Waarvoor wordt radar gebruikt?
Foto: Een wetenschapper past een radarschotel aan om weerballonnen door de lucht te volgen. Weerballonnen, die de atmosferische omstandigheden meten, dragen reflecterende doelen onder zich om radarsignalen op efficiënte wijze terug te kaatsen.
Radar is nog steeds het meest bekend als een militaire technologie. Radarantennes op vliegvelden of andere grondstations kunnen worden gebruikt om bijvoorbeeld naderende vijandelijke vliegtuigen of raketten op te sporen. De Verenigde Staten hebben een zeer uitgebreid Ballistic Missile Early Warning System (BMEWS) om inkomende raketten op te sporen, met drie grote radardetectorstations in Clear in Alaska, Thule in Groenland, en Fylingdales Moorin Engeland. Maar niet alleen het leger gebruikt radar. De meeste civiele vliegtuigen en grotere boten en schepen hebben nu ook radar als algemeen navigatiehulpmiddel. Elke grote luchthaven heeft een enorme radarscanning schotel om de luchtverkeersleiders te helpen vliegtuigen in en uit te loodsen, ongeacht het weer. De volgende keer dat u naar een vliegveld gaat, kijk dan uit naar de roterende radarschotel op of bij de verkeerstoren.
U hebt misschien wel eens gezien dat politieagenten langs de kant van de weg radargeweren gebruiken om mensen op te sporen die te hard rijden. Deze zijn gebaseerd op een iets andere technologie, die Doppler-radar wordt genoemd. Het is u waarschijnlijk wel eens opgevallen dat de sirene van een brandweerauto in toonhoogte lijkt af te nemen als hij voorbij scheurt. Als de motor naar u toe rijdt, worden de geluidsgolven van de sirene over een kortere afstand samengedrukt, zodat ze een kortere golflengte en een hogere frequentie hebben – wat wij horen als een hogere toonhoogte. Als de motor van u wegrijdt, werkt het precies andersom: de geluidsgolven worden langer in golflengte, lager in frequentie en lager in toonhoogte. Je hoort dus een merkbare daling in de toonhoogte van de sirene op het moment dat hij passeert. Dit wordt het Doppler-effect genoemd.
Dezelfde wetenschap is aan het werk bij een radarsnelheidsbegrenzer. Wanneer een politieagent een radarstraal op uw auto afvuurt, weerkaatst de metalen carrosserie de straal recht terug. Maar hoe sneller uw auto rijdt, des te meer zal de frequentie van de radiogolven in de straal veranderen. Gevoelige elektronische apparatuur in het radarpistool gebruikt deze informatie om te berekenen hoe snel uw auto rijdt.
Photo: Radar in actie: Een Gatso flitspaal ontworpen om bestuurders zich aan de snelheidslimiet te laten houden, uitgevonden door raceautocoureur Maurice Gatsonides.Foto genomen bij Think Tank, Birmingham, Engeland door Explain that Stuff.
Radar heeft veel wetenschappelijke toepassingen. Doppler radar wordt ook gebruikt bij weersvoorspellingen om uit te vinden hoe snel stormen zich verplaatsen en wanneer ze waarschijnlijk in bepaalde steden zullen aankomen. In feite schieten de weervoorspellers radarstralen in de wolken en gebruiken de weerkaatste stralen om te meten hoe snel de regen zich verplaatst en hoe snel hij valt. Wetenschappers gebruiken een vorm van visibleradar die lidar (light detection andranging) wordt genoemd om met lasers de luchtverontreiniging te meten. Archeologen en geologen richten radar op de grond om de samenstelling van de aarde te bestuderen en begraven afzettingen van historisch belang te vinden.
Photo: Radar in actie: Een Doppler-radar scant de lucht. Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Energie.
Een plaats waar radar niet wordt gebruikt is om onderzeeërs te helpen bij hun navigatie onder water. Elektromagnetische golven verplaatsen zich niet gemakkelijk door dicht zeewater (daarom is het donker in de diepe oceaan). In plaats daarvan gebruiken onderzeeboten een zeer vergelijkbaar systeem, SONAR genaamd (Sound Navigation And Ranging), dat geluid gebruikt om voorwerpen te “zien” in plaats van radiogolven. Onderzeeërs beschikken echter wel over radarsystemen die ze kunnen gebruiken terwijl ze zich op het oceaanoppervlak voortbewegen (zoals bij het binnen- en uitvaren van een haven).
