Világhíres Feltalálóink

Született :
1900 július 24-én
Gyulavári

Elhunyt :
1992 október 4-én
Washington

Fontosabb évfordulói:

1932	Házasságot köt Lázár Ilonával

1934	Megszületik Márta nevű leánya

1945	Első házassága felbomlik


1947	Házasságot köt Herczegh Júliával

1948	Magyarország elhagyása

1948	Megszületik ifjabb Bay Zoltán

1949	Megszületik második leánya, Júlia Lilla.



Mikor a lézer bevonult a kisérleti fizikába, ő is érdeklődéssel fordult feléje. A fénysebesség mérésének új lehetőségét látta ezen eszközben. S ez lett a méréstan új mérföldköve is. Publikációiban kitartóan harcolt a fénysebességen alapuló egységes idő-hosszúság standard bevezetéséért. Bay maga is megjegyezte, hogy eddigi pályafutása során soha nem ütközött ekkora ellenállásba, mint a standardizálási rendszer.

Föld-Hold radar

A kezdet

Magyarország II. világháborúba való belépését követően a katonai vezetés úgy döntött, hogy a bombatámadások veszteségeinek enyhítése céljából szükségszerű lenne az ellenséges repülőgépeknek mikrohullámú felderítése és helyzetmeghatározása.
Ezzel egy időben Amerikában is kutatások folytak ebben a témában, de a feltételek között óriási volt a különbség.
Míg magyarországon a háború miatt sem pénz, sem a kutatásokhoz alkalmas hely, laboratórium nem állt rendelkezésre a kísérletek számára, addig Amerikában 118 millió dollár volt elkülönítve ugyanezen cél elérésére.

A Honvédelmi Minisztérium ösztönzésére a Egyesült Izzó Bay-ék rendelkezésére bocsájtotta kutatólaboratóriumát a mikrohullámú kísérletek kiteljesítésére. Ezzel a lépéssel és némi pénzzel is támogatva, a kísérletek folytatódtak a legnagyobb titoktartás mellett.

A kutatásokban részt vevő úgynevezett Bay-csoport 10 akadémikus- kutatóból, és körülbelül 30 elektronikus műszerészből állt.
A csoportba bekerült még a műegyetemi Atomfizika Tanszék két tanérsegéde, Papp György, Simonyi Károly, s két mérnök Winter Ernő (a mikrohullámú csövek kifejlesztése) és Dallos György (a mikrohullámú vevőkörökben volt járatos).

Először is a mikrohullámú rezgésgerjesztés ügyében kellett dönteni. Mivel nem volt elég pénz, így meg kellett elégedniük a kb. félméteres hullámokkal, szemben az USA-ban "használt" centi- és deciméteres nagyságrendűekkel. Winter Ernő és Budencsevits Andor a félméteres hullámok keltésére létrehoztak egy triódás adócsövet (EC 102), mely 50-60 centiméteren 2 watt nagyfrekvenciás teljesítményre volt képes. Ez a cső már alkalmas volt a mikrohullámú híradástechnika alapkísérleteinek elvégzésére. Az adó-vevő először az újpesti üveggyár tornya és a Naszály hegy között hidalt át mintegy 30 km távolságot. A későbbi terepkísérletekben 50-100 milliwatt teljesítménnyel 100 kilométeres hatótávolságig jutottak el. Ezzel a Bay-csoport munkája a távbeszélés kísérletezésében lezárult.

A rádióhullámok visszaverodése révén véghezvitt távolságmérés elve már az 1920-as évek óta ismeretes volt az ionoszféra-kutatásban.
Kétféle elvet alkalmaztak:

Impulzus-módszer (Breit és Tuve, 1926 ):
T időközökben ismételve t időtartamú impulzusokat küldünk ki.
Ha a visszavert impulzusok t időkéséssel érkeznek vissza, akkor a visszaverődés távolsága s=(1/2)*c*t, ahol c a rádióhullámok (fény) terjedési sebessége.

A frekvencia-moduláció módszere (Appleton és Barnett, 1925):
Az adás frekvenciáját T időközökig tartó, dv/dt=const sebességgel fűrészfogszerűen moduláljuk.
Ha a visszavert hullám t időkéséssel érkezik, a kimenő frekvenciához képest t dv/dt lebegést mutat, melynek megmérésével t, tehát s meghatározható.

A visszavert jelek észlelése az ionoszféra-kutatásban viszonylag könnyű feladat a rétegek nagy kiterjedése és nagy visszaverő képessége folytán.
A kis látószögű repülőgépek felderítésében a visszavert energia kicsiny, így nehezebb bemérni őket. Dallos György továbbfejlesztette a triódás csöveket, és egy közbenső adócső- típust (EC 103) épített 1-2 kilowatt csúcsteljesítménnyel. Így félévvel a munka elkezdése után már észlelhették az első radar-jeleket. (A rádiólokátor mai elnevezése: radar, ami a Radio Detection and Ranging rövidítése.)

