Benutzer:Dreiundvierzig/Bastelecke/Radar

Geschichte

Heinrich Hertz stellte 1886 beim experimentellen Nachweis von elektromagnetischen Wellen fest, dass Radiowellen von metallischen Gegenständen reflektiert werden.

Elf Jahre später wiederholte der Inder Jagadis Chandra Bose die Hertzschen Versuche in Kalkutta, diesmal jedoch mit einer kürzeren Wellenlänge als Hertz. Auf Grund dieser Versuche entwickelte Bose unter anderem Wellenleiter.

Die ersten Versuche der Ortung mittels Radiowellen führte 1904 der deutsche Hochfrequenztechniker Christian Hülsmeyer durch. Sein Telemobiloskop konnte die Laufzeit von Wellen, die von einem Schiff zurückgeworfen wurden, messen und wurde am 30. April 1904 zum Patent angemeldet.

Der Titel der Patentschrift Nr. 165546 lautete:

„Verfahren, um entfernte metallische Gegenstände mittels elektrischer Wellen einem Beobachter zu melden.
Vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zum Gegenstand, durch welche die Annäherung beziehungsweise Bewegung entfernter metallischer Gegenstände (Schiffe, Züge oder dergleichen) mittels elektrischer Wellen einem Beobachter durch hör- oder sichtbare Signale gemeldet wird ...“

Der 23jährige Christian Hülsmeyer wollte eigentlich Lehrer werden. Bei Experimenten im Physiksaal des Bremer Lehrerseminars kam er auf eine - für die Entwicklung der Radartechnik - bahnbrechende Idee.

Beim Experimentieren mit den Hertz'schen Spiegelversuchen stellte Hülsmeyer fest, dass von einem Sender ausgesandte und von Metallflächen zurückgeworfene elektrische Wellen zur Ermittlung entfernter metallischer Objekte verwendet werden können - sein besonderes Interesse galt Schiffen.

Wahrscheinlich unbeeinflußt von Hülsmeyers Patent wurden 1911 in den USA die Grundprinzipien des Radars vom Science Fiction-Autor und Erfinder Hugo Gernsback in einem seiner Romane skizziert.

Geschichte der Radarentwicklung in Deutschland

Der Durchbruch zur breiten Anwendung kam für die Radartechnik erst im Zweiten Weltkrieg. Dr. Rudolf Kühnhold, der wissenschaftliche Direktor der Nachrichten-Versuchsabteilung der deutschen Marine, trieb die Entwicklung entscheidend voran. 1934 gelingen Dr. Rudolf Kühnhold im Kieler Hafen die ersten Versuche mit einem von ihm entwickelten Apparat, dem sogenannten Dezimeter-Telegraphie-Gerät bzw. DeTe-Gerät. Bei seinen Versuchen konnte er nicht nur wie geplant Schiffe, sondern auch über den Hafen fliegende Flugzeuge orten.

Noch war die Entfernung, in der das Radar arbeitete, für die militärische Nutzung nicht geeignet, doch in den folgenden Monaten ging die Entwicklung schnell voran. Bereits im Oktober gelangen Entfernungsmessungen über rund 40 Kilometer.

Im Zweiten Weltkrieg erlangte die Radartechnik in der Seekriegs-, vor allem aber auch in der Luftkriegsführung große Bedeutung. Der erste militärisch erfolgreiche radargeleitete Abfangeinsatz der Geschichte erfolgte am 18. Dezember 1939, als britische Bomber zum Angriff auf deutsche Kriegsschiffe in der Deutschen Bucht anflogen. Die nach der Ortung der Bomber aufsteigenden Abfangjäger fügten den Bombern schwere Verluste zu.

Einen ungewollten und verhängnisvollen Neben-Effekt hatte das übereilte Ausrüsten deutscher U-Boote mit noch nicht ausgereiften Radar-Warnempfängern. Sie wurden eingesetzt, um herannahende, feindliche Aufklärungsflugzeuge mit aktiviertem Radar frühzeitig zu erkennen. Diese Radar-Überwachungsempfänger strahlten jedoch eine intern erzeugte Oszillatorfrequenz praktisch ungehindert ab. Dies machte sie ortbar: Die unabsichtlich abgestrahlte Oszillatorfrequenz gestattete nicht nur die Bestimmung der Richtung, in der sich ein U-Boot befand, sondern bedeutete auch, dass dieses aufgetaucht war und mit feindlicher Radar-Aufklärung rechnete. Die U-Boote wurden damit zu einem leicht zu findenden Ziel. Der vermeintliche Vorteil kehrte sich ins Gegenteil um.

Geschichte der Radarentwicklung in England

Während sich die Radarentwicklung in Deutschland am Anfang mit dem Erkennen von Schiffszielen beschäftigte, war in England die Erkennung von Flugzeugen der Ausgangspunkt der Entwicklung.

Bereits in der Ionosphären-Forschung hatte man Funkimpulse verwendet und aus der Laufzeit bis zum Eintreffen des reflektierten Signals die Höhe der Ionosphäre bestimmt. Diese Methode wurde nun für die Funkortung weiterentwickelt. Der Leiter der Radioversuchsstation in Slough Robert Watson-Watt und sein Mitarbeiter der Physiker Arnold Wilkins legten am 12. Februar 1935 ihren Bericht "Erkennen und Orte von Flugzeugen durch Funk" vor, in dem sie bereits alle wesentlichen Grundzüge des Radars beschrieben.

