عصرایران؛ مجله تصویری سلاح- تا تابستان سال 1940، نزدیک به یک سال می شد که جنگ جهانی دوم آرامش را از اروپای غربی ربوده بود. طی نبرد بریتانیا (از جمله نبردهای مهم در جریان جنگ جهانی دوم که در آن نیروی هوایی آلمان نازی با بمباران مراکز صنعتی و نظامی بریتانیا قصد داشت این کشور را به اشغال خود درآورد)، هواپیماهای نظامی آلمانی نقاط مختلفی از لندن به خصوص مراکز صنعتی را بمباران و همچنین بنادر را محاصره کرده بودند. در همین حال، آمریکایی ها تمام تلاش خود را می کردند تا از جنگ رخ داده دوری کنند.

در این میان فیزیکدانی به نام Edward George Bowen که اهل ولز بود، به همراه جمعی از دانشمندان و افسران نظامی انگلیس به واشینگتن سفر کردند. گفتنی است که یک جعبه فلزی مشکی حاوی اسرار فنی مربوط به واحد تحقیق و توسعه جنگی انگلستان در آن زمان به Bowen سپرده شده بود. هدف از این سفر که رسما تحت عنوان "ماموریت فنی و علمی بریتانیا" شناخته می شد، به اشتراک گذاری اسرار مذکور با آمریکا و کانادا در جهت طراحی و ساخت سلاح های قابل استفاده و سایر تجهیزات نظامی برای تغییر سرنوشت جنگ به شمار می رفت.

بین محتویات جعبه دستگاهی عجیب و غریب وجود داشت: وسیله ای دایره ای شکل با شیارهایی در قسمت لبه ها، لوله هایی نازک و سیم هایی که از بخش انتهایی آن امتداد داشتند. این گجت که اندازه حدودی آن معادل کف دست بود، در واقع یک حفره مگنترون محسوب می شد. حفره مگنترون نوعی لوله اکترونی است که می تواند امواج مایکروویو را تقویت و یا حتی آنها را تولید کند. این روند به واسطه جریان الکترون هایی که توسط یک میدان مغناطیسی خارجی کنترل می شوند، به راه می افتد. گفته می شود که دستگاه نام برده مهم ترین وسیله در میان دیگر اقلام موجود در جعبه بریتانیا بوده است. با توجه به این موضوع، Bowen در تمام طول مدت سفر توسط افرادی ساکت و در عین حال هوشیار همراهی می شد تا در صورت هرگونه حمله ای از جانب دشمنان، اسرار جعبه به سرعت از بین برده شوند.

اما چگونه چنین دستگاه منحصر به فردی راه خود را به جعبه فلزی باز کرده بود؟ داستان حفره مگنترون به کمی پیش تر از سفر مذکور باز می گردد. واژه مگنترون که ترکیبی از دو کلمه مستقل مغناطیس و الکترون است، در سال 1921 توسط فیزیکدان آمریکایی Albert W. Hull به زبان انگلیسی وارد شد. وی از این واژه در یکی از مطالعات خود با عنوان "تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت بر حرکت الکترون ها بین سیلندرهای هم محور" استفاده کرده بود. در نهایت مگنترون اسپلیت آند Hull در قالب تقویت کننده گیرنده های رادیویی و دستگاه های تولید کننده برق نوسانی کاربرد یافت. پس از آن محققان متعددی تحقیق و آزمایش در مورد این ابراز متمایز را آغاز کردند.

بیشتر بخوانید:

تصاویری کمیاب از جنگ جهانی اول(سال 1914 الی 1916)

دو مورد از عجیب ترین تسلیحات جنگ جهانی دوم! (+تصاویر)

خواندنی هایی درباره جنگ جهانی اول: از ماسک ادرار تا راز سبیل هیتلر!(+تصاویر)

عجیب ترین تانک های تاریخ؛ از پرنده تا ضد حمله هسته ای! (+تصاویر)

