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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Radar. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Station radar (radar), radar (radar anglais de détection et télémétrie radio - détection et télémétrie radio) - un système de détection d'objets aériens, maritimes et terrestres, ainsi que de détermination de leur portée, vitesse et paramètres géométriques. Il utilise une méthode basée sur l'émission d'ondes radio et l'enregistrement de leurs réflexions sur des objets.
L'une des applications les plus importantes de la radio est devenue le radar, c'est-à-dire l'utilisation des ondes radio pour déterminer l'emplacement d'une cible invisible (ainsi que la vitesse de son déplacement). La base physique du radar est la capacité des ondes radio à se réfléchir (se disperser) à partir d'objets dont les propriétés électriques diffèrent des propriétés électriques de l'environnement. En 1886, Heinrich Hertz a découvert que les ondes radio peuvent être réfléchies par des corps métalliques et diélectriques, et en 1897, travaillant avec son émetteur radio, Popov a découvert que les ondes radio sont réfléchies par les parties métalliques des navires et leurs coques, mais aucun d'eux a commencé à étudier profondément ce phénomène. L'idée du radar a été conçue pour la première fois par l'inventeur allemand Hülsmeier, qui en 1905 a reçu un brevet pour un appareil dans lequel l'effet de réflexion des ondes radio était utilisé pour détecter les navires. Hulsmeier a suggéré d'utiliser un émetteur radio, des antennes directionnelles rotatives, un récepteur radio avec un indicateur lumineux ou sonore qui perçoit les ondes réfléchies par les objets. Malgré toutes ses imperfections, l'appareil de Hülsmeier contenait tous les éléments de base d'un localisateur moderne. Dans un brevet délivré en 1906, Hülsmeier a décrit une méthode pour déterminer la distance à un objet réfléchissant. Cependant, les développements de Hülsmeier n'ont pas reçu d'application pratique. Il a fallu trente ans avant que l'idée d'utiliser les ondes radio pour détecter les avions et les navires puisse se traduire en équipement réel. Cela était auparavant impossible pour les raisons suivantes. Hertz et Popov ont utilisé des ondes courtes pour leurs expériences. En pratique, l'ingénierie radio jusqu'aux années 30 du XXe siècle utilisait de très longues ondes. Pendant ce temps, la meilleure réflexion se produit à condition que la longueur d'onde soit au moins égale ou (mieux encore) inférieure aux dimensions de l'objet réfléchissant (navire ou avion). Par conséquent, les ondes longues utilisées dans les communications radio ne pouvaient pas donner une bonne réflexion. Ce n'est que dans les années 20 que les radioamateurs américains, autorisés à utiliser les ondes courtes pour leurs expériences de communication radio, ont montré qu'en fait ces ondes, pour des raisons inconnues à l'époque, se propagent sur des distances inhabituellement longues. Avec la puissance négligeable des émetteurs radio, les radioamateurs ont réussi à communiquer à travers l'océan Atlantique. Cela a attiré l'attention des scientifiques et des professionnels sur les ondes courtes. La première expérience radar active allemande a été réalisée en mars 1935. Au cours de cette expérience, de nombreux émetteurs et récepteurs ont pu détecter un signal faible rebondissant sur un navire de guerre allemand à un mile de distance. Des développements similaires ont également été réalisés en France, en Italie, en URSS et, à une échelle un peu moindre, au Japon. Le système, démontré à Pelzenhaken le 26 septembre, était le résultat direct des recherches menées par le brillant physicien allemand Rudolf Kuhnold. Au milieu des années 30, Kunold possédait une petite société appelée "Gesellschaft fur Elektroakustische und Mechanische Apparate" (GEMA), spécialisée dans le développement d'émetteurs et de récepteurs radio complexes. GEMA avait des liens étroits avec l'Institut de recherche navale allemand. A partir du milieu de 1935, la GEMA, bien que non officiellement associée au complexe militaro-industriel allemand, commença à prendre une part active aux préparatifs de guerre.
