Estações de radar: histórico e princípios básicos de operação

A guerra moderna é rápida e fugaz. Muitas vezes o vencedor em uma batalha é aquele que é o primeiro a ser capaz de detectar uma ameaça em potencial e reagir adequadamente a ela. Por mais de setenta anos, um método de radar baseado na emissão de ondas de rádio e no registro de suas reflexões a partir de vários objetos tem sido usado para procurar um inimigo em terra, mar e ar. Os dispositivos que enviam e recebem esses sinais são chamados de estações de radar (radares) ou radares.

O termo "radar" é uma abreviação inglesa (detecção de rádio e alcance), que foi lançada em 1941, mas há muito tempo se tornou uma palavra independente e entrou na maioria dos idiomas do mundo.

A invenção do radar é certamente um evento marcante. O mundo moderno é difícil de imaginar sem estações de radar. Eles são usados ​​na aviação, no transporte marítimo, com a ajuda do tempo radar é previsto, violadores das regras de trânsito são detectados, a superfície da Terra é escaneada. Os sistemas de radar (RLK) encontraram sua aplicação na indústria espacial e nos sistemas de navegação.

No entanto, o radar mais usado encontrado em assuntos militares. Deve-se dizer que esta tecnologia foi originalmente criada para necessidades militares e atingiu o estágio de implementação prática pouco antes do início da Segunda Guerra Mundial. Todos os maiores países participantes desse conflito ativamente (e não sem resultado) usaram radares para reconhecimento e detecção de navios e aeronaves inimigas. É seguro dizer que o uso do radar decidiu o resultado de várias batalhas icônicas tanto na Europa quanto no Pacífico, no palco das hostilidades.

Hoje, os radares são usados ​​para resolver uma gama extremamente ampla de tarefas militares, desde rastrear o lançamento de mísseis balísticos intercontinentais até reconhecimento de artilharia. Cada aeronave, helicóptero, navio de guerra tem seu próprio complexo de radar. Os radares são a base do sistema de defesa aérea. O mais novo complexo de radar com uma antena de fases será instalado no promissor tanque russo "Armata". Em geral, a diversidade do radar moderno é incrível. Estes são dispositivos completamente diferentes, que diferem em tamanho, características e propósito.

É seguro dizer que hoje a Rússia é um dos líderes mundiais reconhecidos no desenvolvimento e produção de estações de radar. No entanto, antes de falarmos sobre tendências no desenvolvimento de sistemas de radar, algumas palavras devem ser ditas sobre os princípios da operação do radar, bem como sobre a história dos sistemas de radar.

Como funciona o radar?

Um local é um método (ou processo) de determinar a localização de algo. Assim, a radiolocalização é um método de detectar um objeto ou objeto no espaço usando ondas de rádio, que são emitidas e recebidas por um dispositivo chamado radar ou radar.

O princípio físico de operação do radar primário ou passivo é bastante simples: ele transmite ondas de rádio para o espaço, que são refletidas a partir de objetos próximos e retornam a ela na forma de sinais refletidos. Analisando-os, o radar é capaz de detectar um objeto em um determinado ponto no espaço e também mostrar suas principais características: velocidade, altitude, tamanho. Qualquer radar é um dispositivo de engenharia de rádio complexo que consiste em muitos componentes.

A composição de qualquer radar inclui três elementos principais: o transmissor de sinal, antena e receptor. Todas as estações de radar podem ser divididas em dois grandes grupos:

  • impulso;
  • ação contínua.

Um transmissor de radar de pulso emite ondas eletromagnéticas por um curto período de tempo (uma fração de segundo), o próximo sinal é enviado somente após o primeiro pulso retornar e entrar no receptor. Frequência de repetição de pulso - uma das características mais importantes do radar. Os radares de baixa frequência enviam várias centenas de pulsos por minuto.

A antena de um radar de pulso funciona tanto na recepção quanto na transferência. Depois que o sinal é emitido, o transmissor é desligado por um tempo e o receptor é ligado. Depois de sua recepção é o processo inverso.

O radar de pulso tem desvantagens e vantagens. Eles podem determinar o alcance de vários alvos ao mesmo tempo, como um radar pode facilmente fazer com uma antena, os indicadores de tais dispositivos são simples. No entanto, o sinal emitido por esse radar deve ter um poder bastante grande. Você também pode adicionar que todo o radar de rastreamento moderno é executado pelo padrão de pulso.

Em estações de radar pulsadas, magnétrons, ou lâmpadas de ondas viajantes, são geralmente usados ​​como fonte de sinal.

