En souvenir du laboratoire de rayonnement du MIT

À la fin des années 80, notre société a réussi à se procurer la série complète de 28 volumes du MIT Radiation Laboratory (Rad Lab), publiée en 1947, pour la bibliothèque de la société. Pour moi, ces livres étaient intéressants parce que j’aime l’histoire et la technologie ancienne, mais je ne comprenais pas pourquoi tout le monde était si excité par l’acquisition. Seul un bref aperçu des volumes révélerait que les « circuits » décrits dans ces livres utilisaient des tubes à vide et leurs « ordinateurs » étaient constitués de liaisons mécaniques. C’était dans les années 1980 et nous travaillions avec des radars modernes et des systèmes de communication utilisant des semi-conducteurs, des circuits intégrés et des ordinateurs numériques. Comment ces vieux livres moisis pourraient-ils être d’une quelconque utilité pratique ? À ma grande surprise, il s’est avéré qu’en effet ils le pouvaient, et j’ai fini par apprécier l’excitation. J’en ai même utilisé plusieurs moi-même au fil des ans.

Laboratoire de rayonnement ? Radar nucléaire ?

Dans les années qui ont précédé la Seconde Guerre mondiale, l’idée d’une organisation civile de scientifiques qui fonctionnerait indépendamment des bureaucraties militaires et gouvernementales était défendue par le Dr Vannevar Bush. Les militaires et les scientifiques n’avaient pas bien travaillé ensemble pendant la première guerre mondiale, et il semblait que la science et la technologie joueraient un rôle beaucoup plus important à l’avenir.

Il semblait certain que l’Amérique finirait par entrer dans le conflit, et le Dr Bush et d’autres pensaient qu’un nouveau cadre organisationnel s’imposait. À cette fin, le Comité de recherche sur la défense nationale (NDRC), qui devint plus tard le Bureau de la recherche scientifique et du développement (OSRD), fut présenté au président Roosevelt et il l’approuva en juin 1940.

Presque immédiatement, un cadeau tomba sur les genoux de la nouvelle organisation – la mission Tizard qui arriva dans les États du Royaume-Uni en septembre 1940. Ils apportèrent un véritable coffre au trésor d’innovations techniques des Britanniques, qui espéraient que la coopération de l’industrie américaine pourrait aider ils survivent à ce qui ressemblait à une invasion certaine et imminente. L’un de ces trésors était le magnétron à cavité, dont notre propre Dan Maloney a parlé il y a quelques années.

En quelques semaines, sous la direction du jeune Gallois « Taffy » Bowen, ils avaient revu la conception et rassemblé l’équipement nécessaire pour le mettre en marche. Une alimentation d’anode de 10 kV et un électroaimant de 1 500 gauss ont été achetés, et les scientifiques se sont réunis aux Bell Radio Laboratories à Whippany New Jersey le dimanche 6 octobre 1940. Ils ont alimenté le magnétron à cavité et ont été époustouflés par les résultats – plus de 10 kW de RF à 3 GHz (10 cm) à partir de quelque chose de la taille d’une barre de savon.

Une vague d’activités s’est ensuivie et le laboratoire de rayonnement a été officiellement créé le 25 octobre, situé au MIT et opérant sous l’égide de la NDRC. Le nom allait être Microwave Laboratory, mais il a été changé en Radiation Laboratory à la place pour induire en erreur les regards indiscrets quant à l’objet de leurs recherches. À cette époque, les laboratoires de recherche sur les rayonnements, comme le Berkeley Radiation Laboratory du lauréat du prix Nobel Ernest Lawrence, avaient une portée purement scientifique sans importance en temps de guerre.

La poussée pour réduire les longueurs d’onde

Pourquoi tout ce remue-ménage ? Bien que les systèmes radar aient été peu utilisés à cette époque, ils fonctionnaient tous dans la bande VHF. Les ingénieurs de l’époque connaissaient la bande de fréquences VHF et disposaient donc des outils de conception et des composants nécessaires pour construire des unités de travail. À la fin des années 1930, les Britanniques avaient construit une vaste gamme de stations radar de défense côtière appelée Chain Home, dont le fonctionnement chevauchait HF et VHF. Depuis le début de la guerre en septembre 1939, certaines faiblesses du système étaient apparues. Le système Chain Home Low à 200 MHz a répondu à certaines de ces préoccupations, mais les longueurs d’onde plus courtes du radar centimétrique (dans la région SHF) promettaient de réels avantages. Par exemple, les antennes pourraient être plus petites, des objets plus petits pourraient être détectés et localisés avec une meilleure précision. Mais il n’y avait aucun moyen de générer la puissance d’émission nécessaire jusqu’à l’introduction du magnétron à cavité.

Parallèlement au magnétron à cavité lui-même, les Britanniques ont présenté à leurs homologues américains une liste de priorités. Ils avaient immédiatement besoin de trois types de radar : (1) l’interception aérienne, (2) la direction des tirs antiaériens et (3) la navigation à longue portée des bombardiers. Le Rad Lab a accepté et a immédiatement lancé trois programmes de crash correspondants.

Projet 1 : Radar d’interception aéroporté

En trois mois, l’équipe a fait fonctionner son prototype de radar aéroporté de 10 cm. Construit dans le plus pur style hacker, il remplissait tout un toit et était bricolé avec tout ce sur quoi ils pouvaient mettre la main. Début janvier, ils disposaient d’un système fonctionnel avec deux antennes, et en février, ils avaient résolu le problème du commutateur émission-réception et démontré le succès du suivi des aéronefs en utilisant seulement «un œil». En mars, ils avaient réduit le prototype tentaculaire en quelque chose qui pouvait être installé dans un avion. Lors de son premier vol d’essai, l’équipage a démontré une détection air-air et, sur un coup de tête, a essayé et réussi à détecter des navires et des sous-marins.

