El Laboratorio de Radiación , comúnmente llamado Rad Lab , fue un laboratorio de investigación de microondas y radar ubicado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Massachusetts . Fue creado en octubre de 1940 y funcionó hasta el 31 de diciembre de 1945, cuando sus funciones se dispersaron entre la industria, otros departamentos dentro del MIT y, en 1951, el recién formado Laboratorio Lincoln del MIT .
El uso de microondas para diversos usos de radio y radar era muy deseado antes de la guerra, pero los dispositivos de microondas existentes, como el klistrón, tenían una potencia demasiado baja para ser útiles. Alfred Lee Loomis , un millonario y físico que dirigía su propio laboratorio privado, organizó el Comité de Microondas para estudiar estos dispositivos y buscar mejoras. A principios de 1940, Winston Churchill organizó lo que se convirtió en la Misión Tizard para presentar a los investigadores estadounidenses varias tecnologías nuevas que el Reino Unido había estado desarrollando.
Entre ellos se encontraba el magnetrón de cavidad , un salto adelante en la creación de microondas que las hizo prácticas para su uso en aviones por primera vez. GEC fabricó 12 prototipos de magnetrones de cavidad en Wembley en agosto de 1940, y el nº 12 fue enviado a Estados Unidos con Bowen a través de la Misión Tizard , donde se mostró el 19 de septiembre de 1940 en el apartamento de Alfred Loomis. El Comité de Microondas de la NDRC estadounidense quedó atónito por el nivel de potencia producido. Sin embargo, el director de Bell Labs, Mervin Kelly, se molestó cuando lo radiografió y tenía ocho agujeros en lugar de los seis que se mostraban en los planos de GEC. Después de ponerse en contacto (a través del cable transatlántico) con el Dr. Eric Megaw, el experto en tubos de vacío de GEC, Megaw recordó que cuando pidió 12 prototipos dijo que hiciera 10 con 6 agujeros, uno con 7 y otro con 8; y no hubo tiempo para corregir los dibujos. El nº 12 con 8 agujeros fue elegido para la Misión Tizard. Así que Bell Labs decidió copiar la muestra; Y mientras que los primeros magnetrones británicos tenían seis cavidades, los estadounidenses tenían ocho cavidades. [1]
Loomis consiguió financiación a través del Comité Nacional de Investigación de Defensa (NDRC) y reorganizó el Comité de Microondas del MIT para estudiar la tecnología de magnetrones y radares en general. Lee A. DuBridge fue el director del Laboratorio de Rad. El laboratorio se expandió rápidamente y en cuestión de meses era más grande que los esfuerzos del Reino Unido, que ya llevaban varios años en marcha. En 1943, el laboratorio comenzó a producir una serie de dispositivos cada vez mejores que podían ser producidos en grandes cantidades por la base industrial de los EE. UU. En su apogeo, el Laboratorio de Rad empleaba a 4000 personas en el MIT y en varios otros laboratorios de todo el mundo, y diseñó la mitad de todos los sistemas de radar utilizados durante la guerra.
Al final de la guerra, Estados Unidos ocupaba una posición de liderazgo en varios campos relacionados con las microondas. Entre sus productos más destacados se encontraban el SCR-584 , el mejor radar de tiro de la guerra, y el SCR-720 , un radar de interceptación de aeronaves que se convirtió en el sistema estándar de finales de la guerra para los cazas nocturnos estadounidenses y británicos . También desarrollaron el H2X , una versión del radar de bombardeo británico H2S que operaba en longitudes de onda más cortas en la banda X. El Rad Lab también desarrolló Loran-A , el primer sistema de navegación por radio del mundo, que originalmente se conocía como "LRN" por Loomis Radio Navigation. [2]
A mediados y finales de la década de 1930, en Estados Unidos y Gran Bretaña , así como en otras naciones, en particular Alemania , la URSS y Japón , se desarrollaron en secreto sistemas de radio para la detección y localización de objetivos distantes. Estos sistemas solían funcionar en longitudes de onda de muy alta frecuencia (VHF) en el espectro electromagnético y tenían varios nombres encubiertos, como Ranging and Direction Finding (RDF) en Gran Bretaña. En 1941, la Marina de los EE. UU. acuñó el acrónimo "RADAR" (RAdio Detection And Ranging) para dichos sistemas; esto pronto dio lugar al nombre de " radar " y se extendió a otros países.
