El radar, Gun Laying, 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 del mismo sistema básico, GL/EF (Elevation Finder) y GL Mk. II , las cuales agregaron la capacidad de determinar con precisión el rumbo y la elevación.
El primer conjunto GL fue un diseño elemental desarrollado a partir de 1935. Basado en Chain Home , GL utilizó transmisores y receptores separados ubicados en cabinas de madera montadas en cureñas de armas, cada uno con sus propias antenas que debían rotarse para apuntar al objetivo. La antena producía una señal que era semidireccional y solo era capaz de proporcionar información precisa de alcance oblicuo ; la precisión de rumbo del objetivo era de aproximadamente 20 grados y no podía proporcionar información de elevación del objetivo. Se desplegaron varios con la Fuerza Expedicionaria Británica y al menos uno fue capturado por las fuerzas alemanas durante la evacuación de Dunkerque . Su evaluación los llevó a creer que el radar británico era mucho menos avanzado que el radar alemán.
Los planes para introducir el Mk. II con rumbo y elevación precisos estaban en marcha desde el principio, pero estos no estarían disponibles hasta 1940. Una solución conveniente fue el accesorio GL/EF, que proporcionaba mediciones de rumbo y elevación con una precisión de aproximadamente un grado. Con estas mejoras, el número de proyectiles necesarios para destruir un avión se redujo a 4.100, una mejora diez veces mayor que los resultados de principios de la guerra. Se habían producido alrededor de 410 de las unidades Mk. I y Mk. I* ligeramente modificadas cuando la producción pasó al Mk. II, que tenía suficiente precisión para guiar directamente los cañones. Una mayor precisión y un funcionamiento más sencillo redujeron los proyectiles por derribo a 2.750 con el Mk. II. Después de la invasión de la Unión Soviética en 1941, se suministraron alrededor de 200 unidades Mk. II a los soviéticos, que las utilizaron bajo el nombre de SON-2 . En total, se produjeron 1.679 Mk. II.
La introducción del magnetrón de cavidad en 1940 dio lugar a un nuevo esfuerzo de diseño que utilizaba antenas parabólicas altamente direccionales para permitir mediciones precisas de distancia y rumbo, al mismo tiempo que eran mucho más compactas. Estas unidades de radar GL Mk. III se produjeron en el Reino Unido como Mk. IIIB (para los británicos) y un modelo de diseño local de Canadá como Mk. IIIC. Los Mk. II permanecieron en servicio en funciones secundarias, ya que los Mk. III los reemplazaron en el frente. Ambos fueron reemplazados en general a partir de 1944 por el SCR-584 superior .
La primera mención del radar en el Reino Unido fue una sugerencia de 1930 hecha por WAS Butement y PE Pollard del Signals Experimental Establishment (SEE) del Ministerio de Guerra del Ejército . Propusieron construir un sistema de radar para detectar barcos que se utilizaría con baterías costeras, y llegaron tan lejos como para construir un prototipo de placa de pruebas de baja potencia utilizando pulsos a una longitud de onda de 50 cm (600 MHz). El Ministerio de Guerra no estaba interesado 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 del radar por parte del Ministerio del Aire y el rápido progreso del 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 de CH en su nueva sede en Bawdsey Manor . Allí se les presentó versiones más pequeñas del sistema CH destinadas a despliegues semimóviles. Esto pareció tener una serie de usos en las funciones del Ejército, lo que llevó a la formación el 16 de octubre de 1936 de la Sección de Aplicaciones Militares [2] , pero conocida universalmente como la Célula del Ejército. A este grupo se le dio espacio en Bawdsey, e incluía a Butement y Pollard del SEE. [3]
Inicialmente, se le asignó a la célula la tarea de mejorar el fuego antiaéreo, y se le había dicho que el principal problema a resolver 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 la distancia por medios ópticos siguió siendo difícil, lenta y abierta a simples errores de procedimiento. Un sistema de radar que pudiera proporcionar una determinación de la distancia precisa y rápida mejoraría enormemente sus posibilidades de atacar con éxito a una aeronave. Se les dio el objetivo de producir una medida de alcance precisa de 50 yardas (46 m) a una distancia de 14.000 yardas (13 km). [2]
Ese mismo año, un grupo aerotransportado se había separado del equipo principal de desarrollo de CH para desarrollar un sistema de radar mucho más pequeño adecuado para su montaje en aeronaves de gran tamaño. Este se convertiría en el radar de interceptación de aeronaves (AI) , con la intención de detectar bombarderos de noche y permitir que los cazas pesados los encontraran y atacaran con su propio radar. Cuando estos equipos demostraron la capacidad de detectar fácilmente los barcos en el Canal de la Mancha , la célula del ejército inició un segundo grupo para adaptar estos sistemas al papel de defensa costera (CD), proporcionando mediciones de alcance y ángulo con suficiente precisión para disparar a ciegas a sus baterías costeras . Este equipo estaba dirigido por Butement, dejando a Pollard como el principal desarrollador de los sistemas GL. [3]
