« Битва лучей» 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 в Министерстве авиации ответила множеством своих все более эффективных средств, в том числе глушением и обманом сигналов . Период закончился, когда Вермахт двинул свои войска на Восток в мае 1941 года, готовясь к нападению на Советский Союз . [1]
Идея лучевой радионавигации была разработана в 1930-х годах первоначально как средство слепой посадки . Основная концепция заключается в создании двух направленных радиосигналов, направленных немного левее и правее средней линии взлетно-посадочной полосы . Радисты в самолете прослушивают эти сигналы и определяют, в каком из двух лучей они летят. Обычно это достигается путем отправки сигналов кода Морзе в два луча для идентификации правого и левого.
Для бомбардировок Люфтваффе построило огромные версии антенн, обеспечивающие гораздо большую точность на больших дистанциях, названные Knickebein и X-Gerät . Они с большим успехом использовались на ранних этапах « Блица », в одном случае заложив полосу бомб по центральной линии завода в глубине Англии. Получив информацию о работе системы от довоенной военной разведки , британцы в ответ отправили свои собственные сигналы азбуки Морзе, чтобы самолеты считали, что они всегда правильно центрированы в луче, даже если они резко отклоняются от курса. Немцы пришли к выводу, что британцы каким-то образом научились искажать радиосигналы.
Когда проблема стала широко распространенной, немцы представили новую систему, работающую на других принципах, — Y-Gerät . Догадавшись о природе этой системы по мимолетному упоминанию, британцы уже предприняли контрмеры, которые сделали систему бесполезной практически сразу после ее применения. В конечном итоге немцы отказались от всей концепции радионавигации над Великобританией, решив, что британцы будут продолжать успешно ее глушить.
Перед началом 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 создание средств слепой посадки , которые позволяли самолетам приближаться к аэропорту ночью или в ненастную погоду. Основной системой, разработанной для этого, была система Лоренца , разработанная Йоханнесом Плендлом , которая находилась в процессе широкого внедрения на крупных гражданских и военных самолетах. [2]
Система Лоренца работала за счет подачи модулированного радиосигнала на специальную трехэлементную антенную систему . Сигнал подавался на центральный диполь , который имел немного более длинный отражающий элемент с обеих сторон, отведенный немного назад. Переключатель быстро поочередно переключал открытые соединения в средней точке каждого отражателя, направляя луч немного влево, а затем немного вправо от осевой линии взлетно-посадочной полосы. Лучи расширялись по мере распространения от антенн, поэтому прямо за пределами захода на посадку на взлетно-посадочной полосе возникла область, где два сигнала перекрывались. Переключатель был рассчитан так, чтобы он находился на правой стороне антенны дольше, чем на левой.
Самолет, приближающийся к аэропорту, настраивал одно из своих радиоприемников на частоту Лоренца. Если бы экипаж находился слева от центральной линии, он услышал бы серию коротких тонов, за которыми следовали длинные паузы, означающие, что самолет находился на «точечной» стороне антенны. Услышав «точки», они поняли, что им нужно повернуть вправо, чтобы полететь по центральной линии. Если бы экипаж находился справа от центральной линии, он услышал бы серию длинных тонов, за которыми следовали короткие паузы, означающие, что самолет находился со стороны приборной панели от антенны. Услышав «перебежки», они знали, что им нужно повернуть влево, чтобы полететь по центральной линии. В центре радиоприемник принимал оба сигнала, где точки заполняли пробелы в тире и создавали непрерывный сигнал, так называемый «эквисигнал». Летя в известном направлении взлетно-посадочной полосы и сохраняя равносигнал по радио, экипажи, оснащенные Лоренцем, могли вести самолет по прямой линии с относительно высокой степенью точности, настолько, что пилоты могли затем найти взлетно-посадочную полосу визуально, за исключением худшие условия.
During the early 1930s, the concept of a night bombing strategic campaign began to become paramount in military aviation circles. This was due to the ever-increasing performance of bombers, which were beginning to have the capability to strike across Europe with useful bomb loads. These aircraft were slow and lumbering, easy prey for interceptors, but this threat could be essentially eliminated by flying at night. A bomber, painted black, could be spotted only at very short ranges. As the bomber's altitude and speed increased, the threat from ground-based defences was greatly reduced. Planners believed that "the bomber will always get through".
