sökningen efter den saknade Malaysia Airlines flight 370 den här månaden har väckt många frågor om hur flygplan spåras.

ett av de viktigaste sätten att spåra flygplanets position är via radar, ett system som utvecklades före andra världskriget och har ständigt förfinats sedan dess, förklarar Dr Graham Brooker, en radaringenjör vid University of Sydneys School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering.

ordet RADAR är en akronym för RAdio Detection And Ranging, och i sin enklaste form består den av en överförd radiosignal riktad av en antenn i en viss riktning och en mottagare som upptäcker ekon från alla objekt i signalens väg, säger han.sändaren består av en elektronisk krets som osciallates vid en viss frekvens, vanligtvis mycket högre än de frekvenser som används för radio-eller TV-sändningar, säger Brooker.

denna signal skickas ut i korta utbrott av elektromagnetisk energi, kallade pulser, genom antennen som producerar en smal stråle som en fackla.

”Radar gör det möjligt att bestämma riktningen till ett objekt, vanligtvis kallat målet, baserat på den riktning antennen står inför”, säger Brooker.

avståndet till målet bestäms från den tid det tar mellan att sända pulsen och ta emot ekot. Detta kan bestämmas exakt eftersom radarsignalen färdas med ljusets hastighet, vilket är konstant.

^ till toppen

flygtrafikledning

för flygtrafikstyrningsradar är strålen formad som en fläkt, smal i horisontell riktning och bred i vertikal riktning för att rymma högflygande plan.

denna stråle skannar runt i en cirkel En gång varannan eller tre sekunder och ekon visas på en cirkulär display som kallas en planpositionsindikator.

flygledaren — eller en dator-kan spåra ekon eller’ blips ’ på displayen för att avgöra var flygplanet är på väg. Detta kallas primärradar.

”Primärradar används sällan längre isolerat eftersom det finns för många plan på himlen”, säger Brooker.

” dessa dagar används också sekundär radar, där en kodad pulssekvens skickas till flygplanet och en transponder på planet genererar en kodad retur som innehåller mycket information om flygplanet. Detta brukade kallas identifieringsvän eller fiende, eller IFF.”

flygledare använder mestadels sekundär radar för att spåra kommersiella flygplan och använder endast verklig radar om transpondrar inte är monterade, stängs av eller bryts.

” det var ett fall några decennier tillbaka där en ung man flög ett lätt plan halvvägs över USA utan att upptäckas eftersom flygledarna antingen hade sina primära radar avstängda eller trodde att hans eko var från en flock fåglar”, säger Brooker.

om flygplanstranspondern är avstängd kan det vara svårt att identifiera vilken av de många primära radar ”blips” på flygkontrolldisplayen som motsvarar det Flygplan du är intresserad av, säger Brooker.

”det kan vara anledningen till att transpondern på flyg 370 tydligen stängdes av i det område där överlämnandet inträffade från en flygkontroll till en annan.

^ till toppen

gränser för radar

de flesta har hört uttrycket ’flyga under radaren’. Detta är uppkallat efter ett sant fenomen, förklarar Dr Brooker.

”det orsakas av interaktionen mellan radarstrålen och marken, vilket resulterar i att strålen ”lyfter” från horisonten. Om ett flygplan flyger tillräckligt lågt lyser strålen knappast upp det och området där det kan ses är begränsat.”

det finns också gränser för Avståndet över vilket radar kan användas. Det största problemet med radar för långdistansdrift är det faktum att mängden kraft som krävs för att skicka och ta emot signalen är beroende av avståndet till flygplanet höjt till kraften på fyra, säger Brooker.

” Om du vill fördubbla intervallet där du kan upptäcka ett flygplan måste mängden överförd effekt öka med en faktor 16.”

typiska radar som används för att spåra plan ut till ett intervall på 100 kilometer eller mer överför toppkrafter i megawatt. Den överförda pulsen är dock kort, vanligtvis en mikrosekund eller så, och de förekommer bara några hundra gånger per sekund, så den genomsnittliga effekten är ganska låg.

för riktigt långväga drift blir toppeffekten som krävs för att skicka ut radarpulserna oöverkomligt stora.

detta har resulterat i utvecklingen av innovationer som fasade arrayer som består av ett stort antal mindre sändare och mottagare på en plan yta som fungerar unisont och pulskomprimering, vilket gör att längre och lägre effektkodade pulser kan genereras samtidigt som man behåller god intervallnoggrannhet.

en annan begränsning till långdistansradar orsakas av dämpning genom atmosfären — även i klar luft, men sämre i regnet. Detta är omvänt relaterat till signalens våglängd, så lång radarradar arbetar vid låg frekvens.

^ till toppen

gömmer sig från radar

elektromagnetiska vågor ”studsar” av föremål som leder elektricitet, så gammaldags flygplan gjorda av trä och duk producerade inte stora radarekon, säger Brooker. Detsamma gäller för moderna plan tillverkade av kolfiberkompositer. Aluminium flådda plan gör de bästa målen.

”flygplanets form är också viktig, och metallflygplan gjorda av plana plattor, skarpa hörn och kanter ger i allmänhet starka ekon, så om du vill göra ett flygplan osynligt kan du antingen göra det från plana plattor eller fasetter som är inriktade på ett sådant sätt att radarsignalerna reflekterar bort från mottagaren. F-117 stealth attack-flygplanet är ett exempel på detta.”

alternativt kan flygplan tillverkas utan rät vinkel så att vingarna blandas in i kroppen och externa funktioner elimineras. Att göra en flygplansskinn som absorberar radarenergi med ”radarabsorberande material” är en annan metod för att minimera eko-storleken, säger han.

” B – 2 stealth bombplan är förmodligen den toppmoderna, som använder de flesta av dessa tekniker, och ger ett eko ungefär lika stort som det som produceras av en humla.”

Dr Graham Brooker en radaringenjör vid University of Sydneys School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering. Han intervjuades av Stephen Pincock.