Las ventajas potenciales de operar tales sistemas en la región de Ultra Alta Frecuencia (UHF o microondas ) eran bien conocidas y se perseguían vigorosamente. Una de estas ventajas era el tamaño de las antenas , una necesidad crítica para los sistemas de detección en aeronaves. La principal barrera técnica para el desarrollo de sistemas UHF era la falta de una fuente utilizable para generar microondas de alta potencia . En febrero de 1940, los investigadores John Randall y Harry Boot de la Universidad de Birmingham en Gran Bretaña construyeron un magnetrón de cavidad resonante para satisfacer esta necesidad; rápidamente se colocó dentro del más alto nivel de secreto.
Poco después de este gran avance, el primer ministro británico Winston Churchill y el presidente Roosevelt acordaron que las dos naciones pondrían en común sus secretos técnicos y desarrollarían conjuntamente muchas tecnologías bélicas que se necesitaban con urgencia. Al inicio de este intercambio a finales del verano de 1940, la Misión Tizard trajo a Estados Unidos uno de los primeros magnetrones nuevos. El 6 de octubre, Edward George Bowen , un desarrollador clave del RDF en el Telecommunications Research Establishment (TRE) y miembro de la misión, demostró el magnetrón, produciendo unos 15.000 vatios (15 kW ) de potencia a 3 GHz, es decir, una longitud de onda de 10 cm. [3]
Los investigadores y funcionarios estadounidenses quedaron sorprendidos por el magnetrón y el NDRC inmediatamente comenzó a planificar la fabricación e incorporación de los dispositivos. Alfred Lee Loomis , quien encabezó el Comité de Microondas del NDRC, lideró la creación del Laboratorio de Radiación en el MIT como un esfuerzo conjunto angloamericano para la investigación de microondas y el desarrollo de sistemas utilizando el nuevo magnetrón.
El nombre "Laboratorio de Radiación", elegido por Loomis cuando seleccionó el edificio para su construcción en el campus del MIT, era intencionalmente engañoso, [5] aunque oblicuamente correcto en el sentido de que el radar utiliza radiación en una parte del espectro electromagnético . Fue elegido para dar a entender que la misión del laboratorio era similar a la del Laboratorio de Radiación de Ernest O. Lawrence en la UC Berkeley ; es decir, que empleaba científicos para trabajar en la investigación de la física nuclear . En ese momento, la física nuclear se consideraba relativamente teórica e inaplicable al equipo militar, ya que esto era antes de que comenzara el desarrollo de la bomba atómica .
Ernest Lawrence participó activamente en la formación del Rad Lab y reclutó personalmente a muchos miembros clave del personal inicial. La mayoría del personal directivo eran físicos con doctorado que provenían de puestos universitarios. Por lo general, no tenían más que un conocimiento académico de las microondas y casi ningún antecedente relacionado con el desarrollo de hardware electrónico. Sin embargo, su capacidad para abordar problemas complejos de casi cualquier tipo era sobresaliente.
En junio de 1941, el NDRC pasó a formar parte de la nueva Oficina de Investigación y Desarrollo Científico (OSRD), también administrada por Vannevar Bush , que reportaba directamente al presidente Roosevelt. La OSRD recibió acceso casi ilimitado a la financiación y los recursos, y el Laboratorio de Rad recibió una gran parte para la investigación y el desarrollo del radar.
A partir de 1942, el Proyecto Manhattan absorbió a varios físicos del Rad Lab en Los Álamos y en las instalaciones de Lawrence en Berkeley. Esto se hizo más sencillo gracias a que Lawrence y Loomis participaron en todos estos proyectos. [6]
El Laboratorio de Radiación se inauguró oficialmente en noviembre de 1940, utilizando 370 m2 de espacio en el Edificio 4 del MIT, y con una financiación inicial de 500.000 dólares del NDRC. Además del Director, Lee DuBridge, II Rabi era el subdirector de asuntos científicos y F. Wheeler Loomis (sin relación con Alfred Loomis) era el subdirector de administración. EG ("Taffy") Bowen fue designado como representante de Gran Bretaña.
Incluso antes de la apertura, los fundadores identificaron los primeros tres proyectos para el Rad Lab. En orden de prioridad, estos eran (1) un sistema de detección de 10 cm (llamado radar de interceptación de aeronaves o AI) para aviones de combate , (2) un sistema de puntería de cañones de 10 cm (llamado gun-laying o GL) para baterías antiaéreas , y (3) un sistema de navegación por radio aerotransportado de largo alcance .
Para iniciar los dos primeros proyectos se utilizó el magnetrón de Gran Bretaña para construir un conjunto de " placa de pruebas " de 10 cm, que se probó con éxito desde el tejado del edificio 4 a principios de enero de 1941. Todo el personal inicial participó en esta tarea.
