Ki találta fel a radart?

By Cornell Drentea, KW7CD

———-

Amikor a rádióra gondolunk, általában egy emberre gondolunk: Guglielmo Marconi.

A rádió viszont sok ember munkájának eredménye.

1793-ban az olasz tudós, Lazzaro Spallanzani, a Padovai Egyetem professzora tanulmányozta a vak denevérek azon képességét, hogy ultrahang segítségével navigáljanak. Megfigyelte, hogy a denevérek jól repülnek a sötétben látás segítsége nélkül. Ezután egyedülálló kísérletet tervezett a denevérfülek használatának demonstrálására, és arra a következtetésre jutott, hogy a denevér hallás nélkül tájékozatlanná válik. Arra a következtetésre jutott, hogy a denevérek folyamatos hangimpulzusokat produkálnak, és feltételezte, hogy ezeknek az impulzusoknak a sebessége növekszik, ahogy a denevér közeledik a tárgyakhoz. Ezt csak 1939-ben sikerült bizonyítani, amikor Don Griffin professzor a Harvard Egyetemen újszerű hangrögzítési technikákkal és korábban nem elérhető műszerekkel megerősítette a jelenséget. Bár ezek a vizsgálatok nem vezettek azonnali következtetésekhez, az elképzelések az első radarok létrehozását szolgálták.

James Clerk Maxwell brit fizikus már 1864-ben kidolgozott egy olyan egyenletrendszert, amely az elektromágneses hullámok viselkedését és a visszaverődések törvényeit szabályozta. 1886-ban Heinrich Hertz német fizikus szikraadókkal kísérletezett, és 66 cm-es hullámhosszon csillapított rádiófrekvenciás hullámokat hozott létre. Ezután felfedezte, hogy az elektromágneses hullámok bizonyos anyagtípusokon keresztül továbbíthatók, míg más anyagok visszaverik azokat. Így az újonnan felfedezett elektromágneses hullámokat az ő neve után Hertz-hullámoknak nevezték el.

Korai hozzájárulások

Csak 1903-ban, Christian Hulsmeyer német mérnök javasolt és fejlesztett ki egy “akadályérzékelőt” hajók számára. Kísérletei egy mérföldes távolságon sikeresnek bizonyultak, de nem eredményeztek gyakorlati radart. A radart, mint ütközésgátló rendszert különösen azután képzelték el kívánatos eszközként, hogy 1912-ben a Titanic katasztrófájánál sikeresen alkalmazták a rádiótávközlést.

A radar a 19. század fordulóján és a 20. század elején szinte egybeeső több találmánynak köszönhetően vált gyakorlativá. Először is, a csillapítatlan vagy folyamatos rádióhullámok tartós előállítása vált lehetővé a termionikus szelep, vagy ahogyan elnevezték, az Audion feltalálásával, amelyet Lee De Forest (feltalálója) 1906-ban talált fel. Ez a korábbi, 1904-ben feltalált Fleming-szelep és az 1883-ban feltalált Edison-effektus leszármazottja volt.

Az Audion tette lehetővé a rádióvevő-technológia további fejlődését, amikor Edwin H. Armstrong 1918-ban feltalálta a szuperheterodin rádióvevőt, amely találmány ma is velünk van. Az utolsó jelentős találmány, amely végül is lehetővé tette a radart, az oszcilloszkóp korai, 1920-as bevezetése volt, amely viszont először tette lehetővé az események közötti időintervallumok és következésképpen a távolság katódsugárcsövön történő megjelenítését, ami szintén az Audion következménye. Ettől kezdve már csak idő kérdése volt, hogy a radar az életünk jelentős részévé váljon.

1920 után a radarok terén a fejlődés küszöbön állt. Marconi 1916-ban komolyan elgondolkodott a távolság rádión keresztüli meghatározásának lehetőségén. Megjegyezte a rövidhullámú Morse-kódos rádiós kommunikációs jelek visszaverődését, és annak lehetőségét, hogy ezeket a jeleket ne csak kommunikációra használják, hanem a visszhangok révén a tárgyak távolságának meghatározására is. A radar megvalósítását 1922 júniusában New Yorkban, az Amerikai Villamos- és Rádiómérnökök Intézetében, az Amerikai Villamos- és Rádiómérnökök Intézetében tartott fő beszédében vallotta meg. Ekkor olyan új típusú tengeri rádiókészülékeket jósolt meg, amelyek rádióhullámokat vetítenek ki és érzékelik azok visszaverődését fémtárgyakról, hogy a sötétben vagy ködben “azonnal felfedjék” más hajók jelenlétét és irányát. További munkát végeztek 1922-ben Taylor és Young az NRL-nél, akik 5 méteres hullámhosszon folyamatos hullámú rádiófrekvenciás technikával érzékelték a fahajókat. 1924-ben egy brit fizikus, Sir Edward Victor Appleton rádióvisszhangokat használt az ionoszféra magasságának meghatározására, míg 1925-ben az Egyesült Államokban Breit és Tuve először használt impulzusradaros technikát ugyanerre a célra.