En 1922, des employés du département radio du Marine Research Laboratory Taylor et Jung, travaillant dans la gamme des ondes ultracourtes, ont observé le phénomène du radar. Ils ont immédiatement eu l'idée qu'il était possible de développer un tel dispositif dans lequel des destroyers, situés à une distance de plusieurs kilomètres les uns des autres, peuvent immédiatement détecter un navire ennemi "indépendamment du brouillard, de l'obscurité et de la fumée". Taylor et Jung ont envoyé leur rapport à ce sujet au département américain de la Marine, mais leur proposition n'a pas reçu de soutien. En 1930, l'un des assistants de recherche de Taylor, l'ingénieur Hyland, alors qu'il menait des expériences sur les communications radio à ondes courtes, remarqua que des distorsions apparaissaient lorsque l'avion traversait la ligne sur laquelle se trouvaient l'émetteur et le récepteur. De cela, Hyland a conclu qu'avec l'aide d'un émetteur et d'un récepteur radio fonctionnant sur des ondes courtes, l'emplacement de l'avion pouvait être localisé. En 1933, Taylor, Jung et Hyland ont déposé un brevet pour leur idée. Cette fois, le radar était destiné à naître - pour cela, il y avait toutes les conditions techniques préalables. L'essentiel était que cela devienne nécessaire pour l'armée. La technologie de défense aérienne entre les deux guerres mondiales n'a pas connu de développement correspondant. Comme auparavant, le rôle principal était joué par les postes d'observation aérienne, l'avertissement et les communications, les ballons, les projecteurs et les prises de son. En raison de l'augmentation de la vitesse des bombardiers, des postes d'avertissement ont dû être avancés à 150 kilomètres ou plus de la ville qu'ils étaient censés protéger, et de longues lignes téléphoniques ont dû leur être posées. Cependant, ces postes ne donnaient toujours pas une garantie complète de sécurité. Même par beau temps clair, les observateurs ne pouvaient pas détecter les aéronefs volant à basse altitude. La nuit ou dans le brouillard, par temps nuageux, ces postes ne voyaient pas du tout les avions et se limitaient à des rapports de "bruit de moteur". Nous avons dû disposer ces postes en plusieurs ceintures, les disperser en damier afin d'en couvrir toutes les approches lointaines.
De la même manière, les projecteurs n'étaient fiables que contre les avions par nuit claire. Avec des nuages bas et du brouillard, ils devenaient inutiles. Les détecteurs de son spécialement conçus étaient également un moyen de détection médiocre. Imaginez que l'avion se trouve à 10 km du poste d'observation. Le bruit du moteur est devenu audible à l'oreille de la prise de son après 30 secondes. Pendant ce temps, un avion volant à une vitesse de 600 km/h a réussi à parcourir 5 km, et la prise de son a donc indiqué l'endroit où se trouvait l'avion il y a une demi-minute. Dans ces conditions, il était inutile d'utiliser une prise de son pour diriger avec elle un projecteur ou un canon anti-aérien. C'est pourquoi dans tous les pays européens et aux États-Unis, 6 à 7 ans avant la Seconde Guerre mondiale, une recherche intensifiée a commencé pour de nouveaux systèmes de défense aérienne capables d'avertir d'une attaque aérienne. En fin de compte, le rôle le plus important ici a été attribué au radar. Comme vous le savez, le brouillard, les nuages, l'obscurité n'affectent pas la propagation des ondes radio. Un faisceau de projecteur s'estompe rapidement dans les nuages épais, et il n'y a pas de tels obstacles pour les ondes radio. Cela a rendu l'idée de les utiliser pour les besoins de la défense aérienne très prometteuse. Cependant, la mise en œuvre pratique de l'idée de radar a nécessité la résolution d'un certain nombre de problèmes scientifiques et techniques complexes. En particulier, il a fallu créer des générateurs d'ondes ultracourtes et des récepteurs sensibles de signaux très faibles réfléchis par des objets. Ce n'est qu'en 1938 que l'US Naval Research Laboratory met au point le radar de signalisation XAF d'une portée de 8 km, qui est testé sur le cuirassé New York. En 1941, 19 radars de ce type avaient été fabriqués. Le travail était beaucoup plus productif en Angleterre, dont le gouvernement ne lésinait pas sur les dépenses. Déjà en 1935, sous la direction de Watson-Watt, le