Magine試圖降落一架大型噴氣式飛機(jī) 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(dá)，一種使用高頻的“看”方式 收音機(jī) 波。雷達(dá)最初是為了探測(cè)敵機(jī)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(cè)器槍到天氣預(yù)報(bào)。讓我們仔細(xì)看看 在它是如何工作的!

　　照片：Thule Air 的巨型雷達(dá)探測(cè)器 格陵蘭基地旨在探測(cè)來(lái)襲的核導(dǎo)彈。這是一個(gè) 美國(guó)彈道導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)(BMEWS)的關(guān)鍵部分。 攝影：Michael Tolzmann 提供 美國(guó)空軍.

　　什么是雷達(dá)?

　　我們可以看到我們周圍世界中的物體，因?yàn)?光 (通常 來(lái)自太陽(yáng))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(huì)。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(jì)算這意味著什么：它告訴你物體有多遠(yuǎn)，并且 讓你的身體移動(dòng)，這樣你就不會(huì)被東西絆倒。

　　雷達(dá)的工作方式大致相同?！袄走_(dá)”一詞代表 RA迪奧 d檢測(cè) 一個(gè)德· r安定——還有那個(gè) 提供了關(guān)于它的作用和工作原理的相當(dāng)大的線索。想象一個(gè) 飛機(jī) 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(shuí)使用雷達(dá)來(lái)幫助他們。飛行員自己通常不使用雷達(dá)作為“飛行儀器” (幫助他們飛行或?qū)Ш降臇|西)，但他們確實(shí)用它來(lái)跟蹤天氣。

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

　　照片：這輛移動(dòng)雷達(dá)卡車可以駕駛 任何需要的地方。這 天線 頂部旋轉(zhuǎn)，因此可以檢測(cè)敵人 來(lái)自任何方向的飛機(jī)或?qū)棥?攝影：Nathanael Callon，由 美國(guó)空軍.

　　雷達(dá)如何使用無(wú)線電?

　　無(wú)論是安裝在飛機(jī)、輪船還是其他任何東西上，雷達(dá) Set 需要相同的基本組件集：生成無(wú)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(dá)操作員 能很快明白。

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

　　光和無(wú)線電波都是 電磁波譜, 這意味著它們由波動(dòng)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(shí)際上是微波，類似于微波 由 微波爐.這 不同之處在于，雷達(dá)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(qiáng)大。

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

　　一旦產(chǎn)生無(wú)線電波，一個(gè) 天線, 作為工作 發(fā)射機(jī)，將它們?nèi)舆M(jìn) 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(dá)天線通常也會(huì)旋轉(zhuǎn)，因此它們 可以檢測(cè)大面積的運(yùn)動(dòng)。無(wú)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(jìn)，直到他們撞到什么東西。然后其中一些 在反射無(wú)線電波波束中也向天線反彈 以光速旅行。波浪的速度至關(guān)重要 重要。如果敵方噴氣式飛機(jī)以超過(guò) 3，000 公里/小時(shí)的速度接近 (2，000 英里/小時(shí))， 雷達(dá)波束需要比這快得多才能到達(dá) 飛機(jī)，返回發(fā)射機(jī)，及時(shí)觸發(fā)報(bào)警。那是 沒問(wèn)題，因?yàn)闊o(wú)線電波(和光)傳播得足夠快 一秒鐘繞地球七圈! 如果敵機(jī)是160公里 (100 英里)之外，雷達(dá)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(dá) 接收器 以及發(fā)射器。事實(shí)上，它在兩個(gè)工作之間交替。 通常，它傳輸無(wú)線電波千分之幾秒， 然后它會(huì)偵聽反射長(zhǎng)達(dá)幾秒鐘 在再次傳輸之前。任何反射的無(wú)線電波被拾取 天線被引導(dǎo)到一塊 電子的 設(shè)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(shè)備過(guò)濾掉來(lái)自地面的無(wú)用反射， 建筑物等，僅顯示對(duì) 屏幕本身。使用雷達(dá)，操作員可以看到附近的任何 船舶 或 飛機(jī)，它們?cè)谀睦?，它們旅行的速度以及在哪? 他們正在前進(jìn)。觀看雷達(dá)屏幕有點(diǎn)像播放視頻 游戲 - 除了屏幕上的斑點(diǎn)代表真實(shí)的飛機(jī)和 船只和最輕微的錯(cuò)誤可能會(huì)奪走許多人的生命。

　　雷達(dá)中還有一個(gè)更重要的設(shè)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(lái)回切換 接收器。當(dāng)天線正在發(fā)送時(shí)，它無(wú)法接收 - 并且 反之亦然?？纯聪旅婵蛑械膱D表，看看所有 雷達(dá)系統(tǒng)的這些部分組合在一起。

　　雷達(dá)如何工作?

