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| 原産国 | 英国 |
|---|---|
| 紹介された | Mk. I 1939年後半Mk. I* 1941年初頭 |
| タイプ | AA方向 |
| 頻度 | 54.5～85.7MHz |
| 広報 | 1.5kHz |
| パルス幅 | 3μs |
| 方位角 | 現在の方位から±20° |
| 精度 | 50mの範囲 |
| 力 | 50kW |
| その他の名前 | 対空レーダー No. 1、Mk. 1 |
 GL Mk. II 送信機バン | |
| 原産国 | 英国 |
|---|---|
| 紹介された | 1941年後半 |
| タイプ | AA方向 |
| 頻度 | 54.5～85.7MHz |
| 広報 | 1～2.5kHz |
| パルス幅 | 1～1.2μs |
| 範囲 | 50,000ヤード（46 km）の探知、 30,000ヤード（27 km）の追跡、 14,000ヤード（13,000 m）の砲方向 |
| 方位角 | 現在の方位から±20° |
| 標高 | 15～45° |
| 精度 | 射程距離50m（55ヤード）、 方向0.5°以内 |
| 力 | 150kW |
| その他の名前 | レーダー、対空砲 No. 1、Mk. 2、SON-2 |
レーダー、砲撃レーダー、マーク I、または略してGL Mk. I は、イギリス陸軍が関連する対空砲に距離情報を提供するために開発した初期のレーダーシステムです。同じ基本システムにGL/EF (Elevation Finder) とGL Mk. IIという 2 つのアップグレードがあり、どちらも方位と仰角を正確に判断する機能を追加しました。
最初のGLセットは、1935年以降に開発された基本設計でした。チェーンホームに基づいて、GLは砲台に取り付けられた木製のキャビンにある別々の送信機と受信機を使用していました。それぞれに、目標に向けるために回転する必要のある独自のアンテナがありました。アンテナは半指向性の信号を生成し、正確な斜距離情報しか提供できませんでした。目標の方位精度は約20度で、目標の仰角情報は提供できませんでした。いくつかがイギリス海外派遣軍に配備され、少なくとも1つはダンケルク撤退中にドイツ軍に捕獲されました。その評価により、イギリスのレーダーはドイツのレーダーよりもかなり遅れていると考えられるようになりました。
正確な方位と仰角を備えたMk. IIを導入する計画は当初から進められていたが、これらは1940年まで利用できなかった。方位と仰角の測定精度を約1度に高めるGL/EFアタッチメントが適切な解決策だった。これらの改良により、航空機を破壊するのに必要な弾丸の数は4,100発にまで減少し、戦争初期の結果の10倍の改善となった。約410機のMk. Iと若干改良されたMk. I*ユニットが生産された後、銃を直接誘導できるほどの精度を持つMk. IIの生産に移行した。より高い精度とより簡単な操作により、Mk. IIでは1撃あたりの弾丸数は2,750発にまで減少した。 1941年のソ連侵攻後、約200機のMk. IIユニットがソ連に供給され、 SON-2という名前で使用された。最終的に1,679機のMk. IIが生産された。
1940 年にキャビティ マグネトロンが導入されたことで、指向性の高いパラボラ アンテナを使用した新しい設計が生まれ、距離測定と正確な方位測定の両方が可能になり、しかもはるかにコンパクトになりました。これらのGL Mk. III レーダーユニットは、英国で Mk. IIIB (British) として製造され、カナダで現地設計されたモデルは Mk. IIIC として製造されました。Mk. II は、前線で Mk. III に置き換えられても、補助的な役割で引き続き使用されました。1944 年以降、両方ともより優れたSCR-584に置き換えられました。
発達
陸軍細胞
英国でレーダーが初めて言及されたのは、1930年に陸軍戦争省信号実験施設（SEE）のWASブテメントとPEポラードが提案したときだった。彼らは陸上砲台で船舶を探知するためのレーダーシステムの構築を提案し、 50cmの波長（600MHz）のパルスを使った低電力ブレッドボードプロトタイプを構築するまでになった。戦争省は興味を示さず、さらなる開発のための資金提供は行わなかった。この件は1931年1月発行の王立工兵隊の発明書に簡単に触れられている。[1]
1936年に航空省がレーダーのデモンストレーションに成功し、後にチェーンホーム（CH）となるシステムが急速に進歩したことから、陸軍は突然この話題に興味を持ち、バウジーマナーの新しい本部にあるCHレーダーチームを訪問した。ここで彼らは、半移動式の配備を目的としたCHシステムの小型版を紹介された。これは陸軍の役割において多くの用途があると思われ、1936年10月16日に軍事応用課が設立されたが、[2]一般的には陸軍セルと呼ばれていた。このグループはバウジーに部屋を与えられ、SEEのブテメントとポラードが参加した。[3]
当初、この部隊は対空射撃能力の向上を任務としており、取り組むべき主な問題は距離の正確な測定であると告げられていた。[2]航空機を探知し、その方位と仰角を正確に測定するために光学機器が使用されたが、光学的手段による距離測定は困難で時間がかかり、手順に単純な誤りが生じやすかった。正確かつ迅速な距離測定が可能なレーダーシステムがあれば、航空機との交戦に成功する確率が大幅に向上するだろう。彼らには、14,000ヤード（13 km）の距離で50ヤード（46 m）の精度の距離測定器を製造するという目標が与えられた。[2]
