تخيل طائرة تهبط على مدرج في يوم ضبابي في وسط الليل، هل سألت نفسك كيف يمكن لها الهبوط؟ الإجابة على ذلك هي باستخدام الرادار، لكن ما هو الرادار؟ وكيف يعمل الرادار؟
ما هو الرادار؟
يمكننا رؤية الأشياء في العالم من حولنا لأن الضوء (عادة من الشمس) ينعكس عليها في أعيننا. إذا كنت ترغب في المشي ليلاً، يمكنك تسليط شعلة أمامك لترى إلى أين أنت ذاهب. ينتقل شعاع الضوء من الشعلة، وينعكس على الأشياء التي أمامك، ثم يرتد إلى عينيك.
يحسب عقلك على الفور ما يعنيه هذا: يخبرك بمدى بعد الأشياء ويجعل جسمك يتحرك حتى لا تتعثر فوق الأشياء. يعمل الرادار بنفس الطريقة. تشير كلمة “رادار” إلى الكشف عن الراديو وتحديد المدى، وهذا يعطي فكرة كبيرة جدًا عما يفعله وكيف يعمل.
تخيل طائرة تحلق في الليل عبر ضباب كثيف. لا يستطيع الطيارون معرفة إلى أين يتجهون، لكن يمكنهم التواصل مع مراقبي الحركة الجوية على الأرض الذين يستخدمون الرادار لمساعدتهم. لا يستخدم الطيارون أنفسهم بشكل عام الرادار كـ “أداة طيران” (شيء يساعدهم على الطيران أو التنقل)، لكنهم يستخدمونه لتتبع الطقس.
يشبه رادار الطائرة مصباحًا يستخدم موجات الراديو بدلاً من الضوء. ترسل الطائرة حزمة رادار متقطعة (لذا فهي ترسل إشارة فقط لجزء من الوقت) و، لبقية الوقت، “تستمع” إلى أي انعكاسات لتلك الحزمة من الأجسام القريبة.
إذا تم الكشف عن الانعكاسات، فإن الطائرة تعرف أن هناك شيئًا قريبًا، ويمكنها استخدام الوقت المستغرق حتى تصل الانعكاسات لمعرفة مدى بُعدها. بعبارة أخرى، وهو يشبه إلى حد ما نظام تحديد الموقع بالصدى الذي تستخدمه الخفافيش “العمياء” للرؤية والتحليق في الظلام.
كيف يستخدم الرادار الراديو؟
سواء تم تركيبها على متن طائرة أو سفينة أو أي شيء آخر، تحتاج مجموعة الرادار إلى نفس المجموعة الأساسية من المكونات: شيء ما لتوليد موجات الراديو، وشيء لإرسالها إلى الفضاء، وشيء لاستقبالها، وبعض وسائل عرض المعلومات حتى يتمكن مشغل الرادار من فهمها بسرعة.
يتم إنتاج موجات الراديو التي يستخدمها الرادار بواسطة قطعة من المعدات تسمى ماغنترون (Magnetron). تشبه موجات الراديو موجات الضوء: فهي تسافر بنفس السرعة، لكن موجاتها أطول بكثير ولها ترددات أقل بكثير. تبلغ أطوال موجات الضوء حوالي 500 نانومتر (500 جزء من المليار من المتر، وهو أرق من شعرة الإنسان بحوالي 100 إلى 200 مرة)، بينما تتراوح موجات الراديو التي يستخدمها الرادار عادةً من بضعة سنتيمترات إلى متر – طول إصبع بطول ذراعك – أو ما يقرب من مليون مرة أطول من موجات الضوء.
تعد موجات الضوء والراديو جزءًا من الطيف الكهرومغناطيسي، مما يعني أنها تتكون من أنماط متذبذبة من الطاقة الكهربائية والمغناطيسية التي تنطلق عبر الهواء. الموجات التي ينتجها الماغنترون هي في الواقع أفران ميكروويف، مماثلة لتلك الناتجة عن فرن الميكروويف.
