第八十五章 包马2
“sir，假如我们站在火车站台上，如果一列火车鸣笛接近站台，我们会觉得汽笛的声音逐渐尖锐，而火车逐渐站台时声音有慢慢低沉。火车的汽笛从尖锐到低沉的变化，实际上是声音进入人耳的声波频率的变化，这种变化的产生是因为火车与耳朵的接近或远离的运动。我们把这种行为叫做多普勒效应。” 包马西面十公里外的普费菲克湖，一架由波音314四水上飞机改装的预警机静静的停在岸边，一个圆盘式的天线安装于飞机机背，乍看上去这和后世的预警机并无什么差别。以这架飞机为背景，波兰籍犹太人诺伯特·维纳担心李孔荣不懂新式雷达，因此一开始就解释其原理。他的多此一举让无线电研究所的孟昭英、任之恭等人偷笑——多普勒雷达正是应李孔荣计划书里提及的那些要求而开的，现在维纳却向李孔荣科普多普勒雷达的原理。 维纳以及一干华洋数学家不知道中国人笑什么，李孔荣却毫不在意的点头，仿佛他真就是一个技术门外汉，需要维纳来帮他科普雷达原理。 “与此类似，无线电探测器每隔一定时间间隔射一定频率的电磁波对空搜索时，如果遇到活动目标，一般情况下这个目标会存在与雷达接近或者远离的运动，因此从活动目标反射回来的电磁波频率与射泼的频率会生变化，两者的差值成为多普勒频率，它与两倍的目标径向度成正比，与雷达波长成反比。也就是说，如果目标是接近雷达的，则多普勒频率为正，反之则为负……” 花费了大概十五分钟，维诺教授解释了新式雷达的原理，之后他开始描述当下所存在的问题。“就如我刚才所说的，多普勒频率是目标移动中对电磁波的反射差值。差值是前后电磁波频率的对比，所以，为了对比，我们必须存储前一次的……” “就我所知，全世界并没有电磁波存储器。”说到了关键处，李孔荣终于忍不住插言。 “……”维纳本以为李孔荣只是个海军军官什么也不懂，被他这么一问忽然有些愣，他停了一秒钟才道：“是的，暂时没有电磁波存储器，但我们想到了一个办法，”维纳转头看了李郁荣一眼，后者微笑。“主要是采用延迟的办法——声波的传递度只有三百四十三米每秒，而光的传播度为三十万公里每秒，如果将脉冲反射电磁波转化成声波型号，延时就实现了。具体的做法是用一根镍丝为介质，一个回波就是一个雷达脉冲，根据脉冲幅度的强弱，电磁波信号转化为声波音频信号，而后根据间隔决定镍丝的长度，在既定的时间和第二次回波做对比。” “很了不起的明。”李孔荣抚掌微笑。他懂得多普勒雷达原理，却不知在没有晶体管的时代是否能实现他的构想，没想到研究室的办法如此简单：只需一根镍丝。 “sir，如果无线电探测器是放置在地面，那么我想我们已经接近了绝大部分问题，可无线电探测器是装在几千米的飞机上。飞机本身是运动的，回波和探测器存在相对度，目标与杂波各自的两次回波相减之后都不再是零。这种情况我们必须进行补偿。 而飞机和机背上的无线电探测器天线是三百六十度旋转的，接收装置能收到不同距离、不同高度、多个目标的反射波，所以必须增加频道，也就是增加多普勒滤波器的数量。在地面也许是需一个滤波器，一根主延时线、两根预备延时线，在飞机上则必须使用滤波器组，很可能需要高达一千根的主副延时线，如果不这样处理，探测器能接收的频率会很狭小，cao作员也没有办法判断目标的方向和率。延时线并不是一个问题，但处理这些延时线上的回波信号是一个大问题。” 说道这里维纳深深吸了口气，他再道：“这已经不是我能解决的了，这个问题我想最好还是由约翰·冯·诺伊曼教授来解答比较好。” 不少洋教授洋数学家加入了计算机研究室，而无线电研究室和计算机研究室是一起负责机载无线电项目的。在李孔荣的任务书中，预警雷达不是单纯的脉冲反射雷达，而是能探测出目标度和方向的多普勒雷达——这对预警机极为重要，预警机因为不断出脉冲雷达波，它的位置在敌方的无线电测向仪中是完全暴露的，如果对方派出飞机攻击，以预警机一两百公里的探测距离，也就是十多分钟的事情。 如果不能预知敌机的方向和度，预警机一旦探测到飞机都要选择关机，因为这很可能是敌机循着脉冲波前来攻击。或者，预警机空中巡逻时派出数架战斗机护航。在交战海域，预警机升空警戒的时间肯定过十二个小时，十二个小时都要派出战斗机护航绝对会削减航母对敌打击力量，更会消耗舰队为数不多的航空燃油，所以李孔荣要求预警机雷达务必能判明敌机度和方向。 要求是简单的，但在这个时代却是很难实现的。孟昭英、任之恭两位无法完成这一任务，只能找计算机研究室的帮忙，西南联大的机电系教授都或多或少的参与了进来，于是李郁荣找来了维纳，维纳又找来了诺伊曼，诺伊曼又找来一干教授和数学家…… “sir，我想这是一个信号处理问题，要想解决这个问题，我想只能把研究室的计算机搬上那架飞机。”诺伊曼似乎有点秃顶，显然是太过聪明了。对于这个后来被人称为‘计算机之父’的犹太人，李孔荣印象深刻。“只是，我们要缩小他的体积和重量，要不然不上了飞机。” 诺伊曼长话短说，说话时眼睛一眨一眨，仿佛是在审视李孔荣是个什么样的人。 “研究室的那台计算机？”