摘要：最早积极开展无线电探测研究的团队，可能是位于阿纳科斯蒂亚的美国海军无线电部门（1923年成立的海军研究实验室的前身）中，由A. 霍伊特·泰勒博士领导的团队。1922年9月，可能是受马可尼近期演讲的启发，泰勒和利奥·C. 扬用波长5米（200英寸）的“雷达”进行

运动物体的无线电回波信号

30英尺声响镜

罗伯特·沃森 - 瓦特爵士

最早积极开展无线电探测研究的团队，可能是位于阿纳科斯蒂亚的美国海军无线电部门（1923年成立的海军研究实验室的前身）中，由A. 霍伊特·泰勒博士领导的团队。1922年9月，可能是受马可尼近期演讲的启发，泰勒和利奥·C. 扬用波长5米（200英寸）的“雷达”进行实验，并从小型木制汽船上获得了惊人的结果。他们给海军工程局写了一份具有历史意义的备忘录，其中提及了对飞机的探测。这份报告被存档后便被遗忘了。

但泰勒和扬持续钻研这个问题，1930年，在进行无线电测向实验过程中，他们注意到了飞机的反射信号并测量了距离。结果便是1930年11月的第二份备忘录《运动物体的无线电回波信号》。这次，它没有被忽视。美国陆军参与进来，多年来一直敦促一个团队尝试用热探测器或无线电波取代声音定位器的威廉·R. 布莱尔上校，基于海军的报告，重新全力投入飞机探测问题的研究。他在新泽西州蒙茅斯堡的信号兵团实验室开始夜以继日地工作，试图制造一种雷达，不仅使用米波，还使用如今被称为微波的更短（厘米级）的波。这些实验是世界上首次针对微波雷达的研究，从附近目标获得了清晰的回波。

然而，在当时，除了极小功率的情况，没有已知的方法能产生微波，而这种小功率微波对于实际应用毫无用处。这种波可以通过多种方式产生，包括赫尔磁控管，但直到第二次世界大战中期，英国研究人员才取得关键突破，产生了高功率微波。

1933年，当屈指可数的一个团队在蒙茅斯堡辛勤钻研时，德国海军通信研究部门的另一个团队也加入了这一领域。这与希特勒领导下的纳粹掌权以及为德国新军备大开资金闸门并无关联。这仅仅是部门负责人鲁道夫·屈恩诺尔德博士逐渐形成的一种想法，他认为如果声呐能利用水下的声波工作，那么无线电波在大气中也应该可以。（乔治五世国王也有完全相同的想法；在听完海军部关于潜艇探测器和回声测深的讲座后，他问演讲者能否用无线电波对飞机做同样的事，得到的答复是，就1931年所知，这是不可能的。）屈恩诺尔德对该领域此前的大量研究知之甚少，便大胆地投身于充满挑战的微波领域。

1933年末，他从位于埃因霍温的荷兰飞利浦工厂获得了一种神奇的新型磁控管电子管。它能在600兆赫兹频率下产生70瓦功率，相当于波长约0.5米，功率比之前所能达到的高出数千倍。一个不错的雷达很快作为“模拟板”（一种杂乱、不可移动的实验室临时拼凑装置）制造出来，1934年1月，GEMA公司成立，以加速这项现已高度机密的工作。到1934年3月，一套完整的设备在一间俯瞰基尔港的房间里投入使用，阳台上的碟形天线对准了旧战列舰“黑森”号。经过一些调整，防止接收器被相邻发射器的辐射淹没后，GEMA团队得到了极佳的图像。

工作进展迅速，GEMA团队迁至吕贝克附近佩尔泽哈肯更大的研究机构，很快脉冲雷达在对舰船和飞机的探测上都取得了良好效果。到1936年，如今已扩充至数百人的GEMA团队，制造出了二战中德国两种最重要雷达的原型。一种是用于大型水面舰艇的大型“海测”火控雷达。1938年英国情报部门如此糟糕，竟未注意到三艘“袖珍战列舰”以及后来的战列巡洋舰“沙恩霍斯特”号和“格奈森瑙”号上“海测”雷达巨大的床架式天线。皇家海军还天真地认为自己是唯一知晓雷达的海军，尽管直到1941年英国才拥有与“海测”相当的首部雷达。另一种GEMA设备更为重要：这是一种陆基移动早期预警设备，用于探测飞机，覆盖360°，探测范围达到前所未有的120千米（75英里）。它以挪威女神芙蕾雅命名，为德国空军和海军大规模生产，在1942年底前一直是德国最重要的早期预警雷达。

