فرض كنيد در حال خلباني يك جمبو جت (جت مسافربري غول پيكر) هستيد كه قرار است در فرودگاهي در وسط شهر فرود آيد، ممكن است مه غليظي همه جا را فراگرفته باشد يا شب باشد. اگر نتوانيد ببينيد چگونه به سلامت فرود خواهيد آمد؟ خلبانان هواپيماها به كمك رادار از عهده اين مشكل مي آيند. رادار روشي براي ديدن است اما به كمك امواج فركانس بالا! رادار ها در گذشته و در زمان جنگ جهاني دوم فقط براي شناسايي هواپيماهاي دشمن مورد استفاده قرار مي گرفت. اما امروزه استفاده از آن بسيار متداول شده است، به طوريكه در دوربين هاي كنترل سرعت پليس گرفته تا پيش بيني وضع هوا از آن استفاده مي شود. حتي در سيستم هاي دفاع موشكي به عنوان يك سيستم هشدار دهنده از رادار استفاده مي شود. اجازه دهيد نگاهي دقيق تر به اساس كار رادار بيندازيم.

رادار چيست؟

ما مي توانيم دنياي اطراف خود را ببنيم به اين دليل كه بازتابش نور خورشيد (البته مي تواند منبع نور چيزي غير از خورشيد باشد) از آنها به چشم ما مي رسد. و اگر شب بخواهيد در تاريكي قدم بزنيد مي توانيد از يك چراغ قوه استفاده كنيد تا جلوي پاي خود را ببينيد. نور چراغ قوه به اجسامي كه در مقابل شما قرار دارد برخورد مي كند و بازتابش آن به چشم شما مي رسد. به اين ترتيب مي توانيد آن اجسام را ببينيد. و آنگاه مغز شما بلافاصله شروع به تجزيه تحليل آن مي كند و متوجه مي شويد چه چيزي در مقابل شماست، چقدر باشما فاصله دارد، چه جنس و ابعادي دارد به اين ترتيب بدون اينكه با جسمي برخورد داشته باشيد مي توانيد به راه خود ادامه دهيد.

اساس کار رادار هم بسيار شبيه به اين روش است. رادار يا radar مخفف radio detect and ranging است كه خود تا حد زيادي پاسخگوي پرسش ماست. فرض كنيد كه هواپيما شب هنگام در ميان مه غليظ در حال پرواز است. خلبان نمي تواند ببيند كه كجا مي رود، بنابراين از رادار استفاده مي كند.

رادار يك هواپيما كمي شبيه به چراغ قوه عمل مي كند با اين تفاوت كه به جاي استفاده از نور از امواج راديويي استفاده مي كند. در هواپيما يك منبع سيگنال موجي را در يك دوره زماني مشخص ارسال مي كند و يك گيرنده يا حسگر امواج در انتظار انعكاس آن مي ماند و زماني كه بازتابش را دريافت مي كند به اين معني است كه مانعي وجود دارد و براي محاسبه فاصله از زمان بازگشت استفاده مي كند هر چه زمان بين ارسال موج و بازگشت انعكاس آن بيشتر باشد به اين معني است كه فاصله بيشتر است. شبيه به همان روشي كه خفاش ها بدون اينكه سيستم بينايي مانند ما داشته باشند براي پرواز از ميان موانع استفاده مي كنند و به راحتي شب ها و در تاريكي مي توانند پرواز كنند.

رادار ها چگونه كار مي كنند؟

فرقي نمي كند كه رادار بر روي هواپيما، كشتي يا هر وسيله ديگري نصب شده باشد همه از يك سري تجهيزات مشترك تشكيل شده اند: قسمتي كه امواج راديويي را توليد مي كند، بخشي كه آنرا به فضاي پيرامون ارسال مي كند، بخشي كه انعكاس آنرا دريافت مي كند و تجهيزي كه سيگنال دريافت شده را تبديل به تصويري مي كند تا اپراتور بتواند از آن اطلاعات لازم را دريافت كند و برايش قابل فهم باشد.

