التخطي إلى المحتوى

في الربع الأخير من القرن التاسع عشر، أظهر هاينريش هيرتز المجتهد أن جيمس كليرك ماكسويل كان في الواقع على حق, ولقد أثبت كما نظرية ماكسويل في نظريته الكهرومغناطيسية, أن هناك موجات غامضة من الطاقة تتخلل الكون الذي لدينا, وعلى عكس الضوء لا يمكن إكتشافه بالعين المجردة, وكانت تسمى هذه الموجات الكهرومغناطيسية وكان الضوء المرئي نفسه واحدًا, لنتعرف الآن على طريقة عمل الرادار.

الضوء و الرادار
الضوء هو موجة كهرمغنطيسية

في سلسلة من تجاربه غريب الأطوار, أظهر أيضًا أن هذه الموجات يمكن أن تنعكس على الأشياء التي توصل الكهرباء مثل المعادن, وعندما سئل عن تطبيقات إكتشافاته أجاب هيرتز بشكل مخيف: “لا شيء”, ومع ذلك لم يعلم سوى القليل أن إكتشافاته ستشكل أساساً كل التكنولوجيا الحديثة, والرادار هي واحدة من تلك التقنيات.

كشف الراديو ونطاقه

الرادار هو إختصار للكشف عن الراديو وإمتداد النطاق أو الراديو الإتجاه, ومع ذلك يتم إستخدام الكلمة الآن كإسم وبالتالي نادراً ما يتم كتابتها بأحرف كبيرة, الرادار … كما يوحي الاسم، هو تقنية لاسلكية تستخدم موجات الراديو للكشف عن إتجاه الأشياء البعيدة وسرعتها وشكلها ونطاقها وخصائصها الأخرى.

الرادار

يمكن تتبع الإستخدام المبكر للموجات اللاسلكية للكشف عن جسم ما إلى بداية القرن العشرين عندما لاحظ الفيزيائي ألكساندر بوبوف أن الموجات الراديوية المنقولة بين سفينتين لغرض الإتصال ستتوقف عن طريق مرور سفينة أخرى بينهما, وأدرك الناس كيف يمكن بعد ذلك إستخدام الموجات لإكتشاف سفينة تحجبها الضباب الكثيف, ولكن هذا هو كل ما يمكن أن تفعله التكنولوجيا: فائدتها كانت مقصورة فقط على إكتشاف وجود جسم ما, ولكن ليس بعده عن جهاز الإرسال.

اليوم أصبحت التكنولوجيا متقدمة للغاية بحيث لا يمكننا فقط إكتشاف وجود جسم ما, ولكن أيضاً المسافة والشكل والحجم والسرعة والمدى والآلية على الأقل لتحديد المسافة البسيطة للغاية, ويقوم جهاز الإرسال بإرسال الموجات الراديوية إما في نبضات قصيرة أو طويلة نحو الجسم,ويستوعب الجسم بعض الطاقة الراديوية ويعكس ما تبقى منها.

ويستقبل جهاز الإستقبال عادةً ولكن ليس دائمًا في نفس إتجاه جهاز إرسال الطاقة ويقيس الوقت المنقضي منذ إرساله, ويتم حساب المسافة عن طريق ضرب سرعة الأمواج, والتي نعرفها بالفعل بمقدار نصف الوقت المنقضي, ونقسم الوقت على مرحلتين لأن الأمواج تستغرق رحلتين (من وإلى).

الرادار

تحديد خصائص أخرى للكائن على سبيل المثال شكله أكثر تعقيدًا قليلاً, خذ على سبيل المثال تحديد سرعة الكائن, وهذا صعب لأن التردد الذي ينعكس على جسم متحرك يختلف بإختلاف ما إذا كان يتحرك نحونا أو بعيدًا عنا, بمعنى آخر يجب أن نأخذ في الإعتبار تأثير دوبلر, وهو نفس التأثير الذي يسبب صفارات الإنذار بصوت أعلى بينما يقترب منا ويتلاشى أثناء ذهابه, ومع ذلك أصبح القرار الآن هائلاً لدرجة أن الرادار يمكنه تحديد شيء صغير وصعب المنال مثل رغيف الخبز الطائر من على بعد كيلومترات.

القيود

ومع ذلك فإن مثل هذا القرار الفاحش يأتي على حساب التوهين, ويزداد القرار مع إنخفاض في الطول الموجي, وذلك لأن الموجة لا يمكن أن تنعكس إلا من كائن, وبالتالي إكتشافها إذا كان حجم الكائن مشابهًا لطول الموجة, وموجة من الطول الموجي الأكبر سوف تتجاهل ببساطة كائن صغير.

