowała radar nazwany Würzburg. Wyprodukowano ich ponad 4 tys. i rozmieszczono w pobliżu miejsc, gdzie spodziewano się nalotów. Radary te miały paraboliczną antenę kierującą wiązkę fal radiowych dokładnie w stronę namierzanego nieprzyjacielskiego samolotu. Zasięg tych radarów sięgał 40 km, ale dokładne śledzenie celu (nadlatującego bombowca) zaczynało się od odległości 25 km.
Gdy wojna się skończyła, zapotrzebowanie na radary wcale nie zmalało, bo rozwijające się cywilne lotnictwo, żegluga, a także potrzeby związane z transportem lądowym sprawiły, że firmy produkujące dotychczas radary dla wojska rozbudowały się i wzbogaciły. Ale o historii radarów powojennych napiszę w osobnym felietonie.
