De telemobiloscoop: de eerste radar

Uitvinding van radartechniek door Christian Hülsmeyer 

Tegenwoordig zal niemand de verdiensten van radar betwisten. Zowel op zee, in de lucht als ter land kunnen grote rampen worden voorkomen door de omgeving te scannen met onzichtbare elektromagnetische radiogolven. In eerste instantie werd deze radartechniek uitgevonden ten behoeve van de scheepvaart. Daar was de misthoorn het enige middel om te voorkomen dat men in dichte mist tegen elkaar op zou varen. Het eerste op deze techniek gebaseerde apparaat was de telemobiloscoop, die de Duitse ingenieur Christian Hülsmeyer in 1904 uitvond. Deze kan worden gezien als een voorloper op de radar zoals wij die kennen en was alvast een grote verbetering op de misthoorn. Toch werd hij geen succes, want er waren teveel problemen met de uitvoering en bovendien was het wantrouwen tegen dit systeem in eerste instantie erg groot. Beiden zou pas rond 1930 veranderen.

 

Schets uit 1962 van een ontwerp van Bell Company voor een Multi-function Array Radar (MAR). Het ziet eruit als pure sciencefiction, maar er is wel degelijk een hierop geïnspireerde installatie (MAR-1) gerealiseerd op de White Sands Missile Range in New Mexico. 

 

Het voorwerk van Heinrich Hertz

Radar werkt net als radio met elektromagnetische golven. Het was de Duitse fysicus Heinrich Hertz (1857-1894) die in 1887 het bestaan van deze golven wist te bewijzen met een baanbrekend onderzoek. Een jaar later ontdekte hij dat elektromagnetische stralen, hoewel ze niet zichtbaar zijn voor het menselijk oog, net als lichtgolven worden weerkaatst door spiegels. Dit leidde tot de bouw van een zogeheten resonator, een apparaat waarmee hij elektromagnetische golven kon produceren en verzenden. Zijn bevindingen vormden de basis voor verder onderzoek naar dit verschijnsel. In het artikel over de uitvinding van de radio kun je meer lezen over het onderzoek van Hertz en anderen naar elektromagnetische golven.

Na Hertz, die jong overleed, bogen verschillende natuurkundigen en uitvinders zich over verder onderzoek. Daarbij werd ook gezocht naar praktische toepassingen. De meeste onderzoekers wilden echter een manier vinden om elektromagnetische golven te gebruiken voor het draadloos overzenden van geluid. Eén wetenschapper zag echter de mogelijkheid om het weerkaatsende effect van de golven op een meer letterlijke manier ten voordele van de mensheid te benutten.

 

Vonkgenerator met parabolische antenne ontworpen door Heinrich Hertz. Dit zou een directe inspiratiebron worden voor radartechniek. 

 

Hülsmeyer en de uitvinding van de telemobiloscoop

Christian Hülsmeyer (1881-1957) was een Duitse ingenieur met een grote belangstelling voor natuurkunde en dan met name voor het onderzoek van Hertz naar elektromagnetische golven. Op jonge leeftijd ontwikkelde hij al de theorie dat deze radiogolven niet alleen van spiegels, maar ook van metaal weerkaatsten. Hij wilde dat idee gebruiken om een apparaat te ontwerpen waarmee je metalen voorwerpen kon detecteren. Daarmee kwam het idee achter radar dus expliciet voort uit de ontdekking die Hertz in 1888 deed. 

Het was duidelijk dat vooral de scheepvaart nut kon hebben van zo’n apparaat. De luchtvaart stond destijds nog te zeer in de kinderschoenen. De scheepvaart kon echter wel iets gebruiken dat beter werkte dan de misthoorn en schepen waren destijds al van staal dus de grootst mogelijke objecten van metaal.

Hülsmeyer kreeg een baan bij Siemens in Bremen, maar vertrok daar alweer in 1902. Hij ging naar Düsseldorf, waar hij verder wilde werken aan zijn theorie en zijn apparaat, dat hij de telemobiloskop had genoemd. In november 1903 vroeg hij een eerste patent aan en zette een advertentie om een geldschieter te vinden. Daarop reageerde leerhandelaar Heinrich Mannheim uit Keulen en samen richten ze het bedrijf Telemobiloskop-Gesellschaft Hülsmeyer und Mannheim op.

Begin 1904 kwam een eerste versie van het apparaat af. Op 30 april van dat jaar vroeg hij opnieuw patent aan in Duitsland, Groot-Brittannië en verschillende andere Europese landen.

 

Links: Christian Hülsmeyer Rechts: Heinrich Hertz.

 

De eerste telemobiloscoop

De eerste telemobiloscoop die aldus werd gebouwd, zond korte impulsen van sterk gebundelde elektromagnetische golven uit via een roterende antenne met een paraboolvormige reflector. Golven en straling die evenwijdig met de hoofdas op de reflector vielen, reflecteerden naar één brandpunt.  Als deze bundel van radiogolven op een metalen obstakel stuitte, werd hij, inderdaad, teruggekaatst.

Dit systeem lijkt dus al veel op de hedendaagse radar. Hülsmeyer had het goed uitgewerkt. Hij maakte zelfs een radarkoepel of radome. Dat is een bolvormige constructie die over de antenne wordt geplaatst om deze te beschermen tegen met name weersinvloeden. Wel hield hij de zend- en ontvangstantenne gescheiden, waar die tegenwoordig een en dezelfde is.

