El AMES Tipo 82 , también conocido ampliamente por su nombre clave arco iris Orange Yeoman , fue un radar 3D de banda S construido por la Compañía Marconi y utilizado por la Real Fuerza Aérea (RAF), inicialmente para control táctico y más tarde para control de tráfico aéreo (ATC).
El desarrollo comenzó en 1949 en el Centro de Investigación y Desarrollo de Radares del Ejército británico para proporcionar una alerta temprana de alcance medio para hasta dieciséis baterías de artillería antiaérea (AAA). Al principio del programa, el equipo vio el Sistema de Visualización Integral de la Marina Real y lo adaptó como Sistema de Manejo de Datos. Esto proporcionó una función de rastreo y escaneo semiautomática que permitió a los operadores manejar un mayor número de aeronaves.
El sistema fue diseñado originalmente para apoyar a los cañones antiaéreos mediante el envío de datos sobre un objetivo seleccionado para apuntar (o "poner en marcha") el radar de tiro local del cañón antiaéreo. En 1953, la RAF se hizo cargo del papel de defensa aérea y comenzó a pasar de los cañones al nuevo misil Bloodhound . También se hizo cargo del trabajo de diseño y le dio al sistema el nombre de Tipo 82. El primer prototipo comenzó a funcionar ese año y un segundo se utilizó brevemente en 1955 antes de ser trasladado a la costa este del Reino Unido como unidad operativa en 1957. Se añadieron tres unidades de producción en 1960.
El Tipo 82 fue retirado del papel de control táctico en enero de 1963, ya que los datos que proporcionaba para Bloodhound ahora estaban disponibles en otros radares como los AMES Tipo 80. Luego fueron reutilizados como sistemas de control de tráfico aéreo, donde su capacidad para medir alcance, rumbo, elevación e información de radar secundario en una sola unidad fue una gran ventaja sobre los sistemas anteriores. Durante este período fueron tripulados por operadores militares y civiles. A pesar de su creciente edad, tres de los sistemas duraron hasta los años 80 y 90 en esta función.
Durante la Segunda Guerra Mundial , el ejército británico contaba con varios sistemas de radar utilizados en la guerra antiaérea . Entre ellos se encontraban los radares de "apuntado de cañón" (GL), que proporcionaban información de puntería de alta precisión a corto alcance, y los radares de "control táctico" (TC), que proporcionaban información menos precisa pero de mayor alcance a las unidades GL. Era difícil combinar estas dos funciones en un solo radar; la precisión de la función GL requería un haz muy fino , que no era útil para escanear grandes volúmenes del cielo en la función de búsqueda. [1]
Uno de los radares TC de mayor éxito fue un diseño canadiense conocido como Indicador de Posición de Zona (ZPI) que entró en servicio como AA No. 4 Mark IV. Este se desarrolló utilizando la electrónica del radar ASV Mk. II combinada con una antena de radar giratoria y un sistema de visualización personalizado. A finales de la guerra, los mismos desarrolladores habían producido un modelo que utilizaba un magnetrón de cavidad conocido como Indicador de Posición de Zona de Microondas (MZPI). El ejército británico compró 150 de estos equipos como AA No. 4 Mark VI, y se entregaron poco después de que terminara la guerra. [2]
Estas unidades, y diseños similares del Reino Unido, tenían el problema de que no indicaban la altitud. Esto no era un problema durante la guerra porque la información se enviaba a los radares de tiro cercanos, que podían determinar la altitud escaneando hacia arriba y hacia abajo una vez que se les proporcionaba un ángulo para mirar. A medida que el alcance de los radares TC aumentaba y se distanciaban de los múltiples radares de tiro con los que trabajaban, se necesitaba alguna indicación de altitud para ayudar a los GL en su apuntamiento inicial. Esto se podía lograr con un radar de búsqueda de altura independiente , pero un solo radar que pudiera proporcionar una dirección y una altitud razonablemente precisas facilitaría este proceso.
