|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Радар. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Радіолокаційна станція (РЛС), радар (англ. radar від radio detection and ranging – радіовиявлення та далекометрія) – система для виявлення повітряних, морських та наземних об'єктів, а також для визначення їх дальності, швидкості та геометричних параметрів. Використовує метод, що ґрунтується на випромінюванні радіохвиль та реєстрації їх відображень від об'єктів.
Однією з найважливіших сфер застосування радіо стала радіолокація, тобто використання радіохвиль для визначення місцезнаходження невидимої мети (а також швидкості її руху). Фізичною основою радіолокації є здатність радіохвиль відбиватися (розсіюватися) від об'єктів, електричні властивості яких від електричних властивостей довкілля. Ще в 1886 році Генріх Герц виявив, що радіохвилі здатні відбиватися металевими і діелектричними тілами, а в 1897 році, працюючи зі своїм радіопередавачем, Попов відкрив, що радіохвилі відбиваються від металевих частин кораблів та їх корпусу, проте жоден не став глибоко вивчати це явище. Вперше ідея радара спала на думку німецькому винахіднику Хюльсмайєру, який у 1905 році отримав патент на пристрій, в якому ефект відбиття радіохвиль використовувався для виявлення кораблів. Хюльсмайер пропонував застосувати радіопередавач, антени спрямованої дії, що обертаються, радіоприймач зі світловим або звуковим індикатором, що сприймає відображені предметами хвилі. При всій своїй недосконалості пристрій Хюльсмайєра містив у собі всі основні елементи сучасного локатора. У патенті, виданому 1906 року, Хюльсмайер описав спосіб визначення відстані до відбиває об'єкта. Проте розробки Хюльсмайєра практичного застосування не отримали. Знадобилося тридцять років, перш ніж ідея застосувати радіохвилі для виявлення літаків і кораблів змогла бути втілена в реальну апаратуру. Здійснити це раніше було неможливо з таких причин. Як Герц, і Попов користувалися для своїх дослідів короткими хвилями. Практично радіотехніка аж до 30-х років XX століття застосовувала дуже довгі хвилі. Тим часом краще відображення відбувається за умови, що довжина хвилі щонайменше дорівнює або (що ще краще) менше розмірів відбиває об'єкта (корабля або літака). Отже, довгі хвилі, що застосовувалися в радіозв'язку, не могли дати хорошого відбиття. Лише у 20-ті роки радіоаматори США, яким було дозволено користуватися для своїх досвідів з радіозв'язку короткими хвилями, показали, що насправді ці хвилі з невідомих на той час причин поширюються на надзвичайно великі відстані. За мізерної потужності радіопередавачів радіоаматорам вдавалося здійснити зв'язок через Атлантичний океан. Це привернула до коротких хвиль увагу вчених та професіоналів. Перший німецький експеримент з активної радіолокації було проведено у березні 1935 року. Під час цього експерименту безліч передавачів і приймачів змогли засікти слабкий сигнал, що відбився від німецького військового корабля, що знаходиться на відстані однієї милі. Аналогічні розробки велися також у Франції, Італії, СРСР і, в меншому масштабі, в Японії. Система, продемонстрована в Пельценхакені 26 вересня, була прямим результатом досліджень, які ведуть під керівництвом геніального німецького фізика Рудольфа Кунольда. У середині 30-х років Кунольд був власником невеликої корпорації під назвою "Gesellschaft fur Elektroakustische und Mechanische Apparate" (GEMA), який спеціалізувався на розробці складних радіопередавачів та приймачів. GEMA мала тісні зв'язки з військово-морським науково-дослідним інститутом Німеччини. З середини 1935 року GEMA, нехай офіційно не пов'язана з військово-промисловим комплексом Німеччини, стала брати активну участь у підготовці до війни.