طبق تاریخچه تکنولوژی مایکروویو فیزیکدان آمریکایی John Harland Bryant، تا قبل از سال 1940 بیش از 200 مقاله در زمینه مگنترون های اسپلیت آند در سراسر دنیا به چاپ رسید. برخی از آنها نحوه استفاده از اختراع Hull را شرح داده بودند و شماری دیگر متدهای موثر در راستای بهینه سازی طراحی اولیه این دانشمند. این تلاش ها سبب شد تا در سپتامبر سال 1939، دو فیزیکدان برجسته بریتانیایی یعنی جان رندال و هری بوت نیز وارد عمل شوند. آنها به دنبال راهگشایی مسیر جدیدی در حوزه مطالعات مگنترون بودند و در این جهت با هدفی اساسی دست و پنجه نرم می کردند: با توجه به بمباران هواپیماهای آلمانی بر فراز انگلستان، هر موفقیتی در حیطه توانمندی های راداری کشور، بردی مهم محسوب می شد. در زمان آغاز جنگ، بریتانیا مجهز به زنجیره ای از ایستگاه های راداری بود که در طول موج 10 تا 13 متر فعالیت داشتند و همچنین در حال آزمایش رادارهای هوایی با طول موج 1.5 متر بودند. این در حالی است که فیزیکدان انگلیسی بر عملکرد رادارها در محدوده امواج مایکروویو با طول موج 10 سانتی متر یا کمتر و حداکثر قدرت 1 کیلووات جر و بحث می کردند. چنین سیستمی می توانست وضوح تصاویر راداری را بهبود ببخشد، بستر نصب تجهیزاتی سبک تر و همینطور کوچک تر را در هواپیماها فراهم سازد و تاثیر پذیری آنها از مداخله های زمینی را کاهش دهد. مگنترون تنها کلید این ایده بود.

طی دو ماه پس از کلید خوردن اولیه مطالعات، رندال و بوت طرحی ابتدایی برای حفره مگنترون خود ارائه دادند. این طرح متشکل از قطعه ی استوانه ای و فلزی بود که داخل آن یک کاتد از طریق سوراخی مرکزی کار می کرد. آند محیطی نیز دارای یک سری حفرات متقارن بود که به صورت دایره ای در اطراف سوراخ مرکزی آرایش یافته بودند. سطح مقطع این سیستم شباهت زیادی به خان یک هفت تیر کلت داشت که به نظر می رسد الگویی برای برخی از نمونه های اولیه رندال و بوت بوده است. اساس کار این دستگاه بدین ترتیب بوده است: زمانی که نیروی کاتد تامین و میدان مغناطیسی در اطراف دستگاه ایجاد شود، نوسان بارهای الکتریکی در اطراف حفرات منتج به تابش امواج الکترومغناطیسی می شود. هر حفره فرکانس رزونانس خود را می سازد.

تا فوریه سال 1940، رندال و بوت موفق به معرفی پروتوتایپی شدند که طول موج 9.8 سانتی متر در 400 وات را نشان می داد. آنها در آوریل همان سال برای تولید نمونه های با دوام تر که بتوانند آزمایش های کامل تری پشت سر بگذارند، با شرکت خوشه ای چند میلتی جنرال الکتریک قراردادی را منعقد کردند. بیشتر پروتوتایپ ها 6 حفره داشتند اما پروتوتایپ 12 ام مجهز به 8 حفره بود. دقیقا همین پروتوتایپ آخر توسط Bowen به آمریکالی شمالی برده شد.

دولت بریتانیا در لندن در خصوص توانایی راز نگه داری آمریکایی ها دچار شک و تردید شده بود. لازم به ذكر است كه ماموريت علمي و فني بريتانيا توسط هنري تيزارد رئيس هيئت مديره كميته مشورتي هوانوردي اين كشور هدايت مي شد. وي كاملا از دستاوردهاي تكنولوژيك بريتانيا در عرصه نظامي آگاه بود اما در عين حال مي دانست كه امكان توليد صنعتي با توجه به شرايط جنگي حاكم بر كشور وجود ندارد و يا با چالش هاي بزرگي همراه خواهد بود. به همين دليل تيزارد نيز با دو مشكل اساسي رو به رو بود: نخست آن كه مي بايست وينستون چرچيل (نخست وزير بريتانيا بين سال هاي 1940 الي 1945 يعني دوران جنگ جهاني دوم و بار ديگر بين سال هاي 1951 تا 1955) را متقاعد سازد تا فناوري نام برده را به آمريكايي ها ارائه دهد و در مرحله دوم كنگره آمريكا را در راستاي همكاري با بريتانيايي ها راضي كند. از اين رو چند هفته پيش از آن كه Bowen و بقيه اعضاي هيئت همراه به آمريكا سفر كنند، تيزارد به منظور فراهم سازي مقدمات همكاري در واشينگتن مستقر شده بود.

هنري تيزارد

در ادامه مشخص شد كه جلب نظر دانشمندان آمريكايي چندان كار سختي نيز نخواهد بود، زيرا آنها به شدت از مشاهده حفره مگنترون حيرت زده شده بودند. با اين حال كمي طول كشيد تا مذاكرات لازم با دولت هاي آمريكا و كانادا براي تعيين شرايط تحقيق، توسعه، توليد و تحويل دستگاه مذكور انجام شود. بدين ترتيب كميته تحقيقات دفاعي ملي آمريكا به منظور توليد 30 نسخه از دستگاه حفره مگنترون با آزمايشگاه هاي بل (يكي از آزمايشگاه هاي علمي معروف در آمريكا كه توسط الكساندر گراهام بل تاسيس شد) قرارداد بست.