Bereits am 26. Februar 1935 wurde der erste Feldversuch durchgeführt. Der BBC-Sender in Daventry sendete ein Signal mit 49m Wellenlänge. Dies war auf die Flügelspannweite üblicher Bomber-Flugzeuge abgestimmt, die bei ungefähr der Hälte dieser Länge lagen und somit Halbwellendipole darstellten. Hiervon wurden gute Reflektionseigenschaften erwartet. Eine mobile Empfangsstation, ausgerüstet mit einem für damalige Zeit sehr modernen Kathodenstrahl-Oszilloskop, befand sich in ca. 1 Meile Entfernung. Das über diesem Gebiet fliegende Testflugzeug erzeugte tatsächlich durch die an seinem Rumpf reflektierten Fukwellen einen zusätzlichen Leuchtpunkt auf dem Schirm des Oszilloskops. Das Flugzeug konnte bereits bei diesem ersten Test bis zu einer Entfernung von 13km verfolgt werden.

Nach diesen erfolgreichen Testergebnissen wurde die englische Radarentwicklung mit hohem Aufwand begonnen. Bereits im Januar 1936 waren für alle Aspekte der Radarortung (Entfernung, Höhenwinkel und Ortungsrichtung) Lösungen gefunden worden. Sogar das Prinzip eines Zielfolgeradars konnte ... praktisch demonstriert werden.

Im Jahre 1937 begann man, an der Ostküste der britischen Insel ein Kette von 20 Küsten-Radar-Stellungen, die sogenannte "Chain Home" zu installieren. Sie arbeitete bei 10 bis 13,5m Wellenlänge (22-30MHz), sendete 25 Pulse pro s mit 200kW Leistung und hatte eine Reichweite von 200km. Ab dem Karfreitag 1939 war diese Radarkette im 24-Stunden Dauerbetrieb.

Den Deutschen blieb die Installation der hohen Masten natürlich nicht verborgen. Anfang Mai und im August 1939 unternahmen sie deshalb zwei elektronische Aufklärungsflüge mit dem Luftschiff LZ130 "Graf Zeppelin" über dem Ärmelkanal, um den Stand der englischen Radartechnik zu erkunden. Sie haben jedoch keine Radarsignale gefunden. Dies lag daran, dass die deutsche Radarentwicklung im Bereich von 1,5 bis 0,5 m Wellenlänge stattfand, die Radarstationen an der englischen Kanalküste, die seit Karfreitag 1939 im Einsatz waren, den für die deutschen Ingenieure völlig abwegigen Bereich von 10 m Wellenlänge benutzten.

"Chain Home" hatte zwar ein hohe Reichweite, konnte aber keine Tiefflieger entdecken. Deshalb wurde zusätzlich "Chain Home Low", eine Tiefflug-Radarkette mit 80km Reichweite bei 1,5 m Wellenlänge (200 MHz) installiert.

Es wurden alsbald auch Radargeräte für den Einsatz in Flugzeugen entwickelt. Nachdem die ersten Geräte aufgrund ihrer Wellenlänge von minimal 50 cm nur mäßig brauchbar waren, gelang zwei britischen Forschern am 21. Februar 1940 der Aufbau des erstes Laborgerät eines Magnetrons zur Erzeugung von 10 cm Wellen. Hieraus wurde das H2S-Gerät entwickelt, ein Bordradar für Flugzeuge, mit dem die Konturen der Landschaft wie auf einer Karte dargestellt wurden. Der erstmaliger Einsatz erfolgte am 30.-31. Januar 1943 bei einem Bombenangriff auf Hamburg.

Es gab ein einfaches Mittel, um den Nutzung von Radar zu stören. Beide Seiten, Deutschland und England, hatten dieses Mittel unabhängig voneinander entdeckt und hielten diese Entdeckung dann streng geheim, um damit nicht der Gegenseite die Methode zu verraten, wie wiederum das eigene Radar gestört werden könnte. Es handelt sich hierbei im Staniostreifen, die auf die halbe Wellenlänge der verwendeten Radargeräte zugeschnitten und von Flugzeugen in großer Menge abgeworfen werden. Es waren dann die Engländer, die diese Methode dann noch bei der Operation "Gomorrha", dem Bombenangriff auf Hamburg am 24. Juli 1943, einsetzten. Es wurden 92 Mio Streifen oder 40 Tonnen abgeworfen. Die Entwicklung eines geeigneten Gegenmittel hatte auf deutscher Seite dann Erfolg. Das "Würzlaus"-Gerät konnte die Geschwindigkeit des Radarziels anhand des Dopplereffekts bestimmen. Langsam fliegende oder stillstehende Objekte wie die Staniolstreifen wurden dabei ausgeblendet.

Nach dem Krieg: Würzburg-Gerät zur Entdeckung der Wasserstofflinie bei 23cm. Radioastronomie...

Ein Jahr später konnten auch der Brite Robert Watson-Watt erste Erfolge bei der Flugzeugerfassung melden, die in Großbritannien als für die Luftverteidigung als entscheidend erkannt worden war. Der Wettlauf um die militärische Einsatzfähigkeit des Radar trat in seine entscheidende Phase ein.

Weitere Pioniere der Radar-Forschung: Robert Hanbury Brown (1916-2002)