У 1922 році співробітники радіовідділу морської дослідницької лабораторії Тейлор та Юнг, працюючи в діапазоні ультракоротких хвиль, спостерігали явище радіолокації. Їм зараз прийшла думка, що можна розробити такий пристрій, при якому міноносці, розташовані один від одного на відстані кількох миль, зможуть негайно виявляти вороже судно "незалежно від туману, темряви та димової завіси". Свою доповідь про це Тейлор та Юнг надіслали до морського міністерства США, але підтримки їх пропозиція не отримала. У 1930 році один з наукових співробітників Тейлора, інженер Хайланд, ведучи досліди з радіозв'язку на коротких хвилях, зауважив, що коли літак перетинав лінію, на якій були розташовані передавач і приймач, з'являлися спотворення. З цього Хайланд зробив висновок, що за допомогою радіопередавача та приймача, що працюють на коротких хвилях, можна виявити місце розташування літака. В 1933 Тейлор, Юнг і Хайланд взяли патент на свою ідею. На цей раз радару судилося з'явитися на світ - для цього склалися всі технічні передумови. Головне ж полягало в тому, що він став необхідним військовим. Техніка протиповітряної оборони між двома світовими війнами не набула відповідного розвитку. Як і раніше, головну роль грали пости повітряного спостереження, оповіщення та зв'язку, аеростати, прожектори, звуковловлювачі. Внаслідок зростання швидкості бомбардувальників пости оповіщення треба було висувати за 150 і більше кілометрів від міста, для захисту якого вони призначалися, і прокладати до них довгі телефонні лінії. Однак ці пости все одно не надавали повної гарантії безпеки. Навіть у хорошу ясну погоду спостерігачі не могли виявити літаки, що летять на невеликій висоті. Вночі або в тумані, у хмарну погоду такі пости взагалі не бачили літаків і обмежувалися повідомленнями про шум моторів. Доводилося розташовувати ці пости у кілька поясів, розкидати їх у шаховому порядку, щоб прикрити ними всі далекі підступи.
Так само прожектори були надійні у боротьбі проти літаків лише в ясні ночі. При низькій хмарності та тумані вони ставали марними. Спеціально розроблені звукоуловлювачі також були слабким засобом виявлення. Уявімо, що літак знаходиться за 10 км від наглядового посту. Звук двигуна ставав чути слухачу звукоуловлювача через 30 з невеликим секунд. За цей час літак, що летів зі швидкістю 600 км/год, встигав пролетіти 5 км, і звукоуловлювач, отже, вказував місце, де літак був півхвилини тому. У цих умовах користуватися звуковловлювачем для того, щоб наводити з його допомогою прожектор або зенітну зброю, було безглуздо. Ось чому в усіх країнах Європи та США за 6-7 років до Другої світової війни почалися посилені пошуки нових засобів протиповітряної оборони, здатних попередити про напад з повітря. Зрештою, найважливіша роль тут була відведена радіолокації. Як відомо, туман, хмари, темрява не впливають на поширення радіохвиль. Промінь прожектора швидко тьмяніє в густих хмарах, а для радіохвиль подібних перешкод немає. Це робило дуже перспективною ідею застосувати їх для потреб ППО. Проте практичне втілення ідеї радіолокації вимагало вирішення цілої низки складних наукових та технічних проблем. Зокрема, треба було створити генератори ультракоротких хвиль та чутливі приймачі дуже слабких відбитих від об'єктів сигналів. Тільки в 1938 році Морська дослідна лабораторія США розробила сигнальний радіолокатор XAF з дальністю дії 8 км, який був випробуваний на лінкорі Нью-Йорк. До 1941 року було виготовлено 19 таких радарів. Набагато продуктивніше йшли роботи в Англії, уряд якої не скупився на витрати. Вже в 1935 році під керівництвом Вотсона-Уатта була створена перша імпульсна станція радіолокації далекого виявлення CH. Вона працювала в діапазоні хвиль 10-13 м та мала дальність дії 140 км при висоті польоту літака 4, 5 км. 1937 року на східному узбережжі Англії вже було встановлено 20 таких станцій. У 1938 році всі вони приступили до цілодобового чергування, яке тривало до кінця війни. Хоча пристрій будь-якого радара дуже складно, принцип його дії зрозуміти неважко. Радіолокаційна станція працює не безперервно, а періодичними поштовхами – імпульсами. Передавач першої англійської станції радіолокації CH посилав імпульси 25 разів на секунду. (Посилання імпульсу триває в сучасних локаторах кілька мільйонних часток секунди, а паузи між імпульсами - кілька сотих або тисячних часток секунди.) Імпульсний режим застосовується для того, щоб вимірювати час між посилкою імпульсу та його поверненням від відображеного об'єкта. Надіславши в простір дуже короткочасну "порцію" радіохвиль, передавач автоматично вимикається і починає працювати радіоприймач. Зустрівши на шляху свого поширення якусь перешкоду, радіохвилі розсіюються на всі боки і частково відбиваються від нього назад, до місця посилки хвиль, тобто до станції радіолокації. Цей процес аналогічний відображенню звукових хвиль - явище відлуння. Достатньо крикнути або вдарити в долоні в гірській ущелині біля підніжжя скелі - і за кілька секунд почується слабка луна - віддзеркалення звуку. Так як швидкість радіохвиль чи не в мільйон разів більша за швидкість звукових хвиль, то від скелі, що знаходиться на відстані 3500 м, луна повернеться через 20 секунд, а радіохвиля - через дві стотисячні частки секунди. Тому основною особливістю станції радіолокації має бути швидке вимірювання найкоротших відрізків часу з точністю до мільйонних часток секунди. Зрозуміло, що якби станція радіолокації безперервно посилала свої сигнали, то серед потужних сигналів передавача було б неможливо вловити дуже слабкі відбиті радіохвилі, що повернулися назад. Антена радіолокаційної станції має спрямовану дію. На відміну від антен радіомовної станції, що посилає радіохвилі у всіх напрямках, імпульси, що випромінюються радаром, концентруються в дуже вузький пучок, що посилається в строго визначеному напрямку. Прийнявши відбиті імпульси, радар направляв їх у електронно-променеву трубку. Тут цей імпульс (зрозуміло, багаторазово посилений) подавався на вертикальні пластини, що керували електронним променем трубки (див. її пристрій попереднього розділу) і викликав вертикальний кидок променя на екрані радара. Що можна було спостерігати на цьому екрані? 25 разів на секунду в його лівій частині виникав електронний імпульс (цей кидок був викликаний тим, що дуже невелика частина енергії випромінюваного імпульсу потрапляла в приймач), і за ним бігла праворуч лінія розгортки. Це тривало доти, доки імпульс не досягав мети, не відбивався від неї і не повертався назад.
