Radar per aerei: l’effetto Doppler nel traffico aereo
Il radar di controllo del traffico aereo visualizza le posizioni momentanee degli aerei sugli schermi delle torri di controllo. L’effetto Doppler può essere anche usato per calcolarne la velocità, questo fatto allo stesso tempo permette anche di non visualizzare oggetti immobili come edifici o colline. (Soppressione del bersaglio fisso)
In un radar omnidirezionale, per esempio, le onde di una lunghezza d’onda nella gamma dei centimetri sono emesse mille volte al secondo per la durata di un microsecondo. Quanto viaggiano le onde radio in un millesimo di secondo? In un secondo 300.000 km, in un millesimo di secondo quindi 300 km.
Per un’eco a 1000 impulsi/s, un oggetto deve quindi essere a meno di 150 km di distanza, perché le onde radio devono percorrere i percorsi di andata e ritorno, e c’è appena un millesimo di secondo per poterlo fare.
Principio di funzionamento del VOR Doppler
Il VOR Doppler (pronunciato vi-ou-ar) è un segnalatore rotante particolarmente preciso per il traffico aereo. Può essere paragonato a un faro per le navi:
Nel caso del faro, un riflettore ruota con un certo periodo di rotazione (frequenza) ed in più lampeggia quando il riflettore punta a nord. Si può identificare un faro particolare dalla sua frequenza. Dal confronto temporale tra il “segno del nord” e l’illuminazione del faro, il navigatore sulla nave può determinare in quale direzione rispetto al faro si trova la nave. Dalla luminosità si può stimare la distanza e, insieme alla direzione di navigazione, si può dedurre la rotta della nave.
Un VOR Doppler genera un raggio radio rotante nella gamma di frequenza superiore a 100 MHz e un segnale omnidirezionale quando passa attraverso la direzione nord. Questo dà la direzione esatta della stazione VOR.
Inoltre, l’aereo invia un segnale a cui viene risposto dalla stazione a terra. La distanza è determinata dalla durata temporale fino alla ricezione dell’eco e la velocità dallo spostamento di frequenza dovuto all’effetto Doppler (metodo DME). Tutti i dati importanti per la navigazione (controllo) dell’aereo sono così noti.
Velocità supersonica: effetto Doppler estremo
L’allievo di Doppler, Ernst Mach, studiò il volo alla velocità del suono (340m/s = 1 Mach, circa 1200 km/h):
L’aereo, che si muove rispetto all’aria, “spinge” l’onda sonora nella direzione del volo. Quando l’aereo si avvicina alla velocità del suono, il fronte d’onda davanti all’aereo si condensa nel cosiddetto “cono di Mach” (“barriera del suono”). Quando l’aereo supera la velocità del suono, sfonda la barriera del suono e un forte botto può essere sentito per chilometri.
Se un aereo vola più veloce di 1 Mach, cioè a velocità supersonica, si può sentire solo quando è già passato. Anche un proiettile viaggia più veloce del suono (500 … 800 m/s).
Gli aerei commerciali volano fino a circa 0,8 Mach di velocità, quelli militari fino a 2 o 3 Mach.
