Идея использования волн Герца (так когда-то называли радиоволны) для отслеживания движущихся объектов ненамного моложе самой радиосвязи. Через девять лет после первых опытов Маркони и Попова она пришла в голову 22-летнему Христиану Хюльсмейеру, работнику компании Siemens из Дюссельдорфа. Он не имел технического образования, но весьма интересовался электрическими новинками, в частности радиоаппаратурой. В 1904 году он собрал, испытал и запатентовал устройство, которое назвал телемобилоскопом. Согласно патентной заявке, это был «аппарат, излучающий и принимающий волны Герца и предназначенный для обнаружения находящегося на их пути металлического тела, например поезда или корабля, и предупреждения о его появлении». 17 или 18 мая Хюльсмейер впервые публично представил его в Кельне на мосту через Рейн. На демонстрации присутствовали представители судовых компаний, журналисты и многочисленные зеваки. Об эффектном эксперименте без задержки сообщили и европейские, и американские газеты.
Аппарат Хюльсмейера состоял из искрового генератора радиоволн, излучающей антенны с металлическим фокусирующим рефлектором, приемной антенны с еще одним рефлектором и когерера в качестве ресивера. С помощью электрического звонка он оповещал о приближении речных пароходов. Прибор даже приблизительно указывал направление на объект, но, конечно, не мог определить его удаленность и скорость. Строго говоря, это был не радиолокатор, а только радиодетектор.
Ensimmäinen brittiläinen tutkaverkko ei ollut samanlainen kuin nykyaikaiset tutkat. Tavallisia pyöriviä antenneja ei ollut ollenkaan (ne ilmestyivät myöhemmin). 13,6 metrin pituisia 20 mikrosekunnin pituisia radioaaltoja 40 millisekunnin välein lähettivät kaapeliantennit, jotka oli ripustettu 110 metriä korkeisiin teräsristikkotorneihin (neljä kullekin asemalle). Vastaanottoantennit asennettiin 70 metrin puisiin torneihin, jotka sijaitsevat etäisyyden päässä (häiriöiden välttämiseksi). Aluksi kunkin lähettimen teho oli 350 kW, myöhemmin se nostettiin 750 kW:iin. Asemat sijaitsivat rannikolla ketjussa, joka antoi nimen koko järjestelmälle - Chain Home. Nykystandardien mukaan sen resoluutio oli naurettava - noin 3 km, ja lisäksi tutkat eivät käytännössä huomanneet matalalla lentäviä esineitä. Hyvällä säällä he kuitenkin havaitsivat Göringin ilma-armadat jo taivaalta Ranskan yllä, mikä antoi brittiläiselle ilmapuolustukselle 20 minuutin varoituksen. Siinä tilanteessa sillä oli suuri merkitys. Kolme kuukautta kestäneen Britannian taistelun aikana saksalaiset menettivät lähes puolet taistelukoneistaan – 1882 koneesta 4074. Ja vaikka kuninkaallisten ilmavoimien kokonaistappiot olivat vain hieman pienemmät (1547 lentokonetta), saksalaiset menettivät paljon suuremman. lentäjien määrä (544 englantilaista lentäjää yli 3500 kuollutta ja vangittua saksalaista vastaan). Tulevaisuudessa Saksan ilmavoimien toiminta Britannian ilmatilassa laski jyrkästi ja loppui lopulta. Tätä auttoi uusi Chain Home Low -tutkaverkko, jossa käytettiin jo puolentoista metrin radioaaltoja lähettäviä pyöriviä antenneja. Ja vuodesta 1941 lähtien kuninkaallisten laivoille ilmestyi tutkat, jotka toimivat 50 senttimetrin aalloilla laivasto. Britannian taistelu voitettiin, vaikkakin erittäin kalliilla kustannuksilla.
