Wozu wird Radar verwendet?
Foto: Ein Wissenschaftler justiert eine Radarschüssel, um Wetterballons am Himmel zu verfolgen. Wetterballons, die atmosphärische Bedingungen messen, tragen reflektierende Ziele unter sich, um Radarsignale effizient zurückzuwerfen. Foto mit freundlicher Genehmigung des US-Energieministeriums.
Radar ist nach wie vor vor allem als Militärtechnologie bekannt. Mit Radarantennen, die an Flughäfen oder anderen Bodenstationen angebracht sind, lassen sich zum Beispiel anfliegende feindliche Flugzeuge oder Raketen aufspüren. Die Vereinigten Staaten verfügen über ein sehr ausgeklügeltes Frühwarnsystem für ballistische Raketen (Ballistic Missile Early Warning System, BMEWS), um ankommende Raketen zu erkennen, mit drei großen Radardetektorstationen in Clear in Alaska, Thule in Grönland und Fylingdales Moor in England. Doch nicht nur das Militär nutzt Radar. Die meisten zivilen Flugzeuge und größeren Boote und Schiffe haben jetzt auch Radar als allgemeine Navigationshilfe. Jeder größere Flughafen verfügt über eine riesige Radarantenne, die den Fluglotsen hilft, Flugzeuge bei jedem Wetter an- und abzufliegen. Wenn Sie das nächste Mal einen Flughafen ansteuern, halten Sie Ausschau nach der rotierenden Radarschüssel, die auf oder in der Nähe des Kontrollturms angebracht ist.
Vielleicht haben Sie schon einmal gesehen, wie Polizeibeamte am Straßenrand Radarpistolen einsetzen, um zu schnell fahrende Personen zu erkennen. Diese basieren auf einer etwas anderen Technologie, dem so genannten Doppler-Radar.
Sie haben sicher schon einmal bemerkt, dass die Sirene eines Feuerwehrautos in der Tonhöhe zu sinken scheint, wenn es vorbeifährt. Wenn der Motor auf Sie zufährt, werden die Schallwellen der Sirene auf eine kürzere Strecke gequetscht, so dass sie eine kürzere Wellenlänge und eine höhere Frequenz haben – was wir als höhere Tonhöhe hören.Wenn der Motor von Ihnen wegfährt, funktioniert es umgekehrt – die Schallwellen haben eine längere Wellenlänge, eine niedrigere Frequenz und eine niedrigere Tonhöhe. Sie hören also genau in dem Moment, in dem die Sirene an Ihnen vorbeifährt, einen deutlichen Abfall der Tonhöhe. Dies nennt man den Doppler-Effekt.
Die gleiche Wissenschaft ist bei einer Radarpistole im Spiel. Wenn ein Polizeibeamter einen Radarstrahl auf Ihr Auto abfeuert, reflektiert die Metallkarosserie den Strahl direkt zurück. Doch je schneller Ihr Auto fährt, desto mehr verändert es die Frequenz der Radiowellen im Strahl. Die empfindliche elektronische Ausrüstung in der Radarpistole nutzt diese Informationen, um zu berechnen, wie schnell Ihr Auto fährt.
Foto: Radar in Aktion: Ein Gatso-Geschwindigkeitsmesser, der Autofahrer dazu bringen soll, sich an die Geschwindigkeitsbegrenzung zu halten, erfunden von dem Rennfahrer Maurice Gatsonides (Foto: Think Tank, Birmingham, England, Explain that Stuff).
Radar hat viele wissenschaftliche Anwendungen. Doppler-Radar wird auch bei der Wettervorhersage eingesetzt, um herauszufinden, wie schnell sich Stürme bewegen und wann sie wahrscheinlich in bestimmten Städten eintreffen werden. Die Meteorologen schießen Radarstrahlen in die Wolken und messen anhand der reflektierten Strahlen, wie schnell sich der Regen fortbewegt und wie schnell er niedergeht. Wissenschaftler verwenden eine Form des visuellen Radars, das Lidar (Light Detection and Ranging), um die Luftverschmutzung mit Lasern zu messen. Archäologen und Geologen richten das Radar in den Boden, um die Zusammensetzung der Erde zu untersuchen und vergrabene Lagerstätten von historischem Interesse zu finden.
Foto: Radar in Aktion: Ein Doppler-Radargerät tastet den Himmel ab. Foto mit freundlicher Genehmigung des US-Energieministeriums.
Ein Bereich, in dem Radar nicht eingesetzt wird, ist die Unterstützung von U-Booten bei der Navigation unter Wasser. Elektromagnetische Wellen können sich in dichtem Meerwasser nicht gut ausbreiten (deshalb ist es in der Tiefsee dunkel). Stattdessen verwenden U-Boote ein sehr ähnliches System namens SONAR (Sound Navigation And Ranging), das anstelle von Radiowellen Schall zum „Sehen“ von Objekten verwendet. U-Boote verfügen jedoch über Radarsysteme, die sie nutzen können, während sie sich an der Meeresoberfläche bewegen (z. B. beim Ein- und Auslaufen).
