Radar, Gun Laying, Mark I , или GL Mk. I для краткости, была ранней радиолокационной системой, разработанной британской армией для предоставления информации о дальности связанной зенитной артиллерии . Существовало два обновления той же базовой системы, GL/EF (Elevation Finder) и GL Mk. II , оба из которых добавили возможность точного определения пеленга и угла места.
Первый комплект GL представлял собой элементарную конструкцию, разработанную с 1935 года. Основанный на Chain Home , GL использовал отдельные передатчики и приемники, расположенные в деревянных кабинах, установленных на лафетах, каждый со своими антеннами, которые нужно было вращать, чтобы направить на цель. Антенна производила сигнал, который был полунаправленным и был способен предоставлять только точную информацию о наклонной дальности ; точность пеленга цели составляла приблизительно 20 градусов, и она не могла предоставлять информацию о высоте цели. Несколько из них были развернуты в составе Британских экспедиционных сил , и по крайней мере один был захвачен немецкими войсками во время эвакуации из Дюнкерка . Их оценка привела их к выводу, что британский радар был намного менее продвинутым, чем немецкий радар.
Планы по внедрению Mk. II с точным направлением и углом возвышения были в разработке с самого начала, но они не были доступны до 1940 года. Целесообразным решением стало навесное устройство GL/EF, обеспечивающее измерение направления и угла возвышения с точностью около градуса. Благодаря этим усовершенствованиям количество снарядов, необходимых для уничтожения самолета, сократилось до 4100, что в десять раз больше результатов начала войны. Около 410 единиц Mk. I и слегка модифицированных Mk. I* были произведены, когда производство перешло на Mk. II, который обладал достаточной точностью для непосредственного наведения орудий. Более высокая точность и более простая эксплуатация снизили количество снарядов на поражение до 2750 с Mk. II. После вторжения в Советский Союз в 1941 году около 200 единиц Mk. II были поставлены Советам, которые использовали их под названием СОН-2 . В конечном итоге было произведено 1679 единиц Mk. II.
Внедрение в 1940 году резонаторного магнетрона привело к новому проекту с использованием остронаправленных параболических антенн, что позволило проводить как измерения дальности, так и точные измерения пеленга, будучи при этом гораздо более компактными. Эти радарные установки GL Mk. III производились в Великобритании как Mk. IIIB (для British), а местная модель из Канады как Mk. IIIC. Mk. II оставались на службе во второстепенных ролях, поскольку Mk. III заменяли их на фронте. Оба они были в целом заменены, начиная с 1944 года, превосходным SCR-584 .
Первое упоминание о радаре в Великобритании было сделано в 1930 году У. А. С. Бутементом и П. Е. Поллардом из Экспериментального учреждения сигналов (SEE) Военного министерства армии . Они предложили построить радиолокационную систему для обнаружения кораблей, которая будет использоваться с береговыми батареями, и зашли так далеко, что построили маломощный макетный прототип, использующий импульсы на длине волны 50 см (600 МГц). Военное министерство не заинтересовалось и не предоставило финансирование для дальнейшей разработки. Этот вопрос был упомянут вскользь в выпуске Книги изобретений Королевских инженеров за январь 1931 года . [1]
После успешной демонстрации Министерством авиации радара и быстрого прогресса в системе, которая в 1936 году станет Chain Home (CH), армия внезапно заинтересовалась этой темой и посетила группу радаров CH в их новой штаб-квартире в поместье Боудси . Здесь им представили уменьшенные версии системы CH, предназначенной для полумобильных развертываний. Казалось, что это имело ряд применений в армейских ролях, что привело к формированию 16 октября 1936 года Секции военных приложений [2] , но повсеместно именуемой армейской ячейкой. Этой группе было предоставлено место в Боудси, и в нее вошли Бутемент и Поллард из SEE. [3]
Первоначально ячейке было поручено улучшить зенитный огонь, и было сказано, что главной проблемой, которую необходимо решить, было точное измерение дальности. [2] Оптические приборы использовались для обнаружения самолетов и точного определения их пеленга и высоты , но измерение дальности с помощью оптических средств оставалось сложным, медленным и открытым для простых ошибок в процедуре. Радиолокационная система, которая могла бы обеспечить точное и быстрое измерение дальности, значительно повысила бы их шансы на успешное поражение самолета. Им была поставлена цель производить измерение дальности с точностью до 50 ярдов (46 м) на расстоянии 14 000 ярдов (13 км). [2]
В том же году из основной группы разработчиков CH была выделена группа Airborne Group, чтобы разработать гораздо меньшую радиолокационную систему, подходящую для установки на больших самолетах. Это должно было стать ролью радара перехвата самолетов (AI) , намерение состояло в том, чтобы обнаруживать бомбардировщики ночью и позволять тяжелым истребителям находить и атаковать их с помощью собственного радара. Когда эти наборы продемонстрировали способность легко обнаруживать корабли в Ла-Манше , армейская ячейка создала вторую группу для адаптации этих систем к роли береговой обороны (CD), обеспечивая как измерения дальности, так и угла с достаточной точностью, чтобы стрелять вслепую по своим береговым батареям . Эту группу возглавил Бутемент, оставив Полларда в качестве основного разработчика систем GL. [3]