　　以下是雷達(dá)工作原理的摘要：

　　磁控管產(chǎn)生高頻無(wú)線電波。

　　雙工器將磁控管切換到天線。

　　天線充當(dāng)發(fā)射器，通過(guò)空氣發(fā)送窄波束無(wú)線電波。

　　無(wú)線電波擊中敵機(jī)并反射回來(lái)。

　　天線在傳輸之間的中斷期間拾取反射波。請(qǐng)注意，同一天線同時(shí)充當(dāng)發(fā)射器和接收器，交替發(fā)送無(wú)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(jì)算機(jī)處理反射波并將其繪制在電視屏幕上。

　　敵機(jī)與任何其他附近目標(biāo)一起出現(xiàn)在電視雷達(dá)顯示屏上。

　　雷達(dá)有什么用?

　　照片：科學(xué)家調(diào)整雷達(dá)天線進(jìn)行跟蹤 氣象氣球穿過(guò)天空。 測(cè)量大氣條件的氣象氣球攜帶 它們下方的反射目標(biāo)將雷達(dá)信號(hào)反射回去 有效。照片由美國(guó)能源部提供。

　　雷達(dá)仍然是最熟悉的軍事技術(shù)。雷達(dá) 安裝在機(jī)場(chǎng)或其他地面站的天線可用于 例如，檢測(cè)接近的敵機(jī)或?qū)棥Ｃ缆?lián)航 各國(guó)擁有非常精細(xì)的彈道導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng) (BMEWS)探測(cè)來(lái)襲導(dǎo)彈，配備三個(gè)主要雷達(dá)探測(cè)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(guó)。然而，使用雷達(dá)的不僅僅是軍隊(duì)。最 民用飛機(jī)和大型船只現(xiàn)在也有雷達(dá)。 每個(gè)主要機(jī)場(chǎng)都有巨大的雷達(dá) 掃描盤以幫助空中交通管制員引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)出， 無(wú)論天氣如何。下次您前往機(jī)場(chǎng)時(shí)，請(qǐng)注意 安裝在控制塔上或附近的旋轉(zhuǎn)雷達(dá)盤。

　　你可能見過(guò)警察在路邊使用雷達(dá)槍 檢測(cè)開得太快的人。這些基于一個(gè) 略有不同的技術(shù)稱為 多普勒雷達(dá). 您可能已經(jīng)注意到，消防車的警報(bào)器在尖叫經(jīng)過(guò)時(shí)似乎降低了音調(diào)。作為 發(fā)動(dòng)機(jī)向您駛來(lái)，警報(bào)器發(fā)出的聲波有效地 擠到更短的距離，所以它們的波長(zhǎng)更短 和更高的頻率——我們聽到的是更高的音調(diào)。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)駛離您時(shí)，它的工作方式恰恰相反 方式 - 使聲波的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，更低的波長(zhǎng) 頻率，音調(diào)較低。所以你聽到警笛的音調(diào)在它的確切時(shí)刻有相當(dāng)明顯的下降 路過(guò)。這稱為 多普勒效應(yīng).

　　照片：行動(dòng)中的雷達(dá)：由賽車手發(fā)明的Gatso測(cè)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(guó)伯明翰智庫(kù)，由解釋這些東西。

　　同樣的科學(xué)也在雷達(dá)測(cè)速槍中發(fā)揮作用。當(dāng)警察 警官向你的汽車發(fā)射雷達(dá)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(huì) 更改波束中無(wú)線電波的頻率。靈敏 雷達(dá)槍中的電子設(shè)備使用這些信息來(lái) 計(jì)算您的汽車行駛速度。

　　雷達(dá)有許多科學(xué)用途。多普勒雷達(dá)也用于 天氣預(yù)報(bào)，以確定風(fēng)暴移動(dòng)的速度和時(shí)間 他們可能會(huì)到達(dá)特定的城鎮(zhèn)。有效 天氣預(yù)報(bào)員向云層發(fā)射雷達(dá)波束，并使用 反射光束測(cè)量雨速 旅行以及它下降的速度?？茖W(xué)家使用一種可見的形式 雷達(dá)稱為 激光 雷達(dá) (光檢測(cè)和 測(cè)距)測(cè)量空氣污染 激光器.考古學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家指出 雷達(dá)向下進(jìn)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(dá)在行動(dòng)：多普勒雷達(dá)單元掃描天空。 照片由美國(guó)能源部提供。

