История, методология и перспективные направления развития электроники Дисциплина для магистерской подготовки по направлению ( ) Автор: Исаев Владимир Александрович, к.т.н., профессор Великий Новгород, 2014

Занятие 2 От классической радиолокации к радиолокационной системотехнике (социальный и методологический анализ истории становления и развития современной научно-технической дисциплины)

Введение Докторская диссертация Ульриха Керна «Становление методов радиолокации: об истории радиолокационной техники до 1945 г.», выполненная в 1984 году в Историческом институте (отдел истории естествознания и техники) университета г. Штутгарта (Германия) на соискание ученой степени кандидата философских наук. Особый же интерес представляет собой именно послевоенная история радиолокации и ее превращение в радиолокационную системотехнику.

Теория и практика создания РЛС (радаров) как особой научно-технической дисциплины Во-первых, теоретические основы радиолокации возникают первоначально в рамках развитой к тому времени технической науки, а именно – радиотехники. Поэтому в данном случае можно уже говорить о независимом развитии конкретной научно- технической дисциплины. Именно потому, что радиолокация возникла как отрасль другой технической науки ее появление не было инициировано какой-либо областью естествознания. Во-вторых, изобретение радара привело к поистине революционным изменениям в радиопромышленности, а также в сфере научно-технических дисциплин, так как радиолокация, как новая область технической науки и инженерной деятельности, которая занималась разработкой и производством мощных импульсных радаров, превращается во второй половине ХХ столетия в современную комплексную научно-техническую дисциплину – радиолокационную системотехнику.

Принцип является идеей использования феномена с определенной целью и существует в мире людей и применений

Технологии всегда развиваются из некоторой центральной идеи или концепции «метода вещи» Таким образом базисное понятие или принцип радара существенная идея, которая позволяет ему работать состоит в том, чтобы посылать высокочастотные радиоволны и определять расстояние до объектов с помощью анализа отраженного от поверхности этого объекта сигнала. То, что радиоволны отражаются от металлических объектов, является феноменом; идея же использования этого феномена для обнаружения металлических предметов на расстоянии (в радаре) представляет собой принцип. Сам феномен является чисто природным эффектом и как таковой существует независимо от людей и от технологии. Он не имеет прикрепленного к нему «применения».

Идея обнаружения корабля по отражённым от него радиоволнам Явление отражения радиоволн (феномен) наблюдал ещё Генрих Герц в 1886 – 1889 гг. Влияние корабля, пересекающего трассу радиоволн, на силу сигнала (феномен) зарегистрировал Александр Степанович Попов в 1897 г. Впервые идея обнаружения корабля по отражённым от него радиоволнам была четко сформулирована в авторской заявке немецкого инженера Христиана Хюльсмайера (1904), содержавшей также подробное описание устройства («telemobiloscope») для её реализации.

«Телемобильскоп»(«telemobiloscope»)

История отечественной радиолокации / Под ред. А.С.Якунина. – М.: ИД «Столичная энциклопедия», 2011 В книгу включены материалы ведущих предприятий, организаций, учреждений отрасли, Российской академии наук, высших учебных заведений и НИО Министерства обороны об истории развития отечественных радиолокационных систем, комплексов и средств, использовании новейших технологий в создании радиолокационных станций.

Из истории радиолокации С определением первенства в области изобретения радиолокации дело обстоит весьма сложно. После окончания Второй мировой войны Уинстон Черчиль заявил, что англичане подарили миру радиолокацию. Великий политик явно лукавил - англичане придумали только сам термин "радиолокация". 10 и 11 июля 1934 г. в Ленинграде прошли испытания первой в мире радиолокационной станции. В Великобритании первая РЛС заработает лишь в 1936 году...

Из истории радиолокации В 1934 году было положено начало разработки в СССР систем радиообнаружения самолетов. В январе 1934 г. инженеры Центральной радиолаборатории (ЦРЛ) Ю.К. Коровин, С.Н. Савин и В.А. Тропилло впервые в СССР экспериментально доказали практическую возможность радиообнаружения самолета с помощью отраженной от него электромагнитной энергии (дальность обнаружения составила м).

