Radar, Colocación de armas, Mark I o GL Mk. I, para abreviar, fue uno de los primeros sistemas de radar desarrollados por el ejército británico para proporcionar información de alcance a la artillería antiaérea asociada . Hubo dos actualizaciones al mismo sistema básico, GL / EF (Elevation Finder) y GL Mk. II , los cuales agregaron la capacidad de determinar con precisión el rumbo y la elevación.
País de origen | Reino Unido |
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Introducido | Mk. A finales de 1939 Mk. I * principios de 1941 |
Tipo | Dirección AA |
Frecuencia | 54,5 a 85,7 MHz |
PRF | 1,5 kHz |
Ancho de pulso | 3 µs |
Azimut | ± 20 ° del rodamiento actual |
Precisión | 50 m de alcance |
Energía | 50 kilovatios |
Otros nombres | Radar, Antiaéreo No. 1, Mk. 1 |
El primer set GL fue un diseño elemental desarrollado a partir de 1935. Con base en Chain Home , GL utilizó transmisores y receptores separados ubicados en cabinas de madera montadas en carros de armas, cada uno con sus propias antenas que debían girarse para apuntar al objetivo. La antena producía una señal que era semidireccional y solo era capaz de proporcionar información precisa de rango inclinado ; La precisión del rumbo del objetivo era de aproximadamente 20 grados y no podía proporcionar información de elevación del objetivo. Varios fueron desplegados con la Fuerza Expedicionaria Británica y al menos uno fue capturado por las fuerzas alemanas durante la evacuación de Dunkerque . Su evaluación les llevó a creer que el radar británico era mucho menos avanzado que el radar alemán.
Planes para introducir el Mk. II con rumbo y elevación precisos se pusieron en marcha desde el principio, pero no estarían disponibles hasta 1940. Una solución conveniente fue el accesorio GL / EF, que proporciona mediciones de rumbo y elevación con una precisión de aproximadamente un grado. Con estas mejoras, el número de rondas necesarias para destruir un avión se redujo a 4.100, una mejora de diez veces con respecto a los resultados de la primera guerra. Aproximadamente 410 del Mk. Yo y Mk ligeramente modificado. Se habían producido unidades I * cuando la producción se trasladó al Mk. II, que tenía suficiente precisión para guiar directamente los cañones. Una mayor precisión y una operación más simple redujeron las rondas por muerte a 2.750 con Mk. II. Después de la invasión de la Unión Soviética en 1941, alrededor de 200 Mk. Se suministraron unidades II a los soviéticos que las utilizaron con el nombre de SON-2 . 1,679 Mk. Finalmente se produjeron los II.
La introducción del magnetrón de cavidad en 1940 condujo a un nuevo esfuerzo de diseño utilizando antenas parabólicas altamente direccionales para permitir mediciones de rumbo tanto de distancia como precisas al mismo tiempo que son mucho más compactas. Estos GL Mk. Las unidades de radar III se produjeron en el Reino Unido como Mk. IIIB (para británicos), y un modelo diseñado localmente de Canadá como el Mk. IIIC. Mk. Yo permanecí en servicio en roles secundarios como Mk. III los reemplazó en el frente. Ambos fueron reemplazados generalmente a partir de 1944 por el SCR-584 superior .
Desarrollo
Celda del ejército
La primera mención de radar en el Reino Unido fue una sugerencia hecha por 1930 FUE Butement y PE Pollard del Ejército Oficina de Guerra 's Señales Establecimiento Experimental (VER). Propusieron construir un sistema de radar para detectar barcos que se utilizarían con baterías de tierra, y llegaron hasta ahora a construir un prototipo de placa de prueba de baja potencia utilizando pulsos a 50 cm de longitud de onda (600 MHz). La Oficina de Guerra no estaba interesada y no proporcionó fondos para un mayor desarrollo. El asunto se mencionó de pasada en la edición de enero de 1931 del Libro de invenciones de los ingenieros reales . [1]
Con la exitosa demostración de radar del Ministerio del Aire y el rápido progreso en el sistema que se convertiría en Chain Home (CH) en 1936, el Ejército de repente se interesó en el tema y visitó al equipo de radar CH en su nuevo cuartel general en Bawdsey Manor . Aquí se les presentó a versiones más pequeñas del sistema CH destinado a implementaciones semimóviles. Esto pareció tener varios usos en los roles del Ejército, lo que llevó a la formación el 16 de octubre de 1936 de la Sección de Aplicaciones Militares, [2] pero a la que se hace referencia universalmente como la Célula del Ejército. A este grupo se le dio espacio en Bawdsey, e incluyó a Butement y Pollard de la SEE. [3]
Inicialmente, a la celda se le asignó la tarea de mejorar el fuego antiaéreo y se le dijo que el principal problema a abordar era la medición precisa del alcance. [2] Se utilizaron instrumentos ópticos para detectar aeronaves y determinar con precisión su rumbo y elevación , pero la determinación de distancia a través de medios ópticos siguió siendo difícil, lenta y abierta a simples errores de procedimiento. Un sistema de radar que pudiera proporcionar una localización rápida y precisa mejoraría en gran medida sus posibilidades de atacar con éxito una aeronave. Se les dio el objetivo de producir una medida de alcance con una precisión de 50 yardas (46 m) en un rango de 14,000 yardas (13 km). [2]
Ese mismo año, un Airborne Group se separó del equipo de desarrollo principal de CH para desarrollar un sistema de radar mucho más pequeño adecuado para montar en aviones grandes. Esto se convertiría en el papel del radar de intercepción aerotransportada (IA), con la intención de detectar bombarderos por la noche y permitir que los cazas pesados los encuentren y los ataquen con su propio radar. Cuando estos conjuntos demostraron la capacidad de recoger fácilmente barcos en el Canal de la Mancha , la Célula del Ejército inició un segundo grupo para adoptar estos sistemas en la función de Defensa Costera (CD), proporcionando mediciones de rango y ángulo con suficiente precisión para disparar a ciegas sus baterías de tierra . Este equipo fue dirigido por Butement, dejando a Pollard como el principal desarrollador de los sistemas GL. [3]
Mk. Yo desarrollo
El esfuerzo de GL se inició muy temprano durante el desarrollo del CH y, al igual que el CH de esa época, utilizó longitudes de onda relativamente largas, ya que se podían generar y detectar fácilmente utilizando la electrónica existente de los sistemas comerciales de radio de onda corta . La desventaja de este método conveniente es que las antenas de radio generalmente tienen que ser una fracción significativa de la longitud de onda de la señal de radio para trabajar con una ganancia razonable . Para las longitudes de onda de 50 metros utilizadas inicialmente por CH, se necesitarían antenas del orden de 25 metros (82 pies). [4] [a]
