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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
레이더. 발명과 생산의 역사
레이더 스테이션 (레이더), 레이더 (무선 탐지 및 거리 측정의 영어 레이더-무선 탐지 및 거리 측정)-공기, 바다 및 지상 물체를 탐지하고 범위, 속도 및 기하학적 매개 변수를 결정하는 시스템. 그것은 전파 방출과 물체로부터의 반사 등록을 기반으로 한 방법을 사용합니다.
라디오의 가장 중요한 응용 프로그램 중 하나는 레이더가 되었습니다. 즉, 전파를 사용하여 보이지 않는 목표의 위치(및 이동 속도)를 결정하는 것입니다. 레이더의 물리적 기반은 전파가 환경의 전기적 속성과 전기적 속성이 다른 물체에서 반사(산란)하는 능력입니다. 1886년 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)는 전파가 금속과 유전체에 의해 반사될 수 있다는 것을 발견했고, 1897년에 포포프는 그의 무선 송신기와 협력하여 전파가 선박과 선체의 금속 부분에서 반사되지만 어느 쪽에서도 반사되지 않는다는 것을 발견했습니다. 이 현상을 깊이 연구하기 시작했습니다. 레이더에 대한 아이디어는 1905년 전파 반사 효과를 사용하여 선박을 탐지하는 장치에 대한 특허를 받은 독일 발명가 Hülsmeier에 의해 처음 고안되었습니다. Hulsmeier는 무선 송신기, 회전 지향성 안테나, 물체에 의해 반사된 파동을 감지하는 빛 또는 소리 표시기가 있는 무선 수신기를 사용할 것을 제안했습니다. 그 모든 불완전함에도 불구하고 Hülsmeier의 장치에는 현대적인 로케이터의 모든 기본 요소가 포함되어 있습니다. 1906년에 발행된 특허에서 Hülsmeier는 반사 물체까지의 거리를 결정하는 방법을 설명했습니다. 그러나 Hülsmeier의 개발은 실제 적용되지 않았습니다. 전파를 사용하여 항공기와 선박을 탐지한다는 아이디어가 실제 장비로 변환되기까지는 30년이 걸렸습니다. 이전에는 다음과 같은 이유로 불가능했습니다. Hertz와 Popov는 둘 다 실험에 단파를 사용했습니다. 실제로 XX 세기의 XNUMX 년대까지의 무선 공학은 매우 긴 파장을 사용했습니다. 한편, 파장이 반사 대상(선박 또는 항공기)의 치수와 같거나(더 나은) 작은 조건에서 최상의 반사가 발생합니다. 결과적으로 무선 통신에 사용되는 장파는 좋은 반사를 제공할 수 없습니다. 20년대에 와서야 라디오 통신 실험에 단파를 사용하도록 허용된 미국 라디오 아마추어가 당시에는 알 수 없는 이유로 이러한 파동이 비정상적으로 먼 거리까지 전파된다는 사실을 보여주었습니다. 라디오 송신기의 무시할 수 있는 힘으로 라디오 아마추어는 대서양을 가로질러 통신할 수 있었습니다. 이것은 과학자와 전문가의 관심을 단파에 끌었습니다. 독일 최초의 능동 레이더 실험은 1935년 XNUMX월에 수행되었습니다. 이 실험 동안 많은 송신기와 수신기가 XNUMX마일 떨어진 독일 전함에서 반사되는 약한 신호를 감지할 수 있었습니다. 유사한 개발이 프랑스, 이탈리아, 소련 및 다소 소규모인 일본에서도 수행되었습니다. 26월 30일 Pelzenhaken에서 시연된 이 시스템은 뛰어난 독일 물리학자 Rudolf Kuhnold가 주도한 연구의 직접적인 결과였습니다. 1935년대 중반에 Kunold는 복잡한 무선 송신기 및 수신기 개발을 전문으로 하는 "Gesellschaft fur Elektroakustische und Mechanische Apparate"(GEMA)라는 작은 회사를 소유했습니다. GEMA는 독일 해군 연구소와 긴밀한 관계를 유지했습니다. XNUMX년 중반부터 GEMA는 공식적으로 독일 군산복합체와 관련이 없었지만 전쟁 준비에 적극적으로 참여하기 시작했습니다.
