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发信人: crazy (雪山), 信区: Science
标  题: 雷达的发明与应用(1)_
发信站: 紫 丁 香 (Mon Mar 27 03:13:07 2000), 转信

“千里眼”和“顺风耳”
    人类征服世界的历史，就是不断向自己挑战的历史。人类不会飞翔，却要飞上天
空；人类没有鳃，却要潜入海底；人类跑不过猎豹，却能生产出汽车、火车；人类搬
不动重物，却能生产出起重机。人类一直就这样不断地向自己挑战。对于人类而言，
能看得远一点儿，听得远一点儿，可以说是人类千年来的梦想。但偏偏在实现这一梦
想上，人类却等了很久很久。
    在征服海洋的历史上，人类早在几千年之前，就制造出船这一水上运输工具，并
在航行的速度、航行的距离和抗风暴的能力等方面不断进行改进，使人类感到征服海
洋并不困难。在征服天空的历史上，人类发现自己的体能根本无法实现飞的梦想。人
既沉重而又非流线型的躯体是不适于飞行的，所以，人类不得不承认，人类是永远也
无法通过安装假翼来进行飞行的。但人类经过几百年的努力，却终于制造出飞机，借
助飞机这一工具，人类还是实现了飞的梦想。
    人类只有在实现看得更远和听得更远这一梦想上，似乎一直止步不前，似乎人类
的耳朵和眼睛是力所不能及的，人的智力也无能为力。于是，人类只好把这一梦想在
超凡入圣的神话中表现出来。世界各国古代神话传说中，都有许多关于具有超视距看、
超听距听的人物，其中描述最为精彩的是我国神话小说《西游记》。玉皇大帝手下有
两位具此神能的大仙，叫做“千里眼”和“顺风耳”。每当玉皇大帝对下界发生的事
有什么不清楚的问题时，就唤一声“千里眼”、“顺风耳”听旨，于是玉皇大帝就对
发生于千里之外的事情了如指掌了。
    可见，人类对超视距看和超听距听的能力，不仅神往已久，而且还深感此事非同
小可，认为一般的神仙尚不具备这种特异功能，只有专职的“千里眼”和“顺风耳”
才应有此殊荣。
    谁听得更远
    人类之所以没有能先于飞机而发明一种超出人类自然力的听和看的工具，不是人
类没有能力制造出这样一种工具，原因既有科学技术发展客观规律的制约，也受人类
对此需要程度的影响。现在可以肯定地说，后者的影响更大。因为人类在研制飞机的
年代，在技术上已具备研制出超视距看和超听距听的工具的能力，但人类并未对此给
予足够的重视和应有的努力。这就造成了虽然人类早已征服了海洋，并开始迈向天空，
却在解决人类迈向海洋和天空之旅极为重要的视距和听距的问题上，一直没有什么进
展。对此，人类还满足于神话中“千里眼”和“顺风耳”的幻想之中。
    1914年，第一次世界大战爆发。飞机，这一人类刚刚研制出来仅10年时间，实现
人类飞上天空梦想的工具，在战争中大显身手。神话中的天兵天将终于变成了现实。
各国飞机不仅在空中进行交战，更令人恐怖的是，飞机可以对地面实施攻击。自从人
们发现可以从飞机上投掷炸弹攻击敌方地面目标后，各国都对空中轰炸的问题进行了
研究和技术改进，特别是在战略战术上进行了充分的研究。对空中轰炸从战略上认识
最早的是德国。德国由于拥有一支规模较大的航空部队和飞艇部队，因此在战争初期
就制定了从空中对英国进行攻击的计划。这项计划包括对英格兰东南部城市和工业中
心的轰炸，是由老资格的陆军少校威廉·西格特制定的。为此，德军参谋总部用 4个
飞行中队组建了第三作战联队，又称英格兰中队，主要装备哥达式轰炸机，后来又装
备了新式的“巨型飞机。”
    第三作战联队对英国的空袭开始于1917年5月25日，一直持续到1918年5月，对英
国的空中攻击长达一年之久。此时，英国人才深切地感到自己听觉和视觉的距离太近
了，等发现来袭的飞机时，只有祈祷上帝保佑了。虽然对付空袭飞机既可以起飞战斗
机去拦截，又可以用高射武器对空射击将敌机击落，同时人们还挖了防空洞，人们可
以躲进防空洞里。但不管怎样，人们防空需要时间准备，而人类视觉和听觉所能提供
的预警时间太短了，只有几秒钟，人们根本来不及做任何准备，只能在敌机到达时，
开火对空射击，战斗机一面起飞，人们一面奔向防空洞，这样一来，防空的效果微乎
其微，损失很大。
    于是，英国人开始认真研究解决这一问题。让现代人感到可笑的是，英国人最初
的想法竟然是想从比普通人在听觉上略有所长的盲人身上找到办法。当时，英国为能
提前知道德军空袭的时间和方向，在伦敦曾专门煞费苦心地找到了一些听觉特别灵敏
的盲人，让他们在高楼上值班，负责监听是否有飞机袭来，并及时发出防空袭预报。
现在看来，我们不能不佩服英国人的想象力和用人唯贤的科学态度。但令英国人感到
遗憾的是，盲人听觉上比正常人略高一点，但远满足不了防空袭的要求。他们毕竟是
