Radiation Laboratory , обычно называемая Rad Lab , была микроволновой и радиолокационной исследовательской лабораторией, расположенной в Массачусетском технологическом институте (MIT) в Кембридже, штат Массачусетс . Она была впервые создана в октябре 1940 года и действовала до 31 декабря 1945 года, когда ее функции были распределены между промышленностью, другими отделами MIT, а в 1951 году — недавно сформированной MIT Lincoln Laboratory .
Использование микроволн для различных радио- и радиолокационных целей было крайне востребовано до войны, но существующие микроволновые устройства, такие как клистрон, были слишком маломощными, чтобы быть полезными. Альфред Ли Лумис , миллионер и физик, возглавлявший собственную частную лабораторию, организовал Микроволновый комитет для рассмотрения этих устройств и поиска улучшений. В начале 1940 года Уинстон Черчилль организовал то, что стало миссией Тизарда , чтобы познакомить американских исследователей с несколькими новыми технологиями, которые разрабатывала Великобритания.
Среди них был резонаторный магнетрон , скачок вперед в создании микроволн, который впервые сделал их практичными для использования в самолетах. GEC изготовила 12 прототипов резонаторных магнетронов на Уэмбли в августе 1940 года, и № 12 был отправлен в Америку с Боуэном через миссию Тизарда , где он был показан 19 сентября 1940 года в квартире Альфреда Лумиса. Американский комитет по микроволнам NDRC был ошеломлен уровнем производимой мощности. Однако директор Bell Labs Мервин Келли был расстроен, когда его просвечивали рентгеном и обнаружили восемь отверстий вместо шести, показанных на планах GEC. После связи (по трансатлантическому кабелю) с доктором Эриком Мегау, экспертом GEC по электронным лампам, Мегау вспомнил, что когда он запросил 12 прототипов, он сказал сделать 10 с 6 отверстиями, один с 7 и один с 8; и не было времени на внесение изменений в чертежи. № 12 с 8 отверстиями был выбран для миссии Тизарда. Поэтому Bell Labs решила скопировать образец; и в то время как ранние британские магнетроны имели шесть полостей, американские имели восемь полостей. [1]
Лумис организовал финансирование в рамках Национального комитета по оборонным исследованиям (NDRC) и реорганизовал Микроволновый комитет в Массачусетском технологическом институте для изучения магнетронной и радарной технологий в целом. Ли А. Дюбридж был директором Rad Lab. Лаборатория быстро расширялась и в течение нескольких месяцев стала больше, чем усилия Великобритании, которые к тому моменту велись уже несколько лет. К 1943 году лаборатория начала поставлять поток постоянно совершенствуемых устройств, которые могли производиться в огромных количествах промышленной базой США. На пике своего развития Rad Lab работала с 4000 человек в MIT и нескольких других лабораториях по всему миру и разработала половину всех радарных систем, использовавшихся во время войны.
К концу войны США заняли лидирующие позиции в ряде областей, связанных с микроволнами. Среди их примечательных продуктов были SCR -584 , лучший радар наведения артиллерии войны, и SCR-720 , радар перехвата самолетов , который стал стандартной системой конца войны для ночных истребителей как США, так и Великобритании . Они также разработали H2X , версию британского бомбардировочного радара H2S , который работал на более коротких волнах в диапазоне X. Rad Lab также разработала Loran-A , первую всемирную радионавигационную систему, которая изначально была известна как «LRN» (Loomis Radio Navigation). [2]
В середине и конце 1930-х годов радиосистемы для обнаружения и определения местоположения удаленных целей разрабатывались в условиях большой секретности в Соединенных Штатах и Великобритании , а также в ряде других стран, в частности в Германии , СССР и Японии . Они обычно работали на очень высоких частотах (VHF) в электромагнитном спектре и имели несколько названий-прикрытий, таких как Ranging and Direction Finding (RDF) в Великобритании. В 1941 году ВМС США придумали аббревиатуру «RADAR» (RAdio Detection And Ranging) для таких систем; это вскоре привело к названию « radar » и распространилось на другие страны.
