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雷达的故事

已有 1241 次阅读 2020-9-16 13:48 |个人分类:技术创新|系统分类:科普集锦| 雷达

傅蕴德

雷达系统的基本原理于1870年代即已确立,一个是1873 Maxwell所导出的Maxwells equations,一个是1888年德国物理学家赫兹Heinrich Hertz首先发现无线电波,将其在他的实验室内传送。他发现也注意到有些物质可传送无线电波,有些会将电波反射回去。无线电波很快地就应用于各方面。

1935年,英国科学家沃森·瓦特R.Watson Watt (18921973)发明了雷达,被称为“雷达之父”。当时任英国海军大臣的丘吉尔敏锐地认识到雷达的重要意义,下令在英国东海岸的鲍得西(Bawdsey)建立了一个秘密的雷达站。

沃森·瓦特是英国物理学家和雷达技术专家。19352月,他提出《采用无线电方法探测飞机》的秘密备忘录,并在当年研制成功探测距离达到80公里的米波防空雷达。1938年在沃森瓦特主持下在英国东海岸建成防空雷达网,以后又建立了第二个雷达网。雷达网在1940年击败纳粹德国的空袭中起了重要的作用。

电影《伦敦上空的鹰》就讲述了英德两军围绕“雷达”开展了激烈的战斗。德国决定对英国实施“海狮行动计划”,即入侵英国本土。然而,英国研究发明的雷达系统使德国空军惶恐不安。要进攻英国,必须掌握制空权,摧毁英国的雷达系统和空军基地指挥部。为此,德国趁英国远征军在法国敦刻尔克撤退的混乱之际,派遣了一个特工队打入英国部队。英军陆军在朴茨茅斯雷达站与这伙德国人短兵相接,并将其歼灭,为皇家空军赢得空战的胜利铺平了道路。

在 1938 ,美国斯坦福大学(University of Stanford)的 WWHansen教授发表关于谐振腔(Rumbatron)的想法,从而发明双腔调速管(Klystron),解决在厘米波段产生小功振蕩的問題。

1940 月,英国伯明罕大学(University of Bermingham)的JTRandall 和 AHBoot 发明多腔磁控管(multi-cavity magnetron),迅即送往美国BTL 作全面测试,证明正是磁控管打开通往厘米波、大功的道磁控管是一种雷达发射器。由于当时英国没有大量生产磁控管的制造能力,1940年由Henry Tizard所率领的团队秘密地说服美国帮忙发展、生产此设备。

1940 初夏,Samuel Bush 写信給罗斯FDRoosevelt)总统,建议成专门机构研制战争中急需的达(RADAR)。于是麻省理工学院(MIT)的校長、诺贝尔奖获得者KPCompton 决定在MIT 辐射实验室(Radiation laboratory),全进行雷达的研制。当时英国人达到的水平是,在10cm 波长上产生10kw 的脉冲功。辐射实验室后能做到:波长1cm,脉冲功升为400kw

美国因此在麻省理工学院设立了辐射实验室,而它很快地就成了战时最大的工程计划之一,共雇用了约4,000 名员工。麻省理工学院(MIT)是美国培养高级科技人才和管理人才,从事科学与技术教育的一所私立大学,1865年创建于波士顿,1961年迁到坎布里奇。实验室的研究员和工人大量生产磁控管,还发展出了大约100种不同的雷达系统。曾在美国麻省理工学院参与雷达关键技术研究的“中国三杰”有“噪声女杰”王明贞、“微波先驱”孟昭英、“双奖华人”葛庭燧。

19451231日辐射实验室正式关闭,为了使这项庞大的严格保密技术转为民用,该室250名主要人员编写了以《雷达系统工程》命名的丛书,共27卷,于1947年交麦克劳希尔出版社出版,被从事微波电子学的物理学家及工程人员奉为圣经,拉比称它为“继旧约圣经之后最伟大的工程”,为21世纪迅猛发展的微电子技术、信息技术以及当代的天文学等广大科技领域奠定了基础。美国作家罗伯特·布德瑞用八年时间所著《屋顶上的精英》(原名:The Invention that Changed the  World : How a small group of radar pioneers won the Second World War and launched a technological revolution)反映了雷达技术在美国的发展。德国和日本也发明了它们自己的雷达系统,但一般来说,效果较差,所以盟军在第二次世界大战的胜利有时会归功于他们的雷达优势。

“雷达”这个词,是由美国海军少校塔克(S.M. Tucker)与弗思(F.R.Furth),摘自“无线电侦测与测距”(radio detection and ranging)的英文字首所形成的;美国海军于194011月正式使用这个词,而英国则迟至19437月才正式接受“雷达”这个用语。

20世纪90年代,雷达应用的调查结果显示,这项科技对二战后的全球经济、军事科技贡献良多,大到弹道导弹预警系统,小到微波炉。《简氏年鉴:雷达与电子战》共列出1000多个系统。1962 年美国太空总署(NASA)的喷射与推进研究室(JPL)最先尝试,后来1972年由阿波罗17(Aplool 17)所携帶的观测雷达验证之前的发射1978所发射Pioneer 1卫星抵达星,此卫星所携帶的达在这里做50 解析的观测。在接下所发射的卫星解析度更提升到达大2

  战后,麻省理工学院辐射实验室庞大的科技精英队伍又转移到民航雷达、微波炉、射电天文望远镜、激光、计算机、通信网络、半导体、宇宙飞船等等的研究开发中,开创了崭新的光电时代、网络通信时代和太空时代。

 

 




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