计算机研究室那台计算机虽然不是1945年的埃尼阿克，可在这个时代也算是庞然大物了。中国科学家不是没有电子，而是没有资金，海军有钱后，研究所的经费直线上升，加上李孔荣认为计算机有助于破译日军秘密，便拨款给华罗庚等人制造第一台电子计算机。诺伊曼博士能来瑞士，和这台计算机不无关系。 “是的，sir。它现在的问题是太大太重，我们将优化计算公式，主要是使用傅立叶变换以减少运算，让它成为一台专门计算多普勒频率的计算机。”诺伊曼很认真的道。“这就需要一点时间，也需要一些资金。目前飞机师告诉我们飞机可以大概搭载十二吨左右的货物，如果需要，还可以减少一部分燃油。我认为新的计算机重量不会过五吨，所以处理一千根延时线上的信号并不是不可能。” 选择波音314水上飞机做预警机就是因为它载重量大，续航时间长，但李孔荣从来没有想过要把一台五吨重的计算机和雷达一起搬上飞机。真这样做，加上四五吨重的天线以及其他设备、人员，飞机载重肯定要过十吨。十吨也不是装不了，可电子管计算机庞大无比，飞机上气流震动频繁，由无数电子管构成的计算机能正常运作吗？ “可以试试。”李孔荣想了一会才道。“但我很担心计算机在飞机上的稳定性，因为气流的原因，飞机是非常颠簸的。除非飞机在万米高空，可这，”李孔荣想到后世的客机，想起了平流层。“这又涉及到几个问题，一是动机增压装置要能保证飞机升至一万米高空，二是各种电器之间的无线电干扰，三是一万米高空很冷，天线罩、机翼很可能结冰，计算机设备如果要保暖的话……” 所有人都看着李孔荣，就担心他会否决诺伊曼把计算机搬上飞机的提议。他答应可以试试，一群数学家脸上都泛起了笑容。 “计算机运行的时候会热，结冰最好不过了。”华罗庚第一个开口，他有些词不达意。 “计算机运行散热是大问题，冷是不怕的，就是怕热。”维纳帮腔道：“而且飞机飞的越高，越高，地面的回波就越弱，这是有好处的。现在机载无线电探测器不但分辨不出目标的度和方向，只能现在哪里有飞机，对高度的判断也存在着很大误差，两百公里以外的飞机根本测不出准头，误差有上千米。” “高度就不要在意了，这是可以接受的问题。”李孔荣心里暗自松了口气，预警机因为天线重量、风阻等原因不可能用塔状雷达，只能是圆盘雷达。圆盘雷达肯定没办法和那种天线高达十米的地面雷达比测高精度的，两百公里的测高误差当然会过一千米。 “那就只剩下信号处理了。”孟昭英终于开口。“再就是设备在天上的稳定性。”他见李孔荣一直看着湖面上的哪架314预警机，再道：“我们还是上飞机看看吧。” “好。先上去看看。”李孔荣表示同意，一大早来普费菲克湖，就是来看预警机的。很快，孟昭英和任之恭两人带着他登上这架波音314。进去的侧门就在机翼之下，机翼上有两台硕大的螺旋桨动机，单根螺旋桨的长度过两米，只是机身很高，螺旋桨离水面还有一米多的距离。李孔荣看到侧门就知道这不是波音应海军要求而定制的那十二架314，因为那些飞机都是尾部开门的。 “这是从泛美航空公司租赁的。”孟昭英对飞机的情况较为清楚。“飞行员也是航空公司的人。我们当时去美国接飞机的时候说我们的飞机还没有造好，刚好航空公司飞机闲置，请示过林司长后，就先租用了。” “我知道这些事。”机舱内还保留着客人的座椅甚至是床位，各处的装饰也颇为奢华，走廊上还挂着一些油画。李孔荣好奇道：“你们在飞机上装了一个天线航空公司也不反对？” “开始是反对的，后来波音的工程师保证拆除后恢复原样，航空公司就没意见了。主要是航空公司一下子定购了十二架飞机，乘客虽说有增加，但飞机依旧存在闲置。”任之恭解释道。 他走在孟昭英前面，此时走廊似乎已经到头，一个二十多平米的房间里摆满了仪器。他走到两台半人高的储物柜式的仪器跟前道，“这就是无线电探测器了。这是射装置，”说罢又指着更小、带圆形显示器那台道：“这是接受装置。” 一屋子仪器只有两台是雷达的，其他都是测试设备，李孔荣看了看接收装置的显示器，显然，和潜艇声呐上那种只显示两点的显示器不同，这是新式的平面显示器。“已经开机了？”李孔荣这时才现雷达是开着的。 “是开着的。”孟昭英道，他指着显示屏西北的位置道：“这里不是海上，但也能看到苏黎世机场起降的飞机。” “能看到苏黎世的飞机？”李孔荣来了兴趣，只是他什么都没看到。 “……”显示器上一片平静，孟昭英有些尴尬，他赶忙看了看表，最后松一口气道：“现在太早还没有飞机，最早一班是在刻左右，还有些时候天气不好也没有。” “没关系。”李孔荣不以为意。他看到雷达是平面显示而非潜艇上那样单线显示就满意了。“你就先介绍介绍这部探测器吧。。” “这个，”孟昭英微微沉吟。这部试验用的雷达虽然简陋，可其中包含的任何东西都可以说上三天三夜，他最终还是略去太多的技术内容，只道：“按照设计，对海面搜索时，它能探测到一百五十公里内、飞行在一百五十米以上的飞机；对海面则能探测到三百公里以内的大型船只。这个和海况有关，如果海况不好、杂波增多，探测距离就要缩小。”8