1943 folyamán további fejlesztések is történtek:

- adókészülék a mikrohullámú rezgőkörökkel (Szepesi Zoltán)
- impulzusgenerátor (Papp György, Sólyi Antal, Magó Kálmán)
- adócső és a keverő diódák (Winter Erno, Budencsevits Andor)
- vevőkészülék (Dallos György)
- katódsugárcső áramkörei (Papp György, Magó Kálmán)
- parabolikus reflektor és az iránymérés (Simonyi Károly)

Mivel a fejlesztések ennyire előrehaladottak voltak, így 1944 elején szóba kerülhetett egy mikrohullámú radar-típus gyakorlati kialakítása.

Föld-Hold radar

1944 márciusának elején Bay Zoltán, Papp György és Simonyi Károly hozzákezdenek a részletes Holdradar-számításoknak.
Viszont a Hold túl messze van, kb 400 ezer km-re, ami kb. 10-nek a 15-16.-ik hatványával csökkenti az esélyeket a földi radarhoz képest.
Viszont nem adták fel a tervet, és mivel úgysem pontos távolságméréseket akarnak végezni, így viszonylag hosszú impulzusokkal dolgozhattak, ami az adótól ráadásul kisebb csúcsteljesítményt kíván.
De felvetődött két kérdés, melyeket a kísérletek révén akartak megválaszolni:

1. kijutnak-e a mikrohullámok a világűrbe?
2. mekkora a Hold visszaverő képessége (r) mikrohullámokon?

Feltételezték egyrészt, hogy r=1/10, ami a földfelület visszaverő képességének nagyságrendje, másrészt azt, hogy az 1 méter körüli mikrohullámok az ionoszféra-rétegeken és a Föld-Hold közötti tér kicsiny plazmasűrűségén akadálytalanul haladnak át, harmadrészt pedig azt, hogy a Holdról visszavert energia a térben egyenletesen szóródik szét.

A rendelkezésre álló adási energiát és parabola-reflektort figyelembe véve a számítások azt jósolták, hogy mérhető jel/zaj viszony kapható, ha az impulzus időtartama 0.05 sec és a vevő sávszélessége 20 Hz. Különböző nehézségeket áthidalva végül a Holdradar jel/zaj viszonya kb. 1/10-re volt várható. De még mindig egy nagyságrenddel maradtak el a céltól. Ekkor jött az ötlet Baytól, hogy a jeleket összegezni és ismételni kéne, ami végül is meghozta a sikert.

A Holdnál az oda-vissza futás ideje 2.5 másodperc, tehát ha 3 másodpercenként 1 jelet küldünk ki és a visszavert jeleket összegezni akarjuk, akkor 100 jel esetén a jeleket 5 percig, 1000 jel esetén pedig 50 percig kell megőrizni. Ha a jeleket 50 percig veszteség nélkül akarjuk megőrizni és összegezni, akkor az összegző szerv időállandója több órás kell legyen. Sajnos abban az időben még nem rendelkezett az elektronika ezen feladat megoldására alkalmas memória-műszerekkel. Végül is a csoport a hidrogén voltaméter mellett döntött, melyben az áram hatására kivált hidrogéngáz vékony kapillárisban a folyadék-meniszkuszt az áramintegrállal arányosan tolja el.

A további terv: Egymás után össze kell kötni 10 voltamétert a vevőkészülék kimenő fokozatával, az adóimpulzussal szinkronizált időrendben.
A 10 voltaméter közös anóddal egy üvegedényben van összeépítve, s az adás és vétel kapcsolásait egy forgó kapcsoló végzi. A kapcsoló forgásideje 3 másodperc.

Így mindegyik voltaméter az adóimpulzus után meghatározott időpontban kerül bekapcsolásra. Az időskála így definiálva van. A jel, mely a Holdról visszajön, mindig ugyanarra a voltaméterre esik, s ott összegezést nyer. Ugyanabban a voltaméterben a zaj (áramingadozás) pozitív és negatív előjelű, tehát statisztikusan átlagolódik. A többi voltaméter csupán a zajt észleli, így a kísérlet zéró-vonalát adja, melynek statisztikus ingadozása a kísérlet zajának mértéke.

A valószínűségszámitás szerint N impulzus vétele esetén a zaj sqrt(N)-szeresen növekszik. A jel ezzel szemben lineárisan nő, azaz N- szeres lesz. Így N kísérlet összegeként a jel/zaj viszonya sqrt(N)-szeresen javul.
Tehát 1000 impulzus észlelése közben (50 percig tartó kísérlet) a vevőkészülék eredeti, egy tized jel/zaj viszonya 30-szorosan javul, azaz a jel mérhető módon a zavarnívó fölé emelkedik. A jel összegzésének és a zaj relatív csökkentésének ezen módszere ma már általános a radarcsillagászatban.