　　不使用雷達(dá)的一個(gè)地方是幫助 潛艇 因?yàn)樗麄?在水下導(dǎo)航。電磁波不容易穿過(guò)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(dǎo)航和測(cè)距)，該系統(tǒng)使用聲音來(lái)“看到”。 對(duì)象而不是無(wú)線電波。然而，潛艇確實(shí)有雷達(dá)系統(tǒng)，可以在它們移動(dòng)時(shí)使用。 在海面上(例如當(dāng)他們進(jìn)出港口時(shí))。

　　照片：美國(guó)宇航局宇航員測(cè)試 探地雷達(dá)(GPR) 用于模擬月球著陸點(diǎn)上的潛在未來(lái)月球任務(wù)。GPR無(wú)需挖掘即可探測(cè)土壤結(jié)構(gòu)并定位埋藏物體，這對(duì)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(duì)策：如何避開雷達(dá)?

　　雷達(dá)在發(fā)現(xiàn)敵機(jī)和船只方面非常有效——所以 以至于軍事科學(xué)家不得不開發(fā)一些解決方法!如果 你有一個(gè)極好的雷達(dá)系統(tǒng)，很可能你的敵人也有一個(gè)。如果 你可以發(fā)現(xiàn)他的飛機(jī)，他可以發(fā)現(xiàn)你的飛機(jī)。所以你真的需要 可以以某種方式將自己“隱藏”在敵人雷達(dá)內(nèi)的飛機(jī) 沒有被發(fā)現(xiàn)。隱身技術(shù)就是為了做到這一點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。 你可能已經(jīng)看到了美國(guó)空軍看起來(lái)很險(xiǎn)惡的B2隱形轟炸機(jī)。 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(wú)線電波束，使敵方雷達(dá)操作員無(wú)法 檢測(cè)它們。隱形飛機(jī)在這方面非常有效，以至于它 出現(xiàn)在雷達(dá)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(jī)是旨在分散的眾多功能之一 無(wú)線電波所以飛機(jī) “消失”在敵方雷達(dá)屏幕上。圓形前翼和 隱藏的發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣管也有助于保持飛機(jī) 無(wú)形。 攝影：Bennie J. Davis III 提供 美國(guó)空軍.

　　誰(shuí)發(fā)明了雷達(dá)?

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

　　藝術(shù)品：雷達(dá)之前的雷達(dá)：克里斯蒂安·許爾斯邁耶的Telemobiloskop早于時(shí)代 雷達(dá)時(shí)隔了三十多年，但本質(zhì)上是相同的概念。這件藝術(shù)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(shè)備來(lái)檢測(cè)附近的其他船只。這些光束是“赫茲波”——我們現(xiàn)在稱之為無(wú)線電波——從萬(wàn)向節(jié)安裝的裝置射出，盡管海水的翻騰運(yùn)動(dòng)，這些裝置始終保持垂直。

　　盡管許多科學(xué)家為雷達(dá)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)， 其中最著名的是一位蘇格蘭物理學(xué)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(guó) 氣象局(全國(guó)主要天氣預(yù)報(bào)) 組織)，幫助他們使用無(wú)線電波來(lái)檢測(cè)即將到來(lái)的風(fēng)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(shí)到 他們可以使用他們正在開發(fā)的技術(shù)來(lái)檢測(cè) 接近敵機(jī)。 一旦他們證明基本設(shè)備可以工作，他們就建造了一個(gè) 精心設(shè)計(jì)的地面雷達(dá)探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)圍繞 英國(guó)海岸線的南部和東部。戰(zhàn)爭(zhēng)期間，英國(guó)的 雷達(dá)防御(稱為 鏈家) 給了它巨大的優(yōu)勢(shì) 這 德國(guó)空軍，在最終盟軍中發(fā)揮了重要作用 勝利。美國(guó)同時(shí)開發(fā)了類似的系統(tǒng) 狀態(tài)，甚至設(shè)法檢測(cè)到日本飛機(jī)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(jī)的重要性，直到它太 晚。