Радиационная лаборатория , обычно называемая Рад-лабораторией , представляла собой исследовательскую лабораторию микроволнового и радиолокационного излучения , расположенную в Массачусетском технологическом институте (MIT) в Кембридже, штат Массачусетс . Впервые он был создан в октябре 1940 года и действовал до 31 декабря 1945 года, когда его функции были переданы промышленности, другим отделам Массачусетского технологического института, а в 1951 году — вновь созданной Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института .
Использование микроволн для различных радио- и радиолокационных целей было очень желательным до войны, но существующие микроволновые устройства, такие как клистрон, были слишком маломощными, чтобы их можно было использовать. Альфред Ли Лумис , миллионер и физик, возглавлявший собственную частную лабораторию, организовал СВЧ-комитет для рассмотрения этих устройств и поиска улучшений. В начале 1940 года Уинстон Черчилль организовал миссию Тизард , чтобы познакомить американских исследователей с несколькими новыми технологиями, которые разрабатывала Великобритания.
Среди них был резонаторный магнетрон — шаг вперед в создании микроволн, который впервые сделал их практичными для использования в самолетах. GEC изготовила 12 прототипов магнетронов с резонатором на Уэмбли в августе 1940 года, а № 12 был отправлен в Америку вместе с Боуэном через миссию Тизард , где он был показан 19 сентября 1940 года в квартире Альфреда Лумиса. Американский микроволновый комитет NDRC был ошеломлен уровнем производимой мощности. Однако директор Bell Labs Мервин Келли был расстроен, когда после рентгеновского исследования выяснилось, что в нем оказалось восемь отверстий, а не шесть, как показано на планах GEC. Связавшись (по трансатлантическому кабелю) с доктором Эриком Мего, экспертом по электронным лампам GEC, Мего вспомнил, что, когда он попросил 12 прототипов, он сказал, что сделайте 10 с 6 отверстиями, один с 7 и один с 8; а времени вносить поправки в чертежи не было. Для миссии Тизард был выбран № 12 с 8 лунками. Поэтому Bell Labs решила скопировать образец; и хотя ранние британские магнетроны имели шесть полостей, американские имели восемь полостей. [1]
Лумис организовал финансирование Национального комитета оборонных исследований (NDRC) и реорганизовал микроволновый комитет Массачусетского технологического института для изучения магнетронных и радиолокационных технологий в целом. Ли А. Дубридж был директором радиационной лаборатории. Лаборатория быстро расширялась и за несколько месяцев превзошла усилия Великобритании, которые к этому моменту предпринимались уже несколько лет. К 1943 году лаборатория начала поставлять постоянно совершенствующиеся устройства, которые могли производиться в огромных количествах на промышленной базе США. На пике своего развития в Радаборатории работало 4000 человек в Массачусетском технологическом институте и нескольких других лабораториях по всему миру, и она разработала половину всех радиолокационных систем, использовавшихся во время войны.
К концу войны США заняли лидирующие позиции в ряде областей, связанных с микроволновой печью. Среди их примечательных продуктов были SCR-584 , лучший радар наведения артиллерийских орудий войны, и SCR-720 , бортовой радар перехвата , который стал стандартной системой в конце 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 X-диапазоне . Rad Lab также разработала Loran-A , первую в мире радионавигационную систему, которая первоначально была известна как «LRN» от Loomis Radio Navigation. [2]
В середине и конце 1930-х годов радиосистемы для обнаружения и определения местоположения удаленных целей разрабатывались под большой секретностью в США и Великобритании , а также в ряде других стран, особенно в Германии , СССР и Японии . Они обычно работали на длинах волн очень высокой частоты (ОВЧ) в электромагнитном спектре и носили несколько прикрытых названий, например, «Дальномерность и пеленгация» (RDF) в Великобритании. В 1941 году ВМС США придумали для таких систем аббревиатуру «РАДАР» (RAdio Detection And Ranging); вскоре это привело к появлению названия « радар » и распространилось на другие страны.
