Overvisão
Embora se baseiem em dois tipos fundamentalmente diferentes de transmissão de ondas, o RADAR (Radio Detection And Ranging) e o SONAR (Sound Navigation and Ranging) são ambos sistemas de detecção remota com importantes aplicações militares, científicas e comerciais. O RADAR envia ondas eletromagnéticas, enquanto o SONAR ativo transmite ondas acústicas (ou seja, som). Em ambos os sistemas estas ondas retornam ecos de certas características ou alvos que permitem a determinação de propriedades e atributos importantes do alvo (ou seja, forma, tamanho, velocidade, distância, etc.). Como as ondas electromagnéticas são fortemente atenuadas (diminuídas) na água, os sinais RADAR são utilizados principalmente para observações no solo ou atmosféricas. Como os sinais SONAR penetram facilmente na água, são ideais para navegação e medição debaixo de água.
Fundo
Durante centenas de anos, dispositivos não mecânicos de escuta submarina (tubos de escuta) foram usados para detectar o som na água. Já em 1882, o físico suíço Daviel Colladen tentou calcular a velocidade do som nas profundezas conhecidas do Lago de Genebra.
Baseado na física da transmissão do som articulada pelo físico inglês Lord Rayleigh (1842-1914) do século XIX e no efeito piezoeléctrico descoberto pelo cientista francês Pierre Curie (1509-1906) em 1915, o físico francês Paul Langevin (1872-1946) inventou o primeiro sistema concebido para utilizar ondas sonoras e ecos acústicos num dispositivo de detecção subaquática. Após o desastre do Titanic, Langevin e seu colega Constantin Chilowsky, um engenheiro russo então residente na Suíça, desenvolveram o que chamaram de “hidrofone” como um mecanismo para os navios detectarem mais facilmente icebergs (a grande maioria de qualquer iceberg permanece abaixo da superfície do oceano). Sistemas semelhantes foram imediatamente utilizados como auxílio à navegação subaquática por submarinos.
A electrónica melhorada permitiu a produção de dispositivos de escuta e gravação muito melhorados. Como o SONAR passivo não é essencialmente mais do que um elaborado dispositivo de gravação e amplificação sonora, estes sistemas sofreram porque estavam dependentes da força do sinal sonoro proveniente do alvo. Os sinais ou ondas recebidos podiam ser tipados (ou seja, relacionados com alvos específicos) para identificar características. Embora bons resultados pudessem ser obtidos nas mãos de um operador experiente e qualificado, as estimativas de alcance, rumo e movimento relativo dos alvos eram muito menos precisas e precisas do que os resultados obtidos com sistemas ativos, a menos que os alvos estivessem muito próximos – ou fizessem muito barulho.
A ameaça de guerra submarina durante a Primeira Guerra Mundial tornou urgente o desenvolvimento do SONAR e de outros meios de detecção de ecos. O desenvolvimento do transdutor acústico que converteu energia elétrica em ondas sonoras permitiu os rápidos avanços no design e tecnologia SONAR durante os últimos anos da guerra. Embora a SONAR tenha sido desenvolvida demasiado tarde para ser posta à prova durante a Primeira Guerra Mundial, o impulso para o seu desenvolvimento colheu enormes dividendos tecnológicos. Nem todos os avanços, no entanto, foram restritos ao uso militar. Após a guerra, foram colocados a bordo de muitos grandes transatlânticos franceses dispositivos sonoros de eco.
Durante as primeiras batalhas da Segunda Guerra Mundial, o Comitê Britânico de Detecção e Investigação Anti-Submarina (seu acrônimo, ASDIC, tornou-se um nome comumente aplicado aos sistemas SONAR britânicos) fez esforços para equipar todos os navios da frota britânica com dispositivos avançados de detecção. O uso do ASDIC provou ser fundamental no esforço britânico para repelir ataques prejudiciais de submarinos alemães tanto em navios de guerra britânicos quanto em navios mercantes, mantendo a nação da ilha abastecida com munições e alimentos.