El esfuerzo de GL comenzó muy temprano durante el desarrollo de CH y, al igual que el CH de esa época, utilizó longitudes de onda relativamente largas, ya que podían generarse y detectarse fácilmente utilizando la electrónica existente de los sistemas de radio de onda corta comerciales . La desventaja de este enfoque 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 funcionar con una ganancia razonable . Para las longitudes de onda de 50 metros utilizadas inicialmente por CH, se necesitarían antenas del orden de 25 m (82 pies). [4] [a]
Evidentemente, esto no era práctico para ningún tipo de sistema móvil, pero a medida que llegaron nuevos dispositivos electrónicos a finales de los años 30, las longitudes de onda utilizadas por los sistemas de radar siguieron disminuyendo. Cuando GL estuvo listo para comenzar las pruebas, el sistema podía funcionar en longitudes de onda de entre 3,4 y 5,5 m (11 y 18 pies) [6], lo que redujo el tamaño de la antena a una longitud más manejable de varios metros. Cambios similares en la electrónica también produjeron versiones más pequeñas de CH, las Unidades de Radio Móvil o MRU, que proporcionaban tanto un servicio de alerta temprana móvil como un servicio reubicable en caso de que una estación CH principal quedara fuera de servicio. [3]
Las pantallas de radar de tipo CH utilizan un generador de base de tiempo para producir un voltaje que varía suavemente y que se envía a una de las entradas de un tubo de rayos catódicos (TRC). La base de tiempo está calibrada para mover el punto del TRC a través de la pantalla en el 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 sólida. La señal de retorno se amplifica y luego se envía al otro canal del TRC, normalmente el eje Y, lo que hace que el punto se desvíe de la línea recta que crea la base de tiempo. Para objetos pequeños, como aviones, la desviación hace que aparezca un pequeño punto en la pantalla. La distancia al objetivo se puede medir comparando la ubicación del punto con una escala calibrada en la pantalla. [2]
La precisión de una pantalla de este tipo depende del tamaño del tubo y del alcance del radar. Si se espera que se mida el punto luminoso con una precisión de 1 mm en la escala de un tubo de rayos catódicos típico de 3 pulgadas (76 mm), y ese radar tiene un alcance máximo de 14.000 yardas, entonces ese 1 mm representa 14.000 / (75 / 1) , poco más de 186 yardas (170 m). Esta precisión era mucho menor que la deseada, que era 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 mostraba solo rangos de corta distancia 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 configuraba para que se moviera por la pantalla en el tiempo que representaba menos de un kilómetro. Se utilizó un potenciómetro grande para controlar la velocidad de carga, [7] que proporcionaba un desfase de rango. El rango hasta el objetivo se medía utilizando el potenciómetro para mover el punto hasta que estuviera en el medio de la pantalla y luego leyendo el rango de una escala en el potenciómetro. El sistema básico se desarrolló rápidamente y, en el verano de 1937, un sistema de prueba proporcionaba una precisión de 100 yardas (91 m) para aeronaves entre 3000 yardas (2700 m) y 14 000 yardas (13 km). A finales de año, la precisión había mejorado hasta 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 rumbo. Sin embargo, el sistema necesitaba alguna forma de garantizar que el objetivo que se estaba midiendo fuera el que se estaba rastreando ópticamente, y no otro objetivo cercano. Para esta función, el sistema utilizó dos antenas receptoras montadas con una separación de aproximadamente una longitud de onda, de modo que cuando apuntaban directamente al objetivo, las señales recibidas se cancelaban y producían un nulo en la pantalla. Esto se enviaba a una segunda pantalla, cuyo operador intentaba mantener las antenas apuntando al objetivo. [9]
El transmisor, que tenía una potencia de unos 20 kW, estaba montado en una gran cabina rectangular de madera sobre un remolque con ruedas. La antena dipolar de media onda única estaba montada en una extensión vertical corta en un extremo de la cabina, con la "línea de proyección" a lo largo del eje largo. La antena era sólo marginalmente direccional, y la señal se enviaba en un abanico ancho 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 sobre el sistema de cojinetes del carro de artillería antiaérea, lo que permitía que toda la cabina girara alrededor del eje vertical. A poca distancia por encima del techo había un armazón de metal rectangular que coincidía aproximadamente con el contorno de la cabina. Se montaron tres antenas en línea a lo largo de uno de los lados largos del armazón; las mediciones de alcance se tomaron de la antena del medio y la dirección comparando la señal de las dos antenas del extremo. Detrás de las dos antenas de apoyo había reflectores montados 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 orientaría 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 fuentes locales. [11]