这还不是全部。到1936年，雷达的概念在德国已完全走出实验室，成为一种可明确设计并投入生产的武器。德国空军迅速扩充的高射炮部队（高射炮兵）需要一种极其精确的雷达，用于夜间或云层中盲目射击，以配合其装备的88毫米、105毫米和128毫米口径的精良火炮。答案是由洛伦兹和德律风根公司研发的一流设备——维尔茨堡雷达，工作在约0.5米波长、560或570兆赫兹频率。1937年，世界其他地方没有能提供如此良好分辨力和精度的雷达，因为其他地方无法制造出在如此高频率和短波长下以如此大功率（8千瓦）运行的雷达。

事实上，1938年测试的特殊版本能产生50千瓦功率。这些是二战前世界上最好的通用量产雷达。英国情报部门从未注意到旋转的碟形天线，也未探测到信号传输，或与操作人员进行有价值的交谈。1939年11月，一位好心人给英国驻奥斯陆海军武官送去一个厚厚的包裹。在大量关于德国军事发展的高度机密信息中，包含了芙蕾雅、维尔茨堡及其他雷达的细节，以及德国空军用于辅助夜间轰炸机的制导波束的情况。英国当局将这份报告视为骗局。诚然，他们已知的事实与之相符，但这却让英国对其余内容信以为真。毕竟大家都知道德国人没有雷达！

这种令人难以置信的自满态度并未影响英国杰出的雷达研究团队。这个团队的研究在多地起步，但1934年，一种适时的担忧将他们合理地凝聚在一起，即英国的防空可能并非万无一失。当时没有办法远距离探测敌方轰炸机；防御战斗机不得不进行疲惫的“常备巡逻”，在认为敌人可能出现的区域巡逻。寻找新方法的唯一尝试，是在肯特郡南岸的罗姆尼沼泽地建造了一个220英尺高的混凝土“声音增强器”，旨在接收远处轰炸机的声音（附近还有一个未完工的）。

如果预计有轰炸机来袭，且没有鸟类或摩托艇的背景噪音，罗姆尼镜勉强能发挥作用。当然，它无法告知来袭机群的高度、距离、数量或方向；有效范围也从短到毫无用处不等。而且轰炸机还得从正确方向飞来才能配合其发挥作用。由于20世纪30年代初，欧洲大陆当地唯一的大型轰炸机部队是法国的，该建筑的轴线便指向巴黎。正如最终被誉为“雷达之父”的罗伯特·沃森 - 瓦特爵士所说：“钢筋混凝土对外交风向反应迟钝。”

即使在轰炸机速度较慢的时期，也没人真正对巨大的罗姆尼镜感到满意。意识到情况严重性的人之一是哈利·温佩里斯，他是伦敦空军部的首位科研主任（DSR）。1934年6月，他的私人科学助理A.P. 罗为寻求慰藉，开始研究应用于防空的整个科学领域。他只是出于兴趣，并未被要求这么做。他最终挖掘出53份关于此事的文件。这听起来或许令人鼓舞，但当时空军部关于其他主题的文件有5.3万份的好几倍之多；而且这53份文件中很多只是简短的信件或一页纸的备忘录。

罗深感担忧。“显然，”他总结道，“几乎没有做出任何努力，借助科学来寻找出路。因此，我写了一份备忘录，总结这一令人沮丧的情况，并提议科研主任应告知空军大臣未来的危险。备忘录称，除非科学研发出某种新的防空方法，否则如果战争在十年内爆发，我们很可能会输掉下一场战争。不幸的是，我不够聪明，没能想出新方法。”

