Magine試圖降落一架大型噴氣式飛機 一小段柏油路上的一座大型建筑的大小，在城市的中心，在 夜，濃霧中。如果你看不到你要去哪里，你怎么能 希望安全著陸?可以幫助飛行員著陸的空中交通管制員可以使用 雷達，一種使用高頻的“看”方式 收音機 波。雷達最初是為了探測敵機而開發(fā)的 第二次世界大戰(zhàn)，但現(xiàn)在廣泛用于警察的一切 速度探測器槍到天氣預報。讓我們仔細看看 在它是如何工作的!

　　照片：Thule Air 的巨型雷達探測器 格陵蘭基地旨在探測來襲的核導彈。這是一個 美國彈道導彈預警系統(tǒng)(BMEWS)的關鍵部分。 攝影：Michael Tolzmann 提供 美國空軍.

　　什么是雷達?

　　我們可以看到我們周圍世界中的物體，因為 光 (通常 來自太陽)將它們反射到我們的眼睛中。如果你想走路 晚上，你可以用火把照在前面，看看你在哪里 會。光束從手電筒中射出，反射物體 在你面前，然后反彈回你的眼睛。瞬間你的大腦 計算這意味著什么：它告訴你物體有多遠，并且 讓你的身體移動，這樣你就不會被東西絆倒。

　　雷達的工作方式大致相同?！袄走_”一詞代表 RA迪奧 d檢測 一個德· r安定——還有那個 提供了關于它的作用和工作原理的相當大的線索。想象一個 飛機 夜間在濃霧中飛行。飛行員看不到在哪里 他們要去，但他們可以與地面上的空中交通管制員溝通 誰使用雷達來幫助他們。飛行員自己通常不使用雷達作為“飛行儀器” (幫助他們飛行或導航的東西)，但他們確實用它來跟蹤天氣。

　　飛機的雷達有點像火炬，使用 收音機 波而不是光。飛機 傳輸間歇性雷達波束(因此它僅發(fā)送部分信號 時間)，并且在其余時間“監(jiān)聽”任何 該光束從附近物體的反射。如果反射是 檢測到，飛機知道附近有東西 - 它可以利用時間 取來的反射到達以弄清楚它有多遠。 換句話說，雷達有點像回聲定位系統(tǒng) “盲”蝙蝠用來在黑暗中看和飛行。

　　照片：這輛移動雷達卡車可以駕駛 任何需要的地方。這 天線 頂部旋轉，因此可以檢測敵人 來自任何方向的飛機或導彈。 攝影：Nathanael Callon，由 美國空軍.

　　雷達如何使用無線電?

　　無論是安裝在飛機、輪船還是其他任何東西上，雷達 Set 需要相同的基本組件集：生成無線電的東西 波，將它們發(fā)送到太空的東西，接收的東西 他們，以及一些顯示信息的手段，以便雷達操作員 能很快明白。

　　雷達使用的無線電波由一種稱為 磁 控. 無線電波類似于光波：它們以相同的速度傳播，但它們 波要長得多，頻率要低得多。光波的波長約為 500納米(5000億分之一米，比人類頭發(fā)細約100-200倍)，而雷達使用的無線電波通常從幾厘米到一米不等 - 手指的長度到手臂的長度 - 或 大約比光波長一百萬倍。

　　光和無線電波都是 電磁波譜, 這意味著它們由波動模式組成 電氣 和 磁 能量在空氣中啪啪作響。 磁控管產(chǎn)生的波實際上是微波，類似于微波 由 微波爐.這 不同之處在于，雷達中的磁控管必須向波發(fā)送許多 英里，而不僅僅是幾英寸，所以它要大得多， 更強大。

　　照片：現(xiàn)代數(shù)字雷達屏幕，位于 美國南達科他州埃爾斯沃思空軍基地。 攝影：Corey Hook 提供 美國空軍.

　　一旦產(chǎn)生無線電波，一個 天線, 作為工作 發(fā)射機，將它們?nèi)舆M 它前面的空氣。天線通常是彎曲的，因此它將波聚焦成 精確、窄波束，但雷達天線通常也會旋轉，因此它們 可以檢測大面積的運動。無線電波向外傳播 從天線以光速(每 186，000 英里或 300，000 公里) 第二)并繼續(xù)前進，直到他們撞到什么東西。然后其中一些 在反射無線電波波束中也向天線反彈 以光速旅行。波浪的速度至關重要 重要。如果敵方噴氣式飛機以超過 3，000 公里/小時的速度接近 (2，000 英里/小時)， 雷達波束需要比這快得多才能到達 飛機，返回發(fā)射機，及時觸發(fā)報警。那是 沒問題，因為無線電波(和光)傳播得足夠快 一秒鐘繞地球七圈! 如果敵機是160公里 (100 英里)之外，雷達波束可以傳播該距離并返回更短的距離 比 千分之一秒。

