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La historia del radar ( radar significa detección y medición de radio ) comenzó con los experimentos de Heinrich Hertz a finales del siglo XIX que demostraron que las ondas de radio se reflejaban en los objetos metálicos. Esta posibilidad fue sugerida en el trabajo seminal de James Clerk Maxwell sobre el electromagnetismo . Sin embargo, no fue hasta principios del siglo XX cuando los sistemas capaces de utilizar estos principios se hicieron ampliamente disponibles, y fue el inventor alemán Christian Hülsmeyer quien los utilizó por primera vez para construir un dispositivo de detección de barcos simple destinado a ayudar a evitar colisiones en la niebla (Reichspatent Nr. 165546). El radar verdadero que proporcionaba información direccional y de alcance, como el sistema de alerta temprana británico Chain Home , se desarrolló durante las siguientes dos décadas.
El desarrollo de sistemas capaces de producir pulsos cortos de energía de radio fue el avance clave que permitió la existencia de los sistemas de radar modernos. Al cronometrar los pulsos en un osciloscopio , se podía determinar el alcance y la dirección de la antena revelaba la ubicación angular de los objetivos. Los dos, combinados, producían una "fijación", ubicando el objetivo en relación con la antena. En el período 1934-1939, ocho naciones desarrollaron de forma independiente, y en gran secreto, sistemas de este tipo: el Reino Unido, Alemania, los Estados Unidos , la URSS , Japón, los Países Bajos, Francia e Italia. Además, Gran Bretaña compartió su información con los Estados Unidos y cuatro países de la Commonwealth: Australia, Canadá, Nueva Zelanda y Sudáfrica, y estos países también desarrollaron sus propios sistemas de radar. Durante la guerra, Hungría se agregó a esta lista. [1] El término RADAR fue acuñado en 1939 por el Cuerpo de Señales de los Estados Unidos mientras trabajaba en estos sistemas para la Armada. [2]
Los avances durante la guerra fueron rápidos y de gran importancia, probablemente uno de los factores decisivos para la victoria de los Aliados . Un desarrollo clave fue el magnetrón en el Reino Unido, [3] que permitió la creación de sistemas relativamente pequeños con una resolución submétrica. Al final de las hostilidades, Gran Bretaña, Alemania, Estados Unidos, la URSS y Japón tenían una amplia variedad de radares terrestres y marítimos, así como pequeños sistemas aerotransportados. Después de la guerra, el uso del radar se amplió a numerosos campos, incluidos: la aviación civil , la navegación marítima, los radares para la policía, la meteorología e incluso la medicina. Los desarrollos clave en el período de posguerra incluyen el tubo de ondas viajeras como una forma de producir grandes cantidades de microondas coherentes , el desarrollo de sistemas de retardo de señal que llevaron a los radares de matriz en fase y frecuencias cada vez mayores que permiten resoluciones más altas. Los aumentos en la capacidad de procesamiento de señales debido a la introducción de computadoras de estado sólido también han tenido un gran impacto en el uso del radar.
El lugar que ocupa el radar en la historia más amplia de la ciencia y la tecnología ha sido discutido de forma diferente por distintos autores. Por un lado, el radar contribuyó muy poco a la teoría, que era ampliamente conocida desde los tiempos de Maxwell y Hertz. Por lo tanto, el radar no hizo avanzar la ciencia, sino que fue simplemente una cuestión de tecnología e ingeniería. Maurice Ponte, uno de los desarrolladores del radar en Francia, afirma:
El principio fundamental del radar pertenece al patrimonio común de los físicos; al fin y al cabo, lo que queda en mérito real a los técnicos se mide por la realización efectiva de los materiales operativos. [4]
Pero otros señalan las inmensas consecuencias prácticas del desarrollo del radar. Mucho más que la bomba atómica, el radar contribuyó a la victoria aliada en la Segunda Guerra Mundial. [5] Robert Buderi [6] afirma que también fue el precursor de gran parte de la tecnología moderna. De una reseña de su libro:
... el radar ha sido la raíz de una amplia gama de logros desde la guerra, produciendo un verdadero árbol genealógico de tecnologías modernas. Gracias al radar, los astrónomos pueden cartografiar los contornos de planetas lejanos, los médicos pueden ver imágenes de órganos internos, los meteorólogos pueden medir la lluvia que cae en lugares distantes, los viajes en avión son cientos de veces más seguros que los viajes por carretera, las llamadas telefónicas de larga distancia son más baratas que el correo postal, las computadoras se han vuelto omnipresentes y la gente común puede cocinar sus cenas diarias en el tiempo entre comedias de situación, con lo que solía llamarse un alcance de radar. [7]
En años posteriores, el radar se utilizó en instrumentos científicos, como el radar meteorológico y el radar astronómico .
Entre 1886 y 1888, el físico alemán Heinrich Hertz realizó una serie de experimentos que demostraron la existencia de ondas electromagnéticas (incluidas las ondas de radio ), predichas en ecuaciones desarrolladas entre 1862 y 1864 por el físico escocés James Clerk Maxwell . En el experimento de Hertz de 1887, descubrió que estas ondas se transmitirían a través de diferentes tipos de materiales y también se reflejarían en superficies metálicas de su laboratorio, así como en conductores y dieléctricos . Hertz y otros físicos demostraron que la naturaleza de estas ondas, que son similares a la de la luz visible en su capacidad de reflejarse, refractarse y polarizarse, sería demostrada por experimentos posteriores. [8]
El pionero de la radio Guglielmo Marconi se dio cuenta de que las ondas de radio se reflejaban de vuelta al transmisor por los objetos en los experimentos con radiobalizas que llevó a cabo el 3 de marzo de 1899 en la llanura de Salisbury. [9] En 1916, él y el ingeniero británico Charles Samuel Franklin utilizaron ondas cortas en sus experimentos, que fueron fundamentales para el desarrollo práctico del radar. [10] Relataría sus hallazgos seis años después en un documento de 1922 presentado ante la Institución de Ingenieros Eléctricos de Londres:
También describí pruebas realizadas en la transmisión de un haz de ondas reflejadas a través del país... y señalé la posibilidad de la utilidad de un sistema de este tipo si se aplica a faros y buques faro, de modo que permita a los buques en tiempo brumoso localizar puntos peligrosos alrededor de las costas... [Ahora] me parece que debería ser posible diseñar [un] aparato por medio del cual un barco pudiera irradiar o proyectar un haz divergente de estos rayos en cualquier dirección deseada, rayos que, si se cruzaran con un objeto metálico, como otro vapor o barco, se reflejarían de vuelta a un receptor apantallado del transmisor local en el barco transmisor, y de ese modo revelarían inmediatamente la presencia y el rumbo del otro barco en la niebla o en tiempo denso. [11] [12] [13]
En 1904, Christian Hülsmeyer hizo demostraciones públicas en Alemania y los Países Bajos del uso de ecos de radio para detectar barcos y evitar colisiones. Su dispositivo consistía en un simple chispero que se utilizaba para generar una señal que se dirigía mediante una antena dipolo con un reflector parabólico cilíndrico . Cuando una señal reflejada desde un barco era captada por una antena similar conectada al receptor coherer separado , sonaba una campana. Durante el mal tiempo o la niebla, el dispositivo giraba periódicamente para comprobar si había barcos cercanos. El aparato detectaba la presencia de barcos hasta a 3 kilómetros (1,6 millas náuticas) y Hülsmeyer planeó ampliar su capacidad a 10 kilómetros (5,4 millas náuticas). No proporcionaba información de alcance (distancia), solo advertía de un objeto cercano. Patentó el dispositivo, llamado telemobiloscopio , pero debido a la falta de interés por parte de las autoridades navales , la invención no se puso en producción. [14]
Hülsmeyer también recibió una enmienda de patente para estimar la distancia hasta el barco. Mediante un escaneo vertical del horizonte con el telemobiloscopio montado en una torre, el operador encontraría el ángulo en el que el retorno era más intenso y deduciría, mediante una simple triangulación, la distancia aproximada. Esto contrasta con el desarrollo posterior del radar pulsado, que determina la distancia a través del tiempo de tránsito bidireccional del pulso.
Christian Hülsmeyer construyó en Alemania en 1904 un dispositivo basado en radio para indicar de forma remota la presencia de barcos. El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos lo reconoció como la invención del primer sistema de radar funcional con la inauguración de un hito histórico del IEEE en octubre de 2019. [15]
Durante las tres décadas siguientes, en Alemania se desarrollaron varios sistemas de detección basados en radio, pero ninguno de ellos eran radares pulsados. Esta situación cambió antes de la Segunda Guerra Mundial. Se describen los avances en tres industrias líderes. [16]
A principios de la década de 1930, el físico Rudolf Kühnhold , director científico del Instituto de Sistemas de Comunicación de la Kriegsmarine (NVA, por sus siglas en alemán ) en Kiel , intentó mejorar los métodos acústicos de detección submarina de barcos y llegó a la conclusión de que la precisión deseada en la medición de la distancia a los objetivos solo podía lograrse mediante el uso de ondas electromagnéticas pulsadas .
En 1933, Kühnhold intentó probar por primera vez este concepto con un equipo de transmisión y recepción que operaba en la región de microondas a 13,5 cm (2,22 GHz). El transmisor utilizaba un tubo Barkhausen-Kurz (el primer generador de microondas) que producía solo 0,1 vatios. Al no tener éxito, pidió ayuda a Paul-Günther Erbslöh y Hans-Karl Freiherr von Willisen, operadores de radioaficionados que estaban desarrollando un sistema VHF para comunicaciones. Ellos aceptaron con entusiasmo y, en enero de 1934, formaron una empresa, Gesellschaft für Elektroakustische und Mechanische Apparate (GEMA), para el proyecto. Desde el principio, la empresa siempre se llamó simplemente GEMA. [17]
En GEMA se empezó a trabajar en serio en un dispositivo de medición de radio para la investigación. Hans Hollmann y Theodor Schultes, ambos afiliados al prestigioso Instituto Heinrich Hertz de Berlín, se sumaron como asesores. El primer aparato utilizaba un magnetrón de ánodo partido comprado a Philips en los Países Bajos. Este proporcionaba unos 70 W a 50 cm (600 MHz), pero sufría de inestabilidad de frecuencia. Hollmann construyó un receptor regenerativo y Schultes desarrolló antenas Yagi para transmitir y recibir. En junio de 1934, se detectaron grandes buques que pasaban por el puerto de Kiel mediante interferencias Doppler a una distancia de unos 2 km (1,2 mi). En octubre, se observaron fuertes reflexiones de un avión que pasó por el haz, lo que abrió la posibilidad de considerar otros objetivos además de los barcos.
Kühnhold luego cambió el trabajo de GEMA a un sistema modulado por pulsos. Se utilizó un nuevo magnetrón Philips de 50 cm (600 MHz) con mejor estabilidad de frecuencia. Se moduló con pulsos de 2 μs a una frecuencia de pulso de 2000 Hz. La antena transmisora era una matriz de 10 pares de dipolos con una malla reflectante. El receptor regenerativo de banda ancha utilizó tubos Acorn de RCA, y la antena receptora tenía tres pares de dipolos e incorporaba conmutación de lóbulos . Un dispositivo de bloqueo (un duplexor ) cerraba la entrada del receptor cuando el transmisor pulsaba. Se utilizó un tubo Braun (un CRT) para mostrar el rango.
El equipo se probó por primera vez en un sitio del Ejército del Norte de África en la bahía de Lübecker, cerca de Pelzerhaken. Durante mayo de 1935, detectó señales de los bosques al otro lado de la bahía a una distancia de 15 km (9,3 mi). Sin embargo, tuvo un éxito limitado al detectar un barco de investigación, el Welle , a poca distancia. Luego se reconstruyó el receptor y se convirtió en un equipo superregenerativo con dos etapas de frecuencia intermedia. Con este receptor mejorado, el sistema rastreó fácilmente los barcos a una distancia de hasta 8 km (5,0 mi).
En septiembre de 1935, se realizó una demostración al Comandante en Jefe de la Kriegsmarine . El rendimiento del sistema fue excelente; el alcance se leía en el tubo Braun con una tolerancia de 50 metros (menos del 1 por ciento de variación), y la conmutación de lóbulos permitió una precisión direccional de 0,1 grados. Históricamente, este fue el primer buque de guerra equipado con radar. Aunque este aparato no se puso en producción, GEMA recibió fondos para desarrollar sistemas similares que operaran alrededor de 50 cm (500 MHz). Estos se convirtieron en el Seetakt para la Kriegsmarine y el Freya para la Luftwaffe (Fuerza Aérea Alemana).
Kühnhold permaneció en el NVA, pero también fue consultor de la GEMA. Muchos alemanes lo consideran el padre del radar. Entre 1933 y 1936, Hollmann escribió el primer tratado exhaustivo sobre microondas, Physik und Technik der ultrakurzen Wellen (Física y técnica de las ondas ultracortas), Springer 1938.
En 1933, cuando Kühnhold estaba experimentando por primera vez con microondas en el NVA, había solicitado información a Telefunken sobre válvulas de microondas (Telefunken era el mayor proveedor de productos de radio en Alemania). Allí, Wilhelm Tolmé Runge le había dicho que no había válvulas de vacío disponibles para esas frecuencias. De hecho, Runge ya estaba experimentando con transmisores de alta frecuencia y tenía al departamento de válvulas de Telefunken trabajando en dispositivos de longitud de onda de centímetros.
En el verano de 1935, Runge, ahora director del Laboratorio de Investigación de Radio de Telefunken, inició un proyecto financiado internamente en detección basada en radio. Utilizando tubos Barkhausen-Kurz, se construyó un receptor de 50 cm (600 MHz) y un transmisor de 0,5 W. Con las antenas colocadas planas sobre el suelo a cierta distancia una de la otra, Runge hizo que un avión volara por encima y descubrió que el receptor emitía una fuerte señal de interferencia Doppler. [18]
Runge, ahora con Hans Hollmann como consultor, continuó desarrollando un sistema de 1,8 m (170 MHz) utilizando modulación de pulsos. Wilhelm Stepp desarrolló un dispositivo de transmisión-recepción (un duplexor ) para permitir una antena común. Stepp también nombró al sistema Darmstadt en honor a su ciudad natal, iniciando la práctica en Telefunken de dar a los sistemas nombres de ciudades. El sistema, con solo unos pocos vatios de potencia de transmisión, se probó por primera vez en febrero de 1936, detectando un avión a unos 5 km (3,1 mi) de distancia. Esto llevó a la Luftwaffe a financiar el desarrollo de un sistema de tiro de 50 cm (600 MHz), el Würzburg . [19]
Desde antes de la Primera Guerra Mundial, Standard Elektrik Lorenz había sido el principal proveedor de equipos de comunicación para el ejército alemán y era el principal rival de Telefunken. A finales de 1935, cuando Lorenz descubrió que Runge en Telefunken estaba realizando investigaciones en equipos de detección basados en radio, comenzaron una actividad similar bajo la dirección de Gottfried Müller. Se construyó un equipo modulado por pulsos llamado Einheit für Abfragung (DFA - Dispositivo para la detección). Utilizaba un tubo tipo DS-310 (similar al Acorn) que operaba a 70 cm (430 MHz) y tenía una potencia de aproximadamente 1 kW, tenía antenas de transmisión y recepción idénticas hechas con filas de dipolos de media longitud de onda respaldados por una pantalla reflectora.
A principios de 1936, los primeros experimentos permitieron detectar reflejos en edificios de gran tamaño a una distancia de hasta 7 km. Se duplicó la potencia utilizando dos tubos y, a mediados de 1936, se instaló el equipo en unos acantilados cerca de Kiel y se obtuvieron buenas detecciones de barcos a 7 km y de aviones a 4 km.
El éxito de este conjunto experimental fue comunicado a la Kriegsmarine , pero no mostraron interés; ya estaban comprometidos con GEMA para obtener un equipo similar. Además, debido a los amplios acuerdos entre Lorenz y muchos países extranjeros, las autoridades navales tenían reservas sobre la posibilidad de que la empresa se encargara de trabajos clasificados. Luego se hizo una demostración del DFA al Heer (ejército alemán), y contrataron a Lorenz para desarrollar el Kurfürst (Elector), un sistema para apoyar el Flugzeugabwehrkanone (Flak, cañones antiaéreos).