Предыстория радиообнаружения Возникновение проблемы обнаружения самолетов Оптические и акустические средства обнаружения Обнаружение самолетов и кораблей по их тепловой радиации

Введение У отечественной радиолокации был блестящий старт в начале 30-х гг. и трудное развитие в предвоенные годы. Только Великая Отечественная война окончательно убедила всех в необходимости наискорейшего оснащения, прежде всего, войск ПВО средствами радиолокационной борьбы. С этой целью в 1942 г. впервые был организован специализированный радиолокационный завод- институт для зенитной артиллерии (ЗА), до того радиолокационные станции (РЛС) изготавливались как опытные образцы.

Звукоулавливатель ЗТ-2 В марте 1932 г. проводились испытания системы «Прожзвук» (прожектор звукоулавливатель), разработанной промышленностью по заданию Военно- технического управления (ВТУ) РККА. Испытания преследовали цель определения надежности обнаружения и освещения самолета в воздухе.

Теплообнаружитель-пеленгатор ВЭИ с диаметром зеркала 150 см Принцип действия тепло обнаружителя состоял в улавливании излучаемой самолетом тепловой энергии и концентрировании ее в фокусе параболического зеркала. Для этого использовался зенитный прожектор диаметром 150 см, стеклянное зеркало которого заменялось металлическим. В фокусе зеркала устанавливалась батарея из термоэлементов, заключенных в стеклянную колбу с высоким вакуумом.

Отчет ЦРЛ «Пеленгация самолетов на ДЦВ» от г. В истории развития отечественной радиолокации опыт ЦРЛ является знаменательным событием, важность которого не подлежит сомнению, и его трудно переоценить. Опыт подтвердил правильность ориентации на радиотехнический метод обнаружения самолетов как наиболее перспективный по сравнению с существовавшими в то время акустическим и тепловым методами обнаружения.

Отчет ЦРЛ «Пеленгация самолетов на ДЦВ» от г. (продолжение)

Титульный лист эскизного проекта радиопеленгатора ЦРЛ В июле 1934 г. ЦРЛ представила на рассмотрение в ГАУ эскизный проект радиопеленгатора на дециметровых волнах для зенитного прожектора. Испытания этой установки в ЦВИРЛ во второй половине 1935 г. показали дальность обнаружения легкого самолета около 3 км.

Магнетронные генераторы радиоволн Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн посредством магнетрона открыл и запатентовал в 1924 г. чехословацкий физик А. Жачек.

Магнетрон Магнетрон это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. Магнетрон генераторный электровакуумный прибор СВЧ, в котором взаимодействие электронов с электрической составляющей поля СВЧ происходит в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю. Этот термин ввел американский физик Альберт Халл, который в 1921 г. опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы магнетрона в статическом режиме и предложил ряд его конструкций.

Многорезонаторный магнетрон Алексеева Малярова Задача увеличения «выходной мощности генерируемых колебаний была решена в гг. советскими инженерами Н.Ф. Алексеевым и Д.Е. Маляровым под руководством М.А. Бонч-Бруевича». Созданная ими конструкция многорезонаторного магнетрона оказалась настолько совершенной, что в последующие годы во всём мире разрабатывались и выпускались только они. В ней применяют катод, имеющий форму полого цилиндра, внутри которого располагается подогреватель.

Схема конструкции и схема работы магнетрона

Резонансный магнетрон Резонансный магнетрон состоит из анодного блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с прорезанными в стенках полостями, выполняющими роль объёмных резонаторов. Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему. К анодному блоку закрепляется цилиндрический катод. Внутри катода закреплён подогреватель. Магнитное поле, параллельное оси прибора, создаётся внешними магнитами или электромагнитом.