A antena do radar focaliza o sinal eletromagnético e o envia, pega o pulso refletido e o transmite para o receptor. Existem radares em que a recepção e a transmissão de um sinal são feitas por antenas diferentes e podem ser localizadas a uma distância considerável umas das outras. A antena do radar pode emitir ondas eletromagnéticas em um círculo ou funcionar em um setor particular. O feixe de radar pode ser em espiral ou em forma de cone. Se necessário, o radar pode monitorar o alvo em movimento, constantemente apontando para ele com a ajuda de sistemas especiais.

A função do receptor é processar a informação recebida e transferi-la para a tela a partir da qual ela é lida pelo operador.

Além do radar pulsado, há radares contínuos que emitem constantemente ondas eletromagnéticas. Tais estações de radar em seu trabalho usam o efeito Doppler. Encontra-se no fato de que a freqüência de uma onda eletromagnética refletida de um objeto que se aproxima da fonte do sinal será maior do que de um objeto que se afasta. A frequência do pulso emitido permanece inalterada. Radares deste tipo não fixam objetos fixos, o seu receptor capta apenas ondas com uma frequência maior ou menor que a emitida.

Um radar Doppler típico é um radar, usado pela polícia de trânsito para determinar a velocidade dos veículos.

O principal problema dos radares de ação contínua é a impossibilidade de usá-los para determinar a distância ao objeto, mas durante sua operação não há interferência de objetos fixos entre o radar e o alvo ou por trás dele. Além disso, o radar Doppler é um dispositivo bastante simples, o suficiente para operar sinais de baixa potência. Deve-se notar também que estações de radar modernas com radiação contínua têm a capacidade de determinar a distância ao objeto. Isso é feito alterando a frequência do radar durante a operação.

Um dos principais problemas na operação do radar pulsado são as interferências que vêm de objetos fixos - via de regra, esta é a superfície da terra, montanhas, morros. Quando os radares de pulso aéreos dos aviões estão operando, todos os objetos abaixo são “obscurecidos” por um sinal refletido da superfície da Terra. Se falamos de complexos de radar terrestres ou marítimos, então, para eles, esse problema se manifesta na detecção de alvos voando em baixas altitudes. Para eliminar essa interferência, o mesmo efeito Doppler é usado.

Além do radar primário, há também os chamados radares secundários, que são usados ​​em aeronaves para identificar aeronaves. A composição de tais sistemas de radar, além do transmissor, antena e dispositivo de recepção, também inclui um transponder de aeronave. Quando irradiado com um sinal eletromagnético, o respondente emite informações adicionais sobre a altura, rota, número do cartão e sua nacionalidade.

Além disso, as estações de radar podem ser divididas pelo comprimento e frequência da onda em que operam. Por exemplo, para estudar a superfície da Terra, bem como trabalhar a distâncias significativas, são utilizadas ondas de 0,9-6 m (freqüência 50-330 MHz) e 0,3-1 m (freqüência 300-1000 MHz). Radar com um comprimento de onda de 7,5-15 cm é usado para controle de tráfego aéreo, e o radar sobre as estações de detecção de lançamento de mísseis operam em ondas com um comprimento de 10 a 100 metros.

História do radar

A ideia de radar apareceu quase imediatamente após a descoberta das ondas de rádio. Em 1905, Christian Hülsmeier, da Siemens, uma empresa alemã, criou um dispositivo que detecta grandes objetos metálicos usando ondas de rádio. O inventor propôs instalá-lo em navios para evitar colisões em condições de pouca visibilidade. No entanto, as companhias de navegação não estão interessadas no novo dispositivo.

Experimentos foram realizados com radar na Rússia. No final do século 19, o cientista russo Popov descobriu que objetos de metal impedem a propagação de ondas de rádio.

No início dos anos 20, os engenheiros americanos Albert Taylor e Leo Yang conseguiram detectar um navio que passava usando ondas de rádio. No entanto, o estado da indústria de rádio na época era tal que era difícil criar projetos industriais de estações de radar.

As primeiras estações de radar que poderiam ser usadas para resolver problemas práticos apareceram na Inglaterra por volta de meados dos anos trinta. Esses aparelhos eram muito grandes, só podiam ser instalados em terra ou no convés de grandes navios. Somente em 1937, foi criado um protótipo de um radar em miniatura, que poderia ser instalado em uma aeronave. No começo da Segunda Guerra Mundial, os britânicos tinham uma cadeia desenvolvida de estações de radar chamada Chain Home.

Envolvido em uma nova direção promissora na Alemanha. Além disso, deve ser dito, sem sucesso. Já em 1935, o comandante-em-chefe da frota alemã, Reder, foi mostrado um radar funcionando com um display de feixe de elétrons. Mais tarde, com base nela foram criadas amostras em série do radar: Seetakt para as forças navais e Freya para defesa aérea. Em 1940, o sistema de controle de incêndios por radar de Würzburg começou a fluir para o exército alemão.

