Fizikai Szemle honlap

Tartalomjegyzék

Fizikai Szemle 2001/3. 94.o.

A FÖLD-HOLD-TÁVOLSÁG MEGMÉRÉSE

Bay Zoltán születésének 100. és a HTI megalakulásának 80. évfordulójára
- Az 1946-os Holdradar-kísérlet megismétlése mai eszközökkel

Prokob Tibor, Buza Tibor
HM Haditechnikai Intézet

Bay Zoltán születésének századik és a HTI megalakulásának nyolcvanadik évfordulója alkalmából elhatároztuk, hogy a Magyar Honvédség és a HM Haditechnikai Intézet (HM HTI) ma rendelkezésre álló eszközeivel megismételjük Bay Zoltán Holdradar-kísérletét.

A kísérlet megismétlésének ötlete Balajti István mk. alezredestől származott, de a konkrét megvalósítás kidolgozását és a mérést a HM HTI Automatizálási és Lokátor osztálya végezte. A feladat elvégzéséhez szükségünk volt a Magyar Honvédség medinai radarszázadának P-18 típusú kereső radarjára és az ottani kiszolgáló állomány aktív közreműködésére is. A dokumentált mérést 2000. október 12-én este végeztük el.

Elevenítsük föl az 1946. február 6-i kísérletet. Az 1. ábrán látható, hogy egy speciális - a Bay-csoport által tervezett és kivitelezett forgókapcsoló biztosította az adó vezérlését, majd a visszavert jelek erősítés utáni tíz különböző coulométerre történő kapcsolását.

1. ábra
1. ábra. A Bay-csoport mérésének elvi kapcsolása.

Bay Zoltán érdeme a jelösszegzés alkalmazása volt, mivel a rendelkezésre álló radar (a Standard Rt.-nél megmaradt SAS katonai felderítő radar elektronikája szolgált kiinduló eszközül) jel/zaj viszonya nem tette lehetővé a megfigyelést (nem emelkedett ki a Holdról visszaverődő detektált jel a zajból). A tíz kapilláris csövet tartalmazó coulométerben a kivált hidrogéngáz mennyisége a Holdról visszaverődött, egymást követő jeleknek megfelelően mutatta, hogy milyen távolságról érkezik több jel vissza. Így detektálhatóvá vált a Hold.1

A Tungsram Kutató laboratóriuma tetején állítottak fel egy 8 x 5 m nagyságú 36 dipólust tartalmazó sík antennát, amit vízszintes és függőleges síkban is el tudtak fordítani. Az antenna alatti szinten helyezték el a radar többi részét (adó, vevő, kimeneti fokozat, áramforrás, coulométer, forgó kapcsoló). A méréseket a nagy nappali elektromos zaj miatt éjszaka végezték. A csillagvizsgáló adatai alapján és egy antennára szerelt távcsővel követték a Holdat, minden kísérlet körülbelül 50 perc ideig tartott. Az integrálással (körülbelül 1000 impulzust összegeztek) elérték. hogy a jel/zaj viszony -szeres, azaz körülbelül 30-szorosa lett az eredeti 0,1-es értéknek, ami a jel mérhetővé válását eredményezte. Az 1. táblázatban összefoglalóan láthatók az 1946-os magyar Holdradar fontosabb paraméterei.

1. táblázat

Az 1946-os magyar “Holdradar" fontosabb paraméterei

Adófrekvencia

Impulzus csúcsteljesítmény

Impulzus ismétlődési idő

Impulzus szélesség

Vevő bemenő sávszélessége

Detektálás

Kijelzés (megfigyelés)

120 MHz

10 kW

3 s

60 ms

1 MHz

1000-szeres jelismétlés és integrálás

hidrogén coulométeren

Tekintsük át, hogy milyen eszközök álltak a mi rendelkezésünkre?

