雷达背后的故事:Luis Alvarez如何引领GCA的诞生?

在航空领域中,地面控制进场(GCA)是一种由空中交通控制员提供的服务,他们根据主要雷达影像引导飞机安全降落,包括在恶劣天气条件下。 GCA最常使用的信息来自于精密进场雷达(PAR)或机场监视雷达(ASR)。然而,这项技术的诞生却与一位核物理学家的智慧密不可分,而他便是Luis Alvarez。

早期实验

GCA的概念最早是由加州大学伯克利分校的核物理学家Luis Alvarez所提出。 1941年,他受邀加入新开张的麻省理工学院辐射实验室(MIT Radiation Laboratory),该实验室旨在发展基于空腔磁控管的雷达系统。当Alvarez抵达波士顿时,实验室已经开发出了一种新的反空气炮雷达原型,即XT-1。

“Alvarez很快意识到在恶劣天气下降落飞机的困难,便提议XT-1可以用于此类用途。”

1941年11月,Alvarez首次在XT-1上取得成功,准确测量一架降落飞机的位置。 1942年春季,XT-1被转移到北卡罗来纳州的伊丽莎白城,这里是降落路径延伸至帕斯夸坦克河的地方,然而该系统在此无法区分飞机及其在水面上的反射。

新的扫描器

XT-1基于圆锥扫描的概念,提高了雷达的角度精度。随着新方法的诞生,包括S波段的机场监视雷达(ASR)和X波段的精密进场雷达(PAR),使得飞机能够安全进入机场附近。这项新系统名为Mark I,于1942年11月开始测试。

“Mark II引入了波导‘挤压盒’,进一步改进了扫描效率。”

首次订单

尽管US Army Air Forces当时已广泛运用SCS-51仪表着陆系统(ILS),对于新系统并不感兴趣,但在1942年6月,科学研究和发展办公室还是下订单要求生产十台Mark I雷达。这项技术在1943年1月成功救助了一架即将燃油耗尽的PBY Catalina,让五角大厦对这系统产生了兴趣。

英国兴趣

二战期间,英国与RadLab保持密切联系,对这项系统表现出浓厚兴趣。 1943年6月,Mark I被发送到英国进行测试,成功执行超过270次进场,显示出其在恶劣天气下的有效性,这引发了英国空军对GCA雷达的需求。

交付与战后使用

第一批生产型AN/MPN-1A于1944年交付给美国陆军,并很快在太平洋地区投入使用。随着时间的推移,GCA系统在欧洲和太平洋的大多数机场都得到了运用。 1946年,三台多余的MPN-1被移交给美国民航局,标志着GCA在民用航空中的长期服役。

总结

地面控制进场技术是首批全面实施雷达的空中交通技术。这项系统不仅简单直接,且对于曾经未受过专业训练的飞行员也能有效适用。尽管现代航空业已转向使用更为先进的仪表着陆系统(ILS)及全球定位系统(GPS),但当面对没有先进导航辅助系统的飞机时,GCA依然是保证安全降落的重要手段。

这种技术在数部电影中得以呈现,但它真正的故事又有多少人记得呢?

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