A Hold-radarkísérletek és Bay Zoltán megítélése az amerikai tudománytörténet-írás tükrében
ABONYI IVÁN

1996-ban jelent meg a NASA kiadásában Adrew J. Butica könyve: To See the Unseen, A History of Planetary Radar Astronomy (Meglátni az eddig láthatatlant: a planetáris radarcsillagászat története) c. munkája (NASA SP-4218, NASA History Office, Washington D.C. 1996). A szerző az Iowa Állami Egyetemen doktorált tudomány- és technikatörténet tárgykörből. Főleg az elektromosságtan és a villamosmérnöki szakágazat történet érdekelte eleinte, ezzek kapcsolatosak az Egyesült Államok és Franciaország 19. századi technikatörténetével foglalkozó közleményei. Az európai viszonyok megítélését számára az segítette elő, hogy a Párizs melletti La Villette-ben működő Tudomány- és Technikatörténeti Kutatóközpontban és a Francia Nemzeti Tudományos Kutatóközpontban (CNRS) töltött néhány évet. Egy nagy amerikai iparvállalat, az Air Products and Chemicals, Inc. 1940–1990 közti történetét feldolgozó művének munkálatai során szerzett tapasztalatot a műszaki és tudományos ipar működésének új sajátságairól. Részt vett még Thomas A. Edison tudományos dolgozatainak gyűjteményes kiadásában is.

A radarcsillagászattal kapcsolatos munkája, melynek magyar vonatkozásait Bay Zoltánnal kapcsolatban itt megpróbáljuk ismertetni, természetesen az angol-amerikai meteorit- és légkörkutatás, illetve a légvédelmi igényeket kiszolgáló radarrendszerek megszületésének körülményeit ismertetve kezdődik. A sorsdöntő technikai fordulatot arra a sikerre teszi, amit 1940. szeptember 15-én a brit légvédelmi rendszer akkori radarjaival értek el a Luftwaffe nappal támadó gépei közül rekordmennyiség lelövésével.

A magnetron megjelenése

A radar megnyerte a nappalt, de az éjszakai támadások leküzdését nem tudta még elősegíteni, mert az 1,5 m hullámhosszon (200 MHz-en) működő radarok széttartó nyalábot tudtak csak kibocsátani, ami a felszínről visszaverődve nagyobb intenzitású szórt jeleket eredményezett, mint ami az ellenséges gépekről származott. A bombázógépek által használt légifolyosók magasságában alkalmasabb radar hiányát csak úgy lehetett áthidalni, hogy a centiméteres hullámhosszak felé kellett a technikát előretolni, itt a nyaláb keskenyebb és a lokátorfeladat megoldása reménykeltőbb.

Ehhez a megoldáshoz nyitott utat az üreges magnetron feltalálása (1940. február: az angol Henry A. H. Bolton és John T. Randall a Birmingham Egyetemen). A korábban használt klisztronok mint mikrohullámkeltő eszközök demostrálták azt a problémát, hogy a nagy frekvenciák tartományában már a “hálózat” mint áramkör többé nem koncentrált paraméterű (itt kis helyen kondenzátor, ott kis helyen önindukció, közben kis ellenállású, tehát esetleg hosszú huzal). Itt már a “hálózat” minden porcikája, de még a mérete is fontos, mert a rendszerben a rezgő elektronoknak “egyszerre” kell lépniük a deciméteres, centiméteres hullámhosszon belül a keltendő elektromágneses hullámmal. Ezt oldotta meg az üreges magnetron. Ennek angol mintapéldánya az angol-amerikai technika és tudományos vegyes bizottság – a Tizard-misszió – tagjainak kezében jutott át Amerikába “mint a valaha is hajó szállított kincsek legértékesebbje”, míg az angol példányok odahaza “Watson-Watt radarfejlesztési tervében” szolgáltak.

Az amerikai radarkutatás a Nemzeti Védelmi Kutatási Bizottság irányítása alatt működött. Az MTI Sugárzási Laboratóriuma maga a kutatási szerződések 80%-át tartotta kézben. Már 1941-ben megszületett a 10 cm és a 3 cm hullámhosszon üzemelő magnetronos radar.