Az elvek tisztázása után hozzákezdtek a voltaméter-kísérletekhez Budincsevits Andor tervei alapján. Ugyancsak ő tervezte meg a forgó kapcsolót is.

A nógrádi kísérletek

Mivel a háború, a német megszállás az országra bombatámadásokat hozott, ezért a Honvédelmi Minisztérium 1944 júniusában a Bay-csoportot Nógrádverőcén egy panzióban szállásolta el, melynek kertjében felállították az ágyútalpra szerelt reflektort.

A nyár folyamán jól haladt az adó és vevő készülékek kifinomítása és a földi radarhoz szükséges katódsugár-körök kifejlesztése. Így augusztus végén, szeptember elején néhány aktuális, Hold felé irányított adást próbálhattak ki a fizikusok. Ezek sikertelenek maradtak, mivel az összes készülék nem volt képes 50 percig zavartalanul dolgozni. Elég volt ha csak az egyik nem működött jól, a kísérlet máris elakadt, és persze az is baj volt, hogy nem volt kielégítő az áramszolgáltatás.

Szeptember végén a hadvezetőség visszarendelte a laboratóriumot Újpestre. A nyilas uralom miatt pedig már komoly munkát sem lehetett végezni.

Az újabb Holdvisszhang-próbálkozások

A bombázások megszűntével a csoport tagjai visszaszállingóztak, s 1945 februárjának végén újrakezdhették a holdradar felállítását. De hamarosan az Egyesült Izzó leszerelésre került, és így a kísérlet eszközei is elvesztek.

1945 nyarán hozzákezdtek egy új radarkészülék tervezéséhez.
A félméteres hullámhosszon dolgozó berendezés tervét el kellett vetniük, mert sem a mikrohullámú csövek, sem a parabola-reflektorok nem álltak többé rendelkezésükre. Sikerült szerezni egy hadi felderítésre szolgáló radart, mely 2.5 méteres hullámhosszon dolgozott. Ez viszont 25-szörös veszteséget jelentett 5-szörösen nagyobb hullámhossza miatt. De ezt a veszteséget részben ki lehetett egyenlíteni nagyobb antennafelület alkalmazásával. E kis korrekcióval már úgy vélték, sikerülni fog a kísérlet.

A sikeres kísérletek

Készítettek egy 6x8 cm2 kiterjedésű vaskeretet, mely masszív forgó állványon van elhelyezve, úgy, hogy magassági szöge is változtatható.
A kereten 36 dipólantenna foglalt helyet. A radart a Kutató Laboratórium tetején, a műszereket pedig a labor 2. emeletén a radar alatti két szobában helyezték el. Az egyik szobában elektromosan árnyékolt ketrecben tartották a berendezés legérzékenyebb részét: a vevő végerősitő fokozatait és a voltamétereket a forgó kapcsolóval.

Föld-Hold radar vázlati rajza

Az adóimpulzus időtartama a forgó kapcsoló által szabályozva 0.06 sec, a csúcsteljesitmény 3-4 kW volt. Az impulzus 3 másodpercenként ismétlődött. Az időskálát a váltóáram 50 periódusára alapított szinkron motor adta.
A vevő nagyfrekvenciás részének sávszélessége 200 kHz, mely elegendő nagy, hogy az adó frekvenciaingadozásait átfogja. A detektálás utáni körök effektív sávszélessége kb. 20 Hz, ami elegendő ahhoz, hogy az adóimpulzus Fourier-sprektrumait átfogja.

A forgó kapcsoló vezérelte az adóimpulzusok kibocsátását, utána az egyes voltamétereknek sorrendben a vevő kimenő fokozatára kapcsolását. Emellett a forgó kapcsoló immunizálta a vevőt arra az időre, míg a nagy adási energia feszültségi hullámokat nem hoz létre a környezetben, melyek az egyes körök munkapontjait nem kívánt hosszú időre elláthatnák. A forgó kapcsoló ezt a műveletet külön beépített szegmensekkel és mágneses relékkel végezte.

A berendezés 1945 december végére összeállt, s a kísérletek megindulhattak. Közben a kutatócsoport lelkes fiatalokkal bővült, s visszatért Simonyi Károly is a hadifogságból. A kísérletek főleg éjszaka folytak, mert az Elektromos Izzó napközben elektromosan bezavart.
Az antenna irányát állandóan korrigálták, a szabadsághegyi Csillagda adatai alapján számították ki a Hold égi koordinátáit. Minden kísérlet 30-50 percig tartott, melyet egy vakpróba egészített ki. Ez azt jelentette, hogy nem a Hold felé irányították a radart. A kísérleteket Papp György, Simonyi Károly vezetésével Pócza Jenő, Bodó Zalán, Csiki Jenő, Tary László, Takács Lajos, Horváth Tibor és Bay Zoltán végezték. Sok kísérlet fulladt kudarcba amiatt, mert nehéz volt a berendezés különálló részeinek zavartalan együttműködését biztositani.