El Radar Research and Development Establishment (RRDE), que se encargaba del desarrollo de radares para el ejército, empezó a explorar la idea de un radar 3D que pudiera medir el ángulo vertical del objetivo al mismo tiempo que su rumbo y alcance. Su solución fue dividir la señal en varias guías de ondas y bocinas de alimentación que se colocaron en una pila vertical. Cada una tenía un patrón de recepción de unos pocos grados de ancho verticalmente y, mediante una disposición cuidadosa, se podían superponer de modo que sus puntos de media potencia estuvieran alineados. El eco de un objetivo sería recibido por dos de estas fuentes en un momento dado y, al comparar las intensidades relativas de la señal, se podría determinar el ángulo de elevación con una precisión muy inferior a un grado. [2]
El trabajo serio sobre el concepto comenzó en 1947, primero con un sistema de banda X con escaneo mecánico en espiral y, más tarde, varios experimentos con alimentadores apilados. Al mismo tiempo, se comenzó a investigar el diseño de un nuevo magnetrón de cavidad de alta potencia de 25 cm de longitud de onda ( banda L ) , un nuevo tubo indicador de posición del plan de gran formato y larga persistencia , y un sistema de enlace de datos para enviar la información a hasta dieciséis sitios remotos. A mediados de 1948, el diseño básico estaba completo; operaría en la banda X a una longitud de onda de 10 cm y utilizaría diez bocinas de alimentación, cada una con un haz vertical de 3 grados. [3]
Para probar el concepto, en 1949 se puso en funcionamiento un sistema experimental de cinco haces. [3] Este sistema utilizaba el MZPI como transmisor y un conjunto de receptores de tipo lente independiente. La lente consistía en cilindros metálicos cortos abiertos en ambos extremos y alineados con el objetivo o eje de puntería . Muchos de estos cilindros se disponían para formar una gran rejilla. Las señales de radio que viajaban a través de los centros abiertos de los tubos se ralentizaban y, al cortar los tubos a longitudes diferentes, el frente de onda de la señal se podía enfocar hacia abajo como una lente óptica tradicional. En el punto focal se encontraban los cinco cuernos de alimentación del receptor. La lente estaba sincronizada para girar a la misma velocidad que el MZPI. [4]
En 1949, el Ministerio de Abastecimiento se hizo cargo directamente del TRE y del RRDE, y asignó el trabajo 3D al Rainbow Code "Orange Yeoman". A finales de año, el sistema parecía estar progresando bien, con el diseño de la antena completado y un sistema para alimentar las diez señales a través de una serie de anillos rozantes probado con éxito. Para producir más potencia en total, se desarrolló un sistema para alimentar tres magnetrones en paralelo. También se estaba probando una nueva antena plegable. [3]
Mientras tanto, la RAF estaba empezando a considerar el problema de la dirección de los cazas de largo alcance y desarrolló un requisito para que un nuevo sistema estuviera operativo en 1957. La Marina Real había estado desarrollando su propio radar 3D en este período, el radar Tipo 984 , y en mayo de 1950 hubo alguna consideración sobre si debería o no usarse también en la RAF. En junio de 1950, el Comité de Política de Investigación de Defensa estudió si el 984 o el Orange Yeoman podrían satisfacer mejor el requisito. Pidieron al Ministerio de Guerra y al Almirantazgo que consideraran si un solo radar sería útil tanto para el control de los cazas como para la dirección de los cañones; el control de los cazas exigía un largo alcance, lo que sugería una velocidad de escaneo más lenta que la que sería ideal para un radar GL cuya principal preocupación son las notificaciones rápidas en los cambios de ubicación. [5]
