《人类科学技术史-382》雷达和早期遥感技术

雷达和早期遥感技术
1.迅速发展的雷达技术

1924年，英国物理学家阿普顿(1892-1965)证实了电离层的存在后，人们便试图利用电磁波测量电离层的高度，即向电离层发出不连续的"电磁波"，通过记录发出波到电离层反射回来的时间，来推算电离层的高度。

一次，英国人在进行这样的实验时，空中偶然有飞机飞过，电磁波受到了干扰，于是，实验人员从中受到启发，发现了雷达的原理。

1931年到1933年，因军事防空的需要，英国科学家开始研制雷达，即探测来自飞机的无线电反射波的装置。1935年，英国国立物理所无线电研究室主任瓦特(1892-1973)研制成第一部使用1.5厘米波的飞机探测雷达装置——CH系统。在临近第二次世界大战爆发的1938年，英国已在其东海岸建立起了防空警戒雷达网。

法国从1934年也开始研制利用米波和厘米波的"障碍物探测器"。1935年，将第一部雷达探测器安装在"诺曼底"号定期航班轮船上，同时也开始了防空警戒雷达的研究。

1940年8月到1941年5月，德军常常出动上千架飞机对英国的重点目标，即皇家部队和航空工业进行轰炸。幸而英国借助雷达的监测，及早引导战斗机在德机到来之前升空迎击，否则，后果不堪设想。德军屡遭挫折之后，改白天轰炸为夜间偷袭。但是，由于雷达昼夜都能发挥作用，而且英国在高炮和探照灯部队中都广泛装备了雷达，德国的轰炸仍不能达到预期目的，而且损失惨重。仅1940年7月到10月，德军就损失飞机1773架，占其最初投入战役飞机总数的五分之四。希特勒不得不暂时罢手。

在第二次世界大战最初的三年多时间里，德国海军潜艇的活动十分猖獗。他们以151艘潜艇的代价击沉了盟军计1800万吨的商船，平均每天在万吨以上。英伦三岛受到了严密的海上封锁。一旦发现为商船护航的盟国舰只，德国潜艇便采取"狼群"战术进行围击。

为了摆脱被动挨打的局面，盟军必须主动出击，先行搜索并消灭出海的德国潜艇。为此，美国专门成立了第十舰队。除军舰外，还装备了大批配有先进的微波雷达、探照灯和声异鱼雷的飞机。它们在海上四出搜索德国潜艇，并攻击那些浮出水面给蓄电池充电的德国潜艇。微波雷达的使用，使德国潜艇装备的米波雷达预警器失去了效用。到1943年三四月间，终于制伏了德军潜艇。

德国海军潜艇部队司令邓尼兹后来供认道：盟军反潜战的胜利并非是战术上占优势。的确，盟军在现代化的作战兵器和探测设备方面占了优势。第二次世界大战以前，科学技术上使用的最短的电波波长为1.5米，而雷达使用的波长愈短愈有效。1939年秋，英国人欧力亨特等就开始厘米波的研究，并于1940年7月便试制成功能发出厘米波的磁控管。这一技术的突破，使英国的雷达技术居于世界领先地位。

战争的经验和教训，使美国也深深了解到雷达的重要意义。1940年8月起，美国投入大量资金，在物理学家拉比的领导下，有组织地进行雷达的研究，1942年7月，制成了使用磁控管的雷达装置。不久，美国的科学家又研制出比磁控管雷达更好的克莱斯管雷达。在战争中，美国专门建立了雷达研制中心，投入约1.4亿美元的研究经费，推出150种先进的雷达系统，小至飞机上装备的小型雷达，大至需要成连的人才能开动的巨型雷达。1942年末，装备了雷达等先进技术兵器的英国和美国，发起了对德日的进攻。

英美的雷达技术在第二次世界大战中一直保持优势，在反潜艇、防空以及对敌空袭中大显身手。而德国的雷达技术则相对落后，以至在战争中几乎没有发挥什么作用。雷达成为盟军在对德作战中取胜的重要因素之一。

