История создания радара кратко

Обновлено: 04.07.2024

85 лет назад, в феврале 1935 года, шотландский физик Роберт Уотсон-Уатт успешно продемонстрировал свое новое изобретение, позволяющее обнаружить самолет на расстоянии. Новинка получила название радар, от английского Radio Detection and Ranging – радиообнаружение и измерение дальности.

Как и в случае со многими другими изобретениями, дату точного создания радара и имя его создателя зафиксировать сложно. В первой половине XX века ученые ведущих стран двигались параллельными путями, приходя к тем или иным решениям иногда практически одновременно. А появление таких сложных устройств, как радар, всегда является результатом работы многих людей и коллективов. Однако, историки едины во мнении, что приближающаяся Вторая мировая война стала своего рода ускорителем для многих ключевых технологий XX века, в том числе и для радиолокации.

Теоретические основы для радиообнаружения объектов были заложены еще в конце XIX века, но для их практического воплощения потребовались еще долгие годы и изобретение большого количества вспомогательных для радиолокатора устройств и технологий. За пальму первенства в создании радара в условиях секретности боролись технологические лидеры – Великобритания, Германия, США, Франция и СССР.

Эстафета переходит в Германию

В 1904 году немец Христиан Хюльсмейер запатентовал устройство под названием телемобилоскоп. Этот прибор предполагалось использовать в судоходстве для обнаружения кораблей в условиях плохой видимости. Телемобилескоп был построен на основе искрового генератора радиоволн и в своей последней версии мог находить суда на расстоянии до 3 км. Однако устройством не заинтересовались ни гражданские, ни военные, предпочитая по старинке пользоваться на судах паровыми ревунами. По сути прибор Хюльсмайера был еще не радаром, а радиодетектором. Существовавшие на тот момент технологии еще не позволяли построит полноценный радиолокатор.

Лучи смерти и британские радиолокаторы

Теперь отправимся в Великобританию, у которой к 1935 году в отличие от Германии, США и СССР, больших успехов в разработке радиолокаторов не было. Занимательно, что к созданию первого радара английских оборонщиков подтолкнули слухи о наличии у немцев генераторов лучей смерти, способных уничтожать самолеты противника на расстоянии. Проверить возможность создания такого оружия поручили радиофизику Национальной физической лаборатории Роберту Уотсону-Уатту – потомку изобретателя паровой машины Джеймса Уатта.

Вместе с помощником ученый доказал утопичность уничтожения авиатехники лучами, но в процессе работы пришел к выводу, что отраженные от самолета радиоволны можно улавливать и тем самым обнаруживать технику врага. С идей разработки радиоопределителя физик обратился к заказчику исследования.

Роберт Уотсон-Уатт проводит первые испытания радара

Инициатива Уотсона-Уатта была поддержана, и 26 февраля 1935 года он провел первые успешные испытания своего радиоопределителя направления, которому удалось засечь летящий бомбардировщик на расстоянии 13 км. К 1936 году эта цифра достигла 150 км. К началу Второй мировой войны в Великобритании была построена первая в мире национальная система радиолокационной защиты. Она включала в себя более 20 станций и перекрывала подлеты к Британским островам по всем основным направлениям возможной атаки. Станции располагались по побережью цепочкой, из-за чего система получила название Chain Home.

Изобретение Роберта Уотсона-Уатта остановило авиавторжение Германии на Британские острова. Радиолокаторы засекали самолеты противника и давали британским силам ПВО 20-минутное преимущество. В течение трех месяцев немцы потеряли над побережьем Великобритании 1887 машин – почти половину всего боевого флота.

Первые советские радары

В 1920-е годы ученые в СССР создали импульсную радиолокационную установку и смогли с помощью отраженного радиосигнала измерить расстояние до ионосферы. В 1925 году физики Введенский, Симанов, Халезов и Аренберг указали на возможность применения для радиолокации ультракоротких радиоволн. А в 1934 году в Ленинграде начались первые полноценные опыты с аппаратурой радиообнаружения – в январе радиолокационным методом на расстоянии 600 метров был найден самолет, летящий на высоте 150 метров.

26 февраля 1935 года шотландский физик Роберт Александр Уотсон-Уотт успешно продемонстрировал своё новое изобретение, позволяющее обнаружить самолет на расстоянии. Новую систему окрестили радиолокационной станцией (РЛС), которая также получила еще одно название — радар (от radio detection and ranging — радиообнаружение и измерение дальности).

