Historie a vývoj radaru

Ve škole jsme dostali já a Lukáš za úkol vypracovat seminární práci na téma Historie a vývoj radaru. Co jsme sepsali a vytvořili, najdete ve článku. Třeba to někomu z vás pomůže, pokud dostanete podobné zadání. A nebo pokud se chcete dozvědět něco o radaru jen tak pro zábavu.

První radary

První myšlenka na radar (RADAR – radio detektion and ranging) vznikla na základě včasného varování před nepřátelským letectvem. Až do vynálezu radaru se nepřátelská letadla vyhledávala velmi primitivně. Například pomocí rozměrných naslouchacích přístrojů. Operátoři byli vycvičeni, aby podle zvuku motoru poznali, o jaký typ letadla se jedná. Na jakou vzdálenost byl radar účinný, záleželo na operátorově sluchu, povětrnostních podmínkách i velikosti samotného vynálezu (další kuriózní vynálezy najdete v obrázcích pod článkem). Dále se taky používaly reflektory, kterými se v noci osvětlovala obloha.

Roku 1935 Robert Watson-Watt provedl přísně tajný experiment, při kterém dokázal detekovat průlet obřího bombardéru, pomocí principiálního fungování radaru (originál jeho přístroje je exponátem londýnského Science Museum). Robert Watson Watt tehdy ke konstrukci radaru použil technologie, které v té době už byly známé. Jednalo se o pasivní radar a zdrojem signálu byl vysílač stanice BBC. Tímto experimentem Robert Watson-Watt podnítil další vývoj radaru. Roku 1937 už na jižním pobřeží Británie stály tři radary a radiostanice. Tyta sít radarů byla schopna pokrýt většinu britského pobřeží. Wattovy radary měly dosah až na vzdálenost 112,5km a do výšky až 6km. První význam a důkaz důležitosti radaru na sebe nenechal dlouho čekat. Obrovskou roli sehrály roku 1940 při bitvě o Británii. Za pomocí včasného varování se podařilo zničit 2000 německých bombardérů pouhými 700 britskými stíhači.

USA se taky brzy přesvědčily o důležitosti radaru. V roce 1941 v den útoku na Pearl Harbor operátoři radaru na ostrově Opana zachytili na obrazovce neznámá letadla. Byli však špatně informováni a mysleli si, že se jedná o spojenecká letadla. Po útoku na Pearl Harbor se spojené státy rozhodly, že už znova nezůstanou nechráněné a začali investovat do vývoje radaru. Začali také umisťovat radary s dlouhým dosahem na své lodě. Byli tak schopni lépe detekovat a zaměřovat japonské letadla, lodě a pozemní cíle. Zaměřování japonských letadel bylo velmi důležité, protože Američané tak dokázali alespoň částečně předcházet útokům kamikaze.

Roku 1940 H. Boot a J. Randell ve Velké Británii a současně H. Hollman v Německu sestrojili generátor mikrovlnného záření, tzv. magnetron. Jedná se o speciální elektronku, kterou začaly ve velkém využívat všechny radary.

Ve stejném roce byl v USA zařazen do výzbroje první vojenský radar SRC-270.

Druhá světová válka ve velkém napomohla rozvoji a zdokonalení radarů. Začaly se používat při navigací lodí a letadel, k pátrání po nepřátelských lodích a letadlech, k řízení palby dělostřelectva a také jako palubní radary stíhaček a bombardérů.

Původně měly radary pouze vojenské využití, po válce však radary našly uplatnění i v mnoha civilních odvětvích. Vývoj radaru měl velký význam pro vzdělání odborníků v oblasti velmi krátkých vln.

V roce 1961 se podařilo zachytit radarový signál odražený od Venuše (40 milionu km od Země). O dva roky později se podařil stejný experiment s odrazem signálu od Marsu (100 milionu km od Země).