Durante este período hubo un creciente interés en pasar de los cañones antiaéreos a los misiles tierra-aire , o como se los conoce en el Reino Unido, armas guiadas tierra-aire o SAGW. Hubo un creciente interés en Orange Yeoman como un sistema para ayudar a dirigir estas armas, que se esperaba que estuvieran disponibles a mediados o fines de la década de 1950. Del mismo modo, un nuevo radar GL en desarrollo como Yellow River fue finalmente redirigido para ser el iluminador de radar para estos misiles en lugar de como un reemplazo para el AA No. 3 Mark VII utilizado con AAA. AAA seguiría en uso durante un período de transición, y hubo un deseo de alimentar con precisión la información de Orange Yeoman a sus radares Mark VII existentes. Esto llevó a un requisito para que Orange Yeoman tuviera una probabilidad del 80% de producir un seguimiento con una precisión de 500 yardas (460 m) en posición y altitud. [6]
Como el desarrollo del sistema de antena parecía estar progresando bien, en 1950 se decidió añadir otra bocina de alimentación mientras se reducía el ancho del haz a 2,5 grados. Esto dio una cobertura vertical total de 27,5 grados en once haces. [7] Sin embargo, en ese momento aparecieron otros problemas. Uno de los principales fue que el magnetrón de banda S planeado , el BM 735, solo estaba disponible en pequeñas cantidades y rara vez funcionaba cuando se lo exigía más de 1 MW de su potencia nominal de 2 MW. Además, el sistema de anillos rozantes para alimentar la energía de radiofrecuencia a la antena también siguió siendo un problema. Esto llevó a experimentos con anillos rozantes que alimentaban la frecuencia intermedia (FI) en su lugar, con los transmisores de magnetrón y las primeras etapas de los receptores superheterodinos en la plataforma giratoria. [7]
En junio de 1951, con estos problemas en curso, se decidió seguir adelante con todas las partes que funcionaban para obtener un sistema de producción lo antes posible. Esto llevó a un sistema que utilizaba un solo magnetrón de 2 MW en lugar de tres agrupados, alimentándolos a través de anillos colectores de FI y utilizando antenas de transmisión y recepción separadas. Se contrató a Metropolitan-Vickers (Metrovick) para construir un sistema de prueba, que consistía en una estructura de pórtico con dos plataformas giratorias a diferentes alturas, la inferior con la antena del transmisor y el receptor encima. El sistema completo funcionó por primera vez en 1953. [8]
Desde 1948, se ha estado experimentando con un nuevo sistema de visualización que almacenaba datos de radar de "barridos" subsiguientes y luego extraía información de seguimiento de esos datos. Esto proporcionaría una capacidad de seguimiento mientras se escanea , lo que facilitaría enormemente la tarea de decidir qué cañones antiaéreos deberían apuntar a qué objetivos. También se experimentó con el envío de estos datos a centros de control mediante líneas telefónicas con calidad de voz. [8]
A finales de 1949, el personal del RRDE conoció el trabajo en curso sobre el Sistema de Visualización Integral que Elliott Brothers estaba desarrollando para la Armada . Esto rápidamente condujo a un proyecto para modificar el mismo sistema básico según las necesidades del Comando AA. El cambio principal fue la capacidad de tomar una medida de ubicación y luego compensarla con un valor constante antes de calcular el acimut, para tener en cuenta que los cañones AA estaban ubicados a cierta distancia del radar. Esto no era necesario en la versión original, donde los cañones estaban ubicados en el mismo barco que el radar. Este cambio condujo al proyecto del Sistema de Manejo de Datos, que había entregado los componentes individuales a fines de 1950. Se construyó un sistema completo en el RRDE con la ayuda de Metrovick y British Thomson-Houston durante 1951, que podía rastrear hasta 12 objetivos y tenía dos pantallas de gran formato para los oficiales de dirección. Se construyó un sistema más grande con 36 pistas y se conectó al prototipo Orange Yeoman durante 1952. [9]