同年、CHのメイン開発チームから空挺グループが分離し、大型航空機への搭載に適したはるかに小型のレーダーシステムを開発しました。これは航空機迎撃（AI）レーダーの役割となり、夜間に爆撃機を探知し、重戦闘機が独自のレーダーで爆撃機を見つけて攻撃できるようにすることを意図していました。これらのセットがイギリス海峡で船舶を容易に捕捉できることが実証されると、陸軍細胞はこれらのシステムを沿岸防衛（CD）の役割に採用するための第2グループを立ち上げ、沿岸砲台を盲目的に射撃するのに十分な精度で距離と角度の両方の測定を提供しました。このチームはブテメントが率い、GLシステムの主たる開発者はポラードに残りました。[3]
Mk. Iの開発
GLの取り組みはCH開発の初期に開始され、当時のCHと同様に比較的長い波長が使用されました。これは、商用の短波無線システムの既存の電子機器を使用して簡単に生成および検出できるためです。この便宜的なアプローチの欠点は、適切なゲインで動作するために、無線アンテナが一般に無線信号の波長のかなりの部分を占める必要があることです。CHが最初に使用した50メートルの波長の場合、約25メートル（82フィート）のアンテナが必要になります。[4] [a]
明らかに、これはいかなる種類の移動システムにも実用的ではありませんでしたが、1930年代後半に新しい電子機器が登場するにつれて、レーダーシステムで使用される波長は低下し続けました。GLがテストを開始する準備ができた頃には、システムは3.4〜5.5メートル（11〜18フィート）の波長で動作できるようになり[6]、アンテナのサイズは扱いやすい数メートルの長さにまで縮小されました。電子機器の同様の変更により、CHの小型バージョンであるモバイル無線ユニット（MRU）も作成されました。これは、移動早期警報サービスと、メインのCHステーションが機能しなくなった場合に再配置可能なサービスの両方を提供しました。[3]
CH 型レーダーディスプレイは、時間ベースジェネレータを使用して、滑らかに変化する電圧を生成し、それをブラウン管(CRT)の入力の 1 つに供給します。時間ベースは、レーダーの最大範囲にある物体からエコーが返されるのと同じ時間で、CRT ドットが画面を横切って移動するように調整されています。ドットは非常に速く移動するため、実線のように見えます。返された信号は増幅され、CRT のもう 1 つのチャネル (通常は Y 軸) に送られ、時間ベースによって作成された直線から点が偏向します。航空機などの小さな物体の場合、偏向によりディスプレイに小さな点が表示されます。ターゲットまでの距離は、点の位置をディスプレイ上の調整されたスケールと比較することで測定できます。[2]
このような表示の精度は、管のサイズとレーダーの範囲に比例します。一般的な 3 インチ (76 mm) CRT のスケールで 1 mm の精度でブリップを測定できると期待され、そのレーダーの最大範囲が 14,000 ヤードである場合、その 1 mm は14000 / (75 / 1)を表し、186 ヤード (170 m) をわずかに超えます。これは、約 50 ヤード (46 m) という望ましい精度よりもはるかに低いものでした。[2]
このような正確な測定を継続的に行うことができるシステムを提供するために、ポラードは、CRTディスプレイ全体を使用して、事前に選択された距離設定の両側の短い距離のみの距離を示す測定値を提供するシステムを開発した。このシステムは、時間基準をトリガーするしきい値に達するまで、既知の速度でコンデンサを充電することによって機能した。時間基準は、1キロメートル未満を表す時間で画面を横切るように設定されました。充電速度を制御するために、距離のオフセットを提供する大きなポテンショメータが使用されました[7]。ターゲットまでの距離は、ポテンショメータを使用してブリップをディスプレイの中央まで移動させ、ポテンショメータのスケールから距離を読み取ることで測定されました。基本システムは急速に発展し、1937年の夏までにテストシステムは3,000ヤード（2,700メートル）から14,000ヤード（13キロメートル）の間の航空機に対して100ヤード（91メートル）の精度を提供しました。その年の終わりまでに、これは25ヤード（23メートル）まで精度が向上しました。[8]
システムの本来の要件は光学機器に追加情報を提供することだったため、正確な方位測定は不要でした。しかし、測距対象のターゲットが光学的に追跡されているターゲットであり、近くの別のターゲットではないことを確認する方法が必要でした。この役割のために、システムは波長の約1つ離れた位置に取り付けられた2つの受信アンテナを使用していました。そのため、これらのアンテナをターゲットに直接向けると、受信信号が打ち消され、ディスプレイにゼロが表示されます。これは2番目のディスプレイに送信され、オペレーターはアンテナをターゲットに向け続けるように努めました。[9]
約 20 kW の電力を持つ送信機は、車輪付きトレーラーの大きな長方形の木造キャビンに設置されていました。単一の半波長ダイポール アンテナは、キャビンの一端の短い垂直延長部に設置され、その長軸に「発射線」が沿っていました。アンテナの指向性はわずかで、信号は両側に約 60 度の広い扇形に送られました。[10]
受信機はかなり複雑だった。オペレーターキャビンは送信機よりもやや小さく、対空砲のキャリッジベアリングシステム上に搭載されており、キャビン全体を垂直軸を中心に回転させることができる。屋根の少し上には、キャビンの輪郭とほぼ一致する長方形の金属フレームがあった。フレームの長い側面の1つに3つのアンテナが一列に取り付けられており、距離測定は中央のアンテナから行われ、方向測定は端の2つのアンテナの信号を比較することで行われた。2つのベアリングアンテナの後ろには、約1波長離れたところに反射器が取り付けられており、受信角度を狭める効果があった。[10]