Claramente, esto no era práctico para ningún tipo de sistema móvil, pero a medida que llegaba la electrónica más nueva a fines de la década de 1930, las longitudes de onda que utilizaban los sistemas de radar continuaron disminuyendo. Cuando GL estuvo listo para comenzar las pruebas, el sistema pudo operar en longitudes de onda entre 3.4 y 5.5 m, [6] reduciendo el tamaño de la antena a una longitud de varios metros más manejable. Cambios similares en la electrónica también produjeron versiones más pequeñas de CH, las unidades móviles de radio o MRU, que proporcionaban tanto un servicio de alerta temprana móvil como un servicio reubicable en caso de que una estación principal de CH quedara fuera de servicio. [3]
Las pantallas de radar de tipo CH utilizan un generador de base de tiempo para producir un voltaje variable que se alimenta a una de las entradas de un tubo de rayos catódicos (CRT). La base de tiempo está calibrada para mover el punto CRT a través de la pantalla al mismo tiempo que los ecos serían devueltos por los objetos en el rango máximo del radar. El punto se mueve tan rápido que parece una línea continua. La señal de retorno se amplifica y luego se envía al otro canal del CRT, generalmente el eje Y, lo que hace que el punto se desvíe de la línea recta creada por la base de tiempo. Para objetos pequeños, como aviones, la desviación hace que aparezca un pequeño parpadeo en la pantalla. El rango hasta el objetivo se puede medir comparando la ubicación de la señal con una escala calibrada en la pantalla. [2]
La precisión de tal visualización está relacionada con el tamaño del tubo y el alcance del radar. Si se puede esperar que se mida la señal con una precisión de 1 mm en la escala a lo largo de un CRT típico de 3 pulgadas (76 mm), y ese radar tiene un alcance máximo de 14,000 yardas, entonces ese 1 mm representa 14000 / (75 / 1) , algo más de 186 yardas (170 m). Esto fue mucho menos preciso de lo deseado, que fue de aproximadamente 50 yardas (46 m). [2]
Para proporcionar un sistema capaz de realizar una medición tan precisa, y hacerlo de forma continua, Pollard desarrolló un sistema que utilizaba toda la pantalla CRT para proporcionar una medición que muestra solo rangos a una distancia corta a cada lado de un ajuste de rango preseleccionado. El sistema funcionaba cargando un condensador a una velocidad conocida hasta que alcanzaba un umbral que activaba la base de tiempo. La base de tiempo se estableció para moverse por la pantalla en el tiempo que representaba menos de un kilómetro. Se usó un potenciómetro grande para controlar la tasa de carga, [7] que proporcionó una compensación de rango. El rango al objetivo se midió usando el potenciómetro para mover la señal hasta que estuvo en el medio de la pantalla, y luego leyendo el rango desde una escala en el potenciómetro. El sistema básico se desarrolló rápidamente, y un sistema de prueba proporcionaba 100 yardas (91 m) de precisión para aeronaves entre 3,000 yardas (2,700 m) y 14,000 yardas (13 km) en el verano de 1937. A finales de año, esto había mejorado. hasta una precisión de 25 yardas (23 m). [8]
Como el requisito original del sistema era proporcionar información adicional a los instrumentos ópticos, no se requerían mediciones precisas de los rumbos. Sin embargo, el sistema necesitaba alguna forma de asegurarse de que el objetivo al que se estaba sometiendo a distancia fuera el que se estaba siguiendo ópticamente y no otro objetivo cercano. Para esta función, el sistema usó dos antenas receptoras montadas aproximadamente a una longitud de onda de distancia, de modo que cuando apuntasen directamente al objetivo, las señales recibidas se cancelarían y producirían un nulo en la pantalla. Esto fue enviado a una segunda pantalla, cuyo operador intentó mantener las antenas apuntando al objetivo. [9]
El transmisor, que tenía una potencia de unos 20 kW, estaba montado en una gran cabina de madera rectangular sobre un remolque con ruedas. La antena dipolo de media onda única se montó en una extensión vertical corta en un extremo de la cabina, con la "línea de disparo" a lo largo del eje largo. La antena era solo ligeramente direccional, y la señal se enviaba en un amplio abanico de unos 60 grados a cada lado. [10]
El receptor era considerablemente más complejo. La cabina del operador era algo más pequeña que el transmisor y estaba montada en el sistema de cojinetes del carro de la pistola AA que permitía rotar toda la cabina alrededor del eje vertical. A poca distancia por encima del techo había una estructura de metal rectangular que coincidía más o menos con el contorno de la cabina. Se montaron tres antenas en línea a lo largo de uno de los lados largos del marco; Las mediciones de alcance se tomaron de la antena en el medio y direccionales comparando la señal en las dos antenas al final. Detrás de las dos antenas de orientación había reflectores montados aproximadamente a una longitud de onda de distancia, lo que tenía el efecto de estrechar su ángulo de recepción. [10]
En el campo, el transmisor se apuntaría en la dirección esperada de los ataques y el receptor se colocaría a cierta distancia para ayudar a protegerlo de la señal que se refleja en las fuentes locales. [11]
Despliegue inicial
En 1939, el equipo estaba lo suficientemente contento con el estado del equipo que se enviaron los contratos de producción. Metropolitan-Vickers ganó el contrato para el transmisor y AC Cossor el receptor. La producción masiva del conjunto GL no resultó particularmente difícil y, a fines de 1939, se habían entregado 59 sistemas completos y otros 344 se completarían durante 1940. [12]
El sistema hizo exactamente lo que se le pidió; proporcionó mediciones de alcance muy precisas del orden de 50 yardas. Sin embargo, en el campo quedó claro que esto simplemente no era suficiente. A finales de 1939, el fantasma de los bombardeos nocturnos era una gran preocupación y, como el sistema GL no podía proporcionar información precisa sobre la orientación ni la elevación, no podía dirigir los cañones por la noche. [9] En su lugar , se usó el estilo de operación de la Primera Guerra Mundial , con reflectores que buscaban objetivos en gran parte al azar, y se usaban instrumentos ópticos convencionales para determinar el rumbo y la elevación una vez que se iluminaba un objetivo. En la práctica, este estilo de operación resultó tan ineficaz como lo había sido durante la Primera Guerra Mundial [b].