امواج راديويي كه رادار توليد مي كند توسط دستگاهي توليد مي شود كه به آن ماگنتورم مي گويند. امواج راديويي مشابه امواج نوري هستند: آنها با يك سرعت منتشر مي شوند اما طول موج بيشتري از نور دارند و فركانس آنها بيشتر است. امواج نوري و راديويي هر دو بخشي از طيف امواج الكترومغناطيسي است. امواج راديويي كه توسط ماگنتورم توليد مي شوند در حقيقت از نوع ميكرو ويو است مشابه امواجي كه يك فر ميكرو ويو توليد مي كند. تنها فرق آنها در اين است كه رادار امواج را بايد به كيلومتر ها دورتر ارسال كند در حاليكه در يك اجاق اين فاصله فقط در حدود چند سانتي متر است به همين دليل امواجي كه ماگنتورم توليد مي كنند بسيار قوي تر هستند.

همينكه امواج راديويي توليد شوند يك آنتن به عنوان فرستنده وظيفه ارسال آنها را به عهده مي گيرد. امواج در نزدیکی آنتن فرستنده قويترين سيگنال را دارند. آنتن ها معمولا به گونه اي ساخته مي شوند كه امواج را به صورتي دقيق و به صورت يك اشعه نازك متمركز كنند اما امواج آنتن هاي رادار بايد فضاي بيشتري را پوشش دهند و به همين دليل اغلب آنتن هاي رادار قابليت چرخش دارند تا بتوانند فضاي بيشتري را پوشش دهند. امواج راديويي با سرعت نور در فضا منتشر مي شوند يعني سرعتي معادل 300 هزار كيلومتر در ثانيه و همچنان به راه خود ادامه مي دهند تا اينكه به مانعي برخورد كنند و قسمتي از اين موج با سرعت نور به سمت آنتن بازتابش مي كند سرعت امواج بسيار مهم است اگر يك جنگنده جت دشمن با سرعت سه هزار كيلومتر در ساعت به سمت ما بيايد اشعه رادار بايد بسيار سريعتر از آن باشد تا به جنگنده برسد، به سمت گيرنده رادار بازگردد و رادار فرصت كافي داشته باشد تا اعلام خطر كند. و خوشبختانه امواج راديويي به اندازه كافي سريع هستند به عنوان مثال اگر هواپيمايي در فاصله 160 كيلومتري ما باشد يك اشعه رادار مي تواند در زماني كمتر از يك هزارم ثانيه اين فاصله را طي كند و بازگردد.

يك آنتن رادار هم فرستنده امواج است و هم گيرنده آن. در حقيقت اين كار را به صورت نوبتي انجام مي دهد. ابتدا سيگنال را در چند هزارم ثانيه ارسال مي كند سپس چند ثانيه اي به بازتابش آن گوش فرا مي دهد! آنگاه هر سيگنالي كه دريافت مي شود به يك تجهيز الكترونيكي ارسال مي شود كه وظيفه آناليز اين امواج را دارد و همچنين مي تواند آنها را به شكلي قابل فهم براي اپراتور در آورد كه معمولاً يك صفحه مانيتور است. همچنين در اين مرحله بازتابش هاي بي مصرفي كه در اثر برخورد با زمين، ساختمان ها و… بوجود آمده اند فيلتر مي شوند و فقط بازتابش هاي مهم در صفحه نمايش باقي مي مانند. و اپراتور مربوطه مي تواند به راحتي هر كشتي يا هواپيمايي را كه در اطرافش وجود دارد مشاهده كند، بفهمد كجا هستند، با چه سرعتي در حال حركت هستند و جهت حركت آنها به كدام طرف است. كار كردن با صفحه رادار بسيار شبيه به بازي هاي كامپيوتري است ولي يك تفاوت عمده وجود دارد اگر اپراتور كوتاهي يا اشتباه كند ممكن است جان عده زيادي به خطر بيفتد يا خسارت هاي مالي هنگفتي تحميل شود.

يك تجهيز ديگر هم در رادار ها به نام داپلكسر وجود دارد داپلكسر آنتن را در فواصل زماني مشخص تبديل به فرستنده و گيرنده مي كند چون وقتي آنتن به عنوان فرستنده كار مي كند نمي تواند به عنوان گيرنده كار كند و عكس آن هم صادق است. در تصوير زير مي توانيد مشاهده كنيد كه چگونه همه اين اجزا در كنار هم كار مي كنند و يك رادار را تشكيل مي دهند.