The problem with night bombing is that the same limitations in visibility meant the bomb crew would have a difficult time finding their targets, especially a blacked-out target at night. Only the largest targets, cities, could be attacked with any probability of success.
To support this mission, the RAF invested heavily in navigation training, equipping their aircraft with various devices, including an astrodome for taking a star fix and giving the navigator room to do his calculations in an illuminated workspace. This system was put to use as soon as the war began and was initially regarded as successful. In reality, the early bombing effort was a complete failure, with the majority of bombs landing miles from their intended targets.[3]
The Luftwaffe did not take such a fatalistic view of air warfare, and continued to research accurate night bombing against smaller targets. Not depending on celestial navigation, they invested their efforts in radio navigation systems. The Luftwaffe concentrated on developing a bombing direction system based on the Lorenz concept through the 1930s, as it made night navigation relatively easy by simply listening for signals on a radio set, and the necessary radios were already being installed on many aircraft.
Для использования в бомбардировках модификации Лоренца были довольно незначительными. Для обеспечения требуемой точности требовались антенны гораздо большего размера. Это было достигнуто за счет использования антенн с большим количеством элементов, но при этом сохранилось простое переключение двух элементов отражателя, позволяющее очень незначительно изменять направления луча. Углы луча были настолько сильно уменьшены, что его ширина над целью составляла всего несколько десятков ярдов. 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 приемную систему для слепой посадки, состоящую, очевидно, из приемников EBL-1 и EBL-2.
Луч единственного передатчика направлял бомбардировщики к цели, но не мог сказать им, когда они были над ней. Чтобы добавить эту функцию определения дальности, второй передатчик, аналогичный первому, был настроен так, чтобы его луч пересекал луч наведения в точке, где должны быть сброшены бомбы. Антенны можно было вращать, чтобы лучи двух передатчиков пересекали цель. Бомбардировщики летели в луч одного и летели на нем до тех пор, пока не начинали слышать сигналы другого (на втором приемнике). Когда из второго луча послышался устойчивый звук «курса», они сбросили бомбы. [6]
Первый из этих новых передатчиков Кникебейн был установлен в 1939 году на холме Столлберг в Северной Фрисландия недалеко от границы с Данией ; в Клеве (Клеве) недалеко от голландской границы, почти самой западной точке Германии, и в Лёррахе недалеко от границы с Францией и Швейцарией на юго-западе Германии. [7] [8] После падения Франции в июне 1940 года на французском побережье были установлены дополнительные передатчики. Станции также были построены в Норвегии и Нидерландах. [9] [10]
Кникебейн использовался на ранних этапах немецкого ночного бомбардировочного наступления и оказался достаточно эффективным, но тактика использования этой системы в широкомасштабных бомбардировках еще не была разработана, поэтому большая часть ранних немецких ночных бомбардировок ограничивалась бомбардировка территории.