No entanto, apesar das conquistas óbvias de cientistas e engenheiros alemães no campo da radiolocalização, o exército alemão começou a usar radares posteriormente britânicos. Hitler e o topo do Reich consideravam os radares como armas exclusivamente defensivas, que o exército alemão vitorioso realmente não precisava. É por essa razão que os alemães tinham apenas oito radares Freya instalados no início da batalha pela Grã-Bretanha, embora, em termos de suas características, fossem pelo menos tão bons quanto os britânicos. Em geral, podemos dizer que foi precisamente o uso bem-sucedido do radar que determinou em grande parte o resultado da batalha pela Grã-Bretanha e o subsequente confronto entre a Luftwaffe e a Força Aérea Aliada nos céus da Europa.

Mais tarde, os alemães, com base no sistema de Würzburg, criaram uma linha de defesa aérea, chamada de "linha Kammuber". Usando forças especiais, os aliados puderam desvendar os segredos do trabalho do radar alemão, o que tornou possível bloqueá-los efetivamente.

Apesar do fato de que os britânicos entraram na corrida de "radar" mais tarde pelos americanos e alemães, eles foram capazes de ultrapassá-los na linha de chegada e se aproximar do início da Segunda Guerra Mundial com o mais avançado sistema de detecção de radar de aeronaves.

Já em setembro de 1935, os britânicos começaram a construir uma rede de estações de radar, que incluía vinte radares antes da guerra. Isso bloqueou completamente a aproximação das Ilhas Britânicas da costa européia. No verão de 1940, um magnetron ressonante foi criado por engenheiros britânicos, que mais tarde se tornaram a base de estações de radar aéreas instaladas em aeronaves americanas e britânicas.

O trabalho no campo do radar militar foi conduzido na União Soviética. Os primeiros experimentos bem sucedidos na detecção de aeronaves usando radar na URSS foram realizados em meados dos anos 30. Em 1939, o primeiro radar RUS-1 foi adotado pelo Exército Vermelho e em 1940 - o RUS-2. Ambas as estações foram colocadas em produção em massa.

A Segunda Guerra Mundial mostrou claramente a alta eficiência do uso de estações de radar. Portanto, após a sua conclusão, o desenvolvimento de novos radares tornou-se uma das prioridades para o desenvolvimento de equipamentos militares. Com o tempo, os radares aéreos receberam, sem exceção, todos os aviões e navios militares, e o radar tornou-se a base dos sistemas de defesa aérea.

Durante a Guerra Fria, os Estados Unidos e a URSS tinham uma nova arma destrutiva - mísseis balísticos intercontinentais. Detectar o lançamento desses foguetes tornou-se uma questão de vida ou morte. O cientista soviético Nikolai Kabanov propôs a idéia de usar ondas curtas de rádio para detectar aeronaves inimigas a longas distâncias (até 3 mil quilômetros). Foi bem simples: Kabanov descobriu que as ondas de rádio com 10-100 metros de comprimento são capazes de saltar da ionosfera e irradiar alvos na superfície da Terra, retornando da mesma forma ao radar.

Mais tarde, com base nessa idéia, foi desenvolvida a detecção de radares no horizonte do lançamento de mísseis balísticos. Um exemplo de tal radar pode servir como "Daryal" - uma estação de radar que por várias décadas foi a base do sistema de alerta de lançamento de mísseis soviéticos.

Atualmente, uma das áreas mais promissoras para o desenvolvimento da tecnologia de radar é a criação de um radar phased-array (PAR). Esses radares não têm um, mas centenas de emissores de ondas de rádio, que são operados por um computador poderoso. As ondas de rádio emitidas por diferentes fontes nos FARÓIS podem se amplificar se coincidirem em fase ou, inversamente, enfraquecerem.

O sinal de radar de phased-array pode receber qualquer forma desejada, pode ser movido no espaço sem alterar a posição da própria antena, trabalhando com diferentes frequências de radiação. O radar phased array é muito mais confiável e sensível que um radar com uma antena convencional. No entanto, esses radares têm desvantagens: um grande problema é o resfriamento do radar com o FAROL, além disso, eles são difíceis de fabricar e são caros.

Novas estações de radar com phased array são instaladas em caças de quinta geração. Essa tecnologia é usada no sistema de alerta antecipado de mísseis americanos. O complexo de radar com matrizes faseadas será instalado no mais novo tanque russo "Armata". Deve-se notar que a Rússia é um dos líderes mundiais no desenvolvimento de radar com PAR.