En 1939, el equipo estaba tan satisfecho con el estado del equipo que se enviaron los contratos de producción. Metropolitan-Vickers ganó el contrato para el transmisor y AC Cossor para el receptor. La producción en masa del equipo GL no resultó particularmente difícil y, a fines de 1939, se habían entregado 59 sistemas completos y se completarían otros 344 durante 1940. [12]
El sistema hizo exactamente lo que se le había pedido: 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 fines de 1939, el espectro de los bombardeos nocturnos era una preocupación importante y, como el sistema GL no podía proporcionar información precisa sobre el rumbo y no tenía elevación, no podía dirigir los cañones de noche. [9] En su lugar, se utilizó el estilo de operación de la Primera Guerra Mundial , con reflectores que buscaban objetivos en gran medida al azar y se utilizaban 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 haber invertido mucho tiempo, esfuerzo y dinero en el sistema GL, cuando se desencadenó el bombardeo , 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 una amarga decepción: logramos instalar los equipos en un tiempo maravilloso, pero luego tuvimos la mayor dificultad para calibrarlos. Todos los planes que hicimos fracasaron y siempre por causas que estaban fuera de nuestro alcance. [12]
Para detectar los objetivos, el GL era en gran medida ineficaz. Desde un punto de vista mecánico, la necesidad de hacer girar todo el sistema para realizar el seguimiento presentaba un problema importante. Una limitación más grave eran las propias pantallas, que mostraban solo una pequeña parte del cielo en la pantalla de alcance y una única indicación de rumbo/desvío del objetivo. Aunque podría ser posible girar la antena en rumbo para encontrar un objetivo, la dirección era precisa solo a 20 grados, suficiente para mantener las antenas alineadas con el objetivo, pero de poca utilidad para dirigir los 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 o hacia el otro se encontraba el objetivo si estaba desalineado, lo que requería más trabajo para determinar en qué dirección girar la antena para realizar el seguimiento. [9]
Además de estos problemas, la señal ancha en forma de abanico presentaba serios problemas cuando más de una aeronave entraba en el haz. En este caso, la lectura del rumbo siempre indicaba que estaba desalineado y era imposible para los lectores de rango saber qué aeronave estaban midiendo. Incluso las tripulaciones más experimentadas eran incapaces de rastrear satisfactoriamente un objetivo en estas condiciones. [14]
Los equipos GL Mk. I fueron desplegados con la Fuerza Expedicionaria Británica , junto con las unidades MRU que proporcionaban alerta temprana . Tras el colapso de las defensas y la eventual evacuación de Dunkerque , estos equipos tuvieron que ser abandonados en Francia . [15]
El equipo de radar de Wolfgang Martini quedó con suficientes piezas para reconstruir el diseño y determinar 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 apuntar con precisión los cañones ( Würzburg ), eran significativamente más avanzados que sus homólogos británicos de la época, [16] y funcionaban en longitudes de onda mucho más cortas, de alrededor de 50 cm. [17]
Esta evaluación, combinada con el fracaso de una misión del 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 conocer la existencia de Chain Home, los informes alemanes sobre el estado de la Royal Air Force escritos justo antes de la Batalla de Inglaterra ni siquiera mencionaron el radar. Otros informes lo mencionan, pero no lo consideran muy importante. Otros sectores de la Luftwaffe parecen desdeñar el sistema en su conjunto. [15]
El equipo de GL ya había comenzado a planificar una versión muy mejorada del sistema que también pudiera proporcionar información precisa sobre el rumbo y la elevación. Siempre habían querido que el sistema GL pudiera dirigir los cañones en todas las mediciones, pero la necesidad apremiante de poner el sistema en funcionamiento lo antes posible lo impidió. [18]
Para añadir esta capacidad, adaptaron un concepto de los radares de defensa costera que estaba desarrollando Butement. La idea era utilizar dos antenas que apuntan en direcciones ligeramente diferentes, pero con sus áreas sensibles ligeramente superpuestas a lo largo de 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 punto luminoso se dibuja ligeramente desplazado. [19]
El resultado es una pantalla similar a la de CH, que muestra la distancia a los objetivos a la vista, pero en la que cada uno de los objetivos produce dos puntos muy próximos entre sí. Al comparar la longitud de los puntos, el operador puede saber qué antena apunta más directamente al objetivo. [20] Al girar las antenas hacia la señal más fuerte, el punto más largo, el objetivo se centrará y los dos puntos tendrán la misma longitud. Incluso con las longitudes de onda relativamente largas utilizadas, se pueden lograr precisiones del orden de ½ grado con estos sistemas de conmutación de lóbulos . [21]