战后，先进的雷达技术在航天、航空、航海等方面发挥了重要作用。

2.早期遥感技术

早期遥感技术是通过空中摄影和仪器扫描获取地面信息的方法。

要进行空中摄影和仪器扫描，必须有一个空中装置作载体，用以安置照相设备或扫描仪器。这种空中装置被称为遥感平台。风筝、气球、飞艇、飞机都可以用作遥感平台。

早在1858年，图纳里恩利用升空几百米的气球，成功地拍摄下了巴黎"鸟瞰"照片。1909年，意大利的威尔伯.赖特在飞机上拍摄了第一张航空照片。这些空中摄影可视为遥感技术的开端。

航空摄影技术服务于军事目的，是在第一次世界大战之后的事情。30年代，军备竞争和战争需求使飞机的数量成倍增长，飞机的性能、工艺水平等都得到迅速提高。这些都为当时的遥感技术提供了先进的遥控平台。这一时期还出现了适于高空摄影的照相设备，如缝隙相机和多波段(多光谱）相机。后来，又逐渐发展到红外扫描相机。

在第二次世界大战中，遥感技术逐渐引起交战各国的重视。德国最先认识到遥感技术的军事价值，最先将遥感技术用于战争之中。1939年9月到1940年5月，德国在整个西部战线频繁拍摄对方的机场、港口、桥梁、运河、铁路等设施以及对方部队的运动情况，并根据航空遥感所获取的情报，成功地袭击了对方的机场、港口、运输线和部队，闪电般侵入别国领土，迅速向西部推进战场。

1940年，英军从敦刻尔克撤退后，地面情报来源被切断，只能靠航空摄影来了解德军运移的态势和欧洲大陆战场的情况。这一需求刺激英国的航空遥感技术迅速发展，并很快超过德国。1940年，英国从法国、荷兰和比利时海岸附近的通路上发现了德军准备入侵英国的急迫情况，立即作好反击准备。两天之后，英国对进攻英格兰的德军进行了较准确的空袭，迫使希特勒放弃了马上入侵英国的计划。

第二次世界大战初期，美国未大规模投入战斗，对遥感技术的重要性尚认识不足，航空摄影技术和照片判读技术相对较为落后。塔拉瓦登陆战前，美军利用空中侦察对该岛周围珊瑚礁处的海水深度进行了探测，但这一地区实际的海水深度比探测、分析所得的深度要浅得多。结果，在塔拉瓦登陆战中，美军的许多水陆两栖登陆艇被搁浅在远离海岸的地方，造成重大伤亡。

美国从这一惨痛教训中认识到提高遥感技术的迫切性，美海军照片判读中心对水深测定问题进行了大规模研究，在航空摄影基础上，发明了水深测量的遥感技术。这一技术成果后来用于美军攻击冲绳岛的准备工作中，判读技术人员根据遥感照片，计算出该岛周围珊瑚礁上的水深，与实际水深仅相差30厘米，达到当时的最先进水平。

战争期间，许多国家还分别对红外扫描相机进行了研制。这种新式遥感仪器是利用红外探测元件，以电信号形式接受来自目标的红外辐射，然后把电信号再转换成可见光，并成像在感光胶片上。这一类非摄影式遥感仪器是不受气候影响的全天候遥感仪器，标志着遥感技术的重大突破。

遥感技术的发展，给交战国双方都造成很大威胁。这一点又促使各国开展对伪装技术的研究，想方设法给对方的遥感仪器造成信息错判。而伪装技术的研究，反过来又促进了遥感技术的提高和发展，促进了新的反伪装的遥感仪器的研制。遥感红外相机的出现就是一例。

第二次世界大战后，遥感技术在军事、经济、资源探测等方面继续得到广泛应用。火箭、人造卫星等现代遥感平台和相应的现代遥感仪器的出现，使遥感技术在人类生活中发挥越来越大的作用。