Kdo vynalezl radar?

By Cornell Drentea, KW7CD

———-

Kdykoli pomyslíme na rádio, obvykle si vybavíme jednoho muže: Guglielmo Marconi.

Radar je naopak výsledkem práce mnoha mužů.

V roce 1793 italský vědecLazzaro Spallanzani, profesor na univerzitě v Padově, zkoumal schopnost slepých netopýrů orientovat se pomocí ultrazvuku. Pozoroval, že netopýři dobře létají ve tmě bez pomoci zraku. Poté navrhl unikátní experiment, který měl prokázat využití netopýřích uší, a dospěl k závěru, že netopýr by se bez sluchu dezorientoval. Došel k závěru, že netopýři produkují nepřetržitý sled zvukových pulzů, a navrhl, že rychlost těchto pulzů se zvyšuje, když se netopýr přibližuje k objektům. To se podařilo prokázat až v roce 1939, kdy profesor Don Griffin z Harvardovy univerzity potvrdil tento jev pomocí nových technik záznamu zvuku a přístrojů, které dříve nebyly k dispozici. Přestože tyto studie nevedly k žádným bezprostředním závěrům, posloužily tyto koncepty k vytvoření prvních radarů.

Již v roce 1864 vypracoval britský fyzikJames Clerk Maxwell soubor rovnic, kterými se bude řídit chování elektromagnetických vln a zákony odrazu. V roce 1886 německý fyzikHeinrich Hertz experimentoval s jiskrovými vysílači a generoval tlumené VF vlny o vlnové délce 66 cm. Poté zjistil, že elektromagnetické vlny mohou procházet některými typy materiálů, zatímco jiné materiály je odrážejí. Nově objevené elektromagnetické vlny tak byly podle jeho jména pojmenovány Hertzovy vlny.

Rané příspěvky

Teprve v roce 1903 německý inženýrChristian Hulsmeyer navrhl a vyvinul „detektor překážek“ pro lodě. Jeho pokusy se ukázaly jako úspěšné na vzdálenost jedné míle, ale nevedly k praktickému radaru. Radar jako systém proti srážkám byl považován za žádoucí nástroj zejména po úspěšném použití rádiové komunikace při katastrofě Titaniku v roce 1912.

Radar se stal praktickým díky několika vynálezům, k nimž došlo téměř shodou okolností na přelomu 19. a 20. století. Za prvé, trvalé generování netlumených nebo nepřetržitých rádiových vln umožnil vynález termionického ventilu neboli Audionu, jak jej pojmenoval Lee De Forest (jeho vynálezce) v roce 1906. Ten byl odnoží předchozího vynálezu Flemingova ventilu z roku 1904 a vynálezu Edisonova efektu z roku 1883.

Audion umožnil další rozvoj technologie rozhlasových přijímačů vynálezem superheterodynního rozhlasového přijímače Edwina H. Armstronga v roce 1918, vynálezu, který je s námi dodnes. Posledním významným vynálezem, který nakonec umožnil vznik radaru, bylo brzké zavedení osciloskopu v roce 1920, který zase poprvé umožnil zobrazení časových intervalů mezi událostmi, a tedy i vzdálenosti na katodové trubici, což byl další důsledek Audionu. Od tohoto okamžiku bylo jen otázkou času, kdy se radar stane významnou součástí našeho života.

Po roce 1920 byl pokrok v oblasti radaru neodvratný. Vážné úvahy o možnosti určování vzdálenosti pomocí rádia přinesl Marconi v roce 1916. Všiml si odrazu krátkovlnných radiokomunikačních signálů Morseovy abecedy a možnosti využít tyto signály nejen ke komunikaci, ale také k určení vzdálenosti objektů pomocí ozvěny. Teprve v červnu 1922 v New Yorku na zasedání Amerického institutu elektrotechnických a radiových inženýrů se ve své klíčové řečnické poznámce vyznal z realizace radaru. Tehdy předpověděl nové typy námořních rádiových přístrojů, které by promítaly rádiové vlny a detekovaly jejich odrazy od kovových předmětů tak, aby „okamžitě odhalily“ přítomnost a směr jiných lodí ve tmě nebo mlze. Další práce v roce 1922 provedli Taylor a Young v NRL, kteří detekovali dřevěné lodě pomocí techniky spojitých rádiových vln na vlnové délce 5 metrů. V roce 1924 použil britský fyzik sir Edward Victor Appleton rádiové ozvěny k určení výšky ionosféry, zatímco v roce 1925 v USA Breit a Tuve poprvé použili k témuž účelu pulzní radarové techniky.

