A Nobel-díjas, aki komoly háborús veszteséget okozott a németeknek

Német 150 mm-es tábori löveg az első világháború idejéből

William Lawrence Bragg minden idők legfiatalabb fizikai Nobel-díjasaként 1915-ben kapta meg a legnagyobb tudományos elismerést a röntgendiffrakció kutatásáért. Kevesebben tudják, hogy Bragg egy katonai kitüntetést is begyűjtött a háborúban annak kidolgozásáért, hogyan lehet a lövéshangok alapján betájolni az ellenséget.

Egy csillagász és egy orvoskutató száll be a német tüzérség elleni harcba

Az I. világháború alatt az akkor még huszonéves ausztrál-brit fizikus, William Lawrence Bragg egy mérnökcsapat élén akusztikus módszert fejlesztett ki az ellenséges tüzérség helyének meghatározására.

Skoda M11 Mörser mozsárágyú az olasz fronton, az első világháború idején Forrás: Fortepan/Vogl Elemér

A hangtájolásként ismertté vált metódus annyira sikeres lett, hogy rövidesen az egész brit hadsereg alkalmazta, sőt, az Egyesült Államok 1917-ben történt hadba szállása után az amerikai haderő is átvette.

William Lawrence Bragg 1915-ben Forrás: Wikimedia Commons

Így nyerte el a fronton (szerencsére) sohasem szolgált Bragg a brit fegyveres erők kitüntetését. Az ötlet lényege az volt, hogy a tüzérségi lövések hangjai különböző helyekre különböző időpontokban érkeznek be, és az időkülönbségekből pontosan ki lehet kalkulálni a lövés forrását.

Német katonavonat indul a frontra, 1914 augusztusában Forrás: Bundesarchiv

Az idea kidolgozásának először két párizsi tudós, Charles Nordmann csillagász és Lucien Bull orvoskutató állt neki 1914-ben; Bull egyébként ekkortájt épp a szívverés rögzítésén fáradozott.

Charles Nordmann francia csillagász Forrás: Wikimedia Commons

A páros már kísérleteket folytatott a Párizs melletti erdőkben, amikor az ausztrál születésű Bragget a brit lovasságtól átrendelték, hogy idejét ennek a problémának szentelje.

Bámulatos problémamegoldók voltak

Az elkövetkező években Bragg remek emberekkel vette körül magát, és csoportjával együtt addig a pontig tökéletesítették a technikát, amíg az ellenséges tűz forrását immár 10 méteres pontossággal be tudták tájolni.

Bámulatos újítók és problémamegoldók voltak"

– szól elismeréssel nagy elődjeiről Dan Costley, az Amerikai Akusztikai Társaság (Acoustical Society of America, ASA) munkatársa, aki az ASA 177. nagygyűlésén, Louisville-ben tartott előadást Bragg munkájáról.

A Nobel-díjas Bragg idősebb korában Forrás: Wikimedia Commons

Kreatív megoldásaikról szólva Costley megemlíti, hogyan alakították mikrofonná a lőszeresládákat,

amelyek rezonanciája pont alkalmas volt a tüzérségi robbanások alacsony frekvenciájú hangjának felerősítésére, és miként csomagolták a mikrofonjaikat álcázóhálóba, hogy kiszűrjék a szél zaját.

Az így összebarkácsolt Tucker-mikrofon fontos elemét alkotta a rendszernek.

Lucien Bull francia orvoskutató ugyancsak fontos szerepet játszott a módszer kifejlesztésében Forrás: Pinterest

A mikrofon az őt feltaláló William Tuckerről, a Londoni Egyetem fizikusáról kapta a nevét, aki ekkoriban Bragg csapatát erősítette.

A mikrofon lelkét a lőszeresdoboz szájára erősített fűtött platinaszál adta. Az alacsony frekvenciájú dörrenések keltette rezonancia megzavarta a szál körüli levegőt, ezáltal lehűtötte a szálat és megváltoztatta az ellenállását.

Német 150 mm-es tábori löveg az első világháború idejéből Forrás: Lovett Artillery Collection

Ez volt az az elektromos jel, amit a rendszer közvetlenül érzékelt.

A korábbi szén-alapú mikrofonokkal ellentétben a Tucker-mikrofon különbséget tudott tenni a torkolattűz hangja és a kirepülő lövedék keltette hangrobbanás között, de még a lövedék fajtáját is meg lehetett vele állapítani.

Filmkockákon rögzítették a bemért impulzusokat

A csapat másik újítása az ún. „hárfa"-galvanométer volt. A „hárfa" húrjai mágnesek közé kifeszített rézvezetékek voltak, és mindegyik húr egy-egy mikrofonnal állt kapcsolatban. A megfelelően álcázott mikrofonokat egy kilométeres sugáron belül a tér minden irányában szétterítve helyezték ki.

Sokféle"fülelő" és akusztikus eszközzel kísérleteztek az első világháborúban Forrás: Origo

Amikor a mikrofonoktól elektromos jel érkezett, a húrok a rajtuk átfutó áram és az őket körülvevő mágneses mező miatt rezgésbe jöttek.