Потенциальные преимущества работы таких систем в диапазоне сверхвысоких частот ( СВЧ или UHF ) были хорошо известны и активно разрабатывались. Одним из таких преимуществ были меньшие антенны , что было критически необходимо для систем обнаружения на самолетах. Основным техническим препятствием для разработки систем UHF было отсутствие пригодного источника для генерации мощных микроволн . В феврале 1940 года исследователи Джон Рэндалл и Гарри Бут из Бирмингемского университета в Великобритании построили магнетрон с резонансной полостью , чтобы удовлетворить эту потребность; его быстро поместили под самый высокий уровень секретности.
Вскоре после этого прорыва премьер-министр Великобритании Уинстон Черчилль и президент Рузвельт договорились, что две страны объединят свои технические секреты и совместно разработают множество крайне необходимых военных технологий. В начале этого обмена в конце лета 1940 года миссия Тизарда привезла в Америку один из первых новых магнетронов. 6 октября Эдвард Джордж Боуэн , ключевой разработчик RDF в Исследовательском центре телекоммуникаций (TRE) и член миссии, продемонстрировал магнетрон, производящий около 15 000 Вт (15 кВт ) мощности на частоте 3 ГГц, т. е. на длине волны 10 см. [3]
Американские исследователи и чиновники были поражены магнетроном, и NDRC немедленно начал планировать производство и внедрение устройств. Альфред Ли Лумис , возглавлявший Микроволновый комитет NDRC, руководил созданием Радиационной лаборатории в MIT как совместного англо - американского усилия по микроволновым исследованиям и разработке систем с использованием нового магнетрона.
Название «Лаборатория радиации», выбранное Лумисом, когда он выбирал для нее здание в кампусе MIT, было намеренно обманчивым, [5] хотя и косвенно верным в том, что радар использует излучение в части электромагнитного спектра . Оно было выбрано, чтобы подразумевать, что миссия лаборатории была аналогична миссии Лаборатории радиации Эрнеста О. Лоуренса в Калифорнийском университете в Беркли ; то есть, что она нанимала ученых для работы над исследованиями в области ядерной физики . В то время ядерная физика считалась относительно теоретической и неприменимой к военной технике, поскольку это было до начала разработки атомной бомбы .
Эрнест Лоуренс был активным участником формирования Rad Lab и лично нанял многих ключевых членов первоначального состава. Большинство старших сотрудников были докторами физики, которые пришли с университетских должностей. Обычно у них были не более чем академические знания о микроволнах и почти не было опыта в разработке электронного оборудования. Однако их способность решать сложные проблемы практически любого типа была выдающейся. Позже девять членов персонала стали лауреатами Нобелевской премии за другие достижения.
В июне 1941 года NDRC стал частью нового Управления научных исследований и разработок (OSRD), также управляемого Ванневаром Бушем , который подчинялся непосредственно президенту Рузвельту. OSRD получил практически неограниченный доступ к финансированию и ресурсам, а Rad Lab получил большую долю на исследования и разработки радаров.
Начиная с 1942 года Манхэттенский проект вобрал в себя ряд физиков Рад Лаборатории в Лос-Аламосе и в учреждении Лоуренса в Беркли. Это было упрощено тем, что Лоуренс и Лумис были вовлечены во все эти проекты. [6]
Радиационная лаборатория официально открылась в ноябре 1940 года, занимая 4000 квадратных футов (370 м 2 ) пространства в здании 4 Массачусетского технологического института и первоначальное финансирование в размере 500 000 долларов США от NDRC. Помимо директора Ли Дюбриджа, заместителем директора по научным вопросам был И.И. Раби , а заместителем директора по административным вопросам был Ф. Уилер Лумис (не родственник Альфреда Лумиса). Э.Г. («Тэффи») Боуэн был назначен представителем Великобритании.
Еще до открытия основатели определили первые три проекта для Rad Lab. В порядке приоритета это были (1) 10-см система обнаружения (называемая радаром перехвата самолетов , или AI) для истребителей , (2) 10-см система наведения пушки (называемая пушкой-наведением или GL) для зенитных батарей и (3) дальняя бортовая радионавигационная система .