回顾当时的情况，人们不禁惊讶事情怎么会发展成这样。自1915年起，对一种能可靠探测、定位和追踪敌机方法的需求就已清晰且迫切。可能的方法似乎范围有限，每种都源于热、光、声、磁或电（进一步认为热、光、磁和电都是宇宙中最基本现象之一——电磁波的表现形式）。任何一个聪明的学童被要求思考这个问题，都会去请教杰出的物理学家、无线电和声学工程师，这个问题会像滚雪球一样，因为每个研究人员都会提及同一领域的其他杰出人士。

不出24小时，这个学童就会听说赫兹，以及随后众多展示无线电波反射特性并为无线电望远镜申请专利的研究人员。他几乎肯定会发现，就在1932年，四位为邮政局研究甚高频（VHF）无线电的工程师在他们发表的长篇报告中，讲述了他们对飞机干扰的不满，描述了测量到的飞机距离以及拍频干扰随飞机速度的变化方式。1933年，美国贝尔电话实验室发表了更广泛的观测结果。然而，1934年6月，掌握着英国空军部全部知识的罗，却对这些一无所知，却觉得肯定有比220英尺混凝土“声音镜”更好的方法。

温佩里斯阅读了他的报告，1934年11月，在经过半年不明原因的等待后，他向空军大臣提议成立一个防空科学调查委员会。防空科学调查委员会（CSSAD）正式成立，但在首次会议前，温佩里斯给一位对无线电波了解颇深的人——位于特丁顿的国家物理实验室无线电部门主管罗伯特·沃森 - 瓦特打了电话。1934年，人们能想到的几乎唯一新型防空手段就是“死光”。自第一次世界大战以来，发明家们时常带着书面提议甚至秘密黑匣子找到英国政府，承诺能实现奇妙的效果。最终，空军部悬赏1000英镑现金（在当时是一笔巨款），奖励能用这样一个匣子在100码（91米）外杀死一只羊的人，匣子的秘密归发明者所有。但没有一只羊哪怕被烤焦。但由于不知还能做什么，温佩里斯问沃森 - 瓦特这种射线是否可行。同样令人惊讶的是，空军部此前从未问过这个问题。

“沃蒂”本可以只回答“不行”。但在对这个问题稍加思考后，他意识到，使用死光首先要确定敌方飞机的确切方向。因为否则发射出去的无线电能量必须是击中目标能量的数百万到数十亿倍，所以了解目标位置至关重要。因此，这位无线电专家——在指出1935年1月没有已知方法能在足够短的波长下产生足够的无线电能量，“甚至无法让飞行员的血液沸腾”，更不用说摧毁一架轰炸机的同时——补充说，他也考虑过“相对无线电摧毁而言，无线电探测这个仍然困难但并非毫无希望的问题，如果需要，将提交关于通过反射无线电波进行探测方法的数值计算”。这份主动提出的提议，开启了可能是战争史上规模最大、影响最广泛的一场革命。

事情进展迅速。2月10日，温佩里斯索要“数值计算”，沃森 - 瓦特和他的同事阿诺德·威尔金斯完成了所有计算，并在1935年2月12日一份具有历史意义的备忘录中提交。结果出奇地乐观——以至于沃森 - 瓦特写道：“我仍担心我们是否弄错了一个数量级，但即便如此也并非致命。”

在这份文件中，沃森 - 瓦特描述了直至今日雷达的诸多方面。他展示了飞机机身（不只是金属蒙皮的飞机）在受到短波无线电能量照射时，会如何像一个导电的接收天线一样，进而也像一个发射天线一样工作。地面上的观测人员会用短波能量扫描天空，直至发现目标；然后，利用无线电部门已设计出的技术，他们会自动追踪目标，并测量其距离、方位和高度。沃森 - 瓦特本人多年前就发明了一种能即时读数的阴极射线测向仪（CRDF），可在阴极射线管（CRT）上显示远处雷暴的方向。似乎没有什么能阻碍改进这项技术，以实现对飞机的即时且更精确的“无线电定位”，通过两个阴极射线管显示距离、方位和仰角（进而得出高度）。

