Egy olyan területre vezetném a kedves olvasót, amely még a haditechnikát kedvelők körében sem olyan ismert, mint mondjuk a hagyományos klasszikus fegyverek, értem ez alatt a harckocsikat, repülőgépeket, kézifegyvereket. A légvédelem szeméről és agyáról van szó, azaz a radarokról.



Sokan az angliai csatához kötik a radarok megjelenését és angolszász csodafegyvernek tartják azt, pedig ennél sokkal árnyaltabb a kép. De erre majd konkrét példát is hozok, most kezdjük az alapoknál.

A radar (vagy a régi terminológiában rádiólokátor) működése azon a fizikai jelenségen alapul, hogy az elektromágneses hullámok (adott esetben a rádióhullámok) terjedése hasonló a fényéhez, azaz leegyszerűsítve egyenes vonalban halad, ugyanaz a sebessége mint a fényé és ugyanúgy lehet fókuszálni és „tükrözni” mint a fényt,  csak más eszközök kellenek a létrehozásához, tükrözéséhez és a hordozott információ megjelenítéséhez.



A szükséges mértéknél jobban nem akarok belemenni itt az elektrodinamika rejtélyeibe, de ha a fenti hasonlóságot megértettük, akkor ettől kezdve már csak matematika és fizika kérdésévé válik az egész. Amitől persze nem lesz egyszerűbb a dolog, de majd igyekszem.

A rádióhullám jelenségét még a XIX. század végén számos ismert fizikus tanulmányozta és ennek hozadékaként természetesen rögtön egy halom találmány jelent meg. Heinrich Herz 1886-ban például rájött arra, hogy a rádióhullámok visszaverődnek a tárgyakról. Ezt követte az orosz Popov (mások szerint az olasz Marconi), aki rájött arra, hogy az elektromos szikra rádióhullámokat sugároz, amit távolról érzékelni lehet. Már csak egy kód rendszert kellett hozzá kitalálni (Morse ABC) és készen is volt a távíró.

(Gondolom mindenkinek meg van a süllyedő Titanic, amint a rádiós ismétli az SOS-t. Miért éppen SOS? Erre szép történetek vannak, de az igazság az, hogy ehhez az üzenethez nem kell nagy tudás, ugyanis a Morse ABC-ben ez három rövid, három hosszú, három rövid.)

Na szóval a rádióhullámok felfedezése beindította a feltalálók agyát és mivel a haditengerészetnél hatalmas igény volt a kommunikációra (távíró) és a felderítésre (radar) ezért nem csoda, hogy elsősorban az angol, amerikai, orosz és német flottáknál folytak kísérletek.

Maga a radar szót az Egyesült Államok Haditengerészetének köszönhetjük, 1940-ben kezdték egyszerűsítve használni a Radio Detection And Ranging kifejezést, ami magyarul rádióérzékelést és távmérést jelent. Persze alapvetően a saját és ellenséges hajók, tengeralattjárók helyzetét szerették volna meghatározni éjszaka és rossz látási viszonyok (köd, eső, füst) között, de a repülők megjelenésével ez már „térbeli” – ma úgy mondanánk, hogy háromdimenziós (3D) - problémává vált.

Itt meg is állnék egy pillanatra. Tegyük fel a kérdést magunknak, mit kell tudnunk ahhoz, hogy egyértelműen meg lehessen mondani, hol van egy tárgy a térben. (Még mielött bárki előjön a GPS-szel, rögtön mondom, hogy azt most nem lehet választani. Ez az utolsó 10-20 év terméke)

Nos, kell az iránya és a távolsága.

Az irány tulajdonképpen két összetevőből áll, például, hogy az északi iránytól hány fokra van, illetve a horizont felett hány fokos szögben látható a tárgy. Ha ezeket tudjuk (oldalszög, helyszög, távolság), akkor máris meghatározható egy tárgy relatív (azaz a radarhoz viszonyított) helyzete.


Hogyan mérjük meg az irányt?