A pesar de gastar mucho tiempo, esfuerzo y dinero en el sistema GL, cuando The Blitz abrió todo el sistema de defensa aérea del Ejército resultó ser ineficaz. El general Frederick Pile , comandante del Comando Antiaéreo del Ejército , lo expresó de esta manera:
Los problemas iniciales con el radar fueron enormes. A principios de octubre de 1940 no habíamos logrado disparar ni un solo proyectil por la noche. Fue amargamente decepcionante: arreglamos los sets en un tiempo maravilloso, pero luego tuvimos la mayor dificultad para calibrarlos. Cada plan que hicimos fracasó y siempre por causas más allá de nuestro poder para tratar. [12]
Para detectar los objetivos, GL fue en gran medida ineficaz. Desde un punto de vista mecánico, la necesidad de hacer girar todo el sistema para realizar el seguimiento presentó un problema importante. Una limitación más seria fueron las pantallas en sí mismas, que mostraban solo una pequeña porción del cielo en la pantalla de rango, y una única indicación en el objetivo / fuera del objetivo en el rumbo. Aunque podría ser posible girar la antena en rumbo para encontrar un objetivo, la dirección tenía una precisión de solo 20 grados, lo suficiente para mantener las antenas alineadas con el objetivo, pero de poca utilidad para dirigir instrumentos ópticos hacia un objetivo, especialmente de noche. Además, la pantalla de rumbo solo mostraba si las antenas estaban alineadas o no, pero no hacia qué lado u otro estaba el objetivo si estaba desalineado, lo que requería más trabajo para determinar en qué dirección girar la antena para el seguimiento. [9]
Además de estos problemas, la señal ancha en forma de abanico presentaba serios problemas cuando más de un avión entraba en el rayo. En este caso, la lectura del rumbo siempre decía que estaba desalineada y era imposible para los lectores de rango saber qué aeronave estaban midiendo. Incluso las tripulaciones más experimentadas no pudieron rastrear satisfactoriamente un objetivo en estas condiciones. [14]
Radar en Dunkerque
GL Mk. Los conjuntos I se desplegaron con la Fuerza Expedicionaria Británica , junto con las unidades MRU que proporcionaron una alerta temprana . Tras el colapso de las defensas y la eventual evacuación de Dunkerque , estos conjuntos tuvieron que ser abandonados en Francia . [15]
Quedaron suficientes piezas para que el equipo de radar de Wolfgang Martini reconstruyera el diseño y determinara las capacidades operativas básicas de los sistemas. Lo que encontraron no los impresionó. [15] Los radares de la Luftwaffe tanto para alerta temprana ( Freya ) como para colocación de armas ( Würzburg ) eran significativamente más avanzados que sus homólogos británicos en ese momento, [16] operando en longitudes de onda mucho más cortas alrededor de 50 cm. [17]
Esta evaluación, combinada con el fracaso de una misión de LZ-130 para detectar radares británicos en agosto de 1939, parece haber llevado a una subestimación general de la utilidad de los sistemas de radar británicos. A pesar de estar al tanto de Chain Home, los informes alemanes sobre el estado de la Royal Air Force escritos justo antes de la Batalla de Gran Bretaña ni siquiera mencionaron el radar en absoluto. Otros informes lo mencionan, pero no lo consideran muy importante. Otras secciones de la Luftwaffe parecen desdeñar el sistema en su conjunto. [15]
Mk. II desarrollo
El equipo de GL ya había iniciado planes para una versión muy mejorada del sistema que también podría proporcionar información precisa sobre la orientación y la elevación. Siempre habían querido que el sistema GL pudiera dirigir las pistolas en todas las medidas, pero la imperiosa necesidad de llevar el sistema al campo lo antes posible lo impedía. [18]
Para agregar esta capacidad, adaptaron un concepto de los radares de Coast Defense que está desarrollando Butement. La idea era utilizar dos antenas que apuntan en direcciones ligeramente diferentes, pero con sus áreas sensibles superpuestas ligeramente por la línea central de las dos. El resultado es un patrón de recepción en el que cada una de las antenas produce una señal máxima cuando el objetivo está ligeramente a un lado de la línea central, mientras que un objetivo ubicado exactamente en el medio produciría una señal ligeramente más pequeña pero igual en ambas antenas. Se utiliza un interruptor para alternar las señales entre las dos antenas, enviándolas al mismo receptor, amplificador y CRT. Una de las señales también se envía a través de un retardo, por lo que su señal se dibuja ligeramente desplazada. [19]
El resultado es una pantalla similar a CH, que muestra el rango a los objetivos a la vista, pero con cada uno de los objetivos produciendo dos señales poco espaciadas. Al comparar la longitud de las señales, el operador puede saber qué antena está apuntando más directamente al objetivo. [20] Al girar las antenas hacia la señal más fuerte, la señal más larga, el objetivo se centrará y las dos señales tendrán la misma longitud. Incluso con las longitudes de onda relativamente largas utilizadas, se podrían lograr precisiones del orden de ½ grado con estos sistemas de conmutación de lóbulos . [21]
Mk. I*
Como Mk. Llegué al campo, se introdujeron una serie de mejoras en la electrónica básica. Estos se reunieron para formar el Mk. I * versión. Las diferencias entre el Mk. Yo y Mk. Yo * estaba principalmente en los detalles. Se descubrió que en determinadas orientaciones del transmisor y el receptor, la pequeña antena utilizada para activar la base de tiempo vería una señal demasiado pequeña para funcionar. Este fue reemplazado por un cable entre las dos cabinas, que se conocía como bloqueo de cable . Ciertos detalles de las etapas de RF en el receptor mejoraron la relación señal / ruido , se agregó un regulador de voltaje para corregir las diferencias en los generadores y se introdujo un nuevo sistema que reemplazó el complejo sistema de puesta a tierra del potenciómetro con una versión electrónica. Un cambio más importante fue la introducción de funciones antiinterferencias . [22] [c]