現場では、送信機は攻撃が予想される方向に向けられ、受信機は地元の発生源からの信号反射から保護するために少し離れた場所に設置される。[11]
初期展開
1939年までにチームは機器の状態に満足し、生産契約を交わした。メトロポリタン・ヴィッカース社が送信機の契約を、ACコッソール社が受信機の契約を獲得した。GLセットの大量生産は特に困難ではなく、1939年末までに59の完全なシステムが納品され、1940年にはさらに344が完成する予定だった。[12]
このシステムはまさに求められていた通りの働きをし、50ヤード単位の非常に正確な距離測定を可能にした。しかし、現場ではこれだけでは十分ではないことが明らかになった。1939年後半には夜間爆撃の恐れが大きな懸念事項となり、GLシステムは正確な方位情報と仰角を提供できなかったため、夜間に砲を向けることができなかった。[9]代わりに第一次世界大戦の運用スタイルが採用され、サーチライトでほぼランダムに標的を探し、標的が照らされると従来の光学機器を使用して方位と仰角を測定した。実際にはこの運用スタイルは第一次世界大戦の時と同様に効果がないことがわかった。[b]
GL システムにかなりの時間と労力と資金を費やしたにもかかわらず、電撃作戦が開始されると、陸軍の防空システム全体が効果がないことが判明しました。陸軍の対空司令官であるフレデリック・パイル将軍は、次のように述べています。
レーダーの初期トラブルは甚大だった。1940年10月初旬までに、夜間に1発も発射できなかった。ひどくがっかりした。レーダーの設置は素晴らしい時間内に完了したが、その後、調整に非常に苦労した。私たちが立てた計画はすべて失敗し、原因は私たちの手に負えないものばかりだった。[12]
目標の検出に関しては、GL はほとんど効果がありませんでした。機械的な観点から、追跡のためにシステム全体を振り回す必要があることが大きな問題でした。より深刻な制限はディスプレイ自体で、距離表示には空の小さな部分しか表示されず、方位にはオンターゲット/オフターゲットの表示が 1 つしかありませんでした。アンテナを方位に振り回して目標を見つけることも可能かもしれませんが、その方向の精度は 20 度までで、アンテナを目標に一直線に保つには十分でしたが、特に夜間に光学機器を目標に向けるのにはほとんど役立ちませんでした。さらに、方位表示にはアンテナが一直線になっているかどうかしか表示されず、目標がずれている場合はどちら側にあるかは表示されなかったため、追跡のためにアンテナをどの方向に向けるかを判断するのに手間がかかりました。[9]
これらの問題に加えて、広い扇形の信号は、複数の航空機がビームに入ったときに深刻な問題を引き起こしました。この場合、方位の読み取り値は常にずれていると表示され、距離測定器はどの航空機を測定しているかを知ることができませんでした。最も経験豊富な乗組員でさえ、このような状況では目標を満足に追跡できませんでした。[14]
ダンケルクのレーダー
GL Mk. Iセットは、早期警戒を提供するMRUユニットとともにイギリス海外派遣軍に配備されました。防衛の崩壊と最終的なダンケルク撤退の後、これらのセットはフランスに放棄されなければなりませんでした。[15]
ヴォルフガング・マルティーニのレーダーチームは、設計をつなぎ合わせてシステムの基本的な運用能力を判断するのに十分な部品が残っていた。彼らが見つけたものは彼らには感銘を与えなかった。 [15] ドイツ空軍の早期警戒レーダー（フライア）と砲撃レーダー（ヴュルツブルク）は、当時のイギリスの同等のレーダーよりもはるかに進歩しており、[16]約50cmのはるかに短い波長で動作していた。[17]
この評価は、1939年8月にLZ-130がイギリスのレーダーを探知できなかったことと相まって、イギリスのレーダーシステムの有用性を過小評価する結果となったようだ。チェイン・ホームの存在を認識していたにもかかわらず、バトル・オブ・ブリテン直前に書かれたイギリス空軍の状況に関するドイツ側の報告書にはレーダーについては全く触れられていなかった。他の報告書でもレーダーについて触れられているが、それほど重要視されていない。ドイツ空軍の他の部門は、システム全体を軽視しているようだ。[15]
Mk. IIの開発
GLチームは、正確な方位と仰角の情報も提供できる、システムの大幅な改良版の計画をすでに開始していた。彼らは常に、GLシステムがあらゆる測定において砲を誘導できることを望んでいたが、システムをできるだけ早く現場に導入するという差し迫った必要性により、これが不可能になった。[18]
この機能を追加するために、彼らはブテメントが開発中の沿岸防衛レーダーのコンセプトを採用した。そのアイデアは、わずかに異なる方向を向いているが、その感知領域が2つのアンテナの中心線に沿ってわずかに重なり合う2つのアンテナを使用するというものだった。その結果、各アンテナが最大信号を発する受信パターンが生まれ、ターゲットが中心線の片側にわずかに寄っている場合、両方のアンテナでわずかに小さいが同等の信号が発せられる。スイッチを使用して2つのアンテナ間で信号を交互に送信し、同じ受信機、増幅器、CRTに送信する。信号の1つは遅延を介して送信されるため、そのブリップはわずかにオフセットして描画される。[19]
その結果、CH に似た表示になり、視界内のターゲットまでの距離が表示されますが、各ターゲットは 2 つの近接したブリップを生成します。ブリップの長さを比較することで、オペレーターはどのアンテナがターゲットにもっと直接向けられているかを知ることができます。[20]アンテナを信号の強い方、つまりブリップが長い方へ回転させると、ターゲットが中央に配置され、2 つのブリップの長さが等しくなります。比較的長い波長が使用される場合でも、これらのローブ切り替えシステムを使用すると 0.5 度程度の精度を達成できます。[21]