Další práce byly provedeny v SSSR v roce 1934. Jejím výsledkem byl hrubý radarový systém včasné výstrahy používaný během 2. světové války proti německým letadlům k ochraně měst Leningradu a Moskvy. Ve stejné době, v roce 1934, byl v USA udělen patent Taylorovi, Youngovi a Hylandovi v NRL na systém pro detekci objektů pomocí rádia a další zájem o vývoj radaru projevily v USA Naval Research Laboratory, U.S. Army Signal Corps, RCA a AT&T Bell Laboratories. K dalšímu vývoji radaru došlo v Německu ve 30. letech 20. století díkyRudolfu uhnholdovi a elektronické firmě Telefunken, kteří začali experimentovat s rádiovou detekcí lodí.

MMarconiho počáteční práce v oblasti námořních technik určování směru pomohla vydláždit cestu k vývoji prvního praktického radaru ve Velké Británii. Tato práce byla připsána britskému fyzikovi siru Robertu Watson-Wattovi, který v únoru 1935 předvedl první vysokofrekvenční radarový systém, který pracoval na frekvenci 6 MHz a detekoval letadla na vzdálenost 8 mil. V září 1935 britští vědci předvedli pulzní radar na frekvenci 12 MHz . Ten detekoval letadla na vzdálenost větší než 40 mil a v březnu 1936 Velká Británie předvedla detekci letadel na frekvenci 25 MHz na vzdálenost 90 mil. Mezitím v USA experimentovala NRL s prvními radarovými ozvěnami s půlmikrosekundovými pulzy při použití ještě vyšší frekvence, 28,3 MHz na vzdálenost 2,5 míle. Brzy poté byl dosah prodloužen na 25 mil.

„Chain-Home“

O radaru pro včasnou výstražnou obranu se ve Velké Británii vážně uvažovalo až v roce 1939. Poprvé byl rychle vybudován komplexní systém jako praktický nástroj. Dřívější experimenty sira Watsona-Watta s protivzdušnou obranou z roku 1935 se vyplatily a výsledkem byl první praktický radarový systém včasné výstrahy v Anglii. Ten se nazýval „Chain-Home“

Systém byl tvořen mnoha pulzními radarovými stanicemi postavenými na 350 stop vysokých věžích podobně jako „řetěz“ kolem britských ostrovů na ochranu Anglie před německými leteckými invazemi. Systém „Chain-Home“ lemoval celé jižní a východní pobřeží Anglie.

Ačkoli tento systém sloužil svému účelu, vf instalace byly z hlediska vlnové délky poměrně velké a vf výkon byl omezen tehdejší ranou elektronkovou technologií, což vedlo k omezenému výkonu.

Bylo okamžitě zřejmé, že navzdory své složitosti je „Chain-Home“ omezen ve svém výkonu. Bylo zapotřebí něco lepšího, co by překonalo nedostatky této technologie. Aby bylo možné vidět s vyšším rozlišením a na větší vzdálenost, byly zapotřebí vyšší frekvence (kratší vlnové délky) a výkonnější vysílací technologie.

Magnetron

Psal se rok 1939. Britská vláda viděla nedostatky systému „Chain-Home“ a požádala dva vědce, profesora Johna Randalla a profesora Henryho Boota z katedry fyziky Birminghamské univerzity, aby vymysleli výkonný mikrovlnný zdroj, který by nahradil starou elektronkovou technologii. O pouhých šest měsíců později, v únoru 1940, tito dva vědci vynalezli magnetron s rezonanční dutinou.

Tento magnetron generoval 10 kilowattů VF výkonu na vlnové délce 10 centimetrů, což bylo asi tisíckrát více než jakýkoli jiný elektronkový mikrovlnný zdroj té doby.