Потенциальные преимущества работы таких систем в диапазоне сверхвысоких частот (УВЧ или СВЧ ) были хорошо известны и активно развивались. Одним из этих преимуществ были антенны меньшего размера , что крайне необходимо для систем обнаружения на самолетах. Основным техническим барьером для разработки систем УВЧ было отсутствие пригодного для использования источника для генерации мощных микроволн . В феврале 1940 года исследователи Джон Рэндалл и Гарри Бут из Бирмингемского университета в Великобритании построили магнетрон с резонансным резонатором , чтобы удовлетворить эту потребность; его быстро поместили на высший 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 многие остро необходимые военные технологии. В начале этого обмена в конце лета 1940 года миссия Тизард привезла в Америку один из первых новых магнетронов. 6 октября Эдвард Джордж Боуэн , ключевой разработчик RDF в Научно-исследовательском институте телекоммуникаций (TRE) и член миссии, продемонстрировал магнетрон, производящий около 15 000 Вт (15 кВт ) мощности на частоте 3 ГГц, то есть на длине волны 10 см. [3]
Американские исследователи и чиновники были поражены магнетроном, и NDRC немедленно начал планировать производство и внедрение этих устройств. Альфред Ли Лумис , возглавлявший микроволновый комитет NDRC, возглавил создание Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института как совместного англо - американского проекта по микроволновым исследованиям и разработке систем с использованием нового магнетрона.
Название «Радиационная лаборатория», выбранное Лумисом, когда он выбирал для нее здание в кампусе Массачусетского технологического института, было намеренно вводящим в заблуждение, [5] хотя и косвенно правильным, поскольку радар использует излучение в части электромагнитного спектра . Оно было выбрано для того, чтобы подразумевать, что миссия лаборатории аналогична миссии радиационной лаборатории Эрнеста О. Лоуренса в Калифорнийском университете в Беркли ; то есть, что он нанимал ученых для работы над исследованиями в области ядерной физики . В то время ядерная физика считалась относительно теоретической и неприменимой к военной технике, как это было до начала разработки атомной бомбы .
Эрнест Лоуренс был активным участником формирования Рад-лаборатории и лично нанял многих ключевых членов первоначального персонала. Большинство старших сотрудников были докторами наук. физики, пришедшие с университетских должностей. Обычно они имели не более чем академические знания о микроволнах и почти не имели опыта разработки электронного оборудования. Однако их способность решать сложные проблемы практически любого типа была выдающейся. Позже девять сотрудников были лауреатами Нобелевской премии за другие достижения.
В июне 1941 года NDRC стал частью нового Управления научных исследований и разработок (OSRD), которым также руководил Ванневар Буш , который подчинялся непосредственно президенту Рузвельту. OSRD получил практически неограниченный доступ к финансированию и ресурсам, при этом Rad Lab получила большую долю для исследований и разработок радаров.
Начиная с 1942 года, Манхэттенский проект включил ряд физиков Радиационной лаборатории в Лос-Аламос и на объект Лоуренса в Беркли. Это стало проще благодаря участию Лоуренса и Лумиса во всех этих проектах. [6]
Радиационная лаборатория официально открылась в ноябре 1940 года, занимая площадь 4000 квадратных футов (370 м 2 ) в здании 4 Массачусетского технологического института и получив первоначальное финансирование в размере менее 500 000 долларов 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 имеющий отношения к Альфреду Лумису). Э.Г. («Тэффи») Боуэн был назначен представителем Великобритании.
Еще до открытия учредители определили первые три проекта Рад-лаборатории. В порядке приоритета это были (1) 10-см система обнаружения (называемая Airborne Intercept или AI) для истребительной авиации , (2) 10-см система прицеливания орудия (называемая Gun Laying или GL) для зенитных самолетов. батареи и (3) бортовая радионавигационная система дальнего действия .
Для инициирования первых двух из этих проектов магнетрон из Великобритании был использован для создания 10-сантиметрового « макета »; это было успешно испытано с крыши здания 4 в начале января 1941 года. В этом проекте были задействованы все члены первоначального состава.
