人类是如何制造雷达的?
于是,英国人开始认真研究解决这个问题。让现代人觉得可笑的是,英国人最初的想法是从听力略好于常人的盲人身上寻找出路。当时,英国为了提前知道德军空袭的时间和方向,煞费苦心地在伦敦找来一些听觉特别灵敏的盲人,让他们在高楼上值班,负责监视是否有飞机驶来,及时发布防空袭预报。现在看来,我们不能不佩服英国人的想象力和任人唯贤的科学态度。但令英国人遗憾的是,盲人的听力略高于正常人,但远远达不到防空袭的要求。毕竟他们也是人,听力比正常人略好,但也就超出正常人听力距离几公里而已。这么短的距离只能提供几十秒到1分钟的预警时间,无法满足防空袭的要求。为此,英国人专门为盲人研制了一种助听设备,就是让盲人使用巨大的喇叭状金属物体来提高听力。这种方法虽然取得了明显的效果,但是方向性很差,距离无法测量,尤其是声音在空气中的传播速度太慢,在声音从听者所能听到的最大距离到达听者所需要的时间里,敌机向前飞了几公里。也就是说通过这种方式进行监控。防空既要知道敌机的方向,也要知道敌机的距离,越快越好。在这一点上,英国人不得不承认,人类的自然器官即使是简单的助听器也达不到这个要求。因此,英国人试图用光学测距仪来测量来袭敌机的距离。但由于受气象条件影响较大,光学测距仪只能在能见度较好的白天工作,测距有限,对防空作用仍然不大。
如何实现超视距观看和超听?在1916之前,只有一个办法,那就是使用声波定位仪。这个仪器体积很大,性能很不稳定,很少正常工作。即使正常工作,其最大测量距离也只有13km。虽然13km的距离远远超过了人的视距和听觉距离,但对于一架时速可达数百公里的敌机来说,飞行只需4分钟。在当时的条件下,以4分钟的预警时间,很难让战机起飞进行有效拦截。显然,防空需要配备更先进的定位设备。
蝙蝠的启示
这时,人们会想到一些动物身上的现象,这些现象人类早就知道,但没有引起重视,比如蝙蝠。蝙蝠很少在白天出来,而是在晚上能见度很差的时候出来觅食。这一现象引起了人们的关注。蝙蝠如何在夜间灵活准确地捕捉食物?尤其是当人类发现蝙蝠视力很差,某种意义上是失明的时候,人们更难想象蝙蝠是如何发现猎物,并准确测量猎物的方向和距离的。于是,有人对蝙蝠进行了一项实验,人为地去除了它们的嗅觉和微弱的视觉,在一个房间里绑上一些绳子,在绳子上挂上许多铃铛,然后让失去了嗅觉和嗅觉的蝙蝠在房间里飞翔。令人惊讶的是,没有铃声响起,蝙蝠能够在房子里自由飞翔,没有碰到任何障碍物。
生物学家研究了这种奇怪的现象,发现蝙蝠在飞行时,会间歇性地发出人耳听不到的声音。这个声音的频率是25000到70000赫兹,而人能听到的声音频率是16到200000赫兹。蝙蝠平均每秒吠叫30次左右,接近目标时每秒吠叫60次左右,发出的声波碰到周围物体反射回来。蝙蝠的听觉非常灵敏,能准确接收反射的声波,判断反射声波的距离、方向和性质。这样,蝙蝠不仅能准确扑向猎物,还能躲避各种障碍物。
蝙蝠搜索、探测和定位远处目标的能力给了人类很大的启示。只要找到一种快速反射的物质,制作出可以发射和接收这种物质的设备,就可以实现超视距看和超视距听的梦想。发现光波和声波都有这种性质,只是因为人类想要到达的探测距离较远,声波速度太慢,不仅误差大,而且反应慢。现在看来飞机的飞行速度可以超过两倍音速,说明声波还没有反射回来,飞机已经到了;虽然光波的速度很快,比音速快80多万倍,但是当光波遇到云的时候,就会停下来。这两波显然不能满足人类的需求。
