الرادار RADAR
بقلم أ. وفاء زهير سعيد المسارعي
بكالوريوس فيزياء– جامعة الأزهر–غزة
تخيل أنك تحلق بطائرتك المقاتلة في وسط المدينة منتصف الليل والضباب كثيف جدا ولا تستطيع الرؤية وتحاول الهبوط على المدرج، كيف يمكنك الهبوط بسلام ؟!! طيارو الطائرات المقاتلة تغلبوا على هذه الصعوبات باستخدام الرادار.
ما هو الرادار؟
الرادار يعني استخدام أمواج الراديو للقياس وكشف المدى، وهي تعني بالإنجليزية Radio Detection And Ranging وتدعى اختصاراً RADAR والتي تعطي فكرة كبيرة عما يقوم به وآلية عمله.
من مخترع الرادار؟
بالرغم من أن العديد من العلماء ساهموا في تطوير الرادار إلا أن أشهرهم كان الفيزيائي الاسكتلندي روبرت واطسون وات (1892 – 1973). خلال الحرب العالمية الأولى كان واطسون يعمل لدى أهم مكتب أرصاد جوية في بريطانيا وكان يستخدم موجات الراديو للتنبؤ بالعواصف القادمة. وفي الحرب العالمية الثانية أدرك واطسون ومساعده آرنولد ويلكنز أنه يمكنهم استخدام هذه التكنولوجيا في الكشف عن طائرات العدو القادمة, فقام الفريق بتطوير شبكة واسعة ومتقنة من كواشف الرادار على الأرض تم وضعها على محيط بريطانيا من جهتي الجنوب والشرق، وكان لخط الدفاع الراداري هذا الفضل الأكبر في الحرب ضد الطائرات الألمانية وقد كان له دوراً مهماً في تحقيق النصر لبريطانيا.
وفي نفس الوقت تم تطوير نظام مشابه في الولايات المتحدة وقد تم تطويره لرصد الطائرات اليابانية فوق مدينة هاواي في ديسمبر 1941.
ما مبدأ عمله؟
الرادار يشبه نظام تحديد الموقع بالصدى الذي تستخدمه الخفافيش العمياء للرؤية في الظلام. والرادار يشبه تماما شعلة من أمواج الراديو بدلاً من الضوء، فنحن نرى الأشياء من حولنا لأن الضوء يسقط عليها وغالباً يكون ضوء الشمس ثم ينعكس على شبكية العين فيتم إرسال إشارات كهربية للدماغ ليتم ترجمتها وتمكننا من رؤية العالم من حولنا.
وإذا حاولنا السير ليلا فإننا نضيء مصباح أو شعلة فيسقط شعاع الضوء على الجسم وينعكس ثم يتم ترجمته في الدماغ لرؤية الأجسام وكم تبعد عنا وكيف نتحرك فلا نصطدم بها.
والرادار يعمل بنفس الطريقة، فالرادار يرسل شعاع من أمواج الراديو ويرصد انعكاسات هذا الشعاع ليرى الأشياء وبذلك يمكن للطيار أخذ الوقت الكافي لاتباع الاجراءات اللازمة ومنع الاصطدام بالأجسام أمامه.
مكونات الرادار الرئيسية
سواء كان الرادار على متن طائرة أو سفينة أو أي شيء آخر فإنه يحتاج نفس المكونات الرئيسية من مصدر لتوليد موجات الراديو وإرسالها واستقبالها ووسيلة لترجمة المعلومات وعرضها ليتم فهمها بسرعة.
1- الماجنيترون magnetron
يستخدم لتوليد موجات الراديو، وهي موجات مماثلة للضوء حيث أن لها نفس سرعة الضوء في الفراغ؛ ولكن أمواج الراديو أطول بكثير من أمواج الضوء وتردداتها أقل بكثير من الضوء، وكل من موجات الضوء والراديو هي موجات كهرومغناطيسية تتكون من مجالين كهربائي ومغناطيسي متعامدين على بعضهما البعض وعلى خط انتشار الموجة.
موجات الضوء طولها الموجي تقريباً 500 نانومتر أو 500 بليون جزء من المتر وهي أدق من شعرة الإنسان بحوالي 100 – 200 مرة .
في حين أن أمواج الراديو المستخدمة في الرادار تتراوح عادة من حوالي بضعة سنتيمترات إلى متر، وهو ما يقارب من طول اصبعك إلى طول ذراعك أو ما يقرب مليون مرة أطول من موجات الضوء.
وموجات الراديو تشبه موجات فرن الميكروويف ولكن الفرق أن الماجنترون في الرادار يرسل موجاته عدة أميال بدلاً من بضع سنتيمترات في فرن الميكروويف؛ لذلك هو أقوى وأكبر بكثير.
2- هوائي (أنتينا)
تقوم بإرسال أمواج الراديو في الهواء بسرعة الضوء، وعادة ما يكون الهوائي منحني ليركز موجات الراديو على شكل حزمة دقيقة، وهوائيات الرادار تدور بحيث تكشف التحركات على مساحة أوسع.
وتستمر موجات الراديو في انطلاقها حتى تصطدم بشيء ما ثم ترتد عنه نحو الهوائي بسرعة الضوء 3000000 كم/ث والسرعة مهمة جداً.