Хюльсмейер предлагал устанавливать такие приборы на кораблях, чтобы предупреждать столкновения в условиях скверной видимости. Позднее он даже придумал устройство для автоматической оценки расстояния до объекта по углу наклона приемной антенны, но так его и не сделал. Да и сам телемобилоскоп проработал недолго. Им не заинтересовались ни пароходные компании, ни моряки кайзеровского флота. Общее мнение сводилось к тому, что о сближении судов достаточно сигнализировать гудками и что аппаратура Хюльсмейера сложна, не слишком надежна и практически бесполезна. Не помогло даже то, что на испытаниях в Голландии прибор показал очень приличную дальность в 3 км. Летом 1905 года изобретателю отказала в поддержке и фирма Telefunken, после чего он поставил крест на своем детище. Хюльсмейер дожил до 1957 года, запатентовал 180 изобретений, но к своей первой работе больше не возвращался. Впрочем, когда после Второй мировой войны весь мир убедился в возможностях радиолокации, Хюльсмейер был признан на родине выдающимся изобретателем.
Конечно, сейчас ясно, что никто не смог бы сконструировать настоящий радар на базе радиотехнологии первого поколения, основанной на искровых генераторах и когерерах или магнитных детекторах. Хюльсмейера осенила великолепная идея, но без мощной вакуумной (а потом и твердотельной) электроники она обещала немногое — в этом германские военно-морские эксперты не ошиблись. Потомкам остался лишь его прибор, выставленный ныне в Немецком музее в Мюнхене.
Ulkomailla
Осенью 1922 года Альберт Хойт Тейлор и Лeo Янг из Лаборатории авиационной радиотехники ВМФ США засекли с помощью радиоволн проходившее по Потомаку деревянное судно. На одном берегу стоял передатчик с антенной, непрерывно излучавшей волны длиной 5 м, а на противоположном — приемник. Когда корабль оказывался между приборами, приемная антенна получала два сигнала — прямой и отраженный. В результате интерференции исходное излучение модулировалось по амплитуде, и на ровный тон принимаемого сигнала накладывались помехи. Подобно прибору Хюльсмейера, это был не локатор, а всего лишь детектор.
Тейлор и Янг представили заявку на продолжение своих работ, но одобрения не получили. Через год Тейлор стал начальником радиоотдела свежеучрежденной Лаборатории военно-морских исследований (Naval Research Laboratory, NRL), и ему пришлось заниматься совсем другими проектами. Однако летом 1930 года его ассистент Лоуренс Хайленд выяснил, что с помощью радиоволн можно обнаруживать самолеты. Это случилось по чистому везению: между антеннами передатчика и приемника находилось летное поле. Тогда-то Тейлор и убедил начальство в необходимости работы над интерференционными детекторами. Этими приборами в NRL занимались три года, а потом (по причине явной неудачи) принялись за настоящие радиолокаторы, принимающие отраженные от объекта радиоимпульсы. Созданный под руководством Роберта Пейджа первый экспериментальный импульсный радар испытали лишь в 1936 году. В июне он отловил самолет с 40-км дистанции.
Vuonna 1917 suuri Nikola Tesla, arvostetussa The Electrical Experimenter -lehdessä julkaistussa haastattelussa, muotoili kaiken kaikkiaan melko oikein tutkan periaatteen ja huomautti erityisesti, että tämä menetelmä mahdollistaisi liikkuvien kohteiden sijainnin ja nopeuden seuraamisen. Totta, Tesla uskoi seisovien aaltojen käytön olevan lupaavampi (tässä hän erehtyi), mutta hän salli myös radiopulssien käytön. Hän itse ei toiminut tähän suuntaan, mutta monien vuosien jälkeen hänen ideansa löysi seuraajan ranskalaisen radioinsinöörin Emile Girardot'n henkilössä, joka vuonna 1934 patentoi tutkalaitteen. Vuotta myöhemmin hän asensi laitteensa Normandiaan, joka oli tuon ajan suurin transatlanttinen linja. Vuonna 1939 Girardot-ryhmä asensi Ranskaan ensimmäisen tutka-aseman valvomaan ilmatilaa ja varoitti Pariisin ilmapuolustusjoukkoja Saksan hyökkäyksistä. Kesäkuussa 1940, juuri ennen Pariisin kaatumista, ranskalaiset tuhosivat kalustonsa, jotta ne eivät joutuisi vihollisen käsiin. Kuvassa on ensimmäisen amerikkalaisen SCR-268-sarjatutkan antenni, jonka tunnistusetäisyys on 35 km.
