전파를 이용하여 물체를 탐지 및 측정하는 레이더

 

전파를 이용해서 목표물의 방향, 위치, 크기를 알아내는 전자장치

레이더는 사람 눈에 보이지 않을 정도로 멀리 떨어져 있는 물체의 방향, 거리, 높이, 속력을 알아낸다. 또한 곤충같이 작은 물체에서 산처럼 거대한 물체까지 찾을 수 있으며 날씨가 흐릴 때나 밤에도 잘 작동한다. 레이더는 다양하게 활용된다. 비행사는 레이더의 도움으로 혼잡한 공항에 안전하게 착륙하고 항해사들은 기상이 나쁠 때 레이더에 의지해서 다른 선박이나 암초 따위를 피한다. 레이더로 적의 비행기나 미사일의 기습공격을 감시하고 다가올 폭풍의 경로를 추적해서 일기예보를 할 수도 있다. 또 과학자들은 지구 대기권 상층부를 연구하거나 다른 행성과 위성들을 조사할 때 레이더를 사용한다. '레이더'라는 말은 '전파탐지와 거리측정'이라는 영문자의 첫 자를 따서 만들었다. 레이더는 대부분 전파를 발사해서 물체에서 반사된 전파를 수신한다. 반사파가 돌아오는 시간을 측정하면 물체와의 거리를 알 수 있고 거리와 반사파가 오는 방향을 알면 물체의 위치를 알 수 있다. 레이더 장치의 크기와 모양은 다양하지만 기본 구성은 비슷하다. 모든 레이더에는 레이더파를 만드는 송신기와 이 레이더파를 내보내는 안테나가 있다. 대개 레이더의 송신안테나는 수신 안테나 구실도 한다. 반사파는 보통 '에코'라고 부르며 수신기에서 증폭되어 레이더 화면에 나타난다. 레이더 화면은 텔레비전 화면과 비슷하지만 대게 원형이고 에코는 화면에 점이나 관찰된 물체의 모양으로 나타난다.

 

비행, 항해 등 다양한 레이더의 사용

(1) 비행: 공항 관제탑과 비행기, 양쪽이 함께 레이더를 사용해서 비행기가 안전하게 비행하도록 돕는다. 공항 주위의 항공교통은 아주 혼잡하다. 모든 공항에서는 숙련된 항공관제사가 레이더로 계속되는 비행기의 이착률을 통제한다. 레이더 화면에는 공항 주면 80km 안에 있는 모든 비행기의 위치가 표시된다. 항공관제사는 이 정보로 조종사들이 다른 비행기와 충돌하지 않고 가장 안전한 경로로 비행하도록 지시한다. 기상 조건이 나빠서 조종사가 안내등과 활주로를 잘 볼 수 없을 때에도 관제사들이 레이더를 이용해서 비행기가 안전하게 착륙하도록 유도한다. (2) 항해: 레이더는 작은 유람선에서 거대한 유조선까지 여러 가지 선박의 항해를 돕는다. 안개가 시야를 가릴 때도 레이더로 다른 배, 암초, 빙하 따위의 위치를 알 수 있어서 충돌을 피할 수 있다. 배가 해안 가까이 있을 때는 특수한 반사 부표나 섬에서 반사되는 레이더파를 수신해 정확한 배의 위치를 알 수 있다. (3) 군사: 레이더는 대공 방어, 미사일 방어, 우저 정찰, 정보 수집, 궤도 추적, 무기 통제 따위 여러 가지 군사 목적으로 사용된다. (4) 교통량과 속도 통제: 몇몇 나라에서는 경찰이 거리와 고속도로에서 속도위반 차량을 가려내려고 레이더를 사용한다. (5) 기상 관측과 예보: 레이더는 좁은 지역의 일기예보에 아주 중요한 기능을 한다. 레이더의 반사파는 400km 상공에 더 있는 구름 속의 빗방울과 얼음 입자를 탐지할 수 있다. 대개 반사파의 세기는 다가오는 폭풍의 형태를 보여주는데 반사파가 강하면 우박을 동반한 폭풍이 온다. 레이더 반사파로 폭풍의 방향과 속력도 알 수 있다. (6) 과학 탐사 과학자들은 레이더로 여러 가지 연구를 하는데 지구 상층 대기를 연구할 때는 고출력 레이더를 사용한다. 100km 이상 높이의 상층 대기에는 전파를 반사하는 공기층인 전리층이 있다. 전리층에서는 강한 태양광선이 공기 분자를 전기를 띠는 전자와 이온으로 분리시킨다. 그 결과 전리층에서 전파가 반사되어 지상에서 레이더로 전리층을 관측할 수 있다. (7) 우주여행: 첫째 단계는 무인 우주선이나 우주인 우주선을 지구궤도에 진입시키는 일이다. 우주선을 발사하는 동안 지상관제센터에서는 지상 레이더를 비롯한 여러 전파 장치로 우주선을 추적하고 우주선이 궤도에 진입하는 순간의 궤도 크기와 모양을 측정한다.

 

모양과 목적이 다양하지만, 작동원리는 같은 레이더

레이더는 대개 전자기파의 형태로 레이더파를 보낸다. 전자기파는 전기에너지와 자기 에너지가 서로 직각을 이루며 진행하는 파동이다. 레이더 파는 전파일 수도 있고 광파일 수도 있다. 레이더는 대부분 전파를 보내지만 광학 레이더나 레이저 레이더는 광파를 보낸다. 레이더에서 쏘아 보낸 전파는 물체에 부딪쳐서 반사되고 반사된 레이더파의 일부가 레이더로 되돌아간다. 이것은 메아리의 원리와 비슷한데 메아리는 음파가 반상 되는 현상이고 레이더는 전파나 광파가 반사되는 것이다. 레이더가 보내는 전파는 일정한 주파수를 갖는다. 레이더파의 주파수 단위는 대개 메가헤르츠(MHz)로 나타내는데 1 MHz는 백만 헤르츠(Hz)와 같다. 전파는 광파보다 주파수가 낮은데 전파 레이더는 대개 3~3000,000 MHz의 주파수를 보냈지만 광학 레이더 중에는 이보다 훨씬 높은 주파수인 십억 메가헤르츠의 광파를 보내는 것도 있다.