Al principio, el sistema requería que los operadores actualizaran la información de una pista dada observando la pantalla del radar y moviendo un punto del cursor con un joystick . Debido a la tasa deseada de actualizaciones, esto requería un operador dedicado cada seis pistas. Esto se mejoró más tarde con la adición de un doble integrador que podía actualizar automáticamente las pistas siempre que el avión no cambiara su curso. Esto redujo en gran medida el número de actualizaciones manuales necesarias y permitió que el mismo número de operadores rastreara una cantidad mucho mayor de aviones. Un segundo grupo inyectó mediciones de altura en el sistema de almacenamiento a un ritmo más lento, ya que los cambios de altitud eran mucho menos frecuentes, por lo que solo se necesitaban dos o tres operadores para esta tarea. Este "Grupo de Análisis" también manejaba el sistema de identificación amigo o enemigo (IFF). Finalmente, un "Grupo de Seguimiento Preciso" elegiría objetivos del almacén para mediciones a largo plazo, más precisas, utilizando esos datos para alimentar a los radares GL en los sitios de los cañones. [10]
A principios de 1953, el desarrollo estaba prácticamente completo y el sistema recibió el nombre oficial de Radar, Anti-Aircraft, Number 4, Mark VIII , o AA No. 4 Mk. VIII para abreviar. Se seleccionaron tres ubicaciones, Londres , Liverpool y Southampton , para las unidades operativas, con su función principal siendo la de transferir datos a los radares del río Amarillo, ahora conocidos como Radar, Anti-Aircraft, Number 3, Mark V o AA No.3 Mk.V. En junio de 1953, se seleccionó el primero de estos sitios, en las colinas cerca de Newton [11] con vista a la Sala de Operaciones Antiaéreas de Frodsham que cubría el área de Liverpool y relativamente cerca de las obras de Metrovick. [12] Se emparejó con seis sitios de armas, Crank (MY10), Thurstaston (MY24), Norley (MY39), Flint (MY45), Altcar (MY66) y Penketh (MY76). [11]
En 1953, la RAF se hizo cargo de la responsabilidad de los misiles antiaéreos, con el objetivo final de retirar los misiles antiaéreos de gran calibre del servicio en el Reino Unido en algún momento en el futuro. El Ejército conservaría sus misiles y misiles antiaéreos de menor calibre para la defensa en el campo, pero ya no se encargaría de la defensa del Reino Unido. Como parte de esta transferencia, Orange Yeoman se convirtió en un proyecto TRE y se le asignó el nombre de AMES Type 82, aunque el desarrollo real permaneció en el RRDE, normalmente relacionado con el Ejército. [13]
La RAF inicialmente consideró que el Orange Yeoman tenía un papel similar al del Ejército, y continuó desarrollando dos prototipos y tres sitios de producción. En 1955, una serie de pruebas utilizando el Orange Yeoman y el Sistema de Manejo de Datos en Malvern y un radar Yellow River ubicado a 30 millas (48 km) al norte lograron dirigir automáticamente el Yellow River hacia un avión objetivo con una tasa de éxito del 100% sin intervención de los operadores del Yellow River. [14] El sitio de Frodsham estuvo operativo en septiembre y participó en los ejercicios militares BEWARE de ese año , donde resultó muy exitoso. [14]
En 1950, la empresa francesa CSF introdujo un nuevo tipo de tubo de vacío de frecuencia de microondas conocido como carcinotrón . Se reveló públicamente en el IEEE en 1953. [15] El carcinotrón era único en el sentido de que su frecuencia de salida podía modificarse a lo largo de una banda ancha modificando el voltaje de entrada. Esto le permitía recorrer toda una banda seleccionada tan rápidamente que parecía un radiador constante en todas las frecuencias. Aunque emitía solo unos pocos vatios, en comparación con un millón de veces más que la del transmisor del radar, la ecuación del radar significaba que era mayor que el retorno de la señal del radar reflejada por la aeronave. [16]
En 1954, se compró una muestra a CSF y se instaló en un Handley Page Hastings conocido como "Catherine". En las pruebas se descubrió que producía una señal sólida en la pantalla del Type 80 incluso cuando estaba bajo el horizonte del radar . A larga distancia, un Avro Lincoln tenía que estar a 32 km (20 millas) del bloqueador antes de que eliminara el efecto y se volviera visible, lo que significa que un solo bloqueador podría ocultar fácilmente una formación completa de aviones. [17] A distancias más cortas, la señal comenzó a captarse en los lóbulos laterales de la antena , lo que finalmente provocó que toda la pantalla se llenara de ruido. [16] Estas pruebas parecieron sugerir que el carcinotrón haría inútiles los radares de larga distancia y desapareció el interés en utilizar el Orange Yeoman como radar táctico durante la guerra. [18]
