Битва за Лучи была периодом в начале Второй мировой войны , когда бомбардировщики немецких ВВС ( Люфтваффе ) использовали ряд все более точных систем радионавигации для ночных бомбардировок Соединенного Королевства . Британская научная разведка Министерства авиации боролась с различными собственными все более эффективными средствами, включая глушение и обманные сигналы . Период закончился, когда Вермахт переместил свои силы на Восток в мае 1941 года, готовясь к нападению на Советский Союз . [1]
Идея лучевой радионавигации была разработана в 1930-х годах, изначально как слепая помощь при посадке. Основная концепция заключается в создании двух направленных радиосигналов, которые направлены немного влево и вправо от средней линии взлетно-посадочной полосы . Радисты в самолете слушают эти сигналы и определяют, в каком из двух лучей они летят. Обычно это достигается путем отправки сигналов кода Морзе в два луча, чтобы определить правый и левый.
Для бомбардировки Люфтваффе построили огромные версии антенн, чтобы обеспечить гораздо большую точность на большом расстоянии, названные Knickebein и X-Gerät . Они использовались на ранних этапах « Блица » с большим эффектом, в одном случае, когда была заложена полоса бомб по центральной линии завода в глубине Англии. Получив наводку о работе системы от довоенной военной разведки , британцы ответили отправкой собственных сигналов азбуки Морзе, так что экипаж самолета считал, что они всегда правильно центрированы в луче, в то время как они сильно отклонялись от курса. Немцы были убеждены, что британцы каким-то образом научились изгибать радиосигналы.
Когда проблема стала широко распространенной, немцы ввели новую систему, работавшую на других принципах, Y-Gerät . Догадавшись о природе этой системы по мимолетному упоминанию, британцы уже развернули контрмеры, которые сделали систему бесполезной почти сразу после ее использования. Немцы в конечном итоге отказались от всей концепции радионавигации над Великобританией, заключив, что британцы продолжат успешно ее глушить.
До начала войны 1 сентября 1939 года Lufthansa и немецкая авиационная промышленность вложили значительные средства в развитие коммерческой авиации, а также в системы и методы, которые могли бы повысить безопасность и надежность. Значительные усилия были направлены на средства слепой посадки , которые позволяли самолетам приближаться к аэропорту ночью или в плохую погоду. Основной системой, разработанной для этого, была система Лоренца , разработанная Йоханнесом Плендлом , которая находилась в процессе широкого развертывания на больших гражданских и военных самолетах. [2]
Система Лоренца работала, питая специальную трехэлементную антенную систему модулированным радиосигналом . Сигнал подавался на центральный диполь , который имел немного более длинный элемент отражателя с каждой стороны, смещенный немного назад. Переключатель быстро чередовал открытое соединение средней точки каждого отражателя по очереди, посылая луч немного влево, а затем немного вправо от центральной линии взлетно-посадочной полосы. Лучи расширялись по мере того, как они распространялись от антенн, поэтому была область непосредственно за подходом к взлетно-посадочной полосе, где два сигнала перекрывались. Переключатель был рассчитан по времени, так что он проводил больше времени с правой стороны антенны, чем с левой.
Приближающийся к аэропорту самолет настраивал одно из своих радиоприемных устройств на частоту Лоренца. Если экипаж находился слева от осевой линии, они слышали серию коротких тонов, за которыми следовали длинные паузы, что означало, что самолет находился на стороне «точек» антенны. Услышав «точки», они знали, что им нужно было отклониться вправо, чтобы лететь по осевой линии. Если экипаж находился справа от осевой линии, они слышали серию длинных тонов, за которыми следовали короткие паузы, что означало, что самолет находился на стороне «тире» антенны. Услышав «тире», они знали, что им нужно было отклониться влево, чтобы лететь по осевой линии. В центре радиоприемное устройство принимало оба сигнала, где точки заполняли пробелы в тире и создавали непрерывный сигнал, так называемый «равносигнальный». Летя в известном направлении взлетно-посадочной полосы и поддерживая равносигнал по радио, экипажи, оснащенные системами Lorenz, могли вести самолет по прямой с относительно высокой степенью точности, настолько, что пилоты могли визуально найти взлетно-посадочную полосу , за исключением самых плохих условий.