使用无线电脉冲能让发射电子管输出强大得多的能量脉冲，也有助于测量距离。另一方面，有一种使用连续波（CW）辐射的技术，能仅探测运动物体（即所谓的动目标显示，MTI，最终在二战后很久才投入使用）。同样重要的是，需要一种敌我识别（IFF）方法，以便防御者知道何时开火；沃森 - 瓦特写道，这也可以实现。

在这份——对英国历史如同《大宪章》一样重要的——文件中，他不仅描述了此前从未如此全面阐述过的雷达基本原理，还描述了完整的英国防御系统应如何构建、大致的性能表现，以及整个系统——包括与绘图中心和战斗机飞行员的通信、敌我识别，甚至敌方反雷达对抗措施——最终将如何运作。其中最关键的是它的权威性。沃森 - 瓦特用精确、正式的语言，描述了他和同事们设计、制造并使用的技术，甚至常常是现有的硬件。这不是一个带着不切实际且无法解释的秘密的“疯狂发明家”，而是一位成熟的工程师，其提议完全合理、完全可解释且能迅速验证。同样重要的是，这极大地鼓舞人心；沃森 - 瓦特承诺：“你将得到的反射能量大得惊人。”可以想象，对于此前毫无想法的空军参谋部来说，这一切意味着什么。

几天内，沃森 - 瓦特就见到了负责研究与发展的空军成员、空军中将休（后来的休爵士）·道丁。2月26日，一架汉德利·佩奇·海福德轰炸机，其轻合金结构覆盖着织物，在一条20英里长的航线上往返穿梭，每次大致飞过北安普敦郡一片非常普通的田野上空。飞行员不知情的是，这架海福德轰炸机正处于英国广播公司（BBC）达文垂电台强大的短波帝国无线电波束中心。田野里有一群人。沃森 - 瓦特、威尔金斯和A.P. 罗静静地看着阴极射线管上一小段绿色亮点变长，然后又变短，那是轰炸机反射回来的辐射。他们用简陋且匆忙拼凑的设备，在最远8英里的距离外探测到了海福德轰炸机。

当沃森 - 瓦特开车送罗回伦敦时，他们讨论着一个似乎充满无限可能的未来——前提是他们的国家能有足够的时间。从至少60英里，甚至可能200英里的早期预警这一相对短期的可能性出发，可衍生出对探照灯和火炮的短程精确制导，甚至有一天，可能会出现一种能搭载在战斗机上的雷达。但沃森 - 瓦特经常访问如今由纳粹统治的德国，他认为自己无法确定有超过两年的时间将设想变为现实。

人们通常认为，英国政府部门，尤其是在1935年，要么倾向于做出否定决定，要么干脆拖延不做任何决定。但在雷达这件事上绝非如此。尽管1936年9月皇家空军首次使用这项新发明的演习暴露出诸多问题而非取得成功，但此时英国已正式“接受”一种全新的防御系统，已拨款启动由五个站点组成的作战链建设，并且已经在施工。实际上，基础建设是阻碍该项目进展并影响取得良好成果的唯一因素。在技术方面，既有卓越的智慧，也有纯粹的运气。

其中一个幸运因素就是沃森 - 瓦特本人：他拥有惊人的精力、干劲和富有感染力的热情，直到1945年，他一直维持着令其政治上司不断惊叹的研究速度。另一个因素是，他没有像许多专家那样，将未来的敌方飞机视为小球体，而是看作水平的金属线。他最初的计算确定了从机翼一端到另一端的金属线上感应出的电流，这不仅得出了令人鼓舞的结果，还让团队致力于50米波长的研究，这是典型轰炸机翼展的两倍。如果他将飞机视为球体，就会选择短得多的波长，那么多年都不会取得好的成果——到那时，空军参谋部和政府就会重新回到对声音或热探测的无果追求上，在1940年底前输掉第二次世界大战。

另一个运气与智慧并存的方面涉及硬件设计。布置一个雷达站的方式几乎无穷无尽，最终在偏远的萨福克海岸鲍德西研究站成立的作为空军部研究机构（AMRE）的团队，几乎没有犯错。起初坚持使用50米的长波长，他们将每个站点设计为单基地，集独立的发射器和接收器于一身。沃森 - 瓦特想出了一个绝妙的方法，使用多个交叉偶极天线，这样每个站点就能确定每个目标的确切方向，通过平面位置指示器（PPI）即时显示其方位。