En 1915, Robert Watson Watt se unió a la Oficina Meteorológica como meteorólogo , trabajando en una estación remota en Aldershot en Hampshire . Durante los siguientes 20 años, estudió fenómenos atmosféricos y desarrolló el uso de señales de radio generadas por rayos para mapear la posición de tormentas eléctricas . La dificultad de señalar la dirección de estas señales fugaces utilizando antenas direccionales giratorias condujo, en 1923, al uso de osciloscopios para mostrar las señales. La operación finalmente se trasladó a las afueras de Slough en Berkshire , y en 1927 formó la Estación de Investigación de Radio (RRS), Slough, una entidad bajo el Departamento de Investigación Científica e Industrial (DSIR). Watson Watt fue nombrado Superintendente de la RRS.
A medida que se acercaban las nubes de guerra sobre Gran Bretaña, la probabilidad de ataques aéreos y la amenaza de invasión por aire y mar impulsaron un gran esfuerzo para aplicar la ciencia y la tecnología a la defensa. En noviembre de 1934, el Ministerio del Aire creó el Comité para el Estudio Científico de la Defensa Aérea (CSSAD, por sus siglas en inglés) con la función oficial de considerar "hasta qué punto los avances recientes en el conocimiento científico y técnico pueden utilizarse para fortalecer los métodos actuales de defensa contra aeronaves hostiles". Comúnmente llamado "Comité Tizard" en honor a su presidente, Sir Henry Tizard , este grupo tuvo una profunda influencia en los avances técnicos en Gran Bretaña.
El Excmo. Sr. Wimperis, Director de Investigación Científica del Ministerio del Aire y miembro del Comité Tizard, había leído un artículo de un periódico alemán que afirmaba que los alemanes habían construido un rayo de la muerte utilizando señales de radio, acompañado de una imagen de una antena de radio muy grande. Preocupado y posiblemente entusiasmado por esta posibilidad, pero muy escéptico al mismo tiempo, Wimperis buscó a un experto en el campo de la propagación de radio que pudiera juzgar el concepto. Watt, Superintendente de la RRS, ya estaba bien establecido como una autoridad en el campo de la radio, y en enero de 1935, Wimperis se puso en contacto con él para preguntarle si la radio podría usarse para un dispositivo de ese tipo. Después de discutirlo con su asistente científico, Arnold F. 'Skip' Wilkins , Wilkins realizó rápidamente un cálculo aproximado que mostraba que la energía requerida sería enorme. Watt respondió que esto era poco probable, pero agregó el siguiente comentario: "Se está centrando la atención en el problema aún difícil, pero menos prometedor, de la detección de radio y se presentarán consideraciones numéricas sobre el método de detección por ondas de radio reflejadas cuando sea necesario". [20]
Durante las semanas siguientes, Wilkins consideró el problema de la detección por radio. Esbozó un enfoque y lo respaldó con cálculos detallados de la potencia necesaria del transmisor, las características de reflexión de una aeronave y la sensibilidad necesaria del receptor. Propuso utilizar un receptor direccional basado en el concepto de detección de rayos de Watt, escuchando las señales potentes de un transmisor independiente. La sincronización, y por lo tanto las mediciones de distancia, se lograrían activando la traza del osciloscopio con una señal silenciada del transmisor y luego simplemente midiendo los retornos contra una escala. Watson Watt envió esta información al Ministerio del Aire el 12 de febrero de 1935, en un informe secreto titulado "La detección de aeronaves por métodos de radio".
La reflexión de las señales de radio era fundamental para la técnica propuesta, y el Ministerio del Aire preguntó si esto podía probarse. Para probarlo, Wilkins instaló un equipo receptor en un campo cerca de Upper Stowe, Northamptonshire . El 26 de febrero de 1935, un bombardero Handley Page Heyford voló a lo largo de una trayectoria entre la estación receptora y las torres de transmisión de una estación de onda corta de la BBC en la cercana Daventry . El avión reflejó la señal de 6 MHz (49 m) de la BBC, y Arnold "Skip" Wilkins la detectó fácilmente utilizando interferencias Doppler a distancias de hasta 8 millas (13 km). Esta prueba convincente, conocida como el Experimento Daventry , fue presenciada por un representante del Ministerio del Aire, y condujo a la autorización inmediata para construir un sistema de demostración completo. Este experimento fue reproducido más tarde por Wilkins para el episodio "Ver cien millas" de la serie de televisión de la BBC de 1977 The Secret War .
El equipo diseñó y construyó un sistema preliminar en la RRS, basado en la transmisión pulsada utilizada para sondear la ionosfera . El transmisor que tenían tenía una potencia pico de aproximadamente 1 kW, y Wilkins había estimado que se necesitarían 100 kW. Edward George Bowen se sumó al equipo para diseñar y construir un transmisor de este tipo. El transmisor de Bowens operaba a 6 MHz (50 m), tenía una frecuencia de repetición de pulsos de 25 Hz, un ancho de pulso de 25 μs y se acercaba a la potencia deseada.
Orfordness , una estrecha península de 31 kilómetros en Suffolk , a lo largo de la costa del Mar del Norte , fue seleccionada como el sitio de pruebas. Aquí el equipo sería operado abiertamente bajo la apariencia de una estación de monitoreo ionosférico. A mediados de mayo de 1935, el equipo fue trasladado a Orfordness. Se erigieron seis torres de madera, dos para tender la antena transmisora y cuatro para las esquinas de las antenas receptoras cruzadas. En junio, comenzaron las pruebas generales del equipo.
El 17 de junio se detectó el primer objetivo: un hidroavión Supermarine Scapa a una distancia de 27 km (17 mi). [21] Es históricamente correcto que, el 17 de junio de 1935, se demostró por primera vez la detección y medición de distancias por radio en Gran Bretaña [ cita requerida ] . En general, se atribuye a Watson Watt, Wilkins y Bowen la iniciación de lo que más tarde se llamaría radar en esta nación. [22]
En diciembre de 1935, el Tesoro británico destinó 60.000 libras esterlinas para un sistema de cinco estaciones llamado Chain Home (CH), que cubriría los accesos al estuario del Támesis . El secretario del Comité Tizard, Albert Percival Rowe , acuñó el acrónimo RDF como tapadera para el trabajo, que significa Range and Direction Finding (radiogoniometría), pero que sugiere el ya conocido Radio Direction Finding ( radiogoniometría).
A finales de 1935, en respuesta al reconocimiento de Lindemann de la necesidad de equipos de detección e interceptación nocturna, y al darse cuenta de que los transmisores existentes eran demasiado pesados para las aeronaves, Bowen propuso instalar solo receptores, lo que más tarde se llamaría radar biestático . [23] Las propuestas de Frederick Lindemann para sensores infrarrojos y minas aéreas resultarían poco prácticas. [24] Se necesitarían los esfuerzos de Bowen, a instancias de Tizard, que estaba cada vez más preocupado por la necesidad, para ver el radar aire-superficie-buque (ASV) y, a través de él, el radar de interceptación de aeronaves (AI) , para que se hicieran realidad. [25]
En 1937, el equipo de Bowen instaló su rudimentario radar ASV , el primer equipo aerotransportado del mundo, para detectar a la Home Fleet en condiciones meteorológicas adversas. [26] Solo en la primavera de 1939, "como una cuestión de gran urgencia" después del fallo del sistema de reflectores Silhouette, [27] se centró la atención en el uso del ASV para la interceptación aire-aire (AI). [27] Demostrado en junio de 1939, el AI recibió una cálida recepción del mariscal jefe del aire Hugh Dowding , y aún más de Churchill . Esto resultó problemático. [27] Su precisión, que dependía de la altura de la aeronave, significaba que el CH, capaz de alcanzar solo 4 mi (6,4 km), no era lo suficientemente preciso para colocar una aeronave dentro de su rango de detección, y se requirió un sistema adicional. [28] Su chasis de madera tenía una preocupante tendencia a incendiarse (incluso con la atención de técnicos expertos), [29] tanto que Dowding, cuando le dijeron que Watson-Watt podía proporcionar cientos de aparatos, exigió "diez que funcionaran". [30] Los aparatos Cossor y MetroVick tenían un peso excesivo para su uso en aviones [27] y la RAF carecía de pilotos de caza nocturnos , observadores [31] y aviones adecuados. [32] [ página necesaria ]
En 1940, John Randall y Harry Boot desarrollaron el magnetrón de cavidad , que hizo realidad el radar de diez centímetros (longitud de onda). Este dispositivo, del tamaño de un plato de comida pequeño, podía llevarse fácilmente en un avión y la longitud de onda corta significaba que la antena también sería pequeña y, por lo tanto, adecuada para montarla en un avión. La longitud de onda corta y la alta potencia lo hicieron muy eficaz para detectar submarinos desde el aire.
Para ayudar a Chain Home a realizar cálculos de altura, a pedido de Dowding, se introdujo en 1940 la calculadora eléctrica tipo Q (comúnmente llamada "Fruit Machine"). [26]
La solución a las intercepciones nocturnas la proporcionaría el Dr. WB "Ben" Lewis, quien propuso una nueva pantalla de control terrestre más precisa, el Indicador de Posición del Plan (PPI), un nuevo radar de Intercepción Controlada por Tierra (GCI) y un radar AI confiable . [28] Los equipos AI finalmente serían construidos por EMI . [29] El GCI se retrasó indudablemente por la oposición de Watson-Watt y su creencia de que el CH era suficiente, así como por la preferencia de Bowen por usar ASV para la navegación, a pesar de que el Mando de Bombarderos negó su necesidad, y por la confianza de Tizard en el defectuoso sistema Silhouette. [33]
En marzo de 1936, el trabajo en Orfordness se trasladó a Bawdsey Manor , cerca del continente. Hasta ese momento, el trabajo había estado oficialmente bajo la responsabilidad del DSIR, pero ahora se transfirió al Ministerio del Aire. En la nueva estación de investigación de Bawdsey, se montó el equipo Chain Home (CH) como prototipo. Hubo problemas con el equipo cuando la Royal Air Force (RAF) realizó los primeros ejercicios con la estación prototipo en septiembre de 1936. Estos problemas se solucionaron en abril del año siguiente y el Ministerio del Aire comenzó a planificar una red más grande de estaciones.
El hardware inicial en las estaciones CH era el siguiente: el transmisor operaba en cuatro frecuencias preseleccionadas entre 20 y 55 MHz, ajustables en 15 segundos, y entregaba una potencia pico de 200 kW. La duración del pulso era ajustable entre 5 y 25 μs, con una frecuencia de repetición seleccionable entre 25 o 50 Hz. Para la sincronización de todos los transmisores CH, el generador de pulsos estaba bloqueado a los 50 Hz de la red eléctrica británica. Cuatro torres de acero de 360 pies (110 m) sostenían las antenas de transmisión, y cuatro torres de madera de 240 pies (73 m) sostenían conjuntos de dipolos cruzados en tres niveles diferentes. Se utilizó un goniómetro para mejorar la precisión direccional de las múltiples antenas receptoras.
En el verano de 1937, las primeras 20 estaciones de CH estaban en funcionamiento. Antes de fin de año, la RAF realizó un importante ejercicio que tuvo tanto éxito que el Tesoro destinó 10.000.000 de libras esterlinas para una cadena completa de estaciones costeras. A principios de 1938, la RAF asumió el control de todas las estaciones de CH y la red comenzó a funcionar con regularidad.
En mayo de 1938, Rowe reemplazó a Watson Watt como superintendente en Bawdsey. Además del trabajo en CH y sistemas sucesores, ahora había un trabajo importante en equipo RDF aerotransportado. Esto estaba dirigido por EG Bowen y se centraba en equipos de 200 MHz (1,5 m). La frecuencia más alta permitía antenas más pequeñas, apropiadas para la instalación en aeronaves.
Desde el inicio del trabajo del RDF en Orfordness, el Ministerio del Aire mantuvo informados en general al Ejército Británico y a la Marina Real; esto llevó a que ambas fuerzas tuvieran sus propios desarrollos de RDF.
En 1931, en la Estación de Investigación Woolwich del Establecimiento Experimental de Señales del Ejército (SEE), WAS Butement y PE Pollard habían examinado señales pulsadas de 600 MHz (50 cm) para la detección de barcos. Aunque prepararon un memorando sobre este tema y realizaron experimentos preliminares, por razones no definidas el Ministerio de Guerra no lo tuvo en cuenta. [34]
A medida que avanzaba el trabajo del Ministerio del Aire sobre el RDF, el coronel Peter Worlledge, de la Junta Real de Ingenieros y Señales, se reunió con Watson Watt y recibió información sobre el equipo y las técnicas del RDF que se estaban desarrollando en Orfordness. Su informe, "El método propuesto para la detección de aviones y sus perspectivas", llevó al SEE a establecer una "Célula del Ejército" en Bawdsey en octubre de 1936. Esta estaba bajo el mando de E. Talbot Paris y el personal incluía a Butement y Pollard. El trabajo de la Célula enfatiza dos tipos generales de equipo RDF: sistemas de apuntamiento de cañones (GL) para ayudar a los cañones antiaéreos y reflectores, y sistemas de defensa costera (CD) para dirigir la artillería costera y la defensa de las bases del Ejército en el extranjero.
Pollard dirigió el primer proyecto, una unidad de radio móvil (MRU) con cañón de alcance. Este sistema montado sobre un camión fue diseñado como una versión pequeña de una estación CH. Operaba a 23 MHz (13 m) con una potencia de 300 kW. Una única torre de 105 pies (32 m) sostenía una antena de transmisión, así como dos antenas de recepción dispuestas ortogonalmente para estimar el rumbo de la señal. En febrero de 1937, una unidad de desarrollo detectó una aeronave a una distancia de 60 millas (96 km). El Ministerio del Aire también adoptó este sistema como un auxiliar móvil para el sistema CH.
A principios de 1938, Butement comenzó a desarrollar un sistema de CD basado en los equipos aerotransportados de 200 MHz (1,5 m) de Bowen. El transmisor tenía una frecuencia de pulso de 400 Hz, un ancho de pulso de 2 μs y una potencia de 50 kW (que luego se incrementó a 150 kW). Aunque se utilizaron muchos de los componentes del transmisor y receptor de Bowen, el sistema no sería aerotransportado, por lo que no había limitaciones en cuanto al tamaño de la antena.
El mérito principal de la introducción de los sistemas RDF con haz en Gran Bretaña debe atribuirse a Butement. Para el CD, desarrolló un gran conjunto de dipolos, de 10 pies (3,0 m) de alto y 24 pies (7,3 m) de ancho, que proporcionaba haces mucho más estrechos y una mayor ganancia. Este podía girar a una velocidad de hasta 1,5 revoluciones por minuto. Para lograr una mayor precisión direccional, se adoptó la conmutación de lóbulos en las antenas receptoras. Como parte de este desarrollo, formuló la primera relación matemática (al menos en Gran Bretaña) que más tarde se conocería como la "ecuación de alcance del radar".
En mayo de 1939, el CD RDF podía detectar aviones que volaban a una altura de hasta 150 m y a una distancia de 40 km. Con una antena situada a 18 m sobre el nivel del mar, podía determinar la distancia de un barco de 2000 toneladas a 39 km y con una precisión angular de tan solo un cuarto de grado.
Aunque la Marina Real mantuvo un estrecho contacto con el trabajo del Ministerio del Aire en Bawdsey, decidieron establecer su propio desarrollo RDF en el Departamento Experimental de la Escuela de Señales de Su Majestad (HMSS) en Portsmouth , Hampshire , en la costa sur.
El HMSS comenzó a trabajar en el RDF en septiembre de 1935. Los primeros esfuerzos, bajo la dirección de RF Yeo, se realizaron en frecuencias entre 75 MHz (4 m) y 1,2 GHz (25 cm). Todo el trabajo se llevó a cabo bajo el mayor secreto; ni siquiera se podía hablar de él con otros científicos e ingenieros en Portsmouth. Finalmente se desarrolló un equipo que solo funcionaba en el rango de 75 MHz y se lo denominó Tipo 79X. Se realizaron pruebas básicas utilizando un buque escuela, pero el funcionamiento fue insatisfactorio.
