Radar, colocación de armas, Mark I o GL Mk. I , para abreviar, fue uno de los primeros sistemas de radar desarrollado 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 , los 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 carros de armas, cada una con sus propias antenas que debían girarse para apuntar al objetivo. La antena producía una señal que era semidireccional y sólo era capaz de proporcionar información precisa sobre el alcance 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 presentar el Mk. II con rumbo y elevación precisos estuvieron en marcha desde el principio, pero 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 disparos necesarios para destruir un avión se redujo a 4.100, una mejora diez veces mayor que los resultados de principios de la guerra. Alrededor de 410 del Mk. Yo y Mk ligeramente modificado. Se habían producido unidades I* cuando la producción pasó al Mk. II, que tenía suficiente precisión para guiar directamente los cañones. Una mayor precisión y una operación más simple redujeron los disparos por muerte a 2750 con el Mk. II. Después de la invasión de la Unión Soviética en 1941, unos 200 Mk. Las unidades II fueron suministradas a los soviéticos quienes las utilizaron bajo el nombre SON-2 . 1.679 marcos. Finalmente se produjeron II.
La introducción del magnetrón de cavidad en 1940 condujo a un nuevo esfuerzo de diseño que utilizaba antenas parabólicas altamente direccionales para permitir mediciones de alcance y de orientación precisas y, al mismo tiempo, ser mucho más compacto. Estos GL Mk. Las unidades de radar III se produjeron en el Reino Unido como Mk. IIIB (para británicos) y un modelo diseñado localmente en Canadá como el Mk. IIIC. mk. II permaneció en servicio en funciones secundarias como Mk. Los III los reemplazaron en el frente. Ambos fueron reemplazados generalmente a partir de 1944 por el superior SCR-584 .
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) de la Oficina 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 de 50 cm de longitud de onda (600 MHz). La Oficina de Guerra no estaba interesada y no proporcionó financiación 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 demostración exitosa del radar por parte 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 presentaron versiones más pequeñas del sistema CH destinadas a implementaciones semimóviles. Esto pareció tener varios usos en funciones del Ejército, lo que llevó a la formación el 16 de octubre de 1936 de la Sección de Aplicaciones Militares, [2] pero se la conoce universalmente como la Célula del Ejército. A este grupo se le dio espacio en Bawdsey e incluía a Butement y Pollard de la SEE. [3]
Inicialmente a la Célula 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 distancias a través de medios ópticos siguió siendo difícil, lenta y abierta a simples errores de procedimiento. Un sistema de radar que pudiera proporcionar una determinación de distancias precisa y rápida mejoraría enormemente sus posibilidades de atacar con éxito un avión. Se les dio el objetivo de producir una medida de alcance con una precisión de 50 yardas (46 m) a un alcance de 14.000 yardas (13 km). [2]
Ese mismo año, un grupo aerotransportado se separó del equipo principal de desarrollo del CH para desarrollar un sistema de radar mucho más pequeño adecuado para montar en aviones grandes. Esta se convertiría en la función del radar de intercepción aérea (IA), con la intención de detectar bombarderos por la noche y permitir que los cazas pesados los encuentren y ataquen con su propio radar. Cuando estos equipos demostraron la capacidad de detectar 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 alcance y ángulo con suficiente precisión para disparar a ciegas. baterías de tierra . Este equipo estaba dirigido por Butement, dejando a Pollard como el principal desarrollador de los sistemas GL. [3]
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 podían generarse y detectarse fácilmente utilizando la electrónica existente de los sistemas de radio de onda corta comerciales . 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 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] [un]
Claramente, esto no era práctico para ningún tipo de sistema móvil, pero a medida que llegaron los nuevos dispositivos electrónicos a finales de la década de 1930, las longitudes de onda utilizadas por los sistemas de radar continuaron disminuyendo. Cuando GL estuvo listo para comenzar las pruebas, el sistema era capaz de operar en longitudes de onda entre 3,4 y 5,5 m (11 y 18 pies) [6] , reduciendo 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 móvil de alerta temprana como un servicio reubicable en caso de que una estación principal de CH quedara fuera de servicio. [3]