Accesorio Bedford
A finales de 1939 quedó claro que el Mk. I en su forma actual no sería del todo útil en el campo, especialmente de noche, y sería hasta al menos principios de 1941 antes de que el Mk. Yo estaba disponible. Leslie Bedford había formado un departamento de desarrollo de radares en Cossor para producir receptores CH y conocía bien tanto los deseos de los artilleros AA como las posibilidades inherentes a los sistemas de radar. Sugirió que sería relativamente fácil adaptar la antena y los sistemas de visualización del Mk. II al Mk. I system, que ofrece muchas de las mismas ventajas. [9]
El resultado fue el GL / EF , para Gun Laying / Elevation Finder , aunque se lo conocía casi universalmente como el accesorio Bedford . [d] Esta modificación agregó un conjunto de antenas verticales y un nuevo CRT de medición de elevación para leerlas, junto con un radiogoniómetro que permitió medir con precisión el ángulo vertical. Mk. Los I * con GL / EF comenzaron a desplegarse a principios de 1941, justo cuando The Blitz estaba alcanzando un crescendo. [9]
Con el Bedford Attachment, el Ejército ahora tenía un sistema completo de colocación de armas por primera vez. Como los tres ejes se podían leer de forma continua, los predictores podían recibir información directamente del radar sin necesidad de entradas ópticas. Del mismo modo, las propias pistolas fueron impulsadas automáticamente desde el predictor, o solo requirieron que las capas siguieran punteros mecánicos para coincidir con la salida del predictor, un concepto conocido como colocación de aguja sobre aguja . Incluso los ajustes de los fusibles se establecieron automáticamente a partir de los valores de rango procedentes del radar. Todo el problema de la artillería estaba ahora altamente automatizado de principio a fin. [11]
Problemas de calibracion
Fue en este punto que aparecieron serios problemas con la calibración. Después de un estudio considerable, utilizando reflectores colgados de globos y probando contra aviones ocasionales, quedó claro que el principal problema era la nivelación del suelo alrededor de la estación. Las longitudes de onda largas utilizadas en estos primeros radares interactuaban fuertemente con el suelo, haciendo que los rayos se reflejaran hacia adelante en lugar de absorberlos o dispersarlos. Estas señales reflejadas a veces llegaban a los objetivos y eran devueltas al receptor, junto con las directas del transmisor. La interferencia entre los dos hizo que aparecieran nulos en el patrón de recepción, lo que dificultaba encontrar el objetivo. [24]
En la práctica, estos nulos, especialmente en elevación, se moverían cuando las antenas giraran para seguir un objetivo. Al principio, se pensó que esto no sería un problema grave y que podría resolverse desarrollando una tabla de calibración para cada sitio. Pero incluso las primeras pruebas demostraron que la calibración cambiaba con la longitud de onda. Esto significaba que tendrían que hacer varias tablas de calibración, una para cada radar, o que si se deseaba una sola tabla de correcciones para diferentes orientaciones, las antenas tendrían que moverse verticalmente a medida que se cambiaba la longitud de onda. [20]
Una vez más, fue Bedford quien sugirió una solución; en lugar de calibrar el radar, sugirió calibrar el terreno mismo, aplanar el área alrededor de la estación mediante el uso de una estera de alambre metálico. En realidad, el diseño de tal sistema recayó en Nevill Mott , un físico que se había unido recientemente a la Célula del Ejército. [24] Finalmente, se encontró que las dimensiones adecuadas eran un octágono de 130 yardas (120 m) de diámetro de malla de alambre cuadrado de 2 pulgadas (5,1 cm). Esto fue sostenido en el aire por cientos de cables tensados que corrían sobre estacas de madera a unos 5 pies (1,5 m) en el aire. Para obtener el espacio adecuado entre la antena y la estera de conexión a tierra, el sistema de radar tuvo que elevarse en el aire sobre bloques y se accede a él a través de una pasarela de madera. [25]
El esfuerzo para equipar los equipos GL con base en el Reino Unido con estos tapetes fue enorme. Cada tapete consumía 230 rollos de malla de alambre, cada uno de 4 pies (1,2 m) de ancho por 50 yardas (46 m) de largo. En total, cubrieron un área de aproximadamente 15,000 yardas cuadradas (13,000 m 2 ) y usaron 650 millas (1,050 km) de alambre, sin incluir las 10 millas (16 km) de alambre utilizadas en la estructura de soporte debajo de la malla. Inicialmente planearon instalar las esteras en 101 sitios de inmediato, pero para diciembre de 1940 habían consumido más de 1.600 km (1.000 millas) de alambre galvanizado, agotando el suministro de material de todo el país y provocando una escasez de alambre de gallinero en todo el país . [26]
La construcción de la estera tomó alrededor de 50 hombres durante cuatro semanas. [27] [24] A finales de enero de 1941, sólo se habían mejorado 10 sitios y, mientras tanto, se estaban estableciendo nuevos emplazamientos de AA de modo que el número de emplazamientos prospectivos aumentaba más rápidamente de lo que podían completarse. En abril, Pile había llegado a la conclusión de que el 95% de los sitios de AA necesitarían los tapetes, y esperaban que 600 sitios estuvieran operativos para marzo de 1942. El programa finalmente se prolongó durante años, agotando a medida que se introducían nuevos sistemas que no requerían el esteras. [18] El programa mat terminó formalmente en marzo de 1943. [28]
Otro problema, que nunca se resolvió del todo, fue que cualquier bombardeo de globos en el área formaría un potente reflector que volvería invisible cualquier cosa detrás de él. Esto fue particularmente molesto ya que los globos a menudo se colocaban cerca de los cañones AA, ya que los dos sistemas se usaban juntos para proteger objetivos de alto valor. Se consideró una solución en forma de un sistema que permitiría eliminar los reflejos de baja altura, pero esto no se desarrolló completamente. [20]