Усилия GL были начаты очень рано во время разработки CH, и, как и CH той эпохи, использовали относительно длинные волны, поскольку их можно было легко генерировать и обнаруживать с помощью существующей электроники из коммерческих коротковолновых радиосистем. Недостатком этого целесообразного подхода является то, что радиоантенны, как правило, должны быть значительной частью длины волны радиосигнала, чтобы работать с разумным усилением . Для 50-метровых длин волн, изначально используемых CH, понадобились бы антенны порядка 25 м (82 фута). [4] [a]
Очевидно, что это было непрактично для любой мобильной системы, но с появлением новой электроники в конце 1930-х годов длины волн, используемые радарными системами, продолжали уменьшаться. К тому времени, когда GL был готов начать испытания, система могла работать на длинах волн от 3,4 до 5,5 м (от 11 до 18 футов) [6], уменьшая размер антенны до более управляемой длины в несколько метров. Аналогичные изменения в электронике также привели к появлению меньших версий CH, Mobile Radio Units или MRU, которые обеспечивали как мобильную службу раннего оповещения, так и перемещаемую службу в случае выхода из строя основной станции CH. [3]
Дисплеи радаров типа CH используют генератор временной развертки для создания плавно изменяющегося напряжения , которое подается на один из входов электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Временная развертка калибруется для перемещения точки ЭЛТ по экрану за то же время, за которое эхо будет возвращаться от объектов на максимальном расстоянии радара. Точка движется так быстро, что выглядит как сплошная линия. Обратный сигнал усиливается и затем отправляется в другой канал ЭЛТ, обычно по оси Y, заставляя пятно отклоняться от прямой линии, создаваемой временной разверткой. Для небольших объектов, таких как самолет, отклонение вызывает появление на дисплее небольшой отметки . Расстояние до цели можно измерить, сравнив местоположение отметки с откалиброванной шкалой на дисплее. [2]
Точность такого отображения зависит от размера трубки и дальности радара. Если можно было бы ожидать измерения точки с точностью до 1 мм на шкале вдоль типичной 3-дюймовой (76 мм) ЭЛТ, а этот радар имеет максимальную дальность 14 000 ярдов, то этот 1 мм представляет 14 000 / (75 / 1) , чуть более 186 ярдов (170 м). Это было гораздо меньше точности, чем хотелось бы, которая была около 50 ярдов (46 м). [2]
Чтобы обеспечить систему, способную выполнять такие точные измерения и делать это непрерывно, Поллард разработал систему, которая использовала весь дисплей ЭЛТ для предоставления измерения, показывающего только диапазоны на коротком расстоянии по обе стороны от предварительно выбранной настройки диапазона. Система работала, заряжая конденсатор с известной скоростью, пока он не достигал порога, который запускал временную развертку. Временная развертка была установлена для перемещения по экрану за время, составляющее менее километра. Большой потенциометр использовался для управления скоростью зарядки [7] , что обеспечивало смещение диапазона. Расстояние до цели измерялось путем использования потенциометра для перемещения отметки, пока она не оказалась в середине дисплея, а затем считывания диапазона со шкалы на потенциометре. Базовая система быстро развивалась, и к лету 1937 года тестовая система обеспечивала точность в 100 ярдов (91 м) для самолетов на расстоянии от 3000 ярдов (2700 м) до 14 000 ярдов (13 км). К концу года точность улучшилась до 25 ярдов (23 м). [8]
Поскольку изначально система должна была предоставлять дополнительную информацию оптическим приборам, точные измерения пеленга не требовались. Однако системе требовался какой-то способ гарантировать, что измеряемая цель была той, которая отслеживалась оптически, а не другой близлежащей целью. Для этой роли система использовала две приемные антенны, установленные примерно на одной длине волны друг от друга, так что когда они были направлены прямо на цель, полученные сигналы нейтрализовались и создавали ноль на дисплее. Это отправлялось на второй дисплей, оператор которого пытался удерживать антенны направленными на цель. [9]
Передатчик, мощность которого составляла около 20 кВт, был установлен в большой прямоугольной деревянной кабине на колесном прицепе. Антенна с одним полуволновым диполем была установлена на коротком вертикальном удлинителе на одном конце кабины, с «линией выстрела» вдоль длинной оси. Антенна была лишь незначительно направленной, сигнал посылался широким веером примерно на 60 градусов в каждую сторону. [10]
Приемник был значительно сложнее. Кабина оператора была несколько меньше передатчика и устанавливалась на опорной системе лафета зенитного орудия, которая позволяла вращать всю кабину вокруг вертикальной оси. Неподалеку от крыши находился прямоугольный металлический каркас, примерно соответствующий контуру кабины. Три антенны были установлены в линию по одной из длинных сторон каркаса; измерения дальности производились с антенны в середине, а направленность определялась путем сравнения сигнала на двух антеннах в конце. За двумя опорными антеннами были установлены отражатели на расстоянии примерно одной длины волны, что имело эффект сужения угла их приема. [10]
В полевых условиях передатчик будет направлен в ожидаемом направлении атаки, а приемник будет располагаться на некотором расстоянии, чтобы защитить его от сигнала, отраженного от местных источников. [11]
К 1939 году команда была достаточно довольна состоянием оборудования, чтобы разослать контракты на производство. Metropolitan-Vickers выиграла контракт на передатчик, а AC Cossor — на приемник. Массовое производство комплекта GL не оказалось особенно сложным, и к концу 1939 года было поставлено 59 полных систем, а еще 344 будут завершены в течение 1940 года. [12]
Система сделала именно то, что от нее требовалось; она обеспечивала очень точные измерения дальности порядка 50 ярдов. Однако в полевых условиях стало ясно, что этого просто недостаточно. К концу 1939 года призрак ночной бомбардировки стал серьезной проблемой, и поскольку система GL не могла предоставить точную информацию о пеленге и высоте, она не могла направлять орудия ночью. [9] Вместо этого использовался стиль работы Первой мировой войны , когда прожекторы выслеживали цели в основном наугад, а обычные оптические приборы использовались для определения пеленга и высоты после того, как цель была освещена. На практике этот стиль работы оказался таким же неэффективным, как и во время Первой мировой войны. [b]
Несмотря на значительные затраты времени, усилий и денег на систему GL, когда начался Блиц , вся система ПВО армии оказалась неэффективной. Генерал Фредерик Пайл , командующий армейским командованием ПВО , выразился так:
Проблемы с радаром были колоссальными. К началу октября 1940 года нам не удалось сделать ни одного выстрела ночью. Это было горькое разочарование — мы установили установки в прекрасное время, но затем у нас возникли огромные трудности с их калибровкой. Каждый план, который мы составляли, терпел неудачу, и всегда по причинам, с которыми мы не могли справиться. [12]
Для обнаружения целей GL был в значительной степени неэффективен. С механической точки зрения, необходимость поворачивать всю систему вокруг для отслеживания представляла собой серьезную проблему. Более серьезным ограничением были сами дисплеи, которые показывали только небольшую часть неба на дисплее дальности и одну индикацию «на цели/вне цели» по пеленгу. Хотя можно было поворачивать антенну по пеленгу, чтобы найти цель, направление было точным всего до 20 градусов, что было достаточно, чтобы удерживать антенны выровненными с целью, но было малополезно для направления оптических приборов на цель, особенно ночью. Кроме того, дисплей пеленга показывал только, были ли антенны выровнены или нет, но не с какой стороны или с другой стороны находилась цель, если она была смещена, что требовало больше работы, чтобы определить, в каком направлении повернуть антенну для отслеживания. [9]
В дополнение к этим проблемам, широкий веерообразный сигнал представлял серьезные проблемы, когда в луч попадало более одного самолета. В этом случае показания пеленга всегда показывали, что он был смещен, и считыватели дальности не могли узнать, какой самолет они измеряли. Даже самые опытные экипажи не могли удовлетворительно отслеживать цель в таких условиях. [14]
Комплекты GL Mk. I были развернуты в составе Британских экспедиционных сил вместе с системами MRU, которые обеспечивали раннее предупреждение . После краха обороны и эвакуации из Дюнкерка эти комплекты пришлось оставить во Франции . [15]
Осталось достаточно деталей для радарной команды Вольфганга Мартини, чтобы собрать воедино конструкцию и определить основные эксплуатационные возможности систем. То, что они обнаружили, их не впечатлило. [15] Радары Люфтваффе как для раннего оповещения ( Freya ), так и для наведения артиллерии ( Würzburg ) были значительно более совершенными, чем их британские аналоги того времени, [16] работая на гораздо более коротких длинах волн около 50 см. [17]
Эта оценка, в сочетании с провалом миссии LZ-130 по обнаружению британских радаров в августе 1939 года, по-видимому, привела к общей недооценке полезности британских радарных систем. Несмотря на то, что немцы знали о Chain Home, в немецких отчетах о состоянии Королевских ВВС , написанных непосредственно перед битвой за Британию, радар вообще не упоминался. В других отчетах он упоминается, но не считается очень важным. Другие подразделения Люфтваффе, по -видимому, пренебрежительно относятся к системе в целом. [15]
Команда GL уже начала планировать значительно улучшенную версию системы, которая также могла бы предоставлять точную информацию о пеленге и высоте. Они всегда хотели, чтобы система GL могла направлять орудия во всех измерениях, но настоятельная необходимость как можно скорее внедрить систему в полевые условия исключила это. [18]
Чтобы добавить эту возможность, они адаптировали концепцию радаров береговой обороны, разрабатываемых Butement. Идея заключалась в использовании двух антенн, направленных в немного разных направлениях, но с их чувствительными областями, слегка перекрывающими друг друга по центральной линии двух антенн. Результатом является схема приема, где каждая из антенн производит максимальный сигнал, когда цель находится немного в одной стороне от центральной линии, в то время как цель, расположенная точно посередине, будет производить немного меньший, но равный сигнал на обеих антеннах. Переключатель используется для чередования сигналов между двумя антеннами, отправляя их на тот же приемник, усилитель и ЭЛТ. Один из сигналов также отправляется через задержку, поэтому его отметка рисуется слегка смещенной. [19]
Результатом является дисплей, похожий на CH, показывающий дальность до целей в пределах видимости, но с каждой из целей, создающей две близко расположенные точки. Сравнивая длину точек, оператор может определить, какая антенна более точно направлена на цель. [20] При вращении антенн в сторону более сильного сигнала, чем длиннее точка, тем центрируется цель, и две точки станут одинаковой длины. Даже при использовании относительно больших длин волн с помощью этих систем переключения лепестков можно достичь точности порядка ½ градуса . [21]
Когда Mk. I прибыл на место, был введен ряд усовершенствований в базовую электронику. Они были собраны вместе, чтобы сформировать версию Mk. I* . Различия между Mk. I и Mk. I* были в основном в деталях. Было обнаружено, что при определенных ориентациях передатчика и приемника маленькая антенна, используемая для запуска временной развертки, будет видеть слишком слабый сигнал для работы. Это было заменено кабелем между двумя кабинами, который был известен как кабельная блокировка . Некоторые детали каскадов ВЧ на приемнике улучшили отношение сигнал/шум , был добавлен регулятор напряжения для исправления различий в генераторах, и была введена новая система, которая заменила сложную систему заземления для потенциометра электронной версией. Более важным изменением было введение функций защиты от помех . [22] [c]
К концу 1939 года стало ясно, что Mk. I в его нынешнем виде не будет полностью полезен в полевых условиях, особенно ночью, и что Mk. II станет доступен не раньше начала 1941 года. Лесли Бедфорд сформировал отдел разработки радаров в Коссоре для производства приемников CH и был хорошо знаком как с желаниями артиллеристов ПВО, так и с возможностями, присущими радиолокационным системам. Он предположил, что будет относительно легко адаптировать антенну и системы отображения от Mk. II к системе Mk. I, что обеспечит многие из тех же преимуществ. [9]
Результатом стал GL/EF , Gun Laying/Elevation Finder , хотя его почти повсеместно называли Bedford Attachment . [d] Эта модификация добавила набор вертикальных антенн и новый ЭЛТ-измеритель возвышения для их считывания, а также радиогониометр , который позволял точно измерять вертикальный угол. Mk. I* с GL/EF начали развертывать в начале 1941 года, как раз когда «Блиц» достиг своего пика. [9]
С Bedford Attachment армия впервые получила полную систему наведения орудия. Поскольку все три оси могли считываться непрерывно, предикторы могли получать информацию непосредственно с радара без необходимости оптических входов. Аналогично, сами орудия либо автоматически приводились в действие предиктором, либо требовали, чтобы слои следовали механическим указателям для соответствия выходу предиктора, концепция, известная как наведение иглы на иглу . Даже настройки взрывателя автоматически устанавливались на основе значений дальности, поступающих с радара. Вся проблема артиллерийского дела теперь была высоко автоматизирована от начала до конца. [11]
Именно в этот момент появились серьезные проблемы с калибровкой. После значительного изучения с использованием отражателей, подвешенных к воздушным шарам, и испытаний против случайных самолетов стало ясно, что главной проблемой было выравнивание земли вокруг станции. Длинные волны, используемые в этих ранних радарах, сильно взаимодействовали с землей, заставляя лучи отражаться вперед, а не поглощаться или рассеиваться. Эти отраженные сигналы иногда достигали целей и возвращались на приемник вместе с сигналами, поступавшими напрямую от передатчика. Интерференция между ними приводила к появлению нулей в схеме приема, что затрудняло поиск цели. [24]
На практике эти нули, особенно по углу места, перемещались, когда антенны вращались для отслеживания цели. Сначала считалось, что это не будет серьезной проблемой и что ее можно решить, разработав калибровочную таблицу для каждого места. Но даже самые первые тесты показали, что калибровка менялась с длиной волны. Это означало, что им либо придется сделать несколько калибровочных таблиц, по одной для каждого радара, либо, если нужна была одна таблица поправок для разных пеленгов, антенны придется перемещать вертикально по мере изменения длины волны. [20]
И снова Бедфорд предложил решение: вместо калибровки радара он предложил калибровать саму землю, выровняв область вокруг станции с помощью металлического проволочного мата. Фактически проектирование такой системы выпало на долю Невилла Мотта , физика, недавно присоединившегося к армейской ячейке. [24] В конечном итоге были найдены правильные размеры: восьмиугольник диаметром 130 ярдов (120 м) из квадратной проволочной сетки размером 2 дюйма (5,1 см). Он поддерживался в воздухе сотнями натянутых проводов, протянутых по деревянным кольям на высоте около 5 футов (1,5 м) в воздухе. Чтобы получить надлежащий зазор между антенной и проволочным заземляющим матом, радиолокационную систему пришлось поднять в воздух на блоках, и доступ к ней осуществлялся через деревянный мостик. [25]
Усилия по оснащению базирующихся в Великобритании GL-сеток этими наземными матами были колоссальными. На каждый мат ушло 230 рулонов проволочной сетки, каждый шириной 4 фута (1,2 м) и длиной 50 ярдов (46 м). В общей сложности они покрыли площадь около 15 000 квадратных ярдов (13 000 м 2 ) и израсходовали 650 миль (1050 км) проволоки — не считая 10 миль (16 км) проволоки, использованной в опорной конструкции под сеткой. Первоначально они планировали установить маты на 101 объекте немедленно, но к декабрю 1940 года они израсходовали более 1000 миль (1600 км) оцинкованной проволоки, израсходовав весь национальный запас материала и вызвав дефицит проволочной сетки по всей стране . [26]
Строительство мата заняло около 50 человек за четыре недели. [27] [24] К концу января 1941 года было модернизировано только 10 позиций, и все это время устанавливались новые зенитные огневые точки, так что число перспективных позиций увеличивалось быстрее, чем их можно было завершить. К апрелю Пайл пришел к выводу, что 95% позиций зенитных огневых точек потребуются маты, и они ожидали, что 600 позиций будут введены в эксплуатацию к марту 1942 года. Программа в конечном итоге продолжалась годами, иссякая, поскольку были введены новые системы, которым маты не требовались. [18] Программа матов официально завершилась в марте 1943 года. [28]
Другая проблема, которая так и не была полностью решена, заключалась в том, что любой заградительный огонь на воздушном шаре в этом районе создавал мощный отражатель, делающий невидимым все, что находилось за ним. Это было особенно раздражающе, поскольку воздушные шары часто размещались рядом с зенитными орудиями, поскольку обе системы использовались вместе для защиты важных целей. Решение рассматривалось в виде системы, которая позволяла бы устранять низкорасположенные отражения, но она не была полностью разработана. [20]
В дополнение к постоянному технологическому прогрессу систем GL, Пайл значительно улучшил общее состояние ПВО, начиная с сентября 1940 года, назначив научного консультанта в высший эшелон командования ПВО. На эту роль он выбрал Патрика Блэкетта , который имел опыт Первой мировой войны в Королевском флоте и с тех пор продемонстрировал значительные математические способности. Блэкетт планировал изучить проблему ПВО с чисто математической точки зрения, концепция, которая оказалась чрезвычайно ценной в других областях противовоздушной обороны, и в конечном итоге развилась в общую область оперативных исследований . [29]
Блэкетт сформировал исследовательскую группу, известную как Исследовательская группа противовоздушного командования, но повсеместно называемую «Цирком Блэкетта». Блэкетт намеренно выбрал участников из разных слоев общества, включая физиологов Дэвида Кейнса Хилла , Эндрю Хаксли и Л. Бейлисса, математических физиков А. Портера и Ф. Набарро , астрофизика Х. Батлера, геодезиста Г. Рейбоулда, физика И. Эванса и математиков А. Дж. Скиннера и М. Кист, единственную женщину в команде. [30] Их цели были аккуратно подытожены Блэкеттом:
...первой задачей было разработать наилучший метод построения [радарных] данных и прогнозирования будущего положения противника для использования орудий на основе только карандаша и бумаги, таблиц дальности и взрывателей. Второй задачей было помочь в разработке простых форм картографических машин, которые будут изготовлены в течение нескольких недель. Третьим состоянием было найти средства для использования существующих предсказателей в сочетании с радарными установками. [31]
Тем временем, в ноябре 1940 года Джон Эшворт Рэтклифф был переведен из Боудси, где располагалось Министерство авиации, чтобы открыть школу артиллерии ПВО в Питершеме на западной стороне Лондона. [30] Одной из проблем, которая сразу же стала очевидной, было то, что входные данные для предикторов, аналоговых компьютеров , которые обрабатывали баллистические расчеты, было очень легко ошибиться. Эта информация передавалась обратно через армейскую иерархию, и снова именно Бедфорд предложил решение. Это привело к созданию нескольких тренажеров, которые использовались в школе ПВО, позволяя операторам оттачивать свои навыки. [32]
Чтобы лучше изучить проблему ПВО, Цирк вскоре добавил четвертый трейлер к некоторым сайтам ПВО в районе Лондона , предназначенный исключительно для записи входных данных для предсказателей, количества выпущенных снарядов и результатов. Эти цифры были переданы обратно через командную структуру ПВО, чтобы найти любой шанс на улучшение. Официальная история, опубликованная сразу после войны, отметила, что с сентября по октябрь 1940 года было выпущено 260 000 снарядов ПВО, в результате чего было уничтожено 14 самолетов, что составило 18 500 снарядов на уничтожение. Это уже было большим улучшением по сравнению со статистикой до радаров, которая составляла 41 000 снарядов на уничтожение. Но с добавлением GL/EF, GL mats и лучшей доктрины этот показатель снизился до 4 100 снарядов на уничтожение к 1941 году. [29] [33]
Пайл прокомментировал улучшения, отметив:
Первоначальные трудности в значительной степени были сглажены, и 11–12 мая [1941 г.], когда налеты были настолько распространены, что нам предоставили больше возможностей, мы получили 9 жертв, с одной вероятной и не менее 17 других поврежденных. [...] Блиц фактически закончился той ночью. К концу Блица мы уничтожили 170 ночных рейдеров, вероятно, уничтожили еще 58 и повредили в различной степени еще 118. [33]
Производство Mk. II осуществлялось компаниями Gramophone Company и Cossor. [8] Прототипы Mk. II начали появляться уже в июне 1940 года, но в конструкцию были внесены значительные изменения по мере поступления новой информации о Mk. I. Окончательный вариант конструкции начал поступать в серийное производство в начале 1941 года. [18]
Дисплеи располагались в деревянной кабине под приемной решеткой, включая отдельные ЭЛТ для дальности, пеленга и угла места, что позволяло непрерывно отслеживать цель на протяжении всего боя. Антенна передатчика теперь выпускалась в двух вариантах: один с широкоугольным лучом для первоначального обнаружения цели или ее поиска, а другой с гораздо более узким лучом, который использовался при отслеживании одной цели. Хотя это и усложняло задачу, это также значительно уменьшало проблему появления на дисплеях более одной цели. [21]
Mk. II также включал новый передатчик, мощность которого увеличилась в три раза с 50 до 150 кВт. Эта дополнительная мощность обеспечивала несколько лучшую дальность, но, что более важно, она позволяла значительно уменьшить ширину импульса , обеспечивая ту же дальность. Резкость эха является функцией ширины импульса, поэтому, уменьшая ее, система становилась более точной. Mk. II мог обеспечивать измерения пеленга с точностью до ½ градуса, примерно вдвое точнее, чем Mk. I*, и как раз в пределах, необходимых для прямого наведения орудий. Mk. II в значительной степени заменил Mk. I* к середине 1942 года и оставался на вооружении до 1943 года. [21] Анализ показал, что Mk. II улучшил показатель выстрелов на поражение до 2750, что стало еще одним значительным достижением. [33] В период с июня 1940 года по август 1943 года было произведено 1679 комплектов GL Mark II. [34]
Появление в 1940 году резонаторного магнетрона позволило радарам эффективно работать на гораздо более коротких волнах микроволнового диапазона , что уменьшило длину антенн до нескольких сантиметров. Эти антенны были настолько короткими, что их можно было разместить перед параболическими отражателями , которые фокусировали сигнал в очень узкий луч. Вместо того, чтобы транслировать диаграмму направленности шириной до 150 градусов, типичные микроволновые конструкции могли иметь ширину луча, возможно, 5 градусов. Используя технику, известную как коническое сканирование , вращающуюся версию переключения лепестков, это можно было еще больше уменьшить до менее ½ градуса, более чем достаточно, чтобы напрямую навести пушки. [35]
В конце 1940 года армия была вовсю занята созданием системы радара GL S-диапазона , и к 1942 году уже отправила планы компаниям в Великобритании для производства. Работа также началась в Канаде в 1940 году над версией, полностью спроектированной и построенной в Канаде, производство которой началось в сентябре 1942 года, а поставки в Великобританию начались в ноябре 1942 года под обозначением GL Mk. IIIC , а британские подразделения прибыли в следующем месяце под обозначением Mk. IIIB. Они были значительно более мобильными, чем более ранние конструкции Mk. I и Mk. II, состоящие из двухколесных прицепов и генераторной установки. [36]
Поскольку антенны были гораздо более направленными, чем широкие веерообразные лучи более ранних систем, всю проблему с отражениями от земли можно было избежать, просто убедившись, что антенны всегда направлены на несколько градусов выше горизонта. Это гарантировало, что никакой сигнал не отразится от земли при передаче, и что любые близлежащие отражения возвращенного сигнала также не будут видны. Необходимость в проволочном заземляющем коврике более ранних моделей была устранена, и площадки можно было разгрузить и полностью ввести в эксплуатацию за несколько часов. [35]
Новые микроволновые установки начали заменять Mk. II в 1943 году, но поставки были не особенно быстрыми, и эти установки часто отправлялись в новые подразделения, а не заменяли Mk. II на поле боя. Прибытие в 1944 году радара США SCR-584 стало катализатором быстрой замены всех этих установок, поскольку он объединял сканирование и отслеживание в едином блоке с внутренним генератором. В послевоенную эпоху они, в свою очередь, были заменены меньшими и более легкими радарами AA No. 3 Mk. 7 , которые оставались в эксплуатации до тех пор, пока зенитные орудия не были сняты с вооружения в конце 1950-х годов. [37]
Mk. I использовал две антенны, одну для передачи и одну для приема. Обе были построены на деревянных хижинах, похожих по конструкции на туристический прицеп , в которых находилась соответствующая электроника. Хижины были установлены на больших опорных плитах, которые позволяли всей хижине вращаться для отслеживания целей. Они, в свою очередь, были установлены на лафетах зенитных орудий для мобильности. Генераторная установка была размещена между ними и обеспечивала питание обеих. [21]
Система передатчика на Mk. I производила 3 микросекундных (мкс) импульса с мощностью до 50 кВт 1500 раз в секунду. [38] Они передавались полунаправленно, освещая всю область перед текущим направлением антенны передатчика. Поскольку сигнал был еще менее направленным по вертикали, чем по горизонтали, значительная часть сигнала достигала земли. Из-за используемых длинных волн этот сигнал сильно отражался вперед, и из-за геометрических соображений любой сигнал, достигающий земли вблизи станции, отражался под достаточным вертикальным углом, чтобы смешаться с основным сигналом в интересующей области (около 30 км вокруг станции). Это было целью мата GL, который не устранял отражения, но делал их гораздо более предсказуемыми. [20]
Отдельные блоки приемника диапазона и пеленга могли работать на нескольких частотных диапазонах. Оба приемника использовали общий генератор, который направлялся в четырехтрубную радиочастотную ( РЧ) секцию. Частота генератора могла переключаться между двумя широкими диапазонами, диапазон НЧ от 54,5 до 66,7 МГц и диапазон ВЧ от 66,7 до 84,0 МГц. [e] Затем приемники были точно настроены с помощью обычных вращающихся железных сердечников, которые были механически соединены для настройки обоих приемников с одного циферблата. [38] Чтобы исправить небольшие различия в двух приемниках, выход одного из сердечников можно было отрегулировать, сдвинув медное кольцо вдоль штыря на сердечнике. [7] Чтобы гарантировать, что сигнал не будет отражаться от одного из каскадов РЧ, приемник диапазона добавил буферную схему в конце каскада РЧ. [9]
1448.jpg/1280px-AI_Mk.IV_radar_display_E(MOS)1448.jpg)
Сигнал диапазона принимался на одиночный полуволновой диполь, установленный в середине горизонтальной антенной решетки, подавался в четырехламповый радиочастотный приемник, а затем в четырехламповую систему промежуточной частоты (ПЧ). Выходной сигнал подавался непосредственно на нижнюю пластину оси Y одного из двух ЭЛТ. Верхняя пластина на оси Y подавала выходной сигнал калибратора, что позволяло регулировать его так, чтобы луч был центрирован по вертикали. Таким образом, сигналы, принимаемые от антенны, заставляли луч отклоняться вниз, создавая всплеск, как в случае Chain Home. [2]
X-ось системы питалась генератором временной развертки, который тянул луч слева направо по экрану. Обычно временная развертка запускается для начала ее развертки, как только виден сигнал от передатчика, но, как отмечено выше, это не обеспечивает точности, требуемой для этой роли. Вместо этого временная развертка была установлена так, чтобы охватывать экран с гораздо большей скоростью, представляя только часть общего времени полета сигнала. Запуск временной развертки осуществлялся с помощью очень точного масляного потенциометра, который экспоненциально увеличивал заряд в конденсаторной батарее, пока он не достигал значения срабатывания. [38] Для обеспечения точности напряжений, покидающих систему потенциометра, требовалась очень сложная система заземления, поскольку любые паразитные напряжения могли подавить сигнал. [39]
Чтобы измерить дальность, оператор должен был повернуть циферблат потенциометра, пытаясь совместить передний край целевого пятна с вертикальной линией на ЭЛТ. Дальность считывалась не с ЭЛТ, а с циферблата. Циферблат также поворачивал магнитный скольжение, или сельсин, как его сегодня чаще называют. Выходной сигнал магнитного скольжения использовался для непосредственного поворота элементов управления на предсказателе, что позволяло радару постоянно обновлять измерение дальности. [38]
Измерение пеленга было получено на отдельной системе приемника и антенны. В этом случае использовались два полуволновых диполя, расположенных примерно на одной длине волны друг от друга по горизонтали на каркасе антенны. Обе антенны были соединены вместе электрически перед входом в приемники, при этом выходы одной из них были инвертированы. Это означало, что выходной сигнал падал до нуля, когда антенны были точно выровнены с целью. Любое несовпадение немного изменяло относительную фазу сигналов, создавая чистый сигнал, который поступал в приемник и создавал дисплей. Однако было невозможно узнать, какая из двух антенн была той, которая производила чистый выход; система давала указание, когда антенна была на цели, но не в какую сторону поворачиваться, когда она была вне цели. [38]
Приемник пеленга был в остальном идентичен версии диапазона и подавался в ЭЛТ таким же образом. Использовался более медленный генератор временной развертки, запускаемый тем же сигналом, что и первый, но настроенный на гораздо более медленное сканирование. В этом случае временная развертка не использовалась для измерения дальности, а горизонтальное расположение отметки не имело значения. Вместо этого временная развертка использовалась просто для того, чтобы помочь оператору пеленга смотреть на ту же цель, что и оператор диапазона — интересующий сигнал будет где-то близко к центру. [38]
Затем оператор пеленга поворачивал всю хижину приемника с помощью набора передач, соединенного с педалями велосипеда, ища точку, когда сигнал исчезал, указывая на то, что цель теперь была идеально выровнена между двумя антеннами. Эта система поиска нуля часто использовалась, поскольку она более четко указывает местоположения; максимальные сигналы, как правило, разбросаны. [38] Если цель не была выровнена, наличие сигнала не могло указать, в каком направлении поворачивать. Чтобы решить эту проблему, электрическая система коммутации на антенных фидерах позволяла им соединяться вместе в разных фазах, и, изучая, как изменялся сигнал при повороте переключателя, оператор мог определить, какая антенна была ближе к цели, процесс, известный как брекетинг . Система фазирования была введена EC Slow и стала известна как Slowcock . [38]
В целом системы, оборудованные GL/EF, были похожи на Mk. I, но добавили еще один набор антенн, расположенных вертикально вдоль лестницы, выступающей из верхней части кабины приемника. Первоначальная антенна диапазона была установлена в нижней части лестницы, с двумя новыми антеннами, равномерно разнесенными вдоль нее. Антенны были разнесены примерно на половину длины волны, поэтому сигналы будут мешать конструктивно на одной паре и деструктивно на другой. Радиогониометр использовался для изменения относительной чувствительности верхней пары антенн, а выходы радиогониометра и антенны диапазона были отправлены на отдельные предварительные усилители. [11]
Для завершения системы был добавлен электронный переключатель, который был синхронизирован с сигналом 50 Гц Национальной сети . Сигнал использовался для переключения входа приемников с антенны диапазона на выход двух других антенн, смешанных через радиогониометр. Тот же сигнал также немного корректировал смещение оси Y ЭЛТ, так что альтернативные следы появлялись выше или ниже центра нового ЭЛТ, предназначенного для измерений высоты. Результатом было то, что верхний след содержал исходный сигнал диапазона, как и раньше, в то время как нижний след содержал выход радиогониометра; глядя вдоль нижнего следа под меткой диапазона, оператор мог поворачивать радиогониометр, пока сигнал не достигал нуля, показывая угол. Оператор периодически корректировал настройку, когда нижняя метка снова появлялась во время перемещения цели. [11]
По мере разработки системы было введено еще одно усовершенствование, которое позволило осуществлять непрерывное отслеживание вместо периодической переустановки. Система коммутации была изменена таким образом, что диапазон отправлялся на верхнюю линию в течение 2,5 миллисекунд (мс), а сигналы диапазона и радиогониометра в течение 7,5 мс. Если сигнал был правильно обнулен, два верхних сигнала смешивались и создавали одну яркую вспышку на верхней трассе, в то время как нижняя трасса обнулялась, как и прежде. Если сигнал не обнулялся, слабая вторая вспышка, казалось, размывала верхнюю трассу, заметную еще до того, как вспышку на нижней трассе становилось видно. [20]
В ходе тестирования было обнаружено, что слабый сигнал только для диапазона становится трудноразличимым, когда сигнал шумный и прыгает. Последнее изменение добавило небольшую фиксированную задержку к сигналу только для диапазона, заставив его след сместиться вправо. Теперь на дисплее высоты появились три отчетливых отметки, отметка дальности справа, а два сигнала высоты выровнены вертикально чуть левее. [20]
Распространенной проблемой антенных систем такого рода является невозможность узнать, принимается ли сигнал передней или задней частью антенны, которые одинаково чувствительны. Чтобы решить эту проблему, как только был замечен нуль, оператор пеленга включал сенсорный переключатель, который подключал вторую антенну, расположенную немного позади основной. Смешанный выход двух ясно указывал, с какой стороны находится цель, спереди или сзади. [38] Однако это приводило к проблемам в фазирующих системах, которые так и не были полностью устранены. [20] [f]
Система Mk. II была очень похожа на Mk. I* с GL/EL, хотя ряд улучшений деталей улучшили дальность и точность. Они включали более мощный передатчик, обновленные приемники и уменьшение ширины импульса для обеспечения более точных измерений. [21]
Более существенным отличием был метод, используемый для создания разделенных следов на дисплеях. В отличие от электронной системы, используемой на GL/EL, Mk. II использовал механическую и моторизованную систему, которую Бедфорд считал менее продвинутой. [20] Основная идея заключается в использовании двух антенн, которые направлены в немного разных направлениях, и чьи диаграммы приема перекрываются в середине. Сравнивая силу сигнала между двумя, оператор мог определить, была ли цель более центрирована на одной из антенн, и вращать их до тех пор, пока оба сигнала не стали бы одинаковой силы. Эта система широко использовалась в радарах RAF AI и ASV даже во время разработки Mk. I, но они не были приняты для того, чтобы ввести Mk. I в эксплуатацию. Mk. II был, по сути, попыткой адаптировать эти дисплеи к набору GL. [21]
В отличие от дисплея GL/EL, Mk. II использовал один приемник для каждой пары антенн. Переключатель быстро чередовал один или другой сигнал в приемнике. Он также посылал один из сигналов через короткую линию задержки. Однако он не перемещал базовую линию оси Y. Результатом был один след вдоль центра дисплея с двумя слегка разделенными точками, по одной от каждой антенны. Сравнивая относительные длины двух точек, оператор мог определить, какая антенна была ближе к цели, и продолжать вращать ее до тех пор, пока точки не становились одинаковой длины. [21]
Бортовые системы RAF перемещали антенны, перемещая весь самолет. В случае GL угол пеленга уже можно было перемещать с помощью вращающейся кабины. Одним из решений для перемещения угла возвышения было бы наклонить вертикальную стойку, но по причинам, которые не указаны в ссылках, это решение не использовалось. Вместо этого верхняя антенна вертикальной пары могла перемещаться вверх и вниз по удлинению в виде лестницы. [21]
Другая проблема, решенная в Mk. II, заключалась в том, что один из сигналов был настолько широким, что на дисплее появлялось несколько самолетов. Это было решено просто добавлением второй системы передающих антенн. У одной была довольно узкая горизонтальная антенна, из-за чего передача была похожа на 20 градусов у Mk. I. У другой была гораздо более широкая антенная решетка, сужавшая диаграмму направленности и значительно облегчавшая выбор отдельных целей. Антенна с широкой диаграммой направленности использовалась во время первоначального поиска, и как только цель была выбрана, переключатель переключался, чтобы переключить передачу на узкий луч. Существуют изображения, на которых показаны обе антенны, объединенные в одной кабине. [21]
Mk. II также добавил простое, но эффективное калибровочное устройство, вал, соединенный с управлением высотой, который выходил за пределы кабины. Для калибровки ручка высоты поворачивалась на ноль, а телескоп соединялся с валом так, чтобы он был направлен на горизонт. Затем воздушный шар поднимался и отслеживался радаром, а поправки считывались через телескоп. [40]