Для начала первых двух проектов магнетрон из Великобритании был использован для создания 10-сантиметровой « макетной » установки; она была успешно испытана на крыше здания 4 в начале января 1941 года. Все члены первоначального состава были вовлечены в это начинание.
В рамках проекта 1 под руководством Эдвина М. Макмиллана был разработан «спроектированный» комплект с антенной, использующей 30-дюймовый (76 см) параболический рефлектор . Это был первый микроволновый радар, построенный в Америке, который был успешно испытан на самолете 27 марта 1941 года. Затем его доставил в Великобританию Тэффи Боуэн и испытал в сравнении с 10-см комплектом, который там разрабатывался.
Для окончательной версии системы сотрудники Rad Lab объединили особенности своего и британского комплекта. В конечном итоге она стала SCR-720, широко используемой как в армейском воздушном корпусе США , так и в британских Королевских военно-воздушных силах .
Для проекта 2 был выбран параболический отражатель шириной 4 фута, а позднее 6 футов (1,2, затем 1,8 м) на поворотном креплении. Кроме того, этот набор должен был использовать электромеханический компьютер (называемый предиктором-коррелятором), чтобы удерживать антенну, направленную на обнаруженную цель. Иван А. Геттинг был руководителем проекта. Будучи намного сложнее, чем перехват самолета, и требуя большой прочности для полевого использования, спроектированный GL не был завершен до декабря 1941 года. В конечном итоге он был представлен как вездесущий SCR-584 , впервые привлекая внимание тем, что направлял зенитный огонь, который сбил около 85 процентов немецких летающих бомб V-1 («жужжащих бомб»), атаковавших Лондон. [7]
Проект 3, система навигации дальнего действия, представлял особый интерес для Великобритании. У них уже была гиперболическая навигационная система, называемая GEE , но она была неадекватной, как по дальности, так и по точности, для поддержки самолетов во время бомбардировок удаленных целей в Европе. Когда Миссия Тизарда проинформировала Альфреда Лумиса о GEE, он лично разработал концепцию нового типа системы, которая преодолела бы недостатки GEE, и разработка его LORAN (аббревиатура от Long Range Navigation) была принята в качестве первоначального проекта. [8] Для проекта было создано Отделение LORAN, которое возглавил Дональд Г. Финк . Работая в низкочастотной ( НЧ ) части радиоспектра, LORAN был единственным немикроволновым проектом Rad Lab. Включая основные элементы GEE, LORAN был весьма успешным и полезным для военных усилий. К концу военных действий около 30 процентов поверхности Земли было покрыто станциями LORAN и использовалось 75 000 самолетов и надводных кораблей. [9]
После нападения Японии на Перл-Харбор и вступления США во Вторую мировую войну работа в Rad Lab значительно расширилась. На пике своей деятельности Rad Lab наняла около 4000 человек, работающих в нескольких странах. Rad Lab построила и стала первым арендатором знаменитого здания 20 Массачусетского технологического института . Стоимостью чуть более 1 миллиона долларов, это было одно из самых долгоживущих временных сооружений Второй мировой войны.
В конечном итоге деятельность охватила физическую электронику, электромагнитные свойства материи, физику микроволн и принципы микроволновой связи, и Rad Lab добилась фундаментальных успехов во всех этих областях. Половина радаров, развернутых американскими военными во время Второй мировой войны, были разработаны в Rad Lab, включая более 100 различных микроволновых систем стоимостью 1,5 миллиарда долларов . [10] Все эти наборы значительно улучшились по сравнению с домикроволновыми, VHF-системами из Военно-морской исследовательской лаборатории и армейских лабораторий корпуса связи , а также британскими радарами, такими как Chain Home Роберта Уотсона-Уотта и ранние бортовые RDF-наборы Таффи Боуэна.
