Radar: história e evolução desta tecnologia difundida em todas as áreas

O termo Radar deriva de uma redução das palavras americanas " Radio Detection And Ranking ", ou seja, detecção e posicionamento de rádio. O conceito básico de radar foi demonstrado pela primeira vez em experimentos clássicos conduzidos por um físico alemão, Heinrich Hertz, de 1885 a 1888. Herz verificou experimentalmente a teoria do eletromagnetismo de Maxwell, publicada em 1864. .

A pesquisa sobre a detecção e localização de objetos refletidos foi então desenvolvida no início de 1900 por um engenheiro alemão, Christian Hulsmeyer que montou um instrumento agora conhecido como radar monostático (" single site ") e em 1904 foi emitida uma patente para um detector de obstáculos e um aparelho para navegação marítima em vários países. No entanto, a ideia de Hulsmeyer não teve seguimento, principalmente devido à pobreza tecnológica da época.

Guglelmo Marconi: precursor do sistema de radar

O primeiro que viu claramente as possibilidades oferecidas pelas ondas curtas como meio de detecção de alvos foi Guglielmo Marconi , observando durante seus experimentos que é possível detectar alvos por meio de ondas de rádio. Em um discurso proferido no Institute of Radio Engineers (agora IEEE), em 1922 ele disse:

Acredito que deve ser possível projetar aparelhos pelos quais um navio possa espalhar ondas em uma direção desejada e encontrar um conjunto de metal como um navio oposto, recebendo em um receptor blindado do transmissor do navio transmissor, indicando prontamente se um outro navio está presente, através da sua detecção em nevoeiro e mau tempo.

No entanto, foi necessário esperar pelo menos uma década para que os estudos fossem realizados de forma sistemática para realizar o aparelho que ele descreveu e pelo menos 15 anos para que esses aparelhos funcionassem satisfatoriamente.

Radar de pulso: primeira aplicação e pesquisa desde o início de 1900

A primeira aplicação da técnica de impulso na medição de distância ocorreu nos experimentos de Breit e Tuve em 1925, para determinar a altura da ionosfera , enquanto as primeiras revelações de objetos (muitas vezes apenas aleatórias). O órgão que assumiu o encargo financeiro desta primeira fase foi o Laboratório de Pesquisa Naval: como não havia interesse imediato, os estudos avançaram lentamente e o primeiro aparelho patenteado data de 1934, do tipo onda contínua, dadas as dificuldades práticas encontradas na implementação de radares de pulso.

Os primeiros dispositivos pulsados ​​datam de 1936, com frequência de operação de 28,3 MHz e duração de pulso de 5 segundos. O alcance, que inicialmente era de apenas 2,5 milhas, foi aumentado para 25 milhas em poucos meses. Um novo impulso à evolução da tecnologia destes radares foi obtido com o desenvolvimento de tubos de alta potência ; no entanto, a instalação de uma série de radares de pulso nas principais unidades da Marinha dos EUA remonta a 1941. Os outros países em que foram desenvolvidos estudos e pesquisas sobre a construção de equipamentos de radar são Itália, Inglaterra, Alemanha. Os estudos independentes também começaram na França, mas foram interrompidos devido aos contratempos sofridos no início da Segunda Guerra Mundial.

Aplicação de sistemas de radar durante a Segunda Guerra Mundial

Os alemães chegaram à construção de excelentes sistemas de radar durante a guerra, que no entanto não desempenharam a função decisiva dos radares americanos e britânicos , provavelmente devido a diferentes (e errôneas) avaliações do Estado-Maior alemão sobre o desenvolvimento da guerra. A história do radar britânico merece menção à parte, pois este país investiu recursos consideráveis ​​no desenvolvimento desse equipamento, elevando-o em poucos anos a um patamar semelhante ao alcançado pelos Estados Unidos.

Esse esforço se deveu, além da clarividência de seus governantes, à posição geográfica particular em que se encontra a Inglaterra , vulnerável aos ataques alemães, por isso em 1935 o governo concordou em investir pela primeira vez em pesquisas no setor de radares. O primeiro protótipo de onda contínua foi construído no final de 1935 enquanto os primeiros protótipos de radares de pulso com frequência de 25 MHz datam de 1936 e em 1939 na de 200 MHz. Em meados da década de 1940, seguindo as alianças com os americanos , houve uma transferência de conhecimento técnico que acelerou a realização da tecnologia. No entanto, uma contribuição fundamental foi dada pela construção do magnetron de múltiplas cavidades, construído pelos britânicos Randall e Boote.

