Bay Zoltán és csapata megradarozta a Holdat

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 az Egyesült Izzó Bay Zoltán és munkatársai rendelkezésére bocsátotta kutatólaboratóriumát a mikrohullámú kísérletekhez. 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 tanársegéde, Papp György és Simonyi Károly, valamint két mérnök, Winter Ernő (a mikrohullámú csövek kifejlesztését végezte) és Dallos György (aki 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 alkalmazott centi- és deciméteres nagyságrendűekkel. Winter Ernő és Budincsevits Andor a félméteres hullámok keltésére létrehoztak egy triódás adócsövet, 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 visszaverődése révén véghezvitt távolságmérés elve már az 1920-as évek óta ismeretes volt az ionoszféra-kutatásban.
Kétféle elvet alkalmaztak:
Az egyik az impulzus-módszer (Breit és Tuve, 1926):
Szabályos időközökben rövid időtartamú impulzusokat küldenek ki. A visszavert impulzusok bizonyos időkéséssel érkeznek vissza. A fénysebesség, valamint a kibocsátás meg a visszaérkezés közötti időeltérés alapján kiszámítható az akadály távolsága.
A frekvencia-moduláció módszerének (Appleton és Barnett, 1925) lényege az, hogy megfelelően modulált rezgéseket bocsátanak ki, melyek az akadálytól visszaverődve a kimenő frekvenciához képest bizonyos lebegést mutatnak. Ennek mérésével meghatározható az akadály távolsága.

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 épített 1-2 kilowatt csúcsteljesítménnyel. Így félévvel a munka elkezdése után már észlelhették az első radar-jeleket. A rádiólokátor mai elnevezése: radar (Radio Detection and Ranging).

1943 folyamán további fejlesztések is történtek:
- adókészülék a mikrohullámú rezgőkörökkel (Szepesi Zoltán)
- impulzusgenerátor (Papp György, Sólyi Antal, Magó Kálmán)
- adócső és keverő diódák (Winter Ernő, Budincsevits Andor)
- vevőkészülék (Dallos György)
- katódsugárcső áramkörei (Papp György, Magó Kálmán)
- parabolikus reflektor és az iránymérés (Simonyi Károly)

Mivel a fejlesztések igen előrehaladottak voltak, 1944 elején szóba kerülhetett egy mikrohullámú radar-típus gyakorlati kialakítása. 1944 márciusának elején Bay Zoltán, Papp György és Simonyi Károly hozzákezdtek a részletes Holdradar-számításokhoz.
Viszont a Hold túl messze van, kb. 400 ezer km-re, ami nagyban 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.
Két kérdés merült fel:
1. Kijutnak-e a mikrohullámok a világűrbe?
2. Mekkora a Hold visszaverő képessége ( r ) mikrohullámok esetében?
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. Továbbá, 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 másoddperc, 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, hogy legyen…

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 végerősítő fokozatait és a voltamétereket a forgó kapcsolóval…
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 biztosítani.
Január vége felé egyre biztatóbb 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."