En agosto de 1937, el desarrollo de la RDF en el HMSS cambió y muchos de sus mejores investigadores se incorporaron a la actividad. John DS Rawlinson fue el responsable de mejorar el Tipo 79X. Para aumentar la eficiencia, redujo la frecuencia a 43 MHz (longitud de onda de 7 metros). Denominado Tipo 79Y, tenía antenas de transmisión y recepción independientes y estacionarias.
Los prototipos del sistema de alerta aérea Tipo 79Y se probaron con éxito en el mar a principios de 1938. El alcance de detección en aeronaves era de entre 30 y 50 millas (48 y 80 km), dependiendo de la altura. Los sistemas se pusieron en servicio en agosto en el crucero HMS Sheffield y en octubre en el acorazado HMS Rodney . Estos fueron los primeros buques de la Marina Real con sistemas RDF. [35]
En los Estados Unidos, tanto la Armada como el Ejército necesitaban medios para localizar a distancia los barcos y aviones enemigos. En 1930, ambos servicios iniciaron el desarrollo de equipos de radio que pudieran satisfacer esta necesidad. Hubo poca coordinación entre estos esfuerzos, por lo que los describiremos por separado.
En el otoño de 1922, Albert H. Taylor y Leo C. Young , del Laboratorio de Radio para Aeronaves Navales de los Estados Unidos, estaban realizando experimentos de comunicación cuando notaron que un barco de madera en el río Potomac estaba interfiriendo con sus señales. Prepararon un memorando en el que sugerían que esto podría usarse para la detección de barcos en una defensa portuaria, pero su sugerencia no fue aceptada. [36] En 1930, Lawrence A. Hyland , que trabajaba con Taylor y Young, ahora en el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos (NRL) en Washington, DC, utilizó una disposición similar de equipo de radio para detectar un avión que pasara. Esto condujo a una propuesta y patente para usar esta técnica para detectar barcos y aviones. [37]
Un simple aparato de interferencia de ondas puede detectar la presencia de un objeto, pero no puede determinar su ubicación o velocidad . Esto tuvo que esperar a la invención del radar pulsado y, más tarde, a técnicas de codificación adicionales para extraer esta información de una señal de CW. Cuando el grupo de Taylor en el NRL no tuvo éxito en lograr que la radio de interferencia fuera aceptada como un medio de detección, Young sugirió probar técnicas de pulsos. Esto también permitiría la determinación directa de la distancia al objetivo. En 1924, Hyland y Young habían construido un transmisor de este tipo para Gregory Breit y Merle A. Tuve en la Carnegie Institution de Washington para medir con éxito la altura de la ionosfera . [38]
Robert Morris Page fue designado por Taylor para implementar la sugerencia de Young. Page diseñó un transmisor que operaba a 60 MHz y emitía pulsos de 10 μs de duración y 90 μs entre pulsos. En diciembre de 1934, el aparato se utilizó para detectar un avión a una distancia de una milla (1,6 km) que volaba de arriba a abajo por el Potomac. Aunque el rango de detección era pequeño y las indicaciones en el monitor del osciloscopio eran casi indistintas, demostró el concepto básico de un sistema de radar pulsado. [39] Basándose en esto, a Page, Taylor y Young se les atribuye generalmente la construcción y demostración del primer radar pulsado del mundo.
Un importante desarrollo posterior de Page fue el duplexor , un dispositivo que permitía que el transmisor y el receptor utilizaran la misma antena sin sobrecargar ni destruir los sensibles circuitos del receptor. Esto también resolvió el problema asociado con la sincronización de antenas separadas del transmisor y el receptor, que es fundamental para la determinación precisa de la posición de objetivos de largo alcance.
Los experimentos con radares pulsados continuaron, principalmente para mejorar el receptor para que pudiera manejar los pulsos cortos. En junio de 1936, el primer prototipo de sistema de radar del NRL, que ahora funcionaba a 28,6 MHz, fue presentado a funcionarios del gobierno, y logró rastrear con éxito una aeronave a distancias de hasta 25 millas (40 km). Su radar se basaba en señales de baja frecuencia , al menos para los estándares actuales, y por lo tanto requería antenas grandes , lo que lo hacía poco práctico para su montaje en barcos o aeronaves.
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El tamaño de la antena es inversamente proporcional a la frecuencia de operación; por lo tanto, la frecuencia de operación del sistema se aumentó a 200 MHz, lo que permitió antenas mucho más pequeñas. La frecuencia de 200 MHz era la más alta posible con los tubos transmisores y otros componentes existentes. El nuevo sistema se probó con éxito en el NRL en abril de 1937. Ese mismo mes, se realizó la primera prueba en el mar. El equipo se instaló temporalmente en el USS Leary , con una antena Yagi montada en el cañón de un cañón para barrer el campo de visión.
Basándose en el éxito de las pruebas en el mar, el NRL mejoró aún más el sistema. Page desarrolló el oscilador en anillo , que permite múltiples tubos de salida y aumenta la potencia de pulso a 15 kW en pulsos de 5 μs. Se utilizó una antena "bedspring" de dipolo apilado de 20 por 23 pies (6 x 7 m). En pruebas de laboratorio durante 1938, el sistema, ahora designado XAF , detectó aviones a distancias de hasta 100 millas (160 km). Se instaló en el acorazado USS New York para pruebas en el mar a partir de enero de 1939, y se convirtió en el primer equipo de detección y medición de distancia por radio operativo en la flota estadounidense.
En mayo de 1939, se adjudicó un contrato a RCA para su producción. El sistema, denominado CXAM , comenzó a entregarse en mayo de 1940. El acrónimo RADAR proviene de "Radio Detection And Ranging" (Detección y medición de distancia por radio). [40] Uno de los primeros sistemas CXAM se instaló a bordo del USS California , un acorazado que se hundió en el ataque japonés a Pearl Harbor el 7 de diciembre de 1941.
Cuando comenzó la Gran Depresión , las condiciones económicas llevaron al Cuerpo de Señales del Ejército de los EE. UU. a consolidar sus operaciones de laboratorio en Fort Monmouth, Nueva Jersey . El 30 de junio de 1930, estos laboratorios recibieron el nombre de Laboratorios del Cuerpo de Señales (SCL, por sus siglas en inglés) y el teniente coronel (Dr.) William R. Blair fue nombrado director del SCL.
Entre otras actividades, el SCL se encargó de la investigación en el campo de la detección de aeronaves por medios acústicos y de radiación infrarroja . Blair había realizado su investigación doctoral sobre la interacción de las ondas electromagnéticas con materiales sólidos, y naturalmente se centró en este tipo de detección. Inicialmente, se intentó detectar la radiación infrarroja , ya sea procedente del calor de los motores de los aviones o reflejada por grandes reflectores con filtros infrarrojos, así como de las señales de radio generadas por el encendido del motor.
Se logró cierto éxito en la detección por infrarrojos, pero poco se logró con la radio. En 1932, los avances del Laboratorio de Investigación Naval (NRL) en materia de interferencias de radio para la detección de aeronaves se transmitieron al Ejército. Si bien no parece que Blair utilizara ninguna de estas informaciones, el SCL emprendió un estudio sistemático de lo que se sabía entonces en todo el mundo sobre los métodos de generación, modulación y detección de señales de radio en la región de las microondas .
Los primeros esfuerzos definitivos del SCL en la detección de objetivos por radio comenzaron en 1934, cuando el Jefe del Cuerpo de Señales del Ejército, después de ver una demostración de microondas por parte de la RCA , sugirió que se investigaran las técnicas de eco de radio. El SCL llamó a esta técnica radio position-finder (RPF). Basándose en las investigaciones anteriores, el SCL probó por primera vez las microondas. Durante 1934 y 1935, las pruebas del equipo RPF de microondas dieron como resultado la obtención de señales desplazadas por Doppler, inicialmente a solo unos cientos de pies de distancia y luego a más de una milla. Estas pruebas implicaban una disposición biestática, con el transmisor en un extremo de la ruta de la señal y el receptor en el otro, y el objetivo reflectante pasando a través o cerca de la ruta.
Evidentemente, Blair no estaba al tanto del éxito de un sistema pulsado en el NRL en diciembre de 1934. En una nota interna de 1935, Blair había comentado:
Ahora se está considerando el esquema de proyectar una secuencia interrumpida de trenes de oscilaciones contra el objetivo e intentar detectar los ecos durante los intersticios entre las proyecciones. [ cita requerida ]
En 1936, W. Delmar Hershberger, ingeniero jefe de la SCL en ese momento, inició un modesto proyecto de transmisión de microondas pulsada. Al no tener éxito con las microondas, Hershberger visitó el NRL (donde había trabajado anteriormente) y vio una demostración de su equipo pulsado. De regreso en la SCL, él y Robert H. Noyes construyeron un aparato experimental utilizando un transmisor de 75 vatios y 110 MHz (2,73 m) con modulación de pulsos y un receptor basado en el del NRL. El Departamento de Guerra rechazó una solicitud de financiación para el proyecto , pero se desviaron 75.000 dólares para apoyo de una asignación anterior para un proyecto de comunicación.
En octubre de 1936, Paul E. Watson se convirtió en el ingeniero jefe del SCL y dirigió el proyecto. Se realizó una instalación de campo cerca de la costa con el transmisor y el receptor separados por una milla. El 14 de diciembre de 1936, el equipo experimental detectó a una distancia de hasta 11 km (7 mi) aeronaves que entraban y salían de la ciudad de Nueva York. [41]
Luego se comenzó a trabajar en un sistema prototipo. Ralph I. Cole dirigió el trabajo del receptor y William S. Marks dirigió las mejoras del transmisor. Se utilizaron receptores y antenas separados para la detección de acimut y elevación . Tanto la antena receptora como la transmisora utilizaron grandes conjuntos de cables dipolares en marcos de madera. La salida del sistema estaba destinada a apuntar un reflector . La primera demostración del conjunto completo se realizó la noche del 26 de mayo de 1937. Se detectó un bombardero y luego se iluminó con el reflector. Entre los observadores se encontraba el Secretario de Guerra , Henry A. Woodring; quedó tan impresionado que al día siguiente se dieron órdenes para el desarrollo completo del sistema. El Congreso otorgó una asignación de $ 250.000.
La frecuencia se incrementó a 200 MHz (1,5 m). El transmisor utilizaba 16 tubos en un circuito oscilador en anillo (desarrollado en el NRL), que producía una potencia máxima de unos 75 kW. El mayor James C. Moore fue asignado para dirigir el complejo diseño eléctrico y mecánico de las antenas de conmutación de lóbulos . Se trajeron ingenieros de Western Electric y Westinghouse para ayudar en el desarrollo general. Designado SCR-268 , un prototipo se demostró con éxito a fines de 1938 en Fort Monroe , Virginia. Western Electric comenzó la producción de equipos SCR-268 en 1939 y entró en servicio a principios de 1941.
Incluso antes de que el SCR-268 entrara en servicio, ya había sido mejorado considerablemente. En un proyecto dirigido por el Mayor (Dr.) Harold A. Zahl , se desarrollaron dos nuevas configuraciones: el SCR-270 (móvil) y el SCR-271 (de sitio fijo). Se seleccionó el funcionamiento a 106 MHz (2,83 m) y un solo tubo refrigerado por agua proporcionaba una potencia de salida de 8 kW (100 kW pulsados). Westinghouse recibió un contrato de producción y comenzó las entregas a finales de 1940.
El ejército desplegó cinco de los primeros equipos SCR-270 en torno a la isla de Oahu , en Hawái. A las 7:02 de la mañana del 7 de diciembre de 1941, uno de estos radares detectó un vuelo de aviones a una distancia de 219 km (136 millas) hacia el norte. La observación se transmitió a un centro de alerta de aeronaves, donde se identificó erróneamente como un vuelo de bombarderos estadounidenses que se sabía que se aproximaban desde el continente. La alarma no fue atendida y a las 7:48, el avión japonés atacó por primera vez Pearl Harbor.
En 1895, Alexander Stepanovich Popov , un instructor de física en la escuela de la Armada Imperial Rusa en Kronstadt , desarrolló un aparato que utilizaba un tubo cohesor para detectar rayos distantes. Al año siguiente, agregó un transmisor de chispa y demostró el primer equipo de comunicación por radio en Rusia. Durante 1897, mientras probaba esto en la comunicación entre dos barcos en el mar Báltico , tomó nota de una interferencia causada por el paso de un tercer barco. En su informe, Popov escribió que este fenómeno podría usarse para detectar objetos, pero no hizo nada más con esta observación.
En los años siguientes a la Revolución rusa de 1917 y a la creación de la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS o Unión Soviética) en 1924, la Luftwaffe alemana contaba con aviones capaces de penetrar profundamente en territorio soviético. Por ello, la detección de aeronaves durante la noche o por encima de las nubes era de gran interés para las Fuerzas de Defensa Aérea Soviéticas (PVO).
La PVO dependía de dispositivos ópticos para localizar objetivos y el físico Pavel K. Oshchepkov dirigía investigaciones para mejorar estos dispositivos. En junio de 1933, Oshchepkov cambió su investigación de la óptica a las técnicas de radio y comenzó el desarrollo de una estación electromagnética de reconocimiento (razvedyvlatl'naya elektromagnitnaya stantsiya). En poco tiempo, Oshchepkov fue nombrado responsable de un sector de experiencia técnica de la PVO dedicado a las técnicas de radiolocalización (radiolocalización), así como de la dirección de una Oficina de Diseño Especial (SKB, spetsialnoe konstruktorskoe byuro) en Leningrado .
La Dirección General de Artillería (GAU) era considerada el "cerebro" del Ejército Rojo . No sólo contaba con ingenieros y físicos competentes en su estado mayor central, sino que también contaba con varios institutos de investigación científica. Por ello, la GAU también se encargó de la detección de aeronaves, y el teniente general MM Lobanov fue designado responsable de dicha tarea.
Después de examinar el equipo óptico y acústico existente, Lobanov también se dedicó a las técnicas de radiolocalización. Para ello se puso en contacto con el Tsentral'naya Radiolaboratoriya (TsRL, Laboratorio Central de Radio) en Leningrado. Allí, Yu. K. Korovin estaba realizando investigaciones sobre comunicaciones VHF y había construido un transmisor de 50 cm (600 MHz) y 0,2 W utilizando un tubo Barkhausen-Kurz . Para probar el concepto, Korovin dispuso las antenas de transmisión y recepción a lo largo de la trayectoria de vuelo de un avión. El 3 de enero de 1934, se recibió una señal Doppler por reflexiones del avión a unos 600 m de alcance y a una altitud de 100-150 m. [42]
Para seguir investigando sobre los métodos de detección, la Academia Rusa de Ciencias (RAN) organizó una importante conferencia sobre este tema para la PVO . La conferencia se celebró en Leningrado a mediados de enero de 1934 y fue presidida por Abram Fedorovich Ioffe , director del Instituto Físico-Técnico de Leningrado (LPTI). Ioffe era considerado en general el mejor físico ruso de su tiempo. Se discutieron todos los tipos de técnicas de detección, pero la radiolocalización recibió la mayor atención.
Para difundir las conclusiones de la conferencia a un público más amplio, las actas se publicaron el mes siguiente en una revista. En ella se incluía toda la información existente hasta entonces sobre la radiolocalización en la URSS, disponible (en ruso) para los investigadores de este campo en todo el mundo. [43]
Reconociendo el valor potencial de la radiolocalización para el ejército, la GAU firmó un acuerdo por separado con el Instituto de Electrofísica de Leningrado (LEPI) para un sistema de radiolocalización. Este esfuerzo técnico fue dirigido por BK Shembel. El LEPI había construido un transmisor y un receptor para estudiar las características de radioreflexión de varios materiales y objetivos. Shembel rápidamente convirtió esto en un sistema experimental de radiolocalización biestática llamado Bistro (Rapid).
El transmisor Bistro , que funcionaba a 4,7 m (64 MHz), producía cerca de 200 W y estaba modulado en frecuencia por un tono de 1 kHz. Una antena de transmisión fija proporcionaba una amplia cobertura de lo que se denominaba radioekran (pantalla de radio). Un receptor regenerativo , situado a cierta distancia del transmisor, tenía una antena dipolo montada en un mecanismo reciprocante accionado manualmente. Un avión que pasara por la zona protegida reflejaría la radiación y el receptor detectaría la interferencia Doppler entre las señales transmitidas y reflejadas.
