Radiační laboratoř MIT - MIT Radiation Laboratory

Laboratoř radiace , obyčejně nazvaný Rad Lab , byl mikrovlnná trouba a radar výzkumné laboratoře nachází na Massachusetts Institute of Technology (MIT) v Cambridge, Massachusetts (USA). Poprvé byl vytvořen v říjnu 1940 a fungoval do 31. prosince 1945, kdy byly jeho funkce rozptýleny do průmyslu, dalších oddělení v rámci MIT a v roce 1951 do nově vytvořené Lincolnské laboratoře MIT .

Před válkou bylo velmi žádoucí použít mikrovlnné trouby k různým rádiovým a radarovým účelům, ale existující mikrovlnná zařízení, jako je klystron, byla příliš slabá na to, aby byla užitečná. Alfred Lee Loomis , milionář a fyzik, který vedl vlastní soukromou laboratoř, uspořádal Výbor pro mikrovlnné trouby, aby zvážil tato zařízení a hledal zlepšení. Na začátku roku 1940 uspořádal Winston Churchill to, co se stalo misí Tizardů, aby americkým vědcům představili několik nových technologií, které Spojené království vyvíjelo. Mezi nimi byl magnetron dutiny , skok vpřed ve vytváření mikrovln, díky kterému byly poprvé praktické.

Loomis zařídil financování v rámci Národního výboru pro výzkum obrany (NDRC) a reorganizoval Mikrovlnný výbor na MIT, aby studoval magnetronovou a radarovou technologii obecně. Lee A. DuBridge sloužil jako ředitel Rad Lab. Laboratoř se rychle rozšířila a během několika měsíců byla větší než snaha Spojeného království, která v tomto bodě probíhala již několik let. V roce 1943 začala laboratoř dodávat proud stále vylepšených zařízení, která mohla být ve velkém množství vyrobena průmyslovou základnou USA. Na svém vrcholu zaměstnávala Rad Lab 4 000 na MIT a v několika dalších laboratořích po celém světě a navrhla polovinu všech radarových systémů používaných během války.

Na konci války si USA udržovaly vedoucí pozici v řadě oblastí souvisejících s mikrovlnami. Mezi jejich pozoruhodné produkty patřil SCR-584 , nejlepší válečný radar pro kladení zbraní , a SCR-720 , vzdušný odposlechový radar, který se stal standardním pozdně válečným systémem pro americké i britské noční stíhače . Oni také vyvinuli H2X , verze britského H2S bombardování radar, který pracuje při kratších vlnových délkách v X pásmu . Rad Lab také vyvinul Loran-A , první celosvětový radionavigační systém, který byl původně známý jako „LRN“ pro Loomis Radio Navigation.

Formace

V polovině a na konci třicátých let byly rádiové systémy pro detekci a lokalizaci vzdálených cílů vyvíjeny pod velkým tajemstvím ve Spojených státech a Velké Británii , stejně jako v několika dalších zemích, zejména v Německu , SSSR a Japonsku . Ty obvykle fungovaly na vlnových délkách velmi vysoké frekvence (VHF) v elektromagnetickém spektru a nesly několik krycích názvů, například Ranging and Direction Finding (RDF) ve Velké Británii. V roce 1941 vytvořilo americké námořnictvo pro tyto systémy zkratku „RADAR“ (RAdio Detection And Ranging); to brzy vedlo k názvu „ radar “ a rozšířilo se do dalších zemí.

Potenciální výhody provozu těchto systémů v oblasti ultravysokofrekvenčních (UHF nebo mikrovlnných ) byly dobře známy a energicky sledovány. Jednou z těchto výhod byly menší antény , což je kritická potřeba detekčních systémů v letadlech. Primární technickou překážkou pro vývoj UHF systémů byl nedostatek použitelného zdroje pro generování vysoce výkonných mikrovln . V únoru 1940 vytvořili vědci John Randall a Harry Boot z Birminghamské univerzity ve Velké Británii rezonanční dutinový magnetron, který tuto potřebu naplnil; rychle se to dostalo do nejvyšší úrovně utajení.

Krátce po tomto průlomu se britský premiér Winston Churchill a prezident Roosevelt dohodli, že oba národy spojí svá technická tajemství a společně vyvinou mnoho naléhavě potřebných válečných technologií. Na začátku této výměny koncem léta roku 1940 přinesla Tizard Mission do Ameriky jeden z prvních nových magnetronů. 6. října Edward George Bowen , klíčový vývojář RDF v Telecommunications Research Establishment (TRE) a člen mise, předvedl magnetron, produkující přibližně 15 000 wattů (15 kW ) výkonu při 3 GHz, tj. Vlnovou délku 10 cm.