Resultados dramáticos
Además del continuo avance tecnológico de los sistemas GL, Pile mejoró enormemente el estado general de AA a partir de septiembre de 1940 al nombrar un asesor científico para el escalón más alto del mando de AA. Para este puesto eligió a Patrick Blackett , que tenía experiencia en la Primera Guerra Mundial en la Royal Navy y desde entonces había demostrado una considerable capacidad matemática. Blackett planeaba estudiar el problema de los AA desde un punto de vista puramente matemático, un concepto que resultó extremadamente valioso en otras áreas de la defensa aérea y que finalmente se convertiría en el campo general de la investigación operativa . [29]
Blackett formó un grupo de estudio conocido como Grupo de Investigación del Comando Antiaéreo, pero universalmente conocido como "Circo de Blackett". Blackett eligió deliberadamente a miembros de diferentes orígenes, incluidos los fisiólogos David Keynes Hill , Andrew Huxley y L. Bayliss, los físicos matemáticos A. Porter y F. Nabarro , el astrofísico H. Butler, el topógrafo G. Raybould, el físico I. Evans y los matemáticos AJ Skinner y M. Keast, la única mujer del equipo. [30] Blackett resumió claramente sus objetivos:
... la primera tarea fue encontrar el mejor método para trazar los datos [del radar] y predecir la posición futura del enemigo para el uso de los cañones sobre la base únicamente de lápiz y papel, tablas de alcance y mechas. La segunda tarea fue ayudar en el diseño de formas simples de máquinas de trazado que se fabricarían en unas pocas semanas. El tercer estado consistía en encontrar medios para poner en uso los predictores existentes en relación con los conjuntos de radares. [31]
Mientras tanto, en noviembre de 1940, John Ashworth Ratcliffe fue trasladado del lado del Ministerio del Aire de Bawdsey para iniciar una escuela de artillería AA en Petersham en el lado oeste de Londres. [30] Un problema que se hizo evidente de inmediato fue que las entradas a los predictores, las computadoras analógicas que manejaban los cálculos balísticos , eran muy fáciles de equivocarse. Esta información se retroalimentó a través de la jerarquía del Ejército, y nuevamente fue Bedford quien produjo la solución. Esto resultó en la construcción de varios Instructores que se utilizaron en la escuela de AA, lo que permitió a los operadores perfeccionar sus habilidades. [32]
Para estudiar mejor el problema de AA, el Circus pronto agregó un cuarto avance a algunos sitios de AA en el área de Londres , dedicado únicamente a registrar las entradas de los predictores, el número de rondas disparadas y los resultados. Estos números se retroalimentaron a través de la estructura de mando de AA para buscar alguna posibilidad de mejora. La historia oficial, publicada justo después de la guerra, señaló que entre septiembre y octubre de 1940, se habían disparado 260,000 rondas AA con el resultado de 14 aviones destruidos, una tasa de 18,500 rondas por muerte. Esto ya era una gran mejora con respecto a las estadísticas previas al radar, que eran de 41.000 disparos por muerte. Pero con la adición de GL / EF, GL mats y una mejor doctrina, esto se redujo a 4.100 rondas por muerte en 1941. [29] [33]
Pile comentó sobre las mejoras señalando:
Las dificultades iniciales se habían suavizado en gran medida, y del 11 al 12 de mayo [1941], cuando las redadas fueron tan generalizadas que se nos dio un mayor alcance, obtuvimos 9 víctimas, una probable y no menos de 17 dañadas. [...] el Blitz virtualmente terminó esa noche. Al final del Blitz, habíamos destruido 170 asaltantes nocturnos, probablemente destruimos otros 58 y dañamos, en diversos grados, 118 más. [33]
Mk. Yo llego
Producción del Mk. II fue de la Gramophone Company y Cossor. [8] Prototipo Mk. Los conjuntos II comenzaron a aparecer ya en junio de 1940, pero se realizaron cambios considerables en el diseño a medida que se obtenía más información del Mk. Los conjuntos I fluyeron. El diseño final comenzó a llegar en cantidades de producción a principios de 1941. [18]
Las pantallas estaban ubicadas en una cabina de madera debajo del conjunto de receptores, incluidos CRT separados para el rango, el rumbo y la elevación, lo que permite un seguimiento continuo durante todo el compromiso. La antena del transmisor ahora viene en dos versiones, una con un haz de gran angular para captar inicialmente el objetivo o buscarlo, y otra con un haz mucho más estrecho que se utilizó para rastrear un solo objetivo. Aunque esto introdujo complejidad, también redujo en gran medida el problema de que apareciera más de un objetivo en las pantallas. [21]
El Mk. II también incluyó un nuevo transmisor, que había aumentado su potencia tres veces de 50 a 150 kW. Esta potencia adicional ofrecía un rango algo mejor, pero lo que es más importante, permitió que el ancho del pulso se redujera significativamente al tiempo que ofrecía el mismo rango. La nitidez del eco es función del ancho del pulso, por lo que al reducirlo, el sistema se vuelve más preciso. El Mk. II podría ofrecer medidas de rodamientos tan precisas como ½ grado, aproximadamente el doble de precisas que el Mk. I *, y justo dentro del rango necesario para apuntar directamente los cañones. El Mk. II había reemplazado en gran medida al Mk. I * a mediados de 1942 y permaneció en servicio hasta 1943. [21] Un análisis demostró que el Mk. II mejoré las rondas por muerte a 2.750, otro avance significativo. [33] Se produjeron 1679 juegos GL Mark II entre junio de 1940 y agosto de 1943. [34]
Mk. III desarrollo
La introducción del magnetrón de cavidad en 1940 permitió que los radares funcionaran eficazmente en longitudes de onda de microondas mucho más cortas, lo que redujo las antenas a solo unos pocos centímetros de largo. Estas antenas eran tan cortas que podían colocarse frente a reflectores parabólicos , que enfocaban la señal en un haz muy estrecho. En lugar de que el patrón de transmisión tenga hasta 150 grados de ancho, los diseños típicos de microondas pueden tener un ancho de haz de quizás 5 grados. Usando una técnica conocida como escaneo cónico , una versión rotatoria del cambio de lóbulos, esto podría reducirse aún más a menos de ½ grado, más que suficiente para colocar directamente las armas. [35]
A finales de 1940, el Ejército estaba muy empeñado en construir un sistema de radar GL de banda S , y en 1942 ya había enviado los planos a empresas del Reino Unido para su producción. El trabajo también comenzó en Canadá en 1940 en una versión diseñada y construida completamente en Canadá, cuya producción comenzó en septiembre de 1942 y las entregas llegaron al Reino Unido a partir de noviembre de 1942, como el GL Mk. IIIC , con unidades británicas que llegarán el próximo mes como Mk. IIIB. Estos eran dramáticamente más móviles que el anterior Mk. Yo y Mk. II, que consta de remolques de dos ruedas y un grupo electrógeno. [36]
Debido a que las antenas eran mucho más direccionales que los haces anchos en forma de abanico de los sistemas anteriores, todo el problema con los reflejos del suelo podría evitarse simplemente asegurándose de que las antenas siempre apuntasen unos pocos grados por encima del horizonte. Esto aseguró que ninguna de las señales rebotara en el suelo durante la transmisión, y que tampoco se verían reflejos cercanos de la señal devuelta. Se eliminó la necesidad de la estera de conexión a tierra de los modelos anteriores, y los sitios se podían quitar y estar completamente operativos en horas. [35]
Los nuevos equipos de microondas comenzaron a reemplazar al Mk. II durante 1943, pero las entregas no fueron particularmente rápidas y estos conjuntos a menudo se enviaban a nuevas unidades en lugar de reemplazar Mk. Yo estoy en el campo. La llegada en 1944 del radar estadounidense SCR-584 fue el catalizador para el reemplazo rápido de todos estos conjuntos, ya que combinó el escaneo y el seguimiento en una sola unidad con un grupo electrógeno interno. En la era inmediata de la posguerra, estos a su vez fueron reemplazados por el AA No. 3 Mk, más pequeño y ligero . 7 , que permaneció en uso hasta que las armas AA se retiraron del servicio a fines de la década de 1950. [37]
Descripción
Diseño básico
El Mk. Usé dos antenas, una para transmisión y otra para recepción. Ambos fueron construidos sobre cabañas de madera, de construcción similar a un remolque de viaje , que contenía la electrónica respectiva. Las cabañas estaban montadas sobre grandes placas de apoyo que permitían que toda la cabaña girara para rastrear los objetivos. Estos, a su vez, estaban montados en carros de armas AA para su movilidad. Se colocó un grupo electrógeno entre los dos y proporcionó energía a ambos. [21]
El sistema de transmisión del Mk. Produje pulsos de 3 microsegundos (µs) de hasta 50 kW de potencia 1.500 veces por segundo. [38] Estos se transmitieron en forma semidireccional, iluminando toda el área frente al rumbo actual de la antena del transmisor. Dado que la señal era incluso menos direccional verticalmente que horizontalmente, una cantidad significativa de la señal golpeó el suelo. Debido a las largas longitudes de onda utilizadas, esta señal se reflejaba fuertemente hacia adelante y, debido a consideraciones geométricas, cualquier señal que golpeara el suelo cerca de la estación se reflejaría con un ángulo vertical suficiente para mezclarse con la señal principal en el área de interés (aproximadamente 30 km alrededor de la estación). Este era el propósito del tapete GL, que no eliminaba los reflejos, pero los hacía mucho más predecibles. [20]
Las unidades receptoras de distancia y demora independientes podrían funcionar en varias bandas de frecuencia. Un oscilador común fue utilizado por ambos receptores, que se envió en el cuatro tubo de radiofrecuencia sección (RF). La frecuencia del oscilador podría cambiarse entre dos bandas anchas, la banda LF de 54,5 a 66,7 MHz y la banda de HF de 66,7 a 84,0 MHz. [e] Los receptores fueron luego afinados utilizando núcleos de hierro giratorios convencionales, que se conectaron mecánicamente para sintonizar ambos receptores desde un solo dial. [38] Para corregir ligeras diferencias en los dos receptores, la salida de uno de los núcleos podría ajustarse deslizando un anillo de cobre a lo largo del poste en el núcleo. [7] Para garantizar que la señal no se refleje en una de las etapas de RF, el receptor de rango agregó un circuito de búfer al final de la etapa de RF. [9]
Exhibiciones e interpretación
La señal de rango se recibió en un solo dipolo de media onda montado en el medio del conjunto de antenas horizontales, se introdujo en un receptor de RF de cuatro tubos y luego en un sistema de frecuencia intermedia (IF) de cuatro tubos . La salida se alimentó directamente a la placa inferior del eje Y de uno de los dos CRT. La placa superior en el eje Y se alimentó con la salida de un calibrador, lo que permitió que se ajustara para que el haz se centrara verticalmente. Las señales que se reciben desde la antena harían que el haz se desvíe hacia abajo para producir una señal, como en el caso de Chain Home. [2]
El eje X del sistema fue alimentado por un generador de base de tiempo que empujó el rayo de izquierda a derecha a través de la pantalla. Normalmente, una base de tiempo se activa para iniciar su barrido tan pronto como se ve la señal del transmisor, pero como se señaló anteriormente, esto no proporcionaría la precisión requerida para esta función. En cambio, la base de tiempo se estableció para abarcar la pantalla a un ritmo mucho más rápido, lo que representa solo una parte del tiempo de vuelo total de la señal. La activación de la base de tiempo se logró utilizando un potenciómetro lleno de aceite muy preciso que aumentó exponencialmente la carga en un banco de condensadores hasta que alcanzó un valor de activación. [38] Se necesitaba un sistema de conexión a tierra muy complejo para garantizar la precisión de los voltajes que salen del sistema de potenciómetros, ya que cualquier voltaje perdido podría abrumar la señal. [39]
Para realizar una medición de rango, el operador giraría el dial del potenciómetro en un esfuerzo por hacer que el borde delantero del indicador luminoso del objetivo se alineara con una línea vertical en el CRT. El rango no se leyó en el CRT, sino en el dial. El dial también se convirtió en un magslip, o selsyn, como se lo conoce más comúnmente en la actualidad. La salida del deslizamiento magnético se utilizó para activar directamente los controles del predictor, lo que permitió que el radar actualizara continuamente la medición de rango. [38]
La medición del rumbo se recibió en un receptor y un sistema de antena separados. En este caso, se utilizaron dos dipolos de media onda, ubicados horizontalmente a una longitud de onda aproximadamente en el marco de la antena. Ambas antenas se conectaron entre sí eléctricamente antes de entrar en los receptores, con las salidas de una de ellas invertidas. Esto significaba que la señal de salida se reduciría a cero cuando las antenas estuvieran alineadas con precisión con el objetivo. Cualquier desalineación cambia ligeramente la fase relativa de las señales, produciendo una señal neta que ingresa al receptor y produce una pantalla. Sin embargo, no fue posible saber cuál de las dos antenas era la que producía la salida neta; el sistema proporcionaba una indicación de cuándo la antena estaba en el objetivo, pero no a qué lado girar cuando estaba fuera del objetivo. [38]
Por lo demás, el receptor de rumbo era idéntico a la versión de rango y se alimentaba al CRT de la misma manera. Se utilizó un generador de base de tiempo más lento, activado por la misma señal que el primero, pero configurado para escanear mucho más lentamente. En este caso, la base de tiempo no se usó para medir el rango y la ubicación horizontal del blip no fue importante. En cambio, la base de tiempo se usó simplemente para ayudar a garantizar que el operador de rumbo estuviera mirando al mismo objetivo que el operador de rango: la señal de interés estaría en algún lugar cercano al centro. [38]
El operador del rumbo giraba entonces toda la caseta del receptor usando un juego de engranajes conectado a pedales de bicicleta, buscando el punto en el que desaparecía la señal, lo que indica que el objetivo ahora estaba perfectamente alineado entre las dos antenas. Este sistema de búsqueda nula se usó a menudo ya que indica ubicaciones de manera más nítida; las señales máximas tienden a extenderse. [38] Si el objetivo no estaba alineado, la presencia de la señal no podría indicar en qué dirección girar. Para abordar esto, un sistema de conmutación eléctrica en la alimentación de la antena permitió que se conectaran entre sí en diferentes fases, y al estudiar la forma en que cambiaba la señal cuando se giraba el interruptor, el operador podía determinar qué antena estaba más cerca del objetivo, un proceso conocido como horquillado . El sistema de fases había sido introducido por EC Slow y se conoció como Slowcock . [38]
GL / EF
En general, los sistemas equipados con GL / EF eran similares al Mk. Yo, pero agregué otro conjunto de antenas colocadas verticalmente a lo largo de una escalera que se proyecta desde la parte superior de la cabina del receptor. La antena de rango original se montó en la parte inferior de la escalera, con dos nuevas antenas igualmente espaciadas a lo largo de ella. Las antenas estaban espaciadas por aproximadamente la mitad de una longitud de onda, por lo que las señales interferirían constructivamente en un par y destructivamente en el otro. Se utilizó un radiogoniómetro para cambiar la sensibilidad relativa del par superior de antenas, y las salidas del radiogoniómetro y la antena de rango se enviaron a preamplificadores separados. [11]
Para completar el sistema, se agregó un interruptor electrónico que se sincronizó con la señal de 50 Hz de la Red Nacional . La señal se utilizó para cambiar la entrada a los receptores desde la antena de rango a la salida de las otras dos antenas mezcladas a través del radiogoniómetro. La misma señal también ajustó ligeramente el sesgo del eje Y del CRT, de modo que aparecieron trazos alternativos por encima o por debajo del centro de un nuevo CRT dedicado a las mediciones de elevación. El resultado fue que el trazo superior contenía la señal de rango original como antes, mientras que el trazo inferior contenía la salida del radiogoniómetro; mirando a lo largo del trazo inferior debajo de la señal de rango, el operador podía girar el radiogoniómetro hasta que la señal alcanzara un valor nulo, revelando el ángulo. El operador ajustaba periódicamente la configuración a medida que reaparecía la señal más baja mientras el objetivo se movía. [11]
A medida que se desarrollaba el sistema, se introdujo una mejora adicional que permitía un seguimiento continuo en lugar de un reajuste periódico. El sistema de conmutación se modificó de modo que el rango se envió a la línea superior durante 2,5 milisegundos (ms) y el rango y las señales del radiogoniómetro durante 7,5 ms. Si la señal se anulara correctamente, las dos señales superiores se mezclarían y producirían un solo parpadeo brillante en el trazo superior, mientras que el trazo inferior se anularía, como antes. Si la señal no se anulaba, un segundo parpadeo tenue parecería borrar la traza superior, perceptible incluso antes de que se hiciera visible la señal en la traza inferior. [20]
En las pruebas, se descubrió que la débil señal de solo alcance se volvió difícil de ver cuando la señal era ruidosa y saltaba. Un cambio final agregó un ligero retardo fijo a la señal de solo rango, lo que provocó que su traza se desplazara hacia la derecha. Ahora aparecieron tres señales distintas en la pantalla de elevación, la señal de rango a la derecha y las dos señales de elevación alineadas verticalmente justo a la izquierda. [20]