O panorama italiano

Quanto à Rússia e ao Japão, esses estados provavelmente não se engajaram de forma concreta no estudo e implementação prática de equipamentos de radar. Assim como para esses dois estados , a Itália também não teve o mesmo sucesso que os EUA e a Inglaterra, sobretudo por causa da miopia dos governantes da época e nem tanto porque na Itália nenhuma pesquisa de radar havia começado . Em 1933, Marconi, em experiência realizada na presença das autoridades militares italianas, demonstrou a possibilidade de revelar obstáculos através da reflexão de ondas eletromagnéticas.

Após os experimentos de Marconi, em 1935 foi emitido um relatório ao Comitê Interministerial de Serviços Elétricos Militares que relatava uma pesquisa de U. Tiberio destinada a esclarecer "se e de que maneira os aparelhos de sondagem ionosférica poderiam se adaptar à detecção de aviões e de longa distância navios à distância". Este relatório descreveu tanto a equação teórica do radar em espaço livre quanto a caracterização e dados básicos para sistemas de onda contínua e pulso. Infelizmente, os dirigentes militares preferiram a construção de um cruzador de 10.000 toneladas a financiar o projeto com meios e homens adequados: na prática, até 1940 a única pessoa que tratou do problema foi U. Tibério.

Posteriormente, em 1935, o Royal Electrotechnical and Communications Institute, hoje Mariteleradar, realizou os testes e os primeiros protótipos em Livorno . Somente em 1941, após o desastre sofrido na batalha naval de Capo Matapan, foi confiada à empresa SAFAR de Milão o contrato para aperfeiçoar e construir uma primeira série de dispositivos de impulso. Infelizmente, na ausência de uma indústria eletrónica nacional e de pessoal técnico devidamente formado, não permitiu obter os resultados que potencialmente poderiam ter sido alcançados. O radar de ondas centimétricas dos anos 70 veio de um enorme esforço financeiro feito pelos EUA durante o último período de guerra.

O tratado de 28 volumes sobre tecnologia de radar publicado pelo Laboratório de Radiação do Instituto de Tecnologia de Massachusetts após a guerra atesta o progresso feito naqueles poucos anos. Refira-se que a atividade de investigação no setor dos radares, sendo de elevado interesse militar, sempre foi objeto de forte financiamento por parte dos diversos órgãos militares mesmo após o fim da Segunda Guerra Mundial.

Interesse em pesquisa espacial e evolução no campo das telecomunicações

Outra fonte notável de financiamento neste campo veio depois de 1950 da pesquisa espacial. Tudo isso explica o progresso contínuo e rápido alcançado até nossos dias, tanto em equipamentos de radar quanto em tecnologias relacionadas. Após o período da guerra em que era imperativo construir e de imediato, foram também abordados os muitos aspectos teóricos ligados ao desenvolvimento deste novo aparelho, cujas soluções trouxeram benefícios consideráveis ​​às disciplinas afins, em primeiro lugar às telecomunicações . Alguns dos aspectos teóricos mais significativos enfrentados pelos radaristas foram:

• redução do efeito do ruído térmico no processamento do eco de retorno (filtro adaptado);
• desenvolvimento sistemático e aplicação da teoria de decisão e estimativa;
• uso sistemático da teoria da probabilidade, que entre outras coisas levou ao desenvolvimento da moderna teoria da comunicação estatística, aplicação da teoria da informação ao radar;
• desenvolvimento de técnicas de processamento digital de sinais, que levaram ao moderno DSP (Digital Signal Processing);
• desenvolvimento de técnicas e arquiteturas de computação cada vez mais rápidas para processamento em tempo real.

Do ponto de vista tecnológico, os notáveis ​​avanços obtidos no campo das antenas (até as modernas antenas de varredura eletrônica ou phased-arrays ), na geração de energia em frequência cada vez maior, no desenvolvimento da tecnologia de micro-ondas, chegaram agora a 100 GHz , deve ser lembrado (exemplos de radar de rastreamento e radar de descoberta).

Talvez a maior revolução em relação à década de 1950 esteja na concepção diferente de radar, que de um simples instrumento que tinha que detectar a presença ou ausência de um possível alvo é cada vez mais considerado como um sensor real do espaço circundante , portanto capaz de fornecer uma multiplicidade de informações, antes impensáveis. Essa nova filosofia obrigou os pesquisadores a desenvolver todas as técnicas que permitiriam ao radar cumprir essa nova função. Deste ponto de vista, talvez os resultados mais relevantes tenham sido o uso massivo de processamento numérico e computadores (o radar torna-se um sensor automático que estima as características do ambiente circundante em tempo real, adaptando-se a elas).

Curadoria de Rossella Miele

O artigo Radar: história e evolução desta tecnologia difundida foi escrito em: Tech CuE | Engenharia de close-up .