В последующие годы развитие радиолокационной аппаратуры в США заметно ускорилось, но на оперативное дежурство она встала только после начала Второй мировой: на военных кораблях в 1940 году, на сухопутных постах ПВО - с зимы 1941-го. Как раз тогда американские военные и изобрели слово «радар», это была аббревиатура RAdio Detection And Ranging (обнаружение и оценка дальности с помощью радио).
Saksan saavutukset
В числе пионеров радиолокации немало немецких ученых. Особое место занимает блестящий радиоинженер и изобретатель Ханс Эрик Хольманн, на счету которого более 300 патентов. В 1935 году он запатентовал многорезонаторный магнетрон, способный генерировать мощное излучение сантиметрового диапазона.
Более простые версии магнетрона еще в 1920-х были разработаны в нескольких странах, в том числе и в СССР - харьковскими радиофизиками Слуцкиным и Штейнбергом. Но Хольманн не сумел стабилизировать излучение по частоте, поэтому немцы в конце 1930-х предпочитали более устойчивые, хотя и менее мощные клистроны.
В Германии были выполнены и первые эксперименты, направленные на создание импульсных радиолокаторов военного назначения. В 1933 году их начал физик Рудольф Кунхольд, научный директор Института технологий связи германских ВМС. Он работал с сантиметровыми радиоволнами, а в качестве их источника пользовался изобретенным в 1920 году триодом Баркгаузена-Курца, дававшим излучение мощностью всего 0,1 Вт. Уже в сентябре 1935 года Кунхольд продемонстрировал главкому ВМФ адмиралу Эриху Редеру отлично действующий радиолокационный прибор с электронно-лучевым дисплеем. К концу 1930-х в Рейхе на его основе были созданы оперативные радиолокаторы - Seetakt для флота и Freya для ПВО. Чуть позже немецкие инженеры сконструировали радиолокационную систему управления огнем Würzburg, первые образцы которой поступили в армию и ВВС в 1940 году.
Итак, немецкие разработчики радиолокаторов могли похвалиться немалым числом технических достижений. Однако немцы принялись пользоваться ими позднее англичан — правда, не по вине инженеров. Поначалу Гитлер и его окружение верили в блицкриг, а радар считали в основном оборонительным средством. Локаторы системы Freya по ряду параметров даже превосходили британские радары, но в начале войны у немцев было лишь 8 таких станций, и в ходе битвы за Британию они не смогли в полной мере отследить действия английской авиации. С 1934 года радиолокацией занялись и в СССР. Тем не менее к началу войны с Германией у советских военных практически не было наземных РЛС ПВО, а к испытаниям авиационных РЛС серии «Гнейс» они приступили только в 1942 году.
kuoleman säteet
К 1935 году в Германии, США, СССР и Франции уже были серьезные наработки по радиолокации. У Великобритании же не было ничего достойного. Тем не менее, задержавшись на старте, на финише британцы обогнали всех.
Летом 1934 года в Англии прошли воздушные маневры, продемонстрировавшие, что у страны нет эффективных методов защиты от вражеских бомбардировщиков. Тогда-то в министерстве авиации и вспомнили о периодически поступающих заявках на создание устройств генерации лучей, смертельных для экипажа атакующего самолета. Чиновники пообещали премию в £1000 тому, кто сконструирует прибор, способный с расстояния 100 м убить излучением овцу. Страсти подогрела газета New York Sun, поведавшая миру, что Никола Тесла изобрел аппарат, способный сбить 10 000 боевых самолетов с расстояния 250 миль. Самое интересное, что это не было фантазией журналистов: Тесла действительно выступил с таким нелепым анонсом, который, вероятно, следует списать на то, что великому изобретателю уже было под 80.