Embora os desenvolvimentos SONAR do início do século XX tenham prosseguido, outro sistema de detecção remota foi desenvolvido com base na melhor compreensão da natureza e propagação da radiação eletromagnética alcançada pelo físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) durante o século XIX.
Nos anos 1920 e início dos anos 1930, o físico e meteorologista escocês Sir Robert Alexander Watson-Watt (1892-1973) usou com sucesso transmissões de rádio de ondas curtas para detectar a direção da aproximação de trovoadas. Outra técnica usada por Watson-Watt e seus colegas na Estação de Pesquisa de Rádio Britânica mediu a altitude da ionosfera (uma camada na atmosfera superior que pode atuar como um refletor de rádio) enviando breves pulsos de ondas de rádio para cima e depois medindo o tempo que levava para os sinais retornarem à estação. Como a velocidade das ondas de rádio estava bem estabelecida, as medições proporcionavam determinações muito precisas da altura da camada refletiva.
Em 1935, Watson-Watt teve a engenhosa idéia de combinar essas técnicas de localização de direção e alcance, e, ao fazer isso, inventou o RADAR. Watson-Watt construiu seu primeiro dispositivo RADAR prático em Ditton Park.
Almost imediatamente, funcionários do Ministério Real da Aeronáutica perguntaram a Watson-Watt se seu aparelho poderia ter o potencial de danificar ou derrubar aeronaves inimigas. Watson-Watt respondeu que as transmissões de ondas de rádio eram demasiado fracas para alcançar este fim. Apesar disso, ele sugeriu aos funcionários do Ministério que a detecção de rádio era viável. Em 1935, Watson-Watt escreveu uma carta com o título “Detecção e Localização de Aeronaves por Métodos de Rádio”. Watson-Watt estabeleceu cuidadosamente que ler o fraco sinal de retorno de uma aeronave representaria um desafio de engenharia muito maior do que o encontrado em suas experiências meteorológicas. O sinal enviado precisava ser mais de cem vezes mais enérgico. Além disso, um receptor e uma antena mais sensíveis precisariam ser fabricados.
Pouco depois, sem o benefício de um teste, Watson-Watt e cientistas do Ministério realizaram um experimento para testar a viabilidade do RADAR. O aparelho Watson-Watts foi encontrado capaz de iluminar (ou seja, detectar) aeronaves a uma distância de até 8 milhas (13 km). Em um ano, Watson-Watt melhorou seus sistemas RADAR para que pudesse detectar aeronaves a distâncias de até 70 milhas (113 km). Antes da guerra a Grã-Bretanha rapidamente colocou a invenção de Watson-Watt para uso militar e no final de 1938 os sistemas RADAR primitivos pontilharam a costa inglesa. Estas estações, capazes de detectar aeronaves independentemente de nevoeiro no solo ou nuvens, deveriam desempenhar um papel importante na detecção da aproximação de aeronaves nazis durante a Segunda Guerra Mundial.
O desenvolvimento do RADAR não era a província exclusiva dos britânicos. Com o início da II Guerra Mundial todos os principais combatentes tinham desenvolvido alguma forma de sistema RADAR. Em muitas frentes as batalhas eram muitas vezes influenciadas por dramáticos jogos científicos e técnicos de um só homem no que o primeiro-ministro britânico do tempo de guerra Sir Winston Churchill chamou de “Guerra dos Feiticeiros”. Durante a guerra, Watson-Watt tornou-se um desses feiticeiros ao assumir o cargo de conselheiro científico do Ministério do Ar Real.
No final da guerra as forças britânicas e americanas tinham desenvolvido vários tipos e aplicações de RADARs, incluindo interceptação aérea (IA), navio ar-para-superfície (ASV), GroundControlled Interception (GCI), e vários RADARs de mira e seguimento de armas.