В начале 1930-х годов концепция стратегической кампании ночной бомбардировки стала приобретать первостепенное значение в кругах военной авиации. Это было связано с постоянно растущими характеристиками бомбардировщиков , которые начали иметь возможность наносить удары по всей Европе с полезными бомбовыми нагрузками. Эти самолеты были медленными и неповоротливыми, легкой добычей для перехватчиков , но эта угроза могла быть по существу устранена полетом ночью. Бомбардировщик, окрашенный в черный цвет, мог быть обнаружен только на очень коротких дистанциях. По мере увеличения высоты и скорости бомбардировщика угроза со стороны наземной обороны значительно уменьшалась. Планировщики считали, что « бомбардировщик всегда пробьется ».
Проблема с ночной бомбардировкой заключается в том, что те же ограничения видимости означали, что экипажу бомбардировщика будет трудно найти свои цели, особенно затемненные цели ночью. Только самые крупные цели, города, можно было атаковать с какой-то вероятностью успеха.
Для поддержки этой миссии Королевские ВВС вложили значительные средства в навигационную подготовку, оснастив свои самолеты различными устройствами, включая астрокупол для определения положения звезд и предоставления штурману места для выполнения расчетов в освещенном рабочем пространстве. Эта система была введена в эксплуатацию сразу же после начала войны и изначально считалась успешной. В действительности ранние попытки бомбардировки потерпели полный провал, поскольку большинство бомб упало в милях от предполагаемых целей. [3]
Люфтваффе не придерживались столь фаталистического взгляда на воздушную войну и продолжали исследовать точные ночные бомбардировки более мелких целей. Не полагаясь на небесную навигацию, они вложили свои усилия в радионавигационные системы. Люфтваффе сосредоточились на разработке системы управления бомбардировкой на основе концепции Лоренца в 1930-х годах, поскольку она делала ночную навигацию относительно простой, просто прослушивая сигналы по радио, и необходимые радиостанции уже устанавливались на многих самолетах.
Для использования в бомбардировках модификации Lorenz были довольно незначительными. Для обеспечения требуемой точности требовались гораздо большие антенны. Это было достигнуто путем использования антенн с гораздо большим количеством элементов, но она сохранила простое переключение двух элементов отражателя для изменения направления луча очень незначительно. Углы луча были настолько резко уменьшены, что он был всего в нескольких десятках ярдов шириной над целью. Именно форма антенн дала системе ее кодовое название Knickebein , что означает «кривая нога», [4] [a] хотя это слово также является именем волшебного ворона в германской мифологии . [5] Для требуемого диапазона передаваемая мощность была значительно увеличена. Приемники Knickebein были замаскированы под стандартную систему приемников слепой посадки, состоящую, по-видимому, из приемников EBL-1 и EBL-2.
Луч от одного передатчика направлял бомбардировщики к цели, но не мог сказать им, когда они были над ней. Чтобы добавить эту функцию измерения дальности, был установлен второй передатчик, аналогичный первому, так, чтобы его луч пересекал луч наведения в точке, где должны были быть сброшены бомбы. Антенны можно было вращать, чтобы лучи от двух передатчиков пересекали цель. Бомбардировщики влетали в луч одного и ехали по нему, пока не начинали слышать тоны от другого (на втором приемнике). Когда из второго луча раздавался ровный звук «на курсе», они сбрасывали бомбы. [6]
Первый из этих новых передатчиков Книккебейн был установлен в 1939 году на холме Штольберг в Северной Фризии недалеко от границы с Данией ; в Клеве (Клеве) недалеко от голландской границы, почти самой западной точки Германии, и в Лёррахе недалеко от границы с Францией и Швейцарией на юго-западе Германии. [7] [8] После падения Франции в июне 1940 года дополнительные передатчики были установлены на французском побережье. Станции были также построены в Норвегии и Нидерландах. [9] [10]
Система «Книккебайн» использовалась на ранних этапах немецких ночных бомбардировок и оказалась довольно эффективной, однако тактика использования этой системы при широкомасштабных бомбардировках еще не была разработана, поэтому большая часть ранних немецких ночных бомбардировок ограничивалась бомбардировками по площади.