1922년, 해양 연구소의 전파 부서 직원인 Taylor와 Jung은 극단파 영역에서 일하면서 레이더 현상을 관찰했습니다. 그들은 서로 수 마일 떨어진 곳에 있는 구축함이 "안개, 어둠, 연기에 관계없이" 적함을 즉시 탐지할 수 있는 장치를 개발하는 것이 가능하다는 아이디어를 즉시 생각해 냈습니다. Taylor와 Jung은 이에 대한 보고서를 미 해군에 보냈지만 그들의 제안은 지지를 받지 못했습니다. 1930년 Taylor의 연구 조교 중 한 명인 엔지니어 Hyland는 단파 무선 통신에 대한 실험을 수행하는 동안 항공기가 송신기와 수신기가 있는 선을 넘을 때 왜곡이 나타나는 것을 발견했습니다. 이로부터 Hyland는 단파에서 작동하는 무선 송신기 및 수신기의 도움으로 항공기의 위치를 찾을 수 있다고 결론지었습니다. 1933년 Taylor, Jung, Hyland는 그들의 아이디어에 대한 특허를 받았습니다. 이번에는 레이더가 태어날 운명이었습니다. 여기에는 모든 기술적 전제 조건이있었습니다. 가장 중요한 것은 그것이 군대에 필요하게되었다는 것입니다. 두 번의 세계 대전 사이에 방공 기술은 상응하는 발전을 받지 못했다. 이전과 마찬가지로 주요 역할은 공중 관측소, 경고 및 통신, 풍선, 탐조등 및 음향 픽업에 의해 수행되었습니다. 폭격기의 속도 증가로 인해 경고 초소는 보호하려는 도시에서 150km 이상 앞으로 배치되어야했고 긴 전화선을 설치해야했습니다. 그러나 이러한 게시물은 여전히 보안에 대한 완전한 보장을 제공하지 않았습니다. 맑은 날씨에도 관측자는 저고도에서 비행하는 항공기를 감지할 수 없었습니다. 밤이나 안개, 흐린 날씨에 그러한 기둥은 항공기를 전혀 볼 수 없었고 "엔진 소음" 보고로 제한되었습니다. 우리는 이러한 기둥을 여러 개의 벨트로 배열하고 모든 먼 접근 방식을 커버하기 위해 바둑판 패턴으로 흩어 놓아야 했습니다.
같은 방식으로 탐조등은 맑은 밤에 항공기에 대해서만 신뢰할 수 있습니다. 낮은 구름과 안개로 쓸모가 없었습니다. 특별히 고안된 소리 탐지기는 탐지 수단으로도 좋지 않았습니다. 비행기가 관측소에서 10km 떨어져 있다고 상상해보십시오. 모터 소리는 30초 후에 픽업의 귀에 들리게 되었습니다. 이 시간 동안 600km / h의 속도로 비행하는 항공기는 5km를 비행 할 수 있었고 따라서 소리 픽업은 항공기가 XNUMX 분 전에 있던 장소를 나타냅니다. 이러한 조건에서 사운드 픽업을 사용하여 탐조등이나 대공포를 지시하는 것은 무의미했습니다. 그렇기 때문에 모든 유럽 국가와 미국에서 제 6 차 세계 대전 7-XNUMX 년 전에 공습을 경고 할 수있는 새로운 방공 시스템에 대한 강화된 검색이 시작되었습니다. 결국 여기에서 가장 중요한 역할은 레이더에 할당되었습니다. 아시다시피, 안개, 구름, 어둠은 전파의 전파에 영향을 미치지 않습니다. 탐조등 빔은 짙은 구름 속에서 빠르게 어두워지며 전파에 대한 그러한 장애물은 없습니다. 이것은 방공 요구 사항에 사용하는 아이디어를 매우 유망하게 만들었습니다. 그러나 레이더 아이디어를 실제로 구현하려면 여러 복잡한 과학 및 기술 문제의 해결이 필요했습니다. 특히, 물체에서 반사되는 매우 약한 신호의 초단파 생성기와 민감한 수신기를 만드는 것이 필요했습니다. 1938년이 되어서야 미국 해군 연구소가 8km 범위의 XAF 신호 레이더를 개발하여 전함 New York에서 테스트했습니다. 1941년까지 19개의 그러한 레이더가 제조되었습니다. 정부가 지출을 아끼지 않은 영국에서는 노동이 훨씬 더 생산적이었습니다. 