有哪些波具有光波的速度,能穿透云雾,能被目标反射回来?人们发现无线电波是最理想的物质。无线电波在空气中的速度和光速一样,不受气候影响。它具有穿云破雾的能力,可以在恶劣的天气条件下或夜间工作。只要研制出一种能发射和接收无线电波的装置,人类就能实现他们神话般的梦想。
这种通过发射和接收无线电波来完成搜索和探测任务的设备的英文名是RADAR,意思是“无线电侦察和测距”,翻译成中文就是雷达。从1880开始,人类的科技进步已经让人类基本掌握了制作雷达的技术。
1864年,英国物理学家麦克斯韦提出了光和无线电波都是电磁波的理论,得出了无线电波的传播速度与光的传播速度相同的结论。
1888年,德国物理学家赫兹利用电极的火花振荡放电获得了无线电波,证明了麦克斯韦的理论,但赫兹认为无线电波不能用于通讯等方面。
1895年,俄罗斯的波波夫发明了一种可以接收无线电波的仪器,并发现了舰船对无线电波的反射,这表明可以利用无线电波寻找人眼看不见的目标。
1904年,德国发明家克里斯蒂安·休斯·迈尔(Christian Hueers Mayer)在实验室对原始雷达进行了实验,并获得了雷达设计专利,但这种原始雷达的探测距离无法达到声波定位仪的距离。就这样,虽然在第一次世界大战结束前,雷达未能取得实际应用的成果,但人类对雷达的需求和科技的进步,已经让人类距离做出真正的雷达只有一步之遥。
无知让日本人重蹈拿破仑的覆辙。
一战结束后,人类并没有赢得永久的和平,战争再次爆发只是时间问题。人类的航空和航海需要雷达,一战中表现出巨大威力的飞机和意大利军国主义者创立的空军胜利论让人们感受到了雷达的重要性。世界上的主要国家都已经开始如火如荼地发展雷达。
1922年9月,美国的泰勒和杨发现,当一艘船在无线电发射机和接收机之间通过时,高频无线电通信会被阻断和中断,于是他们建议利用无线电信号中断的现象来测量在黑暗中或雾中航行的船只。1931 1年6月,美国海军工程局命令海军研究所开始“用无线电探测敌舰和敌机”的研究工作。1934年3月,美国的杨和佩吉研制出最早的雷达,并成功地在1英里外试飞了一架单木架蒙皮飞机。1938 65438年2月,美国海军军舰“纽约”号开始装备雷达,并在次年的航行中,探测到4海里处的浮标、5.5海里处的鸟类、7海里处飞行的14英寸炮弹、8至15海里处和100海里处的水面舰艇。1940 10麻省理工学院放射学研究所在国防委员会的支持下,对雷达技术做了进一步的研究,开始研制微波雷达。
1935年2月,英国的沃森·瓦特建议制造和使用雷达,次年6月英国第一台实验雷达研制成功。在测试过程中,它成功地探测到了27公里外飞行的飞机。一个月后,瓦特改进了这种雷达,使其探测距离达到65公里,到9月底,探测距离可以达到88公里。1937年4月,英国政府决定在英格兰东部和南部海岸以及泰晤士湾建立雷达探测网络。
德国的雷达发展起步很早,基础雄厚。早在1904,Hueers Mayer就获得了雷达设计专利。20世纪30年代,德国科学家在雷达研究方面取得了很大进展,研制出了实用的防空预警雷达,随后又研制出了防空预警雷达。当时疯狂扩军备战的纳粹德国已经濒临战争边缘。雷达,这个实现人类“千里眼”“千里眼”梦想的工具,一定会在战争中大显身手。因此,德国应该迅速发展雷达。但谁能想到,实用的防空预警雷达不仅没有被重视,反而被打入“冷宫”,险些丧命。