premier radar d'alerte précoce à impulsions CH a été créé. Il fonctionnait dans la plage de vagues de 10 à 13 m et avait une portée de 140 km à une altitude de vol de 4 km. En 5, 1937 stations de ce type étaient déjà installées sur la côte est de l'Angleterre. En 20, ils ont tous commencé un service 1938 heures sur XNUMX, qui s'est poursuivi jusqu'à la fin de la guerre. Bien que le dispositif de tout radar soit très compliqué, le principe de son fonctionnement n'est pas difficile à comprendre. La station radar ne fonctionne pas en continu, mais avec des chocs périodiques - des impulsions. L'émetteur de la première station radar anglaise CH envoyait des impulsions 25 fois par seconde. (L'envoi d'une impulsion dure quelques millionièmes de seconde dans les localisateurs modernes, et les pauses entre les impulsions sont de plusieurs centièmes ou millièmes de seconde.) Le mode impulsion est utilisé pour mesurer le temps entre l'envoi d'une impulsion et son retour depuis un objet réfléchi. Après avoir envoyé une très courte "portion" d'ondes radio dans l'espace, l'émetteur s'éteint automatiquement et le récepteur radio commence à fonctionner. Ayant rencontré un obstacle sur le chemin de sa propagation, les ondes radio sont dispersées dans toutes les directions et partiellement réfléchies par celle-ci, vers l'endroit où les ondes ont été envoyées, c'est-à-dire vers la station radar. Ce processus est similaire à la réflexion des ondes sonores - le phénomène d'écho. Il suffit de crier ou de taper des mains dans une gorge de montagne au pied d'une falaise - et en quelques secondes un faible écho se fera entendre - un reflet du son. Étant donné que la vitesse des ondes radio est presque un million de fois supérieure à la vitesse des ondes sonores, alors à partir d'un rocher situé à une distance de 3500 m, l'écho reviendra en 20 secondes, et l'onde radio - en deux cent millièmes de une seconde. Par conséquent, la principale caractéristique de la station radar devrait être la mesure rapide des périodes de temps les plus courtes avec une précision au millionième de seconde. Il est clair que si la station radar envoyait ses signaux en continu, alors parmi les signaux puissants de l'émetteur, il serait impossible de capter des ondes radio réfléchies très faibles qui reviendraient. L'antenne radar est directionnelle. Contrairement aux antennes d'une station de radiodiffusion, qui émettent des ondes radio dans toutes les directions, les impulsions émises par le radar sont concentrées en un faisceau très étroit envoyé dans une direction strictement définie. Après avoir reçu les impulsions réfléchies, le radar les a dirigées vers le tube à rayons cathodiques. Ici, cette impulsion (évidemment amplifiée plusieurs fois) était appliquée aux plaques verticales qui contrôlaient le faisceau d'électrons du tube (voir son dispositif au chapitre précédent) et provoquait une projection verticale du faisceau sur l'écran radar. Que pouvait-on voir sur cet écran ? 25 fois par seconde, une impulsion électronique est apparue sur son côté gauche (cette surtension était causée par le fait qu'une très petite partie de l'énergie de l'impulsion émise atteignait le récepteur), et une ligne de balayage la suivait vers la droite. Cela a continué jusqu'à ce que l'impulsion atteigne la cible, n'en soit pas réfléchie et ne revienne pas.
Supposons qu'une ligne tracée par un faisceau d'électrons se déplace sur l'écran pendant 1 milliseconde. Pendant ce temps, l'impulsion a parcouru 150 km jusqu'à la cible, s'y est réfléchie, est revenue à la station et s'est affichée à l'écran sous la forme d'un deuxième lancer. À l'endroit de l'écran du tube où le premier lancer est apparu, ils ont mis 0 et au bout de la ligne - 150 km. La vitesse de propagation des ondes étant constante, toute cette ligne pourrait être divisée en parties égales et de cette manière, il serait possible de lire (à moins de 150 km) n'importe quelle distance de la cible, dont l'impulsion réfléchie était visible sur l'écran de un tube. En raison d'une telle apparition fréquente de l'image sur l'écran, elle semblait à l'œil de l'opérateur comme immobile et ne disparaissant pas. Seule l'impulsion réfléchie par la cible se déplaçait lentement vers la gauche le long de la ligne si l'avion volait vers la station.