Ha az adónkat forgatjuk, akkor lesz egy irány, amikor visszavert jeleket kapunk. Na ezt le kell olvasni egy skáláról és máris számszerűsítettük az irányt. (oldalszög és helyszög)

De hogyan mérünk távolságot?

Egyszerűen megmérjük a kisugárzott és a visszavert jel közötti időt. Mivel ez az idő tulajdonképpen dupla távolságot jelent (egyszer oda és egyszer vissza), ezért egyszerűen elosztjuk kettővel. Magát a távolságot úgy kapjuk meg, hogy a felezett időtartamot megszorozzuk a fény (rádióhullám) sebességével (300 ezer km/h). Pofonegyszerű.

Az ötlet, hogy fémből készült tárgyakat érzékelni lehet a rádióhullámok segítségével egy Christian Hülsmeyer német úriember fejéből pattant ki, aki aztán a ködben nagyjából meg tudta határozni egy hajó irányát, de említsük meg Nikola Tesla nevét is, aki gyakorlatilag megfogalmazta a radar funkcióját: egy adóállomás által kibocsájtott elektromágneses hullám segítségével meghatározhatóvá válik egy mozgó objektum relatív pozíciója vagy iránya, távolsága és sebessége.

És máris ott tartunk, hogy milyen fő részekből kell állnia egy ilyen berendezésnek, azaz radarnak.

Adó, ami előállítja a rádióhullámokat. Antenna, ami kisugározza és felfogja a visszavert rádióhullámokat. Vevő, ami a visszavert rádióhullámokat feldolgozza és megjeleníti a kinyert információkat. Elektromos erőforrás, mert az nélkül nem megy semmi.

A második világháborút megelőzően a radarfejlesztéseket szigorúan titkosan kezelték, nem elsősorban a fizikai elvek miatt, hanem inkább a technológiai kérdések bonyolultsága miatt. Nem véletlen, hogy minden ország komoly erőfeszítéseket tett azért, hogy megtudja az ellenfél fejlesztéseinek állapotát vagy - ha az lehetséges volt - megszerezze magát a technikai kütyüt és aztán lemásolja, majd sajátként használja fel.

Az első működöképes radaroknál olyan adókat építettek, amelyek folyamatosan sugároztak. Ez a megoldás viszonylag alacsony teljesítményt tudott produkálni, amivel nem lehetett messzire „látni”. Az első jelentős változás itt következett be:1934-ben az amerikai Robert M. Page építette meg azt az adót, ami egy impulzust, azaz egy rövid idejű, de jóval nagyobb teljesítményű rádiójelet bocsátott ki. Ezt késöbb egy olyan radarba építettek be, ami a parti ütegek kereső reflektorát forgatta és így vizuálisan láthatóvá tették a felszíni hajókat. Az impulzus kisugárzáson - mint technológiai megoldáson - alapultak a német Rudolf Kühnhold (GEMA) és britt Robert A. Watson természetesen egymástól független kutatásai is.



Az az eszköz, amely képes volt nagyteljesítményű rádióhullámok előállítására a magnetron nevezetű vákumcső volt és Albert Hull találta fel 1920-ban, majd John Randall és Harry Boot a Birminghami Egyetemen 1940-ben továbbfejlesztette. A működéséről csak annyit szeretnék mondani, hogy a főiskolán kilométeres képletekben vezették le a know-how-t, holott elég lett volna annyit tudni, hogy pár kV-os nagyfeszültség van rajta (azaz ne piszkáld!) és a selejt magnetron nagy érték, mert 2-3 kg színtiszta rézből van és egy bazi erős mágnes van körülötte. De ha van valaki, akit érdekel az elektrodinamika az itt olvashat róla.

Az igazsághoz az is hozzátartozik, hogy a magnetron, mint rádióhullám-forrás ismert volt a náci Németországban is, mitöbb 1935-ben Hans Hollman levédette az általa modernizált magnetront, de a hadiipar nem ismerte fel annak jelentőségét és egy másik adócsövet – a kisebb teljesítményű klisztront - részesítettek előnyben. Rossz választás volt, mert a rádiófrekvenciás forrás terén a német radarfejlesztések hátrányba kerültek az angolszászok által használt magnetronnal szemben.

