1916年以前,实现超视距看和超听距听的办法,就是使用声波定位器。这种仪器体积十分庞大,性能非常不稳定,很少能正常工作,即使在正常区作时,其测定的最大距离也仅为13公里。虽然13公里远远超出人的视距和听距,但对于每小时能飞行几百公里的敌机来说,13公里的距离只要4分钟就可飞到。在当时的条件下,4分钟的预警时间难以实现令战斗机起飞进行有效的拦截。虽然,人还在存在缺陷,防空需要更为先进的定位设备。
这时,人们想了动物中一些早已为人类所了解,但并未引起重视的现象,如蝙蝠仲夏之夜,万籁俱寂,而空中却有一只夜蛾惊慌地逃窜,拼命地拍动双翅,螺旋形地兜着圈子,忽然又翻起跟头来了,这是怎么回事?
原来,夜蛾的天敌——蝙蝠紧追而来!它拍动着灰黑色翅膀,步步紧逼,并已张开贪吃的嘴巴……以上惊心动魄,而又耐人寻味的生物之战,是生物物理学家们常观察到的现象。
蝙蝠很少白天出来活动,而是在晚上能见度极差时出外觅食,它怎么能在夜晚灵活准确地捕到食物呢?特别是当人类发现蝙的视力很差,从某种意义上说算是瞎子时,就更难想象蝙蝠靠什么发现猎物,并准确测出猎物的方向和距离。于是,有人对蝙蝠进行了一次试验,将蝙蝠的嗅觉和能力很弱的视觉去掉,在一间屋子里系几条绳子,并在绳子挂很多铃铛,然后让这只失去视光和嗅觉的蝙蝠在屋子内飞。令人惊讶的是铃铛一个也没响,蝙蝠能够自由地在屋子里飞行而绝碰不到任何一个障碍。
令人惊奇的是,蝙蝠的喉咙可以发出很强的超声波。超声波碰到物体反射回来时,蝙蝠的大耳朵和内耳又是最佳的“天线”和“接收机”。当接收到“回声”后,不仅能判明物体的方位和距离,还能识别物体的大小,甚至区分出是食物,还是敌人,或是不可逾越的障碍。
大家知道潜艇在水下航行有一套“声纳”系统,它是用“声纳”探测敌方军舰的方向和位置,从而发起攻击。蝙幅的“回声定位”系统,很像潜艇的“声纳”。“声纳”是英文缩写SONAR的音译,原意就是“声音导航和测距”。不过,蝙幅的“声纳”是活的,比人造的“声纳”要灵敏得多,这是仿生学至今尚在研究的课题。
特别是,蝙蝠的天然“声纳”,在1秒钟内竟能捕捉和分辨250个“回声”(即目标),现代新型高技术的雷达,其捕捉和分辨目标(飞机)的能力,也不过如此而已。
还须说明的是,蝙蝠的天然“声纳”具有极强的抗干扰能力,即使人们设法发出的干扰噪声比蝙蝠发出的超声波强一二百倍,也休想干扰蝙蝠有效地跟踪追击目标。这一点是现代人造“声纳”所望尘莫及的。而且,蝙蝠的天然“声纳”最多也不过几克重,它的小巧玲珑程度,更使上百千克重的“声纳”或更重的“雷达”设计者们瞠目结舌。
正因为蝙蝠具有天然“声纳”,所以它在漆黑之夜,一秒钟能捕食十几只蚊虫。为此,有人称蝙蝠是“活声纳”。也有人称它为“活雷达”。
生物学家对这一奇怪的现象进行了研究,发现蝙蝠在飞行时,断断续续地发出一种人耳听不到的叫声,这种叫声的频率为2.5万—7万赫兹,而人能听到的声音频率为16万~20万赫兹。蝙幅平均每秒钟叫30次左右,在接近目标时,每秒钟叫60次左右,发出的声波碰到周围的物体反射回来。蝙蝠的听觉非常灵敏,能够准确地接收到反射回来的声波,并判断出反射声波物体的距离、方向和性质。这样,蝙蝠既能准确地扑向猎物,又能避开各种障碍。…蝙蝠这种搜索、探测和定位远方目标的本领,给人们以深深的启示。显然,只要找到一种具有速度快、能反射的物质,并制造出能发射和接收这种物质的设备,就可以实现超视距看和超听距听。人们发现光波、声波都具有这种属性,只是由于要达到的探测距离远在千里之遥,声波速度太慢,不仅误差大,而且反应慢。飞机的飞行速度已可超过两倍以上的音速,这就是说声波还未反射回来,飞机已到达了。而光波速度虽然很快,比音速快80多万倍,但光波受气象条件影响大,在遇到云雾时,就会止步不前,这两种波都满足不了需要。
后来,人们发现无线电波是最为理想的物质,这种波既有光波的速度,又能穿云破雾,并能被目标反射回来。无线电波在空气中的速度与光速相同,并不受气候的影响,具有穿云破雾的本领,可以在恶劣气候条件下或夜间工作。只要研制出一种能发射和接收无线电波的设备,就可以实现超视距看、超视距听了。
对于这种靠发射和接收无线电波来完成搜索和探测任务的设备,英文名字叫RADAR,原意的全名为“无线电测向和测距”,译成中文就是雷达。
1864年,英国物理学家麦克斯韦提出了光和无线电波都是电磁波的理论,并得出了无线电波的传播速度与光速相同的结论。
1888年,德国物理学家赫兹采用电极的火花振荡放电得到了无线电波,并证明了麦克斯韦的理论,但赫兹认为,无线电波无法用于通信和其他方面。
1895年,俄国的波波夫发明了可接收无线电波的仪器,并发现舰只对无线电波的反射现象,这就预示着可以利用无线电波来发现人类肉眼看不到的目标。
1904年,德国发明家克里斯蒂安·许尔斯迈尔在实验室进行原始雷达的试验,并取得了雷达设计的专利,但这种原始的雷达探测距离还达不到声波定位器作用的距离。
这样,虽然雷达没能赶在第一次世界大战结束之前取得实际的应用成就,但人类对雷达的需要和科学技术的进步,已使人类离制造出真正意义上的雷达只有一步之遥了。