Magnetron byl však na výrobu rozmarný přístroj a Británie si rychle uvědomila neschopnost svého průmyslu, který byl již tak přidušen německými leteckými útoky, vyrábět magnetrony v množství potřebném k výrobě nových a lepších radarových systémů. Bylo jasné, že všestrannost magnetronu může letadlům poskytnout nebývalou schopnost vidět periskopy německých ponorek na moři a tanky na souši. Magnetron mohl způsobit skutečnou revoluci v radarové technologii.

Británie stála před svými nejzoufalejšími hodinami. Nad Liverpoolem a Londýnem padaly každou noc bomby a nacistická invaze byla na spadnutí. Britský premiér Winston Churchill, který měl plně k dispozici své omezené zdroje, rychle rozhodl, že vynález magnetronu pošle do Spojených států, kde byly k jeho výrobě snadno dostupné rozsáhlé průmyslové zdroje.

První magnetron, který unikl německým bombám a vyplul z Liverpoolu, tajně přeplul Atlantik v září 1940 na palubě kanadského parníku Duchess of Richmond. Jednalo se o přísně tajnou misi, kterou vedl sir Henry Tizard, rektor Imperial College of Science and Technology a předseda klíčového vědeckého výboru britské vlády pro protivzdušnou obranu. Tato historická událost je známá jako Tizardova mise.

Britský magnetron dorazil do Raytheonu

Lodě Duchess of Richmond ráno 6. září 1940 v tichosti dorazily do přístavu Cape Race a Halifax na ostrově Newfound Land. Odtud vzácný náklad odjel po železnici do Washingtonu. Několik následujících dní se Tizard setkával s představiteli americké vlády včetně ministra námořnictva Franklina Knoxe a FDR.

Nakonec se Tizard setkal se svým technickým americkým protějškem dr. Vannevarem Bushem vědcem z MIT a také spoluzakladatelem společnosti American Appliance Company známé také jako Raytheon (název znamená Světlo bohů), velkého zavedeného výrobce elektroniky v USA.

V tomto okamžiku vstupuje Raytheon do podnikání v oblasti magnetronového průmyslu. Rychle byla domluvena schůzka mezi Tizardem a Percym L. Spencerem, hlavním inženýrem společnosti Raytheon. Spencer byl vynikající inženýr-samouk a nadšený radioamatér s praktickým smyslem pro to, čeho lze dosáhnout. Pozorně vyslechl výrobní problémy, které Britové popsali, a požádal, aby si mohl magnetron vzít na víkend domů a pohrát si s ním ve své hamové chatě. Povolení mu bylo uděleno a Spencer přišel s radikálními změnami a zlepšeními výkonu, díky nimž se magnetron poprvé stal vyrobitelným. Společnost Raytheon okamžitě získala zakázku na malé množství magnetronů a do konce druhé světové války Raytheon vyráběl více než 80 % všech magnetronů v USA.

Díky Percymu Spencerovi se magnetron dostal i do mikrovlnné trouby. V roce 1945 Spencer objevil v kapse košile roztékající se tabulku čokolády, když stál před radarem poháněným magnetronem. Okamžitě si uvědomil hodnotu tohoto objevu. Vynálezce Spencer, který za svůj život získal více než 120 patentů, viděl praktické využití magnetronu v kuchyni a okamžitě podržel sáček kukuřičných semínek vedle radarového vysílače poháněného magnetronem a dostal popcorn. Společnost Raytheon v roce 1954 vyvinula a uvedla na trh vůbec první mikrovlnnou troubu využívající magnetron. Byla známá pod názvem 1161 Radar Range. Stála metr dvacet na výšku a vážila 750 kilogramů. Zpočátku ji používaly pouze luxusní restaurace a zaoceánské lodě, ale v roce 1967 vyrobila divize Amana společnosti Raytheon první domácí kuchyňskou mikrovlnnou troubu. Dnes je magnetron přítomen v každé kuchyni. Většina magnetronů se dnes vyrábí v Japonsku nebo v Číně.

Od svého vzniku v roce 1922 jako American Appliance Company přes nové začátky v roce 1925 jako Raytheon (Světlo bohů), vynález usměrňovací elektronky (zvané Raytheon), která umožnila provoz rozhlasových přijímačů na střídavý proud bez potřeby baterie, přes první řízenou střelu, vesmírné počítače, které umožnily historické cesty na Měsíc, až po dnešní přítomnost ve všech aspektech rádia a radaru, je Raytheon nesporným světovým lídrem v oblasti RF technologií.