Mellesleg a britt magnetron kifejlesztése olyan tényező volt, hogy árualapként is funkcionált. Churchill hozzájárult ahhoz, hogy az angol kormány nevében Sir Henry Tizard felajánlja az amerikaiaknak a gazdasági és ipari segítség fejében. A Tizzard misszió néven ismert küldetésben a 6 kW teljesítményű magnetron terveit 1940. szeptemberében át is adták az amerikai kormánynak. Addig az amerikaiak csak egy 10 W-os klisztronnal rendelkeztek, amire a gyakorlott  fejszámolók rögtön rávágják, hogy az hatszázszor kisebb teljesítmény!

Nagy-Brittaniában a radarfejlesztés Watson munkásságaként lendült fel, persze ehhez kellett a Légügyi Minisztérium támogatása is. Ennek eredménye lett az a több radarból álló komplexum, amely Anglia keleti és déli partvidékén Chain Home néven került telepítésre 1939-ben. Éppen időben, mert az angliai csata idején ezek az állomások adtak használható adatokat a közeledő német bombázó kötelékek irányáról.



Először mutatkozott meg a radar fontossága és a harcot tulajdonképpen megvívó légierő hatékony irányításában játszott szerepe. Az adótornyok 120 fokos szögben sugározták be a légteret, míg a külön felállított vevőantennákkal 500 méteres pontossággal tudták meghatározni a célok magasságát és természetesen irányát. Megvalósult az első működőképes felderítő lokátor koncepciója.

A Chain Home egy letelepített rendszer volt, azaz az adó- és vevőtornyokat nem lehetett odébb vinni, ami persze roppant sebezhetővé tette a rendszert és amikor a németek rájöttek, hogy a csatorna felett a német bombázókra váró RAF vadászgépek és a furcsa tornyok között kapcsolat van, nem is haboztak azokat támadni. Új követelmények merültek fel: a radar legyen mozgékony, kezelhetőbb, pontosabb és lehetőleg ne egy pacából lehessen következtetni a közeledő hadra, hanem lehetőség szerint a repülőgépek mennyisége és pályája is meghatározható legyen. A magnetronnak köszönhetően az angolszászoknak centiméterekben kifejezhető hullámhosszúságú rádióhullámokat sikerült létrehozni. Ennek a pontosságban és a felbontásban volt nagy szerepe, ami nagy teljesítménnyel és viszonylag kis fizikai antenna méretekkel járt együtt.

Megjelentek a repülőgép fedélzetére telepített radarok. Alan Blumlein és Bernard Lovell megalkották az első tengerészeti járőrgépen telepített radart (H2S), amivel állítólag még a lemerült tengeralattjárok felszín fölé kinyúló periszkópját is ki lehetett mutatni. Bár ez szerintem egy kicsit túlzás lehet…

A német oldal is rádöbbent a radarokban rejlő lehetőségekre. 1937-ben a német haditengerészet céljaira megépítették a Freya felderítő radart. Később ugyanazt a szerepet töltötte be, mint a britt Chain Home. Lényeges különbség volt, hogy a kisugárzott rádióhullám hullámhossza csak 1,2 m volt, szemben a Chain Home 12 méterével.

A hullámhossz azért vált fontossá, mert így drasztikusan megnőtt a Freya „felbontóképessége”, amivel már a kisebb méretű replülőgépek is felderíthetővé váltak, azaz következtetni lehetett a repülőgépek számára, típusára (bombázó vagy vadászgép).

Egy másik német fejlesztés a repülőfedélzeti éjszakai radarokat megépítése volt. Ezektől azt várták, hogy a vadászpilóták éjszaka is meg tudják mondani az ellenséges a bombázóraj irányát, majd amikor azokat megközelítették, fényszóróval megvilágítsák és lelőjjék azokat. Nos, az az igazság, hogy a megfelő teljesítmény hiánya miatt az éjszakai vadászok sok sikert nem tudtak elérni, így valami más is kellett.