В рамках Проекта 1, возглавляемого Эдвином М. Макмилланом , последовал «спроектированный» комплект с антенной, использующей 30-дюймовый (76 см) параболический рефлектор . Этот первый микроволновый радар, построенный в Америке, был успешно испытан на самолете 27 марта 1941 года. Затем он был доставлен в Великобританию Тэффи Боуэном и испытан в сравнении с разрабатываемой там 10-сантиметровой установкой.
В окончательной системе сотрудники Rad Lab объединили функции своего и британского набора. В конечном итоге он стал SCR-720, широко используемым как Воздушным корпусом армии США , так и Королевскими ВВС Великобритании .
Для Проекта 2 был выбран параболический рефлектор шириной 4 фута, а затем и 6 футов (1,2, затем 1,8 м) на поворотном креплении. Кроме того, в этом наборе будет использоваться электромеханический компьютер (называемый предсказателем-коррелятором), чтобы направлять антенну на обнаруженную цель. Иван А. Геттинг был руководителем проекта. Будучи намного более сложным, чем самолет-перехватчик с воздуха, и требующим очень высокой прочности для использования в полевых условиях, спроектированный GL был завершен только в декабре 1941 года. В конечном итоге он был представлен на вооружении как вездесущий SCR-584 , сначала привлекший внимание за счет управления зенитным огнем, который сбил около 85 процентов немецких летающих бомб Фау-1 («шумящие бомбы»), атаковавших Лондон. [7]
Проект 3 — система дальней навигации — представлял особый интерес для Великобритании. У них была существующая гиперболическая навигационная система под названием GEE , но она была недостаточна как по дальности, так и по точности для поддержки самолетов во время бомбардировок отдаленных целей в Европе. Когда миссия Тизард проинформировала о GEE, Альфред Лумис лично разработал концепцию нового типа системы, которая позволила бы преодолеть недостатки GEE, и разработка его LORAN (аббревиатура от Long Range Navigation) была принята в качестве первоначального проекта. [8] Для проекта было создано подразделение LORAN, которое возглавил Дональд Г. Финк . Работая в низкочастотной ( НЧ ) части радиоспектра, ЛОРАН был единственным немикроволновым проектом Радиационной лаборатории. Включив в себя основные элементы GEE, ЛОРАН оказался весьма успешным и полезным для военных действий. К концу боевых действий около 30 процентов поверхности Земли было покрыто станциями ЛОРАН и использовалось 75 000 самолетов и надводных кораблей. [9]
После нападения Японии на Перл-Харбор и вступления США во Вторую мировую войну работа Радиационной лаборатории значительно расширилась. На пике своей деятельности в Рад-лаборатории в нескольких странах работало около 4000 человек. Радиационная лаборатория построила знаменитое здание 20 Массачусетского технологического института и была первым его обитателем . Это здание стоимостью чуть более 1 миллиона долларов было одним из старейших временных сооружений времен Второй мировой войны, сохранившихся до наших дней.
В конечном итоге деятельность охватила физическую электронику, электромагнитные свойства материи, физику микроволнового излучения и принципы микроволновой связи, и Радационная лаборатория добилась фундаментальных успехов во всех этих областях. Половина радаров, развернутых военными США во время Второй мировой войны, была разработана в Рад-лаборатории, включая более 100 различных микроволновых систем стоимостью 1,5 миллиарда долларов . [10] Все эти комплекты значительно усовершенствованы по сравнению с домикроволновыми системами УКВ, разработанными Военно-морской исследовательской лабораторией и лабораториями армейского корпуса связи , а также британскими радарами, такими как Chain Home Роберта Уотсона-Ватта и ранние бортовые комплекты RDF Таффи Боуэна. .
Хотя «Радиационная лаборатория» была создана как совместная англо-американская операция и многие из ее продуктов были приняты на вооружение британской армии, исследователи в Великобритании* продолжили разработку микроволновых радаров и, в частности, в сотрудничестве с Канадой, произвели множество типов новых радаров. системы. Для обмена информацией Рад-лаборатория открыла филиал в Англии, и ряд британских ученых и инженеров работали над заданиями в Рад-лаборатории. *В TRE, Исследовательском институте телекоммуникаций.