Independentemente da sua aplicação, ambos os alvos RADAR e SONAR espalham, desviam e reflectem as ondas que chegam. Esta dispersão, entretanto, não é uniforme – e na maioria dos casos um forte eco da imagem é propagado de volta para o transmissor de sinal da mesma forma que um espelho liso pode refletir a luz de volta na direção especular. A força do sinal de retorno também é característica do alvo e do ambiente no qual os sistemas estão operando. Por serem radiações eletromagnéticas, as ondas RADAR percorrem a atmosfera à velocidade da luz (no ar). As ondas SONAR (ondas de compressão) viajam através da água a um ritmo muito mais lento – a velocidade do som. Ao medir o tempo que os sinais levam para chegar ao alvo e retornar com ecos, ambos os sistemas RADAR e SONAR são capazes de determinar com precisão a distância até seus alvos.
Com seus respectivos domínios, ambos RADAR e SONAR podem operar de forma confiável sob uma grande variedade de condições adversas para estender as capacidades de sensoriamento humano.
Impacto
Como resultado do sucesso do RADAR em tempo de guerra, cientistas e engenheiros rapidamente procuraram novas aplicações para tais sistemas. Os benefícios para a ciência meteorológica foram óbvios.
A tecnologiaRADAR desenvolvida durante a Primeira Guerra Mundial também teve um impacto dramático sobre a nova ciência da radioastronomia. Durante a guerra, o oficial britânico J.S. Hey determinou corretamente que o Sol era uma poderosa fonte de transmissão de rádio. Hey discotecava isto enquanto investigava as causas de interferência da rede britânica RADAR em todo o sistema que não podia ser atribuída à actividade inimiga (Hey atribuiu a emissão de rádio ao aumento da actividade da erupção solar). Embora mantidas em segredo durante a guerra, as instalações e tecnologia do RADAR Britânico tornaram-se os precursores dos radiotelescópios modernos, pois eles gravavam ruídos de fundo celestiais enquanto escutavam os sinais telescópicos da atividade inimiga (por exemplo, ataques de foguete V-2).
O crédito histórico dado à decisão e impacto da Guerra dos Feiticeiros de Churchill continua sendo debatido calorosamente. O próprio Churchill descreveu a Batalha da Grã-Bretanha como em grande parte uma batalha decididamente travada e vencida com “olhos e ouvidos”. Independentemente disso, é indiscutível que os dispositivos de sensoriamento remoto e as redes RADAR (chamadas Chain High e Chain Low) empregadas pelos britânicos permitiram que os comandantes britânicos concentrassem mais eficazmente as suas forças fora de combate e fora de controle contra o ataque aéreo nazista.
Ironicamente, a Segunda Guerra Mundial induziu melhorias no design da tecnologia SONAR que lançou as bases para o desenvolvimento de procedimentos médicos não invasivos, tais como ultra-som, na última metade do século XX. Tecnologias e técnicas de detecção remota baseadas em sinais sonoros e eletromagnéticos tornaram-se poderosas ferramentas médicas que permitiram aos médicos fazer diagnósticos precisos com um mínimo de invasão ao paciente.
Ferramentas de detecção remota como o RADAR e o SONAR também permitem aos cientistas, geólogos e arqueólogos mapear características topográficas e de subsuperfície na Terra e em objetos dentro do sistema solar. As leituras SONAR levaram a avanços na sismografia subaquática que permitiram o mapeamento dos solos oceânicos e a identificação dos recursos minerais e energéticos.
Sistemas SONAR são componentes críticos do moderno sistema de navegação aérea comercial. Uma invenção britânica em tempo de guerra, o Identification Friend ou Foe (IFF) RADAR, usado para identificar e rotular exclusivamente aeronaves, continua sendo um componente importante no sistema de controle de tráfego aéreo.
K. LEE LERNER
Outras Leituras
Livros
Cox, A.W. Sonar e Som Subaquático. Lexington, MA: Lexington Books, 1974.
Heppenheimer, T.A. Anti-Submarine Warfare: A Ameaça, A Estratégia, A Solução. Arlington, VA: Pasha Publications Inc., 1989.
Holmes, J. Diagnostic Ultrasound: Perspectiva Histórica. Mosby, 1974.
National Defense Research Committee. Princípios e Aplicações do Som Subaquático. Washington, D.C., 1976.
Rowe, A. One Story of Radar. Cambridge, Inglaterra: Cambridge University Press, 1948.
Watson-Watt, R.A. Three Steps to Victory. Odhams Press, 1957.