En el marco del Proyecto 1, dirigido por Edwin M. McMillan , se desarrolló un equipo "diseñado" con una antena que utilizaba un reflector parabólico de 30 pulgadas (76 cm) . Este, el primer radar de microondas construido en Estados Unidos, se probó con éxito en un avión el 27 de marzo de 1941. Luego, Taffy Bowen lo llevó a Gran Bretaña y lo probó en comparación con un equipo de 10 cm que se estaba desarrollando allí.
Para el sistema final, el personal del Rad Lab combinó características de su propio equipo y del británico. Finalmente se convirtió en el SCR-720, ampliamente utilizado tanto por el Cuerpo Aéreo del Ejército de los EE. UU. como por la Real Fuerza Aérea Británica .
Para el Proyecto 2, se seleccionó un reflector parabólico de 4 pies y luego de 6 pies de ancho (1,2 y luego 1,8 m) en un soporte pivotante. Además, este conjunto utilizaría una computadora electromecánica (llamada predictor-correlacionador) para mantener la antena apuntada a un objetivo adquirido. Ivan A. Getting fue el líder del proyecto. Al ser mucho más complicado que la interceptación de aeronaves y requerirse que fuera muy resistente para su uso en el campo, un GL diseñado no se completó hasta diciembre de 1941. Finalmente, este se desplegó como el omnipresente SCR-584 , y ganó atención por primera vez al dirigir el fuego antiaéreo que derribó aproximadamente el 85 por ciento de las bombas voladoras alemanas V-1 ("bombas zumbadoras") que atacaban Londres. [7]
El Proyecto 3, un sistema de navegación de largo alcance, fue de particular interés para Gran Bretaña. Contaban con un sistema de navegación hiperbólica , llamado GEE , pero era inadecuado, tanto en alcance como en precisión, para apoyar a las aeronaves durante los bombardeos sobre objetivos distantes en Europa. Cuando la Misión Tizard le informó sobre GEE, Alfred Loomis conceptualizó personalmente un nuevo tipo de sistema que superaría las deficiencias de GEE, y el desarrollo de su LORAN (acrónimo de Long Range Navigation) se adoptó como proyecto inicial. [8] La División LORAN se estableció para el proyecto y estuvo dirigida por Donald G. Fink . LORAN, que operaba en la porción de baja frecuencia ( LF ) del espectro de radio, fue el único proyecto del Rad Lab que no utilizaba microondas. Al incorporar elementos importantes de GEE, LORAN tuvo un gran éxito y fue beneficioso para el esfuerzo bélico. Al final de las hostilidades, aproximadamente el 30 por ciento de la superficie de la Tierra estaba cubierta por estaciones LORAN y era utilizada por 75.000 aeronaves y buques de superficie. [9]
Tras el ataque japonés a Pearl Harbor y la entrada de Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial, el trabajo en el Rad Lab se expandió enormemente. En el apogeo de sus actividades, el Rad Lab empleaba a casi 4.000 personas que trabajaban en varios países. El Rad Lab había construido y fue el ocupante inicial del famoso edificio 20 del MIT . Con un coste de poco más de un millón de dólares, esta fue una de las estructuras temporales de la Segunda Guerra Mundial que más tiempo sobrevivió.
Las actividades finalmente abarcaron la electrónica física, las propiedades electromagnéticas de la materia, la física de microondas y los principios de comunicación por microondas, y el Rad Lab realizó avances fundamentales en todos estos campos. La mitad de los radares desplegados por el ejército estadounidense durante la Segunda Guerra Mundial fueron diseñados en el Rad Lab, incluidos más de 100 sistemas de microondas diferentes que costaron $ 1.5 mil millones . [10] Todos estos equipos mejoraron considerablemente los sistemas VHF anteriores a las microondas del Laboratorio de Investigación Naval y los Laboratorios del Cuerpo de Señales del Ejército , así como los radares británicos como el Chain Home de Robert Watson-Watt y los primeros equipos RDF aerotransportados de Taffy Bowen.
Aunque el Rad Lab se inició como una operación conjunta angloamericana y muchos de sus productos fueron adoptados por el ejército británico, los investigadores de Gran Bretaña* continuaron con el desarrollo del radar de microondas y, en particular con la cooperación de Canadá, produjeron muchos tipos de sistemas nuevos. Para el intercambio de información, el Rad Lab estableció una sucursal en Inglaterra, y varios científicos e ingenieros británicos trabajaron en misiones en el Rad Lab. *En el TRE, Telecommunications Research Establishment
El magnetrón de cavidad resonante siguió evolucionando en el Rad Lab. Un equipo dirigido por II Rabi amplió primero el funcionamiento del magnetrón de 10 cm (banda S) a 6 cm (banda C), luego a 3 cm (banda X) y, finalmente, a 1 cm (banda K). Para seguir el ritmo, todos los demás subsistemas de radar también evolucionaron continuamente. La División de Transmisores, bajo la dirección de Albert G. Hill , llegó a involucrar a un personal de 800 personas en estos esfuerzos.