Britit aloittivat tutkan kehittämisen vain neljä vuotta ennen vihollisuuksien puhkeamista. Samaan aikaan he aloittivat täysin fantastisella projektilla, jolla ei ollut pienintäkään mahdollisuutta toteutua. Heillä oli kuitenkin ymmärrystä nähdä siinä rationaalinen jyvä, joka itäisi maailman ensimmäiseksi kansalliseksi tutkasuojausjärjestelmäksi. Hyvällä säällä Chain Homen tutka-asemat havaitsivat saksalaiset laivueet Ranskan taivaalla 20 minuuttia ennen niiden ilmestymistä. Siinä tilanteessa sillä oli suuri merkitys.
Директор Исследовательского управления министерства авиации Генри Вимперис этой ахинее не поверил, но в январе 1935 года все же попросил суперинтенданта отдела радио Национальной физической лаборатории Роберта Уотсона-Уатта (кстати, прямого потомка изобретателя паровой машины Джеймса Уатта) подумать об излучателе электромагнитных волн, поражающих человека с расстояния в несколько километров. Тот сомневался, что это возможно, но обещал заняться проблемой и поручил своему сотруднику Арнольду Уилкинсу выполнить необходимые расчеты. Уилкинс подтвердил выводы шефа, но на этом не остановился. Как и многим радиоинженерам, ему было известно, что летящий самолет создает помехи коротковолновым радиосигналам. Уилкинс прикинул, можно ли поймать радиоволны, отраженные от корпуса самолета, и, к своему немалому удивлению, получил положительный ответ, о котором Уотсон-Уатт доложил начальству. Оно отозвалось с необычайной для английской бюрократии скоростью и приказало немедленно проверить идею на практике.
Kuinka Britanniasta tuli saari
Уилкинс не имел времени для изготовления хорошего генератора радиоимпульсов и в заданные сроки успел лишь собрать приемник, соединенный с катодной трубкой. Источником сигналов стал антенный комплекс Би-би-си в Давентри, вещавший на 49-метровых волнах, которые излучались в пучке с угловой шириной 30°. Во время испытаний радиосигналы отражались от двухмоторного бомбардировщика -биплана «Хейфорд», кружившего на 3-километровой высоте. Это был радиоинтерференционный детектор, сходный с тем, что несколькими годами ранее сделали американцы. 26 февраля 1935 года он засек самолет с расстояния 8 миль (около 13 км), и Уотсон-Уатт произнес вошедшую в историю фразу: «Британия опять стала островом!»
Дальнейшее было делом техники и финансирования. Уже в мае англичане построили на берегу Северного моря секретную лабораторию для калибровки и испытания настоящей радиолокационной аппаратуры импульсного действия. 17 июня Уотсон-Уатт, Уилкинс и вошедший в их команду Эдвард Боуэн с помощью новых приборов отловили пролетавший в 27 км гидросамолет, а в ходе дальнейших испытаний увеличили радиус локации до 65 км. В сентябре британское правительство дало добро на разворачивание пяти первых станций радарной сети, а в декабре казначейство выделило на это очень солидную для того времени сумму в £60 000. Технический прогресс не уступал темпам финансовых вливаний - в 1936 году команда Уотсона-Уатта уже отлавливала самолеты на дистанции 150 км. А 17 августа 1937 года англичане успешно опробовали авиационный бортовой радиолокатор для отслеживания морских целей, сконструированный Боуэном.
Vuoden 1937 alussa Britannian ilmapuolustuksella oli seitsemän tutka-asemaa kaakkoisrannikolla. Syyskuussa nämä viestit siirtyivät ympärivuorokautiseen tilaan. Ennen toisen maailmansodan alkua briteillä oli jo 20 asemaa integroituna yhdeksi verkostoksi, jotka estivät Saksan, Hollannin ja Belgian lähestymisen Brittein saarille. Näin ollen mahdottomalta vaikuttanut kuolinsäteiden sukupolvi muuttui kehitykseksi, joka auttoi Yhdistynyttä kuningaskuntaa selviytymään Saksan pommitusten ensimmäisistä kriittisistä kuukausista.