El Bistro se probó por primera vez durante el verano de 1934. Con el receptor a una distancia de hasta 11 km del transmisor, el equipo solo podía detectar un avión que entrara en una pantalla a unos 3 km (1,9 mi) de distancia y a menos de 1000 m. Con las mejoras, se creía que tenía un alcance potencial de 75 km, y se encargaron cinco equipos en octubre para pruebas de campo. [44] El Bistro se cita a menudo como el primer sistema de radar de la URSS; sin embargo, no era capaz de medir directamente el alcance y, por lo tanto, no podía clasificarse como tal.
Tanto LEPI como TsRL pasaron a formar parte de Nauchno-issledovatelsky institut-9 (NII-9, Instituto de Investigación Científica #9), una nueva organización de la GAU inaugurada en Leningrado en 1935. Mikhail A. Bonch-Bruyevich , un renombrado físico de radio que anteriormente trabajaba en TsRL y en la Universidad de Leningrado, fue nombrado Director Científico del NII-9.
La investigación sobre magnetrones comenzó en la Universidad de Járkov en Ucrania a mediados de la década de 1920. Antes de que terminara la década, esto había dado lugar a publicaciones con distribución mundial, como la revista alemana Annalen der Physik ( Anales de Física ). [45] Basándose en este trabajo, Ioffe recomendó que una parte del LEPI se transfiriera a la ciudad de Járkov , lo que dio lugar a la formación del Instituto Ucraniano de Física y Tecnología (LIPT) en 1930. Dentro del LIPT, el Laboratorio de Oscilaciones Electromagnéticas (LEMO), dirigido por Abram A. Slutskin , continuó con el desarrollo de magnetrones. Dirigido por Aleksandr S. Usikov, se desarrollaron varios magnetrones avanzados de ánodo segmentado. (Se observa que estos y otros magnetrones tempranos desarrollados en la URSS sufrieron inestabilidad de frecuencia, un problema en su uso en los sistemas de radar soviéticos).
En 1936, uno de los magnetrones de Usikov que producía unos 7 W a 18 cm (1,7 GHz) fue utilizado por Shembel en el NII-9 como transmisor en un radioiskatel (radiobuscador) llamado Burya (Tormenta). Con un funcionamiento similar al de Bistro , el alcance de detección era de unos 10 km y proporcionaba coordenadas de acimut y elevación estimadas con una precisión de 4 grados. No se intentó convertirlo en un sistema pulsado, por lo que no podía proporcionar alcance y no estaba calificado para ser clasificado como un radar. Sin embargo, fue el primer sistema de detección por radio de microondas.
Mientras Shembel y Bonch-Bruyevich trabajaban en sistemas de onda continua en el NII-9, Oshehepkov, del SKB, y VV Tsimbalin, del LPTI de Ioffe, estaban trabajando en un sistema pulsado. En 1936, construyeron un equipo de radiolocalización que funcionaba a 4 m (75 MHz) con una potencia pico de unos 500 W y una duración de pulso de 10 μs. Antes de fin de año, las pruebas utilizando sitios de transmisión y recepción separados dieron como resultado la detección de un avión a 7 km. En abril de 1937, con la potencia pico del pulso aumentada a 1 kW y la separación de las antenas también aumentada, la prueba mostró un alcance de detección de cerca de 17 km a una altura de 1,5 km. Aunque era un sistema pulsado, no era capaz de proporcionar alcance directamente: la técnica de utilizar pulsos para determinar el alcance aún no se había desarrollado.
En junio de 1937, de repente se detuvo todo el trabajo de radiolocalización en Leningrado. La infame Gran Purga del dictador Joseph Stalin se extendió por los altos mandos militares y la comunidad científica que los apoyaba. El jefe de la PVO fue ejecutado. Oshchepkov, acusado de "delito grave", fue sentenciado a 10 años en un campo de trabajos forzados del Gulag . La NII-9 como organización se salvó, pero Shenbel fue despedido y Bonch-Bruyevich fue nombrado nuevo director. [46]
El Instituto de Investigación Científica de Señales del Ejército Rojo (NIIIS-KA) se había opuesto inicialmente a la investigación en radiolocalización y favorecía en su lugar las técnicas acústicas. Sin embargo, esta parte del Ejército Rojo ganó poder como resultado de la Gran Purga y cambió de postura, presionando con fuerza para el rápido desarrollo de sistemas de radiolocalización. Se hicieron cargo del laboratorio de Oshchepkov y se hicieron responsables de todos los acuerdos existentes y futuros para la investigación y la producción en fábrica. Al escribir más tarde sobre la Purga y sus efectos posteriores, el general Lobanov comentó que ésta condujo a que el desarrollo se colocara bajo una sola organización y a la rápida reorganización del trabajo. [47]
En el antiguo laboratorio de Oshchepkov, AI Shestako continuó trabajando con el sistema de transmisión pulsada de 4 m (75 MHz). Mediante la pulsación, el transmisor produjo una potencia pico de 1 kW, el nivel más alto generado hasta el momento. En julio de 1938, un sistema experimental biestático de posición fija detectó una aeronave a unos 30 km de distancia a alturas de 500 m, y a 95 km de distancia, para objetivos que volaban a gran altura a 7,5 km de altitud. El sistema todavía no era capaz de determinar directamente la distancia. El proyecto fue retomado por el LPTI de Ioffe, lo que resultó en el desarrollo de un sistema móvil denominado Redut (Reducto). Se utilizó una disposición de nuevos tubos transmisores, que proporcionaban una potencia pico cercana a los 50 kW con una duración de pulso de 10 μs. Se adoptaron antenas Yagi tanto para la transmisión como para la recepción.
El Redut fue probado en campo por primera vez en octubre de 1939, en un sitio cerca de Sebastopol , un puerto en Ucrania en la costa del Mar Negro . Estas pruebas fueron en parte para mostrar a la NKKF (Armada Soviética) el valor de la radiolocalización de alerta temprana para proteger puertos estratégicos. Con el equipo en un acantilado a unos 160 metros sobre el nivel del mar, se detectó un hidroavión a distancias de hasta 150 km. Las antenas Yagi estaban espaciadas a unos 1.000 metros; por lo tanto, se requirió una estrecha coordinación para apuntarlas en sincronización. Una versión mejorada del Redut, el Redut-K, fue desarrollada por Aksel Berg en 1940 y colocada a bordo del crucero ligero Molotov en abril de 1941. Molotov se convirtió en el primer buque de guerra soviético equipado con radar. [48]
En el Instituto Nacional de Física de Moscú-9, dirigido por Bonch-Bruyevich, los científicos desarrollaron dos tipos de generadores de microondas muy avanzados. En 1938, Nikolai Devyatkov desarrolló un tubo de vacío de velocidad modulada con haz lineal ( klistrón ) , basado en diseños de Járkov. Este dispositivo producía unos 25 W a 15-18 cm (2,0-1,7 GHz) y se utilizó más tarde en sistemas experimentales. Devyatkov siguió con un dispositivo más sencillo, de un solo resonador ( klistrón réflex ). En esa misma época, DE Malyarov y NF Alekseyev estaban construyendo una serie de magnetrones, también basados en diseños de Járkov; el mejor de ellos producía 300 W a 9 cm (3 GHz).
También en NII-9, DS Stogov fue puesto a cargo de las mejoras del sistema Bistro . Rebautizado como Reven (Ruibarbo), fue probado en agosto de 1938, pero sólo fue marginalmente mejor que su predecesor. Con pequeñas mejoras operativas adicionales, se convirtió en un sistema móvil llamado Radio Ulavlivatel Samoletov (RUS, Radio Catcher of Aircraft), pronto designado como RUS-1 . Este sistema biestático de onda continua tenía un transmisor montado en un camión que operaba a 4,7 m (64 MHz) y dos receptores montados en el camión.
Aunque el transmisor RUS-1 se encontraba en una cabina en la parte trasera de un camión, la antena tenía que estar tendida entre postes externos anclados al suelo. Un segundo camión que transportaba el generador eléctrico y otros equipos se apoyaba contra el camión transmisor. Se utilizaron dos receptores, cada uno en una cabina montada en el camión con una antena dipolo en un poste giratorio extendido por encima. En uso, los camiones receptores se colocaron a unos 40 km de distancia; por lo tanto, con dos posiciones, sería posible hacer una estimación aproximada del alcance mediante triangulación en un mapa.
El sistema RUS-1 se probó y se puso en producción en 1939, y entró en servicio en 1940, convirtiéndose en el primer sistema de radiolocalización empleado en el Ejército Rojo. Antes de finales de 1941 se construyeron unos 45 sistemas RUS-1 en la fábrica Svetlana de Leningrado, que se desplegaron a lo largo de las fronteras occidentales de la URSS y en el Lejano Oriente. Sin embargo, sin capacidad de medición directa de distancias, el ejército consideró que el RUS-1 era de poca utilidad.
Incluso antes de la desaparición de los esfuerzos en Leningrado, el NIIIS-KA había contratado a la UIPT en Járkov para investigar un sistema de radiolocalización pulsada para aplicaciones antiaéreas. Esto llevó al LEMO, en marzo de 1937, a iniciar un proyecto financiado internamente con el nombre en clave Zenit (un equipo de fútbol popular en ese momento). El desarrollo del transmisor fue dirigido por Usikov, proveedor del magnetrón utilizado anteriormente en el Burya . Para el Zenit , Usikov utilizó un magnetrón de 60 cm (500 MHz) pulsado a una duración de 10-20 μs y que proporcionaba una potencia pulsada de 3 kW, que luego se incrementó a cerca de 10 kW. Semion Braude lideró el desarrollo de un receptor superheterodino utilizando un magnetrón sintonizable como oscilador local . El sistema tenía antenas de transmisión y recepción separadas separadas unos 65 m, construidas con dipolos respaldados por reflectores parabólicos de 3 metros .
El Zenit se probó por primera vez en octubre de 1938. En este caso, se detectó un bombardero de tamaño mediano a una distancia de 3 km. La prueba fue observada por el NIIIS-KA y se determinó que era suficiente para iniciar un proyecto contratado. Se llegó a un acuerdo en mayo de 1939, especificando el rendimiento requerido y exigiendo que el sistema estuviera listo para producción en 1941. Se aumentó la potencia del transmisor, se añadieron sensores automotrices a las antenas para permitirles realizar un seguimiento y se mejoró la sensibilidad del receptor utilizando un triodo de bellota RCA 955 como oscilador local.
En septiembre de 1940 se realizó una demostración del Zenit mejorado . En ella se demostró que el alcance, la altitud y el acimut de un avión que volaba a alturas entre 4.000 y 7.000 metros se podían determinar a una distancia de hasta 25 km. Sin embargo, el tiempo necesario para estas mediciones era de unos 38 segundos, demasiado tiempo para su uso por parte de baterías antiaéreas. Además, con las antenas apuntadas en un ángulo bajo, había una zona muerta a cierta distancia causada por la interferencia de las reflexiones a nivel del suelo. Si bien este rendimiento no era satisfactorio para aplicaciones inmediatas de tiro, fue el primer sistema de radiolocalización de tres coordenadas completo en la Unión Soviética y mostró el camino para los sistemas futuros. [49]
En el LEMO se siguió trabajando en el Zenit , en particular en su conversión en un sistema de una sola antena denominado Rubin . Sin embargo, este esfuerzo se vio interrumpido por la invasión de la URSS por parte de Alemania en junio de 1941. Poco después, se ordenó que las actividades de desarrollo en Járkov se evacuaran al Lejano Oriente. Los esfuerzos de investigación en Leningrado se dispersaron de manera similar. [50]
Después de ocho años de esfuerzos por parte de físicos e ingenieros altamente calificados, la URSS entró en la Segunda Guerra Mundial sin un sistema de radar completamente desarrollado y en funcionamiento.
Como nación marinera, Japón mostró un interés temprano en las comunicaciones inalámbricas (radio). El primer uso conocido de la telegrafía inalámbrica en la guerra en el mar fue por parte de la Armada Imperial Japonesa , al derrotar a la Flota Imperial Rusa en 1904 en la Batalla de Port Arthur . Hubo un interés temprano en el equipo de radiogoniometría , para su uso tanto en navegación como en vigilancia militar. La Armada Imperial desarrolló un excelente receptor para este propósito en 1921, y pronto la mayoría de los buques de guerra japoneses tenían este equipo.
En las dos décadas que transcurrieron entre las dos guerras mundiales, la tecnología de radio en Japón avanzó a la par de la de las naciones occidentales. Sin embargo, hubo a menudo impedimentos para transferir estos avances al ejército. Durante mucho tiempo, los japoneses habían creído que tenían la mejor capacidad de combate de cualquier fuerza militar del mundo. Los líderes militares, que entonces también controlaban el gobierno, creían sinceramente que las armas, los aviones y los barcos que habían construido eran plenamente suficientes y, con ellos, el ejército y la marina japoneses eran invencibles. En 1936, Japón se unió a la Alemania nazi y a la Italia fascista en un Pacto Tripartito .
La ingeniería de radio era una disciplina muy importante en las instituciones de educación superior de Japón, especialmente en las universidades imperiales (financiadas por el gobierno). Esto incluía estudios de grado y posgrado, así como investigación académica en este campo. Se establecieron relaciones especiales con universidades e institutos extranjeros, particularmente en Alemania, y los profesores e investigadores japoneses solían viajar al extranjero para realizar estudios avanzados.
La investigación académica tendió a mejorar las tecnologías básicas, más que sus aplicaciones específicas. Se realizaron muchas investigaciones sobre osciladores de alta frecuencia y alta potencia, como el magnetrón , pero la aplicación de estos dispositivos se dejó generalmente en manos de investigadores industriales y militares.
Uno de los investigadores de radio más conocidos de Japón en la era de 1920-1930 fue el profesor Hidetsugu Yagi . Después de realizar estudios de posgrado en Alemania, Inglaterra y Estados Unidos, Yagi se unió a la Universidad de Tohoku , donde su investigación se centró en antenas y osciladores para comunicaciones de alta frecuencia. Un resumen del trabajo de investigación de radio en la Universidad de Tohoku se incluyó en un artículo seminal de 1928 escrito por Yagi. [51]
Junto con Shintaro Uda , uno de los primeros estudiantes de doctorado de Yagi, surgió una antena radicalmente nueva. Tenía una serie de elementos parásitos (directores y reflectores) y llegaría a ser conocida como la antena Yagi-Uda o Yagi . Una patente estadounidense, emitida en mayo de 1932, fue asignada a RCA . Hasta el día de hoy, esta es la antena direccional más utilizada en todo el mundo.
El magnetrón de cavidad también era de interés para Yagi. Este dispositivo de alta frecuencia (~10 MHz) había sido inventado en 1921 por Albert W. Hull en General Electric , y Yagi estaba convencido de que podría funcionar en la región de VHF o incluso de UHF . En 1927, Kinjiro Okabe , otro de los primeros estudiantes de doctorado de Yagi, desarrolló un dispositivo de ánodo dividido que finalmente generaba oscilaciones en longitudes de onda de hasta aproximadamente 12 cm (2,5 GHz).
Investigadores de otras universidades e instituciones japonesas también iniciaron proyectos de desarrollo de magnetrones, lo que condujo a mejoras en el dispositivo de ánodo dividido. Entre ellos se encontraban Kiyoshi Morita, del Instituto de Tecnología de Tokio , y Tsuneo Ito, de la Universidad de Tokoku .
Shigeru Nakajima, de la Japan Radio Company (JRC), vio el potencial comercial de estos dispositivos y comenzó a desarrollar y producir, con gran rentabilidad, magnetrones para el mercado de la calefacción dieléctrica médica (diatermia). El único interesado en los magnetrones desde el punto de vista militar fue Yoji Ito , del Instituto de Investigación Técnica Naval (NTRI).
El NTRI se formó en 1922 y entró en pleno funcionamiento en 1930. Ubicado en Meguro, Tokio , cerca del Instituto de Tecnología de Tokio, científicos, ingenieros y técnicos de primer nivel se dedicaban a actividades que abarcaban desde el diseño de submarinos gigantes hasta la construcción de nuevos tubos de radio. Se incluían todos los precursores del radar, pero esto no significó que los jefes de la Armada Imperial aceptaran estos logros.