A Bay-csoport kísérleténél alkalmazott méteres hullámhossz-tartományban működő radarral (P-18-as típus) mi is rendelkezünk radar-századainknál. A megjelenítésre; kiértékelésre, vezérlésre pedig felhasználhatunk egy viszonylag új eszközt, a virtuális műszerezést (LabVIEW), amely képes adatgyűjtésre, jelfeldolgozásra, különböző számítások elvégzésére és nem utolsó sorban a kiértékelhető, eltárolható megjelenítésre.

Melyek voltak a P-18 típusú radar alkalmazásának indokai?

A radar adójának működési frekvenciasávja megegyezik az 1946. évi kísérletnél alkalmazott Holdradaréval. A P-18 típusú radaradó impulzus-teljesítménye jelentősen nagyobb (körülbelül 200 kW) a korabeli rádiólokátorénál. Az antennarendszer döntésére (körülbelül 20°) is van lehetőség ennél a típusnál. Az antenna oldalszöge kézzel beállítható. A radarról készült fotó a 2. ábrán látható.

2. ábra
2. ábra. A megismételt mérés P-18-as radarja.

3. ábra
3. ábra. A LabVIEW és a radar közti illesztés elvi rajza.

A virtuális műszerezés alkalmazásának előnyei a hagyományos műszerekkel szemben, hogy

Nézzük végig, hogy milyen megoldandó feladataink voltak.

4. ábra
4. ábra. A megismételt kísérlet egyszerűsített vázlata.

El kellett készíteni az illesztéseket a - LabVIEW és a P-18 radar között. Biztosítani kellett a Föld-Hold-távolságmérésnek megfelelő idejű és a radar adójának megfelelő, adót indító, moduláló impulzusokat (alapjel-előállítás). A radar adójának indítása a saját adó indító impulzusával történt (mivel a jelszint és az impulzus-szélesség a LabVIEW-val nehezen állítható elő), de a megfelelő ismétlődési időt (5 másodpercnek választottuk a megjelenítéssel és jelfeldolgozással szemben támasztott követelmények miatt), egy a LabVIEW-val vezérelt tranzisztoros kapcsoló áramkörrel biztosítottuk (3. ábra).

A jelösszegzést (integrálást) digitálisan valósítottuk meg. A jelfeldolgozással együtt kvázi valós idejű megjelenítést és tárolást biztosítottunk. A jelfeldolgozás után a mért távolságot automatikusan határoztuk meg, jeleztük ki. A 4. ábrán látható a kísérlet egyszerűsített vázlata.

Az 1946. februári mérés és mi mérésünk közötti alapvető különbségek:

A 2. táblázatban a két mérés paraméterei közötti főbb eltéréseket ismertetjük.

2. táblázat

A Bay-csoport és a HM HTI mérés paraméterei közötti főbb eltérések

 

1946. évi mérés

2000. évi mérés

Adófrekvencia

120 MHz

155 MHz

Adó impulzusteljesítmény

10 kW

200 kW

Mérési időtartam

50 perc

3-5 perc

Kijelzés-

coulométeren

monitor képernyőjén

Rádiózavarok

rádiózás még nincs elterjedve

rádiózás elterjedten

Televízió zavarok

televízió adás még nincs

televízió adás elterjedten

Űreszközök zavaró hatása

nincs

űrállomások, műholdak

Radarok zavaró hatása

részlegesen kiépített hálózat

kiépített radarhálózatok

 

Az 5. ábrán a számítógép monitorának képét láthatjuk. A függőleges tengelyen a normalizált integrált amplitúdóértékeket, míg a vízszintes tengelyen az időt jelenítettük meg. A feldolgozásnál és a megjelenítésnél az első másodpercet kizártuk, hogy az adóimpulzus maradékának vételkor jelentkező visszahatását kiküszöböljük. A “Távolság" kijelzésénél olyan algoritmust alkalmaztunk, ami az adott időtartományban visszaérkező maximális amplitúdójú impulzus távolságát jeleníti meg kilométerben. A bemutatásra került méréskor ez 396 168 km volt.