Az amerikai haditengerészet is folytatta a radarkutatásokat. Szomorú érdekességű tény, hogy egy mozgó radarállomás Oahu szigetén (Hawaii), ami a hadsereg légifigyelő rendszerébe be volt állítva, az 1941. dec. 7-i Pearl Harbour elleni légitámadást 50 perccel előbb jelezte, ám az ügyeletes tiszt a jeleket egy beérkező B-17-es csoporténak tulajdonította és a vészjelzést nem adta ki.

A fentiek felemlítése azért nem lényegtelen, hogy észrevegyük: a II. világháború légvédelmi feladatai mennyire elősegítették annak a technikai és alaptudományi arzenálnak a kialakulását és felhalmozódását, amely a légiveszély elmúltával a radarcsillagászat felé fordulhatott.

Ám a veszély elmúltáig még várni kellett, no meg a radarcsillagászat is más, mint a légvédelem – már csak a távolságok miatt is. Egyes országokban felhalmozódott az eszköztár, a szakértelem és kialakult az intézményrendszer. Ez utóbbi annyit jelent, hogy a hon védelmében jelesre vizsgázott a fizika (mikrohullámú rádiózás, atombomba stb.), megszerezte a társadalmi presztízsét. Más országokban erről persze szó sem lehetett.

A radarcsillagászat gondolata. A Diana-terv

A radarcsillagászat eleinte nem is az égitestek felé kacsintgatott. A légkör kutatása általában (a repülés érdekében), az ionoszféra kutatása különösen (a rádiózás fejlesztése érdekében) sokkal közvetlenebb érdeklődést váltott ki. Erről az tanúskodik, hogy 1926 és 1938 között az ionoszféra-kutatás szakirodalma 2,9 évenként nőtt a duplájára, 1947 és 1960 között pedig 5,8 évenként duplázódott. A háború utáni ütemet nem szabad lebecsülni, mert így is messze meghaladja ez a természettudományos irodalom növekedési ütemét. Nem csoda, hogy a nagy műszerarzenál egyszer csak a földig légkörön túlra irányul!

A Diana-tervben öltött testet az első amerikai elképzelés a Hold megradarozásáról. John H. DeWitt, egy katonai híradós laboratórium vezetője Belmarban (New Jersey) 1940-ben megkísérelte a Holdról visszavert radarjelek észlelését. Naplójában így ír. “Felmerült előttem az, hogy a Holdról visszavert hullámokat bizonyára lehet észlelni. Ha ezt meg lehet tenni, akkor a felső légkör tanulmányozásában új lehetőségek tárulnak fel.” Szóval még csak nem is a Hold vizsgálatában, de ez nem baj, ha valakit annyira érdekel a földi légkör. A kísérletre 1940. május 20-án került sor egy 80 W-os adóval, 138 MHz frekvencián (kb. 2 m-es) hullámokat küldött a Holdra. Nem észlelt visszavert jelet, aminek oka a vevő nem kielégítő érzékenysége volt. 1942-ben, amikor DeWitt a Bell Laboratóriumba került, radarantennákat tervezett a haditengerészetnek. A holdradarozáshoz a visszatérését az tette lehetővé, hogy 1945. aug. 10-én, a Japán ellen bevetett atombombák után megkezdődött az amerikai hadsereg leszerelése. DeWitt újra elkezdhette korábbi terveinek megvalósítását. Szeptemberre együtt volt a csapata: H. D. Webb, H. P. Kauffmann, E. KIng-Stodola, J. Mofenson. A Hold felszínének a visszaverő képességét W. S. McAffee számította ki. A kísérletet Diana-tervnek nevezték, azon az alapon, hogy – mint DeWitt írja – “Diana a rómaiak holdistennője, és a görög(!) mitológia szerint a holdistennőt soha nem érintették meg.” A kísérlethez speciális készülékeket nem terveztek, a meglévő lehetőségek közül válogatták össze a rendszer tartozékait. Egyedül az a speciális kristályvezérelt adó-vevő érdemel külön említést, amit korábban és más célra E. H. Armstrong épített. Ebben a kristályvezérlés biztosította a frekvenciastabilitást, a készülék maga pedig a kívánt teljesítményt és a sávszélességet. Tudták, hogy a Föld és a Hold relatív mozgása miatt a visszavert jel frekvenciája 300 Hz-cel eltolódik. DeWitt írja: “Felismertük, hogy a holdvisszhang nagyon gyenge lesz és ezért nagyon keskeny sávú vételre kell szorítkoznunk, hogy a termikus zajokat elviselhető szinten tarthassuk. A vevőt minden alkalommal egy kissé a kiküldött jel frekvenciájától el kellett hangolni a Föld forgása és a Hold radiális sebessége okozta Doppler-eltolódás miatt.”