Dnes se radary využívají v mnoha odvětvích: letectví, lodní a pozemní doprava, meteorologie, geodezie, kartografie, kosmický výzkum, vojenství…

Princip radaru

Princip radaru spočívá ve vysílání a odrazu mikrovln od různých objektů. Každý radar má několik základních prvků:

Generátor – je zdrojem vysokofrekvenčních signálů
Vysílač – zpracovává signály z generátoru a přivádí je na anténu
Anténa – vysílá a přijímá vysokofrekvenční elektromagnetické vlnění
Přijímač – zpracovává signály, odražené od překážky a zachycené anténou
Přepínač – připojuje podle potřeby anténu buď k vysílači, nebo k přijímači
Monitor – je zobrazovací zařízení, připojené současně ke generátoru a k přijímači

Činnost radaru

Generátor vytvoří velmi krátký elektrický signál, který přes přepínač přichází na anténu. Současně se signál z generátoru dostane také na vstup monitoru. Z antény se signál šíří jako elektromagnetické vlnění rychlostí světla směrem k letadlu. Část vlnění se od letadla odrazí zpět k anténě. Mezitím přepínač připojí anténu k přijímači. Přijatý signál se v přijímači zesílí a přivede na monitor. Monitor je upraven tak, že současně se signálem z generátoru se na obrazovce dá do pohybu vodorovná světelná stopa. Na začátku stopy vytvoří impulz z generátoru výraznou počáteční výchylku. Po návratu odraženého signálu se na vodorovné stopě vytvoří další výchylka, ovšem méně výrazná.

Vzdálenost obou výchylek na vodorovné stopě je přímo úměrná vzdálenosti, z jaké se vrací odražený impulz. Tak je možno na stupnici určit okamžitou vzdálenost letadla od antény.

Rozdělení radaru dle funkce

Primární přehledový radar

Vysílá elektromagnetické vlnění, které se odráží od cíle a část se ho vrací zpět k přijímací anténě. Primární radary poskytují informace o poloze, případně rychlosti cíle. Jejich funkce nevyžaduje žádnou spolupráci s objektem, od kterého se elektromagnetické vlny odrážejí.

Sekundární přehledový radar

Ke své činnosti vyžaduje aktivní spolupráci sledovaného cíle (např. letadla). Vysílací anténa radaru vyšle k letadlu elektromagnetický signál (dotaz) a čeká, až letadlo na tento dotaz zareaguje. Na palubách letadel jsou speciální vysílače - tzv. odpovídače, které na dotazy „odpovídají“ svým vlastním kódem, přiděleným pro daný let střediskem řízení letového provozu. Odpovědi z letadel jsou zachyceny přijímací anténou sekundárního radaru, dekódují se a na jejich základě se jednotlivá letadla identifikují.

Rozdělení radarů dle režimu

Pulzní radar

Má jedinou anténu, která se střídavě připojuje k vysílači a k přijímači. Nejprve se z ní vyšle krátký elektromagnetický impulz a po přepnutí se přijímá signál odražený. Tímto radarem se dá určit směr, vzdálenost a výška letadla.

Radar s kontinuální vlnou

Vysílá nepřerušovaný signál a nepřerušovaný je také přijímaný signál, odražený od objektu. Proto musí mít tento radar dvě antény – vysílací a přijímací. Tyto typy radarů používá např. policie k měření rychlosti vozidel.

Pasivní radar

Sleduje veškerou rádiovou komunikaci letadla, elektromagnetické rušení a vyzařování způsobované motorem a další elektronikou v letadle. Při použití více antén na různých místech lze opět určit polohu a výšku letadla (pomocí triangulace).

Co všechno předcházelo vývoji samotného radaru

1865 – Skotský fyzik James Clerk Maxwell představuje svoji teorii o Elektromagnetickém poli (popisuje elektromagnetické vlny a jejich šíření).
1886 – Německý fyzik Heinrich Rudlof Hertz objevuje elektromagnetické vlny – potvrzuje tak Maxwellovu teorii.
1897 – Italský vynálezce Gugliemo Marceni poprvé přenáší elektromagnetický signál na delší vzdálenost.
1904 – Německý fyzik Christian Hülsmeyer vyvíjí telemobiloskop – slouží k monitorování vodní dopravy (na Rýnu) při nízké viditelnosti. Jedná se o první praktický test radaru. Nechává si jej patentovat.
1920 – Německý fyzik H. Barkhausen zkonstruoval elektronku, která umožnila sestrojení prvního generátoru mikrovln.
1927 – Německý fyzik H. Hollmann při pokusech s odrazem rádiových vln od lodí a letadel poprvé použil mikrovlny. Během 2. světové války se podílel na konstrukci německých radarů.
1935 – Skotský elektrotechnik sir Robeert Watson-Watt zkonstruoval první prakticky použitelný přístroj pro rádiovou detekci letadel pomocí mikrovln. Stal se tak skutečným vynálezcem.
1937 – Na pobřeží Británie, byly postaveny tři radary a radiostanice.
1940 – Po vypuknutí 2. světové války radary dokázaly svůj význam, při bitvě o Británii.