En 1936, Tsuneo Ito (sin relación con Yoji Ito) desarrolló un magnetrón de 8 ánodos divididos que producía unos 10 W a 10 cm (3 GHz). Por su aspecto, se lo denominó Tachibana (o mandarín, una fruta cítrica de color naranja). Tsuneo Ito también se unió al NTRI y continuó su investigación sobre magnetrones en asociación con Yoji Ito. En 1937, desarrollaron la técnica de acoplamiento de segmentos adyacentes (llamada push-pull), lo que dio como resultado la estabilidad de frecuencia, un avance extremadamente importante en el campo de los magnetrones.
A principios de 1939, el NTRI y el JRC habían desarrollado conjuntamente un magnetrón tipo mandarín de 10 cm (3 GHz) y frecuencia estable (n.º M3) que, con refrigeración por agua, podía producir una potencia de 500 W. En el mismo período de tiempo, se construyeron magnetrones con 10 y 12 cavidades que operaban a una presión tan baja como 0,7 cm (40 GHz). La configuración del magnetrón M3 era esencialmente la misma que la utilizada posteriormente en el magnetrón desarrollado por Boot y Randall en la Universidad de Birmingham a principios de 1940, incluida la mejora de las cavidades atadas. Sin embargo, a diferencia del magnetrón de alta potencia de Gran Bretaña, el dispositivo inicial del NTRI generaba solo unos pocos cientos de vatios. [52]
En general, en Japón no faltaban capacidades científicas y de ingeniería; sus buques de guerra y aviones mostraban claramente altos niveles de competencia técnica. Estaban por delante de Gran Bretaña en el desarrollo de magnetrones, y su antena Yagi era el estándar mundial para sistemas VHF. Lo que pasó es que los altos líderes militares no supieron reconocer el valor que podía tener la aplicación de la radio en la detección y medición de distancias (lo que a menudo se denominaba el telémetro de radio o RRF), en particular en cualquier función defensiva; la ofensiva, no la defensa, dominaba totalmente su pensamiento.
En 1938, los ingenieros de la Oficina de Investigación de la Compañía Eléctrica Nippon ( NEC ) estaban realizando pruebas de cobertura en transmisores de alta frecuencia cuando observaron un desvanecimiento rápido de la señal. Esto ocurría siempre que un avión pasaba sobre la línea entre el transmisor y el medidor de recepción. Masatsugu Kobayashi, el gerente del Departamento de Tubos de NEC, reconoció que esto se debía a la interferencia de frecuencia de batido de la señal directa y la señal desplazada por efecto Doppler reflejada desde el avión.
Kobayashi sugirió al Instituto de Investigación Científica del Ejército que este fenómeno podría utilizarse como método de alerta a las aeronaves. Aunque el Ejército había rechazado propuestas anteriores para utilizar técnicas de detección por radio, ésta tenía atractivo porque se basaba en un método de fácil comprensión y requeriría poco costo de desarrollo y riesgo para demostrar su valor militar. NEC encargó a Kinji Satake, de su Instituto de Investigación, que desarrollara un sistema llamado Detector de Interferencia Doppler Biestático (BDID).
Para probar el sistema prototipo, se instaló en una zona recientemente ocupada por Japón a lo largo de la costa de China. El sistema operaba entre 4,0 y 7,5 MHz (75-40 m) e involucraba una serie de estaciones muy espaciadas; esto formaba una pantalla de radio que podía detectar la presencia (pero nada más) de una aeronave a distancias de hasta 500 km (310 mi). El BDID fue el primer sistema de detección basado en radio del Ejército Imperial, puesto en funcionamiento a principios de 1941.
Satake desarrolló un sistema similar para el territorio japonés. Los centros de información recibían advertencias orales de los operadores de las estaciones BDID, generalmente espaciadas entre 65 y 240 km (40 y 150 mi). Para reducir la vulnerabilidad de la localización (un gran temor de los militares), los transmisores funcionaban con solo unos pocos vatios de potencia. Aunque originalmente se pensó que serían temporales hasta que hubiera mejores sistemas disponibles, permanecieron en funcionamiento durante toda la guerra. No fue hasta después del comienzo de la guerra que el Ejército Imperial tuvo equipo que podría llamarse radar. [53]
A mediados de la década de 1930, algunos especialistas técnicos de la Armada Imperial se interesaron por la posibilidad de utilizar la radio para detectar aeronaves. Para consultarlo, recurrieron al profesor Yagi, director del Laboratorio de Investigación de Radio de la Universidad Imperial de Osaka. Yagi sugirió que esto podría hacerse examinando el desplazamiento de frecuencia Doppler en una señal reflejada.
El Laboratorio de Osaka recibió financiación para la investigación experimental de esta técnica. Kinjiro Okabe, el inventor del magnetrón de ánodo dividido y que había seguido a Yagi hasta Osaka, dirigió el esfuerzo. Los análisis teóricos indicaron que las reflexiones serían mayores si la longitud de onda fuera aproximadamente igual al tamaño de las estructuras de las aeronaves. Por lo tanto, para el experimento se utilizó un transmisor y un receptor VHF con antenas Yagi separadas a cierta distancia.
En 1936, Okabe detectó con éxito un avión que pasaba por el lugar mediante el método de interferencia Doppler; esta fue la primera demostración registrada en Japón de detección de aviones por radio. Con este éxito, el interés de investigación de Okabe pasó de los magnetrones a los equipos VHF para la detección de objetivos. Sin embargo, esto no condujo a ninguna financiación significativa. Los niveles superiores de la Armada Imperial creían que cualquier ventaja de utilizar la radio para este propósito se veía superada en gran medida por la intercepción del enemigo y la revelación de la presencia del remitente.
Históricamente, los buques de guerra en formación utilizaban luces y bocinas para evitar colisiones durante la noche o cuando había niebla. También se podían utilizar técnicas más nuevas de radiocomunicación VHF y radiogoniometría, pero todos estos métodos eran muy vulnerables a la interceptación enemiga. En el NTRI, Yoji Ito propuso que la señal UHF de un magnetrón podría utilizarse para generar un haz muy estrecho que tendría una probabilidad muy reducida de detección enemiga.
El desarrollo de un sistema de microondas para evitar colisiones comenzó en 1939, cuando la Armada Imperial proporcionó fondos al JRC para realizar experimentos preliminares. En un esfuerzo conjunto entre Yoji Ito del NTRI y Shigeru Nakajima del JRC, se diseñó y construyó un aparato que utilizaba un magnetrón de 3 cm (10 GHz) con modulación de frecuencia. El equipo se utilizó en un intento de detectar reflexiones de estructuras altas a unos pocos kilómetros de distancia. Este experimento dio malos resultados, atribuidos a la muy baja potencia del magnetrón.
El magnetrón inicial fue reemplazado por uno que operaba a 16 cm (1,9 GHz) y con una potencia considerablemente mayor. Los resultados fueron mucho mejores y en octubre de 1940, el equipo obtuvo ecos claros de un barco en la bahía de Tokio a una distancia de unos 10 km (6,2 mi). Todavía no había ningún compromiso por parte de los altos oficiales navales japoneses para utilizar esta tecnología a bordo de buques de guerra. No se hizo nada más en ese momento, pero a finales de 1941, el sistema fue adoptado para un uso limitado.
A finales de 1940, Japón organizó dos misiones técnicas para visitar Alemania e intercambiar información sobre sus avances en tecnología militar. El comandante Yoji Ito representó el interés de la Armada en las aplicaciones de radio, y el teniente coronel Kinji Satake hizo lo propio por el Ejército. Durante una visita de varios meses, intercambiaron información general significativa, así como material secreto limitado sobre algunas tecnologías, pero poco sobre técnicas de detección por radio. Ninguna de las partes mencionó siquiera los magnetrones, pero los alemanes aparentemente sí revelaron su uso de técnicas pulsadas.
Tras recibir los informes de la bolsa técnica de Alemania, así como los informes de inteligencia sobre el éxito de Gran Bretaña con el uso de RDF, el Estado Mayor de la Armada dio marcha atrás y aceptó provisionalmente la tecnología de transmisión por pulsos. El 2 de agosto de 1941, incluso antes de que Yoji Ito regresara a Japón, se asignaron fondos para el desarrollo inicial de radares modulados por pulsos. El comandante Chuji Hashimoto del NTRI fue el responsable de iniciar esta actividad.
Un prototipo que funcionaba a 4,2 m (71 MHz) y producía unos 5 kW se completó en base a un accidente. Con el NTRI a la cabeza, la empresa NEC y el Laboratorio de Investigación de la Japan Broadcasting Corporation ( NHK ) hicieron importantes contribuciones al esfuerzo. Kenjiro Takayanagi , ingeniero jefe de la estación de televisión experimental de la NHK y llamado "el padre de la televisión japonesa", fue especialmente útil en el rápido desarrollo de los circuitos de formación de pulsos y temporización, así como la pantalla del receptor. A principios de septiembre de 1941, el prototipo se probó por primera vez; detectó un solo bombardero a 97 km (60 mi) y un vuelo de aviones a 145 km (90 mi).
El sistema, el primer telémetro de radio completo de Japón (RRF, por sus siglas en inglés), fue designado Mark 1 Modelo 1. Se otorgaron contratos a tres empresas para la producción en serie: NEC construyó los transmisores y moduladores de pulsos, Japan Victor los receptores y las pantallas asociadas, y Fuji Electrical las antenas y sus servomotores. El sistema operaba a 3,0 m (100 MHz) con una potencia pico de 40 kW. Se utilizaron conjuntos de dipolos con reflectores de tipo mate+ en antenas separadas para transmisión y recepción.
En noviembre de 1941, el primer RRF fabricado se puso en servicio como sistema de alerta temprana terrestre en Katsuura, Chiba , una ciudad en la costa del Pacífico a unos 100 km (62 mi) de Tokio. Era un sistema grande, pesaba cerca de 8700 kg (19 000 lb). El alcance de detección era de unos 130 km (81 mi) para una sola aeronave y de 250 km (160 mi) para grupos. [54]
Las primeras detecciones por radio en los Países Bajos se llevaron a cabo siguiendo dos líneas independientes: una con un sistema de microondas de la empresa Philips y la otra con un sistema VHF en un laboratorio de las Fuerzas Armadas. [55]
La empresa Philips en Eindhoven , Países Bajos, operaba el Natuurkundig Laboratorium ( NatLab ) para la investigación fundamental relacionada con sus productos. El investigador del NatLab Klaas Posthumus desarrolló un magnetrón dividido en cuatro elementos. [56] Al desarrollar un sistema de comunicación que utiliza este magnetrón, CHJA Staal estaba probando la transmisión utilizando antenas parabólicas de transmisión y recepción colocadas una al lado de la otra, ambas apuntando a una placa grande a cierta distancia. Para superar la inestabilidad de frecuencia del magnetrón, se utilizó modulación de pulso. Se encontró que la placa reflejaba una señal fuerte.
Reconociendo la importancia potencial de este dispositivo de detección, NatLab organizó una demostración para la Koninklijke Marine ( Marina Real de los Países Bajos ). Esto se llevó a cabo en 1937 en la entrada del puerto naval principal en Marsdiep . Los reflejos de las olas del mar oscurecieron el retorno del barco objetivo, pero la Marina quedó lo suficientemente impresionada como para iniciar el patrocinio de la investigación. En 1939, se demostró un equipo mejorado en Wijk aan Zee, detectando un barco a una distancia de 3,2 km (2,0 mi).
Philips construyó un prototipo del sistema y la empresa Nederlandse Seintoestellen Fabriek (una filial de Philips) comenzó a planificar la construcción de una cadena de estaciones de alerta para proteger los puertos principales. Se realizaron algunas pruebas de campo del prototipo, pero el proyecto se interrumpió cuando Alemania invadió los Países Bajos el 10 de mayo de 1940. Sin embargo, dentro del NatLab, el trabajo continuó en gran secreto hasta 1942. [57]
A principios de los años 30, se extendieron los rumores sobre el desarrollo de un "rayo de la muerte". El Parlamento holandés creó un Comité para las Aplicaciones de la Física en Armamento dirigido por G. J. Elias para examinar esta posibilidad, pero el Comité descartó rápidamente los rayos de la muerte. No obstante, el Comité creó el Laboratorium voor Fysieke Ontwikkeling (LFO, Laboratorio para el Desarrollo Físico), dedicado a apoyar a las Fuerzas Armadas de los Países Bajos.
Operando en gran secreto, el LFO abrió una instalación llamada Meetgebouw (Edificio de Mediciones) ubicada en la llanura de Waalsdorp. En 1934, JLWC von Weiler se unió al LFO y, con SG Gratama, comenzó la investigación sobre un sistema de comunicación de 1,25 m (240 MHz) para ser utilizado en la detección de artillería. [58]
En 1937, mientras se realizaban pruebas con este sistema, una bandada de pájaros que pasaba por allí perturbó la señal. Al darse cuenta de que este podría ser un método potencial para detectar aviones, el Ministro de Guerra ordenó que se continuaran los experimentos. Weiler y Gratama se pusieron a desarrollar un sistema para dirigir los reflectores y apuntar los cañones antiaéreos.
El "dispositivo de escucha eléctrica" experimental funcionaba a 70 cm (430 MHz) y utilizaba transmisión pulsada a un FPR de 10 kHz. Se desarrolló un circuito de bloqueo de transmisión-recepción para permitir una antena común. La señal recibida se mostraba en un tubo CR con una base de tiempo circular. Este equipo se presentó al Ejército en abril de 1938 y detectó un avión a una distancia de 18 km (11 mi). Sin embargo, el equipo fue rechazado porque no podía soportar el duro entorno de las condiciones de combate del Ejército.
La Marina se mostró más receptiva. Se proporcionó financiación para el desarrollo final y se incorporó a Max Staal al equipo. Para mantener el secreto, dividieron el desarrollo en partes. El transmisor se construyó en la Escuela Técnica Superior de Delft y el receptor en la Universidad de Leiden . Se ensamblaron diez equipos bajo la supervisión personal de JJA Schagen van Leeuwen, director de la empresa Hazemeijer Fabriek van Signaalapparaten.
El prototipo tenía una potencia pico de 1 kW y utilizaba una longitud de pulso de 2 a 3 μs con una frecuencia de pulso de 10 a 20 kHz. El receptor era de tipo superheterodino y utilizaba tubos Acorn y una etapa de FI de 6 MHz. La antena constaba de 4 filas de 16 dipolos de media onda respaldados por una pantalla de malla de 3 por 3 metros. El operador utilizaba un motor tipo bicicleta para girar la antena y la elevación se podía cambiar utilizando una manivela. [59]
Se completaron varios equipos y uno de ellos se puso en funcionamiento en el Malieveld, en La Haya, justo antes de que los Países Bajos cayeran ante Alemania en mayo de 1940. El equipo funcionó bien y detectó aviones enemigos durante los primeros días de combate. Para evitar su captura, se destruyeron las unidades operativas y los planos del sistema. Von Weiler y Max Staal huyeron a Inglaterra a bordo de uno de los últimos barcos que pudieron partir, llevándose consigo dos equipos desmontados. Más tarde, Gratama y van Leeuwen también escaparon a Inglaterra.
En 1927, los físicos franceses Camille Gutton y Emile Pierret experimentaron con magnetrones y otros dispositivos que generaban longitudes de onda de hasta 16 cm. El hijo de Camille, Henri Gutton, trabajaba en la Compagnie générale de la télégraphie sans fil (CSF), donde él y Robert Warneck mejoraron los magnetrones de su padre.
En 1934, tras estudios sistemáticos sobre el magnetrón, la rama de investigación del CSF, dirigida por Maurice Ponte, presentó una solicitud de patente para un dispositivo diseñado para detectar obstáculos utilizando la radiación continua de longitudes de onda ultracortas producidas por un magnetrón. [60] Estos todavía eran sistemas de onda continua y dependían de la interferencia Doppler para la detección. Sin embargo, como la mayoría de los radares modernos, las antenas estaban colocadas en el mismo lugar. [61] El dispositivo medía la distancia y el acimut, pero no directamente como en el "radar" posterior en una pantalla (1939). Aun así, esta fue la primera patente de un aparato de detección de radio operativo que utilizaba longitudes de onda centimétricas.
El sistema se probó a finales de 1934 a bordo del carguero Oregon , con dos transmisores que funcionaban en longitudes de onda de 80 cm y 16 cm. Se detectaron costas y barcos a una distancia de entre 10 y 12 millas náuticas. Se eligió la longitud de onda más corta para el diseño final, que equipó al trasatlántico SS Normandie a mediados de 1935 para su uso operativo.