Projet 2 : Radar de canon anti-aérien

Ce projet battait son plein au début de 1941. Les idées originales présentées par les Britanniques, en fait le fonctionnement des systèmes VHF existants, étaient entièrement manuelles. Le radar trouverait les avions, mais les gens dirigeaient les antennes et tiraient les canons – en gros un projecteur vraiment amélioré. Mais les scientifiques de Rad Lab pensaient qu’ils pouvaient faire mieux en automatisant l’ensemble du processus. Ils ont prouvé que les opposants avaient tort et, en mai 1941, un radar fonctionnait qui pouvait automatiquement suivre les avions et pointer une caméra vers l’avion. Bell Labs a développé un ordinateur de contrôle de tir analogique, et un système fonctionnel a été achevé en avril 1942 (radar SCR-584).

Projet 3 : Navigation longue portée

Le développement du projet de navigation à longue portée, ou LORAN, a commencé tout de suite. La première paire de stations était en construction au printemps. LORAN était le seul projet Rad Lab à ne pas utiliser de micro-ondes. Au lieu de cela, il fonctionnait autour de 2 MHz et était utilisé pour guider les avions et les navires. LORAN et ses successeurs ont continué à être utilisés aux États-Unis jusqu’en 2010 et en Europe jusqu’en 2015.

Ce ne sont que les trois premiers projets. À la fin de la guerre, le Rad Lab avait également développé et contribué à de nombreuses autres nouvelles applications radar, y compris de nouveaux systèmes à 3 cm et 1 cm.

Environnement de travail

Le Rad Lab avait besoin de personnel rapidement et a commencé à recruter des physiciens et des ingénieurs dans les universités du pays. De l’avis de tous, c’était un excellent endroit pour travailler. Il y avait un libre échange d’idées, l’excitation de repousser les nouvelles limites de l’ingénierie et de la physique. Des décennies avant les modems et les systèmes BBS, Internet ou notre propre chat hebdomadaire Hackaday, le personnel de Rad Lab avait des conférences hebdomadaires par télétype avec ses collègues du monde entier.

Le Laboratoire n’a jamais adhéré à un organigramme rigide, basé sur une soi-disant logique ou fonction préconçue ; l’organisation s’est plutôt construite autour des hommes disponibles. [The policy was to] libérer les scientifiques de tout contrôle non scientifique. Au cours des deux dernières années, le Laboratoire a commencé à être davantage contrôlé par des éléments non scientifiques. Mais cela est arrivé trop tard pour frustrer des aspects importants du programme. Lee Alvin DuBridge, directeur fondateur du Rad Lab

L’urgence toujours présente de la guerre pèserait toujours sur les décisions. Toute personne proposant une nouvelle idée serait toujours interpellée par le réalisateur associé II Rabi avec la question suivante : « Combien d’Allemands va-t-elle tuer ? ». [Ed Note: Different times!]

Héritage

En plus de réussir les trois premiers projets, le Rad Lab a continué à contribuer et à étendre les applications du radar. Ces projets comprenaient des systèmes d’atterrissage à micro-ondes, des radars de chasse sous-marins, des contre-mesures électroniques et des contre-contre-mesures, l’identification ami ou ennemi (IFF), un radar d’alerte précoce et des radars à fusée obus, entre autres. À son apogée, le Rad Lab employait plus de 3 000 travailleurs, dont plusieurs futurs lauréats du prix Nobel, dont II Rabi (Physique 1944) et Ed Purcell (Physique, 1952) pour des découvertes concernant la résonance magnétique nucléaire.

L’une des structures temporaires construites pour abriter le laboratoire tentaculaire en 1943 s’appelait simplement le bâtiment 20 et est devenue une légende en soi pendant des décennies. Étant de construction temporaire, les gens ne se souciaient pas de percer des trous dans les murs pour faire passer les câbles. On dit que 20% de tous les physiciens américains ont travaillé dans le bâtiment 20 à un moment ou à un autre et ont gagné le nom de « The Magic Incubator ». Il a finalement été démoli en 1998 pour faire place à un complexe universitaire moderne.

Une encyclopédie du savoir

Une fois la guerre terminée, le Rad Lab a fermé ses portes le 31 décembre 1945. Une dernière tâche consistait à documenter le travail effectué au cours des cinq années d’exploitation. Le directeur adjoint Louis Ridenour a dirigé la tâche, demandant aux scientifiques de documenter leur travail avant de reprendre une vie normale. Le résultat a été un ensemble de 28 volumes, y compris l’index.

Au cours de mes années de travail avec les systèmes radar, nous avons régulièrement utilisé certains de ces livres. Il ne serait pas rare d’entendre quelqu’un crier dans le couloir, « Qui a volé Silver sur mon bureau hier soir ? » — Samuel Silver était l’auteur du livre sur les antennes, volume 12. J’ai utilisé un peu le Waveguide Handbook de Marcuvitz, volume 10. Et lorsqu’il a été affecté à un projet utilisant des calculs de temps de vol, j’ai beaucoup appris du livre LORAN.

Dans les années 2020, certains de ces volumes sont-ils encore importants ? Je dirais que les textes théoriques sont toujours valables, mais il y a probablement plein d’autres textes, plus modernes, plus facilement accessibles. Pour les amateurs de circuits rétro, ces livres contiennent de nombreux exemples de conceptions de tubes à vide à apprendre. Et si vous aimez les ordinateurs mécaniques, le livre sur les mécanismes et les liens informatiques pourrait vous intéresser. Cette série est épuisée depuis longtemps, mais elle est disponible sur Internet Archive (lien vers le volume 1).