چندي نگذشته بود كه نيروهاي آلماني به عمليات سري انگليسي ها پي بردند. اين عمليات مربوط به فوريه سال 1943 مي شود، زماني كه نيروهاي بريتانيا در حال بررسي يك سيستم راداري با استفاده از حفره مگنترون بودند.

پس از اتمام جنگ تمام اسرار كنار گذاشته شد و راه براي استفاده تجاري صلح آميز از اين دستگاه باز شد. بدين ترتيب نه تنها حفره مگنترون تبديل به استاندارد راداري در صنايع حمل و نقل هوايي غير نظامي شد، بلكه به عنوان قلب اجاق هاي مايكروويو نيز در سراسر جهان فعاليت خود را آغاز كرد.

چالش ها و تاريخچه

يكي از چالش هاي اساسي در خصوص ارائه تاريخچه فناوري هايي كه براي اهداف نظامي توسعه مي يابند، اين است كه تحقيقات اوليه اغلب به صورت پنهاني انجام مي شوند. به همين دليل معمولا اطلاعات دقيقي به خصوص در دوران جنگ به دست نخواهد آمد و دانسته هاي موجود بيشتر بر اساس احتمالات هستند تا واقعيت. از طرفي آنچه كه به عنوان واقعيت به مردم خورانده مي شود نيز وابسته به داستاني است كه براي آنها تعريف خواهد شد. براي مثال اگر اولين پيش نويس داستان از جانب طرف برنده نوشته شده باشد، غرور ملي تلاش خواهد كرد جريان جنگ را به سود كشور خود تحريف كند و بدين ترتيب نمي توان با اطمينان كامل تاريخ را روايت كرد.

اين موضوع در مورد حفره مگنترون نيز صدق مي كند. زماني كه اعضاي حاضر در ماموريت علمي و فني بريتانيا اين دستگاه را در سال 1940 به آمريكا بردند، به راستي با ارزش ترين محموله ممكن پا به خاك آن كشور گذاشته بود. با وجود آن كه شواهد محكمي در راستاي تاييد اين اختراع توسط رندال و بوت وجود دارد، اما به تازگي ادعاهاي رقابتي مختلفي به دست آمده كه نشان مي دهند طي دهه هاي 1920 و 30 افراد زيادي در جهان طرح هاي متفاوتي از حفره مگنترون را آزمايش كرده اند. با توجه به اهميت اين مسئله در سال 2010 يك كنفرانس خبري اختصاصي با هدف بررسي منشا اصلي حفره مگنترون با تكيه بر مقالات دانشمندان و مهندسان اهل جمهوري چك، هلند، فرانسه، آلمان، روسيه و اوكراين برگزار شد.

با وجود آن كه رندال و بوت تصور مي كردند طرح آنها اولين نسخه از حفره مگنترون است، پژوهش هاي متعدد نشانگر اين موضوع مهم هستند كه تلاش هاي بيشماري در اين حيطه صورت گرفته بود و اگر بخواهيم به اولين پيشگام آن اشاره كنيم، بايد از آرتور لی سمیوئل (از رهبران هوش مصنوعي و عضو آزمايشگاه هاي بل) نام ببريم. وي موفق شد در سال 1934 مگنترون چهار حفره خود را ثبت اختراع كند. اما تنها مشكلي كه با طرح وي وجود داشت، عدم برخورداري آن از ويژگي هاي عملياتي مطلوب و مورد انتظار بود.

در ادامه تلاش هاي مذكور، دو دانشمند ديگر به نام هاي N.F. Alekseev و D.D. Malairov نيز در سال 1937 اقدام به ساخت مگنترون چند حفره اي كردند. اما اين اتفاق تا سال 1940 در خارج از اتحاد جماهير شوروي ناشناخته باقي ماند. مورد بعدي هم مربوط به دانشمندان ژاپني و موفقيت آنها در طراحي مگنترون هشت حفره اي در سال 1939 مي شود كه البته به علت كمبود مواد اوليه توليد آن با مشكل رو به رو شد. در واقع حفره مگنترون نمونه اي كامل است كه چگونگي پيوند دقيق تكنولوژي و ديپلماسي را نشان مي دهد. علاوه بر اين با مطالعه تاريخچه دستگاه مورد بحث مي توان دريافت كه در نهايت جزئيات هيچ سفري حتي فناوري هاي نظامي در تمامي دوران ها پنهان نخواهد ماند و روزي فاش خواهد شد. حفره مگنترون رندال و بوت نيز از اين قاعده مستثني نبود.

مطالب مجله تصویری سلاح را در این لینک دنبال کنید.