マークI*
Mk. I が現場に到着すると、基本的な電子機器にいくつかの改良が加えられました。これらはまとめてMk. I*バージョンを形成しました。Mk. I と Mk. I* の違いは主に細部にあります。送信機と受信機の特定の方向では、タイム ベースをトリガーするために使用される小さなアンテナが小さすぎる信号を検出して動作しないことが判明しました。これは、2 つのキャビン間のケーブルに置き換えられました。これはケーブル ロックと呼ばれていました。受信機の RF ステージの特定の細部により、信号対雑音比が向上し、ジェネレータの違いを補正するために電圧レギュレータが追加され、ポテンショメータの複雑な接地システムを電子バージョンに置き換える新しいシステムが導入されました。さらに大きな変更は、妨害電波防止機能の導入でした。 [22] [c]
ベッドフォードアタッチメント
1939年後半には、現在の形のMk. Iは、特に夜間に、戦場では完全には役に立たないことが明らかになり、少なくとも1941年初頭までMk. IIが利用可能にならないだろうと判明した。レスリー・ベッドフォードは、CH受信機を製造するためにコッサーにレーダー開発部門を設立し、対空砲手の要望とレーダーシステム固有の可能性の両方に精通していた。彼は、アンテナとディスプレイシステムをMk. IIからMk. Iシステムに適応させることは比較的簡単で、同じ利点の多くを提供できるだろうと示唆した。[9]
その結果生まれたのが、砲座/仰角探知機の略称GL/EFであるが、これはほぼ普遍的にベッドフォードアタッチメントと呼ばれていた。[d]この改造では、垂直アンテナのセットとそれを読み取るための新しい仰角測定CRT、および垂直角度を正確に測定できるラジオゴニオメーターが追加されました。GL/EFを搭載したMk. I*は、1941年初頭、ちょうどザ・ブリッツが最高潮に達したときに配備され始めました。[9]
ベッドフォード アタッチメントにより、陸軍は初めて完全な砲座システムを手に入れた。3 つの軸すべてを継続的に読み取ることができるため、光学入力を必要とせずにレーダーから直接情報を予測装置に送ることができる。同様に、砲自体も予測装置から自動的に駆動されるか、または予測装置の出力と一致するように機械的なポインターに従うだけでよい (「針を針に当てる」という概念)。信管の設定さえも、レーダーから送られる距離値から自動的に設定される。砲術の問題全体が、エンドツーエンドで高度に自動化された。[11]
校正の問題
この時点で、較正に関する深刻な問題が浮上した。気球に吊るした反射鏡や時折飛来する航空機に対するテストなど、かなりの研究を重ねた結果、主な問題はステーション周辺の地面の平坦化にあることが明らかになった。これらの初期のレーダーで使用されていた長波長は地面と強く相互作用し、ビームが吸収または散乱されるのではなく前方に反射された。これらの反射信号はターゲットに到達し、送信機から直接送られた信号とともに受信機に戻されることがあった。両者の干渉により受信パターンにヌルが生じ、ターゲットを見つけるのが困難になった。[24]
実際には、これらのヌルは、特に仰角では、ターゲットを追跡するためにアンテナが回転すると動き回ります。当初、これは深刻な問題ではなく、各サイト用の較正テーブルを開発することで対処できると考えられていました。しかし、最初のテストでさえ、較正は波長によって変わることが示されました。これは、レーダーごとに1つずつ、複数の較正テーブルを作成するか、異なる方位に対する単一の補正テーブルが必要な場合は、波長が変わるとアンテナを垂直方向に動かす必要があることを意味しました。[20]
再び、解決策を提案したのはベッドフォードだった。彼はレーダーを較正する代わりに、地面自体を較正し、金属製のワイヤーマットを使用してステーションの周囲の領域を平らにすることを提案した。実際にそのようなシステムを設計したのは、陸軍部隊に最近入隊した物理学者のネビル・モットだった。 [24]最終的に適切な寸法は、直径130ヤード（120メートル）の八角形で、2インチ（5.1センチ）四方の金網であることがわかった。これは、空中で約5フィート（1.5メートル）の高さにある木の杭の上を走る何百もの張力のあるワイヤーによって支えられていた。アンテナとワイヤーの接地マットの間に適切な間隔を確保するために、レーダーシステムをブロックの上に持ち上げ、木製のキャットウォークを介してアクセスする必要がありました。[25]
英国に拠点を置くGLセットにこれらのグランドマットを装備するための努力は膨大だった。各マットには幅4フィート（1.2メートル）、長さ50ヤード（46メートル）の金網が230ロール使用された。合計で約15,000平方ヤード（13,000平方メートル）の面積を覆い、 650マイル（1,050キロメートル）の金網を使用した。これには金網の下の支持構造に使用された10マイル（16キロメートル）の金網は含まれていない。当初は101か所にマットを直ちに設置する予定だったが、1940年12月までに1,000マイル（1,600キロメートル）以上の亜鉛メッキ金網が消費され、国全体の資材供給を使い果たし、全国的な金網不足を引き起こした。[26]
マットの建造には約50人の作業員が4週間を要した。[27] [24] 1941年1月末までに改修されたのは10か所のみで、その間も新しい対空砲の設置が進められていたため、候補地の数は完成するよりも速いペースで増加していた。4月までにパイルは対空砲の95%にマットが必要と結論付け、1942年3月までに600か所が運用可能になると予想していた。結局このプログラムは何年も続いたが、マットを必要としない新しいシステムが導入されるにつれて衰退していった。[18]マットプログラムは1943年3月に正式に終了した。 [28]