이미 1935년에 Watson-Watt의 지도력하에 최초의 펄스 조기 경보 레이더 CH가 만들어졌습니다. 10~13m의 파장 범위에서 운용되었고 140km의 항공기 비행 고도에서 4km의 범위를 가졌다. 5년에 이미 1937개의 그러한 스테이션이 영국 동부 해안에 설치되었습니다. 20년에 그들은 모두 1938시간 근무를 시작했으며 전쟁이 끝날 때까지 계속되었습니다. 모든 레이더의 장치는 매우 복잡하지만 작동 원리는 이해하기 어렵지 않습니다. 레이더 스테이션은 지속적으로 작동하지 않지만 주기적인 충격-임펄스로 작동합니다. 첫 번째 영국 CH 레이더 스테이션의 송신기는 초당 25번 펄스를 보냈습니다. (최신 로케이터에서 펄스를 보내는 것은 몇 백만 분의 XNUMX초 동안 지속되며 펄스 사이의 일시 중지는 몇 백분의 XNUMX초 또는 천분의 XNUMX초입니다.) 펄스 모드는 펄스를 보내고 반사된 물체에서 펄스를 반환하는 사이의 시간을 측정하는 데 사용됩니다. 아주 짧은 "일부"의 전파를 우주로 보내면 송신기가 자동으로 꺼지고 라디오 수신기가 작동하기 시작합니다. 전파 과정에서 장애물에 부딪치면 전파가 사방으로 흩어지고 부분적으로 반사되어 전파가 전송 된 장소, 즉 레이더 스테이션으로 되돌아갑니다. 이 과정은 음파의 반사인 에코 현상과 유사합니다. 절벽 기슭의 산골짜기에서 손뼉을 치거나 소리를 지르면 충분합니다. 몇 초 후에 희미한 메아리가 들릴 것입니다. 전파의 속도는 음파의 속도보다 거의 백만 배 빠르기 때문에 3500m 거리에 위치한 암석에서 에코는 20초 안에 반환되고 전파는 XNUMX만분의 XNUMX 잠깐. 따라서 레이더 스테이션의 주요 기능은 백만 분의 XNUMX초의 정확도로 최단 시간을 신속하게 측정하는 것입니다. 레이더국이 계속해서 신호를 보낸다면 송신기의 강력한 신호 중에서 되돌아오는 아주 약한 반사파를 포착하는 것은 불가능할 것이 분명하다. 레이더 안테나는 지향성입니다. 모든 방향으로 전파를 내보내는 방송국의 안테나와 달리 레이더에서 방출되는 펄스는 엄격하게 정의된 방향으로 보내지는 매우 좁은 빔에 집중됩니다. 반사된 펄스를 수신한 레이더는 이를 음극선관으로 안내했습니다. 여기에서 이 펄스(분명히 여러 번 증폭됨)는 튜브의 전자 빔을 제어하는 수직 판에 적용되었고(이전 장의 장치 참조) 레이더 화면에 수직으로 빔을 던졌습니다. 이 화면에서 무엇을 볼 수 있습니까? 초당 25회 전자 펄스가 왼쪽에 나타났고(이 서지는 방출된 펄스의 에너지 중 매우 작은 부분이 수신기에 닿았기 때문에 발생했습니다) 주사선은 오른쪽으로 그 뒤를 이었습니다. 이것은 충동이 목표에 도달할 때까지 계속되었고, 반사되지 않고 돌아오지 않았습니다.
전자빔에 의해 그려진 선이 1밀리초 동안 화면을 가로질러 움직인다고 가정합니다. 이 시간 동안 충격은 목표물까지 150km를 이동하여 반사되어 다시 스테이션으로 돌아와 두 번째 투척의 형태로 화면에 표시되었습니다. 첫 번째 던지기가 나타난 튜브 스크린의 장소에서 0을 설정하고 라인의 끝에서 150km를 설정했습니다. 파동의 전파 속도가 일정하기 때문에 이 전체 라인을 동일한 부분으로 나눌 수 있으며 이러한 방식으로 대상까지의 거리(150km 이내)를 읽을 수 있으며 반사된 펄스는 화면에 표시됩니다. 튜브. 화면에 이미지가 자주 나타나므로 조작자의 눈에는 마치 움직이지 않고 사라지지 않는 것처럼 보였습니다. 비행기가 정거장을 향해 날아가고 있다면 표적에서 반사된 충격만이 선을 따라 천천히 왼쪽으로 움직였다.