Setkání v březnu 1940 na Kalifornské univerzitě v Berkeley týkající se plánovaného 184 palcového (4,7 m) cyklotronu ( vidět na tabuli ), zleva doprava: Ernest O. Lawrence , Arthur H. Compton , Vannevar Bush , James B. Conant , Karl T. Compton a Alfred Lee Loomis

Američtí vědci a úředníci byli nad magnetronem ohromeni a NDRC okamžitě zahájilo plány na výrobu a zabudování zařízení. Alfred Lee Loomis , který vedl mikrovlnný výbor NDRC, vedl založení radiační laboratoře na MIT jako společné anglo - americké úsilí v oblasti mikrovlnného výzkumu a vývoje systému s využitím nového magnetronu.

Název „Radiační laboratoř“, který Loomis vybral, když pro ni vybral budovu v areálu MIT, byl záměrně klamný, i když šikmo správný v tom smyslu, že radar využívá záření v části elektromagnetického spektra . Byl vybrán znamenat posláním laboratoře byl podobný tomu z Ernest O. Lawrence je ozařovací laboratoře na UC Berkeley ; tj. že zaměstnávala vědce k práci na výzkumu jaderné fyziky . V té době byla jaderná fyzika považována za relativně teoretickou a nepoužitelnou pro vojenské vybavení, protože to bylo před zahájením vývoje atomových bomb .

Ernest Lawrence byl aktivním účastníkem formování Rad Lab a osobně přijal mnoho klíčových členů původního personálu. Většina vedoucích pracovníků byla Ph.D. fyzici, kteří přišli z univerzitních pozic. Obvykle neměli více než akademické znalosti o mikrovlnách a téměř žádné pozadí s vývojem elektronického hardwaru. Jejich schopnost řešit složité problémy téměř jakéhokoli typu byla vynikající. Později v životě bylo devět členů štábu příjemcem Nobelovy ceny za další úspěchy.

V červnu 1941 se NDRC stala součástí nového Úřadu pro vědecký výzkum a vývoj (OSRD), který rovněž spravuje Vannevar Bush , který podléhal přímo prezidentu Rooseveltovi. OSRD dostal téměř neomezený přístup k financování a zdrojům, přičemž Rad Lab získal velký podíl na radarový výzkum a vývoj.

Počínaje rokem 1942 projekt Manhattan absorboval řadu fyziků Rad Lab do zařízení Los Alamos a Lawrence v Berkeley. Toto bylo zjednodušeno tím, že se Lawrence a Loomis zapojili do všech těchto projektů.

Operace

Radiační laboratoř byla oficiálně otevřena v listopadu 1940 s využitím prostoru 370 m 2 v budově MIT 4 a s počátečním financováním NDRC pod 500 000 USD. Kromě ředitele Lee DuBridge byl II Rabi zástupcem ředitele pro vědecké záležitosti a F. Wheeler Loomis (bez vztahu k Alfredu Loomisovi) zástupcem ředitele pro správu. EG („Taffy“) Bowen byl přidělen jako zástupce Velké Británie.

Ještě před otevřením zakladatelé identifikovali první tři projekty pro Rad Lab. V pořadí podle priority se jednalo o (1) detekční systém 10 cm (nazývaný Airborne Intercept nebo AI) pro stíhací letouny , (2) systém detekce zbraní 10 cm (nazývaný Gun Laying nebo GL) pro protiletadlové baterie a (3) palubní radionavigační systém s dlouhým dosahem .

K zahájení prvních dvou z těchto projektů byl magnetron z Velké Británie použit k výrobě 10 cm „ prkénka “; toto bylo úspěšně otestováno ze střechy budovy 4 počátkem ledna 1941. Do tohoto úsilí byli zapojeni všichni členové počátečního štábu.

V rámci projektu 1 pod vedením Edwina M. McMillana následovala „inženýrská“ sada s anténou využívající 30 palcový (76 cm) parabolický reflektor . Tento první mikrovlnný radar postavený v Americe byl úspěšně otestován v letadle 27. března 1941. Poté byl vzat do Velké Británie Taffy Bowenem a otestován ve srovnání s 10 cm soupravou, která se zde vyvíjí.

Pro finální systém zaměstnanci Rad Lab kombinovali funkce z jejich vlastní a britské sady. Nakonec se stal SCR-720, který hojně využíval jak americký armádní letecký sbor, tak britské královské letectvo .