Припустимо, що лінія, намальована електронним променем, рухалася екраном протягом 1 мілісекунди. За цей час імпульс проходив 150 км до мети, відбивався від неї, повертався назад на станцію та висвічувався на екрані у вигляді другого кидка. У місця екрана трубки, де з'явився перший кидок, ставили 0, а кінці лінії - 150 км. Так як швидкість поширення хвилі постійна, всю цю лінію можна було розділити на рівні частини і отримати таким чином можливість зчитувати (в межах 150 км) будь-яку відстань до мети, відображений імпульс якої був видно на екрані трубки. Завдяки настільки частому появі зображення на екрані, воно здавалося оку оператора ніби нерухомим і незникаючим. Лише імпульс, відбитий від мети, повільно переміщався вліво лінією, якщо літак летів у напрямку станції.
Усі відомості про виявлені літаки супротивника радіолокаційні станції передавали на так званий "центр, що фільтрує". Тут за повідомленнями окремих станцій проводилося звірення та уточнення даних про повітряну обстановку. Відібрані та перевірені відомості "фільтруючий центр" передавав командуванню. На центральному командному пункті була велика карта. Спеціальні оператори переміщали картою маленькі моделі літаків. Командування таким чином могло постійно спостерігати повітряну обстановку і відповідно приймати необхідні рішення. Згодом виявилося, що станції далекого виявлення можуть давати і додаткові відомості про кількість ворожих літаків, їх курс і швидкість. Командні пункти ППО за цими відомостями могли укласти, скільки бомбардувальників бере участь у операції, встановити, якого пункту вони прямують і коли до нього прибудуть. Однак перші радари мали й великі недоліки. Оскільки вони працювали на хвилі 10 і більше метрів, їх антени були громіздкі і нерухомі. Наприклад, антена передавача CH підвішувалась на щоглах заввишки 120 м. Неподалік розташовувалася приймальна станція з антеною на висоті 80 м. Маючи спрямовану дію, ці антени випромінювали радіохвилі широким конусом вперед і трохи убік від головного напряму. Праворуч, ліворуч і назад ці антени не випромінювали, а отже, на цих напрямках радари не могли виявити літаки. Оскільки їхні хвилі відбивалися від землі і води, цілі, що низько летіли, були їм недоступні. Отже, літаки, що наближалися до Англії на висоті менше 100 м, могли пролетіти непомітно для радарів. Усунути ці вади можна було лише створенням нових станцій радіолокації, що працюють на більш коротких хвилях. У перші роки розвитку радіолокації застосовувалися хвилі довжиною 10-15 м, але в подальшому виявилося, що зручніше використовувати для цієї мети хвилі в тисячу разів коротше - близько кількох сантиметрів. Прилади, що працювали в такому діапазоні, до початку війни були, по суті, лабораторними конструкціями, були дуже примхливі і мали незначну потужність. Відомі на той час типи електронних ламп дуже погано або майже не працювали на сантиметрових хвилях. Все необхідне обладнання для досконаліших радарів було створено в рекордно короткі терміни вже на початку війни. Спочатку перейшли на хвилю в 1 м, що дозволило відразу покращити роботу радара та різко скоротити розміри антен. Тоді з'явилася думка, що таку антену можна обертати в горизонтальному напрямку та розсилати імпульси локатора на всі боки, а не тільки вперед. Далі напрошувалося припущення, що якщо радар по черзі посилає імпульси і приймає їх відображення, то зовсім не обов'язково передає та приймаючу станції розміщувати окремо: можна і повинно передавати і приймати на ту саму антену, по черзі підключаючи її то до передавача, то до приймача. У 5 році була розроблена станція CHL для виявлення літаків, що низько летять, і надводних кораблів з дальністю дії 1939 км. Такі станції розташовувалися на відстані 100 км одна від одної, захищаючи гирло Темзи та підходи до неї. Надалі кількість станцій було збільшено те щоб прикрити все східне узбережжя Англії. Введення низки удосконалень дозволило збільшити дальність дії радарів до 40-160 км. Усі ці заходи з лишком виправдали себе у 1939-1940 роках, коли розгорнулася грандіозна битва за Англію. Не маючи змоги перекинути до Англії свої війська, Гітлер рушив проти неї армади своїх бомбардувальників. Англійські винищувачі не знали спокою ні вдень, ні вночі, відбиваючи