Хотя Rad Lab была создана как совместная англо-американская операция, и многие из ее продуктов были приняты британскими военными, исследователи в Великобритании* продолжили разработку микроволновых радаров и, в частности, при сотрудничестве с Канадой, создали много типов новых систем. Для обмена информацией Rad Lab открыла филиал в Англии, и ряд британских ученых и инженеров работали над заданиями в Rad Lab. *В TRE, Telecommunications Research Establishment
Резонансный магнетрон продолжал развиваться в Rad Lab. Группа под руководством II Rabi сначала расширила работу магнетрона с 10 см (так называемый S-диапазон) до 6 см (C-диапазон), затем до 3 см (X-диапазон) и, в конечном итоге, до 1 см (K-диапазон). Чтобы идти в ногу со временем, все остальные подсистемы радаров также непрерывно развивались. Отдел передатчиков под руководством Альберта Г. Хилла в конечном итоге привлек к этим работам штат из 800 человек.
Радикально другой тип антенны для систем X-диапазона был изобретен Луисом В. Альваресом и использовался в трех новых системах: бортовой картографический радар под названием Eagle, система слепой посадки Ground Control Approach (GCA) и наземная микроволновая система раннего оповещения (MEW). Последние две были весьма успешными и перенесены в послевоенные приложения. Eagle в конечном итоге был преобразован в очень эффективный картографический радар под названием H2X или Mickey и использовался ВВС США и ВМС США, а также Королевскими ВВС Великобритании. [11]
Самым амбициозным проектом Rad Lab с долгосрочным значением был проект Cadillac. Проект, возглавляемый Джеромом Б. Визнером , включал в себя высокомощный радар, установленный в контейнере под самолетом TBM Avenger , и боевой информационный центр на борту авианосца. Целью была воздушная система раннего предупреждения и управления , предоставляющая ВМС США возможность наблюдения для обнаружения низколетящих вражеских самолетов на расстоянии более 100 миль (161 км). Проект был инициирован на низком уровне в середине 1942 года, но с более поздним появлением японских угроз камикадзе на Тихоокеанском театре военных действий работа была значительно ускорена, в конечном итоге вовлекая 20 процентов сотрудников Rad Lab. Прототип был запущен в августе 1944 года, и система вступила в строй в начале следующего года. Хотя было слишком поздно, чтобы повлиять на последние военные усилия, проект заложил основу для значительных разработок в последующие годы. [12]
Когда Rad Lab начала свою работу, была создана лаборатория по разработке средств электронного противодействия (ECM), технологий для блокировки вражеских радаров и коммуникаций. С Фредериком Э. Терманом в качестве директора она вскоре переехала в кампус Гарвардского университета (всего в миле от MIT) и стала Лабораторией радиоисследований (RRL). Организационно отделенные от Rad Lab, но также под управлением OSRD, эти две операции имели много общего на протяжении всего своего существования.
Когда Радиационная лаборатория закрылась, OSRD согласилось продолжить финансирование Отдела фундаментальных исследований, который официально стал частью MIT 1 июля 1946 года как Исследовательская лаборатория электроники MIT (RLE). Другие исследования военного времени были продолжены Лабораторией ядерной науки MIT, которая была основана в то же время. Обе лаборатории в основном занимали здание 20 до 1957 года.
Большинство важных результатов исследований Радиационной лаборатории были задокументированы в 28-томном сборнике под названием « MIT Radiation Laboratory Series» , отредактированном Луисом Н. Райденуром и опубликованном McGraw-Hill между 1947 и 1953 годами. Он больше не издается, но серия была переиздана в виде набора из двух CD-ROM в 1999 году ( ISBN 1-58053-078-8 ) издательством Artech House. Совсем недавно он стал доступен онлайн. [13]
Послевоенное рассекречивание работы в MIT Rad Lab сделало доступным, посредством Серии, довольно большой объем знаний о передовой электронике. Ссылка (идентификация давно забыта) приписала Серии развитие электронной промышленности после Второй мировой войны.
С криптологическими и криптографическими усилиями, сосредоточенными в Блетчли-парке и Арлингтон-холле и Манхэттенском проекте , разработка микроволнового радара в Радиационной лаборатории представляет собой одно из самых значительных, секретных и исключительно успешных технологических усилий, порожденных англо-американскими отношениями во Второй мировой войне. Радиационная лаборатория была названа вехой IEEE в 1990 году. [14]