مقالات

رادار ها چشم سوم ما

رادار
نوشته شده توسط سید محمد حسین خلیلی

در اول میِ سال ۱۹۴۶ برای اولین بار بر روی کشتی‌های تجاری از یک سیستم راداری برای کمک به ناوبری استفاده شد. همچنین یک سال بعد در چنین روزی اولین رادار بر روی هواپیمای تجاری عملیاتی شد، این رادار توسط شرکت هوایی هاوارد هیوز ساخته‌شده بود. فیلم هوانورد یا به انگلیسی The Aviator یا اقتباس از زندگی هاوارد هیوز ساخته‌شده است.
رادار یک سیستم آشکارسازی اجسام است که به کمک امواج رادیویی؛ محدوده، زاویه و سرعت حرکت جسم را اندازه‌گیری می‌کند.
اگرچه دانشمندان زیادی برای توسعه رادار تلاش کردند اما یکی از شناخته‌شده‌ترین این افراد، فیزیکدان اسکاتلندی، رابرت واتسون وات است. در طول جنگ جهانی اول واتسون وات، برای اداره هواشناسی بریتانیا کار می‌کرد. او در این زمان از امواج رادیویی برای شناسایی و بررسی طوفان‌ها استفاده می‌کرد.
در زمان جنگ جهانی دوم واتسون وات و دستیارش دریافتند که با استفاده از این فنّاوری می‌توانند نزدیک شدن هواگردهای دشمن را تشخیص دهند. بعد از آن شبکه از رادارهای زمین پایه را در خط ساحلی بریتانیا ساختند که تأثیر به سزایی در مقابله با هواپیماهای آلمان داشت.

رادار چیست؟

ما می‌توانیم اجسام اطراف خود را به خاطر بازتاب نور (معمولاً نور خورشید) از سطحشان به چشم ببنیم. اگر بخواهید در شب یا تاریکی قدم بزنید باید از یک چراغ‌قوه استفاده کنید. نور از چراغ‌قوه خارج می‌شود و بعد از بازتاب از سطح جسم به چشم می‌خورد، مغز نیز به سرعت اطلاعات را پردازش می‌کند به شما می‌گوید که چقدر با آن شی فاصله‌دارید یا …
رادارها نیز بر همین اساس کار می‌کنند. واژه رادار از عبارت radio detection and ranging گرفته‌شده است.
یک هواپیمای بزرگ را در نظر بگیرید که در شب و در مه غلیظ در حال حرکت است. خلبان نمی‌تواند ببیند که به چه سمتی در حال حرکت است، پس از رادار استفاده می‌کند. رادار هواپیما شبیه به چراغ‌قوه‌ای است که در بالا به آن اشاره‌شده؛ با این تفاوت که بجای نور از امواج استفاده می‌کند. هواپیما یک پالس رادار را ارسال می‌کند و سپس منتظر دریافت بازتاب آن می‌ماند و از تحلیل موج بازتاب شده وجود اجسام و موقعیت آن‌ها را تشخیص خواهد داد. شبیه کاری که خفاش با استفاده از امواج صوتی می‌کند.

رادارها چگونه کار می‌کنند

هر رادار چه بر روی کشتی یا هواپیما نصب‌شده باشد، چه در ایستگاه‌های زمینی مستقر باشد؛ شامل چند بخش اساسی است. زیرسامانه‌ای برای تولید امواج رادار، سامانه‌ای برای انتشار امواج در محیط، سامانه‌ای برای دریافت امواج و سامانه‌ای برای تحلیل و نمایش اطلاعات.
امواج رادیویی که توسط سامانه‌های راداری استفاده می‌شود توسط قطعه به نام مگنترون (magnetron) تولید می‌شود. امواج رادیویی مانند امواج نوری هستند، آن‌ها با همان سرعت نور سیر می‌کنند، اما طول‌موج‌های بسیار طویل‌تر و فرکانس‌های پایین‌تری دارند. نور مرئی طول‌موجی در محدوده ۵۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر دارد، این مقدار چیزی در حدود ۱۰۰ یا ۲۰۰ بار نازک‌تر از تار موی انسان است. این در حالی است که امواجی که توسط رادارها استفاده می‌شود دارای طول‌موج‌های به بلندی چند سانتی‌متر تا چند متر هستند.
امواج تولیدشده توسط مگنترون در واقع از نوع ماکروویو (ریزموج) هستند، همان امواجی که توسط اجاق‌های ماکروویو ساخته و استفاده می‌شود؛ اما تفاوت این دو در این است که مکنترون امواجی را تولید می‌کند که باید با کیلومترها دورتر فرستاده شوند اما در اجاق‌های ماکروویو فاصله بیش از چند سانتی‌متر نخواهد بود.
زمانی که امواج رادیویی تولید شد، توسط یک آنتن که وظیفه انتقال‌دهنده را دارد، منتشر می‌شد. آنتن‌های رادار معمولاً منحنی هستند و امواج تولیدشده را قبل از انتشار به صورت یک پرتوی باریک متمرکز می‌کنند. با این حال آنتن با چرخش محدوده بزرگی در اطراف رادار را پوشش خواهد داد. امواج منتشرشده با سرعت نور به راه خود ادامه می‌دهند مگر آنکه به جسمی برخورد کنند و بازتاب شوند که در این صورت توسط آنتن دریافت و ثبت می‌شوند.
سرعت امواج بسیار مهم است، یک جنگنده متخاصم را در نظر بگیرید که سرعتی به اندازه ۳۰۰۰ کیلومتر در ساعت دارد و در فاصله ۱۶۰ کیلومتری از محل شما قرار دارد. امواج رادار که با سرعت نور حرکت می‌کنند می‌توانند در کمتر از یک‌هزارم ثانیه این پرنده را شناسایی کنند؛ اما اگر سرعت امواج راداری پایین باشد و به اندازه کافی سریع نباشد. ممکن است خیلی دیر متوجه حضور دشمن بشویم.
آنتن رادار یک گیرنده بسیار قوی نیز می‌باشد. به طور معمول آنتن امواج را در طول چند هزارم ثانیه ارسال می‌کند، سپس برای دریافت بازتاب امواج تا چند لحظه به گوش می‌ایستد. هر بازتاب دریافت شده توسط آنتن به سرعت تحلیل و نمایش داده می‌شود.
تجهیزات دریافت‌کننده رادار؛ بازتاب‌هایی که از سطوح زمین، ساختمان‌ها، پرندگان و … است را فیلتر می‌کند و فقط بازتاب‌های شاخص را نمایش می‌دهد. اپراتور رادار می‌تواند کشتی‌ها، هواپیماها را ببیند، موقعیت آن‌ها را پیدا کند و سرعت حرکت آن‌ها را متوجه شود.

