雷达是如何发明和进化的?
被称为“千里眼”的雷达是现代战争中最重要的电子设备之一。这是第二次世界大战中的新发明。“雷达”一词由英文缩写radar翻译而来,原意为“无线电探测和定位”。雷达可以在军事、气象、导航等领域发挥重要作用。其工作的基本原理是利用电磁波遇到物体会像回声一样反射回来的特性。当雷达系统向太空发射电磁波时,其中一部分会在遇到物体时反射回来,形成反射回波,反射到雷达指示器上。通过测量和计算,观测者可以探测到远处的目标,并精确地确定目标的方位、速度和距离。
早在1887年,德国科学家亨利希·鲁道夫·赫兹证实电磁波的存在后,科学文献就经常提到利用电磁波进行目标探测的问题。1897年,俄罗斯物理学家波波夫在实验中观察到电磁波被舰船反射的现象,并提出这一现象可用于军事探测(如探测敌舰)。但他的建议未能引起相关部门的重视。直到意大利工程师马可尼在1922发表了一篇论文,美国海军研究办公室才通过实验验证了这一想法,并研制出了一种带有独立收发装置的连续波雷达。
从1925开始,美国开始研究使用脉冲调制技术作为探测目标距离的手段。1935 15年2月,英国首先开始建造第一座飞机雷达站,开始了雷达技术的实用化发展阶段。1936年4月,美国研制成功第一台脉冲雷达装置,探测距离4公里。到1938,美国研制的反空袭雷达已经投入实用。
20世纪30年代,英、法、德、美等国大力发展雷达,其中英、德、美三国的研究工作具有明确的军事目的。起初,法国只将雷达用于船只探测冰山,但当战争迫在眉睫时,他们迅速将雷达的实际应用转向军事化。德国最早开始研究舰船的雷达探测系统,并很快发展了飞机的雷达探测系统。1939年有了入侵飞机的早期雷达预警系统,之后又有了舰船雷达预警系统。到1945左右,德军已经可以利用雷达系统精确引导高射炮射击目标。
在第二次世界大战中,雷达真正起到了国防“千里眼”的作用。1940年,在英德空战中,雷达无线网使英国免于灭亡;一年后,由于盟军指挥官忽略了雷达屏幕上日军大举进攻的飞机信号,珍珠港变成了一片火海。同样是在二战中,英美科学家研制出精度更高、体积更小的微波机载雷达,使盟军飞行员在对德空战中占据明显优势。
二战后,科学家开始尝试将雷达应用于科学研究。1946年,美国成功探测到月球反射的雷达信号。此外,雷达还可以作为导航工具,或者作为防止船只和飞机相撞的常规监控手段,警察用它来测量汽车的速度。
高速飞机的出现对雷达设备和应用技术提出了新的要求。显然,计算机和雷达的结合可以解决雷达自动侦察的问题,即人们利用雷达探测来自四面八方的飞机攻击,并将探测到的信号及时传送给计算机,让计算机迅速决定出动什么飞机来完成拦截任务。洲际导弹研制成功后,雷达满足了防御方尽快报警的需求。它可以帮助计算机快速确定导弹的飞行轨迹、攻击目标和到达时间。对于入侵的洲际导弹,至少可以在导弹命中目标前15分钟报警。
20世纪60年代,雷达在航天工业中发挥了重要作用。比如,在人类登月、航天器对接等活动中,雷达配合计算机完成跟踪定位等许多艰巨任务。同时,雷达还与数学、物理、生物等基础学科以及空间科技、医学技术等诸多领域密切相关。
科学的发展是无止境的。正因为与人类社会的方方面面有着密切的血肉联系,雷达电子技术才具有极强的生命力,并在越来越广阔的范围内不断发展。