april, 1935: Brits octrooi voor radarsysteem voor luchtverdediging verleend aan Robert Watson-Watt
Sir Robert Watson-Watt
Vele wetenschappers en ingenieurs hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van radarsystemen, die een cruciale rol hebben gespeeld bij de overwinning van de Geallieerden in de Tweede Wereldoorlog. Radar (het acroniem staat voor Radio Detection And Ranging), detecteert verre objecten zoals vliegtuigen of schepen door radiogolven uit te zenden en het weerkaatste signaal te meten. Een van de grootste pioniers op het gebied van radar was Sir Robert Watson-Watt, die het eerste praktische radarsysteem ontwikkelde dat de Britten in WO II hielp verdedigen.
De basisprincipes die nodig zijn voor radarsystemen werden vastgesteld in de jaren 1880, toen de Duitse natuurkundige Heinrich Hertz voor het eerst radiogolven produceerde en uitzond in zijn laboratorium. Hij ontdekte dat de onzichtbare golven een vorm van elektromagnetische straling waren, en merkte dat sommige materialen radiogolven uitzenden terwijl andere ze weerkaatsen.
Radiogolven werden al snel in gebruik genomen. In 1901 zond de Italiaanse natuurkundige Guglielmo Marconi de eerste draadloze radiocommunicatie over de Atlantische Oceaan. In 1904 vond de Duitse ingenieur Christian Huelsmeyer een ruw systeem uit dat radiogolven gebruikte om te voorkomen dat boten en treinen op mistige dagen tegen elkaar botsten. Onderzoekers van de Amerikaanse marine ontdekten ook dat zij schepen konden detecteren met behulp van radiogolven, maar hun uitvinding werd grotendeels genegeerd.
In de jaren twintig en dertig werd in de Verenigde Staten en elders nog wel gewerkt aan vroege radardetectiesystemen. Maar de waarde van de technologie was het duidelijkst in Groot-Brittannië, dat bijzonder kwetsbaar was voor Duitse luchtaanvallen.
Sir Robert Watson-Watt, een afstammeling van de pionier van de stoommachine James Watt, werd in april 1892 in Brechin, Schotland geboren. Hij studeerde in 1912 af aan het University College in Dundee en werkte daarna als assistent voor professor William Peddie, die zijn fascinatie voor radiogolven stimuleerde.
In 1915 hoopte Watson-Watt te gaan werken voor het Ministerie van Oorlog, maar daar was geen geschikte positie op het gebied van communicatie beschikbaar, dus ging hij werken voor het Meteorologisch Bureau. Hij werd aan het werk gezet om systemen te ontwikkelen voor het waarnemen van onweer. Bliksem ioniseert de lucht en genereert een radiosignaal, dat Watson-Watt kon detecteren om de posities van onweersbuien in kaart te brengen.
Mogelijk ingegeven door geruchten dat de Duitsers een “doodstraal” hadden geproduceerd, vroeg het Ministerie van Luchtzaken Watson-Watt in 1934 om zo’n mogelijkheid te onderzoeken. Het Ministerie van Luchtzaken had al 1000 pond geboden aan iedereen die een straal kon demonstreren die een schaap op 100 meter afstand kon doden. Watson-Watt concludeerde dat zo’n apparaat hoogst onwaarschijnlijk was, maar schreef een memo waarin hij zei dat hij zijn aandacht had verlegd naar “het moeilijke, maar minder weinig veelbelovende probleem van de radiodetectie in tegenstelling tot de radiovernietiging”. Watson-Watt en zijn assistent maakten enkele berekeningen en pasten enkele van dezelfde technieken toe die hij bij zijn atmosferische werk gebruikte.
In februari 1935 demonstreerde Watson-Watt voor een commissie van het Ministerie van Luchtvaart het eerste praktische radiosysteem voor het opsporen van vliegtuigen. Het Ministerie van Luchtzaken was onder de indruk, en in april kreeg Watson-Watt patent op het systeem en geld voor verdere ontwikkeling. Al snel gebruikte Watson-Watt gepulseerde radiogolven om vliegtuigen tot op een afstand van 80 mijl op te sporen.
Kort voor het begin van de Tweede Wereldoorlog bouwden de Britten een netwerk van radarstations langs de kust van Engeland volgens Watson-Watts’ ontwerp. Deze stations, bekend onder de naam Chain Home, waarschuwden de Royal Air Force met succes voor naderende vijandelijke bommenwerpers en hielpen Groot-Brittannië te verdedigen tegen de Duitse Luftwaffe in de Slag om Groot-Brittannië.
Chain home radarstation
Het Chain Home systeem werkte redelijk goed, maar het vereiste enorme antennes en gebruikte lange golflengten die het vermogen om vijandelijke vliegtuigen nauwkeurig te lokaliseren beperkten. Overdag konden gevechtspiloten vijandelijke bommenwerpers zien. Maar al snel begonnen de Duitsers met nachtelijke bombardementsmissies, dus om gevechtspiloten te helpen vijandelijke vliegtuigen ’s nachts te lokaliseren, hadden de Britten een radarsysteem met een kortere golflengte nodig dat compact genoeg was om in vliegtuigen te installeren.
Dit werd mogelijk toen de Britse ingenieurs Harry Boot en John Randall begin 1940 de holtemagnetron uitvonden. De magnetron genereerde ongeveer 400 honderd watt vermogen bij golflengten van ongeveer 10 centimeter, genoeg om echo’s te produceren van vliegtuigen op vele kilometers afstand.
Britannië had niet de grootschalige productiecapaciteit om de magnetron in massa te produceren, dus in 1940 bracht een missie onder leiding van Henry Tizard de magnetron in het geheim naar de Verenigde Staten en haalde de VS over om te helpen bij de ontwikkeling en productie van het apparaat. Het MIT Radiation Laboratory werd opgericht en werd al snel een van de grootste projecten in oorlogstijd, waar ongeveer 4000 mensen werkten. Onderzoekers en arbeiders daar maakten massaproduktie versies van de magnetron en ontwikkelden ongeveer 100 verschillende radarsystemen.
Duitsland en Japan vonden ook hun eigen radarsystemen uit, maar die waren over het algemeen minder effectief, en het radaroverwicht van de Geallieerden wordt soms toegeschreven aan de overwinning in WO II.
Na de oorlog werden veel vreedzame toepassingen voor de radartechnologie gevonden. Vandaag de dag is de luchtverkeersleiding afhankelijk van radar om te voorkomen dat commerciële vliegtuigen tegen elkaar botsen. Radar is essentieel voor het volgen van het weer. De holtemagnetron wordt nu gebruikt om voedsel te koken in microgolfovens. En veel automobilisten zijn betrapt op snelheidsovertredingen door radarapparatuur van de politie, waaronder naar verluidt Sir Watson-Watt zelf.