A visszavert jeleket mind akusztikus úton, mind vizuálisan egy 9 hüvelykes katódsugár oszcilloszkópon lehetett megfigyelni. Az antennát két normál radarantennából rakták össze, melyek egymás mellé helyezve egy 32 dipólból álló rendszert alkottak. Ezt egy 30 m magas toronyra szerelték fel. Az így nyert antennát csak azimutállás szerint lehetett változtatni, vagyis a felkelő/lenyugvó Hold megfigyelésére kellett korlátozni a tevékenységet.

Az első sikeres kísérletre 1946. január 10-én 11:48-kor került sor, majd sikerrel ismétlődtek a kísérletek 11 napon át. Az eredmény bejelentését a hadügyminisztérium 1946. jan. 24-ig visszatartotta, a közlést csak azután engedélyezte, miután lelkiismeretes alapossággal megbizonyosodtak a kísérlet sikeréről és az eredmények megbízhatóságáról.

A Diana-terv mögé hamarosan teljesen felsorakozott a híradófőnökség és a hadügyminisztérium, elsősorban praktikus okokból. Napirendre került az interkontinentális ballisztikus rakéták megvalósítása. Egyelőre nem lévén gyakori céltárgy, amin a radar-előrejelzési rendszert ki lehetne próbálni, a Hold is megteszi, mondták. Így a Diana-terv bevonult a katonai védelem eszköztárába, majd sikeresen szolgált még az Apollo-felbocsátások megfigyelése során is. Felmerült még az űrhajózás korszaka előtt – az űrhajók megfigyelése a sztratoszférában, és a relativitáselmélet kísérleti ellenőrzése. És ahogy az a tudományos vívmányokkal lenni szokott, a rosszmájú viccelődésekkel fogadott utópisztikus tervek egyszerre csak valóra váltak.

Bay Zoltán kísérlete amerikai szemmel

DeWitt sikeres kísérlete után alig egy hónappal egy magyarországi radar megismételte az eredményes holdvisszhang-kísérletet, írja Butrica a Bay Zoltán nevével címzett fejezetben. A lakonikus tömörségű mondat, ami így nem is fedné teljesen a valóságot, rögtön kiegészül egy állítással: „A magyar berendezés egy kulcsfontosságú tekintetben eltért DeWitt berendezésétől, abban ugyanis egy integrációnak nevezett eljárást alkalmaztak, mely lényegesnek bizonyult, amikor a radarhullámoknak a Vénuszról történő visszaverődését kísérelték meg megfigyelni és ez az eljárás később a planetáris radartechnika szabvány elemévé vált.”

Ezután Butrica röviden áttekinti Bay Zoltán életútját. Megemlíti, hogy Bay csoportja is foglalkozott a légvédelmi előrejelzés problémájának műszaki megoldásával és 1944-ben javasolta a radar tudományos célú alkalmazását a Holdról visszavert jelek kimutatására. Butrica hangsúlyozza, hogy ennek a kísérletnek az volt a fő kérdése, vajon a rövid hullámhosszú elektromágneses hullámnyaláb át tud-e hatolni az ionoszférán anélkül, hogy ott lényeges mérvű abszorpciót, ill. visszaverődést szenvedne. Bay számításai szerint a berendezés bizonyára képtelen lesz regisztrálni a visszavert jeleket, mert azok már elmerülnek a vevő zajszintje alá.