Toutes les informations sur l'avion ennemi détecté ont été transmises par les stations radar au soi-disant "centre de filtrage". Ici, selon les rapports des stations individuelles, une comparaison et un affinement des données sur la situation aérienne ont été effectués. Le "centre de filtrage" a remis les informations sélectionnées et vérifiées au commandement. Il y avait une grande carte au poste de commandement central. Des opérateurs spéciaux ont déplacé de petits modèles d'avions sur la carte. Ainsi, le commandement pourrait surveiller en permanence la situation aérienne et, en conséquence, prendre les décisions nécessaires. Par la suite, il s'est avéré que les stations d'alerte précoce pouvaient également fournir des informations supplémentaires sur le nombre d'avions ennemis, leur trajectoire et leur vitesse. Sur la base de ces informations, les postes de commandement de la défense aérienne pouvaient déterminer combien de bombardiers participaient à l'opération, établir vers quel point ils se dirigeaient et quand ils arriveraient. Cependant, les premiers radars présentaient également des inconvénients majeurs. Comme ils travaillaient sur une onde de 10 mètres ou plus, leurs antennes étaient encombrantes et immobiles. Par exemple, l'antenne émettrice CH était suspendue à des mâts de 120 m de haut. À proximité se trouvait une station de réception avec une antenne à une hauteur de 80 m. Ayant un effet directionnel, ces antennes émettaient des ondes radio dans un large cône vers l'avant et quelque peu éloignées du orientation principale. A droite, à gauche et à l'arrière, ces antennes ne rayonnaient pas, et, par conséquent, les radars ne pouvaient pas détecter les avions dans ces directions. Comme leurs vagues rebondissaient sur le sol et l'eau, les cibles volant à basse altitude étaient hors de leur portée. Ainsi, les avions s'approchant de l'Angleterre à une altitude inférieure à 100 m pourraient passer inaperçus au radar. Ces lacunes ne pourraient être éliminées que par la création de nouvelles stations radar fonctionnant sur des longueurs d'onde plus courtes. Dans les premières années du développement du radar, des ondes de 10 à 15 m de long étaient utilisées, mais plus tard, il s'est avéré qu'il était plus pratique d'utiliser des ondes mille fois plus courtes à cette fin - de l'ordre de plusieurs centimètres. Les appareils fonctionnant dans cette gamme, avant le début de la guerre, étaient essentiellement des conceptions de laboratoire, étaient très capricieux et avaient une puissance négligeable. Les types de tubes à vide connus à l'époque fonctionnaient très mal ou presque ne fonctionnaient pas aux longueurs d'onde centimétriques. Tout l'équipement nécessaire pour des radars plus avancés a été créé en un temps record au début de la guerre. Ils sont d'abord passés à une onde de 1 m, ce qui a permis d'améliorer immédiatement les performances du radar et de réduire drastiquement la taille des antennes. Ensuite, l'idée est née qu'une telle antenne peut être tournée dans une direction horizontale et envoyer des impulsions radar dans toutes les directions, et pas seulement vers l'avant. De plus, il a été suggéré que si le radar envoie alternativement des impulsions et reçoit leurs réflexions, il n'est pas du tout nécessaire de placer les stations d'émission et de réception séparément: il est possible et devrait émettre et recevoir sur la même antenne, en la connectant alternativement à l'émetteur, puis au récepteur. En 5, la station CHL a été développée pour détecter les avions volant à basse altitude et les navires de surface avec une portée de 1939 km. Ces stations étaient situées à une distance de 100 km les unes des autres, protégeant l'embouchure de la Tamise et ses abords. Par la suite, le nombre de stations a été augmenté de manière à couvrir toute la côte est de l'Angleterre. L'introduction d'un certain nombre d'améliorations a permis d'augmenter la portée des radars jusqu'à 40-160 km. Toutes ces mesures se justifient amplement en 1939-1940, lorsque se déroule la grandiose bataille pour l'Angleterre. Incapable de transférer ses troupes en Angleterre, Hitler envoya