Магнетрон с резонансным резонатором продолжал развиваться в Рад-лаборатории. Команда под руководством И.И. Раби 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. см (К-диапазон). Чтобы идти в ногу со временем, все остальные подсистемы радара также постоянно развивались. Подразделение передатчиков под руководством Альберта Хилла в конечном итоге привлекло к этим усилиям штат из 800 человек.
Радикально другой тип антенны для систем X-диапазона был изобретен Луисом В. Альваресом и использован в трех новых системах: бортовом картографическом радаре под названием Eagle, системе наземного управления (GCA) с слепой посадкой и наземной микроволновой системе. Система раннего предупреждения (MEW). Последние два оказались весьма успешными и были перенесены в послевоенное применение. В конечном итоге Eagle был преобразован в очень эффективный картографический радар под названием H2X или Mickey и использовался ВВС США и ВМС США, а также британскими Королевскими ВВС. [11]
Самым амбициозным проектом Rad Lab, имеющим долгосрочное значение, был проект «Кадиллак». Проект , возглавляемый Джеромом Б. Визнером , включал в себя мощный радар, установленный в капсуле под самолетом TBM Avenger , и центр боевой информации на борту авианосца. Целью была бортовая система раннего предупреждения и управления , обеспечивающая ВМС США возможность обнаружения низколетящих самолетов противника на расстоянии более 100 миль (161 км). Проект был начат на низком уровне в середине 1942 года, но с последующим появлением угроз японских камикадзе на Тихоокеанском театре военных действий работа значительно ускорилась, и в конечном итоге в нее было вовлечено 20 процентов персонала Рад-лаборатории. Прототип поднялся в воздух в августе 1944 года, а в начале следующего года система вступила в эксплуатацию. Хотя этот проект уже слишком поздно, чтобы повлиять на окончательные военные действия, он заложил основу для значительных событий в последующие годы. [12]
Когда была создана Рад-лаборатория, была создана лаборатория для разработки средств электронного противодействия (ECM), технологий для блокировки радаров и средств связи противника. Под руководством Фредерика Э. Термана в качестве директора она вскоре переехала в кампус Гарвардского университета (всего в миле от Массачусетского технологического института) и стала Лабораторией радиоисследовательских исследований (RRL). Организационно отделенные от Радиационной лаборатории, но также находящиеся в составе OSRD, эти два предприятия имели много общего на протяжении всего своего существования.
Когда Радиационная лаборатория закрылась, OSRD согласилась продолжить финансирование Отдела фундаментальных исследований, который официально стал частью Массачусетского технологического института 1 июля 1946 года как Исследовательская лаборатория электроники Массачусетского технологического института (RLE). Другими исследованиями военного времени занималась Лаборатория ядерной науки Массачусетского технологического института, основанная в то же время. Обе лаборатории до 1957 года в основном занимали здание 20.
Большинство важных результатов исследований Радиационной лаборатории были задокументированы в 28-томном сборнике под названием « Серия радиационной лаборатории MIT» , под редакцией Луи Н. Риденура и опубликованном McGraw-Hill в период с 1947 по 1953 год. Это больше не издается, но серия была переиздана в виде набора из двух компакт-дисков в 1999 году ( ISBN 1-58053-078-8 ) издательством Artech House. Совсем недавно он стал доступен в Интернете. [13]
Послевоенное рассекречивание работ Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института сделало доступным через серию довольно большой объем знаний о современной электронике. В упоминании (идентификация давно забыта) эта серия приписывалась развитию электронной промышленности после Второй мировой войны.
Благодаря усилиям по криптологии и криптографии , сосредоточенным в Блетчли-Парке и Арлингтон-холле , а также Манхэттенскому проекту , разработка микроволнового радара в Радиационной лаборатории представляет собой одно из самых значительных, секретных и исключительно успешных технологических усилий, порожденных англо-американскими отношениями в мире. Вторая война. Радиационная лаборатория была названа вехой IEEE в 1990 году. [14]