Усилия Великобритании по блокированию системы Кникебейн потребовали времени для реализации. Британская разведка в министерстве авиации, возглавляемая Р. В. Джонсом , узнала об этой системе, когда Королевское авиационное управление проанализировало систему Лоренц сбитого немецкого бомбардировщика и обнаружило, что она гораздо более чувствительна, чем требуется для простой помощи при приземлении. Секретно записанные стенограммы немецких военнопленных пилотов показали, что это могло быть средство прицеливания бомбы. [11] Уинстон Черчилль также получил информацию Ультра из расшифрованных сообщений Энигмы , в которых упоминались «бомбардировочные лучи». [10]
Когда Джонс упомянул Черчиллю о возможности бомбардировки балками, он приказал провести дальнейшее расследование. Британцы назвали систему кодовым названием «Головная боль». [12] Многие в Министерстве авиации не верили, что эта система используется. Фредерик Линдеманн , ведущий научный советник правительства, утверждал, что любая такая система не сможет следовать за кривизной Земли, хотя Т. С. Экерсли из компании Маркони заявил, 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 частотой 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 эксплуатировался сотрудником Y Service . Полет был почти отменен, когда Экерсли отказался от своего утверждения о том, что лучи будут огибать Землю. Джонс спас рейс, указав, что его приказал сам Черчилль, и он позаботится о том, чтобы премьер-министр узнал, кто его отменил. [13]
Экипажу не сообщили подробностей, а просто приказали искать радиосигналы в районе 30 МГц, имеющие лоренцевские характеристики, и, если они их найдут, определить их пеленг. Полет взлетел и в итоге влетел в луч от Клеве, на частоте 31,5 МГц. [15] Впоследствии он обнаружил поперечную балку из Столлберга (до этого полета ее происхождение было неизвестно). Радист и штурман смогли проложить траекторию лучей и обнаружили, что они пересекались над заводом по производству двигателей «Роллс-Ройс» в Дерби , в то время единственным заводом, производившим двигатели «Мерлин» . Впоследствии стало понятно, что спор о том, будут ли лучи огибать Землю, был полностью академическим, поскольку передатчики находились более или менее в пределах прямой видимости высотных бомбардировщиков. [13]
Британские скептики начали рассматривать эту систему как доказательство того, что немецкие пилоты не так хороши, как их собственные, которые, по их мнению, могли обойтись без таких систем. Отчет Батта доказал , что это неверно; воздушная разведка вернула фотографии бомбардировок Королевских ВВС, показавшие, что они редко, если вообще когда-либо, находились рядом со своими целями. [16]
Попытки блокировать головную боль Кникебайна имели кодовое название «Аспирин». Первоначально модифицированная медицинская диатермия устанавливает передаваемые помехи. Позже местные радиопередатчики передавали дополнительный «точечный сигнал» на низкой мощности в ночи, когда ожидались рейды. [17] Немецкая практика включения лучей задолго до того, как бомбардировщики достигли цели, помогла британским усилиям. Аппараты Avro Ansons, оснащенные приемниками, будут летать по стране в попытке зафиксировать местоположение лучей; об успешном захвате затем будет сообщено близлежащим вещательным компаниям. [18]
Маломощный «точечный сигнал» изначально передавался по существу случайным образом, поэтому немецкие штурманы слышали две точки. Это означало, что существует множество областей с одинаковым сигналом, и нет простого способа отличить их, кроме как путем сравнения с известным местоположением. Позднее британские передатчики были модифицированы, чтобы отправлять точки одновременно с немецкими передатчиками, что сделало невозможным определить, какой сигнал какой. В этом случае штурманы получали бы экви-сигнал на большой территории, и навигация вдоль линии бомбирования становилась невозможной, самолет сносился в «зону рывка» и не было возможности это скорректировать.
Таким образом, луч как бы «отклонялся» от цели. В конце концов, лучи можно было наклонять на контролируемую величину, что позволило британцам обманом заставить немцев 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 настоящий экви-сигнал, ни Германию. [19] Некоторые бомбардировщики Люфтваффе даже приземлились на базах Королевских ВВС, полагая, что они вернулись в Рейх . [20]
Каким бы хорошим ни был Кникебейн , он никогда не предназначался для использования на дальних дистанциях. 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 Везера по своей концепции был похож на тот, который использовался в Кникебайне, но работал на гораздо более высокой частоте. [21] Из-за особенностей распространения радиоволн это позволило направить два луча гораздо точнее, чем Кникебейн, от антенны аналогичного размера; зона равносигнального сигнала имела ширину всего около 100 ярдов (91 м) на расстоянии 200 миль (320 км) от антенны. Лучи были настолько узкими, что бомбардировщики не могли найти их без посторонней помощи, поэтому на той же станции была установлена маломощная версия Кникебейна с широким лучом, которая действовала в качестве ориентира. Основная антенна Везера была установлена к западу от Шербура во Франции. [22]
Для «перекрестного» сигнала в X-Gerät использовалась серия из трех очень узких одиночных лучей: Рейна , Одера и Эльбы . Их тщательно целили, чтобы определить точную траекторию сброса бомбы. [23] Сначала была определена точка сброса бомбы вдоль Везера путем расчета дальности или расстояния, которое бомбы пройдут между сбросом и ударом, и выбора точки на этом расстоянии до цели. Луч Эльбы пересек Везер за 5 километров (3,1 мили) до точки выброса. Луч Одера пересек Везер за 10 километров (6,2 мили) до точки выброса или за 5 километров (3,1 мили) до Эльбы . Рейн не требовал такой точности и находился примерно в 30 километрах (18,6 миль) от точки сброса. Ширина балок добавляла небольшую погрешность к координатам пересечения, порядка десятков-сотен метров.