团队现有的CRDF提供了必要的经验基础，堪称天赐之物。每个站点不发射定向波束，因为定向波束得像灯塔一样旋转，而是像泛光灯一样工作，向各个方向发射脉冲；最终90%的能量向外发射，射向海面。特殊电路能指示目标在前方还是后方。克服了一些困难后，起初受到地球表面和电离层下部一些意外反射的干扰，后来便能够非常精确地测量仰角，从而得出目标高度。到1936年年中，可以说所有部件在由专家正确设置和校准后都能正常工作——但其他人使用时不行，这是这项新的、秘密且常常令人惊叹的发明长期以来的一个特点，它是不久后被称为“专家”的精英群体的首个也是最伟大的创造。

起初，所有的重点都放在紧急建设这条单一的作战链上，就像围绕英国南部和东部海岸的现代城墙。它最初的名字是RDF（无线电测向，一个看似合理的掩护名称），后来改为无线电定位（这揭示了它的功能），1944年1月与美国统一名称，即如今全世界所知的“雷达”。

这条最初的作战链使用240英尺和320英尺高的塔架，为极其强大的发射机提供支撑，这些发射机主要由大都会 - 维克斯公司制造，内部装有朴茨茅斯皇家信号学校设计的巨大电子管。令后者惊恐的是，鲍德西研究站把灯丝烧得太热，输入的电压超过额定值两倍多，发射机的输出功率从额定的10千瓦逐步提升到近200千瓦！

再加上主要由科索尔公司研发的接收机同样取得快速进展，1936年的RDF站点能够在超过100英里的距离外，探测到任何可达高度的飞机，并能显示“亮点”（表示目标的小光点）代表的是一架、两架、三架还是超过三架飞机。（到1940年，英国皇家空军妇女辅助队的女兵们已经非常熟练，她们甚至能可靠地大致估算出大型编队的规模。）唯一明显的缺点是该系统可能会受到干扰。1938年初，鲍德西研究站的E.C. 威廉姆斯乘坐正在费利克斯托进行试飞的桑德兰水上飞机原型离岸飞行，用一台改装的医用透热治疗设备发出强大的干扰波。几天之内，他的同事们就研制出了世界上第一部具备抗干扰能力的实用雷达——这标志着电子对抗这一重要学科的开端。此时，50米波长已减半，每个站点可以选择四个不同的频率来对抗敌方的电子对抗措施。

在“RDF 1”不断发展壮大的同时，沃森 - 瓦特（很多人说是亨利·蒂泽德爵士想到的）很快就开始了“RDF 2”的研究。他的理由十分明显，以至于可能被人忽视，并且立刻得到了蒂泽德的支持。他坚信RDF 1能够完成其使命。通过对每一次敌方空袭进行早期预警和定位，再结合适当的报告和指挥机构，它将不再需要常备巡逻，并且能让每一架可用的战斗机都实现可靠拦截——这在以前是从未实现过的。它将使日间空袭者被击败，而这正是空军参谋部二十年来一直努力想要做到的。那么接下来会发生什么呢？敌人只会在恶劣天气或夜间来袭。日间战斗机在这种条件下甚至无法安全飞行。即便能够飞行，它们也无法再确保拦截并瞄准敌人。所以，RDF 2项目旨在为战斗机配备雷达装置。与RDF 1相比，这要困难数倍。

RDF 1从一个几乎和足球场一样大的天线系统发射巨大的脉冲，由巨大的塔架支撑。为了提供能量，一个几乎和房子一样大的发射机消耗的电流相当于一个小镇的用电量，而反射回来的脉冲则由一个同样庞大、由一组专家操控的接收机接收。要把这一切都塞进一架战斗机里，实在有点不切实际。这显然意味着要从更短的波长重新开始，并且不知要如何大幅减轻重量，把数吨的设备变成几磅重。这确实是一项艰巨的任务。

来源：苏子科学资讯