第二次世界大战如何让雷达技术快速进步的？

今天让全世界受益的很多技术，都得益于二战和随后的冷战。没有它们，很多技术会被拖延很长时间才被发明，因此战争是重大科技成就的助产士。

讲到二战最大的科研成果，大家会想到原子弹、电子计算机和青霉素，今天我们介绍一个二战期间对战局有重大影响的发明——雷达。

人类从古代开始，就幻想着有千里眼能够“看到”交战对方的军事部署和调动情况，这从本质上来讲就是为了获取信息。

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当然，千里眼是没有的，因此双方只能靠哨所、侦察兵和间谍获取情报，这个效率非常低，而且因为信息传送需要较长的时间，很难获取实时的信息，更何况人眼能够看到的范围有限。后来随着望远镜的出现，人的视力得到了延伸，但是并没有根本解决上述问题，因为用望远镜所能看到的地方也是有限的。

再后来侦察机的出现让人的目光可以看得更远了，但是依然是靠人眼的视力获取信息，很多重要的信息会漏掉。更何况7天24小时不间断的侦察机巡逻的成本也是很高的。因此，人们一直在考虑能有一种装置，自动扫描和发现天上地下的敌情，到了20世纪初，一项技术让这件事变得有可能，那项技术就是无线电。

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早在1917年，尼古拉·特斯拉就提出了使用无线电波侦测远处目标的概念，并且后来被马可尼进一步完善为发射无线电波，并凭借“回声”（即反射波）探测船只。在随后的十多年左右的时间里，英国、美国、德国和法国的科学家逐渐开始掌握了这项技术，并且建立起实用的无线电探测站，也就是今天所说的雷达站的前身。

雷达技术在一开始发展很缓慢，因为没有太大的商业价值。直到1936年，英国感到了来自德国的战争威胁，才在大不列颠岛的海岸建立了第一个雷达站，而美国军方直到1940年才使用，而英语“radar”一词源自这一年美国海军根据Radio Detection And Ranging（无线电监测和范围测定）几个词的首字母缩写创造的RADAR ， “雷达”这个词出现的时间显然比实际装置要晚。

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早期雷达发展缓慢的另一个原因是它能侦察的范围很有限，远不如派侦察机飞一趟看一看。而限制侦察范围的原因是无线电发射功率有限，无线电波的频率也不够高。但是大战临近，从政府到科学家对解决这个问题的态度就不同了。

1939年，英国著名的物理学家布特和蓝道尔发明了多腔磁控管。这是一种大功率的真空管，能产生超高频率的电磁波，它后来成为了实用的雷达中最重要的部件，让雷达能够探测的距离一下子增加了很多。这项发明使得英国的雷达技术在二战中领先于世界。当然，雷达的迅速发展和普及在很大程度上是由于二战期间当时英国和德国之间空战的需求。

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英国早期雷达阵地

1940年，纳粹德国对英国发动了代号为“海狮行动”的入侵英国本土的计划，但是由于雷达所发挥的预警作用，使得飞机数量远不如德国多的英国得以在空战中占了上风，并且最终让“海狮行动”破产。

早期的雷达体积很大，非常笨重，只能安装在基地上，起到被动侦察的作用。如果想让它能够主动侦察敌情，最好能把它送到天上，因此在二战期间，美国和英国花了很大的力气，终于实现了小型化，把雷达装在了飞机上。这件事情的意义非常大，它使得英美空军和德国空军在获取信息上完全不对等了，前者在二战后期占尽了便宜。

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不仅在雷达方面，在所有和信息有关的领域，美国都比德国和日本重视得多，美国大量的科学家都在从事信息的收集、破译和处理工作，以至于在很多战役中美国和盟国都如同明眼人打瞎子。

不过具体到雷达技术，德国在这方面还是可圈可点的，他们发明了控制火炮的火控雷达，这就让火炮的瞄准控制从依赖于人的经验，到了自动化的水平。从能量使用的效率来讲，这种火炮无疑可以更有效地将摧毁对方目标的能量投放到远方。