Pro projekt 2 byl vybrán 4 stopový a později 6 stop široký (1,2 pak 1,8 m) parabolický reflektor na otočném držáku. Tato sada by také používala elektromechanický počítač (nazývaný Predictor-correlator) k udržení antény namířené na získaný cíl. Ivan A. Getting sloužil jako vedoucí projektu. Protože byl mnohem komplikovanější než Airborne Intercept a pro použití v terénu musel být velmi robustní, byl inženýrsky připravený GL dokončen až v prosinci 1941. Toto bylo nakonec označeno jako všudypřítomný SCR-584 , nejprve si získal pozornost nasměrováním protiletadlové palby, která sestřelilo asi 85 procent německých létajících bomb V-1 („buzz bomb“) útočících na Londýn.

Projekt 3, dálkový navigační systém, byl zvláště zajímavý pro Velkou Británii. Měli existující hyperbolický navigační systém s názvem GEE , ale nebylo dostačující, co do dosahu a přesnosti, podporovat letadla během bombardování vzdálených cílů v Evropě. Když byl Alfred Loomis informován Tizard Mission o GEE, osobně vytvořil nový typ systému, který by překonal nedostatky GEE, a vývoj jeho LORAN (zkratka pro Long Range Navigation) byl přijat jako počáteční projekt. Pro tento projekt byla zřízena divize LORAN pod vedením Donalda G. Finka . LORAN fungoval v části nízkofrekvenčního ( LF ) rádiového spektra a byl jediným nemikrovlným projektem Rad Lab. Začleněním hlavních prvků GEE byl LORAN velmi úspěšný a prospěšný pro válečné úsilí. Na konci nepřátelských akcí bylo asi 30 procent zemského povrchu pokryto stanicemi LORAN a využíváno 75 000 letadly a povrchovými plavidly.

Po japonském útoku na Pearl Harbor a vstupu USA do druhé světové války se práce v laboratoři Rad výrazně rozšířila. Na vrcholu svých aktivit zaměstnávala Rad Lab téměř 4000 lidí pracujících v několika zemích. Rad Lab zkonstruoval a byl původním obyvatelem slavné budovy 20 MIT . To stálo něco málo přes 1 milion dolarů a byla to jedna z nejdéle přežívajících dočasných struktur druhé světové války.

Aktivity nakonec zahrnovaly fyzickou elektroniku, elektromagnetické vlastnosti hmoty, mikrovlnnou fyziku a principy mikrovlnné komunikace a Rad Lab učinil zásadní pokrok ve všech těchto oblastech. Polovina radarů rozmístěných americkou armádou během druhé světové války byla navržena v Rad Lab, včetně více než 100 různých mikrovlnných systémů v hodnotě 1,5 miliardy dolarů . Všechny tyto soupravy se výrazně zlepšily na před mikrovlnných zařízeních, VHF systémech z Naval Research Laboratory a Army's Signal Corps Laboratories , stejně jako britských radarů, jako je Chain Home Roberta Watsona-Watta a raných vzdušných souprav RDF od Taffy Bowena.

Přestože byla laboratoř Rad zahájena jako společná anglo-americká operace a mnoho jejích produktů bylo přijato britskou armádou, vědci ve Velké Británii * pokračovali ve vývoji mikrovlnného radaru a zejména ve spolupráci s Kanadou vyráběli mnoho typů nových systémy. Pro výměnu informací zřídila Rad Lab pobočku v Anglii a řada britských vědců a inženýrů pracovala na úkolech v Rad Lab. * V TRE, v telekomunikačním výzkumném ústavu

Magnetron rezonanční dutiny se nadále vyvíjel v Rad Lab. Tým vedený II Rabim nejprve rozšířil provoz magnetronu z 10 cm (nazývaného S-pásmo), na 6-cm (pásmo C), poté na 3 cm (pásmo X) a nakonec na 1 cm (pásmo K). Aby se udrželo tempo, neustále se vyvíjely i všechny ostatní radarové subsystémy. Vysílací divize pod vedením Alberta G. Hilla nakonec do těchto snah zapojila 800 lidí.

Radikálně odlišný typ antény pro systémy v pásmu X vynalezl Luis W. Alvarez a použil ji ve třech nových systémech: palubní mapový radar s názvem Eagle, systém slepého přistání Ground Control Approach (GCA) a pozemní mikrovlnná trouba Systém včasného varování (MEW). Poslední dva byli velmi úspěšní a přenesli se do poválečných aplikací. Eagle byl nakonec přeměněn na velmi efektivní mapovací radar zvaný H2X nebo Mickey a byl používán americkým leteckým sborem a námořnictvem i britským RAF.