A finales de 1937, Maurice Elie, de la SFR, desarrolló un sistema para modular los pulsos de los tubos transmisores, lo que dio lugar a un nuevo sistema de 16 cm con una potencia máxima cercana a los 500 W y un ancho de pulso de 6 μs. En diciembre de 1939 se presentaron las patentes francesa y estadounidense. [62] Se planeó probar el sistema en el mar a bordo del Normandie , pero se canceló al estallar la guerra.
Al mismo tiempo, Pierre David, del Laboratorio Nacional de Radioelectricidad (LNR), experimentó con señales de radio reflejadas en longitudes de onda de aproximadamente un metro. A partir de 1931, observó que los aviones causaban interferencias en las señales. El LNR inició entonces una investigación sobre una técnica de detección llamada barrera electromagnética (barrera electromagnética). Si bien esta técnica podía indicar la ubicación general de la penetración, no era posible determinar con precisión la dirección y la velocidad.
En 1936, la Défense Aérienne du Territoire (Defensa Aérea del Territorio) realizó pruebas con la cortina electromagnética de David. En las pruebas, el sistema detectó la mayoría de los aviones que entraban, pero muchos se perdieron. A medida que la guerra se acercaba, la necesidad de un sistema de detección de aviones se hizo crítica. David se dio cuenta de las ventajas de un sistema pulsado y en octubre de 1938 diseñó un sistema de 50 MHz modulado por pulsos con una potencia de pulso pico de 12 kW. Este fue construido por la empresa SADIR. [63]
El 3 de septiembre de 1939, Francia declaró la guerra a Alemania y se hizo necesario un sistema de detección de alerta temprana. El sistema SADIR se instaló cerca de Toulon y detectó y midió el alcance de los aviones invasores hasta 55 km (34 mi). El sistema de pulsos SFR se instaló cerca de París, donde detectó aviones a distancias de hasta 130 km (81 mi). Sin embargo, el avance alemán era abrumador y se tuvieron que tomar medidas de emergencia; era demasiado tarde para que Francia desarrollara radares por sí sola y se decidió que sus avances se compartirían con sus aliados.
A mediados de 1940, Maurice Ponte, de los laboratorios de la CSF en París, presentó un magnetrón de cavidad diseñado por Henri Gutton en la SFR (ver arriba) a los laboratorios del GEC en Wembley , Gran Bretaña. Este magnetrón fue diseñado para funcionar con pulsos a una longitud de onda de 16 cm. A diferencia de otros diseños de magnetrones hasta ese momento, como el magnetrón Boots y Randall (ver las contribuciones británicas arriba), este tubo usaba un cátodo recubierto de óxido con una potencia pico de salida de 1 kW, demostrando que los cátodos de óxido eran la solución para producir pulsos de alta potencia en longitudes de onda cortas, un problema que había eludido a los investigadores británicos y estadounidenses durante años. La importancia de este evento fue subrayada por Eric Megaw, en una revisión de 1946 de los primeros desarrollos del radar: "Este fue el punto de partida del uso del cátodo de óxido en prácticamente todas nuestras ondas de transmisión pulsadas posteriores y, como tal, fue una contribución significativa al radar británico. La fecha fue el 8 de mayo de 1940". [64] Una versión modificada de este magnetrón alcanzó una potencia máxima de 10 kW en agosto de 1940. Fue ese modelo el que, a su vez, fue entregado a los estadounidenses como muestra de buena fe [65] durante las negociaciones realizadas por la delegación de Tizard en 1940 para obtener de los EE. UU. los recursos necesarios para que Gran Bretaña explotara todo el potencial militar de su trabajo de investigación y desarrollo.
Guglielmo Marconi inició la investigación en Italia sobre la tecnología de detección basada en radio. En 1933, mientras participaba con su empresa italiana en experimentos con un enlace de comunicaciones de 600 MHz a través de Roma, notó perturbaciones en la transmisión causadas por objetos en movimiento adyacentes a su trayectoria. Esto condujo al desarrollo en su laboratorio de Cornegliano de un sistema de detección Doppler de onda continua de 330 MHz (0,91 m) al que llamó radioecómetro . Se utilizaron tubos Barkhausen-Kurz tanto en el transmisor como en el receptor.
En mayo de 1935, Marconi hizo una demostración de su sistema al dictador fascista Benito Mussolini y a miembros del Estado Mayor militar; sin embargo, la potencia de salida era insuficiente para el uso militar. Aunque la demostración de Marconi despertó un interés considerable, no se hizo mucho más con su aparato.
Mussolini ordenó que se siguiera desarrollando la tecnología de detección basada en radio, y se le asignó al Regio Istituto Elettrotecnico e delle Comunicazioni (RIEC, Real Instituto de Electrotécnica y Comunicaciones). El RIEC se había establecido en 1916 en el campus de la Academia Naval Italiana en Livorno . El teniente Ugo Tiberio , instructor de física y tecnología de radio en la Academia, fue asignado para dirigir el proyecto a tiempo parcial. [66]
Tiberio preparó un informe sobre el desarrollo de un aparato experimental al que llamó telemetro radiofonico del rivelatore (RDT, Radio-Detector Telemetry). El informe, presentado a mediados de 1936, incluía lo que más tarde se conocería como la ecuación de alcance del radar. Cuando el trabajo se puso en marcha, Nello Carrara , un instructor de física civil que había estado realizando investigaciones en el RIEC sobre microondas, [67] fue agregado como responsable del desarrollo del transmisor RDT.
Antes de finales de 1936, Tiberio y Carrara habían presentado el EC-1, el primer sistema RDT italiano. Este tenía un transmisor FM que funcionaba a 200 MHz (1,5 m) con una única antena cilíndrica parabólica . Detectaba mezclando las señales transmitidas y las reflejadas con efecto Doppler, lo que daba como resultado un tono audible.
El EC-1 no proporcionaba una medición de alcance; para añadir esta capacidad, se inició el desarrollo de un sistema pulsado en 1937. El capitán Alfeo Brandimarte se unió al grupo y diseñó principalmente el primer sistema pulsado, el EC-2. Este operaba a 175 MHz (1,7 m) y utilizaba una sola antena hecha con varios dipolos equifasados. La señal detectada estaba destinada a visualizarse en un osciloscopio. Hubo muchos problemas y el sistema nunca llegó a la etapa de prueba.
El trabajo se centró entonces en desarrollar potencias y frecuencias de funcionamiento más elevadas. Carrara, en colaboración con la empresa FIVRE, desarrolló un dispositivo parecido a un magnetrón. Éste estaba compuesto por un par de triodos conectados a una cavidad resonante y producía 10 kW a 425 MHz (70 cm). Se utilizó para diseñar dos versiones del EC-3, una para a bordo de barcos y otra para defensa costera. [68]
Italia, que se unió a Alemania, entró en la Segunda Guerra Mundial en junio de 1940 sin un RDT operativo. Se construyó y probó una placa de pruebas del EC-3 desde lo alto de un edificio de la Academia, pero la mayor parte del trabajo de RDT se detuvo porque el apoyo directo a la guerra adquirió prioridad.
A principios de 1939, el gobierno británico invitó a representantes de los países de la Commonwealth más avanzados técnicamente a visitar Inglaterra para realizar demostraciones e informes sobre la tecnología altamente secreta RDF (radar). Sobre esta base, en septiembre de 1939 se iniciaron los desarrollos del RDF en Australia, Canadá, Nueva Zelanda y Sudáfrica. Además, esta tecnología se desarrolló de forma independiente en Hungría a principios del período de guerra.
Australia: el Laboratorio de Radiofísica de Australia se estableció en la Universidad de Sídney bajo el Consejo de Investigación Científica e Industrial; John H. Piddington fue responsable del desarrollo del RDF. El primer proyecto fue un sistema de defensa costera de 200 MHz (1,5 m) para el Ejército australiano . Designado ShD, se probó por primera vez en septiembre de 1941 y finalmente se instaló en 17 puertos. Después del ataque japonés a Pearl Harbor , la Real Fuerza Aérea Australiana necesitaba urgentemente un sistema de alerta aérea, y el equipo de Piddington, usando el ShD como base, armó el AW Mark I en cinco días. Se estaba instalando en Darwin, Territorio del Norte , cuando Australia recibió el primer ataque japonés el 19 de febrero de 1942. Poco tiempo después, se convirtió en una versión transportable liviana, el LW-AW Mark II; este fue utilizado por las fuerzas australianas, así como por el Ejército de los EE. UU., en los primeros desembarcos en islas en el Pacífico Sur. [69]
Canadá: Los primeros desarrollos de RDF en Canadá se realizaron en la Sección de Radio del Consejo Nacional de Investigación de Canadá . Utilizando componentes comerciales y prácticamente sin ninguna ayuda adicional de Gran Bretaña, John Tasker Henderson dirigió un equipo en el desarrollo del Night Watchman, un sistema de alerta de superficie para la Marina Real Canadiense para proteger la entrada al puerto de Halifax . Probado con éxito en julio de 1940, este equipo operaba a 200 MHz (1,5 m), tenía una salida de 1 kW con una longitud de pulso de 0,5 μs y utilizaba una antena fija relativamente pequeña. A esto le siguió un equipo embarcado denominado Surface Warning 1st Canadian (SW1C) con la antena rotada manualmente mediante el uso de un volante Chevrolet en el compartimiento del operador. El SW1C se probó por primera vez en el mar a mediados de mayo de 1941, pero el rendimiento fue tan pobre en comparación con el radar embarcado Modelo 271 de la Marina Real que la Marina Real Canadiense finalmente adoptó el 271 británico en lugar del SW1C. [70]
Para la defensa costera del ejército canadiense , se desarrolló un equipo de 200 MHz con un transmisor similar al Night Watchman. Denominado CD, utilizaba una gran antena giratoria sobre una torre de madera de 70 pies (21 m). El CD se puso en funcionamiento en enero de 1942. [71]
Nueva Zelanda : Ernest Marsden representó a Nueva Zelanda en las reuniones informativas en Inglaterra y luego estableció dos instalaciones para el desarrollo de RDF: una en Wellington, en la Sección de Radio de la Oficina de Correos Central de Nueva Zelanda, y otra en el Canterbury University College en Christchurch . Charles N. Watson-Munro dirigió el desarrollo de los equipos terrestres y aéreos en Wellington, mientras que Frederick WG White dirigió el desarrollo de los equipos a bordo en Christchurch.
Antes de finales de 1939, el grupo de Wellington había convertido un transmisor existente de 180 MHz (1,6 m) y 1 kW para producir pulsos de 2 μs y lo había probado para detectar grandes buques a hasta 30 km; esto se denominó CW (Vigilancia costera). Un equipo similar, designado CD (Defensa costera) utilizaba un CRT para la pantalla y tenía conmutación de lóbulos en la antena receptora; este se desplegó en Wellington a finales de 1940. Marsden trajo de Gran Bretaña un equipo ASV de 200 MHz parcialmente terminado, y otro grupo en Wellington lo convirtió en un equipo para aviones de la Real Fuerza Aérea de Nueva Zelanda ; este voló por primera vez a principios de 1940. En Christchurch, había un personal más pequeño y el trabajo fue más lento, pero en julio de 1940, se probó un equipo de 430 MHz (70 cm) y 5 kW. En agosto de 1941, la Marina Real de Nueva Zelanda puso en servicio dos tipos, denominados SW (Ship Warning) y SWG (Ship Warning, Gunnery). En total, se desarrollaron unos 44 tipos en Nueva Zelanda durante la Segunda Guerra Mundial. [72]
Los sistemas de radar se desarrollaron a partir de 1939; inicialmente fabricados en Nueva Zelanda, pero luego (debido a la dificultad para obtener componentes) se fabricaron en Gran Bretaña. Se desplegaron equipos de radar GCI transportables en el Pacífico, incluido uno con personal de la RNZAF en el aeródromo estadounidense de Henderson Field, Guadalcanal, en septiembre de 1942, donde los equipos SCR 270-B estadounidenses no podían trazar alturas, por lo que eran inadecuados contra los frecuentes ataques nocturnos japoneses. En la primera mitad de 1943, se enviaron unidades de radar y personal neozelandeses adicionales al Pacífico a pedido del COMOSPAC, el almirante Halsey. [73]
Sudáfrica no tuvo un representante en las reuniones de 1939 en Inglaterra, pero a mediados de septiembre, cuando Ernest Marsden regresaba en barco a Nueva Zelanda, Basil FJ Schonland subió a bordo y recibió tres días de sesiones informativas. Schonland, una autoridad mundial en materia de rayos y director del Instituto de Geofísica Bernard Price de la Universidad de Witwatersrand , comenzó de inmediato el desarrollo de un RDF utilizando componentes de radioaficionados y equipos de monitoreo de rayos del Instituto. Designado JB (por Johannesburgo ), el sistema móvil de 90 MHz (3,3 m) y 500 W se probó en noviembre de 1939, solo dos meses después de su inicio. El prototipo se puso en funcionamiento en Durban antes de fines de 1939, detectando barcos y aviones a distancias de hasta 80 km, y en marzo siguiente las brigadas antiaéreas de la Fuerza de Defensa Sudafricana desplegaron un sistema . [74]
Hungría: Zoltán Lajos Bay fue profesor de Física en la Universidad Técnica de Budapest y director de investigación de Egyesült Izzolampa (IZZO), una empresa de fabricación de equipos de radio y electricidad. A finales de 1942, el Ministro de Defensa le ordenó a IZZO que desarrollara un sistema de radiolocalización ( rádiólokáció , radar). Utilizando artículos de revistas sobre mediciones ionosféricas para obtener información sobre la transmisión pulsada, Bay desarrolló un sistema llamado Sas (Eagle) en torno al hardware de comunicaciones existente.
El Sas operaba a 120 MHz (2,5 m) y se encontraba en una cabina con conjuntos dipolares de transmisión y recepción separados; todo el conjunto se encontraba sobre una plataforma giratoria. Según los registros publicados, el sistema se probó en 1944 en la cima del monte János y tenía un alcance de "más de 500 km". Se instaló un segundo Sas en otra ubicación. No hay indicios de que alguna de las instalaciones de Sas estuviera en servicio regular. Después de la guerra, Bay utilizó un Sas modificado para rebotar con éxito una señal en la luna. [75]
Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial en septiembre de 1939, tanto el Reino Unido como Alemania conocían los esfuerzos que cada uno estaba realizando en materia de radionavegación y sus contramedidas : la « batalla de los rayos ». Además, ambas naciones eran conscientes y estaban muy interesadas en los avances del otro en materia de detección y seguimiento por radio, y se involucraron en una activa campaña de espionaje y falsas filtraciones sobre sus respectivos equipos. En el momento de la Batalla de Inglaterra , ambos bandos estaban desplegando unidades de radiogoniometría y localización (radares) y estaciones de control como parte de la capacidad de defensa aérea integrada. Sin embargo, los sistemas alemanes Funkmessgerät (dispositivos de medición por radio) no podían ayudar en una función ofensiva y, por lo tanto, no recibieron el apoyo de Adolf Hitler . Además, la Luftwaffe no apreciaba lo suficiente la importancia de las estaciones británicas de radiogoniometría y localización (RDF) como parte de la capacidad de defensa aérea de la RAF , lo que contribuyó a su fracaso.
Si bien el Reino Unido y Alemania lideraron los avances de preguerra en el uso de la radio para la detección y el seguimiento de aeronaves, también hubo avances en los Estados Unidos, la Unión Soviética y Japón. A continuación, se resumirán los sistemas de guerra de todas estas naciones. El acrónimo RADAR (RAdio Detection And Ranging) fue acuñado por la Marina de los EE. UU. en 1940, y el nombre posterior "radar" pronto se utilizó ampliamente. Los radares de búsqueda XAF y CXAM fueron diseñados por el Laboratorio de Investigación Naval y fueron los primeros radares operativos de la flota estadounidense, producidos por RCA.