Las pantallas de radar tipo CH utilizan un generador de base de tiempo para producir un voltaje que varía suavemente y 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 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 provoca que aparezca una pequeña señal en la pantalla. El alcance hasta el objetivo se puede medir comparando la ubicación de la señal con una escala calibrada en la pantalla. [2]
La precisión de dicha visualización depende del tamaño del tubo y del alcance del radar. Si se pudiera esperar medir la señal con una precisión de 1 mm en la escala 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 14 000 / (75 / 1) , poco más de 186 yardas (170 m). Esta fue una precisión mucho menor de la deseada, que era de aproximadamente 50 yardas (46 m). [2]
Para proporcionar un sistema capaz de realizar una medición tan precisa y hacerlo continuamente, Pollard desarrolló un sistema que utilizaba toda la pantalla CRT para proporcionar una medición que mostrara solo rangos de una distancia corta a cada lado de una configuración de rango preseleccionada. 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 estaba configurada para moverse por la pantalla en un tiempo que representaba menos de un kilómetro. Se utilizó un potenciómetro grande para controlar la velocidad de carga, [7] que proporcionó una compensación de rango. El alcance hasta el objetivo se midió usando el potenciómetro para mover el indicador hasta que estuvo en el medio de la pantalla y luego leyendo el alcance en una escala en el potenciómetro. El sistema básico se desarrolló rápidamente y un sistema de prueba proporcionaba una precisión de 91 m (100 yardas) para aviones entre 2700 m (3000 yardas) y 13 km (14 000 yardas) en el verano de 1937. A finales de año esto había mejorado. con una precisión de hasta 25 yardas (23 m). [8]
Como el requisito original del sistema era proporcionar información adicional a los instrumentos ópticos, no se requirieron mediciones precisas de rumbo. Sin embargo, el sistema necesitaba alguna forma de garantizar que el objetivo al que se estaba apuntando fuera el que se seguía ópticamente y no otro objetivo cercano. Para esta función, el sistema utilizó dos antenas receptoras montadas aproximadamente a una longitud de onda de distancia, de modo que cuando apuntaran directamente al objetivo, las señales recibidas se cancelarían y producirían un valor 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 rectangular de madera sobre un remolque con ruedas. La única antena dipolo de media onda estaba montada en una extensión vertical corta en un extremo de la cabina, con la "línea de disparo" a lo largo del eje mayor. La antena era sólo marginalmente 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 sobre el sistema de cojinete del carro de armas AA que permitía que toda la cabina girara alrededor del eje vertical. A poca distancia por encima del techo había una estructura metálica rectangular que coincidía aproximadamente con el contorno de la cabaña. 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 en el extremo. Detrás de las dos antenas portadoras 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 fuentes locales. [11]
En 1939, el equipo estaba tan satisfecho con el estado del equipo que se enviaron contratos de producción. Metropolitan-Vickers ganó el contrato para el transmisor y AC Cossor el receptor. La producción en masa del conjunto GL no resultó particularmente difícil y, a finales de 1939, se habían entregado 59 sistemas completos y otros 344 se completarían 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 terreno quedó claro que esto simplemente no era suficiente. A finales de 1939, el espectro de un bombardeo nocturno era una gran preocupación y, como el sistema GL no podía proporcionar información precisa de rumbo ni elevación, no podía dirigir los cañones durante la noche. [9] En cambio , se utilizó el estilo de operación de la Primera Guerra Mundial , con reflectores buscando objetivos en gran medida al azar, y se utilizaron instrumentos ópticos convencionales para determinar el rumbo y la elevación una vez que el objetivo estaba iluminado. En la práctica, este estilo de operación resultó tan ineficaz como durante la Primera Guerra Mundial. [b]
A pesar de gastar una cantidad considerable de tiempo, esfuerzo y dinero en el sistema GL, cuando se abrió el Blitz , todo el sistema de defensa aérea del Ejército demostró 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 conseguido disparar ni un solo proyectil durante la noche. Fue tremendamente decepcionante: conseguimos montar los aparatos en un tiempo maravilloso, pero luego tuvimos grandes dificultades para calibrarlos. Cada plan que hicimos fracasó y siempre por causas que escapaban a nuestro poder de afrontar. [12]