одну за одною повітряні атаки німців. Радіолокаційні станції далекого виявлення грали у цей час величезну роль у всій системі ППО. Німецькі льотчики незабаром переконалися, що невидимі промені радарів для них страшніші за винищувачі та зенітки. Застосування радіолокації невдовзі англійців на думку націлювати за допомогою радарів свої винищувачі на бомбардувальники ворога. Для цього були створені невеликі станції радіолокації (GCI). Вони мали меншу дальність дії, зате точніше визначали становище ворожих літаків. Ці радари встановлювалися неподалік аеродромів винищувальної авіації. Отримавши повідомлення від станцій далекого виявлення, вони починали стежити за ворогом, що наближається, даючи льотчикам-винищувачам точні дані про місцезнаходження ворога. Для станцій такого типу колишня електронно-променева трубка з горизонтальною лінією розгортки була незручна, оскільки в кожний момент часу вона могла спостерігати лише за одним літаком і постійно мала перемикатися з однієї мети на іншу. У зв'язку з цим відбулося велике удосконалення радіолокаційної техніки - з'явилася так звана трубка кругового огляду, що отримала незабаром найширше поширення у багатьох типах станцій. На екрані такої трубки світлова лінія розгортки починалася не з лівого краю екрана, як у колишніх конструкціях, а від центру. Ця лінія оберталася за годинниковою стрілкою одночасно з обертанням антени, відбиваючи на екрані місце розташування цілей навколо станції. Такий екран створював карту повітряної обстановки. Світлова пляма в центрі екрана відзначала місце розташування станції радіолокації. Концентричні кільця навколо цієї плями допомагали визначити відстань до відбитих імпульсів, які позначилися як світліших точок. Офіцер станції наведення одночасно спостерігав на такому екрані за всіма цілями, що його цікавлять. Здійснення наведення значно спрощувалося. Зрозуміло, що на такому радарі описаний вище спосіб роботи індикатора не годився, тому що всі сигнали, відбиті від об'єктів, миттєво зникали з екрану. Тут застосовувалися екрани, що мають так зване "посвічення", тобто зберігають світіння протягом певного проміжку часу. У таких трубках відхилення електронного променя здійснювалося за допомогою котушок, струм яких змінювався лінійно залежно від часу. Застосування всіх систем радіолокаційної оборони вже у період війни дало відчутні результати. За чотири місяці 1940 року в небі над Англією було знищено понад 3000 німецьких літаків, причому 2600 були збиті винищувачами, наведеними своїми станціями радіолокації. Через великі втрати німці були змушені припинити денні нальоти. Однак це не врятувало їх. Англійцями в терміновому порядку було розроблено невелику радіолокаційну станцію AI, що розміщувалася на борту літака. Вона могла виявляти цілі з відривом 3-5 км. Новими радарами було оснащено спеціальні нічні винищувачі. Окрім пілота на них розміщувався стрілець-радіооператор. За наведенням з землі такі літаки наближалися до німецьких бомбардувальників на відстань видимості свого радара. Після цього вже сам оператор, маючи перед обличчям трубку локатора, давав льотчику команди з внутрішнього переговорного пристрою, куди направити машину, щоб зблизитися з бомбардувальниками. Навесні 1941 року система нічної радіолокаційної оборони вже виправдовувала своє призначення. Якщо в січні англійці збили всього 4 німецькі нічні бомбардувальники, то у квітні 58, а в травні 102. Автор: Рижов К.В.
▪ Цифрове супутникове телебачення
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Некорисне витрачання електроенергії електронними пристроями ▪ Металева речовина, яка не проводить тепло під час проходження електричного струму ▪ Генератор музики на основі штучного інтелекту ▪ Промислові датчики CMOS від Canon із функцією глобального затвора
▪ розділ сайту Охорона та безпека. Добірка статей ▪ стаття Зарубіжна література ХІХ століття у короткому викладі. Шпаргалка ▪ стаття Як об'єкти пересуваються у космосі? Детальна відповідь ▪ стаття Слюсар із монтажу технологічного обладнання. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Активний щуп до осцилографа. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття FM приймач 1,5 – 170 МГц. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page