电眼初睁

郝　赫

二战前英国面临的空中压力

飞机在一战时就投入到战争中。此时正值飞机诞生不久，性能较差，数量也很少，对战争造成的影响也很小。一战后，随着航空技术的飞速发展，轰炸机的载弹量、速度、航程都急剧增大，人们已经意识到：轰炸机将在下一场战争中扮演重要角色。

当时，只能依靠地面观测网发现入侵的轰炸机，即通过光学和声学业手段发现轰炸机，这种方法对付慢腾腾的老式飞机尚可，对付速度较快的新式飞机就不行了，它提供的预警时间太短，根本不能满足防空需要。由于没有有效的防空手段，欧洲各国都面临着巨大的防空压力，甚至笼罩着恐怖气氛，其中尤以英国最甚。

1932年，英国前首相斯坦利·鲍尔温在议会上说：几乎不可能防御轰炸机的攻击，“轰炸机早晚都会飞到头顶来”。随后，1934年7月，英国皇家空军的一次演习几乎完全验证了这个悲观的预言。轰炸机躲开了战斗机拦截，顺利轰炸英国空军部。1936年西班牙内战时期，德国支持佛朗哥叛军，出动飞机猛烈轰炸西班牙城市，造成大量伤亡，更加强烈震撼了欧洲。

当时唯一的办法就是确保自己拥有跟敌人一样的空中轰炸能力，以遏止对方的空中轰炸。这还颇有点冷战期间美俄拼命保持核均势的味道，要么不打，要打就一起玩完!这对本土狭小的英国就更为不利。

电波探测器初现

当然也有人在认真琢磨如何有效防空。在英国空军部，一个叫A.P.罗(A.P.rowe)的下级军官研究了英国所有的防空计划后，于1934年6月给他的上级亨利·温柏利斯写了一份报告，建议开发新科技，用新科技实现防空。

温柏利斯对这份报告很重视，马上向空军部提议成立专门调查新科技防空军事应用的专家委员会，还推荐帝国理工学院院长亨利·狄查德爵士领导该委员会。很快，防空科学研究委员会(CSSAD)就在狄查德爵士的领导下建立起来，温柏利斯是委员之一，A.P.罗担任秘书。

防空科学研究委员会调查的众多可能投入军事应用的新科技中，其中之一即为“死光”。由于怀疑德国可能正在研发类似“死光”的武器，英国也在开展这方面的研究。空军部甚至常设1000英镑奖金用以鼓励“死光”研究，只要杀死180米远的绵羊就可以得到该奖金。很显然．空军部想用“死光”来杀伤飞行员当时就有一拨人在研究用强烈的无线电波实现“杀绵羊”．很有点现代“微波武器”的意思。苏格兰人罗伯特·沃森·瓦特(Robert Watson-Wall)就是其中之一。

物理学家沃森·瓦特是国家无线电研究实验室的主管．也是改良蒸汽机发明人詹姆斯·瓦特的后代。此人身材短胖，生性乐观，聪明且精力充沛。他曾研究通过接收无线电噪声并作三角计算来测定雷爆位置。经过大量试验，沃森·瓦特发现：使用当时最强功率的无线电波也不会对飞机造成任何损伤，更别说杀伤飞行员。但是，无线电波照射到飞机时会被反射回来，沃森·瓦特把这个发现报告了防空科学委员会，并整理出一份关于无线电回波探测设想的备忘录。在备忘录里，沃森·瓦特用基本物理学知识的简单计算证明了无线电回波探测的可行性，描述了该系统的运行方式，并建议建立一个覆盖300千米空域的无线电回波探测网。他还十分谨慎地认为：这种探测系统不仅可以测出它与飞机的距离，甚至还可能测出飞机的方位和高度。

有这么好的创意，防空科学委员会自然十分重视。但是要从空军部争取到研发经费，光有理论报告远远不够．还要让空军部的头头们眼见为实。做一次回波探测概念验证试验。沃森·瓦特和同事们立即行动．很快就准备好一套试验装置．用无线电接收机接收飞机反射的广播电台信号。1935年2月26日，在众多关注目光下．当一架“黑福德”轰炸机穿越BBC广播电台的发射波束时，接收机输出端的信号明显增强．试验取得了成功。4月13日．空军部拨款12300英镑作为无线电回波探测系统的研发经费，这在当时是非常可观的数目。