فإذا كان لدينا طائرة عدو مقاتلة تسير بسرعة 300 كم/ ساعة، فإن شعاع الرادار يحتاج أن تكون سرعته أكبر بكثير حتى يصل الطائرة ويرتد عنها وينبه بشكل سريع . وهذه ليست مشكلة لأن سرعة أمواج الراديو تعادل سرعة الضوء حيث يمكنها السفر سبع مرات كل العالم في ثانية وبذلك يمكنه قياس بعد الطائرة في أقل من جزء من الألف من الثانية.
– الهوائي (الانتينا) لديه وظيفة مزدوجة، فهو كما يرسل موجات الراديو فإنه يعمل على استقبالها, فهو يرسل أمواج راديو لبضع أجزاء من الألف من الثانية ثم يرصد الانعكاسات لأي شيء يقابله حتى عدة ثواني قبل إعادة الارسال مرة أخرى.
الأداة المستقبلة تعمل على تنقية الإشارات المنعكسة عن الأرض أو المباني أو غير ذلك وتعرض فقط الإشارات المهمة على الشاشة ويمكن رؤية أي سفن أو طائرات قريبة وكم تبلغ سرعتها وأين تتوجه.
3- جهاز حاسوب
أي إشارة منعكسة يتم التقاطها من الهوائي يتم إعادة توجيهها إلى جهاز حاسوب يقوم بمعالجتها وعرضها بصورة مفهومة ذات معنى على شاشة مثل شاشة التلفاز ليتم مشاهدتها مباشرة وبشكل مستمر.
مشاهدة شاشة الرادار تشبه تماما لعبة فيديو غير أن الشاشة تعرض صورة حية وحقيقية للسفن والطائرات وأي خطأ بسيط يمكن أن يفقد الكثيرين حياتهم.
4- المضاعف (duplexer)
وهو أداة هامة في الرادار تقوم بفصل عمل الهوائي في حالة الإرسال عنه في حالة الاستقبال، فعندما يقوم الهوائي بالإرسال فإنه لا يمكنه الاستقبال والعكس صحيح.
كيف يعمل الرادار؟
يمكن تلخيص خطوات عمل الرادار كالتالي:
1- الماجنترون يولد موجات راديو ذات تردد عالي.
2- المضاعف يوجه أمواج الراديو من الماجنترون نحو الهوائي
3- الهوائي يرسل شعاع دقيق من أمواج الراديو خلال الهواء.
4- أمواج الراديو تصطدم بطائرة العدو وتنعكس عنها.
5- الهوائي يلتقط الإشارة المنعكسة في الفترة بين الانبعاثات .
6- يقوم المضاعف بتوجيه الهوائي ليعمل كوحدة استقبال.
7- الحاسوب يستلم الموجات المنعكسة ويعالجها ويعرضها على شاشة تلفاز.
8- تظهر طائرة العدو على شاشة الرادار.
استخدامات الرادار
1- الرادار ما زال مشهورا على أنه أداة وتكنولوجيا عسكرية، وهوائي الرادار يمكن وضعه في المطارات أو أي محطات أرضية أخرى ليستخدم كطريقة لكشف طائرات العدو.
2- يستخدم الرادار أيضا في مطارات المدنيين وقوارب وسفن الملاحة، ومعظم المطارات الشهيرة يوجد لديها طبق لمسح الرادار لتتحكم في حركة الطائرات وإرشادها للتحليق والهبوط ومنع التصادمات.
3- يستخدم الرادار أيضا لدى مكاتب الشرطة لكشف تجاوز السرعات، ولكن الشرطة تستخدم تكنولوجيا مختلفة بشكل بسيط وتسمى رادار دوبلر.
تخيل مثلا سيارة الإطفاء، كلما تحركت السيارة نحوك وكانت مسرعة فإنك تسمع الصوت أعلى وذلك لأن سرعة السيارة تجعل الصوت أسرع وعندما تتحرك السيارة بعيداً عنك فإن العكس يحدث وتصبح موجات الصوت أبطأ ، هذا ما يسمى تأثير دوبلر.
وما يحدث لدى الشرطة أنه حينما يطلق الشرطي شعاع الرادار على سيارتك فإن الجسم المعدني للسيارة يعكس هذا الشعاع ولكن ﻷن سيارتك مسرعة فإن تردد موجات الراديو سيختلف للشعاع المرسل عن المنعكس، وهناك أداة الكترونية حساسة في الرادار تستخدم هذه المعلومات لحساب سرعة سيارتك.
4- رادار دوبلر يستخدم أيضا للتنبؤ بحالة الطقس، فيرسم خارطة تشير إلى سرعة العواصف والرياح القادمة ووقت وصولها. ويستخدمه مسؤولو الأرصاد الجوية لقياس سرعة الأمطار ووصولها إلى الأرض ، والعلماء يستخدمون نوع من الرادار المرئي يسمى ليدار (القياس وكشف المدى باستخدام الضوء) لقياس تلوث الهواء باستخدام الليزر.
5- علماء الأرض والجيولوجيون يوجهون أشعة الرادار إلى الأرض لدراسة باطن الأرض.
مكان واحد لا يمكن استخدام الرادار فيه ألا وهو الغواصات، فالأمواج الكهرومغناطيسية لا تستطيع التعمق في الماء الكثيف والانتقال مباشرة من خلاله، وبدلا من ذلك فإن الغواصات تستخدم نظام مشابه جدا للرادار ويسمى السونار (SONAR) وهو القياس والملاحة باستخدام الصوت.