Akik már lőttek valamilyen fegyverrel mozgó célpontra, azok tudják, hogy egy kicsit mindig elé kell célozni, azaz be kell számítani azt az elmozdulást, ami ahhoz kell, hogy a lövedék pont eltalálja a célt. Tulajdonképpen a tűzvezető radarok ezt a funkciót látják el: megmérik a cél adatait (irány, távolság), kiszámolják a sebességét, számításba veszik a saját fegyverek tulajdonságait (lövedék sebessége, tömege), kiszámolják azt a kicsi, de fontos korrekciót, amivel adott esetben a légvédelmi ágyúknak a cél elé kell tartania.

A cél adatainak mérése a tűzvezető lokátor, míg a korrekció kiszámítása a lőelemképző feladata volt, mitöbb, ezeket gyakran egybe is építették. Amint látjuk, itt már komoly számítások vannak, nem véletlen, hogy a számítógépek gyökerei ide – a lőelemképzőkhöz – is visszanyúlnak.

De hogyan lehetséges egy repülőgép adatainak igazán pontos mérése, netán a repülés követése és az ágyúk ráírányítása célra?

És itt a németek nagyot alkottak: a Würzburg  radarok megépítésével létrehozták a klasszikus kialakítású légvédelmi tűzvezető radarokat. Azért mondom ezt, mert a győztes nagyhatalmak – beleértve a Szovjetuniót is - aztán évtizedekig használták ezt a receptet.

Egy új, fontos szerkezeti elem jelent meg, ez volt a parabola antenna. Manapság a műholdas televíziózás elterjedésével minden harmadik házon láthatunk ilyet, igaz, kisebbeket.

A parabola antenna pontosan úgy viselkedik mint az autók reflektora: ha a fókuszpontba egy fényforrást teszünk, akkor a tükörről történő visszaverődés után egy erős fénynyalábot kapunk. A radarnál ez persze egy viszonylag keskeny rádióhullám-nyalábot jelentett. Ha a visszavert jelet ugyanezzel az antennával felfogjuk, akkor máris pontosan meghatározható (skálán leolvasható, elektromos jellé átalakítható) adatokat kapunk.

Na de hogyan lehet követni a célt, hogyan lehet azt automatizálni?


A németek azt találták ki, hogy a sugárforrást nem pontosan a fókuszban helyezték el, hanem egy kicsit attól távolabb, és a tengelytől kis szöget bezárva. Ha ezt a sugárforrást még meg is forgatjuk, akkor azt tapasztaljuk, hogy a nyalábunk egy kúpot fog kirajzolni a térben. Ha a repülőgép a parabola tengelyében van, akkor pontosan „ránézünk”, beavatkozás nem szükséges. Ha viszont egy kicsit a tengelytől eltér, akkor a jelek különbségéből már hibajelet lehet létrehozni, ami egy motorvezérlő rendszert irányít, azaz a parabola antennát addig forgatja, amíg a cél újból a tengelybe kerül. Ezt a szakzsargonban kúpos letapogatásnak hívjuk és az elvet mai napig használják, ha valamilyen tárgy automatikus követéséről van szó.

Így tehát már vannak koordináták, most már csak a pici korrekciót kell bevinni – ez a lőelemképző feladata – és az ágyúcsövek már fordulhatnak is a kellő irányba. A fejlesztésért felelős GEMA (Gesellschaft für Elektroakustische und Mechanische Apparate) már 1939-ben bemutatta Hitlernek a FuMG 62-t, ami a Würzburg prototípusa volt.

Ez a radar már 2 mikorszekundumos impulzusokat sugárzott 53 centiméteres hullámhosszon, igaz, kisteljesítményű klisztronokat használtak. Ez 29 km-es „látótávolságot” és 25 méteres „felbontóképességet” produkált.