Het apparaat had een reikwijdte van ongeveer 3 kilometer en werkte zelfs bij zeer dichte mist.

 

Patenttekeningen van de telemobiloscoop uit 1904. De latere radar met zijn schotel is er goed in terug te zien.

 

Demonstraties

Om zijn patentaanvraag kracht bij te zetten, organiseerde Hülsmeyer een eerste demonstratie in Keulen op 18 mei 1904. Hij zette de telemobiloscoop op de oever van de rivier en zond de hertzgolven, zoals ze destijds nog vaak werden genoemd, uit over de maximale afstand van 3 kilometer. Telkens als een schip binnen de bundel van golven kwam, klonk er tot groot genoegen van het publiek een bel.

Een kleine maand later, op 10 juni, gaf hij een tweede demonstratie in Rotterdam. Daar was op dat moment een congres van directeuren van internationale scheepvaartmaatschappijen gaande, dus dat was een bijzonder goed moment voor promotie. Helaas was het toen al duidelijk dat de telemobiloscoop verbetering behoefde.

  

De tweede telemobiloscoop

Het probleem was dat het apparaat wel de richting van het andere schip aangaf, maar niet de afstand. Om echt bruikbaar te zijn voor de scheepvaart was het noodzakelijk dat bemanningsleden ook de afstand konden bepalen.

Hülsmeyer paste daarop het ontwerp aan. Hij zorgde dat men uit het tijdsverschil tussen het uitzenden van de impuls en de ontvangst van de weerkaatsing de afstand tot het obstakel kon berekenen. Uit een serie opeenvolgende metingen van het gelokaliseerde doel kon bovendien worden opgemaakt hoe de positie van het object veranderde en met welke snelheid.

Hierop paste Hülsmeyer ook zijn patentaanvragen aan.

 

Een doodlopende weg

In september 1904 leek er nog geen vuiltje aan de lucht toen de Britten het octrooi als eerste toekenden. Toch liep het mis voor de telemobiloscoop.

Het lukte Hülsmeyer uiteindelijk niet om een afdoende werkend apparaat te bouwen dat op grotere schaal kon worden geproduceerd voor de scheepvaart. Het is niet helemaal duidelijk waarom niet. Hij investeerde zelf nota bene 25.000 Reichsmark in het project (een gigantisch bedrag in die tijd), maar zag dit nooit terug.

Door het uitblijven van verder succes zakte de aanvankelijke belangstelling vanuit de scheepvaart weg. Hoewel het de vraag is of die belangstelling ooit echt serieus was. Veel kapiteins vonden de misthoorn een uitstekend ding en vertrouwden de futuristische apparatuur van Hülsmeyer niet zomaar. Tenslotte had men nog nooit zo'n rare draaiende schotel gezien en dan schoot er blijkbaar ook nog een geconcentreerde bundel van die mysterieuze, totaal onzichtbare hertzgolven uit.

Het gevolg van deze ontwikkelingen was dat de radartechniek in de vergetelheid raakte. Door andere uitvindingen werd Hülsmeyer overigens toch nog rijk. Door de telemobiloscoop werd hij, in latere tijden, ook nog een beetje beroemd.

 

Marat Gyliadzinov - Moderne radar.

 

Alsnog van telemobiloscoop naar radar

Nog tijdens de Eerste Wereldoorlog gingen wetenschappers zich weer bezighouden met het idee. Onder meer Nikola Tesla zelf zou zich er in 1917 mee bemoeien, waarbij hij zich baseerde op het ontwerp van Hülsmeyer. Dat had ongetwijfeld te maken met de marinewedloop tijdens die oorlog. Het systeem werd echter opnieuw niet toegepast.

De belangstelling voor detectie door middel van radiogolven zwol pas tijdens de jaren'20 en '30 weer echt aan. Dat kwam typisch genoeg door ontwikkelingen binnen de luchtvaart. Men zocht daar een systeem om vroegtijdig bommenwerpers mee te kunnen detecteren. Nieuw onderzoek volgde.

Toch was er ook deze keer niet meteen succes. Pas in 1930 kwam de omslag. Toen koppelde Robert Watson-Watt een beeldscherm aan het apparaat, waarop de bemanning kon zien waar en op welke afstand het doel zich bevond. Het was dit apparaat dat men RADAR (RAdio Detecting And Ranging) ging noemen. Het beeldscherm bleek een doorslaggavende verbetering voor het bedienende personeel.

Opmerkelijk is dat Christian Hülsmeyer gedurende alle nieuwe verwikkelingen rond de radar in het interbellum nog volop in leven was, maar er kennelijk geen rol in wilde of kon spelen. De uitvinder van de radar werd hij daardoor technisch gezien niet. Maar de vader van de radartechniek is hij beslist wel.

 

 

Bronnen

  • Meidenbauer J. (red.) - 'Het grote boek van uitvindingen en ontdekkingen.' Lisse 2004
  • Wikipedia (nl.wikipedia.org) - 'Radar'/'Radome'/ 'Paraboolreflector'/'Hülsmeyer' (20-4-2012)
  • Wikipedia (en.wikipedia.org) - 'Telemobiloscope' (27-3-2019)

Afbeeldingen

 

Deze pagina is gepubliceerd op 20 april 2012 en het laatst bijgewerkt op 4 april 2019.