Butrica megemlíti, hogy az amerikai és a magyar berendezések között az elvi különbséget az amerikai adó-vevő berencezés kristályos frekvenciastabilizátora jelentette. Baynak ki kellett találnia egy módszert, hogy az adó és vevő közti frekvencia-eltolódáshoz alkalmazkodhasson és meg kellett növelnie a jel-per-zaj viszonyt. Bay a jel-per-zaj viszony növelését választotta és ennek olyan zseniális megoldását dolgozta ki, amely jelentőségét tekintve messze előremutatott – mondja Butrica.

Ezután következik a kumulációs eljárás leírása. Az eljárás a coulométerekben felgyülemlő hidrogéngáz mennyiségét összegezve méri a radar vevő oldalán megjelenő jeleket. Leírja a 10 coulométerből álló rendszer és a három másodpercenként körbefutó forgókapcsoló adta megoldást, ami sorra bekapcsolja a coulométereket. Kiemeli Bay meggyőződését, hogy a visszhangjelek ilyen összegyűjtése a jelek amplitúdójától és a jel-per-zaj viszony értékétől függetlenül alkalmas lesz a mérésre, mert a felhalmozás során a szisztematikus jelek gyorsabban nőnek, mint a véletlen zaj.

A nagy ötlet gyakorlati megvalósításának a tárgyalásában Butrica röviden összefoglalja a Tungsram Laboratórium helyzetét, a légitámadások elől kitelepített gyárviszonyait, a Budapest ostromával kapcsolatos tényeket, a szovjet megszállást, a radarberendezések lefoglalását és elszállítását. Az amerikai olvasók is megérezhetik azokat a tragikus előzményeket és hősies küzdelmeket, amelyek végül elvezettek oda, hogy 1946. február 6-án és 8-án el lehetett végezni a kísérletet.

Butrica megállapítja, hogy „, ha nem kell neki azzal a hátránnyal megküzdenie, hogy egy háborús zónában dolgozik, bizonyára megelőzte volna (az amerikai) híradósokat, pedig nem lehetett tudomása a DeWitt-féle kísérletekről. Sokkal fontosabb az, hogy felfedezte a hosszabb mérési idejű integráció technikai megoldását, amely később a radarcsillagászatban általános elterjedt.” A kumuláció e technikájának az érdemeit A. G. Smith és T. D. Carr rádiócsillagászok 1964-ben írt „Radio Exploration of the Planetary System” (A bolygórendszer rádiósugaras felfedezése) c. történeti áttekintésükben is döntő fontosságúnak és Bay Zoltán érdemének ismerték el.

Az, hogy DeWitt és Bay látványos és figyelemfelkeltő kísérletei nem azonnal indították el a radarcsillagászat gyors fejlődését, más kérdés. Ebbe nemcsak az szólt bele, hogy voltak a légkör- és ionoszféra-kutatásban talán fontosabb feladatok – pl. a televíziózás mielőbbi megvalósítása, a mikrohullámú technika módszeres híradástechnikai meghódítása –, hanem a hidegháborús szembeállás, az interkontinentális rakéták elleni védelmi rendszerek kidolgozása is. Az ügy már nem merülhetett a feledésbe, az eszközök és eljárások meg a szakembergárda együtt volt.

***

Butrica könyvének Bay Zoltán holdradarkísérletére szentelt fejezete három oldal csupán. Ebben szerepel Bay Zoltán antennájáról a Tungsram épületének tetjén készült fotó, és hivatkozik Bay Zoltán „Mikrohullámok visszaverődése a Holdról” c. 1947-es tudományos közleményére (Hungarica Acta Physica 1. 1–6), az „Élet erősebb” c. önéletrajzi könyvének angol kiadására, Wagner Ferenc „Bay Zoltán atomfizikus, az űrkutatás úttörője” c. könyvének angol nyelvű kiadására és „Fifty Years in the Laboratory: A Survey of the Research Activities of Physicist Zoltán Bay” (50 év a laboratóriumban: Bay Zoltán fizikus kutatói tevékenységének áttekintése) c. művére.

Kellemes érzés, hogy Bay Zoltán és csapata érdemeinek ilyen gondos és méltó ismertetője akadt, amely a magyar tudomány eredményeinek szószólója lesz szerte a világon.