탐지된 적 항공기에 대한 모든 정보는 레이더 스테이션에서 소위 "필터링 센터"로 전송되었습니다. 여기에서 각 관측소의 보고에 따라 항공 상황에 대한 데이터의 비교 및 정제가 수행되었습니다. "필터링 센터"는 선택 및 검증된 정보를 사령부에 넘겼습니다. 중앙 사령부에는 큰 지도가 있었다. 특수 대원은 지도 주변에서 소형 항공기 모델을 이동했습니다. 따라서 사령부는 대기 상황을 지속적으로 모니터링하고 그에 따라 필요한 결정을 내릴 수 있습니다. 결과적으로 조기 경보소는 적 항공기의 수, 항로 및 속도에 대한 추가 정보를 제공할 수도 있음이 밝혀졌습니다. 이 정보를 바탕으로 방공 지휘소는 작전에 참여하고 있는 폭격기의 수를 파악하고 그들이 향하고 있는 지점과 도착할 시간을 결정할 수 있습니다. 그러나 첫 번째 레이더에도 큰 단점이 있었습니다. 10미터 이상의 파도에서 일하기 때문에 안테나는 부피가 크고 움직이지 않았습니다. 예를 들어, CH 송신기 안테나는 120m 높이의 마스트에 매달려 있었고 근처에는 80m 높이의 안테나가 있는 수신국이 있었습니다. 지향성 효과가 있는 이 안테나는 전방에 넓은 원뿔 모양으로 전파를 방출하고 전방에서 약간 떨어져 있습니다. 주요 방향. 오른쪽, 왼쪽 및 뒤쪽으로 이러한 안테나는 방사되지 않았으므로 결과적으로 레이더는 이러한 방향의 항공기를 감지할 수 없었습니다. 파도가 땅과 물에서 튕겨져 나갔기 때문에 저공 비행 목표물은 도달할 수 없었습니다. 따라서 고도 100m 미만에서 영국에 접근하는 비행기는 레이더에 감지되지 않고 비행할 수 있습니다. 이러한 단점은 더 짧은 파장에서 작동하는 새로운 레이더 스테이션을 생성해야만 제거할 수 있습니다. 레이더 개발 초기에는 10-15m 길이의 파도가 사용되었지만 나중에 몇 센티미터 정도의이 목적을 위해 천 배 더 짧은 파도를 사용하는 것이 더 편리하다는 것이 밝혀졌습니다. 전쟁이 시작되기 전에 이 범위에서 작동하는 장치는 본질적으로 실험실 설계였으며 매우 변덕스럽고 무시할 수 있는 전력을 가지고 있었습니다. 그 당시 알려진 유형의 진공관은 센티미터 파장에서 매우 제대로 작동하지 않거나 거의 작동하지 않았습니다. 더 발전된 레이더에 필요한 모든 장비는 전쟁 초기에 기록적인 시간에 만들어졌습니다. 먼저 1m의 파동으로 전환해 레이더 성능을 즉각적으로 개선하고 안테나 크기를 획기적으로 줄일 수 있었다. 그런 다음 그러한 안테나가 수평 방향으로 회전하고 전방이 아닌 모든 방향으로 레이더 펄스를 보낼 수 있다는 아이디어가 떠올랐습니다. 또한 레이더가 교대로 펄스를 보내고 반사를 수신하는 경우 송신국과 수신국을 별도로 배치할 필요가 전혀 없다고 제안되었습니다. 송신기에서 수신기로. 5년에 CHL 스테이션은 1939km 범위의 저공 비행 항공기와 수상함을 탐지하기 위해 개발되었습니다. 이러한 역은 서로 100km 떨어진 곳에 위치하여 템스 강과 접근로를 보호했습니다. 그 후 영국 동부 해안 전체를 커버할 수 있도록 역의 수를 늘렸습니다. 여러 가지 개선 사항을 도입하여 레이더의 범위를 최대 40-160km까지 늘릴 수 있었습니다. 이러한 모든 조치는 영국을 위한 장대한 전투가 펼쳐지던 1939-1940년에 정당화되었습니다. 히틀러는 군대를 영국으로 보낼 수 없었고, 그녀를 공격하기 위해 폭격기 함대를 보냈습니다. 영국 전투기는 밤낮으로 평화를 알지 못했으며, 독일의 잇따른 공습을 격퇴했다. 