人，听觉上比一般正常人略有优势，但超出正常人听距不过几公里，这样短的距离对
于飞机而言，只不过能多提供几十秒至1分钟的预警时间，这无法满足防空袭的要求。
    为此，英国人又给盲人专门研制了一种助听设备，就是让盲人使用巨大的喇叭状
金属物来增加听力，这种方法虽然取得了较为明显的效果，但方向性很差，距离也无
法测定，特别是由于声音在空气中传播的速度太慢，敌机从监听者能听到的最大距离
发出的声音传到监听者所要的时间里，飞机又向前飞行了几公里，这就是说，靠这种
方法进行监测，误差是很大的。防空既需要知道敌机来袭的方向，也要知道敌机的距
离，并且，知道得越早越好。至此，英国人不得不承认，人的自然器官即使借助简单
的助听器，也无法达到这一要求。因此，英国人试图用光学测距仪来测量来袭敌机的
距离。但由于光学测距仪受气象条件影响很大，只有在能见度好的白天才能进行工作，
并且测距有限，对防空作用仍然不大。
    怎样来实现超视距看和超听距听呢？在1916年以前，只有一个办法，就是使用声
波定位器。这种仪器体积十分庞大，性能也非常不稳定，很少能正常工作，即使在正
常工作时，其测定的最大距离也仅为13公里。虽然13公里远远超出了人的视距和听距，
但对于每小时能飞行几百公里的敌机来说，13公里的距离只要 4分钟就可飞到。在当
时的条件下，4 分钟的预警时间难以实现令战斗机起飞进行有效的拦截。显然，防空
需要装备更为先进的定位设备。
    蝙蝠的启示
    这时，人们想起了动物中一些早已为人类所了解，但并未引起重视的现象，如蝙
蝠。蝙蝠很少白天出来活动，而是在晚上能见度极差时出外觅食。这一现象引起了人
们的注意，蝙蝠怎么能在夜晚灵活准确地捕到食物呢？特别是当人类发现蝙蝠的视力
很差，从某种意义上说算是瞎子时，人们就更难想象蝙蝠靠什么发现猎物，并准确测
出猎物的方向和距离。于是，有人对蝙蝠进行了一次试验，将蝙蝠的嗅觉和能力很弱
的视觉人为地去掉，在一间屋子里系几条绳子，并在绳子上挂很多铃铛，然后让这只
失去视觉和嗅觉的蝙蝠在屋子内飞。令人惊讶的是铃铛一个也没响，蝙蝠能够自由地
在屋子里飞行而绝碰不到任何一个障碍。
    生物学家对这一奇怪的现象进行了研究，发现蝙蝠在飞行时，断断续续地发出一
种人耳听不到的叫声，这种叫声的频率为2.5万至7万赫兹，而人能听到的声音频率为
16至20万赫兹。蝙蝠平均每秒钟叫30次左右，在接近目标时，每秒钟叫60次左右，发
出的声波碰到周围的物体反射回来。蝙蝠的听觉非常灵敏，能够准确地接收到反射回
来的声波，并判断出反射声波物体的距离、方向和性质。这样，蝙蝠既能准确地扑向
猎物，又能避开各种障碍。
    蝙蝠这种搜索、探测和定位远方目标的本领，给人类以很大启示。人类只要找到
一种具有速度快、能反射的物质，并制造出能发射和接收这种物质的设备，就可以实
现超视距看和超听距听的梦想。人们发现光波、声波都具有这种属性，只是由于人类
要达到的探测距离远在千里之遥，声波速度太慢，不仅误差大，而且反应慢。现在看
来，飞机的飞行速度已可超过两倍以上的音速，这就是说声波还未反射回来，飞机已
到达了；而光波速度虽然很快，比音速快80多万倍，但光波在遇到云雾时，就会止步
不前，这两种波显然满足不了人类的需要。
    什么波既有光波的速度，又能穿云破雾，并能被目标反射回来呢？人们发现无线
电波是最为理想的物质。无线电波在空气中的速度与光速相同，并不受气候的影响，
具有穿云破雾的本领，可以在恶劣气候条件下或夜间工作。只要研制出一种能发射和
接收无线电波的设备，人类就可以实现神话般的梦想了。
    对于这种靠发射和接收无线电波来完成搜索和探测任务的设备，英文名字叫RADA
R，原意为“无线电侦察和测距”，译成中文就是雷达。自 1880年以来，人类在科学
技术上的进步，已使人类基本掌握了制造雷达的技术。
    1864年，英国物理学家麦克斯韦提出了光和无线电波都是电磁波的理论，并得出
了无线电波的传播速度与光速相同的结论。
    1888年，德国物理学家赫兹采用电极的火花振荡放电得到了无线电波，并证明了
麦克斯韦的理论，但赫兹认为，无线电波无法用于通信和其他方面。
    1895年，俄国的波波夫发明了可接收无线电波的仪器，并发现舰只对无线电波的
反射现象，这就预示着可以利用无线电波来发现人类肉眼看不到的目标。
    1904年，德国发明家克里斯蒂安·许尔斯迈尔在实验室进行原始雷达的试验，并
取得了雷达设计的专利，但这种原始的雷达探测距离还达不到声波定位器作用的距离。
    这样，虽然雷达没能赶在第一次世界大战结束之前取得实际应用的成就，但人类
对雷达的需要和科学技术的进步，已使人类离制造出真正意义上的雷达只有一步之遥
了。
    
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