A mérés kezdetekor egy csillagászati program segítségével határoztuk meg, hogy hova kell állítanunk az antenna oldal- és helyszögét. A tíz mérésből álló méréssorozat végén pedig három ellenmérést végeztünk, amikor is az antennát kilencven fokkal elfordítottuk a Holdtól.

A kísérlet megismétlésével szerettünk volna megemlékezni a magyar tudományos élet kiválóságai, köztük Bay Zoltán és csoportjának korszakalkotó tevékenységéről. A tények azt mutatják; hogy az 1946-os eredmények nem léteztek volna a Magyar Királyi Honvéd Haditechnikai Intézet szigorúan titkos tevékenysége nélkül. Hervadhatatlan érdemei voltak Jáky József hmtk. ezredesnek, a HTI rádiótechnikai szakosztály vezetőjének, aki személyesen irányította az egész magyar radarkutatási és -fejlesztési tevékenységet. 1943 végétől már a hazai radargyártás miniszteri biztosa volt. 1944 decemberében családjával együtt, a HTI udvarán bombázás áldozatává vált. Az általa irányított helyszíneken (HTI, Tungsram Rt., Standard Rt.) dolgozó csoport alkotta meg SAS, BORBÁLA, TURUL és BAGOLY rádiólokátorokat. A Tungsramban készülő speciális alkatrészek - amelyek kiváló minőségűek voltak - sem készülhettek volna el a HTI műszaki irányítása nélkül.

Jellemző és nem véletlen, hogy az ország jelenlegi helyzetében is csak a HM HTI-ben (2000 decemberében ünnepeltük alapításának 80-ik évfordulóját) volt meg az a céltudatosság és szellemi kapacitás, amellyel képes volt a kísérlet megismétlésére.

Célunk volt továbbá, hogy felhívjuk a figyelmet a méteres hullámhossz-tartományú radarok alkalmazhatóságára a 21. században. Ezek a radarok (például P-18, P-13, OBORONA) a frekvenciasáv fizikai sajátosságai miatt különösen alkalmasak kis visszaverő felületű céltárgyak, mint a pilótanélküli repülőgépek, “lopakodó" típusú repülőeszközük és cirkáló rakéták felderítésére.

A NATO C3 ügynökséggel együttműködésben a későbbiekben tervezzük multisztatikus radarrendszerben való alkalmazásukat is.

Az adóberendezés félvezető eszközökkel történő kiváltásához az L-sávú radar fejlesztésénél megszerzett tapasztalatokat hasznosíthatjuk. A vevő-, és jelfeldolgozó berendezés korszerűsítésénél a P-37 típusú radarok korszerűsítésénél szerzett tapasztalatokat használhatnánk fel. A kompressziós adó-vevő kialakításánál pedig a K-66 radar alapjel-előállító berendezésének fejlesztési tapasztalatai adnak alapot a sikeres tevékenységhez, amivel a méteres radarok aktív zavar elleni védelmét lehetne jelentősen javítani.

Végezetül szeretnénk köszönetet mondani a kísérletben részt vevő valamennyi kollégánknak, akik hozzájárultak a Föld-Hold-távolság mérésének sikeréhez.
A HM HTI állományából Harmath László honvédségi közalkalmazottnak, Buzási Tibor mk. főhadnagynak, Géresi László mk. őrnagynak és Bényi Ferenc
mk. őrnagynak. Az MH 1. Radarkiképző és Réskitöltő század állományából Karmó István őrnagynak, Csibi István századosnak és Kiss István őrmesternek.

5. ábra
5. ábra. A Holdról visszavert radarjelek spektruma. A jelösszegzésnek köszönhetően a valódi jel kiemelkedik a zajból. A maximális amplitúdójújel futásidejéhez tartozó Hold-távolság 396 168 km.

_______________________

1 Bay Zoltán kísérletéről a Fizikai Szemle legutóbb 2000/8 számában, Mészáros Sándor összefoglaló cikkében, a 264-271. oldalakon számolt be.