世界上很多重要的科技成就，都经历了从非常受限制的军用到民间的过程，雷达也是如此。在二战中，雷达技术是各国最高的机密，而在战后，它很快普及并得到了广泛的应用。到了20世纪60年代，雷达广泛用于了气象探测、遥感、测速、测距、登月及外太空探索等多方面。

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科学家们还利用雷达接收无线电波的特性，发明了只接收信号不发射信号的射电望远镜，它也可以被看成是雷达技术的一个应用。 2016年9月在贵州落成的、被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜FAST ，利用的就是雷达的原理。从上个世纪50年代开始，雷达就成为电子工程的一个重要学科。

早期的雷达使用的都是固定频率或者有规律变化的频率，这样的雷达一旦开启，很容易被对方发现并成为对方攻击的目标，因此在二战期间，具有良好音乐基础的演员拉玛（Hedy Lamarr）与作曲家安太尔（George Antheil）合作，发明了一种不断变化频率的通信技术，这项技术很快被用于改进雷达上，使得对方无法侦察到雷达的频率。这项技术就是今天移动通信CDMA的前身，并且成为了今天通信中调频编码的基础。

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二战中和雷达有关的重要发明还不止这些。对军事感兴趣的朋友不知道是否产生过这样一个疑问，二战时美军在和德日军队作战时，双方地面防空的成效是不对称的。日本或者德国在地面和舰船上用高射炮打美国的飞机没打下很多架，以至于无论是地面的军事设施，还是舰船都被美军的轰炸机摧毁了。

反过来，日本在二战后期轰炸美国的军舰时，甚至派了飞行员直接往目标体积不小的美国军舰上撞，却接近不了美国的军舰，老远就给打下来了。如果说用只有筷子长的高射炮弹打天空几千米高度正在高速飞行的飞机有难度的话，应该双方都有难度，凭什么美国人运气那么好？

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这秘密就在于美军的一项秘密武器，高射炮弹头上的近炸引信（proximity fuze），它能够侦测出炮弹是否接近飞机了。如果接近了，就直接引爆炸弹，而不需要炮弹真的命中飞机，这样一来，炮弹的命中率就提高了一个数量级。

近炸引信的核心技术是一个非常小型化的特殊雷达——多普勒雷达，它可以测定运动物体的距离和速度，在二战的中期由约翰?霍普金斯的应用物理实验室（APL）发明出来，并很快装备了美军。此后，美军和德、日军队看上去都有高射炮，但是一方打出去的相当于是几百年前的实心铁球炮弹，另一方打出去的是能大面积爆炸的开花弹，威力就差远了。

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如果说在几百年前人类在发明开花炮弹时是能量利用的进步，那么发明装有近炸引信的炮弹则是信息利用的进步。早在1842年多普勒效应已经被发现了，但一直没有太重要的应用，是二战发现了这个理论的价值。

到了和平年代，雷达技术被用于民用产品，种类非常多。比如从倒车雷达，手持测速仪器，到无人驾驶汽车上的激光雷达，监测气象和大气污染的气象雷达，甚至有测绘海岸线和农田植物生长情况的测绘雷达。此外，雷达中最关键的部件多腔磁控管，经过改进，就变成了我们今天几乎每个家庭都有的家电设备微波炉。而发明多腔磁控管的蓝道尔，后来在发现DNA双螺旋结构的工作中起到了很大的作用。

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雷达的本质是什么？有人说是“千里眼” ，它能够“看到”远处的目标，甚至能穿透云层。不过“千里眼”的说法局限了人们对雷达的认识。从更广泛的意义上讲，雷达的本质是信息的检测，而不只是千里眼。比如自动驾驶汽车上的激光雷达就不需要看得远，而要能够迅速做到“眼观六路” ，了解到周围全方位的信息；至于多普勒雷达，它更关注的是运动物体的速度，而非目标是什么。