Un problema común con los sistemas de antenas de este tipo es que no es posible saber si la señal está siendo recibida por la parte delantera o trasera de la antena, que son igualmente sensibles. Para abordar esto, una vez que se vio un nulo, el operador de rumbo encendió un interruptor de detección que conectó una segunda antena ubicada ligeramente detrás de la principal. La salida mixta de los dos indicaba claramente de qué lado estaba el objetivo, delante o detrás. [38] Sin embargo, esto provocó problemas en los sistemas de fases que nunca se solucionaron por completo. [20] [f]
Mk. II
El Mk. El sistema II era muy similar al Mk. I * con GL / EL, aunque una serie de limpiezas de detalles mejoraron el alcance y la precisión. Estos incluyeron un transmisor más potente, receptores actualizados y la reducción en el ancho de pulso para permitir mediciones más precisas. [21]
Una diferencia más importante fue el método utilizado para producir los rastros divididos en las pantallas. A diferencia del sistema electrónico utilizado en GL / EL, Mk. Utilicé un sistema mecánico y motorizado que Bedford consideraba menos avanzado. [20] La idea básica es utilizar dos antenas que apunten en direcciones ligeramente diferentes y cuyos patrones de recepción se superpongan en el medio. Al comparar la intensidad de la señal entre las dos, el operador podría determinar si el objetivo estaba más centrado en una de las antenas y rotarlas hasta que ambas señales tuvieran la misma intensidad. Este sistema había sido ampliamente utilizado en radares RAF AI y ASV incluso cuando Mk. Estaba siendo desarrollado, pero no habían sido adoptados para obtener Mk. Yo en servicio. Mk. II fue, efectivamente, un esfuerzo por adaptar estas pantallas al conjunto GL. [21]
A diferencia de la pantalla GL / EL, el Mk. Usé un solo receptor para cada par de antenas. El interruptor alternaba rápidamente una u otra señal en el receptor. También envió una de las señales a través de una línea de retardo corto. Sin embargo, no movió la línea de base del eje Y. El resultado fue un solo trazo a lo largo del centro de la pantalla, con dos señales ligeramente separadas, una de cada antena. Al comparar las longitudes relativas de los dos blips, el operador podría determinar qué antena estaba más alineada con el objetivo y continuar girándola hasta que los blips tuvieran la misma longitud. [21]
Los sistemas aerotransportados de la RAF movieron las antenas moviendo toda la aeronave. En el caso de GL, el ángulo del rodamiento ya se podía mover mediante el uso de la cabina giratoria. Una solución para mover el ángulo de elevación sería tener la inclinación del poste vertical, pero por razones que no están registradas en las referencias, esta solución no se utilizó. En cambio, la antena superior del par vertical se pudo mover hacia arriba y hacia abajo por la extensión en forma de escalera. [21]
Otro problema abordado en el Mk. II fue una de las señales tan amplias que aparecerían varios aviones en la pantalla. Esto se resolvió simplemente agregando un segundo sistema de antena de transmisión. Uno tenía una extensión de antena horizontal bastante estrecha, lo que provocó que la transmisión fuera similar a la del Mk. Tengo 20 grados. El otro tenía un conjunto de antenas mucho más amplio, lo que reducía el patrón y facilitaba la selección de objetivos individuales. La antena de patrón ancho se usaría durante la búsqueda inicial, y una vez que se seleccionaba un objetivo, se accionaba un interruptor para mover la transmisión al haz estrecho. Existen imágenes que muestran ambas antenas combinadas en una sola cabina. [21]
Mk. II también agregué un dispositivo de calibración simple pero efectivo, un eje conectado al control de elevación que se extendía fuera de la cabina. Para la calibración, la manija de elevación se pondría a cero y se conectaría un telescopio al eje para que apunte al horizonte. Luego, un globo sería elevado y rastreado por el radar, y las correcciones se leerían a través del telescopio. [40]
Notas
- ^ Las antenas generalmente están diseñadas para resonar en la frecuencia objetivo, lo que requiere que sea un múltiplo de 1 ⁄ 2 de la longitud de onda. Un tratamiento completo se encuentra en el ARRL Antenna Book. [5]
- ↑ Como señalaron los transeúntes, "los rayos de los reflectores giraban violentamente por el cielo, pero rara vez encontraban y sostenían un objetivo". [13]
- ^ Desafortunadamente, ninguna de las fuentes disponibles detalla con precisión cuáles eran estas características antiinterferencias. Sin embargo, dada la fecha de finales de 1939, probablemente fueron los sistemas de fósforo rápido / lento, o un wobbulator , los cuales se agregaron a Chain Home en esa época.
- ^ Un usuario del sistema en tiempos de guerra se refiere a él como Bedford Bastard. [23]
- ^ Aunque en la documentación se hace referencia a ellos como HF y LF, estos términos se utilizan como medidas relativas entre sí, no como nombres comunes de bandas de radio. Todas las frecuencias están realmente bien dentro de labanda VHF . La definición más común de LF está en el rango de kHz .
- ^ Según la nota en el sitio de la BBC, el interruptor era simplemente una barra de metal que cortocircuitaba las dos mitades del dipolo. [23]
Referencias
Citas
- ^ Butement, WAS y Pollard, PE; "Aparato de defensa costera", Libro de invenciones , Royal Engineers, enero de 1931
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Bibliografía
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enlaces externos
- La Segunda Guerra Mundial GL Radar Mark II describe el GL Mk. II establecido en Fort Gilkicker en la costa sur del Reino Unido. Varias páginas del sitio detallan el diseño del radar, la alfombrilla GL y las armas asociadas.