Kiegészítő munkát végeztek a Szovjetunióban 1934-ben. Ennek eredménye egy kezdetleges korai figyelmeztető radarrendszer lett, amelyet a második világháború alatt a német repülőgépek ellen használtak Leningrád és Moszkva városok védelmére. Ugyanebben az időben, 1934-ben az Egyesült Államokban szabadalmat kapott Taylor, Young és Hyland az NRL-ben egy tárgyak rádión keresztüli észlelésére szolgáló rendszerre, és további érdeklődést mutatott a radar fejlesztése iránt az Egyesült Államokban a Naval Research Laboratory, a U.S. Army Signal Corps, az RCA és az AT&T Bell Laboratories. További radarfejlesztésekre került sor Németországban az 1930-as években Rudolf uhnhold és a Telefunken elektronikai cég révén, akik kísérletezni kezdtek a hajók rádiós felderítésével.

MMarconi kezdeti munkája a tengeri iránymérő technikák terén segített kikövezni az utat az első gyakorlati radar kifejlesztéséhez Nagy-Britanniában. Ezt a munkát Sir Robert Watson-Watt brit fizikusnak tulajdonítják, aki 1935 februárjában bemutatta az első HF radarrendszert, amely 6 MHz-en működött, és 8 mérföldes távolságban érzékelte a repülőgépeket. 1935 szeptemberére a brit tudósok 12 MHz-es impulzusradart mutattak be. Ez 40 mérföldnél nagyobb távolságban észlelte a repülőgépeket, 1936 márciusában pedig Nagy-Britannia bemutatta a repülőgépek észlelését 25 MHz-en, 90 mérföldes távolságban. Eközben az Egyesült Államokban az NRL még magasabb frekvencián, 28,3 MHz-en, 2,5 mérföldes távolságban kísérletezett az első radar visszhangokkal, fél mikromásodperces impulzusokkal. Nem sokkal ezután a hatótávolságot 25 mérföldre növelték.

“Chain-Home”

A radart csak 1939-ben kezdték komolyan fontolóra venni Nagy-Britanniában a korai figyelmeztető védelemben. Gyorsan kiépítettek egy komplex rendszert, amely első ízben vált gyakorlati eszközzé. Sir Watson-Watt korábbi, 1935-ös légvédelmi kísérletei kifizetődtek, aminek eredményeképpen Angliában létrejött az első gyakorlati korai figyelmeztető HF radarrendszer. Ezt “Chain-Home”-nak nevezték el.”

A rendszer sok impulzusos radarállomásból állt, amelyeket 350 láb magas tornyokra építettek, hasonlóan a Brit-szigetek körüli “lánchoz”, hogy megvédjék Angliát a német légi invázióktól. A “Chain-Home” rendszer Anglia teljes déli és keleti partvidékét bejárta.

Bár ez a rendszer szolgálta a célját, a HF-berendezések hullámhossz szempontjából meglehetősen nagyok voltak, és az RF-teljesítményt az akkori korai csöves technológia korlátozta, ami korlátozott teljesítményt eredményezett.

Az azonnal nyilvánvalóvá vált, hogy összetettsége ellenére a “Chain-Home” teljesítménye korlátozott volt. Valami jobbra volt szükség a technológia hiányosságainak kiküszöbölésére. A nagyobb felbontású és távolabbi látáshoz magasabb frekvenciákra (rövidebb hullámhossz) és nagyobb teljesítményű átviteli technológiákra volt szükség.

A magnetron

1939-et írtunk. A brit kormány a “Chain-Home” rendszer hiányosságait látva felkérte két tudóst, John Randall professzort és Henry Boot professzort a Birminghami Egyetem Fizika Tanszékéről, hogy találjanak ki egy nagy teljesítményű mikrohullámú forrást a régi csöves technológia kiváltására. Mindössze hat hónappal később, 1940 februárjában a két tudós feltalálta a rezonáns üregű magnetront.

Ez a magnetron 10 kilowatt RF teljesítményt generált 10 centiméteres hullámhosszon, ami körülbelül ezerszer erősebb volt, mint bármely más akkori csöves mikrohullámú forrás.

