Who Invented Radar?

By Cornell Drentea, KW7CD

———-

ラジオといえば、普通はひとりの人物を想像するのが普通でしょう。

一方、レーダーは多くの人の仕事から生まれました。

1793年、イタリアの科学者ラザロ・スパランザーニ（Padua University教授）は、超音を使って航行する盲目のコウモリの能力を研究していました。 彼は、コウモリが暗闇の中で視覚の助けを借りずによく飛ぶことを観察した。 そして、コウモリの耳の使い方を実証するためにユニークな実験を考案し、コウモリは聴覚がなければ方向感覚を失うと結論づけたのである。 そして、コウモリは連続的な音波パルスを発していると結論づけ、コウモリが物体に近づくと音波パルスの速度が速くなることを示唆した。 この現象は、1939年にハーバード大学のドン・グリフィン教授が、それまでなかった新しい録音技術と計測器を使って確認するまで、証明されることはなかった。 これらの研究はすぐに結論には至りませんでしたが、その概念は最初のレーダーを作るのに役立ちました。

1864年にはすでに、イギリスの物理学者James Clerk Maxwellが、電磁波の挙動と反射の法則を支配する一連の方程式を開発していました。 1886年、ドイツの物理学者ハインリッヒ・ヘルツが火花式送信機で実験し、波長66cmの減衰した高周波を発生させた。 そして、この電磁波がある種の物質を透過し、他の物質では反射することを発見した。 このように、新しく発見された電磁波は、彼の名前にちなんでヘルツ波と名付けられた。

初期の貢献

ドイツのエンジニア、クリスチャン・ハルスマイヤーが船舶用の「障害物探知機」を提案し開発したのは、1903年になってからだった。 彼の実験は1マイルの距離で成功したが、レーダーの実用化には至らなかった。 レーダーが実用化されたのは、19世紀末から20世紀初頭にかけて、ほぼ同時期にいくつかの発明がなされたためである。 まず、1906年にリー・デ・フォレスト（発明者）が発明した熱電子弁（通称オーディオン）によって、減衰しない連続的な電波の発生が可能になった。 これは1904年のフレミングバルブの発明、1883年のエジソン効果の発明から派生したものである。

Audionは、1918年にエドウィン・H・アームストロングがスーパーヘテロダインラジオレシーバーを発明し、ラジオ受信技術のさらなる発展を可能にした。 レーダーを可能にした最後の大きな発明は、1920年に早くも登場したオシロスコープで、これもオーディオンがもたらしたもので、ブラウン管に事象間の時間間隔、ひいては距離を表示することが初めて可能になった。 1920年以降、レーダーの進歩はめざましく、レーダーが私たちの生活の一部となるのは時間の問題だった。 無線による距離決定の可能性については、1916年にマルコーニが真剣に検討した。 彼は短波のモールス符号の無線通信信号の反射に注目し、この信号を通信に使うだけでなく、反響によって物体の距離を求めることができる可能性を指摘した。 1922年6月、ニューヨークで開催されたアメリカ電気・無線技術者協会での基調講演で、レーダーの実現を公言したのである。 そして、電波を発射し、金属物からの反射を検出して、暗闇や霞の中にある他船の存在と方位を「直ちに明らかにする」新しいタイプの船舶用無線装置を予言したのである。 1922年には、NRLのテイラーとヤングによって、波長5メートルの連続波のRF技術を使用して木造船を検出する追加作業が行われた。 1924年、イギリスの物理学者であるエドワード・ビクター・アップルトン卿は電波の反響を利用して電離層の高さを決定し、1925年にはアメリカでブライトとトゥーブが初めてパルスレーダー技術を使って同様のことを行った。 この結果、第2次世界大戦中にレニングラードやモスクワの都市を守るためにドイツ軍機に対して使用された粗い早期警報レーダーシステムが完成した。 同じ頃、米国ではNRLのテイラー、ヤング、ハイランドが無線で物体を検知するシステムの特許を取得し、米国では海軍研究所、米陸軍信号隊、RCA、AT&Tベル研究所がレーダー開発に興味を示していた。

Marconi が最初に行った海上方向探知技術の研究は、イギリスにおける最初の実用的なレーダー開発への道を開くことになった。 この研究は、1935年2月に6MHzで動作し、8マイルの距離で航空機を検出する最初のHFレーダシステムを実証した英国の物理学者ロバート・ワトソン卿に起因している。 1935年9月には、12MHzのパルスレーダーが完成した。 1936年3月には、英国が25MHzで90マイルの距離の航空機を検出することを実証した。 一方、米国では、NRLが28.3MHzというさらに高い周波数で、半マイクロ秒のパルスを照射し、2.5マイルの距離で最初のレーダーエコーを実験した。 この後すぐに、距離は25マイルまで延長された。