Luis W. Alvarez inventó un tipo de antena radicalmente diferente para sistemas de banda X y lo utilizó en tres nuevos sistemas: un radar de mapeo aéreo llamado Eagle, un sistema de aproximación de control terrestre (GCA) con aterrizaje a ciegas y un sistema de alerta temprana por microondas (MEW) terrestre. Los dos últimos tuvieron mucho éxito y se utilizaron en aplicaciones de posguerra. Eagle finalmente se convirtió en un radar de mapeo muy efectivo llamado H2X o Mickey y fue utilizado por la Fuerza Aérea del Ejército y la Armada de los EE. UU., así como por la Real Fuerza Aérea Británica. [11]
El proyecto más ambicioso del Rad Lab con importancia a largo plazo fue el Proyecto Cadillac. Dirigido por Jerome B. Wiesner , el proyecto incluía un radar de alta potencia transportado en una cápsula bajo un avión TBM Avenger y un Centro de Información de Combate a bordo de un portaaviones. El objetivo era un sistema de control y alerta temprana aerotransportado , que proporcionara a la Armada de los EE. UU. una capacidad de vigilancia para detectar aviones enemigos en vuelo bajo a una distancia superior a las 100 millas (161 km). El proyecto se inició a baja altura a mediados de 1942, pero con la posterior llegada de las amenazas kamikaze japonesas en el Teatro de Operaciones del Pacífico , el trabajo se aceleró enormemente, llegando a involucrar al 20 por ciento del personal del Rad Lab. Se voló un prototipo en agosto de 1944 y el sistema entró en funcionamiento a principios del año siguiente. Aunque demasiado tarde para afectar al esfuerzo bélico final, el proyecto sentó las bases para desarrollos significativos en los años siguientes. [12]
Cuando se creó el Rad Lab, se creó un laboratorio para desarrollar contramedidas electrónicas (ECM), tecnologías para bloquear los radares y las comunicaciones enemigas. Con Frederick E. Terman como director, este pronto se trasladó al campus de la Universidad de Harvard (a sólo una milla del MIT) y se convirtió en el Radio Research Laboratory (RRL). Aunque organizativamente independientes del Rad Lab, también estaban bajo la supervisión del OSRD, las dos operaciones tuvieron mucho en común a lo largo de su existencia.
Cuando el Laboratorio de Radiación cerró, la OSRD aceptó seguir financiando la División de Investigación Básica, que pasó a formar parte oficialmente del MIT el 1 de julio de 1946, con el nombre de Laboratorio de Investigación Electrónica del MIT (RLE). Otras investigaciones realizadas durante la guerra fueron asumidas por el Laboratorio de Ciencias Nucleares del MIT, que se fundó al mismo tiempo. Ambos laboratorios ocuparon principalmente el Edificio 20 hasta 1957.
La mayoría de los resultados de investigación importantes del Rad Lab se documentaron en una compilación de 28 volúmenes titulada MIT Radiation Laboratory Series , editada por Louis N. Ridenour y publicada por McGraw-Hill entre 1947 y 1953. Esta ya no se imprime, pero la serie fue reeditada como un conjunto de dos CD-ROM en 1999 ( ISBN 1-58053-078-8 ) por la editorial Artech House. Más recientemente, se ha vuelto disponible en línea. [13]
La desclasificación posterior a la guerra del trabajo del MIT Rad Lab permitió acceder, a través de la serie, a un gran volumen de conocimientos sobre electrónica avanzada. Una referencia (cuya identidad se ha olvidado hace tiempo) atribuía a la serie el desarrollo de la industria electrónica posterior a la Segunda Guerra Mundial.
Con los esfuerzos criptográficos y de criptología centrados en Bletchley Park y Arlington Hall y el Proyecto Manhattan , el desarrollo del radar de microondas en el Laboratorio de Radiación representa uno de los esfuerzos tecnológicos más significativos, secretos y de mayor éxito generados por las relaciones angloamericanas en la Segunda Guerra Mundial. El Laboratorio de Radiación fue nombrado Hito del IEEE en 1990. [14]
Nueve miembros del Laboratorio de Radiación ganaron posteriormente premios Nobel : [15]