Para detectar los objetivos, GL fue en gran medida ineficaz. Desde un punto de vista mecánico, la necesidad de girar todo el sistema para realizar el seguimiento presentaba un problema importante. Una limitación más seria fueron las pantallas mismas, que mostraban solo una pequeña porción del cielo en la pantalla de alcance, y una única indicación de rumbo/dentro del objetivo. Aunque podría ser posible girar la antena para encontrar un objetivo, la dirección tenía una precisión de sólo 20 grados, 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 amplia señal en forma de abanico presentaba serios problemas cuando más de un avión entraba en el haz. En este caso, la lectura de rumbo siempre indicaría que estaba desalineado y era imposible para los lectores de rango saber qué avión estaban midiendo. Incluso las tripulaciones más experimentadas no pudieron rastrear satisfactoriamente un objetivo en estas condiciones. [14]
GL Mk. Se desplegaron equipos I con la Fuerza Expedicionaria Británica , junto con las unidades MRU que proporcionaron alerta temprana . Tras el colapso de las defensas y la eventual evacuación de Dunkerque , estos decorados tuvieron que ser abandonados en Francia . [15]
Quedaron suficientes piezas para que el equipo de radar de Wolfgang Martini pudiera reconstruir el diseño y determinar las capacidades operativas básicas de los sistemas. Lo que encontraron no les 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 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 Chain Home, los informes alemanes sobre el estado de la Royal Air Force escritos justo antes de la Batalla de Gran Bretaña ni siquiera mencionaban 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 iniciado planes para una versión muy mejorada del sistema que también podría proporcionar información precisa de orientación y elevación. Siempre habían querido que el sistema GL fuera capaz de dirigir los cañones en todas las medidas, pero la urgente necesidad de llevar el sistema al campo lo antes posible lo impedía. [18]
Para añadir esta capacidad, adaptaron un concepto de los radares de Defensa Costera que está desarrollando Butement. La idea era utilizar dos antenas que apuntaran en direcciones ligeramente diferentes, pero con sus áreas sensibles superpuestas ligeramente en 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 situado 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 desplaza ligeramente. [19]
El resultado es una pantalla similar a CH, que muestra el alcance de los objetivos a la vista, pero cada uno de los objetivos produce dos señales muy cercanas entre sí. Al comparar la longitud de las señales, el operador puede saber qué antena apunta 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]
Como dice Mk. Cuando llegué al campo, se introdujeron una serie de mejoras en la electrónica básica. Estos se reunieron para formar el Mk. Versión I* . 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 veía una señal demasiado pequeña para funcionar. Éste fue sustituido por un cable entre las dos cabinas, que se conoció como bloqueo por 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 por una versión electrónica. Un cambio más importante fue la introducción de funciones antiinterferencias . [22] [c]
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 lo sería al menos hasta 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 sistema, proporcionando muchas de las mismas ventajas. [9]
El resultado fue el GL/EF , para Gun Laying/Elevation Finder , aunque se lo conocía casi universalmente como Bedford Attachment . [d] Esta modificación agregó 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. mk. Los I* con GL/EF comenzaron a desplegarse a principios de 1941, justo cuando el 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 continuamente, los predictores podían recibir información directamente desde el radar sin necesidad de entradas ópticas. Del mismo modo, las pistolas eran accionadas 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 la configuración de los fusibles se estableció automáticamente a partir de los valores de alcance provenientes 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 aviones ocasionales, quedó claro que el principal problema era la nivelación del terreno alrededor de la estación. Las largas longitudes de onda utilizadas en estos primeros radares interactuaban fuertemente con el suelo, lo que hacía que los rayos se reflejaran hacia adelante en lugar de absorberse o dispersarse. Estas señales reflejadas a veces alcanzaban los objetivos y eran devueltas al receptor, junto con las directas del transmisor. La interferencia entre los dos provocó que aparecieran nulos en el patrón de recepción, lo que dificultó encontrar el objetivo. [24]
En la práctica, estos nulos, especialmente en elevación, se moverían cuando las antenas giraran para rastrear un objetivo. Al principio, se creyó que esto no sería un problema grave y que podría abordarse 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 crear múltiples tablas de calibración, una para cada radar, o que si se deseaba una sola tabla de correcciones para diferentes marcaciones, 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, aplanando 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 descubrió que las dimensiones adecuadas eran un octágono de 130 yardas (120 m) de diámetro con una malla de alambre cuadrado de 2 pulgadas (5,1 cm). Este estaba sostenido en el aire por cientos de cables tensados que pasaban sobre estacas de madera a aproximadamente 5 pies (1,5 m) en el aire. Para conseguir 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 del Reino Unido con estas alfombrillas fue enorme. Cada estera consumía 230 rollos de malla de alambre, cada uno de 1,2 m (4 pies) de ancho por 46 m (50 yardas) de largo. En total cubrieron un área de aproximadamente 15.000 yardas cuadradas (13.000 m 2 ) y utilizaron 650 millas (1.050 km) de alambre, sin incluir las 10 millas (16 km) de alambre utilizados 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 1.600 kilómetros (1.000 millas) de alambre galvanizado, agotando el suministro de material de todo el país y provocando una escasez de alambre galvanizado en todo el país . [26]
La construcción de la alfombra requirió de unos 50 hombres y cuatro semanas para completarla. [27] [24] A finales de enero de 1941, sólo se habían mejorado 10 sitios y, mientras tanto, se estaban instalando nuevos emplazamientos de AA, 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 de AA necesitarían los tapetes, y esperaban que 600 sitios estuvieran operativos para marzo de 1942. Al final, el programa duró años y se fue agotando a medida que se introdujeron 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 poderoso reflector que haría invisible todo lo que estuviera detrás de él. Esto era 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 permitiera eliminar los reflejos en las zonas bajas, pero no se desarrolló completamente. [20]
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 comando 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 planeó estudiar el problema 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 "El Circo de Blackett". Blackett eligió deliberadamente 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 [de radar] y predecir la futura posición enemiga para el uso de las armas basándose únicamente en lápiz y papel, tablas de alcance y fusibles. La segunda tarea fue ayudar en el diseño de formas simples de máquinas trazadoras que se fabricarían en unas pocas semanas. El tercer objetivo era encontrar la manera de utilizar los predictores existentes en conexión con los equipos de radar. [31]
Mientras tanto, en noviembre de 1940, John Ashworth Ratcliffe fue trasladado del lado del Ministerio del Aire en 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 era muy fácil equivocarse en las entradas de los predictores, las computadoras analógicas que manejaban los cálculos balísticos . Esta información fue retroalimentada a través de la jerarquía del Ejército y nuevamente fue Bedford quien produjo la solución. Esto resultó en la creación de varios entrenadores 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 añadió un cuarto tráiler 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 fueron retroalimentados a través de la estructura de mando 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 proyectiles AA con el resultado de la destrucción de 14 aviones, una tasa de 18.500 proyectiles por muerte. Esto ya supuso una gran mejora con respecto a las estadísticas anteriores al radar, que eran 41.000 disparos por muerte. Pero con la adición de GL/EF, tapetes GL y una mejor doctrina, esto cayó a 4.100 disparos por muerte en 1941. [29] [33]
Pile comentó sobre las mejoras señalando:
Las dificultades iniciales se habían solucionado en gran medida, y los días 11 y 12 de mayo [1941], cuando las incursiones fueron tan generalizadas que se nos dio un mayor alcance, obtuvimos 9 víctimas, una probable y no menos de otras 17 dañadas. [...] Blitz prácticamente terminó esa noche. Al final del Blitz, habíamos destruido 170 asaltantes nocturnos, probablemente destruimos otros 58 y dañamos, en diversos grados, 118 más. [33]