La Central Flying School manifestó su interés en el sistema de manejo de datos como una forma de simplificar sus tareas de interceptación de cazas. Esto llevó a un mayor desarrollo del sistema prototipo en RRDE durante 1954 y 1955, añadiendo pantallas para planificar las intercepciones directamente en las pantallas. [12] Sin embargo, en ese momento el AMES Type 80 había experimentado una serie de mejoras que le dieron la capacidad de guiar a los cazas, y la necesidad de un sistema separado para proporcionar esta capacidad desapareció. [19]
También se intentó interesar a las autoridades de control del tráfico aéreo civil en el sistema, especialmente en el Centro de Control del Tráfico Aéreo del Norte experimental que se estaba estableciendo en Preston, Lancashire, a las afueras de Liverpool . Sin embargo, el coste de mantenimiento del complejo sistema superaba con creces su presupuesto, incluso si el radar se les había entregado de forma gratuita. La idea no prosperó en ese momento. [19]
A medida que la RAF empezó a estudiar diversos escenarios de guerra aérea, se hizo evidente que cualquier tipo de defensa aérea integral era inútil en una época en la que un solo bombardero podía destruir una ciudad entera. Abandonaron la idea de las operaciones antiaéreas generales y comenzaron a centrarse por completo en la defensa de la fuerza de disuasión en forma de la flota de bombarderos V. Para esta función, el emplazamiento interior de Frodsham no era necesario, ya que no habría misiles estacionados en la zona. Se mantuvo en funcionamiento durante unos años para el entrenamiento. [19]
En 1955, la RAF North Coates fue finalmente seleccionada como segunda base, ya que podría proporcionar cobertura sobre los aeródromos de la zona de Midlands. Se trataba de una estación prototipo, por lo que el radar de Frodsham se desmanteló y se envió allí, mucho antes de que se completaran los edificios. En el verano de 1957, el sistema recibió el nombre de Tipo 82, y Yellow River pasó a llamarse Tipo 83 unos meses más tarde. El sistema se completó a principios de 1957 y las pruebas de aceptación se completaron en verano con el nombre OR.2094. [20]
La necesidad de vincular los datos del Tipo 82 a la red general de ROTOR era obvia, y el trabajo en este concepto continuó durante los dos años siguientes. La primera versión de producción del sistema entró en funcionamiento a mediados de 1960 en la RAF Watton , y dos unidades adicionales en la RAF North Luffenham y la RAF Lindholme . [20]
En 1963, los Tipo 82 fueron retirados de la misión de misiles Bloodhound. Para entonces, los Tipo 80 cubrían la misma área y existía la preocupación de que el carcinotrón dejaría inútiles a los Tipo 82 en una guerra de todos modos. Las unidades Bloodhound se conectaron entonces a las estaciones de radar maestras en RAF Patrington y RAF Bawdsey , que se actualizaron para proporcionar esta información. Como el Tipo 80 era igualmente susceptible a las interferencias, este movimiento fue temporal hasta que el sistema Linesman/Mediator estuviera operativo, en ese momento previsto para 1968. [21]
A los pocos meses de que se retiraran los Type 82, el Vicejefe del Estado Mayor del Aire completó un estudio sobre la "Conversión de los Centros de Control Táctico de Watton, North Luffenham y Lindholme a una función de control del tráfico aéreo". Observaron que esta zona estaba en gran parte descubierta por los radares de control del tráfico aéreo, contenía 38 aeródromos con 75.000 movimientos de pista al mes y que el 90% de todos los informes de incidentes de casi colisión se presentaban en esta zona. La sugerencia fue aceptada en junio de 1963. [22]
No se requirió de muchos cambios para el cambio al rol de ATC, pero se aprovechó la oportunidad para convertir las antenas a polarización circular , lo que los experimentos de RRE habían demostrado que reducía el ruido causado por la lluvia y el granizo. El mantenimiento de los sistemas pasó a manos de contratistas civiles, y estaban a cargo de controladores de tráfico aéreo tanto militares como civiles. [23] Permanecieron en servicio en esta función al menos hasta la década de 1980 y posiblemente en la de 1990. [24]
El Tipo 82 tenía antenas separadas para transmitir, recibir y manejar la recepción de señales IFF. [25]
El transmisor consistía en una guía de ondas ranurada delante de un reflector lineal de cosecante cuadrado de 14 m de ancho por 1,5 m de alto. Esto producía un haz en forma de abanico que era estrecho horizontalmente y cubría unos 30 grados verticalmente. [25]
Encima y detrás del transmisor se encontraba el receptor principal, un conjunto hexagonal de tubos metálicos que actuaban como una lente que separaba la señal reflejada en una serie de franjas apiladas verticalmente, de 2,5 grados de ancho. La señal se enfocaba en un reflector con varillas detrás de la lente que proporcionaba el enfoque horizontal, estrechándolo a 1,5 grados. La señal se reflejaba en la parte posterior de la lente, como se ve desde arriba, donde una serie de once bocinas de alimentación apiladas verticalmente recibían la señal ahora enfocada. [25]
La antena IFF también era una guía de ondas ranurada, colocada encima del conjunto del receptor. [25]
El sistema originalmente utilizaba un transmisor más pequeño con un haz más ancho y rotaba a 24 RPM. Más tarde se le instaló una antena transmisora más grande y su velocidad se redujo a 12 RPM. Durante la conversión a la función de control del tráfico aéreo, la velocidad se redujo nuevamente a 8 RPM. [25]
En algún momento, se fabricó una disposición de antena nueva y mucho más simple para el sistema, y una imagen la muestra en el sistema de la RAF Watton. Esta versión utilizaba un reflector parabólico con una bocina de transmisión única y las bocinas de recepción verticales dispuestas en un brazo delante de la "antena". La antena IFF se movió hacia la parte inferior del brazo. Para evitar que la parte posterior curvada de la antena produjera sustentación y arrancara la antena de su soporte en caso de fuertes vientos, se extendieron dos "alas" hacia atrás detrás de la antena. Una versión ampliada del mismo diseño de antena se utilizó más tarde para el radar Blue Yeoman .
El transmisor era un magnetrón que producía pulsos de 1,5 MW a 3 GHz con una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) de 750 pulsos por segundo y una longitud de pulso de 2 microsegundos. [25]
El Tipo 82 fue diseñado para medir el rumbo, el alcance y la elevación con la precisión suficiente para colocar un objetivo en un área de 1500 pies (460 m). [13] En las pruebas, demostró una probabilidad del 95 % de colocar el objetivo dentro de 650 yardas (590 m) en horizontal y 550 yardas (500 m) en altitud. Tenía un alcance máximo de aproximadamente 150 millas náuticas (280 km; 170 mi). [25]
El Tipo 82 se destacó por el uso del Sistema de Manejo de Datos, uno de los primeros ejemplos de manejo computarizado de radar, aunque en forma semiautomática y analógica. Las posiciones se registraban mediante capacitores de 150 V que representaban un alcance de 150.000 yardas (140.000 m) en uso militar y 150 millas (240 km) para uso ATC. [25]
Los datos iniciales para una pista fueron ingresados por dos asignadores de pistas dedicados que consideraron solo las regiones más externas de los indicadores de posición del plan . Los puntos de retorno que encontraron interesantes fueron estroboscópicos y enviados a una de las 18 tiendas cada uno, para un total de 36 pistas. Cada conjunto de 18 pistas para un asignador se dividió entre tres rastreadores, que verían el punto seleccionado en su pantalla. Luego comenzarían a rastrear el objetivo moviendo el joystick para que su cursor en pantalla permaneciera sobre el punto mientras se movía de un barrido a otro. Tenían su propio sistema de estroboscopio que podía entregar un objetivo para verificaciones de IFF y mediciones de altitud. [25]
La medición de la altitud se llevó a cabo en una pantalla personalizada. Esta mostraba las señales de dos haces adyacentes en una sola línea en la pantalla, con diez líneas de este tipo. Cuando los rastreadores apuntaban a un objetivo, solo esas señales aparecían en la pantalla de altitud, lo que hacía que aparecieran dos puntos en cada línea. Al comparar la longitud relativa de los dos puntos, el operador podía estimar la altitud. [6]