Интегральная техника СВЧ На данный момент в мире развитие радиотехнических систем и систем сверхбыстрой обработки информации на сверхвысоких частотах требует создания принципиально новых микроминиатюрных твердотельных приборов и устройств СВЧ- диапазона (в том числе с распределенным взаимодействием), обладающих новыми функциональными возможностями, а также разработки методов их математического моделирования, проектирования и анализа. Потребности интегральной техники СВЧ стимулируют развитие теоретических и экспериментальных исследований в области распространения и взаимодействия волн различной физической природы в твердотельных слоистых структурах. К началу XXI столетия исследованы спектры собственных медленных волн в тонких пленках и тонкопленочных структурах.

Послевоенная история радиолокации и ее превращение в радиолокационную системотехнику Именно в этот период формируются базовые теоретические представления радиолокационной теории как неклассической науки (статистическая радиолокация)

Социальное планирование и проектирование Организационная основа радиолокационной системотехники явилась предтечей не только современных крупных научно- технических проектов, наряду с атомной и ракетной наукой и техникой, но и всей современной электронной промышленности, поскольку для реализации радиолокационного проекта впервые потребовалось создание совершенно новой элементной базы радиоэлектроники и организация ее серийного производства. Радиолокационные системы в рамках систем ПРО стали рассматриваться уже не как чисто технические, а как сложные человеко-машинные системы, то их разработка и практически перманентно продолжающееся совершенствование потребовали развития сопутствующей инфраструктуры.

Радиолокационный проект Историческая фиксация такого рода опыта создания системотехнических, а фактически социотехнических комплексов является особенно важной, поскольку именно благодаря целевой поддержке государства стало возможным за короткий исторический промежуток в несколько лет создать новую отрасль науки, техники и промышленности, а также систему подготовки ученых, инженеров, техников среднего звена, квалифицированных рабочих, обеспечивших дальнейшее успешное саморазвитие этой отрасли. При этом участвовавшими в радиолокационном проекте учеными, инженерами, руководителями НИИ, КБ, производств и целых отраслей промышленности и войсковых соединений несомненно и неукоснительно вела вперед подспудная благородная мысль именно защиты отечества, а может быть и всего человечества от угрозы новой войны.

«Проектная» форма организации научных исследований В последние годы интенсивно дискутируется вопрос о необходимости проведения различения между классическими фундаментальными и проблемно-ориентированными исследованиями, поскольку появляются новые формы знания, которые по способу своей организации не подпадают более под эту классификацию. Важнейшей организационной формой науки, которая пронизывает сегодня все исследовательские области и научные дисциплины, является «проектная» форма, означающая включение научной деятельности в заранее определенные временные рамки и делающая ее зависимой от других общественных сфер, эпизодической и принципиально незавершенной. Однако это не означает, что фундаментальные исследования исчезают с научно-исследовательского ландшафта.

Учебное задание Изучить содержание статьи «Горохов В.Г. От классической радиолокации к радиолокационной системотехнике (социальный и методологический анализ истории становления и развития современной научно-технической дисциплины)»; Познакомиться с содержанием Лекции 13 «Микроволны и их природа» электронного учебно- методического комплекса по дисциплине. Примечание: учебные материалы размещены на портале НовГУ (Исаев Владимир Александрович > Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники > …)

Список литературы 1. Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники : учебная программа дисциплины / В. А. Юзова, Г. Н. Шелованова. - Красноярск : ИПК СФУ, Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники : курс лекций / Г. Н. Шелованова. - Красноярск : ИПК СФУ, История отечественной радиолокации / Под ред. А.С.Якунина. – М.: ИД «Столичная энциклопедия», Лобанов М.М. Начало советской радиолокации. – М.: Советское радио, – 288 с. 5. Лобанов М.М. Развитие советской радиолокационной техники. – М.: Воениздат,1982. – 239 с.

Список литературы (продолжение) 6. Горохов В.Г. От классической радиолокации к радиолокационной системотехнике (социальный и методологический анализ истории становления и развития современной научно-технической дисциплины) // Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ». – – С.1299 –1346.

Спасибо за внимание!