完全に解決されなかったもう一つの問題は、そのエリアで気球の弾幕が強力な反射鏡となり、その背後にあるものが見えなくなることだった。これは特に厄介な問題であり、気球は対空砲の近くに配置されることが多く、2つのシステムが併用されて高価値目標の防御に使用されていた。解決策として、低い位置での反射をなくすシステムを検討したが、完全には開発されなかった。[20]
劇的な結果
対空砲システムの継続的な技術的進歩に加えて、パイルは1940年9月から対空砲司令部の最高幹部に科学顧問を任命し、対空砲の全体的な状態を大幅に改善しました。この役職に彼はパトリック・ブラケットを選びました。ブラケットは第一次世界大戦でイギリス海軍に所属し、それ以来かなりの数学的才能を発揮していました。ブラケットは対空砲の問題を純粋に数学的な観点から研究することを計画していました。この概念は防空の他の分野で非常に価値があることが証明され、最終的にはオペレーションズ・リサーチの一般的な分野に発展しました。[29]
ブラックエットは対空指揮研究グループとして知られる研究グループを結成したが、一般的には「ブラックエットのサーカス」と呼ばれていた。ブラックエットは意図的に異なる経歴を持つメンバーを選んだ。その中には生理学者のデイビッド・ケインズ・ヒル、アンドリュー・ハクスリー、L・ベイリス、数理物理学者のA・ポーター、F・ナバロ、天体物理学者のH・バトラー、測量士のG・レイボールド、物理学者のI・エバンス、そして数学者のAJ・スキナーとチーム唯一の女性であるM・キーストが含まれていた。[30]彼らの目標はブラックエットによって簡潔にまとめられていた。
...最初の課題は、鉛筆と紙、距離表と信管表だけに基づいて、レーダーデータをプロットし、銃を使用するための将来の敵の位置を予測する最良の方法を見つけることでした。2番目の課題は、数週間以内に製造される予定の簡単なプロットマシンの設計を支援することでした。3番目の課題は、既存の予測装置をレーダーセットと組み合わせて使用する方法を見つけることでした。[31]
一方、1940年11月、ジョン・アシュワース・ラットクリフは、ロンドン西部のピーターシャムに対空砲術学校を設立するために、航空省のボージーから異動となった。[30]すぐに明らかになった問題の1つは、弾道計算を処理するアナログコンピューターである予測装置への入力が非常に間違えやすいということだった。この情報は陸軍の階層を通じてフィードバックされ、解決策を生み出したのはベッドフォードだった。その結果、対空学校で使われるトレーナーがいくつか製造され、オペレーターがスキルを磨くことができた。[32]
対空砲の問題をよりよく研究するため、サーカスはすぐにロンドン地域の対空砲サイトに4台目のトレーラーを追加した。これは予測装置への入力、発射された弾丸の数、および結果の記録専用である。これらの数字は対空指揮系統にフィードバックされ、改善の余地がないか探られた。戦争直後に出版された公式の歴史書には、1940年9月から10月の間に26万発の対空砲が発射され、14機の航空機が破壊され、撃墜率は18,500発/撃墜だったと記されている。これはレーダー導入前の統計である撃墜率41,000発/撃墜からすでに大きな改善であった。しかし、GL/EF、GLマット、およびより優れたドクトリンの追加により、1941年までに撃墜率は4,100発/撃墜にまで低下した。[29] [33]
パイル氏は改善点について次のようにコメントしています。
当初の困難はほぼ解消され、5月11日～12日（1941年）には空襲が広範囲に及んだため我々の任務範囲は拡大し、9機の被害を出し、うち1機はおそらく、17機以上が損傷した。[...]電撃作戦は事実上その夜に終了した。電撃作戦の終了までに、我々は170機の夜間襲撃機を破壊し、さらに58機を破壊したとみられ、さらに118機にさまざまな程度の損傷を与えた。[33]
Mk. II 登場
Mk. IIの製造はグラモフォン社とコッソール社が担当した。[8] Mk. IIの試作機は1940年6月にはすでに登場していたが、Mk. Iからより多くの情報が入ってくるにつれて、設計にかなりの変更が加えられた。最終的な設計は1941年初頭に量産され始めた。[18]
ディスプレイは受信機アレイの下の木造キャビンに設置され、距離、方位、仰角用の別々のCRTを備え、交戦中ずっと追跡を継続することができた。送信アンテナには2つのバージョンがあり、1つは最初にターゲットを拾ったり探したりするための広角ビームで、もう1つは単一のターゲットを追跡するときに使用するはるかに狭いビームである。これにより複雑さが増したが、ディスプレイに複数のターゲットが表示される問題も大幅に軽減された。[21]
Mk. II には新しい送信機も搭載されており、出力は 50 kW から 150 kW へと 3 倍に増加しました。この追加出力により、射程距離はいくらか向上しましたが、より重要なのは、同じ射程距離を維持しながらパルス幅を大幅に縮小できることです。エコーの鋭さはパルス幅の関数であるため、パルス幅を縮小することでシステムの精度が向上しました。Mk. II は方位測定の精度が 0.5 度と、Mk. I* の約 2 倍の精度で、砲を直接照準するのに必要な範囲内で測定できました。Mk. II は 1942 年半ばまでに Mk. I* をほぼ置き換え、1943 年まで運用されました。[21]分析により、Mk. II は 1 撃墜あたりの弾丸数を 2,750 発に向上したことが示されました。これは、もう 1 つの大きな進歩です。[33] 1940 年 6 月から 1943 年 8 月の間に、1,679 台の GL Mark II が製造されました。[34]