Радиолокационная станция является системой для обнаружения воздушных, морских, наземных объектов, для определения их дальности и геометрических параметров. В ее работе используется метод, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов.

Существование электромагнитных волн, предсказанных теорией Джеймса Максвелла было открыто в ходе экспериментов немецкого физика Генриха Герца в 1887 году. В ходе своих опытов ученый научился генерировать и улавливать электромагнитные радиоволны и обнаружил, что они по-разному поглощаются и отражаются различными материалами.

Свою лепту в создание РЛС внес и Александр Попов, который попутно с работами по созданию радио сделал еще одно важное открытие. В 1897 году во время опытов по радиосвязи между кораблями он обнаружил явление отражения радиоволн от корабля. Данное открытие могло быть использовано при создании средств радиолокации, однако это было невозможно из-за несовершенства техники на тот момент. Для создания практически приемлемых приборов потребовалось еще около 40 лет.

Первое работающее устройство, предназначенное для радиолокации воздушных объектов, продемонстрировал 26 февраля 1935 года шотландский физик Роберт Уотсон-Уотт. В этот день в присутствии британских военных он смог с помощью своей запатентованной РЛС обнаружить самолет на расстоянии 64 километров.

В начале своей карьеры Роберт Уотсон-Уотт был преподавателем физики в университетском колледже Данди. Возглавляемый им отдел радио в Национальной физической лаборатории был в этой области ведущим. Работы этого отдела были посвящены созданию передатчика для модулирования импульсов большой мощности.

Уотсон-Уотту удалось решить эту задачу. При этом технические характеристики первого же варианта оборудования, разработанного в его лаборатории, оказались отличными. После успешной демонстрации РЛС, военное ведомство сразу же оценило ее перспективы и немедленно выделило средства на организацию опытного производства.

Как и в случае со многими другими изобретениями, дату точного создания радара и имя его создателя зафиксировать сложно. В первой половине XX века ученые ведущих стран двигались параллельными путями, приходя к тем или иным решениям иногда практически одновременно. А появление таких сложных устройств, как радар, всегда является результатом работы многих людей и коллективов. Однако историки едины во мнении, что приближающаяся Вторая мировая война стала своего рода ускорителем для многих ключевых технологий XX века, в том числе и для радиолокации.

Эстафета переходит в Германию

Лучи смерти и британские радиолокаторы

Теперь отправимся в Великобританию, у которой к 1935 году, в отличие от Германии, США и СССР, больших успехов в разработке радиолокаторов не было. Занимательно, что к созданию первого радара английских оборонщиков подтолкнули слухи о наличии у немцев генераторов лучей смерти, способных уничтожать самолеты противника на расстоянии. Проверить возможность создания такого оружия поручили радиофизику Национальной физической лаборатории Роберту Уотсону-Уатту – потомку изобретателя паровой машины Джеймса Уатта.

Роберт Уотсон-Уатт проводит первые испытания радара

Первые советские радары

Радар на борту

Уже в 1886 году Г.Герц открыл способность радиоволн отражаться диэлектрическими и металлическими телами, а в 1897 году А.Попов обнаружил, что радиоволны могут отражаться от корпуса корабля и его металлических частей. Правда, глубже это явление ученые изучать не стали. Идея радара впервые появилась у изобретателя из Дюссельдорфа Хюльсмайера. Свое устройство он запатентовал в апреле 1904 года, назвав его телемобильскопом. Ученый предлагал использовать эффект отражения радиоволн для обнаружения кораблей, находящихся на большом расстоянии. Предполагалось, что благодаря устройству корабли смогут избежать столкновения в непогоду и туман. Принцип действия устройства состоял в том, что сигнал, излучаемый прибором, отражался от объекта и возвращался обратно, где соответствующим образом обрабатывался. Аппарат состоял из радиопередатчика, двух вращающихся антенн, радиоприемника со звуковым или световым индикатором для приема отраженных предметами волн. Несмотря на свое несовершенство, аппарат содержал основные элементы будущего локатора. В патенте Хюльсмайер описал, как рассчитать расстояние до отражающегося объекта. К сожалению, его разработки остались без внимания. Понадобилось еще 30 лет, чтобы телемобильскоп превратился в настоящий радар.