الفرق هو أن الماغنترون في الرادار يجب أن يرسل الأمواج عدة أميال، بدلاً من بضع بوصات فقط، لذا فهو أكبر بكثير وأكثر قوة. بمجرد أن يتم توليد موجات الراديو، فإن الهوائي، الذي يعمل كجهاز إرسال، يقذفها في الهواء أمامه. عادة ما يكون الهوائي منحنيًا بحيث يركز الموجات في حزمة دقيقة وضيقة، لكن هوائيات الرادار تدور أيضًا بشكل نموذجي حتى تتمكن من اكتشاف الحركات على مساحة كبيرة.
ماذا عن الأجسام فائقة السرعة؟
تنتقل موجات الراديو إلى الخارج من الهوائي بسرعة الضوء (186000 ميل أو 300000 كم في الثانية) وتستمر حتى تصطدم بشيء ما. ثم يرتد بعضها باتجاه الهوائي في شعاع من موجات الراديو المنعكسة التي تنتقل بسرعة الضوء أيضًا. سرعة الأمواج مهمة للغاية.
إذا اقتربت طائرة نفاثة معادية بسرعة تزيد عن 3000 كم / ساعة (2000 ميل في الساعة)، فإن شعاع الرادار يحتاج إلى السفر أسرع بكثير من ذلك للوصول إلى الطائرة، والعودة إلى جهاز الإرسال، وإطلاق الإنذار في الوقت المناسب. هذه ليست مشكلة، لأن موجات الراديو (والضوء) تنتقل بسرعة كافية لتنتقل سبع مرات حول العالم في ثانية!
إذا كانت طائرة معادية على بعد 160 كم (100 ميل)، يمكن لشعاع الرادار أن يسافر بتلك المسافة ويعود في أقل من ألف من الثانية. يتضاعف الهوائي كمستقبل وجهاز إرسال. في الواقع، إنها تتناوب بين الوظيفتين.
عادةً ما يرسل موجات الراديو لبضعة آلاف من الثانية، ثم يستمع إلى الانعكاسات لأي شيء يصل إلى عدة ثوانٍ قبل الإرسال مرة أخرى. يتم توجيه أي موجات راديو منعكسة يلتقطها الهوائي إلى قطعة من المعدات الإلكترونية التي تعالجها وتعرضها بشكل مفيد على شاشة تشبه التلفزيون، يشاهدها طوال الوقت عامل بشري.
تقوم معدات الاستقبال بتصفية الانعكاسات غير المجدية من الأرض والمباني وما إلى ذلك، مما يعرض انعكاسات مهمة فقط على الشاشة نفسها. باستخدام الرادار، يمكن للمشغل رؤية أي سفن أو طائرات قريبة وأين توجد ومدى سرعة سفرهم وأين يتجهون.
إقرأ أيضاً… ما هو نظام تحديد المواقع العالمي GPS؟ وكيف يعمل؟
كيف يعمل الرادار؟
فيما يلي ملخص لكيفية عمل الرادار:
- الماغنترون Magnetron يولد موجات راديو عالية التردد.
- يقوم جهاز الطباعة على الوجهين بتبديل المغنطرون عبر الهوائي.
- يعمل الهوائي كمرسل، حيث يرسل شعاعًا ضيقًا من موجات الراديو عبر الهواء.
- تضرب موجات الراديو طائرة العدو وترتد عكسيًا.
- يلتقط الهوائي الموجات المنعكسة أثناء الفاصل بين الإرسال. لاحظ أن نفس الهوائي يعمل كمرسل ومستقبل، بالتناوب يرسل موجات الراديو ويستقبلها.
- يقوم جهاز الطباعة على الوجهين بتبديل الهوائي عبر وحدة الاستقبال.
- يعالج الكمبيوتر في وحدة الاستقبال الموجات المنعكسة ويرسمها على شاشة التلفزيون.
- تظهر طائرة العدو على شاشة الرادار التلفزيونية مع أي أهداف أخرى قريبة.