Cuando el Mk. I llegó al campo, se introdujeron una serie de mejoras en la electrónica básica. Estas se reunieron para formar la versión Mk. I* . Las diferencias entre el Mk. I y el Mk. I* estaban principalmente en los detalles. Se descubrió que en ciertas orientaciones del transmisor y el receptor, la pequeña antena utilizada para activar la base de tiempo recibiría una señal demasiado pequeña para funcionar. Esto se reemplazó por un cable entre las dos cabinas, lo 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 conexión a tierra para el potenciómetro con una versión electrónica. Un cambio más importante fue la introducción de características anti- interferencias . [22] [c]
A finales de 1939 se hizo evidente que el Mk. I en su forma actual no sería del todo útil en el campo, especialmente de noche, y que no estaría disponible el Mk. II hasta principios de 1941 como mínimo. Leslie Bedford había formado un departamento de desarrollo de radar en Cossor para producir receptores CH y conocía bien tanto los deseos de los artilleros antiaéreos como las posibilidades inherentes a los sistemas de radar. Sugirió que sería relativamente fácil adaptar los sistemas de antena y pantalla del Mk. II al sistema Mk. I, proporcionando muchas de las mismas ventajas. [9]
El resultado fue el GL/EF , de Gun Laying/Elevation Finder (Buscador de elevación y retícula de cañones ), aunque casi universalmente se lo conocía como Bedford Attachment (Accesorio Bedford) . [d] Esta modificación añadió un conjunto de antenas verticales y un nuevo CRT de medición de elevación para leerlas, junto con un radiogoniómetro que permitía medir con precisión el ángulo vertical. Los Mk. I* con GL/EF comenzaron a desplegarse a principios de 1941, justo cuando el Blitz estaba llegando a su apogeo. [9]
Con el accesorio Bedford, el ejército contaba por primera vez con un sistema completo de orientación de los cañones. Como los tres ejes podían leerse continuamente, los predictores podían recibir información directamente del radar sin necesidad de entradas ópticas. Asimismo, los cañones mismos se controlaban automáticamente desde el predictor o solo requerían 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 las espoletas se establecían automáticamente a partir de los valores de alcance que provenían del radar. Todo el problema de la artillería estaba ahora altamente automatizado de principio a fin. [11]
Fue en este punto cuando aparecieron serios problemas con la calibración. Después de un estudio considerable, utilizando reflectores colgados de globos y probando contra algún avión ocasional, quedó claro que el problema principal era la nivelación del terreno alrededor de la estación. Las largas longitudes de onda utilizadas en estos primeros radares interactuaban fuertemente con el suelo, haciendo que los rayos se reflejaran hacia adelante en lugar de ser absorbidos o dispersados. Estas señales reflejadas a veces alcanzaban los objetivos y eran devueltas al receptor, junto con las señales directas del transmisor. La interferencia entre los dos causaba 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 creyó que esto no sería un problema grave y que podría solucionarse 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 múltiples tablas de calibración, una para cada radar, o que si se deseaba una sola tabla de correcciones para diferentes rumbos, las antenas tendrían que moverse verticalmente a medida que cambiaba la longitud de onda. [20]
Una vez más, fue Bedford quien sugirió una solución: en lugar de calibrar el radar, sugirió calibrar el propio terreno, aplanando el área alrededor de la estación mediante el uso de una estera de alambre de metal. En realidad, el diseño de un sistema de este tipo recayó en Nevill Mott , un físico que se había unido recientemente a la célula del ejército. [24] Finalmente, se descubrió que las dimensiones adecuadas eran un octógono de 130 yardas (120 m) de diámetro de malla de alambre de 2 pulgadas (5,1 cm) cuadrados. Esto se sostenía en el aire mediante cientos de cables tensados que corrían sobre estacas de madera a unos 5 pies (1,5 m) en el aire. Para obtener la distancia adecuada entre la antena y la estera de alambre de tierra, el sistema de radar tuvo que elevarse en el aire sobre bloques y se accedió a él a través de una pasarela de madera. [25]
El esfuerzo para equipar los sets GL con base en el Reino Unido con estas esteras de suelo fue enorme. Cada estera consumió 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 m2 ) y utilizaron 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 en diciembre de 1940 habían consumido más de 1.000 millas (1.600 km) de alambre galvanizado, agotando el suministro de material de toda la nación y causando una escasez de malla de gallinero en todo el país . [26]
La construcción de la estera requirió de unos 50 hombres durante cuatro semanas. [27] [24] A fines de enero de 1941, solo se habían mejorado 10 sitios, y durante todo ese tiempo se estaban estableciendo nuevos emplazamientos antiaéreos, de modo que el número de sitios potenciales aumentaba más rápidamente de lo que podían completarse. En abril, Pile había llegado a la conclusión de que el 95% de los sitios antiaéreos necesitarían las esteras, y esperaban que 600 sitios estuvieran operativos para marzo de 1942. El programa finalmente se prolongó durante años, y se fue agotando a medida que se introdujeron nuevos sistemas que no requerían las esteras. [18] El programa de esteras finalizó formalmente en marzo de 1943. [28]
Otro problema, que nunca se resolvió del todo, era que cualquier bombardeo de globos en la zona formaría un potente reflector que haría invisible todo lo que estuviera detrás de él. Esto era especialmente molesto porque los globos a menudo se colocaban cerca de los cañones antiaéreos, ya que los dos sistemas se utilizaban juntos para proteger objetivos de alto valor. Se consideró una solución en forma de un sistema que permitiera eliminar los reflejos a baja altura, pero esto no se desarrolló por completo. [20]
Además del continuo avance tecnológico de los sistemas GL, Pile mejoró enormemente el estado general de la defensa antiaérea a partir de septiembre de 1940 al nombrar un asesor científico en el escalón más alto del comando antiaéreo. Para este papel eligió a Patrick Blackett , que tenía experiencia en la Primera Guerra Mundial en la Marina Real y desde entonces había demostrado una considerable capacidad matemática. Blackett planeaba estudiar el problema antiaéreo 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 el Grupo de Investigación del Mando Antiaéreo, pero universalmente conocido como "El 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] Sus objetivos fueron resumidos claramente por Blackett:
...la primera tarea consistía en elaborar el mejor método para representar gráficamente los datos [de radar] y predecir la futura posición del enemigo para el uso de los cañones basándose únicamente en lápiz y papel, tablas de distancias y de espoletas. La segunda tarea consistía en ayudar a diseñar formas sencillas de máquinas de representación gráfica que se fabricarían en unas pocas semanas. La tercera tarea consistía en encontrar los medios de utilizar los predictores existentes en conexión con los equipos de radar. [31]
Mientras tanto, en noviembre de 1940, John Ashworth Ratcliffe fue trasladado desde el Ministerio del Aire de Bawdsey para iniciar una escuela de artillería antiaérea en Petersham, en el lado oeste de Londres. [30] Un problema que se hizo evidente de inmediato fue que era muy fácil que las entradas a los predictores, las computadoras analógicas que manejaban los cálculos balísticos , se equivocaran. Esta información se transmitía a través de la jerarquía del Ejército y, una vez más, fue Bedford quien produjo la solución. Esto dio como resultado la construcción de varios entrenadores que se utilizaron en la escuela antiaérea, lo que permitió a los operadores perfeccionar sus habilidades. [32]
Para estudiar mejor el problema de la AA, el Circus pronto añadió un cuarto remolque a algunos sitios de AA en el área de Londres , dedicado exclusivamente a registrar las entradas a los predictores, el número de disparos y los resultados. Estos números se retroalimentaban a través de la estructura de comando de AA para buscar cualquier 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 disparos AA con el resultado de 14 aviones destruidos, una tasa de 18.500 disparos por derribo. Esto ya era una gran mejora con respecto a las estadísticas anteriores al radar, que eran de 41.000 disparos por derribo. Pero con la adición de GL/EF, alfombras GL y una mejor doctrina, esta cifra se redujo a 4.100 disparos por derribo en 1941. [29] [33]
Pile comentó sobre las mejoras señalando:
Las dificultades iniciales se habían superado en gran medida y el 11 y 12 de mayo [de 1941], cuando los ataques eran tan generalizados que se nos dio un mayor alcance, obtuvimos 9 víctimas, una probable y no menos de 17 más dañadas. [...] El Blitz prácticamente terminó esa noche. Al final del Blitz, habíamos destruido 170 aviones de asalto nocturno, probablemente destruidos otros 58 y dañados, en diverso grado, 118 más. [33]
La producción del Mk. II estuvo a cargo de Gramophone Company y Cossor. [8] Los prototipos de los Mk. II comenzaron a aparecer ya en junio de 1940, pero se realizaron cambios considerables en el diseño a medida que se recibió más información de los Mk. I. 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, incluyendo CRT separados para el alcance, el rumbo y la elevación, lo que permitía un seguimiento continuo durante todo el combate. La antena del transmisor ahora venía en dos versiones, una con un haz de ángulo amplio para captar inicialmente el objetivo o buscarlo, y otra con un haz mucho más estrecho que se usaba mientras se rastreaba 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 incluía un nuevo transmisor, cuya potencia se había triplicado, pasando de 50 a 150 kW. Esta potencia adicional ofrecía un alcance algo mejor, pero lo que es más importante, permitía reducir significativamente el ancho del pulso sin perder el mismo alcance. La nitidez del eco es una función del ancho del pulso, por lo que al reducirlo el sistema se volvía más preciso. El Mk. II podía ofrecer mediciones de rumbo con una precisión de hasta ½ grado, aproximadamente el doble de precisión que el Mk. I*, y justo dentro del alcance 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 mejoró la cantidad de disparos por derribo a 2750, otro avance significativo. [33] Se produjeron 1679 juegos GL Mark II entre junio de 1940 y agosto de 1943. [34]
La introducción del magnetrón de cavidad en 1940 permitió que los radares funcionaran de manera efectiva 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 tuviera un ancho de hasta 150 grados, los diseños de microondas típicos podrían tener un ancho de haz de quizás 5 grados. Usando una técnica conocida como escaneo cónico , una versión rotatoria de conmutación de lóbulos, esto podría reducirse aún más a mucho menos de ½ grado, más que suficiente para colocar directamente los cañones. [35]
A finales de 1940, el ejército estaba muy involucrado en la construcción de un sistema de radar GL de banda S , y en 1942 ya había enviado los planos a empresas del Reino Unido para su producción. También se empezó a trabajar en Canadá en 1940 en una versión diseñada y construida íntegramente en Canadá, cuya producción comenzó en septiembre de 1942 y cuyas entregas llegaron al Reino Unido a partir de noviembre de 1942, como GL Mk. IIIC , y las unidades británicas llegaron al mes siguiente como Mk. IIIB. Estos eran mucho más móviles que los diseños anteriores Mk. I y Mk. II, y consistían en remolques de dos ruedas y un grupo electrógeno. [36]
Como las antenas eran mucho más direccionales que los haces anchos en forma de abanico de los sistemas anteriores, todo el problema de las reflexiones en el suelo se podía evitar simplemente asegurándose de que las antenas siempre apuntaran unos pocos grados por encima del horizonte. Esto garantizaba que ninguna señal rebotara en el suelo durante la transmisión y que tampoco se vieran las reflexiones cercanas de la señal de retorno. Se eliminó la necesidad de la estera de tierra de los modelos anteriores y los sitios podían estar sin cables y completamente operativos en cuestión de horas. [35]
Los nuevos equipos de microondas comenzaron a reemplazar a los Mk. II durante 1943, pero las entregas no fueron particularmente rápidas y estos equipos a menudo se enviaban a nuevas unidades en lugar de reemplazar a los Mk. II en el campo. La llegada en 1944 del radar estadounidense SCR-584 fue el catalizador para el rápido reemplazo de todos estos equipos, ya que combinaba escaneo y seguimiento en una sola unidad con un grupo electrógeno interno. En la era inmediata de posguerra, estos fueron a su vez reemplazados por el radar AA No. 3 Mk. 7, más pequeño y liviano , que permaneció en uso hasta que los cañones antiaéreos fueron retirados del servicio a fines de la década de 1950. [37]
El Mk. I utilizaba dos antenas, una para transmisión y otra para recepción. Ambas estaban construidas sobre casetas de madera, de construcción similar a un remolque de viaje , que contenían los respectivos componentes electrónicos. Las casetas estaban montadas sobre grandes placas de apoyo que permitían que toda la caseta girara para rastrear objetivos. Estas, a su vez, estaban montadas sobre cureñas de cañones antiaéreos para su movilidad. Se colocó un grupo electrógeno entre las dos y proporcionó energía a ambas. [21]
El sistema transmisor del Mk. I producía pulsos de 3 microsegundos (μs) de duración con hasta 50 kW de potencia 1.500 veces por segundo. [38] Estos se transmitían de 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 llegaba al suelo. Debido a las largas longitudes de onda utilizadas, esta señal se reflejaba fuertemente hacia adelante y, debido a consideraciones geométricas, cualquier señal que llegara al suelo cerca de la estación se reflejaría con un ángulo vertical suficiente para mezclarse con la señal principal en el área de interés (unos 30 km alrededor de la estación). Este era el propósito de la estera GL, que no eliminaba las reflexiones, pero las hacía mucho más predecibles. [20]
Las unidades receptoras de distancia y rumbo independientes podían funcionar en varias bandas de frecuencia. Ambos receptores utilizaban un oscilador común, que se enviaba a la sección de radiofrecuencia (RF) de cuatro tubos . La frecuencia del oscilador podía conmutarse entre dos bandas anchas, la banda LF de 54,5 a 66,7 MHz y la banda HF de 66,7 a 84,0 MHz. [e] A continuación, los receptores se sintonizaban con precisión utilizando núcleos de hierro giratorios convencionales, que se conectaban mecánicamente para sintonizar ambos receptores desde un único dial. [38] Para corregir las ligeras diferencias entre los dos receptores, la salida de uno de los núcleos podía ajustarse deslizando un anillo de cobre a lo largo de un poste del núcleo. [7] Para garantizar que la señal no se reflejara en una de las etapas de RF, el receptor de distancia añadía un circuito de amortiguación al final de la etapa de RF. [9]