В 1924 году англичанам Эпплтону и Барнету на основе идей Хюльсмайера и Попова удалось измерить слой Хевисайда. В 1925 году то же самое проделали американцы Брейт и Тьюв импульсным методом. Теория радиоинтерференционного измерения была предложена советскими учеными Папалекси и Мандельштамом в 1930 году. Еще в 1922 году сотрудники морской лаборатории Тейлор и Юнг наблюдали явление радиолокации в диапазоне ультракоротких волн. Свой доклад о создании устройства по обнаружению вражеского судна независимо от темноты и тумана они направили в морское министерство США, однако их предложение не получило поддержки. В 1930 году инженер Хайланд (научный сотрудник Тейлора), проводя опыты на коротких волнах, обнаружил искажения при пересечении самолетом линии, на которой расположены приемник и передатчик. Хайланд пришел к выводу, что местонахождение самолета можно обнаружить, используя приемник и радиопередатчик, работающие на коротких волнах. В 1933 году Хайланд, Тейлор и Юнг получили патент на идею. На этот раз для создания радара появились все технические предпосылки. С каждым днем росли скорости кораблей и самолетов, возникла острая необходимость в их быстром обнаружении, особенно в этом нуждались военные. Правда, воплощение идеи в жизнь было связано с рядом технических и научных трудностей. Требовались генераторы ультракоротких волн, а также сверхчувствительные приемники, которые могли бы улавливать очень слабые сигналы, отражаемые от объектов.

Радар XAF

Советский радар

В прошлом году исполнилось 70 лет исторической воздушной битве за Британию, Battle of Britain (июль-октябрь 1940 года). Королевские ВВС (Royal Air Force) тогда не только отразили атаки немецкой авиации, но и лишили противника возможности возобновить массированные бомбардировки территории. Эта победа многим обязана системе радиолокационных станций, созданной еще до Второй мировой.

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.

Первая британская радарная сеть нисколько не походила на современные радиолокаторы. Привычных вращающихся антенн не было и в помине (они появились позднее). Импульсы 13,6-метровых радиоволн протяженностью 20 микросекунд с 40-миллисекундными промежутками излучались кабельными антеннами, подвешенными на решетчатых стальных башнях 110-метровой высоты (по четыре на каждую станцию). Приемные антенны монтировались на расположенных поодаль (чтобы избежать интерференции) 70-метровых башнях из деревянных конструкций. Сначала мощность каждого передатчика составляла 350 кВт, позднее ее довели до 750 кВт. Станции располагались вдоль побережья цепочкой, давшей название всей системе — Chain Home. По нынешним понятиям, ее разрешающая способность была смехотворной — около 3 км, и к тому же радары практически не замечали низколетящие объекты. Однако в хорошую погоду они засекали воздушные армады Геринга уже в небе над Францией, что обеспечивало британским ПВО 20-минутное предупреждение. В тех условиях это имело огромное значение. В течение трехмесячной Битвы за Британию немцы потеряли почти половину своих боевых самолетов — 1882 машины из 4074. И хотя общие потери королевских ВВС были лишь немногим меньше (1547 машин), немцы лишились гораздо большего числа летчиков (544 английских пилота против более чем 3500 погибших и плененных немцев). В дальнейшем активность немецких ВВС в воздушном пространстве Британии резко упала и со временем сошла на нет. Этому помогла новая радарная сеть Chain Home Low, где уже применялись вращающиеся антенны, испускавшие полутораметровые радиоволны. А с 1941 года работающие на 50-сантиметровых волнах радиолокаторы появились и на кораблях королевского флота. Битва за Британию была выиграна, хотя и очень дорогой ценой.

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.

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.

Немецкие достижения

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.

Лучи смерти

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.

Британцы приступили к разработке радара всего за четыре года до начала боевых действий. При этом они начали с совершенно фантастического проекта, не имевшего ни малейшего шанса на реализацию. Однако у них хватило проницательности рассмотреть в нем рациональное зерно, которое проросло в первую в мире систему национальной радарной защиты. В хорошую погоду радиолокационные станции Chain Home засекали немецкие эскадрильи в небе над Францией за 20 минут до их появления. В тех условиях это имело огромное значение.

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.

Как Британия 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.

В начале 1937 года английские ПВО располагали семью радиолокационными станциями на юго-восточном побережье. В сентябре эти посты перешли на круглосуточный режим. Перед началом Второй мировой у англичан было уже 20 станций, интегрированных в единую сеть, перекрывавшую подлет к Британским островам со стороны Германии, Голландии и Бельгии. Так явно невыполнимое генерирование лучей смерти обернулось разработкой, которая помогла Великобритании выстоять в первые критические месяцы немецких бомбардировок.

Читайте также: