Chain Home , или сокращенно CH , было кодовым названием кольца прибрежных радиолокационных станций раннего предупреждения , построенных Королевскими военно-воздушными силами (RAF) до и во время Второй мировой войны для обнаружения и отслеживания самолетов. [1] Первоначально известные как RDF , и получившие официальное название Air Ministry Experimental Station Type 1 ( AMES Type 1) в 1940 году, радиолокационные станции также были известны как Chain Home большую часть своей жизни. Chain Home была первой в мире сетью радиолокационных станций раннего предупреждения и первой военной радиолокационной системой, достигшей эксплуатационного статуса. [2] Ее влияние на войну сделало ее одной из самых мощных систем того, что стало известно как «Война волшебников». [3] [4]
В конце 1934 года Комитет Тизарда попросил радиоэксперта Роберта Уотсона-Уотта прокомментировать повторяющиеся заявления о радиолучах смерти и сообщения о том, что Германия создала некое радиооружие. Его помощник Арнольд Уилкинс продемонстрировал, что смертельный луч невозможен, но предположил, что радио можно использовать для обнаружения на большом расстоянии. В феврале 1935 года была организована успешная демонстрация: приемник был помещен рядом с коротковолновым передатчиком BBC и самолет пролетел над этой территорией. Используя коммерческое коротковолновое радиооборудование, команда Уотта построила прототип импульсного передатчика, и к июню 1935 года он обнаружил самолет, который случайно пролетал мимо. Основная разработка была завершена к концу года, с дальностью обнаружения порядка 100 миль (160 км).
В 1936 году внимание было сосредоточено на производственной версии, а в начале 1937 года добавили определение высоты. Первые пять станций, охватывающих подходы к Лондону, были установлены к 1937 году и начали работать в постоянном режиме в 1938 году. В течение следующих двух лет были построены дополнительные станции, в то время как проблема распространения информации на истребители привела к созданию первой интегрированной наземной сети перехвата, системы Даудинга . [a] К началу войны большая часть восточного и южного побережий имела радиолокационное покрытие.
Chain Home доказали свою важность во время битвы за Британию в 1940 году. Системы CH могли обнаруживать вражеские самолеты, пока они формировались над Францией, давая командирам RAF достаточно времени для выстраивания своих самолетов на пути налета. Это имело эффект умножения эффективности RAF до такой степени, что казалось, будто у них было в три раза больше истребителей, что позволяло им часто побеждать более крупные немецкие силы. Сеть Chain Home постоянно расширялась, и к концу войны работало более 40 станций, включая мобильные версии для использования за рубежом. В конце войны, когда угроза бомбардировок Люфтваффе исчезла, системы CH использовались для обнаружения пусков ракет V2 . Радиолокационные системы Великобритании были свернуты после войны, но начало холодной войны привело к тому, что радары Chain Home были введены в эксплуатацию в новой системе ROTOR , пока их не заменили более новыми системами в 1950-х годах. Осталось лишь несколько первоначальных станций.
С самых первых дней радиотехнологий сигналы использовались для навигации с использованием метода радиопеленгации (RDF). RDF может определять пеленг на радиопередатчик, и несколько таких измерений могут быть объединены для получения радиофиксации , что позволяет вычислить местоположение приемника. [5] Учитывая некоторые основные изменения в вещательном сигнале, приемник мог определять свое местоположение с помощью одной станции. Великобритания стала пионером одной из таких служб в форме маяка Орфорднесс . [6]
На раннем этапе развития радио было широко известно, что некоторые материалы, особенно металл, отражают радиосигналы. Это привело к возможности определения местоположения объектов путем передачи сигнала и последующего использования RDF для измерения пеленга любых отражений. Такая система получила патенты, выданные Кристиану Хюльсмейеру из Германии в 1904 году [7] , и с тех пор проводились широкомасштабные эксперименты с базовой концепцией. Эти системы показывали только пеленг на цель, а не дальность, и из-за малой мощности радиооборудования той эпохи они были полезны только для обнаружения на близком расстоянии. Это привело к их использованию для предупреждения об айсбергах и столкновении в тумане или плохой погоде, когда требовался только приблизительный пеленг близлежащих объектов. [7]
Использование радиообнаружения специально против самолетов впервые было рассмотрено в начале 1930-х годов. Команды в Великобритании, США, [8] Японии, [9] Германии [10] и других странах рассматривали эту концепцию и приложили по крайней мере некоторые усилия для ее разработки. Из-за отсутствия информации о дальности такие системы оставались ограниченно применимыми на практике; можно было использовать два измерения угла, но для их завершения требовалось время с использованием существующего оборудования RDF, а быстрое движение самолета во время измерения затрудняло координацию. [10]
С 1915 года Роберт Уотсон-Уотт работал в Метеобюро в лаборатории, которая была размещена в Радиоисследовательском отделе (RRS ) Национальной физической лаборатории (NPL) в Диттон-парке в Слау . Уотт заинтересовался использованием мимолетных радиосигналов, испускаемых молнией, как способом отслеживания гроз , но существующие методы RDF были слишком медленными, чтобы определить направление до исчезновения сигнала. В 1922 году [11] он решил эту проблему, подключив электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) к направленной антенной решетке Эдкока , первоначально построенной RRS, но сейчас не используемой. Комбинированная система, позже известная как хафф-дафф (от HF/DF, высокочастотное пеленгование), позволяла почти мгновенно определять пеленг сигнала. Метеобюро начало использовать ее для подготовки штормовых предупреждений для авиаторов. [12]
В этот период Эдвард Эпплтон из Королевского колледжа в Кембридже проводил эксперименты, которые привели к получению им Нобелевской премии по физике . Используя передатчик BBC, установленный в 1923 году в Борнмуте , и прослушивая его сигнал с помощью приемника в Оксфордском университете , он смог использовать изменения длины волны для измерения расстояния до отражающего слоя в атмосфере, тогда известного как слой Хевисайда . После первых экспериментов в Оксфорде в качестве источника использовался передатчик NPL в Теддингтоне , принимаемый Эпплтоном на станции Королевского колледжа в Ист-Энде Лондона. Уотт узнал об этих экспериментах и начал проводить те же измерения, используя приемники своей команды в Слау. С тех пор две команды регулярно взаимодействовали, и Уотт придумал термин « ионосфера» для описания множественных атмосферных слоев, которые они обнаружили. [13]
В 1927 году две радиолаборатории, в Метеорологическом бюро и NPL, были объединены в Радиоисследовательскую станцию (с той же аббревиатурой, RRS), которой управляла NPL, а Уотт был суперинтендантом. [11] Это обеспечило Уотту прямой контакт с исследовательским сообществом, а также с главными офицерами связи британской армии , Королевского флота и Королевских военно-воздушных сил . Уотт стал известным экспертом в области радиотехнологий. [11] Это положило начало долгому периоду, когда Уотт агитировал за то, чтобы NPL играла более активную роль в развитии технологий, а не только в чисто исследовательской роли. Уотт был особенно заинтересован в использовании радио для дальней навигации самолетов, но руководство NPL в Теддингтоне не восприняло это, и эти предложения ни к чему не привели. [14]
В 1931 году Арнольд Фредерик Уилкинс присоединился к штату Уотта в Слау. Как «новому мальчику», ему поручили ряд черновых заданий. Одной из них был выбор нового коротковолнового приемника для ионосферных исследований, к чему он отнесся со всей серьезностью. Прочитав все, что было доступно по нескольким устройствам, он выбрал модель из Главного почтамта (GPO), которая работала на (на тот момент) очень высоких частотах. В рамках испытаний этой системы в июне 1932 года GPO опубликовал отчет № 232 « Помехи от самолетов» . В отчете рассказывалось о наблюдении группы по испытаниям GPO, что самолеты, пролетающие рядом с приемником, вызывали изменение интенсивности сигнала, раздражающий эффект, известный как затухание . [15]
Теперь все было готово для разработки радара в Великобритании. Используя знания Уилкинса о том, что коротковолновые сигналы отражаются от самолетов, передатчик BBC для освещения неба, как в эксперименте Эпплтона, и технику RDF Уатта для измерения углов, можно было построить полноценный радар. Хотя такая система могла определять угол до цели, она не могла определять ее дальность и предоставлять местоположение в пространстве. Для этого нужно было бы сделать два таких измерения из разных мест. Техника хафф-дафф Уатта решила проблему проведения быстрых измерений, но оставалась проблема координации измерений на двух станциях, как и любые неточности в измерениях или различия в калибровке между двумя станциями. [16]
Недостающей техникой, которая сделала радар практичным, было использование импульсов для определения дальности путем измерения времени между передачей сигнала и приемом отраженного сигнала. Это позволило бы одной станции измерять угол и дальность одновременно. В 1924 году два исследователя из Военно-морской исследовательской лаборатории в Соединенных Штатах, Мерл Тув и Грегори Бриет, решили воссоздать эксперимент Эпплтона, используя синхронизированные импульсные сигналы вместо изменяющихся длин волн. [17] Применение этой техники к системе обнаружения не ускользнуло от внимания тех, кто работал в этой области, и такая система была прототипирована У. А. С. Бутементом и П. Э. Поллардом из Британского экспериментального сигнального учреждения (SEE) в 1931 году. Военное министерство оказалось не заинтересовано в этой концепции, и разработка осталась малоизвестной за пределами SEE. [18]
В то же время потребность в такой системе становилась все более насущной. В 1932 году Уинстон Черчилль и его друг, доверенное лицо и научный консультант Фредерик Линдеманн путешествовали на машине по Европе, где они увидели быстрое восстановление немецкой авиационной промышленности. [19] Именно в ноябре того года Стэнли Болдуин произнес свою знаменитую речь, заявив, что « Бомбардировщик всегда прорвется ». [20]
В начале лета 1934 года Королевские ВВС провели крупномасштабные учения с участием до 350 самолетов. Силы были разделены: бомбардировщики пытались атаковать Лондон, в то время как истребители, направляемые Корпусом наблюдателей , пытались остановить их. Результаты были удручающими. В большинстве случаев подавляющее большинство бомбардировщиков достигало своей цели, так и не увидев истребителя. Чтобы решить проблему однобоких результатов, Королевские ВВС предоставляли все более точную информацию защитникам, в конечном итоге сообщая наблюдателям, где и когда будут происходить атаки. Даже тогда 70 процентов бомбардировщиков беспрепятственно достигали своих целей. Цифры предполагали, что любые цели в городе будут уничтожены. [21] Командир эскадрильи П. Р. Берчалл подвел итоги, отметив, что «чувство беззащитности и смятения или, во всяком случае, беспокойства охватило общественность». [21] В ноябре Черчилль выступил с речью на тему «Угроза нацистской Германии», в которой указал на то, что Королевский флот не сможет защитить Британию от врага, который атакует с воздуха. [22]
В начале 1930-х годов в британских военных и политических кругах бушевали дебаты о стратегической авиации. Знаменитая речь Болдуина заставила многих поверить, что единственный способ предотвратить бомбардировки британских городов — это создать стратегические бомбардировочные силы, которые могли бы, как выразился Болдуин, «убивать больше женщин и детей быстрее, чем враг». [23] Даже высшие чины Королевских ВВС согласились с этой политикой, публично заявив, что их испытания показали, что «Лучшая форма защиты — это нападение». Возможно, это слишком знакомые банальности, но они иллюстрируют единственный надежный метод защиты этой страны от вторжения с воздуха. Нападение имеет значение». [21] Когда стало ясно, что немцы быстро перевооружают Люфтваффе , рос страх, что Королевские ВВС не смогут достичь цели выиграть такой обмен «око за око», и многие предлагали инвестировать в масштабные учения по строительству бомбардировщиков. [24]
Другие считали, что прогресс в истребителях означает, что бомбардировщик становится все более уязвимым, и предлагали, по крайней мере, изучить оборонительный подход. Среди последней группы был Линдеманн, летчик-испытатель и ученый, который отметил в The Times в августе 1934 года, что «занимать пораженческую позицию перед лицом такой угрозы непростительно, пока не будет определенно показано, что все ресурсы науки и изобретательства исчерпаны». [25]
В 1923–24 годах изобретатель Гарри Гринделл Мэтьюз неоднократно заявлял, что построил устройство, которое проецировало энергию на большие расстояния, и пытался продать его Военному министерству, но это было признано мошенничеством. [26] Его попытки подтолкнули многих других изобретателей связаться с британскими военными с заявлениями об усовершенствовании некоторой формы легендарного электрического или радио « луча смерти ». [26] Некоторые из них оказались мошенничеством, и ни одно из них не оказалось осуществимым. [27]
Примерно в то же время серия историй предполагала, что в Германии разрабатывается еще одно радиооружие. Истории различались, одна общая тема была о луче смерти, а другая — о том, что сигналы использовались для вмешательства в систему зажигания двигателя , чтобы заставить двигатель заглохнуть. Одна часто повторяемая история касалась английской пары, которая ехала в отпуск в Шварцвальде , и их машина сломалась в сельской местности. Они утверждали, что к ним подошли солдаты, которые сказали им подождать, пока они проведут испытание, а затем смогли без проблем запустить двигатель, когда испытание было завершено. Вскоре после этого в немецкой газете появилась статья с изображением большой радиоантенны, которая была установлена на Фельдберге в том же районе. [28]
Хотя Министерство авиации весьма скептически относилось к заявлениям о лучах, останавливающих двигатели, и лучах смерти, оно не могло игнорировать их, поскольку они были теоретически возможны. [27] Если бы такие системы могли быть построены, это могло бы сделать бомбардировщики бесполезными. [15] Если бы это произошло, сдерживающий фактор ночных бомбардировщиков мог бы испариться за одну ночь, оставив Великобританию открытой для атак постоянно растущего воздушного флота Германии. И наоборот, если бы у Великобритании было такое устройство, население могло бы быть защищено. [24]
В 1934 году, одновременно с движением за создание научного комитета для изучения этих новых типов оружия, Королевские военно-воздушные силы предложили премию в размере 1000 фунтов стерлингов тому, кто сможет продемонстрировать рабочую модель луча смерти, способного убить овцу на расстоянии 100 ярдов; [29] она осталась невостребованной. [15]
Необходимость исследования более совершенных форм противовоздушной обороны побудила Гарри Вимпериса [b] настаивать на формировании исследовательской группы для рассмотрения новых концепций. Лорд Лондондерри , тогдашний государственный секретарь по вопросам авиации , одобрил формирование Комитета по научному обследованию противовоздушной обороны в ноябре 1934 года, попросив Генри Тизарда возглавить группу, которая, таким образом, стала более известна в истории как Комитет Тизарда . [31]
Когда Вимперис искал эксперта по радио, чтобы тот помог оценить концепцию смертоносного луча, его, естественно, направили к Уотту. Он написал Уотту «о практической осуществимости предложений того типа, который в просторечии называют «лучом смерти»». [32] Они встретились 18 января 1935 года, [33] и Уотт пообещал разобраться в этом вопросе. Уотт обратился за помощью к Уилкинсу, но хотел сохранить основной вопрос в секрете. Он попросил Уилкинса рассчитать, какой вид радиоэнергии потребуется для повышения температуры 8 имперских пинт (4,5 л) воды на расстоянии 5 километров (3,1 мили) с 98 до 105 °F (с 37 до 41 °C). К удивлению Уотта, Уилкинс сразу же предположил, что это вопрос о смертоносном луче. Он сделал ряд приблизительных расчетов [34], демонстрирующих, что необходимое количество энергии было бы невозможным, учитывая современное состояние электроники. [35]
По словам Р. В. Джонса , когда Уилкинс сообщил об отрицательных результатах, Уотт спросил: «Ну, тогда, если смертельный луч невозможен, как мы можем им помочь?» [36] Уилкинс вспомнил более ранний отчет из GPO и отметил, что размах крыльев современного бомбардировщика , около 25 м (82 фута), был бы как раз подходящим для формирования полуволновой дипольной антенны для сигналов в диапазоне длин волн 50 м, или около 6 МГц. Теоретически, это эффективно отражало бы сигнал и могло быть принято приемником, чтобы дать раннее указание на приближающийся самолет. [35]
Уотт ответил комитету, что смертельный луч крайне маловероятен, но добавил:
Внимание переключается на все еще сложную, но менее бесперспективную проблему радиообнаружения, и численные соображения по методу обнаружения с помощью отраженных радиоволн будут представлены по мере необходимости. [35]
Письмо обсуждалось на первом официальном заседании Комитета Тизарда 28 января 1935 года. Полезность концепции была очевидна для всех присутствующих, но оставался вопрос, возможно ли это на самом деле. Альберт Роу и Вимперис проверили математику, и она оказалась верной. Они немедленно написали ответ с просьбой о более подробном рассмотрении. Уотт и Уилкинс продолжили работу с секретной запиской от 14 февраля под названием « Обнаружение и определение местоположения самолета с помощью радиосредств» . [37] В новой записке Уотсон-Уотт и Уилкинс сначала рассмотрели различные естественные излучения от самолета — свет, тепло и радиоволны от системы зажигания двигателя — и продемонстрировали, что противнику было слишком легко замаскировать их до уровня, который был бы необнаружим на разумных расстояниях. Они пришли к выводу, что понадобятся радиоволны от их собственного передатчика. [35]
Уилкинс дал конкретные расчеты для ожидаемой отражательной способности самолета. Принятый сигнал будет всего в 10 −19 раз сильнее переданного, но такая чувствительность считалась находящейся в пределах современного уровня техники. [14] Для достижения этой цели предполагалось дальнейшее улучшение чувствительности приемника в два раза. Их ионосферные системы передавали только около 1 кВт, [14] но коммерческие коротковолновые системы были доступны с 15-амперными передатчиками (около 10 кВт), которые, как они подсчитали, давали бы сигнал, обнаруживаемый на расстоянии около 10 миль (16 км). Они продолжили предполагать, что выходная мощность может быть увеличена в десять раз, если бы система работала импульсами, а не непрерывно, и что такая система будет иметь преимущество, позволяя определять дальность до целей путем измерения временной задержки между передачей и приемом на осциллографе . [35] Остальная часть требуемой производительности будет получена за счет увеличения усиления антенн, сделав их очень высокими, фокусируя сигнал вертикально. [38] Меморандум завершался планом полной станции, использующей эти методы. Проект был почти идентичен станциям CH, которые были введены в эксплуатацию. [35]
Письмо было ухвачено Комитетом, который немедленно выделил 4000 фунтов стерлингов для начала разработки. [c] Они обратились к Хью Даудингу , члену ВВС по снабжению и исследованиям , с просьбой к Казначейству о выделении еще 10 000 фунтов стерлингов. Даудинг был чрезвычайно впечатлен концепцией, но потребовал практической демонстрации, прежде чем будет выделено дополнительное финансирование. [39] [40]
Уилкинс предложил использовать новую коротковолновую станцию BBC Borough Hill мощностью 10 кВт и длиной волны 49,8 м в Давентри , Нортгемптоншир, в качестве подходящего специального передатчика. Приемник и осциллограф были помещены в фургон для доставки, который RRS использовал для измерения радиоприема в сельской местности. 26 февраля 1935 года [d] они припарковали фургон в поле около Аппер-Стоу и подключили его к проволочным антеннам, натянутым по полю на деревянных столбах. Handley Page Heyford совершил четыре прохода над этой областью, вызвав явно заметные эффекты на дисплее ЭЛТ на трех проходах. [42] На месте испытания был установлен памятный камень. [43]
За испытанием наблюдали Уотт, Уилкинс и несколько других членов команды RRS, а также Роу, представлявший Комитет Тизарда. Уотт был настолько впечатлен, что позже утверждал, что воскликнул: «Британия снова стала островом!» [39]
Роу и Даудинг были одинаково впечатлены. Именно в этот момент предыдущее волнение Уотта по поводу разработки стало важным; руководство NPL оставалось незаинтересованным в практической разработке концепции и с радостью позволило Министерству авиации взять на себя руководство командой. [44] Несколько дней спустя Казначейство выделило 12 300 фунтов стерлингов на дальнейшую разработку, [39] и небольшая группа исследователей RRS поклялась хранить тайну и начала разрабатывать концепцию. [44] Система должна была быть построена на станции RRS, а затем перенесена в Орфорднесс для испытаний над водой. Уилкинс должен был разработать приемник на основе блоков GPO вместе с подходящими антенными системами. Это оставило проблему разработки подходящего импульсного передатчика. Нужен был инженер, знакомый с этими концепциями. [45]
Эдвард Джордж Боуэн присоединился к команде после того, как откликнулся на газетное объявление о поиске радиоэксперта. Боуэн ранее работал над исследованиями ионосферы под руководством Эпплтона и был хорошо знаком с основными концепциями. Он также использовал системы RDF RRS по просьбе Эпплтона и был известен персоналу RRS. [44] После легкого интервью Уотсон-Уотт и Джок Херд заявили, что работа будет его, если он сможет спеть валлийский национальный гимн . Он согласился, но только если они в ответ споют шотландский . Они отказались и дали ему работу. [14]
Начав с электроники передатчика BBC, но используя новый передатчик от ВМФ, Боуэн создал систему, которая передавала сигнал мощностью 25 кВт на частоте 6 МГц (длина волны 50 метров), посылая импульсы длиной 25 мкс 25 раз в секунду. [45] Тем временем Уилкинс и Л. Х. Бейнбридж-Белл построили приемник на основе электроники от Ferranti и одного из ЭЛТ RRS. Они решили не собирать систему в RRS из соображений секретности. Команда, теперь состоящая из трех научных сотрудников и шести помощников, начала перевозить оборудование в Орфорднесс 13 мая 1935 года. Приемник и передатчик были установлены в старых хижинах, оставшихся от артиллерийских экспериментов Первой мировой войны , антенна передатчика представляла собой одиночный диполь, натянутый горизонтально между двумя 75-футовыми (23-метровыми) столбами, а приемник — аналогичное расположение двух скрещенных проводов. [46]
Система показала небольшой успех против самолетов, хотя были отмечены эхо от ионосферы на расстоянии до 1000 миль. Группа выпустила несколько отчетов об этих эффектах в качестве прикрытия , утверждая, что их ионосферные исследования мешали другим экспериментам в RRS в Слау, и выражая свою благодарность Министерству авиации за то, что оно предоставило им доступ к неиспользуемой земле в Орфорднессе для продолжения их усилий. [47] Боуэн продолжал увеличивать напряжение в передатчике, начиная с максимума в 5000 вольт, предложенного ВМС, но увеличивая его поэтапно в течение нескольких месяцев до 12 000 В, что давало импульсы мощностью 200 кВт. [48] Дуга между клапанами потребовала перестройки передатчика с большим пространством между ними, [47] в то время как дуга на антенне была решена путем подвешивания медных шариков к диполю для уменьшения коронного разряда . [49]
К июню система работала хорошо, хотя Бейнбридж-Белл оказался настолько скептичен в отношении успеха, что Уотт в конечном итоге вернул его в RRS и заменил Ником Картером. [48] Комитет Тизарда посетил место 15 июня, чтобы изучить прогресс команды. Уотт тайно организовал полет Vickers Valentia поблизости и спустя годы утверждал, что видел эхо на дисплее, но больше никто не помнит, чтобы видел их. [50]
Уотт решил не возвращаться в RRS с остальной группой Тизарда и остался с командой еще на один день. [51] Без каких-либо изменений в оборудовании 17 июня система была включена и немедленно предоставила отдачу от объекта на расстоянии 17 миль (27 км). После некоторого времени отслеживания они наблюдали, как он улетел на юг и исчез. Уотт позвонил на близлежащую экспериментальную станцию гидросамолетов в Феликстоу , и суперинтендант сообщил, что только что приземлилась летающая лодка Supermarine Scapa . Уотт попросил самолет вернуться, чтобы сделать больше проходов. [51] Это событие считается официальной датой рождения радара в Великобритании. [52]
Самолеты из RAF Martlesham Heath взяли на себя работу по предоставлению целей для системы, и дальность постоянно увеличивалась. Во время испытаний 24 июля приемник обнаружил цель на расстоянии 40 миль (64 км), и сигнал был достаточно сильным, чтобы они могли определить, что целью на самом деле были три самолета в тесном строю. К сентябрю дальность постоянно составляла 40 миль, увеличившись до 80 миль (130 км) к концу года, а с улучшениями мощности, которые Боуэн внес в передатчик, к началу 1936 года она превысила 100 миль (160 км). [51]
В августе 1935 года Альберт Роу , секретарь Комитета Тизарда, ввел термин «Радиопеленгация и обнаружение» (РРП), намеренно выбрав название, которое можно было бы спутать с «Радиопеленгацией» — термином, который уже широко использовался. [52]
В меморандуме от 9 сентября 1935 года Уотсон-Уотт изложил прогресс на сегодняшний день. В то время дальность составляла около 40 миль (64 км), поэтому Уотсон-Уотт предложил построить полную сеть станций на расстоянии 20 миль (32 км) друг от друга вдоль всего восточного побережья. Поскольку передатчики и приемники были разделены, для экономии затрат на разработку он предложил разместить передатчик на каждой второй станции. Сигнал передатчика мог использоваться приемником на этом месте, а также приемниками по обе стороны от него. [53] Это быстро стало спорным из-за быстрого увеличения дальности. Когда Комитет в следующий раз посетил место в октябре, дальность составляла до 80 миль (130 км), и Уилкинс работал над методом определения высоты с использованием нескольких антенн. [53]
Несмотря на свой специальный характер и короткий срок разработки менее шести месяцев, система Орфорднесса уже стала полезной и практичной системой. Для сравнения, акустические зеркальные системы, которые разрабатывались в течение десятилетия, все еще были ограничены дальностью всего 5 миль (8,0 км) в большинстве условий и были очень сложны в использовании на практике. Работа над зеркальными системами завершилась, и 19 декабря 1935 года был отправлен контракт на 60 000 фунтов стерлингов [e] на пять [f] станций RDF вдоль юго-восточного побережья, которые должны были быть введены в эксплуатацию к августу 1936 года. [42] [53]
Единственным человеком, не убежденным в полезности RDF, был Линдеманн. Он был включен в Комитет по настоянию своего друга Черчилля и оказался не впечатлен работой команды. Когда он посетил место, он был расстроен грубыми условиями и, по-видимому, обедом в коробке, который ему пришлось съесть. [55] Линдеманн настоятельно рекомендовал использовать инфракрасные системы для обнаружения и отслеживания, и многочисленные наблюдатели отметили постоянное вмешательство Линдеманна в работу радара. Как выразился Боуэн,
Через несколько месяцев после его вступления в Комитет, то, что ранее было новаторской и дальновидной группой, стало раздираться раздорами. Это был строго Линдеманн против остальных, с его враждебностью к радарам и его настойчивостью в отношении совершенно непрактичных идей о перехвате вражеских самолетов с помощью проводов, свисающих с воздушных шаров, или с помощью инфракрасного излучения, которое в то время просто не обладало чувствительностью для обнаружения самолетов на большом расстоянии. [55]
Поддержка Черчилля означала, что жалобы других членов на его поведение были проигнорированы. В конечном итоге дело было передано обратно лорду Суинтону , новому государственному секретарю по вопросам авиации. Суинтон решил проблему, распустив первоначальный комитет и реформировав его с Эпплтоном на месте Линдеманна. [53] [55]
По мере того, как росли усилия по разработке, Уотт потребовал создать центральную исследовательскую станцию «больших размеров и с наземным пространством для значительного количества мачт и антенных систем». [53] Несколько членов команды отправились с Уоттом в разведывательные поездки к северу от Орфорднесса, но не нашли ничего подходящего. Затем Уилкинс вспомнил, что наткнулся на интересное место примерно в 10 милях (16 км) к югу от Орфорднесса, некоторое время назад во время воскресной поездки. Он вспомнил его, потому что оно было примерно на высоте 70–80 футов (21–24 м) над уровнем моря, что было необычно для этой местности. Большой особняк на участке имел бы достаточно места для экспериментальных лабораторий и офисов. В феврале и марте 1936 года команда переехала в поместье Боудси и основала экспериментальную станцию Министерства авиации (AMES). Когда научная группа уехала в 1939 году, это место стало оперативной площадкой CH RAF Bawdsey . [56]
В то время как «команда Несса» начала переезжать в Бодси, участок Орфорднесс продолжал использоваться. Это оказалось полезным во время одной демонстрации, когда новая система, недавно завершенная в Бодси, дала сбой. На следующий день Роберт Ханбери-Браун и новый рекрут Джеральд Тач запустили систему Орфорднесса и смогли провести демонстрации оттуда. Участок Орфорднесса не был закрыт до 1937 года. [57]
Система была намеренно разработана с использованием существующих коммерчески доступных технологий для ускорения внедрения. [58] Команда разработчиков не могла позволить себе время на разработку и отладку новой технологии. Уотт, прагматичный инженер, считал, что «третье лучшее» подойдет, если «второе лучшее» не будет доступно вовремя, а «лучшее» никогда не будет доступно вообще. [59] Это привело к использованию длины волны 50 м (около 6 МГц), которая, как предположил Уилкинс, будет резонировать в крыльях бомбардировщика и улучшать сигнал. К сожалению, это также означало, что система все больше перекрывалась шумом, поскольку новые коммерческие передачи начали занимать этот ранее высокочастотный спектр . Команда отреагировала, уменьшив свою собственную длину волны до 26 м (около 11 МГц), чтобы получить чистый спектр. К всеобщему удовольствию и вопреки расчетам Уилкинса 1935 года, более короткая длина волны не привела к потере производительности. [55] Это привело к дальнейшему сокращению до 13 м и, наконец, к возможности настройки между 10 и 13 м (примерно 30-20 МГц), чтобы обеспечить некоторую частотную гибкость и помочь избежать помех. [54]
Метод определения высоты Уилкинса был добавлен в 1937 году. Первоначально он разработал эту систему как способ измерения вертикального угла трансатлантических передач во время работы в RRS. Система состояла из нескольких параллельных диполей, разделенных вертикально на мачтах приемника. Обычно гониометр RDF был подключен к двум скрещенным диполям на одной высоте и использовался для определения пеленга на целевую отдачу. Для определения высоты оператор вместо этого подключал две антенны на разных высотах и выполнял ту же основную операцию для определения вертикального угла. Поскольку антенна передатчика была намеренно сфокусирована вертикально для улучшения усиления, одна пара таких антенн покрывала только тонкий вертикальный угол. Использовалась серия таких антенн, каждая пара с разным центральным углом, обеспечивая непрерывное покрытие от примерно 2,5 градусов по горизонту до целых 40 градусов над ним. С этим дополнением была завершена последняя оставшаяся часть оригинальной записки Уатта, и система была готова к запуску в производство. [60] [54]
В начале 1937 года были опрошены отраслевые партнеры, и была организована производственная сеть, охватывающая многие компании. Metropolitan-Vickers взяла на себя проектирование и производство передатчиков, AC Cossor сделала то же самое для приемников, Radio Transmission Equipment Company работала над гониометрами, а антенны были спроектированы совместной группой AMES-GPO. Казначейство дало одобрение на полномасштабное развертывание в августе, и первые производственные контракты на 20 комплектов были отправлены в ноябре общей стоимостью 380 000 фунтов стерлингов. [60] Установка 15 из этих комплектов была проведена в 1937 и 1938 годах. В июне 1938 года была создана лондонская штаб-квартира для организации быстро растущей силы. Она стала Директоратом развития коммуникаций (DCD), а Уотт был назначен директором. Уилкинс последовал за ним в DCD, а AP Rowe взял на себя управление AMES в Боудси. В августе 1938 года первые пять станций были объявлены действующими и введены в эксплуатацию во время Мюнхенского кризиса , начав постоянную работу в сентябре. [61]
Летом 1936 года на авиабазе Биггин-Хилл проводились эксперименты , чтобы изучить, какое влияние окажет наличие радара на воздушный бой. [62] Предполагая, что RDF предоставит им 15-минутное предупреждение, они разработали методы перехвата, размещая истребители перед бомбардировщиками с возрастающей эффективностью. Они обнаружили, что основными проблемами были определение местоположения собственного самолета и обеспечение того, чтобы истребители находились на нужной высоте.
В аналогичном тесте на действующем радаре в Бодси в 1937 году результаты были комичными. Пока Даудинг наблюдал, как наземные диспетчеры суетливо пытались направить свои истребители, он мог слышать, как бомбардировщики пролетали над головой. Он определил проблему не как технологическую, а как проблему в отчетах. Пилотам отправляли слишком много отчетов, часто противоречивых. Это осознание привело к разработке системы Даудинга , обширной сети телефонных линий, сообщающих в центральную «фильтровальную комнату» в Лондоне, где отчеты с радиолокационных станций собирались и сопоставлялись, и возвращались пилотам в понятном формате. Система в целом была чрезвычайно трудоемкой.
К началу войны в сентябре 1939 года насчитывалось 21 действующая станция Chain Home. После битвы за Францию в 1940 году сеть была расширена, чтобы охватить западное побережье и Северную Ирландию. Chain продолжала расширяться на протяжении всей войны, и к 1940 году она простиралась от Оркнейских островов на севере до Уэймута на юге. Это обеспечивало радиолокационное покрытие всей обращенной к Европе стороны Британских островов, способное обнаруживать высоколетящие цели далеко над Францией. Калибровка системы первоначально проводилась с использованием полета в основном гражданских, впечатленных автожиров Avro Rota, пролетающих над известным ориентиром, затем радар калибровался таким образом, чтобы положение цели относительно земли можно было считывать с ЭЛТ. Rota использовался из-за его способности сохранять относительно неподвижное положение над землей, пилоты учились летать по небольшим кругам, оставаясь в постоянном положении на земле, несмотря на встречный ветер.
Быстрое расширение сети CH потребовало больше технического и оперативного персонала, чем могла предоставить Великобритания, и в 1940 году Британская верховная комиссия в Оттаве сделала официальный запрос канадскому правительству, призывая людей, квалифицированных в области радиотехники, для службы в обороне Великобритании. К концу 1941 года было зачислено 1292 обученных человека, и большинство из них были срочно отправлены в Англию, чтобы служить механиками радаров. [63]
Во время битвы станции Chain Home — в частности, станция в Вентноре , остров Уайт — подвергались атакам несколько раз между 12 и 18 августа 1940 года. Однажды часть радарной цепи в Кенте, включая Dover CH, была выведена из строя удачным попаданием в электросеть. Хотя деревянные хижины, в которых размещалось радарное оборудование, были повреждены, башни уцелели благодаря своей открытой стальной балочной конструкции. Поскольку башни уцелели, а сигналы вскоре были восстановлены, Люфтваффе пришли к выводу, что станции слишком сложно повредить бомбардировками, и оставили их в покое до конца войны. [ требуется цитата ]
Chain Home была основной радиолокационной системой Великобритании лишь недолгое время. К 1942 году многие из ее обязанностей были взяты на себя гораздо более продвинутыми радиолокационными системами перехвата с землей ( GCI ) AMES Type 7. В то время как CH сканировал область шириной около 100 градусов и требовал значительных усилий для проведения измерений, Type 7 сканировал всю область вокруг станции на 360 градусов и представлял ее на индикаторе положения в плане , по сути, на двухмерной карте воздушного пространства вокруг станции в реальном времени. На дисплее отображались как истребители, так и бомбардировщики, и их можно было различить с помощью сигналов идентификации «свой-чужой» (IFF). Данные с этого дисплея могли быть напрямую прочитаны пилотами-перехватчиками без необходимости в дополнительных операторах или центрах управления.
С развертыванием GCI, CH стал частью раннего оповещения радиолокационной сети. Для дальнейшего упрощения операций и сокращения потребности в рабочей силе работа по нанесению целей стала полуавтоматической. Аналоговый компьютер некоторой сложности, известный как «The Fruit Machine», получал информацию непосредственно с пульта оператора, считывая установку гониометра для пеленга и дальность с установки циферблата, который перемещал механический указатель по экрану, пока он не оказывался над выбранной целью. При нажатии кнопки Fruit Machine считывал входные данные и вычислял местоположение цели по осям X и Y, которые один оператор затем мог нанести на карту или передать напрямую по телефону. [59]
Первоначальные передатчики постоянно модернизировались, сначала со 100 кВт системы Орфорднесса до 350 кВт для развернутой системы, а затем снова до 750 кВт во время войны, чтобы обеспечить значительно увеличенный диапазон. Для облегчения обнаружения на большом расстоянии была добавлена более медленная частота 12,5 импульсов в секунду. Четырехбашенный передатчик позже был уменьшен до трех башен.
У британцев не было ответа на бомбардировку ракетами V-2 , которая началась в сентябре 1944 года. Ракеты летели слишком высоко и слишком быстро, чтобы их можно было обнаружить во время их приближения, не оставляя времени даже для подачи сигнала воздушной тревоги . Их сверхзвуковая скорость означала, что взрывы происходили без предупреждения, прежде чем звук их приближения достигал цели. Правительство изначально пыталось выдать их за взрывы в подземных газопроводах. Было ясно, что это не так, и в конечном итоге примеры падения V-2 в ее последнем падении были запечатлены на пленке.
В ответ несколько станций CH были реорганизованы в систему «Биг-Бен» для сообщения о V-2 во время запуска. Не было предпринято никаких попыток определить место запуска; радиогониометр был просто слишком медленным для использования. Вместо этого каждая из станций в сети, Bawdsey, Gt. Bromley, High St, Dunkirk и Swingate (Dover) были оставлены настроенными на максимальную дальность и в режиме измерения высоты. В этом режиме радар имел несколько сложенных лепестков , где они были чувствительны к сигналам. По мере подъема ракеты она проходила через эти лепестки по очереди, вызывая серию затухающих и усиливающихся с течением времени вспышек. Станции пытались измерить дальность до цели, пролетая через каждый из этих лепестков, и пересылали данные по телефону на центральную станцию построения диаграммы направленности. [64]
На станции эти измерения дальности были нанесены в виде дуг на график, известный как срезы дальности . Пересечения дуг определяли приблизительную область пусковой установки. Поскольку ракета приближалась к цели по мере набора высоты, каждое из этих пересечений было бы ближе к цели. Взяв несколько из них, в свою очередь, траекторию ракеты можно было определить с некоторой степенью точности, и предупреждения о воздушном налете отправлялись в вероятные районы. [64]
Успеху в этой задаче способствовал профиль фюзеляжа ракеты, который действовал как превосходный четвертьволновый отражатель для 12-метрового КВ-радара. [65] Истребительное командование Королевских ВВС также было проинформировано о запуске, чтобы попытаться атаковать места. Однако немецкие пусковые колонны были моторизованными, хорошо замаскированными и высокомобильными, что делало их чрезвычайно трудными для обнаружения и атаки. Единственное известное заявление было сделано, когда пилоты Supermarine Spitfire из эскадрильи № 602 Королевских ВВС наткнулись на V-2, взлетающую из лесистой местности, что позволило сделать быстрый выстрел с неизвестным результатом. [66]
Британская радиолокационная оборона быстро пришла в упадок в последние годы войны, многие объекты были закрыты, а другие переведены на «уход и обслуживание». Однако послевоенная напряженность с Советским Союзом привела к повторному вводу в эксплуатацию некоторых военных радаров в качестве временной меры. Некоторые радары были переделаны в соответствии с мирными стандартами качества и надежности, что дало значительное увеличение дальности и точности. Эти перестроенные системы стали первой фазой системы замены Chain Home, ROTOR , которая прошла три фазы с 1949 по 1958 год. [67]
С самого начала было отмечено, что из-за присущего задаче перехвата времени для выполнения одного перехвата с момента первоначального обнаружения требовалось около 23 минут. Если целью был высокоскоростной реактивный бомбардировщик, для этого требовалась дальность первоначального обнаружения около 240 миль (390 км). [68] CH, даже в своей модернизированной форме, едва ли был способен на это в лучших условиях. Радары GCI даже близко не подходили к этому, и вся система ROTOR полагалась на новую радиолокационную систему, которая стала доступна не позднее 1957 года. В одном из немногих случаев это требование было фактически перевыполнено, и первые системы AMES Type 80 поступили на вооружение в 1954 году.
Последние системы Chain Home Type 1 были сняты с эксплуатации в 1955 году одновременно с массовым сносом большинства стальных и деревянных башен.
Некоторые из стальных передающих вышек сохранились, хотя деревянные приемные вышки были снесены. Оставшиеся вышки имеют различные новые применения и в некоторых случаях теперь защищены как перечисленные здания приказом English Heritage . [69] Одна такая 360-футовая (110 м) передающая вышка теперь может быть найдена на объекте BAE Systems в Грейт-Баддоу в Эссексе, на месте бывшего исследовательского центра Маркони . Первоначально она стояла на базе ВВС Кейндон в Эссексе и была перенесена в Грейт-Баддоу в 1956 году. Это единственная сохранившаяся вышка Chain Home, все еще в своей первоначальной, немодифицированной форме с консольными платформами на высоте 50 футов, 200 футов и 360 футов, и в 2019 году ей был присвоен статус перечисленных Grade II. [70] Передающая станция Swingate в Кенте (первоначально AMES 04 Dover) имеет две оригинальные вышки (три до 2010 года), которые используются для микроволновой ретрансляции; башни лишились своих платформ в 1970-х годах. На базе ВВС Стенигот в Линкольншире есть еще одна, почти полная башня, без верхних платформ; она используется для обучения монтажников воздушных установок.
Единственным оригинальным местом расположения Chain Home, которое до сих пор используется в качестве военной радиолокационной станции, является RRH Staxton Wold в Северном Йоркшире, хотя никаких остатков оборудования 1937 года там не сохранилось, поскольку в 1964 году оно было полностью расчищено и переделано для замены ROTOR — системы Linesman/Mediator .
240-футовые деревянные приемные башни были одними из самых высоких деревянных сооружений, когда-либо построенных в Британии. Две из этих деревянных башен все еще стояли в 1955 году в Хейскасл-Кросс. [71] В отличие от изображенной здесь башни передатчика, башни в Хейскасл-Кросс были укреплены растяжками. Деревянные приемные башни в Сток-Холи-Кросс были снесены в 1960 году. [72] Вполне возможно, что деревянная башня, стоявшая на ферме ВВС Блейкхилл в Уилтшире в 1970-х или 1980-х годах, была выжившей в Chain Home. [73]
Позднее Уилкинс повторил эксперимент Дэвентри в 1977 году в эпизоде «Видеть на сотню миль» телесериала BBC «Тайная война ».
Радарные установки Chain Home обычно состояли из двух участков. Один комплекс содержал башни передатчиков с соответствующими структурами, а второй комплекс, обычно на расстоянии нескольких сотен метров, содержал мачты приемников и блок приемного оборудования, где работали операторы (в основном WAAF, Женские вспомогательные воздушные силы ). [74] Система CH была, согласно современной терминологии, « бистатическим радаром », хотя современные образцы обычно имеют свои передатчики и приемники, разнесенные гораздо дальше.
Передающая антенна состояла из четырех стальных башен высотой 360 футов (110 м), установленных в линию на расстоянии около 180 футов (55 м) друг от друга. На башне были размещены три большие платформы на высоте 50, 200 и 350 футов от земли. Кабель передачи сопротивлением 600 Ом был подвешен от верхней платформы к земле по обе стороны платформы (только на внутренней стороне конечных башен). Между этими вертикальными питающими кабелями находились собственно антенны, восемь полуволновых диполей, натянутых между вертикальными кабелями и разнесенных на ½ длины волны. Они питались с чередующихся сторон, поэтому весь массив кабелей был синфазным, учитывая их разнесение на ½ длины волны. За каждым диполем располагался пассивный отражающий провод, разнесенный на 0,18 длины волны назад. [74]
Получившаяся антенная решетка- занавес производила горизонтально поляризованный сигнал, который был направлен строго вперед вдоль перпендикуляра к линии вышек. Это направление было известно как линия выстрела и обычно было направлено над водой. Диаграмма вещания охватывала область около 100 градусов в примерно веерообразной области с меньшим боковым лепестком сзади, любезно предоставленным отражателями, и гораздо меньшими по бокам. Когда сигнал отражался от земли, он претерпевал изменение фазы на ½ длины волны, что заставляло его мешать прямому сигналу. Результатом была серия вертикально сложенных лепестков шириной около 5 градусов от 1 градуса от земли до вертикали. Позже система была расширена путем добавления еще одного набора из четырех дополнительных антенн ближе к земле, соединенных аналогичным образом. [74]
Приемник состоял из массива Adcock, состоящего из четырех деревянных башен высотой 240 футов (73 м), расположенных по углам квадрата. Каждая башня имела три набора (первоначально два) приемных антенн, по одному на высоте 45, 95 и 215 футов от земли. Средняя высота передатчика составляла 215 футов, [74] поэтому самая верхняя антенна была расположена на той же высоте, чтобы создать диаграмму направленности приема, идентичную передаче. Набор механических переключателей с приводом от двигателя позволял оператору выбирать, какая антенна была активна. Выход выбранной антенны на каждой из четырех башен отправлялся на одну систему радиогониометра (не собственное решение Уотта Huff-Duff). Соединив антенны вместе в пары XY, можно было измерить горизонтальный пеленг, в то время как соединение вместе верхней и нижней антенн позволяло использовать тот же гониометр для измерения вертикального угла. [75]
Использовались два плана физической компоновки: «Восточное побережье» [76] или «Западное побережье» [ 77] . На объектах Западного побережья стальные решетчатые башни были заменены более простыми мачтами с оттяжками, хотя для приема они сохранили те же деревянные башни. На объектах Восточного побережья были блоки передатчиков и приемников, защищенные земляными насыпями и взрывозащитными стенами, а также отдельные резервные передатчики и приемники в небольших бункерах с прикрепленными 120-футовыми антенными мачтами. Эти резервы находились в непосредственной близости от соответствующих объектов передатчика/приемника, часто на соседнем поле. На объектах Западного побережья для защиты использовалось рассредоточение площадок, дублирующее все здания передатчиков и приемников.
Операция началась с того, что передатчик типа T.3026 посылал импульс радиоэнергии в передающие антенны из хижины рядом с вышками. На каждой станции было два T.3026, один активный и один резервный. Сигнал заполнял пространство перед антенной, заливая всю область. Из-за эффектов передачи нескольких сложенных антенн сигнал был наиболее сильным непосредственно вдоль линии выстрела и ослабевал по обе стороны. Область примерно в 50 градусах по обе стороны от линии была заполнена достаточным количеством энергии, чтобы сделать обнаружение практически осуществимым. [74]
Передатчик типа T.3026 был предоставлен Metropolitan-Vickers, основанный на конструкции, использованной для передатчика BBC в Рагби . [78] Уникальной особенностью конструкции были «разборные» клапаны , которые можно было открыть для обслуживания, и которые должны были быть подключены к масляному диффузионному вакуумному насосу для непрерывной откачки во время использования. Клапаны могли работать на одной из четырех выбранных частот от 20 до 55 МГц и переключались с одной на другую за 15 секунд. Для создания коротких импульсов сигнала передатчик состоял из осцилляторов Хартли, питающих пару ламп-усилителей тетродов. Тетроды включались и выключались парой тиратронов на ртутных парах , подключенных к схеме синхронизации, выход которой смещал управляющую и экранную сетки тетрода положительно, в то время как сигнал смещения держал его в обычном выключенном состоянии. [79]
Станции были расположены таким образом, что их веерообразные схемы вещания слегка перекрывали друг друга, чтобы покрыть пробелы между станциями. Однако было обнаружено, что таймеры, управляющие трансляциями, могли дрейфовать, и трансляции с одной станции начинали появляться на других, явление, известное как «бегущие кролики». [74] Чтобы избежать этого, использовалась мощность от Национальной энергосистемы для обеспечения удобного фазово-синхронизированного сигнала 50 Гц, который был доступен по всей стране. Каждая станция CH была оснащена фазосдвигающим трансформатором, который запускал ее в другой точке на форме волны сетки. Выход трансформатора подавался на генератор Dippy , который выдавал острые импульсы с частотой 25 Гц, фазово-синхронизированные с выходом трансформатора. Блокировка была «мягкой», поэтому кратковременные изменения фазы или частоты сетки отфильтровывались. [80]
Во время сильного ионосферного отражения, особенно ночью, приемник мог видеть отражения от земли после одного отражения. Чтобы решить эту проблему, система была позже снабжена второй частотой повторения импульсов в 12,5 pps, что означало, что отражение должно было быть дальше, чем 6000 миль (9700 км), прежде чем оно будет видно в течение следующего периода приема. [74]
В дополнение к запуску трансляционного сигнала, выходной сигнал триггера передатчика также отправлялся в хижину приемника. Здесь он подавал входной сигнал на генератор временной развертки , который управлял отклоняющими пластинами оси X дисплея ЭЛТ. Это заставляло электронный луч в трубке начинать движение слева направо в момент завершения передачи. Из-за медленного затухания импульса часть переданного сигнала принималась на дисплее. Этот сигнал был настолько мощным, что подавлял любой отраженный сигнал от целей, что означало, что объекты ближе, чем примерно 5 миль (8,0 км), не могли быть видны на дисплее. Чтобы сократить этот период даже до этой точки, требовалось вручную настроить приемник, выбрав развязывающие конденсаторы и импеданс источников питания. [81]
Система приемника, построенная AC Cossor по проекту TRE, представляла собой многокаскадный супергетеродин . Сигнал с выбранных антенн на башнях приемника подавался через радиогониометр, а затем в трехкаскадный усилитель, причем каждый каскад размещался в металлическом экранном ящике, чтобы избежать помех между каскадами. Каждый каскад использовал усилитель класса B из EF8, специальных малошумящих пентодов «выровненной сетки». [g] Затем выходной сигнал начального усилителя направлялся на смеситель промежуточной частоты , который извлекал выбираемое пользователем количество сигнала, 500, 200 или 50 кГц, в зависимости от выбора переключателем на консоли. Первая настройка пропускала большую часть сигнала и использовалась в большинстве случаев. Другие настройки были доступны для блокировки помех, но делали это также путем блокировки части сигнала, что снижало общую чувствительность системы. [81]
Выходной сигнал смесителя направлялся на отклоняющие пластины оси Y в специально разработанной высококачественной ЭЛТ. [83] По причинам, не очень хорошо объясненным в литературе, это было организовано так, чтобы отклонять луч вниз с увеличением сигнала. [h] В сочетании с сигналом оси X от генератора временной развертки эхо, полученное от удаленных объектов, заставляло дисплей производить отметки вдоль дисплея. Измеряя центральную точку отметки по механической шкале вдоль верхней части дисплея, можно было определить расстояние до цели. Это измерение позже было дополнено добавлением калибровочного блока или строба , который заставлял дополнительные острые отметки рисоваться каждые 10 миль (16 км) вдоль дисплея. [84] Маркеры питались от тех же электронных сигналов, что и временная развертка, поэтому она всегда была правильно откалибрована.
Определение местоположения в пространстве заданной точки было сложным многоступенчатым процессом. Сначала оператор выбирал набор приемных антенн с помощью моторизованного переключателя, подавая сигналы в систему приемника. Антенны были соединены вместе парами, образуя две направленные антенны, чувствительные в первую очередь вдоль осей X и Y соответственно, Y - линия выстрела. Затем оператор "качал гонио" или "охотился" вперед и назад, пока выбранная точка не достигала своего минимального отклонения на этом дисплее (или максимального, при отклонении на 90 градусов). Оператор измерял расстояние по шкале, а затем сообщал плоттеру дальность и пеленг выбранной цели. Затем оператор выбирал другую точку на дисплее и повторял процесс. Для целей на разных высотах оператору, возможно, придется попробовать разные антенны, чтобы максимизировать сигнал. [85]
Получив набор полярных координат от оператора радара, плоттер должен был преобразовать их в местоположения X и Y на карте. Им были предоставлены большие карты их рабочей зоны, напечатанные на легкой бумаге, чтобы их можно было сохранить для дальнейшего использования. Вращающаяся линейка с центральной точкой в месте расположения радара на карте была закреплена сверху, поэтому, когда оператор называл угол, плоттер поворачивал линейку на этот угол, смотрел вдоль нее, чтобы выбрать диапазон, и наносил точку. Диапазон, названный оператором, является диапазоном прямой видимости или наклонным диапазоном , а не расстоянием над землей от станции. Чтобы вычислить фактическое местоположение над землей, также нужно было измерить высоту (см. ниже), а затем рассчитать ее с помощью простой тригонометрии . Для помощи на этом этапе расчета использовались различные калькуляторы и вспомогательные средства.
По мере работы плоттера цели со временем обновлялись, в результате чего появлялся ряд отметок или участков , которые указывали направление движения целей или траекторию . Трекеры, стоящие вокруг карты, затем передавали эту информацию по телефону в фильтровальную комнату в RAF Bentley Priory , где выделенный телефонный оператор передавал эту информацию плоттерам на гораздо большей карте. Таким образом, отчеты с нескольких станций были воссозданы в едином общем виде. [86]
Из-за различий в схемах приема между станциями, а также различий в принимаемых сигналах с разных направлений даже на одной станции сообщаемые местоположения отличались от реального местоположения цели на разную величину. Одна и та же цель, сообщаемая с двух разных станций, могла появляться в совершенно разных местах на участке фильтрационной комнаты. Задача фильтрационной комнаты состояла в том, чтобы распознать, что это был фактически один и тот же участок, и объединить их в один трек. С этого момента каждый трек идентифицировался номером, который использовался для всех будущих сообщений. При первом сообщении трекам присваивался префикс «X», а затем «H» для враждебного или «F» для дружественного после идентификации. [84] [i] Затем эти данные отправлялись по телефонной сети в штаб-квартиру Группы и Секции, где участки снова воссоздавались для местного контроля над бойцами.
Данные также передавались попутно другим оборонным подразделениям, таким как Королевский флот , армейские зенитные установки и операции заградительных аэростатов Королевских ВВС . Также была всесторонняя связь с гражданскими властями, в основном с Air Raid Precautions .
Из-за расположения антенн приемника чувствительная область имела ряд боковых лепестков , которые позволяли принимать сигналы под несколькими вертикальными углами. Обычно оператор использовал верхний набор антенн на высоте 215 футов (66 м), который имел самый ясный обзор горизонта. Из-за полуволновой интерференции от земли главный лепесток этой антенны был направлен примерно на 2,5 градуса выше горизонтали, а его чувствительная область простиралась примерно от 1 до 3 градусов. У земли усиление было нулевым, что позволяло самолетам избегать обнаружения, летая на малых высотах. Второй лепесток простирался примерно от 6 до 12 градусов и так далее. Это оставляло заметный пробел в диаграмме приема с центром примерно в 5,2 градуса.
Эта схема приема предоставила CH относительно точный способ оценки высоты цели. Для этого моторизованный переключатель в приемной хижине использовался для отключения четырех приемных мачт и вместо этого выбора двух вертикально смещенных антенн на одной мачте. При подключении к радиогониометру вывод на дисплей теперь влиял на относительную силу сигнала двух лепестков, а не на относительные силы по осям X и Y в горизонтальной плоскости. Оператор поворачивал радиогониометр в поисках пикового или минимального приема, как и раньше, и отмечал угол.
Число, сообщаемое оператором, было дальностью прямой видимости до цели или наклонной дальностью , которая включала компоненты как горизонтального расстояния, так и высоты. Чтобы преобразовать это в реальную дальность на земле, плоттер использовал базовую тригонометрию на прямоугольном треугольнике ; наклонная дальность была гипотенузой , а открытый угол был измерением от радиогониометра. Затем можно было вычислить основание и противолежащие стороны, что дало бы расстояние и высоту. Важной поправкой была кривизна Земли, которая стала существенной на расстояниях, на которых работал CH. После вычисления это позволяло правильно нанести дальность, открыв квадрат сетки для цели, который затем сообщался по цепочке.
Когда цель впервые обнаруживалась на большом расстоянии, сигнал обычно не имел достаточного возврата во втором лепестке для выполнения определения высоты. Это становилось возможным только по мере приближения самолета к станции. В конце концов эта проблема возникала снова, когда цель центрировалась во втором лепестке и так далее. Кроме того, было невозможно определить разницу между сигналом, сравниваемым между первым и вторым или вторым и третьим лепестками, что вызывало некоторую неоднозначность на коротких расстояниях. Однако, поскольку высота, вероятно, была определена задолго до этого, это, как правило, не было проблемой на практике.
Эта схема оставила набор отдельных углов, где прием в обоих лепестках был очень слабым. Чтобы решить эту проблему, второй набор приемных антенн был установлен на высоте 45 футов (14 м). Когда использовались нижние антенны, схема смещалась вверх, обеспечивая сильный прием в «пробелах», за счет уменьшения приема на большом расстоянии из-за более высоких углов.
Другой важной функцией операторов CH была оценка количества и типа самолетов в налете. Общий уровень общего размера можно было определить по силе отраженного сигнала. Но гораздо более точное определение можно было сделать, наблюдая за скоростью «биений» составных эхо-сигналов, за тем, как они росли и уменьшались с течением времени, когда они входили в различные секции диаграммы приема антенны. Чтобы помочь этому, оператор мог уменьшить длину импульса до 6 микросекунд (с 20) с помощью кнопки. Это улучшило разрешение по дальности, распространив вспышку на дисплее за счет более низкой возвращенной энергии. [87]
Оценка рейда была в значительной степени приобретенным навыком и продолжала совершенствоваться с опытом оператора. В измеренных тестах экспериментаторы обнаружили, что приобретенный навык был настолько хорош, что опытные операторы часто могли выбирать цели с возвратами, меньшими, чем текущее отношение сигнал/шум . Как это достигалось, было большой загадкой в то время — операторы замечали всплески в статике, которые были больше сигнала. В настоящее время считается, что это форма стохастического резонанса . [87]
Эксплуатация станции CH была ситуацией, требующей большого количества рабочей силы: оператор в хижине передатчика, оператор и помощник в хижине приемника и до шести помощников в хижине приемника, которые управляли плоттерами, калькуляторами и телефонными системами. Для обеспечения круглосуточного обслуживания требовалось несколько бригад, а также некоторое количество обслуживающего и вспомогательного персонала. Затем это умножалось на иерархию отчетности, которая требовала аналогичного количества WAAF на каждом уровне иерархии системы Dowding.
Построение угла цели было простым процессом снятия показаний гонио и установки вращающейся линейки на это значение. Проблема заключалась в определении того, где вдоль этой линейки находилась цель; радар измерял наклонную дальность по прямой линии до цели, а не расстояние над землей. На это расстояние влияла высота цели, которую приходилось определять, выполняя довольно трудоемкие измерения высоты. Кроме того, на эту высоту влияла дальность из-за кривизны Земли, а также любых несовершенств в местной среде, из-за чего доли имели разные измерения в зависимости от угла цели. [84]
Поскольку немалая часть требуемой рабочей силы была выделена на расчеты и построение графиков, можно было добиться значительного сокращения, используя как можно больше автоматизации. Это началось с использования различных механических вспомогательных средств; в конечном итоге их заменила фруктовая машина , электромеханический аналоговый компьютер некоторой сложности. [84] Она воспроизводила все эти устройства и таблицы в электрической форме. Электрический повторитель, или синхронизатор , был добавлен к гонио-циферблату. Для измерения дальности был добавлен новый циферблат, который перемещал механический маркер к выбранной отметке на дисплее. Когда конкретная цель была правильно выбрана, оператор нажимал кнопку, чтобы активировать фруктовую машину, которая затем считывала эти входные данные. В дополнение к входным данным фруктовая машина также имела ряд локальных поправок как для угла, так и для высоты, которые измерялись калибровочными полетами и хранились в машине в телефонных униселекторах . Эти поправки автоматически добавлялись в расчет, устраняя трудоемкий поиск этих чисел в таблицах. Выходными данными была высота, которая затем позволяла плоттерам определять надлежащее расстояние над землей до цели. [87]
Более поздние версии игрового автомата были модернизированы для прямого вывода положения самолета без ручного управления. Используя те же кнопки для отправки настроек в автомат, оператор просто запускал систему, а выходные данные использовались для управления индикатором, похожим на Т-квадрат, на карте, что позволяло оператору напрямую считывать вычисленное местоположение. Это сократило количество людей, необходимых на станции, и позволило реорганизовать станцию в гораздо более компактную форму. Оператор больше не вызывал показания плоттеров; теперь они сидели прямо рядом с графическим столом, чтобы видеть, выглядят ли результаты правильными, в то время как кассиры могли видеть график и вызывать его в комнату для построения графика. Дальнейшее обновление позволило автоматически отправлять данные в локальную комнату для построения графика по телефонным линиям, что еще больше сократило требуемую рабочую силу. [84]
С мая по август 1939 года LZ130 Graf Zeppelin II совершал полеты вдоль побережья Северного моря Великобритании, чтобы исследовать 100-метровые радиовышки, которые возводились от Портсмута до Скапа-Флоу . LZ130 провел ряд радиометрических тестов и сделал фотографии. Немецкие источники сообщают, что 12-метровые сигналы Chain Home были обнаружены и предположительно принадлежали радару; однако главный исследователь не смог доказать свои подозрения. [88] Другие источники сообщают о других результатах. [j]
Во время битвы за Францию немцы наблюдали 12-метровые импульсные сигналы на западном фронте, не имея возможности распознать их происхождение и цель. В середине июня 1940 года Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt (DVL, Немецкий институт аэронавтических исследований) создал специальную группу под руководством профессора фон Генделя и выяснил, что сигналы исходили с установок на побережье Ла-Манша. [89]
Их подозрения окончательно подтвердились после битвы при Дюнкерке , когда британцы были вынуждены отказаться от мобильной станции артиллерийской наводки (GL Mk. I) в Нормандии. Команда специалистов Вольфганга Мартини смогла определить работу системы. GL была довольно грубой системой с ограниченной эффективностью, и это привело к тому, что немцы скептически отнеслись к британским радарным системам. Однако для эффективной системы требуется нечто большее, чем просто радар; планирование и отчетность одинаково важны, и эта часть системы была полностью разработана в Chain Home. Неспособность немцев осознать ценность системы в целом была отмечена как один из их больших недостатков во время войны.
Британцы знали, что немцы определят цель системы и попытаются вмешаться в нее, и разработали множество функций и методов для решения некоторых из этих проблем еще при строительстве первых станций. Наиболее очевидной из них была способность CH работать на разных частотах, что было добавлено, чтобы позволить станциям избегать любых помех непрерывного вещания на их рабочей частоте. Кроме того, блок подавления помех, или IFRU, позволял ограничивать выход промежуточных каскадов усилителей в попытке точно настроить приемник на собственные сигналы станции и помочь отклонить широкополосные сигналы.
Более сложной была система, встроенная в дисплеи CH, реализованная для удаления ложных сигналов от несинхронизированных помеховых импульсов. Она состояла из двух слоев фосфора на экране ЭЛТ, быстро реагирующего слоя сульфида цинка ниже и более медленного слоя «послесвечения» сульфида цинка-кадмия сверху. Во время нормальной работы был виден яркий синий сигнал от сульфида цинка, и его сигнал активировал желтый слой сульфида цинка-кадмия, заставляя «усредненный» сигнал отображаться желтым цветом. Чтобы отфильтровать помеховые импульсы, перед дисплеем помещали желтый пластиковый лист , делая синий дисплей невидимым и открывая более тусклый желтый усредненный сигнал. Вот почему многие радары со времен войны до 1960-х годов имели желтые дисплеи.
Другой метод заключался в использовании измерений только дальности с нескольких станций CH для определения местоположения отдельных целей, «метод Чепмена». Для решения этой задачи устанавливался второй дисплей, на который по телефонным линиям подавался сигнал оси Y с удаленной станции CH. Таким образом, оператор мог напрямую сравнивать два сигнала, устраняя задержки, если эта информация передавалась голосом. Эта система никогда не требовалась.
Когда немцы впервые попытались применить глушение, это было сделано гораздо более умным способом, чем предполагалось. Было использовано наблюдение, что передачи отдельных станций были разнесены во времени, чтобы избежать взаимных помех. [90] Была разработана система для отправки обратно ложных широкополосных импульсов на выбранном временном слоте станции CH. Оператор CH мог избежать этого сигнала, просто немного изменив свой временной слот, так что глушение не было получено. Это привело к тому, что сигналы станции начали перекрываться с другим временным слотом, так что эта станция попыталась сделать то же самое, влияя на другую станцию в сети и так далее.
Серия таких глушилок была установлена во Франции, начиная с июля 1940 года, и вскоре сконцентрировалась в одной станции в Кале, которая некоторое время влияла на CH. Однако время этих попыток было крайне необдуманным. Британцы быстро разработали оперативные методы противодействия этому глушению, и они эффективно устранили эффект глушения к началу Битвы за Британию 10 июля. Немцы были на пути к разработке более сложных систем глушения, но они не были готовы к эксплуатации до сентября. Это означало, что система CH могла работать беспрепятственно на протяжении всей Битвы, и привела к ее широко разрекламированным успехам. [90]
К началу битвы в июле немецкие оперативные подразделения Люфтваффе были хорошо осведомлены о CH и были проинформированы DVL, что они не могут рассчитывать остаться незамеченными, даже в облаках. Несмотря на эти предупреждения, Люфтваффе мало что сделали для решения этой проблемы и относились ко всей теме с некоторой долей пренебрежения. Их собственные радары превосходили CH во многих отношениях, но оказались лишь незначительно полезными. Во время воздушного сражения в Гельголандской бухте в 1939 году немецкий радар Freya обнаружил налет, когда он был еще в часе полета от своей цели, но не имел возможности сообщить об этом ни одному из истребительных подразделений, которые могли бы его перехватить. Передача информации с радара пилотам в полезной форме, по-видимому, была сложной проблемой, и немцы считали, что у британцев будут те же трудности, и поэтому радар не окажет существенного влияния.
Некоторые бессистемные усилия были предприняты для атаки станций CH, особенно на начальных этапах битвы. Британские инженеры смогли быстро вернуть эти подразделения в строй или в некоторых случаях просто сделать вид, что делают это, чтобы обмануть немцев, заставив их думать, что атаки провалились. Когда характер этих атак стал ясен, Королевские ВВС начали противостоять им с возрастающей эффективностью. Пикирующие бомбардировщики Junkers Ju 87 понесли катастрофические потери и были выведены из боя. Немцы отказались от попыток атаковать CH напрямую в разумных масштабах. [90]
Таким образом, CH было разрешено действовать в течение всей битвы в значительной степени беспрепятственно. Хотя связь действительно была серьезной проблемой, именно для решения этой проблемы была создана система Даудинга, что стоило больших денег. В результате каждый британский истребитель был примерно вдвое или, возможно, даже более эффективен, чем его немецкий аналог. Некоторые налеты были встречены 100% отправленных истребителей, успешно поражавших свои цели, в то время как немецкие самолеты возвращались домой более чем в половине случаев, так и не увидев противника. Именно по этой причине Черчилль приписывает победу в битве Chain Home.
Вторая система глушения была в конечном итоге активирована в Кап-Гри-Нез в сентябре, используя систему, которая запускала свой сигнал в ответ на прием импульса от CH. Это означало, что система отвечала на станцию CH, даже если она перемещала свой временной интервал. Эти системы, известные как Гармиш-Партенкирхен , использовались во время операции Donnerkeil в 1941 году. Дальнейшие усовершенствования базовой концепции позволили генерировать множественные возвраты, отображавшиеся как несколько самолетов на дисплее CH.
Хотя эти новые глушилки были относительно сложными, операторы CH быстро приспособились к ним, периодически изменяя частоту повторения импульсов (PRF) передатчика своей станции. Это приводило к тому, что синхронизированные сигналы глушения на короткое время выходили из синхронизации со станцией, а сигналы от глушилок «дрожали» на экране, что позволяло визуально их различать. «Устройство преднамеренного подавления джиттера» (IJAJ) делало это автоматически и случайным образом, что делало невозможным для немецких глушилок подстраиваться под изменения.
Еще одно усовершенствование помогло отсечь несинхронизированные импульсы, вытеснив двухслойный дисплей. Это устройство, блок «Anti-Jamming Black-Out», AJBO, подавало сигнал оси Y в задержку, а затем в регулировку яркости ЭЛТ. Короткие импульсы, которые появлялись и исчезали, приглушались, исчезая с дисплея. Похожие методы, использующие акустические линии задержки , как для снижения помех, так и для фильтрации шума, стали обычным явлением на многих радарных установках во время войны.
Немцы также использовали CH для своей собственной пассивной радиолокационной системы, известной как Klein Heidelberg . Она использовала передачи CH в качестве источника, а ряд антенн вдоль побережья Ла-Манша в качестве приемника. Сравнивая время прибытия сигналов от выбранного самолета, можно было с некоторой точностью определить его дальность и направление. Поскольку система не посылала собственных сигналов, союзники не знали о ней, пока не захватили станции в 1944 году. Большинство станций были только что построены, когда они были захвачены. [91]
Современные тексты часто пренебрежительно относятся к Chain Home, рассматривая его как «тупиковую технологию с серьезными недостатками». [92]
Во многих отношениях CH была грубой системой, как в теории, так и по сравнению с другими системами той эпохи. Это особенно верно, когда CH сравнивается с ее немецким аналогом Freya. Freya работала на более коротких волнах, в диапазоне от 2,5 до 2,3 м (от 120 до 130 МГц ), что позволяло ей транслироваться с гораздо меньшей антенны. Это означало, что Freya не должна была использовать двухкомпонентную структуру CH с прожекторной передачей, а могла вместо этого посылать свой сигнал более плотно сфокусированным лучом, как прожектор. Это значительно уменьшало количество энергии, необходимой для трансляции, поскольку гораздо меньший объем заполнялся передачей. Пеленгация достигалась простым поворотом антенны, которая была достаточно маленькой, чтобы это было относительно легко организовать. Кроме того, более высокая частота сигнала обеспечивала более высокое разрешение, что способствовало эффективности работы. Однако Freya имела меньшую максимальную дальность в 100 миль (160 км) и не могла точно определять высоту.
Следует помнить, что CH был специально разработан специально для использования готовых компонентов везде, где это возможно. Только приемник был действительно новым, передатчик был адаптирован из коммерческих систем, и это основная причина, по которой система использовала такую большую длину волны. Станции CH были разработаны для работы на частоте 20–50 МГц, «граничной зоне» между высокочастотным и VHF- диапазонами на частоте 30 МГц, хотя типичные операции проводились на частоте 20–30 МГц (верхний предел HF-диапазона) или на длине волны около 12 м (25 МГц). [93] Дальность обнаружения обычно составляла 120 миль (190 км; 100 морских миль), но могла быть и лучше. [94]
Основным ограничением в использовании было то, что Chain Home была фиксированной системой, не вращающейся, что означало, что она не могла видеть за пределами своей шестидесятиградусной дуги передачи или позади нее, как только цели пролетали над головой, и поэтому планирование рейда над землей осуществлялось наземными наблюдателями, в основном Корпусом наблюдателей (с апреля 1941 года известным как Королевский корпус наблюдателей ). Наземное наблюдение было приемлемо в течение дня, но бесполезно ночью и в условиях ограниченной видимости. Эта проблема была уменьшена с введением более совершенных обзорных радаров с возможностью отслеживания на 360 градусов и определения высоты и, что более важно, самолетов, оснащенных бортовым радаром перехвата (AI), [95] который разрабатывался параллельно с Chain Home с 1936 года. Это новое оборудование начало появляться в конце 1940 года, установленное на самолетах Bristol Blenheim , Bristol Beaufighter и Boulton Paul Defiant .
Даже когда система CH была развернута, проводились самые разные эксперименты с новыми конструкциями. К 1941 году наземный радар перехвата управления (GCI) типа 7 [96] на длине волны 1,5 м поступил в производство и в 1942 году стал широко использоваться. [97]
Размещение радарных станций в этот период осложняется быстрым ростом технологий в 1936–45 годах и изменением эксплуатационных требований. К 1945 году в Великобритании было более 100 радарных станций. Одной из основных целей послевоенного ROTOR было упорядочение и управление громоздкой сетью, которая быстро росла «по мере необходимости» в военные годы.
Ниже перечислены отдельные сайты:
копия на The Radar Pages