　　天線兼作雷達 接收器 以及發(fā)射器。事實上，它在兩個工作之間交替。 通常，它傳輸無線電波千分之幾秒， 然后它會偵聽反射長達幾秒鐘 在再次傳輸之前。任何反射的無線電波被拾取 天線被引導到一塊 電子的 設備 以有意義的形式處理并顯示它們 電視-喜歡 屏幕，由人類操作員一直觀看。這 接收設備過濾掉來自地面的無用反射， 建筑物等，僅顯示對 屏幕本身。使用雷達，操作員可以看到附近的任何 船舶 或 飛機，它們在哪里，它們旅行的速度以及在哪里 他們正在前進。觀看雷達屏幕有點像播放視頻 游戲 - 除了屏幕上的斑點代表真實的飛機和 船只和最輕微的錯誤可能會奪走許多人的生命。

　　雷達中還有一個更重要的設備 裝置。它被稱為 雙面打印器 和它 使天線在發(fā)射器和發(fā)射器之間來回切換 接收器。當天線正在發(fā)送時，它無法接收 - 并且 反之亦然。看看下面框中的圖表，看看所有 雷達系統(tǒng)的這些部分組合在一起。

　　雷達如何工作?

　　以下是雷達工作原理的摘要：

　　磁控管產(chǎn)生高頻無線電波。

　　雙工器將磁控管切換到天線。

　　天線充當發(fā)射器，通過空氣發(fā)送窄波束無線電波。

　　無線電波擊中敵機并反射回來。

　　天線在傳輸之間的中斷期間拾取反射波。請注意，同一天線同時充當發(fā)射器和接收器，交替發(fā)送無線電波并接收它們。

　　雙工器將天線切換到接收器單元。

　　接收器單元中的計算機處理反射波并將其繪制在電視屏幕上。

　　敵機與任何其他附近目標一起出現(xiàn)在電視雷達顯示屏上。

　　雷達有什么用?

　　照片：科學家調整雷達天線進行跟蹤 氣象氣球穿過天空。 測量大氣條件的氣象氣球攜帶 它們下方的反射目標將雷達信號反射回去 有效。照片由美國能源部提供。

　　雷達仍然是最熟悉的軍事技術。雷達 安裝在機場或其他地面站的天線可用于 例如，檢測接近的敵機或導彈。美聯(lián)航 各國擁有非常精細的彈道導彈預警系統(tǒng) (BMEWS)探測來襲導彈，配備三個主要雷達探測器 阿拉斯加克利爾、格陵蘭島圖勒和菲林代爾沼澤的車站 在英國。然而，使用雷達的不僅僅是軍隊。最 民用飛機和大型船只現(xiàn)在也有雷達。 每個主要機場都有巨大的雷達 掃描盤以幫助空中交通管制員引導飛機進出， 無論天氣如何。下次您前往機場時，請注意 安裝在控制塔上或附近的旋轉雷達盤。

　　你可能見過警察在路邊使用雷達槍 檢測開得太快的人。這些基于一個 略有不同的技術稱為 多普勒雷達. 您可能已經(jīng)注意到，消防車的警報器在尖叫經(jīng)過時似乎降低了音調。作為 發(fā)動機向您駛來，警報器發(fā)出的聲波有效地 擠到更短的距離，所以它們的波長更短 和更高的頻率——我們聽到的是更高的音調。 當發(fā)動機駛離您時，它的工作方式恰恰相反 方式 - 使聲波的波長更長，更低的波長 頻率，音調較低。所以你聽到警笛的音調在它的確切時刻有相當明顯的下降 路過。這稱為 多普勒效應.

　　照片：行動中的雷達：由賽車手發(fā)明的Gatso測速攝像頭，旨在使駕駛員保持限速 莫里斯·加索尼德斯. 照片拍攝于英國伯明翰智庫，由解釋這些東西。

　　同樣的科學也在雷達測速槍中發(fā)揮作用。當警察 警官向你的汽車發(fā)射雷達波束，金屬車身反射 光束直背。但是您的汽車行駛得越快，它就越會 更改波束中無線電波的頻率。靈敏 雷達槍中的電子設備使用這些信息來 計算您的汽車行駛速度。

　　雷達有許多科學用途。多普勒雷達也用于 天氣預報，以確定風暴移動的速度和時間 他們可能會到達特定的城鎮(zhèn)。有效 天氣預報員向云層發(fā)射雷達波束，并使用 反射光束測量雨速 旅行以及它下降的速度?？茖W家使用一種可見的形式 雷達稱為 激光 雷達 (光檢測和 測距)測量空氣污染 激光器.考古學家和地質學家指出 雷達向下進入 地面研究地球的成分并找到埋藏的沉積物 具有歷史意義。