اگر كار رادار را بخواهيم به صورت خلاصه توصيف كنيم:

1- ماگنترون امواج راديويي فركانس بالا توليد مي كند.

2- داپلكسر  ماگنترون را به سمت آنتن در فواصل زماني مشخص متصل مي كند يا به اصطلاح سوييچ مي كند.

3- آنتن به عنوان فرستنده عمل مي كند و امواجي راديويي را به صورت اشعه اي نازك و ممتمركز در فضا منتشر مي كند.

4- امواج راديويي به هواپيما برخورد مي كند و بازتابش مي كند.

5- در فاصله اي كه عمل ارسال قطع مي شود آنتن امواج برگشتي يا بازتايش شده را دريافت مي كند. توجه داشته باشيد كه آنتن هم به عنوان فرستنده و هم به عنوان گيرنده عمل مي كند و اين كار را به صورت نوبتي و پريوديك انجام مي دهد.

6- داپلكسر آنتن را به گيرنده تبديل مي كند.

7- كامپيوتري كه در بخش گيرنده رادار وجود دارد امواج بازتابش شده را بازتابش مي كند و آنرا در مانيتور نمايش مي دهد.

8- و هواپيما در مانيتور رويت مي شود.

چه استفاده هايي از رادار مي شود؟

هنوز بيشترين مصرف رادار در فناوري هاي نظامي است. و رادارهايي كه در پايگاهاي مختلف نصب مي شوند مي توانند هواپيماها و موشك هاي دشمن را تشخيص دهند. يكي از پيشرفته ترين انواع رادار را در دنيا ايالات متحده آمريكا دارد كه در سه نقطه نصب شده است و قادر است خيلي زود موشك ها و هواپيماهاي مهاجم را تشخيص دهد. از رادار فقط براي مصارف نظامي استفاده نمي شود بلكه هواپيماهاي مسافربري و بيشتر كشتي هاي بزرگ امروزه داراي رادار هايي هستند كه به كمك آنها مي توانند مسيريابي وناوبري كنند. هر فرودگاه اصلي يك رادار غول پيكر همراه با يك ديش اسكن كننده دارد كه به كمك آن مي تواند ترافيك هوايي را كنترل نمايد مي توانيد ديش گردان اين فرودگاهها را در نزديكي برج كنترل ببينيد.

همه شما پليس هايي را كه با دوربين كنترل سرعت در كنار جاده منتظر هستند تا خودروهايي را كه خيلي سريع حركت مي كنند متوقف كنند را ديده ايد. اين دوربين ها بر اساس يك فناوري به نام داپلر يا دوپلر كار مي كنند. زمانيكه دوربين پليس به سمت خودروي شما متمركز شده است امواج راديويي ارسال مي كند كه پس از برخورد با بدنه فلزي در شكل موج تغييري حاصل مي شود كه اين تغيير شكل با سرعت خودرو متناسب است و امروزه به كمك پيشرفت علم الكترونيك به راحتي مي توان سرعت خودرو را با توجه به شكل موج سيگنال دريافت شده محاسبه كرد.

از رادار مي توان براي تحقيقات و فعاليت هاي علمي استفاده كرد كه از آن جمله مي توان به پيش بيني وضع هوا، اندازه گيري سرعت و مسير طوفان ها به كمك رادار داپلر اشاره كرد. متخصصين پيش بيني شرايط جوي، اشعه رادار را به سمت ابرها هدايت مي كنند تا متوجه شوند ابرهاي باران زا با چه سرعتي حركت مي كنند و باران چه موقع به زمين مي رسد. متخصصين هواشناسي از يك نوع رادار مرئي به نام ليدار استفاده مي كنند ليدار مخفف Light Detection And Ranging است. كه به كمك آن مي توانند ميزان آلودگي هوا را به كمك ليزر اندازه گيري كنند. باستان شناسان و زمين شناسان هم از رادار استفاده مي كنند و امواج آنرا به اعماق زمين ارسال مي كنند تا شهر هاي مدفون شده قديمي يا لايه هاي مورد نظرشان را شناسايي كنند.