Усилия Великобритании по блокированию системы Knickebein потребовали времени для реализации. Британская разведка Министерства авиации во главе с Р. В. Джонсом узнала о системе, когда Королевское авиационное управление проанализировало систему Lorenz сбитого немецкого бомбардировщика и обнаружило, что она была гораздо более чувствительной, чем требовалось для простой помощи при посадке. Секретно записанные стенограммы немецких военнопленных летчиков показали, что это могла быть помощь в наведении бомб. [11] Уинстон Черчилль также получил разведданные Ultra из расшифрованных сообщений Enigma , в которых упоминались «бомбардировочные лучи». [10]
Когда Джонс упомянул Черчиллю о возможности бомбардировки лучей, он приказал провести дальнейшее расследование. Британцы дали системе кодовое название «Головная боль». [12] Многие в Министерстве авиации не верили, что система используется. Фредерик Линдеманн , ведущий научный советник правительства, утверждал, что любая подобная система не сможет следовать за кривизной Земли, хотя Т. С. Экерсли из компании Marconi сказал, что это возможно. [13]
Утверждение Экерсли в конечном итоге было продемонстрировано после того, как Черчилль приказал совершить полет, чтобы попытаться обнаружить лучи. У Королевских ВВС не было оборудования, способного обнаруживать сигналы Лоренца на частоте 30–33 МГц, поэтому они приобрели любительский радиоприемник American Hallicrafters S-27 [14] в магазине на Лайл-стрит в Лондоне. Приемник был установлен в Avro Anson и управлялся членом Y Service . Полет едва не отменили, когда Экерсли отказался от своего утверждения о том, что лучи огибают Землю. Джонс спас полет, указав, что сам Черчилль приказал его, и он позаботится о том, чтобы премьер-министр узнал, кто его отменил. [13]
Экипажу не сообщили подробностей, а просто приказали искать радиосигналы около 30 МГц с характеристиками Лоренца и, если они их найдут, определить их пеленг. Самолет взлетел и в конечном итоге попал в луч от Клеве на частоте 31,5 МГц. [15] Впоследствии он обнаружил поперечный луч от Штольберга (его происхождение было неизвестно до этого полета). Радист и штурман смогли проложить путь лучей и обнаружили, что они пересекались над заводом двигателей Rolls-Royce в Дерби , в то время единственным заводом, производившим двигатели Merlin . Впоследствии стало ясно, что спор о том, будут ли лучи огибать Землю, был чисто академическим, поскольку передатчики находились более или менее в зоне прямой видимости высотных бомбардировщиков. [ необходима цитата ]
Британские скептики начали рассматривать систему как доказательство того, что немецкие пилоты не так хороши, как их собственные, которые, как они считали, могли обойтись без таких систем. Отчет Butt Report доказал, что это не так; воздушная разведка вернула фотографии бомбардировок RAF, показывающие, что они редко, если вообще когда-либо, находились где-либо вблизи своих целей. [16]
Попытки заблокировать головную боль Книккебейна получили кодовое название «Аспирин», что отсылает к британскому кодовому названию системы Книккебейна — «Головная боль». Первоначально помехи передавались модифицированными медицинскими диатермическими наборами. Позже местные радиопередатчики передавали дополнительный «точечный сигнал» на низкой мощности в те ночи, когда ожидались налеты. [17] Немецкая практика включения лучей задолго до того, как бомбардировщики достигали целевой области, помогала британским усилиям. Самолеты Avro Ansons, оснащенные приемниками, летали по всей стране, чтобы найти местоположение лучей и сообщить об этом ближайшим вещателям. [18]
Маломощный «точечный сигнал» изначально передавался по сути случайным образом, поэтому немецкие штурманы слышали две точки. Это означало, что было много эквисигнальных областей, и не было простого способа различить их, кроме как сравнивая их с известным местоположением. Британские передатчики позже были модифицированы, чтобы посылать свои точки одновременно с немецкими передатчиками, что сделало невозможным определить, какой сигнал был каким. В этом случае штурманы принимали эквисигнал на большой площади, и навигация вдоль линии бомбардировки становилась невозможной, поскольку самолет дрейфовал в «зону штриха», и не было возможности это исправить.