与此同时．沃森·瓦特和防空科学委员会也在琢磨着给这个无线电回波探测装置起个名字，最后出于保密需要，把它叫做“无线电测向仪”(RDF)．以示其只有测向功能。1941年，又重新命名为“电波探测器”。

“本土链”雷达诞生

有了经费支持，英国的雷达研究迅速开展起来。为了避开烦人的文书干扰，沃森·瓦特专门在萨福克郡偏僻海边的奥福内斯机场组建了雷达研发小组。除沃森·瓦特外，小组还有阿诺德·F、威尔金斯以及爱德华·鲍恩，这几人后来都成为雷达界的名人。沃森·瓦特几乎放弃了所有的周末，跟小组一起加班加点工作。

今天夜以继日的努力，他们在6月就赶制出一部雷达原型机。多座高塔是这部雷达最显著的特征。高塔之间挂列着平行的发射天线阵列，接收天线布置在另外的高塔上。7月，这部雷达探测到海上的飞机。研发小组起初把雷达工作波长设定为26米/11.5兆赫，即与他们想要探测的轰炸机尺寸相当，以期获得谐振效应，增强反射效果。但是因为该波长民用无线电干扰太多(波长26米/11.5兆赫属短波波段，该波段主要勇于无线电通信)，他们只好把波长减半，改为13米/23.5兆赫，这样还可以提高测距精度。研发小组还在研究如何测量飞机方位和高度。到9月，这部雷达已经相当成熟，表现很好，得到了军方的肯定。

奥福内斯饥肠实在是太破了。沃森·瓦特又在萨福克郡沿岸寻觅到了既清静一贫如洗舒适一点的包德西庄园年底，英国政府就收购了该庄园。尽管这里也是破败不堪，但比起奥福内斯机场近乎原始的生活设施来说，已经算相当豪华了，而且还有管风琴和台球、政府当然不会买台球，爱德华，鲍恩就自掏腰包25英镑从庄园原主人那里买下来，还摆在原位。

1936年5月，研发小组全部家当都搬到了包德西庄园8月，研发小组已经扩大到20人。沃森·瓦特到处招募科学家，他把包德西庄园“忽悠”得天花乱坠，等科学家们报到之后才发现那里的研究和生产设施简直简陋至极尽管如此，在沃森·瓦特的领导下，这些人都充满了活力和信心，沃森·瓦特也因此得到了大家的尊敬。

包德西庄园的主要任务是开发“本土链”(CH，Chain Home)雷达。英国空军部已经打算在本土大规模部署这种雷达。到1937年4月，“本土链”雷达工作状态趋于稳定，能够探测到160千米远的飞机。到8月，已有3个“本土链”雷达站部署完毕：一个在包德西本地，另两个分别位于肯约顿和多佛。小小雷达网的探测范围覆盖了伦敦以西。

详解“本土链”

从外貌上看，“本土链”雷达跟现代雷达差别巨大，更像无线电广播发射塔。4座(后来是3座)钢制发射天线塔呈直线形排列，

4座木制接收天线塔呈菱形排列。

发射天线塔高约107米，邻塔间距55米，塔间横拉着结实的缆索，缆索上挂着水平偶极子天线阵列，远看就像巨大的帘子。“帘子”上层是8对水平偶极子构成的主发射阵列，下层是4对水平偶极子构成的次发射阵列，都发射水平极化波。主发射阵列的波束在低仰角(即低空)盲区较大，需要次发射阵列的波束补盲，操纵员用波束开关切换发射波束。

之所以要发射水平极化的电波，是因为飞机大多数时间都是保持水平飞行的，而水平极化波对水平状态的飞机探测效果较好。

雷达发射机使用英国大都会维克斯电气公司生产的四极真空电子管。这种电子管笑料不高，放热量很大。需要水冷设备降温，还需要气泵维持其真空状态。每部雷达都配有两套发射机，轮流开机，保证雷达连续工作。