Mk. IIIの開発
1940年にキャビティマグネトロンが導入されたことで、レーダーははるかに短いマイクロ波波長で効果的に作動できるようになり、アンテナの長さはわずか数センチにまで短縮されました。これらのアンテナは非常に短かったため、パラボラ反射鏡の前に設置することができ、非常に狭いビームに信号を集中させることができました。放送パターンは150度もの幅がありましたが、一般的なマイクロ波設計ではビーム幅はおそらく5度でした。コニカルスキャンと呼ばれる、ローブスイッチングの回転バージョンと呼ばれる技術を使用すると、これをさらに0.5度未満にまで縮小でき、砲を直接照準するには十分すぎるほどでした。[35]
1940年後半、陸軍はSバンドGLレーダーシステムの構築に着手し、1942年までにその設計図を英国の企業に送って生産を開始していた。1940年にはカナダでも完全にカナダで設計・製造されたバージョンの作業が始まり、1942年9月に生産が開始され、1942年11月からGL Mk. IIICとして英国に到着し、翌月にはイギリス軍がMk. IIIBとして到着した。これらは2輪トレーラーと発電機セットで構成されていた初期のMk. IおよびMk. II設計よりも大幅に機動性が高くなっていた。[36]
アンテナは以前のシステムの広い扇形のビームよりもはるかに指向性があったため、アンテナを常に地平線より数度上に向けるだけで、地面の反射の問題をすべて回避できました。これにより、送信時に信号が地面に跳ね返ることがなくなり、返された信号が近くで反射することもなくなりました。以前のモデルのようなワイヤー グランド マットは不要になり、サイトは数時間で解体され、完全に運用できるようになりました。[35]
1943年中に新しいマイクロ波レーダーがMk. IIに取って代わり始めたが、納入はそれほど速くなく、これらのレーダーは現場のMk. IIと交換するのではなく、新しい部隊に送られることが多かった。1944年に米国のSCR-584レーダーが登場したことで、走査と追跡を内蔵発電機付きの単一ユニットに統合し、これらすべてのレーダーが急速に置き換えられた。戦後間もなく、これらはより小型で軽量なAA No. 3 Mk. 7レーダーに置き換えられ、1950年代後半に対空砲が退役するまで使用され続けた。[37]
説明
基本設計
Mk. I は 2 つのアンテナを使用していました。1 つは送信用、もう 1 つは受信用です。どちらも、それぞれの電子機器を収納した旅行用トレーラーに似た木製の小屋の上に建てられました。小屋は大きなベアリング プレートの上に設置されており、小屋全体が回転して目標を追跡できます。これらは、機動性を確保するために対空砲台に取り付けられていました。発電機セットが 2 つのアンテナの間に配置され、両方に電力を供給しました。[21]
Mk. I の送信システムは、 最大 50 kW の電力で3マイクロ秒(μs) の長さのパルスを 1 秒間に 1,500 回生成しました。 [38]これらは半指向性で放送され、送信アンテナの現在の方位の前方の領域全体を照らしました。信号は水平方向よりも垂直方向の方が指向性が低かったため、かなりの量の信号が地面に当たりました。使用された波長が長いため、この信号は前方に強く反射され、幾何学的な考慮により、ステーションの近くで地面に当たる信号は、対象エリア (ステーションの周囲約 30 km) のメイン信号と混ざるのに十分な垂直角度で反射します。これが GL マットの目的でした。GL マットは反射を排除するのではなく、反射をはるかに予測可能にしました。[20]
距離受信機と方位受信機は別々に用意されており、複数の周波数帯域で動作できる。両受信機で共通の発振器が使用され、4本の真空管からなる 無線周波数(RF) セクションに送られる。発振器の周波数は、LF 帯域 54.5 ～ 66.7 MHz、HF 帯域 66.7 ～ 84.0 MHz の 2 つの広帯域間で切り替えることができる。[e]次に、受信機は従来の回転鉄心を使用して微調整された。回転鉄心は機械的に接続されており、1 つのダイヤルで両方の受信機を調整できる。 [38] 2 つの受信機のわずかな差を補正するために、銅製のリングをコアのポストに沿ってスライドさせることで、コアの 1 つの出力を調整できる。 [7]信号が RF ステージの 1 つで反射しないようにするため、距離受信機は RF ステージの最後にバッファ回路を追加した。[9]
展示と解説
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測距信号は、水平アンテナアレイの中央に取り付けられた単一の半波長ダイポールで受信され、4本の管からなるRF受信機に送られ、その後4本の管からなる中間周波数（IF）システムに送られる。出力は、2つのCRTのうちの1つの下部Y軸プレートに直接送られる。Y軸の上部プレートには、キャリブレータの出力が送られ、ビームが垂直方向に中心になるように調整できる。アンテナから受信される信号により、ビームは下向きに偏向し、チェーンホームの場合のようにブリップが発生する。[2]
システムの X 軸は、ビームを画面の左から右に引っ張るタイム ベース ジェネレータによって供給されました。通常、タイム ベースは送信機からの信号が確認されるとすぐにトリガーされてスイープを開始しますが、前述のように、これではこの役割に必要な精度は得られません。代わりに、タイム ベースは、信号全体の飛行時間の一部のみを表す、はるかに高速で画面を横切るように設定されました。タイム ベースのトリガーは、非常に正確なオイル充填ポテンショメータを使用して実行されました。このポテンショメータは、トリガー値に達するまでコンデンサ バンクの電荷を指数関数的に増加させます。[38]ポテンショメータ システムから出力される電圧の精度を確保するには、非常に複雑な接地システムが必要でした。これは、浮遊電圧が信号を圧倒する可能性があるためです。[39]