Foto: Ein Geologe bewegt einen Radarsender (montiert auf einem Fahrradrad) über den Boden, um die Zusammensetzung des Erdbodens zu untersuchen. Sein Partner im Pickup dahinter interpretiert die Radarsignale auf einem elektronischen Display. Diese Art von Bodenradar (GPR) ist ein Beispiel für Geophysik. Foto mit freundlicher Genehmigung des US-Energieministeriums.
Gegenmaßnahmen: Wie kann man das Radar umgehen?
Radar ist äußerst effektiv beim Aufspüren feindlicher Flugzeuge und Schiffe – so effektiv, dass Militärwissenschaftler eine Möglichkeit entwickeln mussten, es zu umgehen! Wenn Sie über ein hervorragendes Radarsystem verfügen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Ihr Gegner auch eines hat. Wenn Sie seine Flugzeuge entdecken können, kann er auch Ihre entdecken. Man braucht also Flugzeuge, die sich irgendwie im Radar des Gegners „verstecken“ können, ohne entdeckt zu werden. Vielleicht haben Sie schon einmal den unheimlich aussehenden B2-Tarnkappenbomber der US-Luftwaffe gesehen, der mit seinen scharfen, kantigen Linien und metallbeschichteten Fenstern Funkwellen streuen oder absorbieren soll, damit feindliche Radargeräte ihn nicht entdecken können. Ein Tarnkappenflugzeug ist dabei so effektiv, dass es auf dem Radarschirm mit nicht mehr Energie auftaucht als ein kleiner Vogel!
Foto: Die ungewöhnliche Zick-Zack-Form am Heck dieses B2-Tarnkappenbombers ist eines von vielen Merkmalen, die dazu dienen, Funkwellen zu streuen, damit das Flugzeug auf feindlichen Radarschirmen „verschwindet“. Die abgerundeten Vorderflügel und die verdeckten Triebwerke und Auspuffrohre tragen ebenfalls dazu bei, dass das Flugzeug unsichtbar bleibt. Foto von Bennie J. Davis III mit freundlicher Genehmigung der US Air Force.
Wer hat das Radar erfunden?
Radar geht auf ein Gerät namens Telemobiloskop (manchmal auch Télémobiloscope geschrieben) zurück, das 1904 vom deutschen Elektroingenieur Christian Hülsmeyer (1881-1957) erfunden wurde. Nachdem er von einer tragischen Kollision zwischen zwei Schiffen gehört hatte, fand er eine Möglichkeit, Radiowellen zu nutzen, damit sich die Schiffe bei schlechter Sicht gegenseitig sehen konnten.
Grafik: Radar vor Radar: Christian Hülsmeyers Telemobiloskop war mehr als drei Jahrzehnte vor dem Radar, aber im Wesentlichen das gleiche Konzept. Dieses Kunstwerk basiert auf einer Zeichnung aus einem von Hülsmeyers Patenten aus dem Jahr 1904, die zeigt, wie ein auf einem Schiff montierter Sende- und Empfangsapparat verwendet werden kann, um andere Schiffe in der Nähe zu erkennen. Bei den Strahlen handelt es sich um „Hertz’sche Wellen“ – das, was wir heute als Radiowellen bezeichnen würden -, die von einem kardanisch gelagerten Gerät ausgehen, das trotz der Bewegungen des Meeres immer senkrecht bleibt.
Obwohl viele Wissenschaftler zur Entwicklung des Radars beigetragen haben, war der bekannteste unter ihnen der schottische Physiker Robert Watson-Watt (1892-1973). Während des Ersten Weltkriegs arbeitete Watson-Watt für das britische Meteorological Office (die wichtigste Wettervorhersageorganisation des Landes), um mit Hilfe von Radiowellen herannahende Stürme aufzuspüren.
Im Vorfeld des Zweiten Weltkriegs erkannten Watson-Watt und sein Assistent Arnold Wilkins, dass sie die von ihnen entwickelte Technologie nutzen könnten, um herannahende feindliche Flugzeuge aufzuspüren.
Nachdem sie bewiesen hatten, dass die grundlegenden Geräte funktionierten, bauten sie ein umfangreiches Netz von bodengestützten Radardetektoren im Süden und Osten der britischen Küste. Während des Krieges verschaffte die britische Radarabwehr (bekannt als Chain Home) dem Land einen enormen Vorteil gegenüber der deutschen Luftwaffe und spielte eine wichtige Rolle für den endgültigen Sieg der Alliierten. Ein ähnliches System wurde zur gleichen Zeit in den Vereinigten Staaten entwickelt und konnte im Dezember 1941 sogar den Anflug japanischer Flugzeuge auf Pearl Harbor auf Hawaii aufspüren – obwohl niemand die Bedeutung so vieler anfliegender Flugzeuge erkannte, bis es zum Einsatz kam.