Föld-Hold radar teszt

Január vége felé egyre bíztatóbb kísérletsorozatokat kaptak, s végül február 6-án jutottak el odáig, hogy a jelösszegzés a jelet a zavarnívó fölé emelte.

A vakkísérletek mellett Papp György egy ellenőrző eljárást is kidolgozott, melyet műholdnak nevezett. Az erősítő végfokozatára ismert, a zaj egységeiben kalibrált jelet vitt rá, mely egy kiválasztott voltaméterre került. A jel az összegzés után úgy jelentkezett, mint egy Holdról visszavert jel. Ilyen mérések azt mutatták, hogy a Holdról visszajövő jel (összegzés nélkül) az erősítő zajának kb. egytizede, ami megfelelt a várakozásoknak.

A kísérleteket 1946 tavaszán többször megismételve arra a következtetésekre jutottak, hogy:

- a 2.5 méter hullámhosszú jelek kijutnak a világűrbe

- a Hold reflektáló (visszaverő) képessége r=1/10 nagyságrendben van.

Néhány héttel azelőtt, hogy a kísérlet sikerét biztosra vették volna, egy hír látott napvilágot. 1946. január 10-én John H. DeWitt amerikai ezredes vezetésével sikeres holdradar-kísérletet hajtottak végre New Jerseyben.
A kísérlet részletes ismertetését idehaza is olvashatták Bay Zoltánék, és rá kellett jönniük, hogy bizony az ő berendezéseik kicsit el vannak maradva az amerikaiakétól. Nem elég, hogy sokkal bonyolultabb és kifejlettebb volt, de még a Hold-Föld relatív mozgásából származó Doppler-effektust is ki tudta egyenlíteni, és egyben biztosítani tudta a frekvencia állandóságát.

A Bay-csoport 1946. február 6-án 2,5 méteres hullámhosszon radar-visszhangot fogott fel a Holdról. Még aznap bejelentették Budapesten a sajtónak, hogy Bay Zoltán és csoportja a Tungsram laboratóriumában sikeresen elérte radarjeleivel a Holdat, s a visszavert jelek beérkezését saját készítésű jelösszegző készülékével minden kétséget kizáróan igazolta.

A következő évben Bay Zoltán az USA-ban járva meglátogatta a radarkísérleteket végző laboratóriumot. Látva a fejlett, költséges berendezéseket, rájött, ezekkel nem lehet versenyezni s elállt a további kísérletek folytatásától. Annak ellenére, hogy Szentgyörgyi Albert próbálta rábeszélni a folytatásra, hisz tervét a Természettudományi Akadémia is támogatta volna. A terv szerint egy óriási antennafelületet lehetne nyerni, ha a földbe üreget ásunk és a gödör felületét fémhálóval vagy fémlemezzel burkoljuk. Ma már kivitelezték ezt az ötletet, a világ legnagyobb mikrohullámú reflektora, a 300 méteres Arecibo-tányér Puerto Ricoban található.

A radarcsillagászat

Bár sem a Bay-csoport, sem az amerikaiak nem folytatták a Földről kívülre irányuló radar-kísérleteket, de ezen kísérletek hatására óriási fejlődésnek indult egy új ág a csillagászatban, a radarcsillagászat. Nagy csillagászati radarberendezések épültek a világ több országában (USA, Anglia. Ausztrália, Szovjetunió, Kanada)

Az amerikai és a magyar Hold-kísérlettel kezdődött el az aktív csillagászat korszaka. A NASA Történeti Osztálya 1996-ban kiadta a planetáris rádiócsillagászat krónikáját "To See the Unseen" címmel. A könyv legelső két mondata így hangzik: "1946-ban az Egyesült Államok és Magyarország kutatói elsőként figyelték meg radarhullámok visszaverődését a Holdról. Ezek a kísérletek jelentették a Naprendszer radarral történő kutatásának kezdetét."

1.	Fotoelektron-sokszorozó
2.	Föld-Hold radar

3.	Új méter definíció

Kapcsolódó linkjeink:

Neumann János

Szent-Györgyi Albert

Az oldalak megtekintéséhez minimum 800x600-as felbontásra és 16bit-es színmélységre
van szükség !
Ajánlott felbontás
1024x768 pixel
24bit-es színmélység!

Támogatott
böngésző típusok:
IE , NS, Mozilla, Opera