A húrok alatt forgó filmhenger sokkal pontosabban rögzítette az egyes mikrofonokról jövő impulzusok egymáshoz viszonyított beérkezési idejét, mint az emberi megfigyelésen alapuló módszerek, amelyeket a németek egészen a háború végéig alkalmaztak.

Német első világháborús nehéztüzérségi löveg a kezelőivel Forrás: Origo

A tüzérségi támadás után alig néhány perccel már rendelkezésre állt az előhívott film,

amelynek alapján ki lehetett számítani az ellenség pontos helyét. „Valaki digitalizálta ezeket a régi filmeket, vissza lehet őket játszani, és konkrétan hallani az ágyúlövéseket" – meséli Costley.

Ma már okostelefonok végzik el azt, amit száz éve Truck mikrofonja

Az előadó szerint a csapat sikerének kulcsa Bragg tudományos irányítói képességében rejlett. A fiatal fizikus otthonról hozta az együttműködés szellemét, hiszen apjával, William Henry Bragg-gel együtt dolgozott a röntgendiffrakción, amiért kettejüket 1915-ben megosztott Nobel-díjjal jutalmazták.

William Henry Bragg a fiával együtt nyerte el a fizikai Nobel-díjat 1915-ben Forrás: Wikimedia Commons

Az ifjabb Bragg ekkor még csak 25 éves volt, s ezzel máig tartja a legfiatalabb fizikai Nobel-díjas rekordját. A történethez érdekes hozzátenni, hogyan oldják meg ugyanezt a mai katonák.

A legmodernebb technológia azt a TCAPS-nek (Tactical Communication and Protective Systems, taktikai kommunikációs- és védőrendszer) nevezett

multifunkciós fülhallgatót veszi igénybe,

amely nemcsak a harctéri kommunikációhoz használatos, de saját mikrofonjai segítségével aktív zajvédelmet is biztosít a robajjal szemben.

Ma már másként oldják meg a száz évvel ezelőtti problémát Forrás: NFR

Sébastien Hengy, a Francia-Német Kutatóintézet harci akusztika szakértője olyan okostelefonos alkalmazást fejlesztett ki, amely a TCAPS mikrofonjai által vett hangjelek értelmezésével

jelen időben lokalizálja a lövések leadóját.

Második világháborús akusztikus bemérő egység. Száz éve alatt rendkívül nagyot fejlődött a katonai technika Forrás: Origo

„Egy taktikai művelet megkezdésekor a katonák számára a legfontosabb azt megtudni, honnan érkeznek a lövések, hogy egy jármű megfelelő oldalán tudjanak fedezéket találni, vagy legalább nagyjából jófelé célozzanak. Ráadásul erre az információra nagyon gyorsan van szükségük – magyarázza Hengy.

Szuperszonikus lövések és Mach-hullámok

A TCAPS-nek négy mikrofonja van, kettő a hallójáraton kívül, és kettő azon belül, a zajvédő réteg alatt. A francia katonák esetében a zajvédő egy elektronikus szűrő, amely hangos zajokra – például a katona saját lövésének dörrenésére – kapcsol be.

Hengy módszere azon alapul, hogy a modern harci fegyverek hangsebesség fölötti sebességgel lövik ki a lövedékeiket, miáltal két akusztikus hullámot hoznak létre.

Az amerikai tengerészgyalogság tüzérei bevetésre készítik elő az M-198 155mm-es tarackot az 1991-es Sivatagi Vihar hadművelet során Forrás: U.S. Army Photo/Staff Sgt. Vance

Az egyik egy szuperszonikus lökéshullám, amely a harci gépekről a hangsebesség átlépésekor leváló lökéshullámmal – a hangrobbanással – analóg,

és a lövedék előtt utazva tölcsér formában terjed.

A másik a töltény robbanásának hangja, amely a fegyvercsőből kiindulva gömb alakban, a tér minden irányába terjed.

M1 Abrams amerikai harckocsi tüzelőállásban Forrás: U.S. Army Photo

„Rendszerünk a zajvédő szűrő alatti mikrofont használja a szuperszonikus lövések által előállított kétféle hang érzékelésére, és rögzíti a jobb és a bal fülbe érkező Mach-hullámok közötti időkülönbséget. A harctéren épp jelen lévő összes TCAPS beküldi a maga információját, s ezek kombinálásával kiszámítható a hullámok érkezésének iránya, vagyis a lövést leadó fegyver pozíciója" – fejti ki Hengy.

Bragg Forrás: U.S. Army Photo

„Egy gyors processzorral ellátott jó okostelefonnak a teljes lövedék-röppálya kiszámítása nagyjából fél másodpercbe kerül."

A modern technika kétségkívül egy kicsit gyorsabb, mint az első világháborús elődök úttörő módszere,

ahol a rezgéseket rögzítő filmhengert még elő kellett hívni, majd a számításokat jobbára kézzel elvégezni, de a maga idejében az is elég volt ahhoz, hogy az ellenséggel szemben komoly előnyhöz jussanak a brit és amerikai csapatok.