Cuando Francia acababa de caer ante los nazis y Gran Bretaña no tenía dinero para desarrollar el magnetrón de cavidad a gran escala, Churchill aceptó que Sir Henry Tizard ofreciera el magnetrón de cavidad a los estadounidenses a cambio de su ayuda financiera e industrial (la Misión Tizard ). Una versión temprana de 6 kW , construida en Inglaterra por los Laboratorios de Investigación de la General Electric Company , Wembley , Londres (que no debe confundirse con la empresa estadounidense de nombre similar General Electric), fue entregada al gobierno de los EE. UU. en septiembre de 1940. El magnetrón británico era mil veces más potente que el mejor transmisor estadounidense de la época y producía pulsos precisos. [76] En ese momento, el productor de microondas equivalente más poderoso disponible en los EE. UU. (un klistrón) tenía una potencia de solo diez vatios. El magnetrón de cavidad se usó ampliamente durante la Segunda Guerra Mundial en equipos de radar de microondas y a menudo se le atribuye el mérito de dar al radar aliado una considerable ventaja de rendimiento sobre los radares alemanes y japoneses, influyendo así directamente en el resultado de la guerra. Más tarde fue descrito por el famoso historiador James Phinney Baxter III como "el cargamento más valioso jamás traído a nuestras costas". [77]
Los Laboratorios Bell Telephone fabricaron una versión producible del magnetrón entregado a Estados Unidos por la Misión Tizard y, antes de finales de 1940, se había creado el Laboratorio de Radiación en el campus del Instituto Tecnológico de Massachusetts para desarrollar varios tipos de radar utilizando el magnetrón. A principios de 1941, se estaban probando radares aéreos centimétricos portátiles en aviones estadounidenses y británicos. [76] A finales de 1941, el Telecommunications Research Establishment de Gran Bretaña utilizó el magnetrón para desarrollar un revolucionario radar aerotransportado de cartografía terrestre con nombre en código H2S ; y fue desarrollado en parte por Alan Blumlein y Bernard Lovell . Los radares de magnetrón utilizados por los EE. UU. (por ejemplo, H2X ) y Gran Bretaña podían detectar el periscopio de un submarino .
La Segunda Guerra Mundial, que dio impulso al gran auge del desarrollo del radar, terminó entre los Aliados y Alemania en mayo de 1945, seguida por Japón en agosto. Con esto, las actividades de radar en Alemania y Japón cesaron durante varios años. En otros países, en particular Estados Unidos, Gran Bretaña y la URSS, los años políticamente inestables de la posguerra vieron mejoras continuas del radar para aplicaciones militares. De hecho, estas tres naciones hicieron esfuerzos significativos para traer científicos e ingenieros de Alemania para trabajar en sus programas de armas; en los EE. UU., esto fue en el marco de la Operación Paperclip .
Incluso antes del final de la guerra, se iniciaron varios proyectos dirigidos a aplicaciones no militares del radar y tecnologías estrechamente relacionadas. Las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos y la RAF británica habían realizado avances en tiempos de guerra en el uso del radar para controlar el aterrizaje de aeronaves, y esto se expandió rápidamente al sector civil. El campo de la radioastronomía fue una de las tecnologías relacionadas; aunque se descubrió antes de la guerra, floreció de inmediato a fines de la década de 1940 y muchos científicos de todo el mundo establecieron nuevas carreras basadas en su experiencia con el radar.
A finales de los años 1940 y principios de los años 1950 se perfeccionaron cuatro técnicas de gran importancia en los radares de posguerra: el Doppler de pulso, el monopulso, el de matriz en fase y el de apertura sintética; las tres primeras eran conocidas e incluso se utilizaban durante los desarrollos en tiempos de guerra, pero se perfeccionaron más tarde.
Una de las primeras aplicaciones de las computadoras digitales fue la conmutación de la fase de la señal en elementos de grandes antenas de matriz en fase. A medida que surgieron computadoras más pequeñas, estas se aplicaron rápidamente al procesamiento de señales digitales mediante algoritmos para mejorar el rendimiento del radar.
En las décadas posteriores a la Segunda Guerra Mundial, se produjeron muchos otros avances en sistemas y aplicaciones de radar que no se pueden incluir en este artículo. Las siguientes secciones tienen como objetivo proporcionar ejemplos representativos.
En Estados Unidos, el Rad Lab del MIT cerró oficialmente a finales de 1945. El Naval Research Laboratory (NRL) y el Evans Signal Laboratory del Ejército continuaron con nuevas actividades en el desarrollo de radares centimétricos. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF), separada del Ejército en 1946, concentró la investigación de radar en su Centro de Investigación Cambridge (CRC) en Hanscom Field , Massachusetts. En 1951, el MIT abrió el Laboratorio Lincoln para desarrollos conjuntos con el CRC. Mientras que los Bell Telephone Laboratories se embarcaron en importantes actualizaciones de comunicaciones, continuaron con el Ejército en el radar para su programa de defensa aérea Nike en curso.
En Gran Bretaña, el Telecommunications Research Establishment (TRE) de la RAF y el Radar Research and Development Establishment (RRDE) del Ejército continuaron funcionando a niveles reducidos en Malvern, Worcestershire , y luego, en 1953, se fusionaron para formar el Radar Research Establishment. En 1948, todas las actividades de I+D de radio y radar de la Royal Navy se combinaron para formar el Admiralty Signal and Radar Establishment , ubicado cerca de Portsmouth , Hampshire . La URSS, aunque devastada por la guerra, se embarcó de inmediato en el desarrollo de nuevas armas, incluidos los radares.
Durante el período de la Guerra Fría que siguió a la Segunda Guerra Mundial, el "eje" principal del combate pasó a estar entre los Estados Unidos y la Unión Soviética . En 1949, ambos bandos contaban con armas nucleares transportadas por bombarderos. Para proporcionar una alerta temprana de un ataque, ambos desplegaron enormes redes de radar de creciente sofisticación en lugares cada vez más remotos. En Occidente, el primer sistema de este tipo fue la Pinetree Line , desplegada en todo Canadá a principios de la década de 1950, respaldada por piquetes de radar en barcos y plataformas petrolíferas frente a las costas este y oeste.
La línea Pinetree inicialmente utilizaba radares pulsados antiguos y pronto se complementó con la línea Mid-Canada (MCL). Las mejoras tecnológicas soviéticas hicieron que estas líneas resultaran inadecuadas y, en un proyecto de construcción que involucró a 25.000 personas, la línea de alerta temprana distante (línea DEW) se completó en 1957. Extendiéndose desde Alaska hasta la isla de Baffin y cubriendo más de 6.000 millas (9.700 km), la línea DEW constaba de 63 estaciones con radares AN/FPS-19 de banda L, pulsados y de alta potencia, la mayoría de ellos reforzados por sistemas de pulso Doppler AN/FPS-23. La unidad soviética probó su primer misil balístico intercontinental (ICBM) en agosto de 1957, y en pocos años la función de alerta temprana pasó casi por completo a la línea DEW, más capaz.
Tanto Estados Unidos como la Unión Soviética contaban entonces con misiles balísticos intercontinentales con ojivas nucleares y ambos comenzaron a desarrollar un importante sistema de misiles antibalísticos (ABM). En la URSS, se trataba del Fakel V-1000, y para ello desarrollaron potentes sistemas de radar. Este sistema se desplegó finalmente en los alrededores de Moscú como sistema de misiles antibalísticos A-35 , apoyado por radares designados por la OTAN como Cat House , Dog House y Hen House.
En 1957, el ejército de los EE. UU. inició un sistema ABM llamado Nike-X; pasó por varios nombres, hasta convertirse finalmente en el Programa Safeguard . Para ello, existía un radar de adquisición de perímetro (PAR) de largo alcance y un radar de sitio de misiles (MSR) de alcance más corto y más preciso. [82]
El PAR estaba alojado en un edificio de 39 metros de alto reforzado contra ataques nucleares con una de sus caras inclinada 25 grados hacia el norte. Este contenía 6.888 elementos de antena separados en conjuntos de transmisión y recepción en fase. El transmisor de banda L utilizaba 128 tubos de ondas viajeras (TWT) de larga duración, con una potencia combinada en el rango de los megavatios. El PAR podía detectar misiles entrantes fuera de la atmósfera a distancias de hasta 2.900 kilómetros.
El MSR tenía una estructura de pirámide truncada de 24 m (80 pies), en la que cada cara sostenía una antena de matriz en fase de 4 m (13 pies) de diámetro y que contenía 5001 elementos de matriz utilizados tanto para transmitir como para recibir. El transmisor, que operaba en la banda S, utilizaba dos klistrones que funcionaban en paralelo, cada uno con una potencia de nivel de megavatios. El MSR podía buscar objetivos desde todas las direcciones y adquirirlos a una distancia de hasta 480 km (300 millas).
En octubre de 1975 se completó finalmente un sitio de Safeguard, destinado a defender los silos de misiles ICBM Minuteman cerca de la base de la Fuerza Aérea Grand Forks en Dakota del Norte , pero el Congreso de los EE. UU. retiró todos los fondos después de que estuvo operativo solo un día. Durante las décadas siguientes, el Ejército y la Fuerza Aérea de los EE. UU. desarrollaron una variedad de grandes sistemas de radar, pero el BTL, que llevaba mucho tiempo en servicio, abandonó el trabajo de desarrollo militar en la década de 1970.
El radar moderno desarrollado por la Marina de los EE. UU. es el AN/SPY-1 . Este sistema de banda S de 6 MW, que se puso en servicio por primera vez en 1973, ha pasado por varias variantes y es un componente importante del sistema de combate Aegis . Es un sistema automático de detección y seguimiento controlado por computadora que utiliza cuatro antenas pasivas tridimensionales complementarias con barrido electrónico para brindar cobertura hemisférica.
Las señales de radar, que se propagan en línea de visión , normalmente tienen un alcance hasta los objetivos terrestres limitado por el horizonte visible , o menos de unas 10 millas (16 km). Los radares a nivel del suelo pueden detectar objetivos aéreos a distancias mayores, pero, en el mejor de los casos, a varios cientos de millas. Desde el comienzo de la radio, se sabía que las señales de frecuencias apropiadas (3 a 30 MHz) podían "rebotar" desde la ionosfera y recibirse a distancias considerables. A medida que aparecieron los bombarderos y misiles de largo alcance, surgió la necesidad de que los radares dieran alertas tempranas a grandes distancias. A principios de la década de 1950, un equipo del Laboratorio de Investigación Naval ideó el radar Over-the-Horizon (OTH) para este propósito.
Para distinguir los objetivos de otras reflexiones, era necesario utilizar un sistema de fase Doppler. Se tuvieron que desarrollar receptores muy sensibles con amplificadores de bajo ruido . Como la señal que iba al objetivo y regresaba tenía una pérdida de propagación proporcional al alcance elevado a la cuarta potencia, se requería un transmisor potente y antenas grandes. Era necesario un ordenador digital con una capacidad considerable (algo nuevo en ese momento) para analizar los datos. En 1950, su primer sistema experimental fue capaz de detectar lanzamientos de cohetes a 600 millas (970 km) de distancia en Cabo Cañaveral, y la nube de una explosión nuclear en Nevada a 1.700 millas (2.700 km) de distancia.
A principios de la década de 1970, un proyecto conjunto estadounidense-británico, llamado en código Cobra Mist , utilizó un radar OTH de 10 MW en Orfordness (la cuna del radar británico), Inglaterra, en un intento de detectar lanzamientos de aviones y misiles sobre la URSS occidental. Debido a los acuerdos ABM entre Estados Unidos y la URSS, este proyecto se abandonó en dos años. [83] En el mismo período de tiempo, los soviéticos estaban desarrollando un sistema similar; este detectó con éxito el lanzamiento de un misil a 2.500 km (1.600 mi). En 1976, esto había madurado hasta convertirse en un sistema operativo llamado Duga ("Arco" en inglés), pero conocido por la inteligencia occidental como Steel Yard y llamado Woodpecker por los radioaficionados y otros que sufrieron su interferencia: se estimó que el transmisor tenía una potencia de 10 MW. [84] Australia, Canadá y Francia también desarrollaron sistemas de radar OTH.
Con la llegada de los satélites con capacidad de alerta temprana, el ejército perdió gran parte de su interés en los radares OTH. Sin embargo, en los últimos años, esta tecnología se ha reactivado para detectar y rastrear el transporte marítimo en aplicaciones como el reconocimiento marítimo y el control de drogas.
También se han desarrollado sistemas que utilizan una tecnología alternativa para la detección más allá del horizonte. Debido a la difracción , las ondas electromagnéticas superficiales se dispersan hacia la parte posterior de los objetos y estas señales pueden detectarse en una dirección opuesta a las transmisiones de alta potencia. Rusia utiliza un sistema de este tipo, denominado OTH-SW (SW por Surface Wave), para monitorear el Mar de Japón y Canadá tiene un sistema de vigilancia costera.
Los años de posguerra vieron el comienzo de un desarrollo revolucionario en el Control de Tráfico Aéreo (ATC): la introducción del radar. En 1946, la Administración de Aeronáutica Civil (CAA) presentó una torre experimental equipada con radar para el control de vuelos civiles. En 1952, la CAA había comenzado su primer uso rutinario del radar para el control de aproximación y salida. Cuatro años más tarde, realizó un gran pedido de radares de largo alcance para su uso en ATC en ruta ; estos tenían la capacidad, a mayores altitudes, de detectar aeronaves en un radio de 200 millas náuticas (370 km). En 1960, se hizo obligatorio que las aeronaves que volaban en ciertas áreas llevaran un transpondedor de radar que identificaba a la aeronave y ayudaba a mejorar el rendimiento del radar. Desde 1966, la agencia responsable se ha llamado Administración Federal de Aviación (FAA).
Un control de aproximación por radar de terminal (TRACON) es una instalación de control de tráfico aéreo que normalmente se encuentra en las proximidades de un aeropuerto grande. En la Fuerza Aérea de los EE. UU. se lo conoce como RAPCON (control de aproximación por radar) y en la Marina de los EE. UU. como RATCF (instalación de control de tráfico aéreo por radar). Normalmente, el TRACON controla aeronaves dentro de un radio de 30 a 50 millas náuticas (56 a 93 km) del aeropuerto a una altitud de entre 10 000 y 15 000 pies (3000 a 4600 m). Para ello se utilizan uno o más radares de vigilancia de aeropuertos (ASR-8, 9 y 11, el ASR-7 está obsoleto), que barren el cielo una vez cada pocos segundos. Estos radares ASR primarios suelen estar emparejados con radares secundarios (interrogadores de balizas de radar de tráfico aéreo o ATCBI) de los tipos ATCBI-5, Modo S o MSSR. A diferencia del radar primario, el radar secundario se basa en un transpondedor ubicado en una aeronave, que recibe una interrogación desde tierra y responde con un código digital apropiado que incluye la identificación de la aeronave e informa la altitud de la aeronave. El principio es similar al de la identificación de amigo o enemigo militar IFF . El conjunto de antenas del radar secundario se encuentra sobre la antena parabólica del radar primario en el sitio del radar, y ambas giran aproximadamente a 12 revoluciones por minuto.
El radar digital de vigilancia aeroportuaria (DASR) es un sistema de radar TRACON más nuevo que reemplaza los antiguos sistemas analógicos por tecnología digital. La nomenclatura civil de estos radares es ASR-9 y ASR-11, y la militar utiliza AN/GPN-30.
En el ASR-11 se incluyen dos sistemas de radar. El principal es un sistema de banda S (~2,8 GHz) con una potencia de pulso de 25 kW. Proporciona un seguimiento en 3D de las aeronaves objetivo y también mide la intensidad de la lluvia. El secundario es un sistema de banda P (~1,05 GHz) con una potencia máxima de unos 25 kW. Utiliza un conjunto de transpondedores para interrogar a las aeronaves y recibir datos operativos. Las antenas de ambos sistemas giran sobre una torre alta. [85]
Durante la Segunda Guerra Mundial , los operadores de radares militares notaron ruido en los ecos devueltos debido a elementos meteorológicos como la lluvia, la nieve y el aguanieve . Justo después de la guerra, los científicos militares regresaron a la vida civil o continuaron en las Fuerzas Armadas y continuaron su trabajo en el desarrollo de un uso para esos ecos. En los Estados Unidos, David Atlas , [86] primero para el grupo de la Fuerza Aérea y luego para el MIT , desarrolló los primeros radares meteorológicos operativos. En Canadá, JS Marshall y RH Douglas formaron el "Stormy Weather Group [87] " en Montreal. Marshall y su estudiante de doctorado Walter Palmer son bien conocidos por su trabajo sobre la distribución del tamaño de las gotas en la lluvia de latitudes medias que condujo a la comprensión de la relación ZR, que correlaciona una reflectividad de radar dada con la velocidad a la que cae el agua sobre el suelo. En el Reino Unido, la investigación continuó estudiando los patrones de eco de radar y elementos meteorológicos como la lluvia estratiforme y las nubes convectivas , y se realizaron experimentos para evaluar el potencial de diferentes longitudes de onda de 1 a 10 centímetros.