من ناحية أخرى, خلال رحلتها تميل الموجة الكهرومغناطيسية ذات الطول الموجي المنخفض أو التردد العالي إلى فقدان قوتها بمعدل أكبر من الطول الموجي العالي أو الموجة المنخفضة التردد, وبمعنى آخر فإن التخفيف وطول الموجة يشتركان في علاقة عكسية, مما يعني أنه يجب التوصل إلى حل وسط بين التوهين والقرار, لذلك لتقليل فقد الطاقة إلى الحد الأدنى, يمكننا إنشاء تعريفات غامضة, أو يمكننا تحديد رغيف الخبز مع خسارة مذهلة في الطاقة.

الرادار

بسبب العلاقة العكسيّة نفسها، نستخدم موجات الراديو للتواصل لاسلكيًا, وتُظهر الموجات الراديوية أدنى ترددات في الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله, مما يعني أنها الأقل توهينًا وبالتالي يمكنها السفر لأطول المسافات, ولا يمكن تحقيق ذلك بإستخدام الموجات عالية التردد, مثل الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية.

يجب التوصل إلى حل وسط آخر بين السلطة والمدى لزيادة نطاق الرادار، ولا يجب زيادة القدرة بنفس العامل, ولكن بنفس العامل الذي تم رفعه إلى طاقة 4, لذلك لمضاعفة النطاق يجب علينا زيادة الطاقة بمقدار ستة عشر مرة! ثم يتفاوض المهندسون بين هذه الصفات ويصممون نوعًا معينًا من الرادار لنوع معين من التطبيقات.

تحت الرادار

معظم الناس يعرفون الرادار من خلال الإتصال الهاتفي الأخضر الأيقونة المثبتة على لوحة القيادة من كل طائرة دون أن تظهر في بعض الأحيان, أي دراما الحرب الحديثة يمكن أن تكون كاملة, ويعرض الإتصال الهاتفي أبيضًا سميكًا, وعادةً النقاط الوامضة والتي تسمى “blips”, وتسقط بإتجاه الوسط، مما يشير إلى أن الصاروخ أو العدو يقتربان.

الرادار blips

تم تطوير الرادار للعثور على السفن المفقودة في الضباب الكثيف، ولكن قدرته العميقة على إكتشافها بسبب مقتضيات الحربين, تم في نهاية المطاف الإستفادة من “الأهداف” في جميع المجالات – البرية والبحرية والجوية, وبطبيعة الحال سرعان ما بدأت هذه الأهداف لإيجاد طرق جديدة للعمل خلسة.

لن يعكس الجسم سوى موجات الراديو إذا قام كما أثبت هيرتز بتوصيل الكهرباء, وهذا هو السبب في أن الطائرات المصنوعة من الألومنيوم يسهل العثور عليها من قبل كلا الأعداء، وفي حالة الطائرات غير العسكرية و وحدات مراقبة حركة المرور, ما يمكن للمرء فعله بعد ذلك للعمل خلسة هو الطيران في طائرات غير معدنية, ويشمل ذلك الطائرات المصنوعة من الخشب, كما صنعت في الثلاثينيات, أو ألياف الكربون كما هو الحال الآن.

الرادار

المهندسون أيضاً بنوا هذه المركبات الشبح بطرق جديدة وعبقرية, إما أنها تعطيها هندسة تعكس موجات الراديو بشكل عشوائي، أو على الأقل خارج نطاق جهاز الإستقبال, أو أنها تبني طائرة تحتوي على مادة أو مركب من المواد التي تمتص معظم الطاقة الراديوية المرسلة، وبالتالي تعكس أقل بكثير مما هو مطلوب ل الكشف الكافي, ثم يمكن للمرء أن يطير أيضاً “تحت الرادار”.

الرادار هو تكنولوجيا خط البصر, ويرسل جهاز الإرسال مخروطًا من موجات الراديو ويكتشف أن تلك الأشياء التي تقع فيها, ومع ذلك فإن الأرض مستديرة وجوانب المخروط غير مرنة, وهذا يعني أنهم لا يستطيعون تتبع سطح الأرض المنحني بشكل صحيح, لذلك يمكن للطائرة أن تطير دون أن تكتشف عن طريق الطيران تحت هذا المخروط أو تحت الرادار بالقرب من الأفق! ولا يمكن أن تتعقب الجوانب الصارمة للمخروط هبوطًا مفاجئًا في التضاريس أيضًا, بحيث يمكن للطائرة أن تتحلل خلسة تحت ظلال الجبال أيضًا.

الطائرات

وبالطبع, الحرب ليست فقط ما يستخدم الرادار, على الرغم من أنه لا يزال يستخدم للكشف عن السفن, فإنه يساعد أيضًا في كره الملاحة والتصادم, ويستخدمه الجيولوجيون لرسم خريطة لقشرة الأرض والشرطة تستخدمها لتعقب المركبات, أو أساس الهاتف المحمول أو غالبية تكنولوجيات الإتصال اللاسلكي, ولا غنى عنها إلى واحدة من أهم الإختراعات البشرية.

المصدر: Science Abc

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *