Тип 271 был радаром поиска поверхности, который использовался Королевским флотом и союзниками во время Второй мировой войны . Первая широко используемая военно-морская микроволновая система, она была оснащена антенной, достаточно маленькой, чтобы ее можно было установить на небольших кораблях, таких как корветы и фрегаты , в то время как ее улучшенное разрешение по сравнению с более ранними радарами позволяло ей обнаруживать всплывшую подводную лодку на расстоянии около 3 миль (4,8 км), а ее перископ — на расстоянии 900 ярдов (820 м).
Прототип 271X был установлен на HMS Orchis в марте 1941 года и объявлен работоспособным в мае. Небольшие количества стали доступны в течение года, и к октябрю в эксплуатации находилось около тридцати комплектов. Конструкция породила две более крупные версии, Type 272 для эсминцев и малых крейсеров и Type 273 для более крупных крейсеров и линкоров . 272 не считался успешным и не использовался широко. 273 отличался более крупными и более сфокусированными антеннами, обеспечивающими более высокий коэффициент усиления и, следовательно, большую дальность действия. Это оказалось очень успешным и широко использовалось.
Улучшенные версии, известные также как модели Q или Mark IV , были введены в эксплуатацию в начале 1943 года. Они имели более мощный магнетрон на 70 кВт для большей дальности и добавили дисплей индикатора положения плана (PPI), который облегчил задачу организации перехватов. Почти одновременное прибытие радара ASV Mark III , huff-duff , Type 271 и новые взломы немецких военно-морских кодов Enigma решительно изменили исход битвы за Атлантику в пользу Королевского флота. Позже в том же году 273Q на борту HMS Duke of York ночью обнаружил немецкий линкор Scharnhorst , что привело к его уничтожению во время битвы у Нордкапа .
К концу войны были введены улучшенные версии всех этих конструкций. Первоначально известные как модели Mark V, в марте 1943 года они были переименованы в Type 277 , 276 и 293. Эти новые модели модернизировались по мере поступления кораблей на обслуживание и получили широкое распространение к концу 1944 года. Модели Type 271Q оставались на вооружении на ряде кораблей в послевоенный период, в основном выходя из эксплуатации вместе с кораблями, которые их несли.
Королевский флот узнал об экспериментах Роберта Уотсона-Уотта с радаром в 1935 году и очень быстро начал изучать использование радара для военно-морских целей. В отличие от Министерства авиации , которое в то время не имело формального электронного учреждения, Экспериментальный департамент ВМС в Портсмуте был мощным центром в области проектирования электроники и смог быстро разработать серию радаров для военно-морского использования. В 1938 году их радар Тип 79 стал первым военно-морским радаром, поступившим на вооружение. [1]
В то время единственная мощная радиочастотная электроника работала в коротковолновых диапазонах, с длинами волн, измеряемыми в метрах. Существующие лампы ( вакуумные трубки ) могли работать на абсолютном максимуме 600 МГц (длина волны 50 см), но работа в любом месте вблизи этого диапазона приводила к очень низкой эффективности и выходной мощности. [2] Большинство усилий было направлено на гораздо более длинные волны, несколько метров или более, где уже существовала коммерческая электроника для коротковолновых вещаний. [3]
По разным причинам антенны должны иметь определенный размер относительно длины волны их сигналов, при этом полуволновой диполь был распространенной конструкцией. Это означало, что антенны радаров этой эпохи должны были быть метры в поперечнике, чтобы иметь приемлемую производительность. Прототип Type 79X, который был экспериментально установлен на тральщике HMS Saltburn в октябре 1936 года, использовал длину волны 4 м, что требовало, чтобы антенны были натянуты между мачтами корабля. Его можно было нацелить, только повернув весь корабль. Чтобы улучшить мощность, для HMS Sheffield была разработана версия с еще большей длиной волны 7 м , которая обеспечивала от 15 до 20 кВт мощности. Его антенна могла вращаться, но была огромной и тяжелой. [4]
.jpg/1280px-Original_cavity_magnetron,_1940_(9663811280).jpg)
В феврале 1940 года Джон Рэндалл и Гарри Бут построили рабочий резонаторный магнетрон , который вскоре вырабатывал 1 кВт мощности на длине волны всего 10 см из устройства размером с обувную коробку. Полуволновой диполь для этой длины волны имел длину всего 5 сантиметров (2,0 дюйма) и мог быть легко установлен практически на любом корабле или самолете. Это представляло собой огромный скачок в производительности, и разработка микроволнового радара всеми силами началась немедленно. Хотя магнетрон решил проблему генерации коротковолновых сигналов с высокой мощностью, это само по себе не делает радиолокационную систему полной. Также необходим детектор радиосигнала , который может работать на столь же высоких частотах, кабели, способные эффективно передавать этот сигнал на антенну, и множество других разработок. [5]
Военно-морской флот был в особенно выгодном положении, чтобы воспользоваться магнетроном, так как частью его экспериментального отдела была лаборатория Valve. В 1939 году лаборатория Valve была назначена ответственной за Комитет по координации разработки ламп (CDV), который руководил разработкой новой технологии ламп для всех вооруженных сил Великобритании. Лаборатория Valve руководила разработкой настраиваемого рефлекторного клистрона , который обеспечивал необходимый сигнал промежуточной частоты для супергетеродинного приемника, работающего на микроволновых частотах, в то время как Научно-исследовательский институт телекоммуникаций (TRE), исследовательское подразделение Министерства авиации, представил детектор из кристалла кремния-вольфрама , который генерировал соответствующие высокочастотные сигналы для рефлекторного клистрона. [5]
К июлю 1940 года образцы всех этих устройств поступили в экспериментальные цеха TRE вместе с более мощными магнетронами, работающими от 5 до 10 кВт. Герберт Скиннер собрал на столе различные детали, чтобы создать первый рабочий микроволновый радар. Он использовал обновленный магнетрон NT98, который вырабатывал мощность 5 кВт. Они продемонстрировали это, попросив кого-то проехать на велосипеде перед устройством, держа в руках металлическую пластину. Этот тест продемонстрировал способность нового радара обнаруживать цели, даже если они находились очень близко к горизонту, чего не могли сделать предыдущие конструкции из-за отражений от земли, которые избегал узконаправленный микроволновый сигнал. Министерство авиации и Адмиралтейство немедленно приступили к разработке серийных радаров с использованием этой базовой конструкции. [5]
С 1940 года возможность воздушного нападения на Экспериментальный отдел считалась серьезной, но только в конце того же года был инициирован переезд. В марте 1941 года Экспериментальный отдел стал Адмиралтейским сигнальным учреждением (ASE), название, которое он сохранил до конца военного периода. В августе ASE переехал в Lythe Hill House в Хаслмире , ближе к Лондону . [6]
В то время как развитие радаров ВМС достигло больших успехов, их оперативное использование в битве за Атлантику началось только в 1941 году. Летом и осенью 1940 года, в период после падения Франции, который немцы позже назвали Первым счастливым временем , потери в Северной Атлантике достигли неприемлемого уровня. [5]
В докладе о состоянии продолжающейся войны подводных лодок в сентябре отмечалось, что 70% всех успешных атак подводных лодок были совершены ночью и на поверхности. Это стало возможным, поскольку асдик не мог обнаружить всплывшую подводную лодку, а доступные в то время радары были слишком большими, чтобы их можно было установить на большинстве обычных эскортов. [7] Во время этого широкомасштабного «Совещания по защите торговли» призыв к «разработке эффективного радара для противолодочного надводного и воздушного эскорта» был одобрен премьер-министром и получил наивысший национальный приоритет. [7]
В октябре 1940 года группа из ASE под руководством Стенхарда Ландейла была отправлена в лаборатории TRE в Суонедже для изучения их устройств для крепления. [8] К этому времени у TRE было две работающие системы, и вторая могла быть установлена на трейлере. При испытании на прибрежном утесе около лабораторий этот радар успешно обнаружил небольшие суда в заливе Суонедже. Команда ВМС разработала собственную версию прототипа, известную только как «Apparatus C», которая была впервые испытана на трейлере 8 декабря 1940 года. [9]
Антенна, состоящая из двух параболических отражателей , хорошо работала на вершине скалы, но не работала бы хорошо ближе к поверхности, как это было бы в случае установки на корабле. В этом случае малый угол между антенной и волнами на море вызывал бы ложные возвраты или « помехи », которые могли бы скрыть цель. Герберт Скиннер, который руководил разработкой антенны в TRE, взял на себя задачу протестировать существующие конструкции на разных высотах. Во время серии испытаний между 15 и 17 декабря Скиннер использовал «Apparatus B» TRE против небольшого корабля Titlark и продемонстрировал отслеживание на 9 миль (14 км) на вершине 250-футовой (76 м) скалы, 5 миль (8,0 км) на 60-футовой (18 м) точке Peveril Point и 3,5 мили (5,6 км) на 20 футах (6,1 м). [9]
Другая проблема заключалась в том, чтобы удерживать сигнал от плотно сфокусированных карандашных лучей на цели, когда корабль качался и качался в море. Бернард Ловелл предположил, что решением будет использование антенны с узким горизонтальным лучом, как у парабол, которые они использовали, но с небольшой вертикальной фокусировкой. Это создало бы веерообразный луч, распространенный примерно на 80 градусов по вертикали, который продолжал бы освещать цель, пока корабль с радаром двигался на волнах. [9] Получившаяся конструкция стала известна как « сырная антенна », поскольку она выглядела как часть, отрезанная от сырной головки. Прототип был установлен на трейлере адмиралтейства 19 декабря и отбуксирован на пляж для испытаний. [10]
Некоторое чувство срочности программы разработки можно увидеть в том факте, что заказ на 12 комплектов уже был размещен в лаборатории связи Адмиралтейства в Истни (за пределами Портсмута). Первоначально известные просто как Тип 271, эти модели позже стали называться 271X, чтобы указать на их статус прототипа. [10]
Коаксиальные кабели, используемые для передачи сигнала от радара к приемнику, теряли около 22 дБ на 100 футов (30 м) длины на микроволновых частотах. Даже на коротких расстояниях это приводило к неприемлемым потерям. Решением было разместить передатчик и начальные этапы приемника на задней стороне антенн в металлическом ящике, что сократило длину проводки примерно до 1 фута (0,30 м). Однако локальный генератор , отражательный клистрон, приходилось устанавливать на станции оператора, поскольку он требовал периодической ручной настройки. Это ограничивало максимальное расстояние между основным приемником и антеннами примерно до 20 футов (6,1 м). Эта проблема была решена путем размещения кабины оператора непосредственно под антенной. [11]
Единственным другим значительным изменением между Apparatus C и 271X было незначительное изменение антенны, обрезание внешних краев для уменьшения ее ширины и небольшое увеличение расстояния между верхней и нижней пластинами с 9 до 10 дюймов (с 230 до 250 мм) для компенсации небольшой потери производительности из-за обрезания. [12] Эта новая конструкция антенны была известна как Outfit ANA. [13] Антенна была размещена на вращающейся платформе, которая вручную поворачивалась вокруг вертикальной оси с помощью приводного вала , который проходил через крышу кабины оператора радара и заканчивался рулевым колесом, взятым из автомобиля. Поскольку коаксиальные кабели, передающие сигнал в кабину, имели лишь ограниченный люфт, антенны были ограничены примерно 200 градусами вращения, не имея возможности направлять их назад. [14]
Для защиты системы от стихии был построен цилиндрический обтекатель с использованием плексигласа , который в то время был единственным известным материалом, прозрачным для микроволн, с достаточной механической прочностью. Система использовала ряд плоских панелей, скрепленных вместе в тиковом каркасе. Получившаяся конструкция имела очень сильное сходство с фонарем, что быстро стало его прозвищем. [15]
_IWM_FL_4270.jpg/1280px-HMS_Orchis_(K76)_IWM_FL_4270.jpg)
На встрече 11 февраля 1941 года заказ на прототип в Истни был увеличен еще на 12 единиц, а заказ на 100 серийных комплектов был размещен в Allen West and Company. На той же встрече недавно завершенный корвет класса Flower HMS Orchis был отложен для морских испытаний. Первая партия прототипов была завершена к концу февраля 1941 года, что привело к последующему заказу еще на 150 комплектов. [16]
Система была быстро установлена на Орчисе и начала испытания в заливе Ферт-оф-Клайд 25 марта 1941 года. Установленная на высоте мачты 36 футов (11 м), система могла отслеживать небольшую подводную лодку на расстоянии 4000 ярдов (3700 м) и видела некоторые ответные сигналы на расстоянии до 5000 ярдов (4600 м). При более сильном волнении моря максимальная дальность уменьшалась до 4400 ярдов (4000 м). Хотя это было меньше дальности, достигнутой с экспериментальными системами в Суонедже, они считались полезными в эксплуатации и в любом случае были намного больше, чем дальность видимости ночью. Аллену Уэсту было приказано продолжить текущую разработку серийных моделей. [17]
После успешных испытаний на Orchis , Eastney продолжила производство оригинального заказа и все больше сотрудничала с Allen West по поводу производственных моделей. К сентябрю 1941 года были оборудованы 32 корвета и небольшое количество других кораблей, включая линкор HMS King George V , крейсер HMS Kenya и морской траулер Avalon . Система не подходила для установки на большинстве эсминцев или крейсеров, поскольку требовала, чтобы приемное отделение располагалось прямо под антенной, а большинство кораблей такого размера имели большие мачты, занимающие подходящую площадь крыши. [12]
В течение 1941 года были достигнуты большие успехи в микроволновой электронике, и постоянно предлагались новые решения проблем. Ряд таких изменений был внедрен в серийные модели, поскольку серия прототипов подошла к концу. [12]
Одним из таких усовершенствований был рефлекторный клистрон CV35, который заменил более ранний NR89 271X. CV35 имел эффективность от 3 до 4% по сравнению с исходным 1% и, следовательно, производил примерно в три раза больше выходного сигнала для любого заданного входного сигнала. Это позволило увеличить расстояние между антенной и приемником до 40 футов (12 м), что обеспечило гораздо большую гибкость в вариантах монтажа. CV35 также был электрически более стабильным и значительно упростил настройку системы. [12] Первоначально наборы, использующие CV35, были известны как 271X Mark II, но в марте 1942 года они были переименованы в 271 Mark II, сняв букву X. [18]
Первоначальное расположение антенн было сохранено для серийных 271, но крепление было изменено для производства Outfit ANB. [13] Были проведены дальнейшие эксперименты, в ходе которых прямой приводной вал, который оператор использовал для поворота антенн, был заменен тросом Боудена , чтобы кабина была удалена от антенны. В то же время та электроника, которая оставалась установленной на антенне, была переупакована, чтобы быть как можно меньше, что уменьшило вес. Благодаря этим изменениям теперь стало возможным устанавливать антенну удаленно, что сделало ее пригодной для использования на эсминцах. При типичном использовании антенна устанавливалась на уровне 55 футов (17 м) на мачте. [12] В августе 1941 года подразделения с таким типом привода были переименованы в Тип 272. [18]
Тип 272 также устанавливался на крейсеры, но в этой роли была обнаружена новая проблема: взрыв от главных орудий был достаточно сильным, чтобы иметь тенденцию растрескивать плексиглас в обтекателе. Это не было полностью решено до 1943 года, когда был введен совершенно новый обтекатель. [18]
Переход на сырную антенну привел к потере производительности, но это было неизбежно из-за качки и качки кораблей. Этого не было в случае с более крупными судами, где более медленное движение на волнах позволяло компенсировать эффекты с помощью механического стабилизатора. Это привело к экспериментам с использованием оригинальных параболических зеркал диаметром 3 фута (0,91 м), используемых в наборах TRE для использования на более крупных судах. Они обеспечивали усиление 250, что намного больше, чем у сырных антенн. В сочетании с более высоким монтажом на мачте ожидалось, что эта система обеспечит значительно большую дальность обнаружения. Шесть прототипов систем были поставлены в августе 1941 года, получив название Тип 273. Первая производственная установка была на HMS Nigeria в конце года. [19]
В октябре 1941 года Средиземноморское командование запросило решение проблемы обнаружения итальянских человеко-торпед , которые атаковали корабли в Гибралтаре и Александрии . Была предоставлена модифицированная версия Type 273, в которой была удалена система стабилизации (не нужная на суше) и увеличены отражатели до 4,5 футов (1,4 м), что увеличило коэффициент усиления до 575. Несколько таких систем были построены под названием Type 273S (для берега) и поставлены в 1942 году. Еще одна разовая модификация была сделана для объекта в Саеболе, Исландия, из-за сильных ветров в этом месте. Этот Type 273M был установлен на артиллерийской установке для дополнительной устойчивости. На испытаниях 29 сентября 1942 года 273M продемонстрировал дальность стрельбы по траулеру в 92 000 ярдов (84 000 м) с высоты 1520 футов (460 м), что лишь немного меньше радиолокационного горизонта в 96 000 ярдов (88 000 м). [20]
К осени 1941 года стало ясно, что спрос на новые радары намного превышает прогнозируемые темпы их производства. В дополнение к спросу на военно-морские суда, британская армия принимала их для целей береговой обороны, а Министерство авиации было заинтересовано в их использовании для управления воздушным движением на близком расстоянии и раннего оповещения. Первоначальный заказ в 150 единиц у Allen West and Co был увеличен до 350. [20]
Чтобы ускорить производство, Metropolitan-Vickers заключила контракт на перепроектирование электронных блоков, чтобы сделать их более простыми в производстве. Первоначальная система состояла из трех больших шкафов в двух вертикальных ярусах. Новые конструкции, которым был присвоен номер модели «P», использовали только два шкафа, смонтированных в одном вертикальном ярусе. [20]
Чтобы ускорить установку моделей P на судах, для каждого судна, которое должно было вернуться из моря для периодической очистки котла, были изготовлены совершенно новые радарные кабины. Установка происходила в два этапа: во время одной очистки на судне подготавливалась новая зона для радара, а во время следующего визита готовый блок поднимался на борт краном. [20]
В 1941 году Министерство авиации начало работу над индикатором положения плана , или PPI, новым типом радиолокационного дисплея , который создавал двухмерное изображение пространства вокруг радиолокационной станции. PPI — это то, что обычно называют радиолокационным дисплеем, с круглым лицом и видимым лучом, вращающимся вокруг него. Этот дисплей использовался для облегчения задачи планирования перехвата с воздуха, поскольку и самолет-цель, и перехватчик отображались на одном дисплее, что позволяло операторам легко направлять перехватчик. [21]
В конце 1941 года лаборатории в Истни начали адаптировать PPI для использования с Type 271. Дисплей значительно упростил сканирование поверхности, поскольку оператор мог качать антенну вперед и назад, и дисплей отображал всю развертку как один дисплей. Раньше им приходилось внимательно следить за «вспышками» на дисплее, пока они качали антенну, а затем вращать ее вперед и назад все меньшими движениями, чтобы определить точный угол. Теперь они могли сделать один взмах, чтобы развить изображение всей области и измерить угол до целей на поверхности дисплея. [21]
В феврале 1942 года экспериментальный PPI, использующий 12-дюймовый (300 мм) дисплей на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ), был установлен на борту King George V. Для этого эксперимента к гибкому валу, который поворачивал антенну, был добавлен двигатель, который автоматически вращал антенну вперед и назад между ее пределами. Другой конец кабеля, ранее используемый оператором для ручного поворота антенны, был вместо этого подключен к синхронизатору , который указывал направление, в котором в данный момент направлена антенна. Это смешивалось с сигналом от удаленного указателя компаса. Результирующая фаза смешанного выходного сигнала кодировала угол между антенной и севером и использовалась для управления другим синхронизатором на отклоняющих пластинах ЭЛТ. Результатом был стабилизированный дисплей с севером вверху. [21]
В ходе испытаний система сразу же доказала свою бесценность, и был заключен контракт с EMI на то, что стало известно как «Outfit JE». Единственным отличием между прототипом и серийными моделями было использование меньшей 9-дюймовой (230 мм) ЭЛТ, что уменьшило объем получившейся кабины оборудования. [21]
По мере того, как установка 271 становилась все более распространенной в конце 1941 года, операторы начали замечать странную проблему, когда отражение от более крупных кораблей в конвое приводило к тому, что большие области дисплея становились непригодными для использования, создавая пятно, намного большее, чем корабль, и скрывая объекты рядом с ним. Это было известно как «боковое эхо», никакого намека на которое не было замечено во время начальных операций. [21]
Испытания начались в феврале 1942 года с использованием HMS Guillemot , шлюпа класса Kingfisher , а затем в марте перешли к серийной модели 271P на HMS Veteran . Они быстро выявили, что проблема была из-за столбов, которые поддерживали крышу корпуса в стиле фонаря. [21] Была разработана новая конструкция полностью из плексигласа, состоящая из нескольких толстых цилиндров, которые были сложены вертикально, чтобы создать полный обтекатель. [15]
Первый образец был установлен на HMS Hesperus в ноябре 1942 года, а весь флот был модернизирован к концу 1943 года. Проектирование обтекателя для Type 273 заняло больше времени, поскольку он был намного тяжелее и также должен был выдерживать взрывную волну стреляющих орудий, но они были переделаны к концу 1943 года. [15]
Развитие микроволновых технологий продолжалось быстрыми темпами до 1941 года, и к концу года несколько значительных улучшений достигли качества производства. Среди них была мягкая трубка Саттона , которая позволяла переключать микроволновый сигнал между двумя проводами, тем самым позволяя использовать одну антенну как для передачи, так и для приема. Другим улучшением стала первоначальная поставка серийно производимых полупроводниковых кристаллов из Соединенных Штатов, которые были меньше и прочнее, чем британские модели. [22]
Самым удивительным из всех был новый "обвязанный" дизайн магнетрона, казалось бы, незначительное изменение, которое дало огромный прирост производительности, позволяя устройству того же размера, что и оригинальный NT98, достигать эффективности на другом конце 40% или даже 50-60% при использовании с новым и более мощным магнитом. Это привело к соответствующему приросту выходной мощности, без изменения источника питания радары теперь могли производить до 500 кВт. [22]
Военно-морской флот уже пытался повысить производительность существующих установок, увеличивая мощность магнетронов NT98. Они обнаружили, что NT98 может производить до 100 кВт выходной мощности, используя входной импульс 1 МВт. Однако это было на самом пределе мощности тетродов NT100 . Промежуточной целью было создание конструкции мощностью 25 кВт, которая была испытана на трейлере в Истни в сентябре 1941 года. Она была основана на новом модуляторе, который запускался тиратроном для производства требуемых импульсов мощности. [23]
Примерно в то же время, когда испытывался этот новый блок, в Истни прибыл первый связанный магнетрон, CV56. Он был установлен на экспериментальном трейлере и нацелен на башню Наб, их стандартную цель. К всеобщему удивлению, полученный сигнал был настолько мощным, что единственным результатом было расплавление диполя в передающей антенне. Это привело к принятию волновода и рупорного облучателя , которые разрабатывались в то же время. Всего несколько недель спустя прибыл еще более мощный магнетрон, CV76, который выдавал 500 кВт. [24]
Чтобы развернуть новые магнетроны как можно быстрее, было решено сохранить существующие антенные установки и использовать CV56 на мощности от 70 до 100 кВт, в конечном итоге остановившись на 70. Только передатчик должен был быть модифицирован с помощью волновода, приемник продолжал бы использовать коаксиальный канал. Три изготовленных вручную прототипа нового шасси оборудования были построены в Истни, вместе с заказом на десять производственных прототипов каждый от Маркони и Аллена Уэста. [24] Возникла новая проблема: даже несмотря на то, что система использовала отдельные антенны передатчика и приемника, передачи были настолько мощными, что достаточно просочившегося сигнала достигало антенны приемника, чтобы сжечь кристаллы. Это потребовало добавления мягкой трубки Саттона к приемнику, чтобы еще больше изолировать его от сигналов передатчика. [25]
Первые испытания были проведены на HMS Marigold в мае 1942 года у берегов Тобермори, где также проверялась его способность видеть брызги от 4-дюймовых снарядов корабельных орудий . Второй блок был установлен на антенне 273 на King George и испытан у берегов Скапа-Флоу в июле. [26] Вторым эскортом, получившим 271Q, был HMS Itchen , который также первым получил новый обтекатель. Это было особенно важно для моделей Q, поскольку возросшая мощность передач делала боковые лепестки отражений подавляющими. [25]
Эти тестовые установки продемонстрировали еще одну проблему: цели на близком расстоянии возвращали так много сигнала, что он подавлял более удаленные цели, что затрудняло отслеживание подводных лодок вблизи конвоя. Эта проблема была в конечном итоге решена введением системы с изменяемым усилением , которая приглушала сигналы от близких объектов. Они прибыли в конце 1943 года. [26]
Согласно уравнению радара , эффективность обнаружения радара меняется с четвертым корнем из передаваемой мощности, [27] поэтому даже с новой системой, обеспечивающей примерно в 45 раз большую мощность, эффективная дальность увеличилась примерно в 2,6 раза. Это все еще представляло собой значительное улучшение, поскольку позволяло обнаруживать подводные лодки до радиолокационного горизонта от эскорта, за пределами которого обнаружение в любом случае было бы невозможно. Более важным отличием было то, что сигналы, которые возвращались с более коротких расстояний, были сильнее, что делало их гораздо более стабильными на дисплеях. [28]
Наиболее известное действие системы произошло во время битвы у Нордкапа 26 декабря 1943 года, когда 273Q на борту HMS Duke of York обнаружил немецкий линкор Scharnhorst на расстоянии 45 500 ярдов (41,6 км) и непрерывно отслеживал его с этого момента. [29] Начиная с 17,5 морских миль (32,4 км; 20,1 мили) Type 284 обнаружил цель, а Type 281 — с 12,75 морских миль (23,61 км; 14,67 мили). [30] Это раннее обнаружение в сочетании с точным слепым огнем с радара Type 284 привело к тому, что Duke of York нанес свой первый залп по Scharnhorst и вывел его передовые батареи из строя. [31] Scharnhorst не знал о Duke of York, потому что его собственный радар Seetakt был поврежден. Попадания 14-дюймовых орудий «Дюка Йоркского» замедлили его, пока британские и норвежские эсминцы не смогли приблизиться и добить его торпедами. [32]
273 Duke of York был ненадолго выведен из строя, когда два снаряда с Scharnhorst пролетели через область мачты. Это привело к тому, что стабилизированная платформа, направляющая антенну 273, потеряла ориентацию, и антенны оказались направлены в воздух. Лейтенант Бейтс, командир в кабине радара, поднялся на мачту и сумел успешно переориентировать антенну. С этого момента он стал известен как «Barehand Bates». [33]
Главнокомандующий Флотом метрополии высоко оценил эффективность системы:
a) Предупреждение о поверхности, предоставленное Type 273Q, было полностью удовлетворительным, давая PPI ясную картину ситуации на протяжении всего боя. Взрыв от бортов корабля так потряс офис, что некоторые из верхних опор панелей были снесены, но установка продолжала функционировать в течение всего периода.
б) Гиростабилизация антенны доказала свою эффективность, впервые оправдав установку такого оборудования на крупных кораблях.
в) Успешное представление тактической обстановки на ИПП было почти полностью обусловлено улучшением характеристик комплекта после установки цилиндрического плексигласового фонаря; это, сократив боковые эхо-сигналы до незначительных размеров, повысило ценность комплекта на сто процентов.
г) Дальность обнаружения «Шарнхорста» составляла 45 500 ярдов, что почти соответствовало полной дальности видимости командирской вышки «Шарнхорста» с высоты радиолокационной антенны «Герцога Йоркского».
e) Тип 281 был способен удерживать «Шарнхорст» на расстоянии до 12,75 морских миль, что является напоминанием о полезной роли, которую этот комплекс может играть в качестве резерва для оповещения о надводном положении. [29]
Эффективность против подводных лодок была не столь очевидной, поскольку их низкий профиль позволял им исчезать за большими волнами. Однако послевоенный анализ показал, что 271Q предлагал значительное улучшение с точки зрения обнаружения. С 1943 года, когда радар впервые стал обычным явлением, первая дальность обнаружения увеличилась в среднем с 3 до 5 миль (с 4,8 до 8,0 км), увеличившись более чем на 50%. [34]
Дальнейшее развитие серии 271 с использованием магнетрона CV76 и многочисленных других усовершенствований первоначально проводилось под названием Mark V. Главным усовершенствованием были магнетроны мощностью 500 кВт и одна приемопередающая антенна. Со временем эти изменения были признаны настолько значительными, что им были даны собственные названия, став радаром Type 277 и связанными с ним 276 и 293. Эти версии начали заменять 271-е, начиная с середины 1944 года, и полностью заменили их для новых установок к 1945 году. [35]
Корабли продолжали получать 271Q в течение переходного периода, включая, например, HMCS Haida , который получил свой 271Q в 1944 году. Эти установки поздней войны, как правило, заменялись на тех кораблях, которые дожили до послевоенной эпохи; Haida получил Тип 293 в 1946 году . [36]
Тип 271 настолько опередил свое время, что нашел множество применений в не связанных с ним ролях, где он служил на передовой. [37]
Значительную роль для 271-го была адаптация британской армии к роли береговой обороны. Эти радары были размещены вдоль восточного побережья Британских островов для поиска вражеских кораблей в Ла-Манше . Более ранние подразделения, основанные на системах VHF с длиной волны 1,5 м, испытывали трудности с обнаружением E-boats , проблема, которую устранили более короткая длина волны и гораздо более высокое разрешение 271-го. [38]
На раннем этапе разработки один из блоков 271X был отправлен на исследовательский радиолокационный полигон армии, ADRDE в Крайстчерче, Дорсет . Как и в случае с 273, веерообразный луч антенны-сыра не понадобился, и его заменили параболическим отражателем. Они были даже больше, чем оригинальные трехфутовые конструкции испытательных моделей, увеличившись до 7 футов (2,1 м) в диаметре. Они улучшили усиление примерно в 25 раз по сравнению с 271 и примерно в пять раз по сравнению с 273. [38]
Вся система, включая кабину оператора, была установлена на лафете зенитного орудия. Антенны были установлены непосредственно на боку кабины, вращаясь вместе с ней. Это имело существенное преимущество, так как коаксиальные кабели между антеннами и оборудованием внутри были очень короткими. Первый образец был размещен на батарее Lydden Spout в июле 1941 года. Неофициально именуемый как Type NT271X, позже он получил официальное название Radar, Coast Defence, Number 1 Mark 4 или сокращенно CD No.1 Mk.4. [38]
К концу августа группа тестирования сообщила:
В операционном плане NT271X был большим шагом вперед по сравнению с предыдущими наборами в максимальной дальности, дискриминации, подсчете и точности. Впервые было получено надежное покрытие через Ла-Манш, так что даже E-boats не могли пройти между Кале и Булонью незамеченными. Большие корабли можно было наблюдать на якоре во внешней гавани Булони. [38]
Испытания были настолько успешными, что прототип был оставлен на месте в качестве оперативной единицы, и немедленный заказ на еще двенадцать единиц ручной сборки был размещен в ADRDE. Был размещен еще один заказ на пятьдесят серийных моделей, установленных на мобильном прицепе, и сформировал станции «К» береговой оборонной сети. [38]
Поскольку 271 продолжали модифицировать с помощью нового оборудования и технологий, армия последовала его примеру. Использование мягкой трубки Sutton позволило снять вторую антенну, а добавление волноводов улучшило возможности упаковки. Новая версия, Radar, Coast Defense, Number 1 Mark 5, установила теперь уже единственную антенну на отдельном и гораздо меньшем трейлере с остальной электроникой в невращающемся полуприцепе. Некоторые были установлены на постоянных креплениях, в этом случае они были известны как Radar, Coast Defense, Number 1 Mark 6. [38]
Когда армия начала развертывать радары CD Mk.4, Королевские военно-воздушные силы (RAF) начали замечать новые атаки немецких самолетов, которые не были обнаружены их системами Chain Home Low . Эти налеты, позже прозванные «tip-n-run» в честь правила игры в крикет на заднем дворе , использовали высокоскоростные истребители-бомбардировщики, такие как Focke-Wulf Fw 190. Самолеты летели на чрезвычайно малых высотах, возможно, в 100 футах (30 м) над водой, бомбили цель на берегу моря, а затем быстро поворачивали обратно. Самолеты были видны радарам только в течение нескольких мгновений, когда они поднимались над своими целями, а затем отворачивали. [39]
Чтобы противостоять этим атакам, в декабре 1942 года Королевские ВВС взяли под свой контроль одиннадцать подразделений CD и переименовали их в AMES Type 52, но гораздо более известные как Chain Home Extra Low. Еще три были добавлены в сеть в мае 1943 года. Они следовали той же разработке, что и армейские модели, и со временем стали известны как Type 52 — Type 56. [39] Всего в конечном итоге в сеть было добавлено 38 станций.
Для 271 требовался тонкий луч из стороны в сторону, чтобы обеспечить точность, при этом имея широкий луч вверх и вниз, так что сигнал попадал на поверхность воды, когда судно качалось и качалось. Это привело к использованию конструкции антенны «сыр», которая состоит из ломтика, вырезанного из параболического рефлектора с пластинами сверху и снизу. Полученная конструкция «сжимает» сигнал между двумя пластинами, и он быстро распространяется, когда выходит из области между ними. Кроме того, серийные модели антенны обрезали внешние края параболической секции, чтобы сделать антенну уже. [12] Обрезанные части были снабжены небольшими концевыми пластинами, которые вызывали боковые отражения. [25]
271 был разработан как раз перед разработкой системы переключения антенны между передатчиком и приемником, работающими на микроволновых частотах , поэтому использовались две отдельные антенны, размещенные одна над другой. Плоские верхняя и нижняя поверхности сыра упростили это, а металлические пластины защищали приемник от паразитных сигналов передатчика. [25]
Антенна была установлена на столбе, проходящем через металлическую трубку. Верхняя часть трубы удерживала систему подшипников, на которой сидела антенна. Столб проходил через крышу кабины оператора радара и заканчивался большим колесом, которое использовалось для ручного поворота антенны. [25]
Стандартный Outfit ANB имел усиление приблизительно 55. Более крупный 3-футовый (0,91 м) рефлектор 273 улучшил это значение приблизительно до 250, в то время как 4,5-футовый (1,4 м) рефлектор наземной модели 273S улучшил это значение еще больше до 575. [40]
Электроника 271 была передовой для 1940-х годов и дает некоторое представление о сложности производства таких систем в то время. Приемник в оригинальном 271X имел 20 дБ шума, но он немного улучшился в производстве до 16 - 18 дБ. Введение детекторных кристаллов американского производства дало дальнейшее улучшение до 14 - 16 дБ. [40]
В ранних комплектациях оборудование было упаковано в два больших шкафа, примерно таких же высоких, как обычный холодильник , но несколько более узких. [41] Для производственных единиц это было сокращено до одного шкафа с двумя большими ящиками внизу и посередине, и гораздо меньшим блоком наверху. Самый нижний блок был блоком питания и системой формирования импульсов, с приемником и дисплеем посередине, и тюнером наверху. [42]
В моделях P был добавлен дисплей PPI, который в остальном был похож на более поздние модели более ранних марок. [42] В моделях Q намеренно использовалась та же компоновка, что и в модели P, чтобы упростить преобразование. [43]
Ранние модели, от A до M, использовали дисплей A-сканирования . Он использовал одну электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), при этом луч протягивался по дисплею слева направо генератором временной развертки , запускаемым импульсами передачи. Цели вдоль текущей линии визирования , или «линии выстрела», как это известно в терминах радаров, заставляли луч слегка отклоняться, образуя «вспышку» на дисплее. Поскольку движение луча было рассчитано по времени так же, как и время сигнала радара, положение поперек поверхности ЭЛТ было прямым аналогом дальности до цели. Система имела две настройки дальности: 5000 ярдов (4,6 км) и 15 000 ярдов (14 км). ЭЛТ также можно было использовать для измерения формы импульса и выполнения других задач по техническому обслуживанию. [41]
Модели P и Q изменили дисплей, чтобы он был, в первую очередь, индикатором положения в плане с использованием большего 9-дюймового (230 мм) ЭЛТ. На этом дисплее угол антенны относительно магнитного севера используется для вращения луча вокруг лицевой поверхности дисплея с «севером вверху». Временная развертка используется для вытягивания луча из центра к внешнему ободу вдоль этого угла. Вместо того, чтобы отклонять луч для создания отметки, усиленный сигнал вместо этого заставляет сигнал становиться ярче. Когда антенна проносится мимо цели, на темной лицевой поверхности дисплея загорается небольшая отметка. Чтобы это работало, оператору требуется тщательная настройка, чтобы приглушить внутренний шум усилителя, не приглушая также небольшие сигналы. [42]