Foto: Een geoloog beweegt een radarzender (gemonteerd op een fietswiel) over de grond om de samenstelling van de aarde te bestuderen. Zijn partner in de pick-up achterop interpreteert de radarsignalen op een elektronisch display. Dit soort grondpenetrerende radar (GPR) is een voorbeeld van geofysica. Foto met dank aan US Department of Energy.
Countermeasures: how can you avoid radar?
Radar is uiterst effectief in het spotten van vijandelijke vliegtuigen en schepen – zo effectief dat militaire wetenschappers wel een manier moesten ontwikkelen om er omheen te kunnen! Als jij een uitstekend radarsysteem hebt, is de kans groot dat je vijand er ook een heeft. Als jij zijn vliegtuigen kunt zien, kan hij de jouwe zien. Je hebt dus vliegtuigen nodig die zich op de een of andere manier kunnen “verstoppen” in de radar van de vijand zonder te worden opgemerkt. Stealth technologie is ontworpen om precies dat te doen. Je hebt misschien wel eens de onheilspellend uitziende B2 stealth bommenwerper van de Amerikaanse luchtmacht gezien. Zijn scherpe, hoekige lijnen en met metaal beklede ramen zijn ontworpen om radiostralen te verstrooien of te absorberen zodat vijandelijke radaroperators ze niet kunnen detecteren. Een stealth-vliegtuig is zo effectief dat het op een radarscherm te zien is met niet meer energie dan een klein vogeltje!
Photo: De ongebruikelijke zigzagvorm aan de achterkant van deze B2 stealth-bommenwerper is een van de vele kenmerken die zijn ontworpen om radiogolven te verstrooien zodat het vliegtuig “verdwijnt” op vijandelijke radarschermen. De afgeronde voorvleugels en verborgen motoren en uitlaatpijpen helpen ook om het vliegtuig onzichtbaar te houden. Foto door Bennie J. Davis III met dank aan US Air Force.
Wie heeft radar uitgevonden?
Radar kan worden teruggevoerd op een apparaat genaamd een Telemobiloskop (soms in het Frans geschreven als Télémobiloscope), uitgevonden in 1904 door de Duitse elektrotechnicus Christian Hülsmeyer (1881-1957). Nadat hij had gehoord over een tragische aanvaring tussen twee schepen, bedacht hij een manier om radiogolven te gebruiken om hen te helpen elkaar te zien wanneer het zicht slecht was.
Artwork: Radar vóór radar: Christian Hülsmeyer’s Telemobiloskop was meer dan drie decennia ouder dan radar, maar had in essentie hetzelfde concept. Dit kunstwerk is gebaseerd op een tekening uit een van Hülsmeyer’s patenten uit 1904, die laat zien hoe zend- en ontvangapparatuur op een schip kon worden gebruikt om andere schepen in de buurt op te sporen. De stralen zijn “Hertziaanse golven” – wat we nu radiogolven zouden noemen – die uit een op een cardanische balans gemonteerd apparaat schieten dat altijd verticaal blijft, ondanks de schommelende bewegingen van de zee.
Hoewel vele wetenschappers hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van radar, was de bekendste onder hen de Schotse natuurkundige Robert Watson-Watt (1892-1973). Tijdens de Eerste Wereldoorlog ging Watson-Watt werken voor het Britse Meteorologisch Instituut (de belangrijkste Britse organisatie voor weersvoorspellingen) om hen te helpen radiogolven te gebruiken om naderende stormen op te sporen.
In de aanloop naar de Tweede Wereldoorlog realiseerden Watson-Watt en zijn assistent Arnold Wilkins zich dat ze de technologie die ze aan het ontwikkelen waren, konden gebruiken om naderende vijandelijke vliegtuigen op te sporen.Toen ze eenmaal hadden bewezen dat de basisapparatuur kon werken, bouwden ze een uitgebreid netwerk van radardetectoren op de grond rond het zuiden en oosten van de Britse kustlijn. Tijdens de oorlog gaf de Britse radarverdediging (bekend als Chain Home) het land een enorm voordeel op de Duitse luchtmacht en speelde een belangrijke rol in de uiteindelijke overwinning van de geallieerden. Een soortgelijk systeem werd in dezelfde tijd in de Verenigde Staten ontwikkeld en slaagde er zelfs in om in december 1941 de nadering van Japanse vliegtuigen boven Pearl Harbor, op Hawaï, te detecteren – hoewel niemand de betekenis van zoveel naderende vliegtuigen doorhad totdat het gereed was.