당시 조기경보레이더 스테이션은 전체 방공체계에서 큰 역할을 했다. 독일 조종사들은 곧 보이지 않는 레이더 빔이 전투기와 대공포보다 더 끔찍하다는 것을 확신하게 되었습니다. 레이더의 사용은 곧 영국인이 레이더의 도움으로 적 폭격기를 목표로 전투기를 조준하는 아이디어로 이끌었습니다. 이를 위해 소형 레이더 스테이션(GCI)이 만들어졌습니다. 그들은 범위가 더 짧았지만 더 정확하게 적 항공기의 위치를 결정했습니다. 이 레이더는 전투기 비행장 근처에 설치되었습니다. 조기경보소로부터 메시지를 받은 후 접근하는 적을 감시하기 시작하여 전투기 조종사에게 적의 위치에 대한 정확한 데이터를 제공했습니다. 이러한 유형의 스테이션의 경우 수평 주사선이 있는 오래된 음극선관은 한 번에 하나의 항공기만 관찰할 수 있고 한 대상에서 다른 대상으로 지속적으로 전환해야 했기 때문에 불편했습니다. 이와 관련하여 레이더 기술이 크게 향상되었습니다. 소위 만능 관측관이 등장하여 곧 많은 유형의 방송국에서 널리 보급되었습니다. 이러한 튜브의 화면에서 광 주사선은 이전 디자인과 같이 화면의 왼쪽 가장자리에서 시작하지 않고 중앙에서 시작되었습니다. 이 선은 안테나가 회전하는 것과 동시에 시계 방향으로 회전하여 스테이션 주변의 표적 위치를 화면에 반영합니다. 그러한 화면은 말 그대로 대기 상황의 지도를 생성했습니다. 화면 중앙에 빛의 반점이 레이더 스테이션의 위치를 표시했습니다. 이 지점 주변의 동심원은 더 밝은 점으로 나타나는 반사된 펄스까지의 거리를 결정하는 데 도움이 되었습니다. 안내소 장교는 그러한 화면에서 그에게 관심이 있는 모든 대상을 동시에 관찰했습니다. 지침의 구현이 크게 간소화되었습니다. 이러한 레이더에서는 위에서 설명한 표시기의 작동 방법이 적합하지 않은 것이 분명합니다. 물체에서 반사된 모든 신호가 화면에서 즉시 사라졌기 때문입니다. 여기에는 소위 "잔광"이있는 스크린이 사용되었습니다. 즉, 일정 기간 동안 빛을 유지했습니다. 이러한 튜브에서 전자빔은 전류가 시간에 따라 선형적으로 변하는 코일을 사용하여 편향되었습니다. 전쟁의 첫 번째 기간에 이미 모든 레이더 방어 시스템을 사용하여 가시적인 결과를 얻었습니다. 1940년 3000개월 동안 2600대 이상의 독일 항공기가 영국 상공에서 파괴되었고 그 중 3대가 레이더 스테이션의 안내를 받는 전투기에 격추되었습니다. 큰 손실로 인해 독일군은 주간 공습을 중단해야 했습니다. 그러나 이것은 그들을 구하지 못했습니다. 영국인은 항공기에 탑재된 소형 AI 레이더 스테이션을 긴급 개발했습니다. 그녀는 5-XNUMXkm 거리의 목표물을 탐지할 수 있습니다. 특수 야간 전투기에는 새로운 레이더가 장착되었습니다. 조종사 외에도 사수-무선 통신수를 수용했습니다. 지상 끝에서 그러한 항공기는 레이더의 가시 범위 내에서 독일 폭격기에 접근했습니다. 그 후, 운전자는 자신의 얼굴 앞에 로케이터 튜브를 가지고 내부 인터콤에서 조종사에게 명령을 내렸고 폭격기에 가까워지기 위해 차를 지시했습니다. 1941년 봄까지 야간 레이더 방어 시스템은 이미 그 목적을 정당화하고 있었습니다. 4월에 영국군이 독일의 야간 폭격기 58대만 격추했다면 102월 XNUMX일, XNUMX월 XNUMX일. 저자: Ryzhov K.V.
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