کاربردهای رادار

رادار بیشتر به عنوان یکی فنّاوری نظامی شناخته می‌شود. اگرچه توسعه رادارها در اصل به منظور کاربردهای نظامی بوده اما این وسیله کاربردهای غیرنظامی بسیاری دارد. بیشتر قایق‌های بزرگ و کشتی‌های غیرنظامی و هواپیماها از رادار به منظور ناوبری استفاده می‌کنند. در فرودگاه‌ها برج مراقبت به کمک رادار به کنترل ترافیک هوایی می‌پردازد.
ممکن از افسران پلیس راهور را دیده باشید که با استفاده از تجهیزات مخصوص سرعت غیرمجاز را در جاده‌ها تشخیص می‌دهند و با راننده متخلف برخورد می‌کنند. این دستگاه‌ها نیز نوعی رادار هستند. رادارها در پیش‌بینی آب و هوایی نیز مورداستفاده قرار می‌گیرند. برای مثال از رادارهای داپلری برای تعیین سرعت طوفان‌ها و زمان تقریبی رسیدن آن‌ها به یک منطقه به خصوص مثل یک شهر استفاده می‌شد.
از انواع مختلف رادارها برای کاربردهای زمین‌شناسی، باستان‌شناسی و حتی اندازه‌گیری آلودگی هوا استفاده می‌شود. عبور امواج الکترومغناطیسی از بین محیط‌های چگال به آسانیِ هوا یا خلأ صورت نمی‌گرد، به همین دلیل در زیردریایی‌ها از تجهیزاتی با نام سونار استفاده می‌شود که از صوت بجای امواج الکترومغناطیسی برای جستجو و کشف اجسام اطراف کمک می‌گیرد.

پنهان‌کاری و ضدرادار

رادارها در تعیین موقعیت هواپیماهای و کشتی‌های دشمن بسیار مؤثر هستند؛ بنابراین دانشمندان نظامی به دنبال راه‌هایی برای فرار از دست رادارها هستند. به همین منظور در همه نیروهای نظامی یگان‌ها جنگ الکترونیک برای مقابله و مختل کردن رادارهای دشمن وجود دارد.
در مقابل توسعه فنّاوری رادارها، فنّاوری پنهان‌کاری نیز توسعه پیدا می‌کند.
برای مخفی شدن از چشم رادار باید جلوی بازگشت امواج رادار (بازتاب امواج) را بگیریم. هر جسم اصطلاحاً یک سطح مقطع راداری دارد. سطح مقطع راداری یا آر سی اس (RCS) میزان قابل‌شناسایی بودن یکشی توسط رادار را بیان می‌کند. هرچه این مقدار بیشتر باشد شکل برای رادار قابل‌رؤیت‌تر است.
این مقدار برای هواپیماهای جنگنده مختلف در نمودار زیر آمده است. همان‌طور که مشاهده می‌کنید این مقدار در اکثر موارد کمتر از ۱ مترمربع است.

۳۴۰۲۹۷۰۳۵۸۸۲۱۳۱۲۸۵۹۹

سطح مقطع راداری را با روش‌های مختلفی کاهش می‌دهند. دو مورد از اصلی‌ترین این روش‌ها استفاده از پوشش‌ها جاذب رادار و سطوح پراکنده‌کننده است.
پوشش‌های جاذب رادار موادی هستند که امواج راداری را به شدت جذب می‌کنند. این پوشش‌ها گاها به صورت رنگ یا … مورداستفاده قرار می‌گیرند.
طراحی شکل هواپیما (یا کشتی و یا..) نیز بسیار مهم است. اگر سطوح جسم موردنظر جوری طراحی شوند که امواج را به جای بازتاب بیشتر پراکنده کنند، از میزان امواج بازتاب شده به شدت کم می‌شود و امکان شناسایی توسط رادار کاهش می‌یابد.
البته عوامل دیگری نیز در این امر مؤثر هستند و در طراحی هواپیماها و کشتی‌های پنهان‌کار از مجموعه از این روش‌ها استفاده می‌شود.

درباره نویسنده

سید محمد حسین خلیلی

دیدگاه شما چیست