距離測定を行うには、オペレーターはポテンショメーターのダイヤルを回して、ターゲットブリップの先端がCRTの垂直線と一直線になるようにします。距離はCRTではなくダイヤルで読み取られます。ダイヤルはマグスリップ、または今日ではより一般的に知られているセルシンも回します。マグスリップの出力は予測器のコントロールを直接回すために使用され、レーダーは距離測定を継続的に更新できました。[38]
方位測定は、別の受信機とアンテナ システムで受信されました。この場合、2 つの半波長ダイポールが使用され、アンテナ フレームワーク上で水平方向に約 1 波長離して配置されました。両方のアンテナは、受信機に入る前に電気的に接続され、一方の出力は反転されていました。つまり、アンテナがターゲットと正確に位置合わせされると、出力信号はゼロになります。位置合わせがずれると、信号の相対位相がわずかに変化し、受信機に入ってディスプレイを生成するネット信号が生成されます。ただし、2 つのアンテナのどちらがネット出力を生成しているかはわかりません。システムは、アンテナがターゲット上にあるときは表示しますが、ターゲットから外れたときにどちらを向けるかは示しません。[38]
方位受信機は、それ以外はレンジバージョンと同一で、同じ方法でCRTに入力されました。より遅いタイムベースジェネレーターが使用され、最初のものと同じ信号によってトリガーされましたが、スキャンははるかに遅く設定されていました。この場合、タイムベースは距離の測定には使用されず、ブリップの水平位置は重要ではありませんでした。代わりに、タイムベースは、方位オペレーターがレンジオペレーターと同じターゲットを見ていることを確認するためにのみ使用されました。つまり、関心のある信号は中央に近い場所にあるはずです。[38]
次に方位測定員は自転車のペダルに取り付けられたギアセットを使って受信機小屋全体を回転させ、信号が消えた地点を探す。信号が消えた地点は、目標が2つのアンテナの間に完全に位置合わせされたことを示す。このヌルシーキング方式は、位置をより鮮明に示すため、よく使われた。最大の信号は分散する傾向があるからだ。[38]目標が位置合わせされていない場合、信号の存在はどの方向を向けばよいかを示すことができない。これに対処するため、アンテナ給電部の電気スイッチングシステムによって、給電部を異なる位相で接続できるようにし、スイッチを回したときにブリップがどのように変化するかを調べることで、オペレーターはどのアンテナが目標に近いかを判断できた。このプロセスはブラケットングと呼ばれている。位相調整システムはECスローによって導入され、スローコックとして知られるようになった。[38]
GL/EF
GL/EF を装備したシステムは全体的に Mk. I と似ていたが、受信機キャビンの上部から突き出た梯子に沿って垂直に配置された別のアンテナ セットが追加されていた。元のレンジ アンテナは梯子の下部に取り付けられ、2 つの新しいアンテナが梯子に沿って等間隔で配置されていた。アンテナは波長の約半分の間隔で配置されていたため、信号は一方のペアでは建設的に干渉し、もう一方のペアでは破壊的に干渉した。ラジオゴニオメータを使用して上部のアンテナ ペアの相対感度を変更し、ラジオゴニオメータとレンジ アンテナの出力は別のプリアンプに送信された。[11]
システムを完成させるために、ナショナルグリッドの 50 Hz 信号にタイミングを合わせた電子スイッチが追加されました。この信号は、レンジアンテナから受信機への入力を、ラジオゴニオメーターで混合された他の 2 つのアンテナの出力に切り替えるために使用されました。同じ信号で CRT の Y 軸バイアスもわずかに調整され、標高測定専用の新しい CRT の中心の上または下に交互のトレースが表示されるようになりました。その結果、上部のトレースは以前と同じように元のレンジ信号を含み、下部のトレースはラジオゴニオメーターの出力を含みました。レンジブリップの下の下部のトレースに沿って見ると、オペレーターは信号がゼロに達するまでラジオゴニオメーターを回転させて角度を明らかにすることができます。オペレーターは、ターゲットが移動すると下部のブリップが再び現れるため、定期的に設定を調整します。[11]
システムの開発が進むにつれて、周期的なリセットではなく、連続的な追跡を可能にするさらなる改良が導入されました。スイッチングシステムは、レンジが2.5ミリ秒（ms）上線に送信され、レンジとラジオゴニオメーターの信号が7.5ms送信されるように変更されました。信号が適切にゼロ化されていれば、2つの上側信号が混ざり合って上側のトレースに1つの明るいブリップが生成され、下側のトレースは以前と同様にゼロ化されます。信号がゼロ化されていない場合は、下側のトレースのブリップが見えるようになる前に、かすかな2番目のブリップが上側のトレースをぼかして表示されます。[20]
テストでは、信号にノイズが多く飛び跳ねると、かすかな距離信号のみが見えにくくなることが判明しました。最終的な変更では、距離信号にわずかな固定遅延を追加し、そのトレースが右にシフトしました。これで、仰角表示に3つの明確なブリップが表示され、距離ブリップは右側に、2つの仰角信号は左側に垂直に並びました。[20]