Таким образом, луч, казалось бы, «отклонялся» от цели. В конце концов, лучи могли быть наклонены на контролируемую величину, что позволило британцам обмануть немцев, заставив их сбросить бомбы там, где они хотели. Побочным эффектом было то, что, поскольку немецкие экипажи были обучены ориентироваться исключительно по лучам, многие экипажи не смогли снова найти ни истинный равносигнал, ни Германию. [19] Некоторые бомбардировщики Люфтваффе даже приземлялись на базах Королевских ВВС, полагая, что они вернулись на базу. [20]
Несмотря на то, что Knickebein был хорош , он никогда не предназначался для использования в роли дальнего действия. Плендл некоторое время работал над созданием гораздо более точной версии той же базовой концепции, которая в конечном итоге была представлена как X-Gerät (X-Apparatus). X-Gerät использовал серию лучей для определения местоположения цели, каждый луч был назван в честь реки. Главный луч, Weser , был похож по концепции на тот, который использовался в Knickebein , но работал на гораздо более высокой частоте. [21] Из-за природы распространения радиоволн это позволяло направлять два его луча гораздо точнее, чем Knickebein, с антенны аналогичного размера; область равного сигнала составляла всего около 100 ярдов (91 м) в ширину на расстоянии 200 миль (320 км) от антенны. Лучи были настолько узкими, что бомбардировщики не могли обнаружить их без посторонней помощи, поэтому на той же станции была установлена маломощная широколучевая версия Knickebein, которая служила ориентиром. Основная антенна Weser была установлена к западу от Шербура во Франции. [22]
«Перекрестный» сигнал в X-Gerät использовал серию из трех очень узких одиночных лучей, Рейн , Одер и Эльба . Они были тщательно нацелены, чтобы определить точную траекторию сброса бомбы. [23] Сначала была определена точка сброса бомбы вдоль Везера , путем расчета дальности или расстояния, которое бомбы пролетят между сбросом и ударом, и выбора точки на этом расстоянии для нацеливания. Луч Эльбы пересекал Везер за 5 километров (3,1 мили) до точки сброса. Луч Одера пересекал Везер за 10 километров (6,2 мили) до точки сброса или за 5 километров (3,1 мили) до Эльбы . Рейн не требовал такой же точности и находился примерно в 30 километрах (18,6 мили) до точки сброса. Ширина лучей добавляла небольшую погрешность к координатам пересечения, порядка десятков или сотен метров.
Когда бомбардировщик следовал по лучу Везера и достиг Рейна , радист услышал короткий сигнал и настроил свое оборудование. Оно состояло из специального секундомера с двумя стрелками. Когда был получен сигнал Одера , часы автоматически запускались, и обе стрелки одновременно поднимались от нуля. Когда был получен сигнал Эльбы , одна стрелка останавливалась, а другая двигалась в обратном направлении, возвращаясь к нулю. Остановленная стрелка указывала точное измерение времени полета от Одера до Эльбы . Поскольку расстояние от Одера до Эльбы равнялось расстоянию от Эльбы до точки сброса, бомбардировщик, летевший с постоянной скоростью, прибывал в точку сброса, когда движущаяся стрелка достигала нуля, когда бомбы автоматически сбрасывались.