Когда бомбардировщик следовал по лучу Везера и достиг Рейна , радист услышал краткий сигнал и настроил свое оборудование. Он представлял собой специальный секундомер с двумя стрелками. Когда был получен сигнал Одера, часы автоматически запустились, и обе стрелки одновременно поднялись с нуля. Когда был получен сигнал Эльбы , одна стрелка остановилась, а другая повернулась назад, возвращаясь к нулю. Остановившаяся стрелка указывала на точное измерение времени пути от Одера до Эльбы . Поскольку расстояние от Одера до Эльбы равнялось расстоянию от Эльбы до точки сброса, бомбардировщик, летевший с постоянной скоростью, достиг точки сброса, когда движущаяся стрелка достигла нуля, когда бомбы были сброшены автоматически.
X-Gerät работал на гораздо более высокой частоте, чем Knickebein (около 60 МГц), и поэтому требовал использования нового радиооборудования. Оборудования для всех бомбардировщиков не хватало, поэтому экспериментальному подразделению Kampfgruppe 100 ( KGr 100) была поставлена задача использовать свое оборудование X-Gerät для наведения других самолетов к цели. Для этого самолеты KGr 100 сначала атаковали небольшой группой, сбрасывая сигнальные ракеты, которые затем видели другие самолеты и бомбили визуально. Это первое использование концепции следопыта , которую Королевские ВВС усовершенствовали с большим эффектом против немцев примерно три года спустя.
Система была впервые испытана 20 декабря 1939 года, когда бомбардировщик KGr 100, которым пилотировал оберлейтенант Герман Шмидт, пролетел над Лондоном на высоте 7000 метров (23000 футов). [24]
X-Gerät эффективно использовался в серии рейдов, известных немцам как «Лунная соната», против Ковентри , Вулверхэмптона и Бирмингема . В налете на Бирмингем было использовано только 100 KGr , и британский анализ после рейда показал, что подавляющее большинство сброшенных бомб было размещено в пределах 100 ярдов (91 м) от средней линии балки Везер и разбросано вдоль нее на несколько сто ярдов. Это была такая точность, которой редко можно было достичь даже при дневных бомбардировках. Рейд на Ковентри при полной поддержке других подразделений, сбросивших сигнальные ракеты, почти разрушил центр города. [25]
X-Gerät остановить оказалось труднее, чем Knickebein . Первоначальная защита от системы была развернута аналогично Кникебейну в попытке сорвать рейд на Ковентри, но она оказалась неудачной. Хотя Джонс правильно угадал расположение луча (и признает, что это было всего лишь предположение), частота модуляции была неправильно измерена и составила 1500 Гц, но на самом деле она составляла 2000 Гц. В то время считалось, что это не будет иметь никакого значения, поскольку звуки были достаточно близкими, и оператору было бы трудно различить их в шумном самолете. [26]
Тайна в конечном итоге была раскрыта после того, как Heinkel He 111 , оборудованный X-Gerät , разбился 6 ноября 1940 года на английском побережье в Вест-Бэй , Бридпорт. [26] Хотя самолет затонул во время операции по восстановлению, затопленное оборудование X-Gerät было восстановлено. [27] При осмотре выяснилось, что использовался новый прибор, который автоматически расшифровывал 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 первым британским встречным сигналам с частотой 1500 Гц. [28] Хотя глушители были соответствующим образом модифицированы, это произошло слишком поздно для рейда на Ковентри 14 ноября; но модифицированные глушители смогли успешно сорвать рейд на Бирмингем 19 ноября. [29]
X-Gerät в конечном итоге потерпел поражение другим способом - с помощью «ложной Эльбы », которая была настроена так, чтобы пересекать направляющую балку «Везер» всего в 1 километре (0,6 мили) после луча Одера - намного раньше, чем ожидалось. километров (3,1 мили). Поскольку заключительные этапы сброса были автоматическими, часы преждевременно повернулись вспять, и бомбы были сброшены за несколько километров до цели. Установка этого ложного луча оказалась очень сложной, поскольку немцы, учась на своих ошибках с Кникебайном , включили лучи X-Gerät как можно позже, что значительно затруднило своевременную организацию «ложной Эльбы ». [30]
По мере того как британцы постепенно одерживали верх в Битве за Балки, они начали обдумывать, что повлечет за собой следующая немецкая система. Поскольку нынешние подходы Германии оказались бесполезными, необходимо было разработать совершенно новую систему. Джонс считал, что если им удастся быстро победить эту систему, немцы могут отказаться от всей этой концепции.