A magnetron gyártása azonban szeszélyes eszköz volt, és Nagy-Britannia hamar rájött, hogy a német légitámadások által már megfojtott ipara képtelen olyan mennyiségben magnetronokat gyártani, amire az új és jobb radarrendszerek előállításához szükség volt. Világos volt, hogy a magnetron sokoldalúsága révén a repülőgépek eddig soha nem látott képességekkel rendelkezhetnek a tengeren a német tengeralattjárók periszkópjainak, a szárazföldön pedig a tankok észlelésére. A magnetron valóban forradalmasíthatta a radartechnikát.

Britannia a legreménytelenebb órái előtt állt. Éjszakánként bombák hullottak Liverpool és London fölé, és a náci invázió küszöbön állt. Mivel korlátozott erőforrásait teljesen lekötötte, Winston Churchill brit miniszterelnök gyorsan meghozta a döntést, hogy a magnetron találmányt az Egyesült Államokba küldi, ahol hatalmas ipari erőforrások álltak rendelkezésre a gyártásához.

A német bombák elől menekülve és Liverpoolból kihajózva az első magnetron 1940 szeptemberében titokban átkelt az Atlanti-óceánon a Duchess of Richmond kanadai vonalhajó fedélzetén. Ezt a szigorúan titkos küldetést Sir Henry Tizard, az Imperial College of Science and Technology rektora és a brit kormány légvédelemmel foglalkozó kulcsfontosságú tudományos bizottságának elnöke vezette. Ez a történelmi esemény Tizard-misszió néven vált ismertté.

A brit magnetron megérkezett a Raytheonhoz

A Duchess of Richmond 1940. szeptember 6-án reggel csendben megérkezett Új-Föld Cape Race és Halifax kikötőjébe. Innen az értékes rakomány vasúton Washingtonba indult. A következő napokban Tizard találkozott az amerikai kormány tisztviselőivel, köztük Franklin Knox haditengerészeti miniszterrel és FDR-rel.

Végül Tizard találkozott műszaki amerikai kollégájával, dr. Vannevar Bushsal, az MIT tudósával és egyben a Raytheon néven is ismert American Appliance Company társalapítójával (ez a név azt jelenti, hogy Istenek fénye), amely egy nagy múltú elektronikai gyártó az Egyesült Államokban.

Ez az a pont, amikor a Raytheon belép a magnetron-ipari üzletbe. Tizard és Percy L. Spencer, a Raytheon főmérnöke között gyorsan összehoztak egy találkozót. Spencer zseniális, önjelölt mérnök és lelkes rádióamatőr volt, akinek gyakorlati érzéke volt ahhoz, hogy mit lehet elérni. Figyelmesen végighallgatta a britek által leírt gyártási problémákat, és megkérte, hogy a hétvégén hazavihesse a magnetront, hogy a saját amatőr kunyhójában játszhasson vele. Az engedélyt megkapta, és Spencer olyan radikális változtatásokkal és teljesítményjavításokkal állt elő, amelyek először tették gyárthatóvá a magnetront. Azonnal szerződést kötöttek a Raytheonnal kis mennyiségű magnetronra, és a második világháború végére a Raytheon gyártotta az összes magnetron több mint 80%-át az Egyesült Államokban.

A Percy Spencernek köszönhetően a magnetron bekerült a mikrohullámú sütőbe is. Spencer 1945-ben egy magnetronnal működő radar előtt állva felfedezett egy olvadó csokoládészeletet az ingzsebében. Azonnal felismerte ennek a felfedezésnek az értékét. A feltaláló Spencer, aki életében több mint 120 szabadalmat szerzett, meglátta a magnetron gyakorlati alkalmazását a konyhában, és azonnal egy zacskó kukoricamagot tartott a magnetronos radaradó mellé, és popcornt kapott. A Raytheon 1954-ben fejlesztette ki és hozta forgalomba a magnetront használó első mikrohullámú sütőt. Az 1161 Radar Range néven volt ismert. Öt láb magas volt, és 750 fontot nyomott. Eleinte csak luxuséttermek és óceánjárók használták, de 1967-ben a Raytheon Amana részlege elkészítette az első háztartási konyhai mikrohullámú sütőt. Ma a magnetron minden konyhában jelen van. A legtöbb magnetront ma Japánban vagy Kínában gyártják.

Az 1922-ben American Appliance Company néven indult, 1925-ben Raytheon (Istenek fénye) néven újjáalakult cégtől az egyenirányító cső (Raytheon néven) feltalálásáig, amely lehetővé tette, hogy a rádióvevőkészülékek váltakozó árammal, akkumulátor nélkül működjenek, az első irányított rakétáig, a történelmi holdutazásokat lehetővé tevő űrszámítógépekig, a mai napig a rádiózás és radarozás minden területén jelen van, a Raytheon vitathatatlanul világelső az RF technológia területén.