给英国装上“千里眼”——雷达之父沃森瓦特发明雷达趣闻
在无线电测向领域,沃森瓦特测向技术因其小孔径、低成本等特点为大家所熟知。不同于相关干涉测向和空间谱测向技术,沃森瓦特测向技术允许用小孔径的天线实现低频段(3MHz -200MHz)的无线电信号测向,这给测向设备的小型化带来了很大便利。
这种测向体制以人名命名,若进一步了解测向体制的话,会发现沃森瓦特测向早在二十世纪二十年代就已经得到应用,而沃森瓦特本人最大的成就,不是发明了该测向方法,而是发明了雷达,被称为“雷达之父”。这项无线电技术是史上重要的发明,不仅深刻地影响了二战局势,也成为了人类最重要的军事技术之一。

图1 沃森·瓦特爵士(Sir Robert Alexander Watson-Watt)
军事迷都知道,一个新武器装备的发明,往往就会改变战争的形态和结果。比如飞机被发明后,很快就被用于军事用途,成为一个新的攻击方式出现——轰炸机。在这之前的几百年,英国本土从未遭到法德等国的袭击,但随着飞机的发明以及飞机速度的不断提升,英国本土将面临被空袭的危险。这导致英国隔海远离欧亚大陆的得天独厚优势大打折扣。

图2 被海峡隔离的英国本土,几百年未曾受到欧洲大陆军队的侵扰,飞机的出现促使其调整防御战略
因此二十世纪二三十年代,英国政府大力悬赏能够及早发现飞机来袭的方案。其它国家也面临同样的问题,因此都大量装备了声音探测装备,如图3~图6所示。

图3 荷兰制造的飞机探测装备

图4德国制造的飞机探测装备

图5 美国制造的飞机探测装备(远处为金门大桥)
大家看到图上这些通过声音探测飞机的装备,可能觉得有些可笑,但是这么多国家花费巨大的财力物力制造这么多装备,也能侧面让人感受到轰炸机空袭给人们带来的巨大危害和威力。当时各国提出的飞机探测方案成百上千种,这还是最有效的一种,否则也不会被大量制造和装备部队了。

图6 日本制造的飞机探测装备
然而,以上各种收集远方飞机轰鸣声波的装备,随着飞机巡航速度的提升,愈发显得被动和无力。往往听到声音几分钟后,轰炸机已经来到了头顶,留给自己飞机升空拦截的时间实在太少了。
到底怎样才能发现更远距离的飞机呢?正在研究大气干扰的沃森瓦特,其实当时并没有直接解决这个问题,他接到的任务是:论证大功率微波能否杀伤距离5公里远的士兵。他安排团队成员韦尔金斯(Arnold F. Wilkins)进行了初步的估算,发现当时的电磁波发射机根本达不到这样的能力。
但韦尔金斯提到最近邮局负责短波通信的工程师发现的一个特殊现象:飞机飞近收报机时会引起干扰。沃森瓦特想到,电磁波是可以反射的,既然不能杀伤敌人,但能否探测到敌人呢。
于是他们又开始了一次计算,结果让人惊喜:即使包括损耗,发射机只需15安培的电流,用天线发射15米波长的电磁波,就可让几十公里远的飞机表面形成可探测的电磁回波。
沃森瓦特整理了第一份备忘录并提交给英国空防科学委员会,并指出应该把注意力从“无线电破坏”转向“无线电侦测”。

图7 沃森瓦特与其研制的雷达系统

图8 英国海岸线上的雷达站
这里介绍的仅仅是雷达最初发明时的一个小片段,关于雷达的早期研制还有很多精彩的故事,比如英国工程师发明的可极大提升雷达定位精度的大功率磁控管,曾让美国人惊诧不已。比如美国的万尼瓦尔·布什(Vannevar Bush)参与组建专门研发雷达的辐射实验室(麻省理工林肯实验室的前身)的过程;比如将雷达安装到飞机上击杀德国潜艇,与火炮紧密配合上百倍的提升命中精度的案例等等。
对这些雷达技术史感兴趣的朋友,推荐大家看一本书《屋顶上的精英》([美]罗伯特·布德瑞 著)。

祯仪科技,专业从事宽频段无线电信号接收,适用于无线电管理、信号侦查与分析、通用频谱分析、卫星导航监测、低空复杂电磁环境感知等。
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