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La señal de rango se recibió en un único dipolo de media onda montado en el centro de la matriz de antena horizontal, 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 introdujo directamente en la placa inferior del eje Y de uno de los dos CRT. La placa superior en el eje Y recibió la salida de un calibrador, lo que permitió ajustarla de modo que el haz estuviera centrado verticalmente. Las señales recibidas desde la antena harían que el haz se desviara hacia abajo para producir un destello, como en el caso de Chain Home. [2]
El eje X del sistema estaba alimentado por un generador de base de tiempo que empujaba el haz de izquierda a derecha a través de la pantalla. Normalmente, se activa una base de tiempo para que comience 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 una velocidad mucho más rápida, 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 salían del sistema del potenciómetro, ya que cualquier voltaje errático podría abrumar la señal. [39]
Para medir el alcance, el operador giraba el dial del potenciómetro para intentar que el borde delantero del punto de mira se alineara con una línea vertical en el CRT. El alcance no se leía en el CRT, sino en el dial. El dial también giraba un deslizador magnético, o selsyn como se lo conoce más comúnmente hoy. La salida del deslizador magnético se usaba para girar directamente los controles del predictor, lo que permitía que el radar actualizara continuamente la medición del alcance. [38]
La medición de la orientación se recibió en un sistema de antena y receptor separados. En este caso, se utilizaron dos dipolos de media onda, ubicados a una distancia de aproximadamente una longitud de onda en forma horizontal sobre el armazón de la antena. Ambas antenas se conectaron eléctricamente antes de ingresar a los receptores, con las salidas de una de ellas invertidas. Esto significaba que la señal de salida caería a cero cuando las antenas estuvieran alineadas con precisión con el objetivo. Cualquier desalineación cambiaba ligeramente la fase relativa de las señales, produciendo una señal neta que ingresaba al receptor y producía una pantalla. Sin embargo, no era 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 de qué lado girar cuando estaba fuera del objetivo. [38]
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 utilizó para medir el rango y la ubicación horizontal del punto no era importante. En cambio, la base de tiempo se utilizó simplemente para ayudar a garantizar que el operador de rumbo estuviera mirando el mismo objetivo que el operador de rango: la señal de interés estaría en algún lugar cerca del centro. [38]
El operador del rumbo giraba entonces toda la caseta del receptor utilizando un conjunto de engranajes conectados a pedales de bicicleta, buscando el punto en el que desaparecía la señal, lo que indicaba que el objetivo estaba ahora perfectamente alineado entre las dos antenas. Este sistema de búsqueda nula se utilizaba a menudo, ya que indica las ubicaciones de forma más nítida; las señales máximas tienden a estar dispersas. [38] Si el objetivo no estaba alineado, la presencia de la señal no podía indicar en qué dirección girar. Para solucionar esto, un sistema de conmutación eléctrica en las antenas de alimentación permitía conectarlas entre sí en diferentes fases y, al estudiar la forma en que cambiaba el punto luminoso a medida que se giraba el interruptor, el operador podía determinar qué antena estaba más cerca del objetivo, un proceso conocido como bracketing . El sistema de fase había sido introducido por EC Slow y se conoció como Slowcock . [38]
En general, los sistemas equipados con GL/EF eran similares a los del Mk. I, pero se les añadía otro conjunto de antenas colocadas verticalmente a lo largo de una escalera que sobresalía de la parte superior de la cabina del receptor. La antena de alcance original estaba montada en la parte inferior de la escalera, con dos antenas nuevas igualmente espaciadas a lo largo de ella. Las antenas estaban espaciadas por aproximadamente media longitud de onda, de modo que las señales interferirían de manera constructiva 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 alcance se enviaban a preamplificadores separados. [11]