Британские наблюдатели вскоре начали получать информацию из расшифровок «Энигмы», относящихся к новому устройству, известному как Y-Gerät , которое также иногда называли Вотаном . [31] Джонс уже пришел к выводу, что немцы использовали слишком описательные кодовые имена, поэтому он спросил специалиста по немецкому языку и литературе в Блетчли-Парке о слове Вотан . Специалист понял, что Вотан имел в виду Одина , одноглазого бога, и мог относиться к однолучевой навигационной системе. [31] Джонс согласился и знал, что система с одним лучом должна будет включать в себя систему измерения расстояний. Он пришел к выводу, что это может работать на основе, описанной немецким математиком и физиком-антифашистом Гансом Майером , который во время посещения Норвегии предоставил большой объем информации в так называемом « Докладе Осло» . [б]
Y-Gerät использовал один узкий луч, направленный на цель, подобно более ранним лучевым системам, передавая модулированный радиосигнал. В системе использовался транспондер ( FuG 28a ), который принимал сигнал с луча и немедленно ретранслировал его на наземную станцию. Наземная станция прослушивала обратный сигнал и сравнивала фазу его модуляции с передаваемым сигналом, что точно определяло время прохождения сигнала, а значит, и расстояние до самолета. В сочетании с направлением луча (скорректированным на максимальный обратный сигнал) положение бомбардировщика можно было установить со значительной точностью. Бомбардировщикам не нужно было отслеживать луч, вместо этого наземные диспетчеры могли его рассчитать, а затем дать пилоту по радио инструкции скорректировать траекторию полета. [32]
Позже Джонс узнал, что его догадка о принципе действия, основанном на имени Вотана, была полностью удачной. Более поздние документы показали, что первоначальный 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, маловероятно, что он пришел бы к выводу, что система использует один луч. [33]
Британцы были готовы к этой системе еще до того, как она была использована. По воле случая немцы неудачно выбрали рабочую частоту системы Вотана . Он работал на частоте 45 МГц, которая оказалась частотой мощного, но бездействующего телевизионного передатчика BBC в Александра Палас . [34] Все, что Джонсу нужно было сделать, это организовать прием обратного сигнала с самолета, а затем отправить его в Александра Палас для повторной передачи. Комбинация двух сигналов изменила фазовый сдвиг и, следовательно, кажущуюся задержку прохождения. Первоначально сигнал был ретранслирован на малой мощности, недостаточно мощной, чтобы немцы поняли, что происходит, но достаточной, чтобы испортить точность системы. В последующие ночи мощность передатчика постепенно увеличивалась.
В ходе использования Y-Gerät экипаж обвинил наземную станцию в отправке плохих сигналов, а наземная станция заявила, что у самолета были слабые соединения. Вся эта схема понравилась Джонсу, поскольку он был прирожденным розыгрышем, и он отметил, что мог разыграть одну из крупнейших розыгрышей практически с любыми национальными ресурсами, которые ему требовались. Постепенно возрастающая власть привела немцев к такому состоянию, что они не осознавали, что в систему вмешиваются, но полагали, что она имеет несколько присущих ей недостатков. [35] В конце концов, когда мощность была достаточно увеличена, вся система Y-Gerät начала звонить со всей обратной связью.
Люфтваффе, наконец осознав, что британцы применяли контрмеры с самого первого дня оперативного использования системы, полностью потеряли веру в электронные навигационные средства, как и предсказывали британцы, и не стали развертывать дальнейшую систему против Великобритании [36] . ], хотя к этому времени внимание Гитлера было обращено на Восточную Европу.