A továbbfejlesztett Würzburgot már háromméteres összecsukható parabolaantennával szerelték és kéttengelyes kerekes alvázzal mozgathatóvá tették. Ez prakatikusan azt jelentette, hogy mozgatható és letelepíthető volt, azaz egy város vagy egy fontosabb gyár köré szervezett légvédelmet kíválóan ki tudta szolgálni.

A Würzburg radarokat 1940-ben rendszeresítették a német hadseregben és nem kevesebb, mint 4000 darabot gyártottak belőle, miközben folyamatosan fejlesztették azokat.

A Würzburg A-nál még manuálisan követték az ellenséges repülőgépeket a maximális visszavert jel nagysága szerint és a célkoordinátákat verbálisan adták át az ütegeknek.

A Würzburg B-nél – kapaszkodjunk meg – infravörös vevőt is beépítettek, ezzel akarták pontosítani a cél követését. Bár az ötlet mai szemmel jónak tűnhet, de akkoriban ez még komoly technologiai problémát jelentett: le is állították a gyártását.

A Würzburg C-nél már megjelenik a kúpos letapogatás primitív elődje: még nem forgatják a sugárzót, hanem két sugárzót kapcsolagattak felváltva. A kezelő ilyenkor két különböző nagyságú jelet látott a képernyőn és addig kellett neki manuálisan forgatni az antennát, amíg ez a két jel egyforma nagyságú lett, azaz a cél a parabola tengelyébe került.

A Würzburg D-nél (1941) már sikeresen működőtt a korábban említett kúpos letapogatás, és bár jelentősen megnövekedett a pontossága, ez még nem volt elégséges egy tűzvezető radar számára.

A Würzburg Riese (FuMG 65) a D verzió technológiájára épült, de megnövelték a parabola antenna méretét 7,4 méterre és megnövelték az adó teljesítményét is, amivel már 70 km-es látótávolságot értek el. De ami még fontosabb: megnövekedett a célkoordináták pontossága és ezzel már légvédelmi ütegeket lehetett vezérelni. Ebből 1500 darab készült.

Még megtervezték a Würzburg Riese Gigant-ot 160 kW adóteljesítménnyel, de már a gyártósorra nem kerülhetett.



A Würzburg rendszer annyira felkeltette a brittek figyelmét, hogy még partraszállással egybekötött kommandósakciót is indítottak a radarok „elcsenésére” és természetesen megsemmísitésére. Ez volt az Operation Biting, amikor a farncia tengerparton Bruneval városkánál 1942. februárjában egy kis csapat sikeresen lerohanta a radarállomást és az azt biztosító garnizont. A csapatban voltak technikusok is, akik szétszerelték a radart és a fontosabb alkatrészeket hazavitték Angliába, amelyeket természetesen lemásoltak.



A náci Németország a megszállt Franciaország területén telepített Freya felderítő radarokból kiépített hálózattal, illetve Berlin és az ipari centrumok köre szervezett légvédelmi tüzérséggel először valósította meg a légtér szervezett figyelését és a nagyobb városok légvédelmét. Korábbi írásaimban a tankgyilkos 88-asnál és a légvédelmi tornyoknál erre már utaltam.

A Würzburg Riese tűzvezető radar megjelenése az amúgy is kíváló 88 mm-es FLAK-ok mellett jelentős veszteségeket okozott az angolszász bombázóknak, még ha teljesen visszaverni azokat nem is tudta. A győztes nagyhatalmak a háború után sikeresen „alkalmazták” ezeket a módszertani és technológia eredményeket. Természetesen a korral ezeket továbbfejlesztették, de ha megnézzük a háború utáni légvédelmi tüzér és rakéta fejlesztéseket a markánsan felfedezhetőek bennük a német radarok korábbi megoldásai.

Jelenleg több Würzburg radar is megtekinthető a világon, az egyik például Douvres farncia városkában:



Forrás és képek: Wikipedia, internet
Összefoglaló a német radarokról