　　照片：雷達在行動：多普勒雷達單元掃描天空。 照片由美國能源部提供。

　　不使用雷達的一個地方是幫助 潛艇 因為他們 在水下導航。電磁波不容易穿過密集的海水(這就是為什么它是黑暗的 在深海)。相反，潛艇使用一種非常相似的系統(tǒng)，稱為SONAR(聲音導航和測距)，該系統(tǒng)使用聲音來“看到”。 對象而不是無線電波。然而，潛艇確實有雷達系統(tǒng)，可以在它們移動時使用。 在海面上(例如當他們進出港口時)。

　　照片：美國宇航局宇航員測試 探地雷達(GPR) 用于模擬月球著陸點上的潛在未來月球任務。GPR無需挖掘即可探測土壤結構并定位埋藏物體，這對于考古研究非常有用。 照片由Sean Smith提供，由NASA Langley和 互聯(lián)網(wǎng)檔案館.

　　對策：如何避開雷達?

　　雷達在發(fā)現(xiàn)敵機和船只方面非常有效——所以 以至于軍事科學家不得不開發(fā)一些解決方法!如果 你有一個極好的雷達系統(tǒng)，很可能你的敵人也有一個。如果 你可以發(fā)現(xiàn)他的飛機，他可以發(fā)現(xiàn)你的飛機。所以你真的需要 可以以某種方式將自己“隱藏”在敵人雷達內(nèi)的飛機 沒有被發(fā)現(xiàn)。隱身技術就是為了做到這一點而設計的。 你可能已經(jīng)看到了美國空軍看起來很險惡的B2隱形轟炸機。 其銳利、棱角分明的線條和金屬涂層窗戶旨在 散射或吸收無線電波束，使敵方雷達操作員無法 檢測它們。隱形飛機在這方面非常有效，以至于它 出現(xiàn)在雷達屏幕上，能量不比小鳥多!

　　照片：背面不尋常的鋸齒形 這款B2隱形轟炸機是旨在分散的眾多功能之一 無線電波所以飛機 “消失”在敵方雷達屏幕上。圓形前翼和 隱藏的發(fā)動機和排氣管也有助于保持飛機 無形。 攝影：Bennie J. Davis III 提供 美國空軍.

　　誰發(fā)明了雷達?

　　雷達可以追溯到一種名為Telemobiloskop的設備。 (有時寫成法式， 電鏡)，發(fā)明于1904年 由德國電氣工程師 克里斯蒂安·許爾斯邁爾 (1881–1957).聽后 關于兩艘船之間的悲慘碰撞，他想出了一種使用無線電波來幫助它們的方法 在能見度差的時候見面。

　　藝術品：雷達之前的雷達：克里斯蒂安·許爾斯邁耶的Telemobiloskop早于時代 雷達時隔了三十多年，但本質上是相同的概念。這件藝術品基于其中一幅畫 Hülsmeyer 1904年的專利展示了如何使用安裝在一艘船上的發(fā)射和接收設備來檢測附近的其他船只。這些光束是“赫茲波”——我們現(xiàn)在稱之為無線電波——從萬向節(jié)安裝的裝置射出，盡管海水的翻騰運動，這些裝置始終保持垂直。

　　盡管許多科學家為雷達的發(fā)展做出了貢獻， 其中最著名的是一位蘇格蘭物理學家，名叫 羅伯特·沃森-瓦特 (1892–1973).第一次世界大戰(zhàn)期間，沃森-瓦特為英國 氣象局(全國主要天氣預報) 組織)，幫助他們使用無線電波來檢測即將到來的風暴。

　　在第二次世界大戰(zhàn)前夕，沃森-瓦特和他的助手阿諾德·威爾金斯意識到 他們可以使用他們正在開發(fā)的技術來檢測 接近敵機。 一旦他們證明基本設備可以工作，他們就建造了一個 精心設計的地面雷達探測器網(wǎng)絡圍繞 英國海岸線的南部和東部。戰(zhàn)爭期間，英國的 雷達防御(稱為 鏈家) 給了它巨大的優(yōu)勢 這 德國空軍，在最終盟軍中發(fā)揮了重要作用 勝利。美國同時開發(fā)了類似的系統(tǒng) 狀態(tài)，甚至設法檢測到日本飛機的接近 1941 年 12 月，在夏威夷珍珠港上空——盡管沒有人想到 這么多接近飛機的重要性，直到它太 晚。