接收天线塔高约76米使用木塔是为了避开金属馈电对天线造成影响，每座塔上有3组天线，每组天线都是几对偶极子交叉布置。因为“本土链”雷达的天线是固定的，要观察较大的空域，只能通过发射宽波束实现空域覆盖要测得目标方位，也只能使用比较各方向接收天线截收回波强度的方法这种类似“比幅测角”的设计源于沃森·瓦特的闪电噪声定位装置。后来为抗德军干扰，又加装了一组天线。

由于天线不能转动，“本土链”雷达无法大范围扫描，只能靠直接发射很宽的波束实现覆盖较大的空域，故称“投光灯式”。尽管“本土链”雷达设计巧妙，但明显先天不足，已无潜力可挖。因为发射波束很宽，只有一小部分发射脉脉冲功率照射到飞机，而飞机反射的脉冲功率也只有很少一部分能够被天线接收，所以要实现较理想的探测效果，就需要极高的发射功率这在当时很难实现的，它的误差也很大，测距误差有1～2千米，而测方位角误差最大可达12°，测仰角就更难实现了。由于波束很宽，使得发射功率无法集中辐射，导致脉冲峰值功率必须很大。“本土链”雷达脉冲峰值功率最初为350千瓦，后来提高到80千瓦，最后为1兆瓦。

“本土链”雷达的脉冲宽度为6-25微妙，脉脉宽较宽会导致测距误差增大，距离分辨力变差。因为即使是1.8千米长(现代雷达采用脉冲压缩技术，即使很长的脉冲也可能获得较高的距离分辨率，使测距误差很小)。

“本土链”雷达首先遇到的难题是假目标问题，即从远距离物体上反射回来的“幽灵”回波。如果雷达发射的脉冲照射到非常遥远的物体上(通常是经过电离层多次反射形成的)，直到雷达发射第二个脉冲后，这个遥远物体回波才返回雷达，那么它就会跟第二个发射脉冲的正常回波混在一起，而且这种遥远回波通常会在显示器上表现得很近。近距离突然出的目标会让防空部队非常紧张。

为解决“幽灵”回波问题，沃森·瓦特决定让雷达以极低的脉冲重复频率——25赫发射脉冲，这样即便是远达6000千米物体的回波，也会在第二个脉冲发射之前都湮灭了。当时英国电网的频率是50赫，各雷达站也可以电网频率为基准实现同步发射．以减轻相互干扰(因各雷达站频率相同，若工作不同步，会互相产生同频异步干扰)。脉冲重复频率太低带来的不足是：它限制了雷达平均发射功率．使雷达照射到飞机上的功率减少．降低了雷达发现概率。

“本土链”雷达部署后．还得做很多工作才能比较准确地测出目标位置，其中很重要的一项就是“校飞”。让飞机按预定航线、高度飞行．雷达连续跟踪并记录观测数据，再将这些数据交由一部名为“考虑机”(为什么叫这个名字，现在已经搞不清了)的机械计算机处理，最后生成参照数据供雷达使用，尽管性能非常有限，“本土链”雷达还是很快投入服役了，而且令人惊讶的有效保卫大英帝国本土很长时间。

雷达投入使用后，皇家空军面临的问题就是有效发挥其效能了，也就是雷达的战术使用问题。皇家空军接收“本土链”雷达网后，就把雷达网与地面观察哨网结合，组成战斗机引导网。1938年初，皇家空军就开始小心翼翼地练习用雷达情报引导战斗机拦截航线上的客机，虽然效果一般，但3/4的引导拦截成功率，到1939年，“本土链”雷达网已开成了战斗力。英国人已经开始认真研究雷达的作战作用，有种富有远见的研究在1940年的不列颠空战中发挥了重大作用。

“本土链”雷达也开始在海外部署，名字也自然改成了“海外链”(CO,chain Overseas)。

同时期美国也在研发雷达，并且已经生产了几型米波雷达，但美国人面临的军事压力没有英国那么紧张，也就没怎么研究雷达究竟有何重大意义，还把雷达列为次要发展的技术。