Nejambicióznějším úsilím Rad Labu s dlouhodobým významem byl projekt Cadillac. Projekt vedený Jerome B. Wiesnerem zahrnoval vysoce výkonný radar nesený v modulu pod letounem TBM Avenger a bojové informační středisko na palubě letadlové lodi. Cílem byl palubní systém včasného varování a kontroly , který poskytoval americkému námořnictvu schopnost dohledu detekovat nízko letící nepřátelská letadla na vzdálenost přesahující 100 mil (161 km). Projekt byl zahájen na nízké úrovni v polovině roku 1942, ale s pozdějším příchodem japonských hrozeb kamikadze v Pacifickém operačním sále byla práce značně zrychlena a nakonec zahrnovala 20 procent zaměstnanců Rad Lab. Prototyp byl letecky převezen v srpnu 1944 a systém byl uveden do provozu počátkem příštího roku. I když je příliš pozdě na to, aby ovlivnilo konečné válečné úsilí, položil projekt základ pro významný vývoj v následujících letech.

Jak začala laboratoř Rad, byla zřízena laboratoř pro vývoj elektronických protiopatření (ECM), technologií blokujících nepřátelské radary a komunikaci. S ředitelem Frederickem E. Termanem se to brzy přesunulo do kampusu Harvardské univerzity (jen míli od MIT) a stalo se z něj Radio Research Laboratory (RRL). Organizačně oddělené od Rad Lab, ale také v rámci OSRD, měly obě operace po celou dobu své existence mnoho společného.

Uzavření

Když byla Radiační laboratoř uzavřena, OSRD souhlasila s pokračováním financování divize základního výzkumu, která se 1. července 1946 oficiálně stala součástí MIT jako výzkumná laboratoř elektroniky na MIT (RLE). Další válečný výzkum převzala Laboratoř pro jadernou vědu MIT, která byla založena současně. Obě laboratoře do roku 1957 převážně obývaly budovu 20.

Většina důležitých výsledků výzkumu Rad Lab byla dokumentována v kompilaci o 28 svazcích s názvem MIT Radiation Laboratory Series , vydanou Louisem N. Ridenourem a publikovanou McGraw-Hillem v letech 1947 až 1953. Toto již není v tisku, ale série byla znovu vydána jako dva CD-ROM z roku 1999 ( ISBN  1-58053-078-8 ) od vydavatele Artech House . V poslední době je k dispozici online.

Poválečná deklasifikace práce v laboratoři MIT Rad Lab poskytla prostřednictvím série poměrně rozsáhlou skupinu znalostí o pokročilé elektronice. Reference (identita dávno zapomenutá) připsala seriálu vývoj elektronického průmyslu po druhé světové válce.

S úsilím o kryptologii a kryptografii soustředěným na Bletchley Park a Arlington Hall a projekt na Manhattanu představuje vývoj mikrovlnného radaru v radiační laboratoři jedno z nejvýznamnějších, tajných a mimořádně úspěšných technologických snah, které vznikly v angloamerických vztazích ve světě. Válka Radiační laboratoř byla v roce 1990 jmenována milníkem IEEE .

Viz také

Reference

Poznámky

Všeobecné

  • Baxter, James Phinney, III; Vědci proti času , MIT Press, 1968
  • Bowen, EG; Radarové dny , Inst. vydávání fyziky, 1987
  • Brittain, James E .; „The Magnetron and the Beginning of the Microwave Age,“ Physics Today , vol. 73, s. 68, 1985
  • Guerlac, Henry E .; Radar ve druhé světové válce , American Inst. fyziky, 1987
  • Page, Robert Moris; Původ radaru , Anchor Books, 1962
  • Stewart, Irvin; Organizace vědeckého výzkumu pro válku; Administrativní historie OSRD , Little, Brown, 1948
  • Watson, Raymond C. Jr.; Radar Origins Worldwide , Trafford Publishing, 2009
  • Willoughy, Malcom Francis; The Story of LORAN in the US Coast Guard in World War II , Arno Pro, 1980
  • Zimmerman, David; Přísně tajná výměna: Tizard Mission a vědecká válka , McGill-Queen's Univ. Press, 1996

externí odkazy

Souřadnice : 42,3619 ° N 71,0905 ° W 42 ° 21'43 "N 71 ° 05'26" W /  / 42,3619; -71,0905