Para completar el sistema, se añadió 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 alcance, 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 aparecieran trazas alternativas por encima o por debajo del centro de un nuevo CRT dedicado a las mediciones de elevación. El resultado fue que la traza superior contenía la señal de alcance original como antes, mientras que la traza inferior contenía la salida del radiogoniómetro; al mirar a lo largo de la traza inferior debajo del punto de alcance, el operador podía girar el radiogoniómetro hasta que la señal alcanzara un nulo, revelando el ángulo. El operador ajustaría periódicamente la configuración a medida que el punto inferior reapareciera 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 restablecimiento periódico. El sistema de conmutación se modificó de modo que el rango se enviara a la línea superior durante 2,5 milisegundos (ms) y las señales de rango y radiogoniómetro durante 7,5 ms. Si la señal se anulaba correctamente, las dos señales superiores se mezclaban y producían un único punto luminoso en la traza superior, mientras que la traza inferior se anulaba, como antes. Si la señal no se anulaba, un segundo punto débil parecía manchar la traza superior, perceptible incluso antes de que el punto en la traza inferior se hiciera visible. [20]
Durante las pruebas, se descubrió que la débil señal de alcance solo se volvía difícil de ver cuando la señal era ruidosa y oscilaba. Un cambio final agregó un ligero retraso fijo a la señal de alcance solo, lo que provocó que su traza se desplazara hacia la derecha. Ahora aparecieron tres puntos distintos en la pantalla de elevación, el punto de alcance a la derecha y las dos señales de elevación alineadas verticalmente justo a la izquierda. [20]
Un problema común con los sistemas de antena 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 solucionar esto, una vez que se veía un nulo, el operador del rumbo activaba un interruptor de detección que conectaba una segunda antena ubicada ligeramente detrás de la principal. La salida mixta de las dos indicaba claramente de qué lado se encontraba el objetivo, delantero o trasero. [38] Sin embargo, esto provocó problemas en los sistemas de sincronización que nunca se solucionaron por completo. [20] [f]
El sistema Mk. II era muy similar al Mk. I* con GL/EL, aunque una serie de mejoras en los detalles mejoraron el alcance y la precisión. Entre ellas, se encontraban un transmisor más potente, receptores actualizados y la reducción del ancho de pulso para permitir mediciones más precisas. [21]
Una diferencia más importante fue el método utilizado para producir las trazas divididas en las pantallas. A diferencia del sistema electrónico utilizado en GL/EL, el Mk. II utilizó un sistema mecánico y motorizado que Bedford consideró menos avanzado. [20] La idea básica es utilizar dos antenas que apuntan en direcciones ligeramente diferentes y cuyos patrones de recepción se superponen 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 se había utilizado ampliamente en los radares AI y ASV de la RAF incluso mientras se desarrollaba el Mk. I, pero no se habían adoptado para poner en servicio el Mk. I. El Mk. II fue, en efecto, un esfuerzo por adaptar estas pantallas al conjunto GL. [21]
A diferencia de la pantalla GL/EL, el Mk. II utilizaba un solo receptor para cada par de antenas. El interruptor alternaba rápidamente una u otra señal en el receptor. También enviaba una de las señales a través de una línea de retardo corta. Sin embargo, no movía la línea base del eje Y. El resultado era un solo trazo a lo largo del centro de la pantalla, con dos puntos ligeramente separados, uno de cada antena. Al comparar las longitudes relativas de los dos puntos, el operador podía determinar qué antena estaba más alineada con el objetivo y continuar girándola hasta que los puntos tuvieran la misma longitud. [21]
Los sistemas aerotransportados de la RAF movían las antenas moviendo todo el avión. En el caso del GL, el ángulo de orientación ya era movible mediante el uso de la cabina giratoria. Una solución para mover el ángulo de elevación sería inclinar el mástil vertical, pero por razones que no se registran en las referencias, esta solución no se utilizó. En su lugar, la antena superior del par vertical se pudo mover hacia arriba y hacia abajo por la extensión en forma de escalera. [21]
Otro problema que se abordó en el Mk. II fue que una de las señales era tan ancha que aparecían varios aviones en la pantalla. Esto se resolvió simplemente añadiendo un segundo sistema de antena de transmisión. Uno tenía una extensión de antena horizontal bastante estrecha, lo que hacía que la transmisión fuera similar a los 20 grados del Mk. I. El otro tenía una matriz de antena mucho más ancha, lo que estrechaba el patrón y facilitaba mucho la selección de objetivos individuales. La antena de patrón ancho se utilizaría durante la búsqueda inicial y, una vez seleccionado 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]
El Mk. II también añadió 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 giraba a cero y se conectaba un telescopio al eje de manera que apuntara al horizonte. Luego, se elevaba un globo y se lo rastreaba con el radar, y las correcciones se leían a través del telescopio. [40]