“Chain-Home” イギリスでレーダーが早期警戒防衛のために真剣に検討されたのは1939年のことであった。 実用的な道具として初めて複雑なシステムがすぐに構築された。 ワトソン・ワット卿による1935年の防空実験が実を結び、イギリス初の実用的な早期警戒用高周波レーダーシステムが完成した。 これは「チェーンホーム」と呼ばれ、ドイツの空からの侵攻からイギリスを守るために、350フィートの高さのタワーに多くのパルスレーダー局を建設し、イギリス諸島を「チェーン」のように囲むシステムであった。

このシステムはその目的を果たしたが、高周波設備は波長の観点からかなり大きく、RFパワーは当時の初期の真空管技術によって制限され、その結果性能に限界があった。 この技術の欠点を克服するために、何か良い方法が必要であった。 より高い解像度で遠くを見るためには、より高い周波数（短い波長）とより高い出力の送信技術が必要だったのです。 バーミンガム大学物理学部のジョン・ランドール教授とヘンリー・ブーツ教授の2人は、真空管に代わる強力なマイクロ波源の開発を英国政府から依頼された。 このマグネトロンは波長10センチメートルで10キロワットのRFパワーを発生させ、当時の真空管マイクロ波源に比べ約1000倍も強力であった。

しかし、マグネトロンは製造が気まぐれな装置で、イギリスは、すでにドイツの空襲で首を絞められた産業が、新しく優れたレーダー・システムを作るために必要な量のマグネトロンを製造できないことをすぐに理解したのである。 マグネトロンが持つ汎用性により、航空機は海上のドイツUボートの潜望鏡や陸上の戦車を見るという前代未聞の能力を得ることができることは明らかであった。 マグネトロンはまさにレーダー技術に革命をもたらすものであった

イギリスは最も絶望的な時を迎えていた。 リバプールやロンドンに毎晩のように爆弾が落ち、ナチスの侵攻が迫っていた。 その限られた資源をフルに活用し、マグネトロンの発明を膨大な産業資源を持つアメリカに送るという決断が、イギリスの首相ウィンストン・チャーチルによって速やかになされました。

ドイツの爆撃から逃れ、リバプールから出航し、最初のマグネトロンは1940年9月にカナダの定期船デューセス・オブ・リッチモンドでひそかに大西洋を横断したのです。 これは、帝国理工科大学学長で、英国政府の防空に関する重要な科学委員会の委員長であったヘンリー・ティザード卿が行った極秘任務であった。 この歴史的な出来事は、ティザード・ミッションとして知られています。

英国のマグネトロンがレイセオンに到着

リッチモンド公爵夫人は1940年9月6日の朝、ニューファンドランドのケープレースとハリファックス港に静かに到着しました。 ここから貴重な貨物は鉄道でワシントンD.C.に向けて出発した。 その後数日間、ティザードは海軍長官フランクリン・ノックスやFDRなどアメリカ政府高官と会談した

最後に、ティザードはアメリカの技術担当者であるDr. このとき、レイセオンはマグネトロン産業に参入することになる。 ティザードとレイセオンのチーフエンジニア、パーシー・L・スペンサーとの面会がすぐに実現した。 スペンサー氏は、優秀な自作自演のエンジニアであり、ハムラジオの熱心なオペレーターでもあり、何が実現できるかを考える現実的なセンスの持ち主だった。 彼は、英国人の言う製造上の問題をよく聞き、週末にマグネトロンを持ち帰って、自分のハムシャックで遊んでみたいと頼んだ。 スペンサーは、マグネトロンを初めて製造可能にするための抜本的な変更と性能向上を実現した。 すぐにレイセオン社と少量のマグネトロンの契約が結ばれ、第二次世界大戦末期には、レイセオン社が米国内のマグネトロンの80％以上を製造するようになりました。 1945年、マグネトロンを使ったレーダーの前に立っていたスペンサーは、シャツのポケットの中に溶けたチョコレートバーを発見しました。 彼はすぐにこの発見の価値を理解した。 生涯で120件以上の特許を取得した発明家スペンサーは、マグネトロンが台所で実用化されるのを見て、すぐにマグネトロンを使ったレーダー発信機の横にトウモロコシの種の入った袋をかざし、ポップコーンを手に入れた。 レイセオン社は1954年にマグネトロンを使った史上初の電子レンジを開発し、販売した。 その名も「1161レーダーレンジ」。 高さ5フィート、重さ750ポンド。 当初は高級レストランや客船で使われていたが、1967年にレイセオン社のアマナ事業部が家庭用電子レンジの第1号機を製造した。 現在では、マグネトロンはどこの台所にもある。 現在のマグネトロンのほとんどは、日本か中国で生産されています。

1922年にアメリカン・アプライアンス・カンパニーとして創業し、1925年にレイセオン（神々の光）として新たにスタートしたレイセオンは、ラジオ受信機を電池不要の交流で動かす整流管（レイセオン）の発明から、初の誘導ミサイル、歴史的月面旅行を可能にしたスペースコンピュータ、今日のラジオやレーダーのあらゆる側面で存在感を示すまで、RF技術において誰もが認めるグローバルリーダーとして君臨し続けています。