اما سيستم هاي راداري كه با امواج راديويي كار مي كنند نمي توانند در زير دريايي ها مورد استفاده قرار گيرند. به خاطر چگالي بالاي آب دريا اين امواج خيلي زود مستهلك مي شوند و نمي توانند مسافت زيادي را طي كنند، بنابراين از سيستم سونار استفاده مي كنند كه امواج صوتي را جايگزين امواج راديويي كرده است، كه به خوبي مي توانند در آب دريا مسافت هاي طولاني را طي كنند.

مخفي شدن از امواج رادار

همچنان كه رادار وسيله اي مفيد براي رديابي هواپيماها و كشتي هاي دشمن است از سوي ديگر دانشمنداني كه در زمينه علوم نظامي فعاليت مي كنند تلاش هايي براي مخفي شدن از امواج رادار انجام داده اند تا هواپيماهاي خود را از ديد رادار پنهان كنند براي اين منظور هواپيماها را به شكل مثلث و با سطح خارجي كه از خطوط تيز تشكيل شده است مي سازند و بدنه آنها را از ماده مخصوصي مي پوشانند تا امواج راديويي را جذب كنند يا منحرف كنند و بدين ترتيب بازگشتي به سمت رادار ندارند و امواج بازتابش شده كه به سمت رادار مي رسد آنقدر كوچك است كه در حد يك پرنده كوچك است! هواپیماهایی که با چنین شکل بدنه ای ساخته می شوند بسیار ناپایدار هستند و باید توسط کامپیوترها در ناحیه پایدار هدایت شوند و خلبان به تنهایی نمی تواند چنین هواپیمایی را کنترل کند.

يكي از اين هواپيماها بمب افكن رادارگريز B2 است كه مي توانيد آنرا در شكل زير مشاهده كنيد.

چه كسي رادار را اختراع كرد؟

دانشمندان زيادي در ساخت و تكميل فناوري رادار نقش داشته اند اما برجسته ترين آنها فيزيكدان اسكاتلندي رابرت واتسون وات است. در زمان جنگ جهاني اول واتسون وات براي اداره هواشناسي بريتانيا كار مي كرد و به كمك امواج راديوي توانستند طوفان هاي پيش رو را پيش بيني كنند.

و زمان جنگ جهاني دوم واتسون و دستيارش آرنولد ويلكينز متوجه شدند مي توانند از اين فناوري براي تشخيص هواپيماهاي دشمن استفاده كنند. و پس از اينكه توانستند تئوري خود را ثابت كنند شبكه اي از آنتن هاي رادار در نوار ساحلي شرق و جنوب بريتانيا نصب كردند. در طول جنگ جهاني دوم رادارهاي بريتانيا نقش مهمي براي شناسايي هواپيماهاي هيتلر نازي ايفا كردند و سبب برتري هوايي بريتانيا شدند كه خود منجر به برتري هاي نظامي ديگري هم شد. همچنين سيستم مشابهي هم در ايالات متحده آمريكا ساخته شده بود كه رسيدن هواپيماهاي ژاپني را در پرل هاربل هاوايي تشخيص دهد.

نوشته: كريس وودفورد

ترجمه: علي يزدي مقدم

مطالب مرتبط:

• هشدار دانشمندان درباره اسلحه های هوشمند و ربات هاي نظامي قاتل
• اسلحه های لیزری چگونه کار می کنند؟
• تالون روبات نظامی همه کاره
• مقايسه خورشيد و زمين
• امواج رادیویی چیست؟ و چه مضراتی دارد؟
• کاربرد سوپر آلیاژها و خواص آنها
• انرژي خورشيدي متمركز شده
• راز پیدایش شفق تتا
• مدار الکترونیکی نشان دهنده زنگ موبایل
• اشنایی با فیبر کربن و کاربرد های آن
• ساخت الماس از کربن
• پرواز بالهای جت
• اکسوس 2 روبات پوشیدنی