X-Gerät работал на гораздо более высокой частоте, чем Knickebein (около 60 МГц), и поэтому требовал использования нового радиооборудования. Не хватало оборудования для всех бомбардировщиков, поэтому экспериментальному подразделению Kampfgruppe 100 ( KGr 100) было поручено использовать свое оборудование X-Gerät для наведения других самолетов на цель. Для этого самолеты KGr 100 сначала атаковали небольшой группой, сбрасывая осветительные ракеты, которые затем другие самолеты видели и бомбили визуально. Это первое использование концепции следопыта , которую Королевские ВВС усовершенствовали с большим эффектом против немцев примерно три года спустя.
Впервые система была испытана 20 декабря 1939 года, когда бомбардировщик из KGr 100 под управлением обер-лейтенанта Германа Шмидта пролетел над Лондоном на высоте 7000 м (23 000 футов). [24]
X-Gerät эффективно использовался в серии налетов, известных немцам как Moonlight Sonata, против Ковентри , Вулверхэмптона и Бирмингема . В налете на Бирмингем использовался только KGr 100, и британский анализ после налета показал, что подавляющее большинство сброшенных бомб было размещено в пределах 100 ярдов (91 м) от средней линии Везерского луча , разбросанных вдоль него на несколько сотен ярдов. Это была та точность, которую редко удавалось достичь даже дневным бомбардировкам. Налет на Ковентри при полной поддержке других подразделений, сбрасывавших свои осветительные ракеты, почти уничтожил центр города. [25]
X-Gerät оказалось сложнее остановить, чем Knickebein . Первоначальная защита от системы была развернута аналогично Knickebein в попытке сорвать рейд на Ковентри, но оказалась неудачной. Хотя Джонс правильно угадал расположение луча (и признает, что это было всего лишь предположение), частота модуляции была измерена неправильно как 1500 Гц, но на самом деле была 2000 Гц. В то время считалось, что это не будет иметь никакого значения, так как тоны были достаточно близки, чтобы оператору было трудно различить их в шумном самолете. [26]
Тайна в конечном итоге была раскрыта после того, как 6 ноября 1940 года на английском побережье в Уэст-Бей , Бридпорт, потерпел крушение Heinkel He 111, оснащенный X-Gerät . [26] Хотя самолет затонул во время операции по подъему, затопленное оборудование X-Gerät было извлечено. [27] При осмотре выяснилось, что использовался новый прибор, который автоматически декодировал точки и тире и перемещал указатель на дисплее в кабине перед пилотом. Это устройство было оснащено очень острым фильтром, который был чувствителен только к частоте 2000 Гц, а не к ранним британским контрсигналам частотой 1500 Гц. [28] Хотя глушилки были соответствующим образом модифицированы, это произошло слишком поздно для налета на Ковентри 14 ноября; но модифицированные глушилки смогли успешно сорвать налет на Бирмингем 19 ноября. [29]
X-Gerät в конечном итоге был побеждён другим способом, с помощью «ложной Эльбы », которая была настроена так, чтобы пересечь направляющий луч «Везер» всего в 1 километре (0,6 мили) после луча Одера — намного раньше, чем ожидалось в 5 километров (3,1 мили). Поскольку последние этапы сброса были автоматическими, часы преждевременно переводили ход назад и сбрасывали бомбы в километрах от цели. Настройка этого ложного луча оказалась очень сложной, поскольку немцы, извлекая уроки из своих ошибок с Книккебайном , не включали лучи X-Gerät до самого позднего момента, что значительно усложнило организацию «ложной Эльбы » вовремя. [30]
По мере того, как британцы медленно одерживали верх в Битве Лучей, они начали думать о том, что повлечет за собой следующая немецкая система. Поскольку нынешние подходы Германии оказались бесполезными, необходимо было разработать совершенно новую систему. Джонс считал, что если они смогут быстро победить эту систему, немцы могут отказаться от всей концепции.