Entre 1950 y 1980, los servicios meteorológicos de todo el mundo construyeron radares de reflectividad, que miden la posición y la intensidad de las precipitaciones. En Estados Unidos, la Oficina Meteorológica de los Estados Unidos , establecida en 1870 con la misión específica de proporcionar observaciones meteorológicas y dar aviso de las tormentas que se aproximaban, desarrolló el WSR-1 (Weather Surveillance Radar-1), uno de los primeros radares meteorológicos. Esta era una versión modificada del radar AN/APS-2F , que la Oficina Meteorológica adquirió de la Marina. El WSR-1A, el WSR-3 y el WSR-4 también eran variantes de este radar. [88] A este le siguió el WSR-57 (Weather Surveillance Radar – 1957), el primer radar meteorológico diseñado específicamente para una red de alerta nacional. Utilizando tecnología de la Segunda Guerra Mundial basada en tubos de vacío, solo proporcionaba datos de reflectividad gruesos y ninguna información de velocidad. Operaba a 2,89 GHz (banda S), tenía una potencia máxima de 410 kW y un alcance máximo de unos 930 km. AN/FPS-41 era la designación militar del WSR-57.
Los primeros meteorólogos tenían que observar un tubo de rayos catódicos . Durante la década de 1970, los radares comenzaron a estandarizarse y organizarse en redes más grandes. El siguiente cambio significativo en los Estados Unidos fue la serie WSR-74 , que comenzó a operar en 1974. Había dos tipos: el WSR-74S, para reemplazos y llenar huecos en la red nacional WSR-57, y el WSR-74C, principalmente para uso local. Ambos estaban basados en transistores, y su principal diferencia técnica estaba indicada por la letra, banda S (más adecuada para largo alcance) y banda C , respectivamente. Hasta la década de 1990, había 128 radares del modelo WSR-57 y WSR-74 repartidos por ese país.
Los primeros dispositivos para capturar imágenes de radar se desarrollaron durante el mismo período. El número de ángulos escaneados se incrementó para obtener una vista tridimensional de la precipitación, de modo que se pudieran realizar secciones transversales horizontales ( CAPPI ) y verticales. Los estudios de la organización de las tormentas eléctricas fueron entonces posibles para el Proyecto de Granizo de Alberta en Canadá y el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas (NSSL) en los EE. UU. en particular. El NSSL, creado en 1964, comenzó la experimentación con señales de polarización dual y con los usos del efecto Doppler . En mayo de 1973, un tornado devastó Union City, Oklahoma , justo al oeste de Oklahoma City . Por primera vez, un radar Dopplerizado de longitud de onda de 10 cm del NSSL documentó el ciclo de vida completo del tornado. [89] Los investigadores descubrieron una rotación a mesoescala en la nube en lo alto antes de que el tornado tocara el suelo: la firma del vórtice tornadico . La investigación del NSSL ayudó a convencer al Servicio Meteorológico Nacional de que el radar Doppler era una herramienta de pronóstico crucial. [89]
Entre 1980 y 2000, las redes de radar meteorológico se convirtieron en la norma en América del Norte, Europa, Japón y otros países desarrollados. Los radares convencionales fueron reemplazados por radares Doppler, que además de la posición e intensidad podían rastrear la velocidad relativa de las partículas en el aire. En los Estados Unidos, la construcción de una red que consta de radares de longitud de onda de 10 cm (4 pulgadas), llamada NEXRAD o WSR-88D (Weather Service Radar 1988 Doppler), se inició en 1988 después de la investigación del NSSL. [89] En Canadá, Environment Canada construyó la estación King City , [90] con un radar Doppler de investigación de cinco centímetros, en 1985; La Universidad McGill dopplerizó su radar ( JS Marshall Radar Observatory ) en 1993. Esto condujo a una red Doppler canadiense completa [91] entre 1998 y 2004. Francia y otros países europeos cambiaron a la red Doppler a fines de la década de 1990 y principios de la década de 2000. Mientras tanto, los rápidos avances en la tecnología informática condujeron a algoritmos para detectar señales de clima severo y una plétora de "productos" para medios de comunicación e investigadores.
Después de 2000, la investigación sobre la tecnología de polarización dual pasó a utilizarse en forma operativa, aumentando la cantidad de información disponible sobre el tipo de precipitación (por ejemplo, lluvia o nieve). La "polarización dual" significa que se emite radiación de microondas polarizada tanto horizontal como verticalmente (con respecto al suelo). Se espera que se implemente a gran escala para fines de la década en algunos países como Estados Unidos, Francia [92] y Canadá.
Desde 2003, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos ha estado experimentando con radares de matriz en fase como reemplazo de las antenas parabólicas convencionales para brindar mayor resolución temporal en el sondeo atmosférico . Esto sería muy importante en tormentas eléctricas severas, ya que su evolución se puede evaluar mejor con datos más oportunos.
También en 2003, la Fundación Nacional de Ciencias estableció el Centro de Investigación de Ingeniería para la Detección Adaptativa Colaborativa de la Atmósfera , "CASA", una colaboración multidisciplinaria y multiuniversitaria de ingenieros, científicos informáticos, meteorólogos y sociólogos para realizar investigaciones fundamentales, desarrollar tecnología habilitadora e implementar sistemas de ingeniería prototipo diseñados para aumentar los sistemas de radar existentes mediante el muestreo de la troposfera inferior, generalmente submuestreada, con radares económicos, de escaneo rápido, de doble polarización, escaneados mecánicamente y de matriz en fase.
El indicador de posición del plano , que data de los primeros días del radar y sigue siendo el tipo de pantalla más común, proporciona un mapa de los objetivos que rodean la ubicación del radar. Si la antena del radar de un avión se apunta hacia abajo, se genera un mapa del terreno y, cuanto más grande sea la antena, mayor será la resolución de la imagen. Después de la aparición del radar centimétrico, los radares que miran hacia abajo ( H2S (banda L) y H2X (banda C)) proporcionaron mapas en tiempo real utilizados por los EE. UU. y Gran Bretaña en los bombardeos sobre Europa por la noche y a través de nubes densas.
En 1951, Carl Wiley dirigió un equipo de Goodyear Aircraft Corporation (posteriormente Goodyear Aerospace ) en el desarrollo de una técnica para ampliar y mejorar en gran medida la resolución de las imágenes generadas por radar. El llamado radar de apertura sintética (SAR), una antena de tamaño ordinario fijada al costado de una aeronave se utiliza con un procesamiento de señal altamente complejo para dar una imagen que de otro modo requeriría una antena de escaneo mucho más grande; de ahí el nombre de apertura sintética. A medida que se emite cada pulso, se irradia sobre una banda lateral sobre el terreno. El retorno se distribuye en el tiempo, debido a los reflejos de las características a diferentes distancias. El movimiento del vehículo a lo largo de la trayectoria de vuelo proporciona los incrementos horizontales. La amplitud y la fase de los retornos se combinan mediante el procesador de señales utilizando técnicas de transformada de Fourier para formar la imagen. La técnica general es muy similar a la holografía óptica .
A lo largo de los años, se han realizado muchas variaciones del SAR con diversas aplicaciones resultantes. En los sistemas iniciales, el procesamiento de señales era demasiado complejo para el funcionamiento a bordo; las señales se registraban y procesaban más tarde. Luego se probaron procesadores que utilizaban técnicas ópticas para generar imágenes en tiempo real, pero los avances en electrónica de alta velocidad ahora permiten procesos a bordo para la mayoría de las aplicaciones. Los primeros sistemas brindaban una resolución de decenas de metros, pero los sistemas aerotransportados más recientes brindan resoluciones de aproximadamente 10 cm. Los sistemas de banda ultraancha actuales tienen resoluciones de unos pocos milímetros.
Existen muchos otros sistemas y aplicaciones de radar de posguerra. Sólo se mencionarán algunos.
El dispositivo de radar más extendido en la actualidad es, sin duda, la pistola de radar . Se trata de un pequeño radar Doppler , normalmente portátil, que se utiliza para detectar la velocidad de los objetos, especialmente camiones y automóviles en la regulación del tráfico, así como pelotas de béisbol lanzadas, corredores u otros objetos en movimiento en los deportes. Este dispositivo también se puede utilizar para medir la velocidad superficial del agua y de materiales fabricados de forma continua. Una pistola de radar no devuelve información sobre la posición del objeto; utiliza el efecto Doppler para medir la velocidad de un objetivo. Desarrolladas por primera vez en 1954, la mayoría de las pistolas de radar funcionan con muy baja potencia en las bandas X o Ku. Algunas utilizan radiación infrarroja o luz láser ; estas suelen llamarse LIDAR . Una tecnología relacionada para las mediciones de velocidad en líquidos o gases que fluyen se llama velocimetría láser Doppler ; esta tecnología data de mediados de la década de 1960.
Cuando se empezaron a desarrollar los radares pulsados, se estudió el uso de pulsos muy estrechos. La longitud del pulso determina la precisión de la medición de distancias por radar: cuanto más corto sea el pulso, mayor será la precisión. Además, para una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) dada, un pulso más corto da como resultado una potencia de pico más alta. El análisis armónico muestra que cuanto más estrecho sea el pulso, más amplia será la banda de frecuencias que contiene la energía, lo que llevó a que estos sistemas también se denominaran radares de banda ancha. En los primeros tiempos, no se disponía de la electrónica para generar y recibir estos pulsos, por lo que, en un principio, no se hicieron prácticamente aplicaciones de este tipo de sistemas.
En la década de 1970, los avances en electrónica hicieron que se renovara el interés por lo que se denominaba radar de pulso corto. Con los avances posteriores, se hizo práctico generar pulsos con una anchura del mismo orden que el período de la portadora de RF (T = 1/f). Esto se denomina ahora radar de impulsos.
La primera aplicación significativa de esta tecnología fue en el radar de penetración terrestre (GPR). Desarrollado en la década de 1970, el GPR se utiliza ahora para el análisis de cimientos estructurales, la cartografía arqueológica, la búsqueda de tesoros, la identificación de municiones sin explotar y otras investigaciones superficiales. Esto es posible porque el radar de impulsos puede localizar de forma concisa los límites entre el medio general (el suelo) y el objetivo deseado. Sin embargo, los resultados no son únicos y dependen en gran medida de la habilidad del operador y de la posterior interpretación de los datos.
En suelos y rocas secos o favorables, suele ser posible una penetración de hasta 300 pies (91 m). Para mediciones de distancia a estos rangos cortos, el pulso transmitido suele tener una duración de solo un ciclo de radiofrecuencia; con una portadora de 100 MHz y una frecuencia de pulso de 10 kHz (parámetros típicos), la duración del pulso es de solo 10 ns (nanosegundos), lo que da lugar a la denominación de "impulso". Hay una variedad de sistemas GPR disponibles comercialmente en versiones de mochila y carrito con ruedas con una potencia de pulso de hasta un kilovatio. [93]
Con el continuo desarrollo de la electrónica, se hicieron posibles los sistemas con duraciones de pulso medidas en picosegundos . Las aplicaciones son tan variadas como los sensores de seguridad y movimiento, los detectores de montantes de edificios, los dispositivos de advertencia de colisiones y los monitores de dinámica cardíaca. Algunos de estos dispositivos son del tamaño de una caja de cerillas, incluida una fuente de energía de larga duración. [94]
Mientras se desarrollaba el radar, los astrónomos consideraron su aplicación para realizar observaciones de la Luna y otros objetos extraterrestres cercanos. En 1944, Zoltán Lajos Bay tenía este objetivo como uno de los principales cuando desarrolló un radar en Hungría. Su telescopio de radar fue confiscado por el ejército soviético conquistador y tuvo que ser reconstruido, lo que retrasó el experimento. En el marco del Proyecto Diana , dirigido por el Laboratorio de Señales Evans del Ejército en Nueva Jersey, se utilizó un radar SCR-271 modificado (la versión de posición fija del SCR-270 ) que funcionaba a 110 MHz con una potencia máxima de 3 kW para recibir ecos de la Luna el 10 de enero de 1946. [95] Zoltán Bay logró esto el 6 de febrero siguiente . [96]
La radioastronomía también tuvo sus inicios después de la Segunda Guerra Mundial, y muchos científicos involucrados en el desarrollo del radar se adentraron en este campo. Durante los años siguientes se construyeron varios observatorios de radio; sin embargo, debido al costo adicional y la complejidad de involucrar transmisores y equipos de recepción asociados, muy pocos se dedicaron a la astronomía de radar. De hecho, prácticamente todas las actividades principales de astronomía de radar se han llevado a cabo como complementos de los observatorios de radioastronomía.
El radiotelescopio del Observatorio de Arecibo , inaugurado en 1963, fue el más grande del mundo. Propiedad de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos y operado por un contratista, se utilizó principalmente para radioastronomía, pero había equipo disponible para astronomía de radar. Esto incluía transmisores que operaban a 47 MHz, 439 MHz y 2,38 GHz, todos con potencia de pulso muy alta. Tiene un reflector primario de 305 m (1000 pies) fijo en posición; el reflector secundario está sobre rieles para permitir apuntar con precisión a diferentes partes del cielo. Se han realizado muchos descubrimientos científicos importantes utilizando el telescopio de radar de Arecibo, incluido el mapeo de la rugosidad de la superficie de Marte y las observaciones de Saturno y su luna más grande, Titán . En 1989, el observatorio obtuvo imágenes de radar de un asteroide por primera vez en la historia.
Después de una falla en el cable auxiliar y principal del telescopio en agosto y noviembre de 2020, respectivamente, la NSF anunció la decisión de desmantelar el telescopio mediante una demolición controlada, pero que las otras instalaciones del Observatorio permanecerían operativas en el futuro. Sin embargo, antes de que pudiera producirse el desmantelamiento seguro del telescopio, los cables de soporte restantes de una torre fallaron rápidamente en la mañana del 1 de diciembre de 2020, lo que provocó que la plataforma del instrumento se estrellara contra la antena, cortando las partes superiores de las torres de soporte y dañando parcialmente algunos de los otros edificios, aunque no hubo heridos. La NSF ha declarado que sigue siendo su intención mantener operativas las otras instalaciones del Observatorio lo antes posible y está estudiando planes para reconstruir un nuevo instrumento de telescopio en su lugar.
Varias naves espaciales que orbitan alrededor de la Luna, Mercurio, Venus, Marte y Saturno han llevado radares para cartografiar la superficie; un radar de penetración terrestre se llevó en la misión Mars Express . Los sistemas de radar de varias aeronaves y naves espaciales en órbita han cartografiado toda la Tierra con diversos fines; en la Misión de Topografía por Radar del Transbordador , se cartografió todo el planeta con una resolución de 30 m.
El Observatorio Jodrell Bank , una operación de la Universidad de Manchester en Gran Bretaña, fue iniciado originalmente por Bernard Lovell para ser una instalación de astronomía de radar. Inicialmente utilizó un sistema de radar GL-II excedente de guerra que operaba a 71 MHz (4,2 m). Las primeras observaciones fueron de rastros ionizados en la lluvia de meteoros Gemínidas durante diciembre de 1945. Si bien la instalación pronto evolucionó para convertirse en el tercer observatorio de radio más grande del mundo, se continuó con algo de astronomía de radar. El más grande (250 pies o 76 m de diámetro) de sus tres radiotelescopios totalmente orientables comenzó a funcionar justo a tiempo para rastrear por radar el Sputnik 1 , el primer satélite artificial, en octubre de 1957. [97]
Pero en 1940, fueron los británicos quienes lograron un avance espectacular: el magnetrón de cavidad resonante, un transmisor de radar mucho más potente que sus predecesores... El magnetrón sorprendió a los estadounidenses. Su investigación estaba años por detrás del ritmo.
Le principe fondamental du radar appartient au patrimoine commun des physiciens: ce qui demeure en fin de compte au crédit réel des techniciens se mesure à la réalisation Effective de matériels opérationnels
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