この種のアンテナシステムによくある問題は、信号がアンテナの前面で受信されているのか、背面で受信されているのかが分からないことです。どちらも感度は同じです。これに対処するために、ヌルが見られると、方位オペレータは感知スイッチをオンにして、メインのアンテナの少し後ろにある2番目のアンテナを接続しました。2つのアンテナの混合出力は、ターゲットが前面か背面のどちらにあるかを明確に示しました。[38]しかし、これにより位相システムに問題が生じ、完全に解決することはありませんでした。[20] [f]
マークII
Mk. IIシステムはGL/ELを搭載したMk. I*と非常によく似ていましたが、いくつかの細かい改良により範囲と精度が向上しました。これには、より強力な送信機、更新された受信機、より正確な測定を可能にするためのパルス幅の縮小が含まれていました。[21]
より大きな違いは、ディスプレイ上に分割トレースを生成するために使用された方法であった。GL/ELで使用された電子システムとは異なり、Mk. IIは機械的かつ電動化されたシステムを使用していたが、ベッドフォードはこれをあまり進歩的ではないと考えていた。[20]基本的な考え方は、わずかに異なる方向を向いており、受信パターンが中央で重なる2つのアンテナを使用することである。2つのアンテナの信号強度を比較することにより、オペレーターはターゲットがどちらかのアンテナの中央にあるかどうかを判断し、両方の信号が同じ強度になるまでアンテナを回転させることができる。このシステムは、Mk. Iの開発中もRAFのAIおよびASVレーダーで広く使用されていたが、Mk. Iの運用開始時には採用されていなかった。Mk. IIは、事実上、これらのディスプレイをGLセットに適合させる試みであった。[21]
GL/ELディスプレイとは異なり、Mk. IIはアンテナの各ペアに1つの受信機を使用していました。スイッチは、受信機に一方の信号またはもう一方の信号を素早く切り替えます。また、信号の1つを短い遅延線に送ります。ただし、Y軸のベースラインは移動しません。結果は、ディスプレイの中央に沿って1つのトレースが表示され、各アンテナから1つずつ、わずかに離れた2つのブリップが表示されます。2つのブリップの相対的な長さを比較することで、オペレーターはどちらのアンテナがターゲットに最も近い位置にあるかを判断し、ブリップの長さが同じになるまでアンテナを回転させ続けることができます。[21]
RAFの空中システムは、航空機全体を移動させることでアンテナを移動させた。GLの場合、方位角は回転キャビンの使用によりすでに移動可能であった。仰角を移動させる1つの解決策は垂直ポールを傾けることであるが、参考文献には記載されていない理由により、この解決策は使用されなかった。代わりに、垂直ペアの上部アンテナは、はしご状の延長部を上下に動かすことができた。[21]
Mk. II で対処されたもう 1 つの問題は、信号の幅が広すぎて複数の航空機がディスプレイに表示されることであった。これは、2 つ目の送信アンテナ システムを追加するだけで解決された。1 つは水平方向のアンテナ スプレッドがかなり狭く、送信が Mk. I の 20 度と同程度になった。もう 1 つはアンテナ アレイがはるかに広く、パターンが狭くなって個々のターゲットを見つけやすくなった。初期検索ではワイド パターン アンテナが使用され、ターゲットが選択されるとスイッチがオンになり、送信が狭いビームに切り替わった。両方のアンテナが 1 つのキャビンに統合されている画像が存在する。[21]
Mk. II には、キャビンの外側に伸びた、仰角制御に接続されたシャフトという、シンプルだが効果的な較正装置も追加されました。較正するには、仰角ハンドルをゼロに回し、望遠鏡をシャフトに接続して水平線に向けます。次に、気球を飛ばしてレーダーで追跡し、修正値を望遠鏡で読み取ります。[40]
注記
- ^アンテナ は一般的に目標周波数で共振するように設計されており、そのためには波長の1/2の倍数である必要があります。詳細についてはARRL Antenna Bookをご覧ください。[ 5]
- ^ 傍観者が指摘したように、「サーチライトの光線は空を激しく揺れ動いたが、標的を見つけて捉えることはほとんどなかった。」[13]
- ^ 残念ながら、入手可能な情報源のどれも、これらの妨害防止機能が正確に何であったかは詳しく述べていません。しかし、1939 年後半という日付を考えると、高速/低速リン光システムかウォブビュレーターのいずれかであった可能性が高く、どちらもその頃 Chain Home に追加されていました。
- ^ 戦時中にこのシステムを使用した人の一人は、これを「ベッドフォード・バスタード」と呼んでいた。[23]
- ^ ドキュメントでは HF および LF と呼ばれていますが、これらの用語は一般的な無線バンド名ではなく、互いの相対的な尺度として使用されています。すべての周波数は実際にはVHFバンド内に収まっています。LF のより一般的な定義はkHz 範囲です。
- ^ BBCのサイトの注記によると、スイッチは単にダイポールの2つの半分を短絡させる金属棒だった。[23]
参考文献
引用
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文献
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- ウィルコックス、デイビッド（2014）。陸軍レーダー。Reveille Press。ISBN 9781908336842。
外部リンク
- 2014 年 11 月 12 日にWayback Machineにアーカイブされた第二次世界大戦の GL レーダー マーク II では、英国南岸のギルキッカー砦に設置された GL Mk. II システムについて説明しています。このサイトの複数のページでは、レーダー、GL マット、および関連する銃の配置が詳細に説明されています。