son armada de ses bombardiers contre elle. Les combattants anglais ne connaissaient pas la paix de jour comme de nuit, repoussant les unes après les autres les attaques aériennes allemandes. À cette époque, les stations radar d'alerte précoce jouaient un rôle énorme dans l'ensemble du système de défense aérienne. Les pilotes allemands ont rapidement été convaincus que les faisceaux radar invisibles étaient plus terribles pour eux que les chasseurs et les canons antiaériens. L'utilisation du radar a rapidement amené les Britanniques à l'idée de pointer leurs chasseurs sur les bombardiers ennemis à l'aide du radar. Pour ce faire, des petites stations radar (GCI) ont été créées. Ils avaient une portée plus courte, mais déterminaient plus précisément la position des avions ennemis. Ces radars étaient installés à proximité des aérodromes de chasse. Après avoir reçu un message des stations d'alerte précoce, ils ont commencé à surveiller l'ennemi qui approchait, donnant aux pilotes de chasse des données précises sur l'emplacement de l'ennemi. Pour les stations de ce type, l'ancien tube cathodique à ligne de balayage horizontale n'était pas pratique, car il ne pouvait observer qu'un seul avion à la fois et devait constamment passer d'une cible à l'autre. Dans ce contexte, une amélioration majeure de la technologie radar a eu lieu - le soi-disant tube de visualisation polyvalent est apparu, qui s'est rapidement répandu dans de nombreux types de stations. Sur l'écran d'un tel tube, la ligne de balayage de la lumière ne partait pas du bord gauche de l'écran, comme dans les conceptions précédentes, mais du centre. Cette ligne tournait dans le sens des aiguilles d'une montre en même temps que l'antenne tournait, reflétant sur l'écran l'emplacement des cibles autour de la station. Un tel écran créait, pour ainsi dire, une carte de la situation aérienne. Un point lumineux au centre de l'écran marquait l'emplacement de la station radar. Les anneaux concentriques autour de ce point ont aidé à déterminer la distance aux impulsions réfléchies, qui apparaissaient sous forme de points plus brillants. L'officier du poste de guidage surveillait simultanément sur un tel écran toutes les cibles qui l'intéressaient. La mise en œuvre de l'orientation a été grandement simplifiée. Il est clair que sur un tel radar, le mode de fonctionnement de l'indicateur décrit ci-dessus ne convenait pas, car tous les signaux réfléchis par les objets disparaissaient instantanément de l'écran. Ici, des écrans ont été utilisés qui avaient la soi-disant "rémanence", c'est-à-dire qu'ils conservaient la lueur pendant une certaine période de temps. Dans de tels tubes, le faisceau d'électrons était dévié à l'aide de bobines dans lesquelles le courant variait linéairement avec le temps. L'utilisation de tous les systèmes de défense radar déjà dans la première période de la guerre a donné des résultats tangibles. En quatre mois de 1940, plus de 3000 2600 avions allemands ont été détruits dans le ciel au-dessus de l'Angleterre, et 3 5 d'entre eux ont été abattus par des chasseurs guidés par leurs stations radar. En raison de lourdes pertes, les Allemands ont été contraints d'arrêter les raids de jour. Cependant, cela ne les a pas sauvés. Les Britanniques ont développé de toute urgence une petite station radar AI, située à bord de l'avion. Elle pouvait détecter des cibles à une distance de XNUMX à XNUMX km. Les chasseurs de nuit spéciaux étaient équipés de nouveaux radars. En plus du pilote, ils abritaient un mitrailleur-opérateur radio. Sur une pointe du sol, ces avions se sont approchés des bombardiers allemands dans la portée de visibilité de leur radar. Après cela, l'opérateur lui-même, ayant un tube de localisation devant son visage, a donné au pilote des commandes sur l'interphone interne, où diriger la voiture afin de se rapprocher des bombardiers. Au printemps 1941, le système de défense radar nocturne justifiait déjà son objectif. Si en janvier les Britanniques n'ont abattu que 4 bombardiers de nuit allemands, alors en avril 58 et en mai 102. Auteur : Ryzhov K.V.
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