Британские наблюдатели вскоре начали получать разведданные от расшифровок Enigma, ссылающихся на новое устройство, известное как Y-Gerät , которое также иногда упоминалось как Wotan . [31] Джонс уже пришел к выводу, что немцы использовали слишком описательные кодовые названия, поэтому он спросил специалиста по немецкому языку и литературе в Блетчли-парке о слове Wotan . Специалист понял, что Wotan относится к Wōden , одноглазому богу, и может относиться к однолучевой навигационной системе. [31] Джонс согласился и знал, что система с одним лучом должна включать систему измерения расстояния. Он пришел к выводу, что она может работать на основе, описанной антинацистским немецким математиком и физиком Гансом Майером , который во время посещения Норвегии предоставил большой объем информации в том, что теперь известно как Oslo Report . [b]
Y-Gerät использовал один узкий луч, направленный на цель, подобно более ранним лучевым системам, передавая модулированный радиосигнал. Система использовала транспондер ( FuG 28a ), который принимал сигнал от луча и немедленно передавал его на наземную станцию. Наземная станция прослушивала ответный сигнал и сравнивала фазу его модуляции с переданным сигналом, что точно определяло время прохождения сигнала и, следовательно, расстояние до самолета. В сочетании с направлением луча (скорректированным для максимального ответного сигнала) положение бомбардировщика могло быть установлено со значительной точностью. Бомбардировщикам не нужно было отслеживать луч, вместо этого наземные диспетчеры могли вычислить его, а затем дать радиоуказания пилоту для корректировки траектории полета. [32]
Позже Джонс узнал, что его догадка о принципе работы, основанная на названии Вотан, была чистой случайностью. Более поздние документы показали, что оригинальный X-Gerät был известен как Вотан I, а Y-Gerät как Вотан II. Если бы он знал, что это имя также связано с X-Gerät, вряд ли он пришел бы к выводу, что система использует один луч. [33]
Британцы были готовы к этой системе еще до ее использования. По чистой случайности немцы неудачно выбрали рабочую частоту системы Вотан . Она работала на частоте 45 МГц, что совпало с частотой мощного, но бездействующего телевизионного передатчика BBC в Alexandra Palace . [34] Все, что нужно было сделать Джонсу, это организовать прием обратного сигнала с самолета и его отправку в Alexandra Palace для повторной передачи. Сочетание двух сигналов изменило фазовый сдвиг и, таким образом, кажущуюся задержку прохождения. Первоначально сигнал ретранслировался на низкой мощности, недостаточно мощной для того, чтобы немцы поняли, что происходит, но достаточной, чтобы испортить точность системы. В последующие ночи мощность передатчика постепенно увеличивалась.
По мере того, как Y-Gerät продолжали использовать, экипаж самолета обвинил наземную станцию в отправке плохих сигналов, а наземная станция утверждала, что у самолета были слабые соединения. Вся эта схема понравилась Джонсу, поскольку он был прирожденным шутником, и заметил, что он мог разыграть одну из самых больших шуток практически с любым национальным ресурсом, который ему требовался. Постепенно увеличивающаяся мощность приучила немцев к тому, что они не осознавали, что в систему вмешиваются, но считали, что она страдает несколькими врожденными дефектами. [35] В конце концов, когда мощность была достаточно увеличена, вся система Y-Gerät начала звенеть со всей обратной связью.
Люфтваффе, наконец, осознав, что британцы применяли контрмеры с самого первого дня использования системы, полностью утратили веру в электронные навигационные средства, как и предсказывали британцы, и не стали развертывать никаких дополнительных систем против Великобритании [36] , хотя к этому времени внимание Гитлера уже было обращено на Восточную Европу.