Producción del Mk. II fue de Gramophone Company y Cossor. [8] Prototipo Mk. II comenzaron a aparecer ya en junio de 1940, pero se introdujeron cambios considerables en el diseño a medida que se obtuvo más información del Mk. Los sets comenzaron a llegar. El diseño final comenzó a llegar en cantidades de producción a principios de 1941. [18]
Las pantallas se ubicaron en una cabina de madera debajo del conjunto de receptores, incluidos CRT separados para alcance, rumbo y elevación, lo que permitió un seguimiento continuo durante todo el enfrentamiento. La antena del transmisor ahora venía en dos versiones, una con un haz de gran angular para detectar 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 había aumentado tres veces, de 50 a 150 kW. Esta potencia adicional ofrecía un alcance algo mejor, pero lo más importante era que permitía reducir significativamente el ancho del pulso ofreciendo el mismo alcance. La nitidez del eco es función del ancho del pulso, por lo que al reducirlo el sistema se volvió más preciso. El Mk. II podría 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 las armas. 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 las rondas por muerte a 2750, otro avance significativo. [33] Se produjeron 1.679 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 eficazmente en longitudes de onda de microondas mucho más cortas , lo que redujo las antenas a sólo unos pocos centímetros de largo. Estas antenas eran tan cortas que podían colocarse delante de 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 podrían tener un ancho de haz de quizás 5 grados. Utilizando una técnica conocida como escaneo cónico , una versión giratoria del cambio de lóbulo, 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 en pleno esfuerzo por 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. También se comenzó a trabajar en Canadá en 1940 en una versión diseñada y construida íntegramente en Canadá, cuya producción comenzó en septiembre de 1942 y las entregas llegaron al Reino Unido a partir de noviembre de 1942, como GL Mk. IIIC , y las unidades británicas llegarán el mes siguiente como Mk. IIIB. Estos eran dramáticamente más móviles que el anterior Mk. Yo y mk. II diseños, compuestos por remolques de dos ruedas y un grupo electrógeno. [36]
Debido a que las antenas eran mucho más direccionales que los amplios haces 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 apuntaran unos pocos grados por encima del horizonte. Esto aseguró que ninguna señal rebotara en el suelo durante la transmisión y que tampoco se vieran reflejos cercanos de la señal devuelta. Se eliminó la necesidad de la alfombra de conexión a tierra de los modelos anteriores y los sitios pudieron quedar libres y 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 el Mk. Estoy 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 la posguerra, estos fueron a su vez reemplazados por el AA No. 3 Mk. 7 , que permaneció en uso hasta que los cañones AA fueron retirados del servicio a finales de la década de 1950. [37]
El Mk. Utilicé dos antenas, una para transmisión y otra para recepción. Ambos fueron construidos sobre cabañas de madera, de construcción similar a una caravana , que contenían la electrónica respectiva. Las cabañas estaban montadas sobre grandes placas de soporte que permitían que toda la cabaña girara para rastrear objetivos. Estos, a su vez, estaban montados en carros de armas AA para mayor 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 duración con hasta 50 kW de potencia 1.500 veces por segundo. [38] Estos se transmitieron semidireccionalmente, iluminando toda el área frente al rumbo actual de la antena del transmisor. Dado que la señal era aún menos direccional verticalmente que horizontalmente, una cantidad significativa de la señal llegó 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 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 objetivo de la alfombra GL, que no eliminaba los reflejos, pero los hacía mucho más predecibles. [20]
Las unidades receptoras de distancia y marcación separadas podrían funcionar en varias bandas de frecuencia. Ambos receptores utilizaron un oscilador común, que se envió a la sección de radiofrecuencia (RF) de cuatro tubos . La frecuencia del oscilador se puede cambiar 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] Luego, los receptores se sintonizaron con precisión 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 del 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 amortiguación al final de la etapa de RF. [9]
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La señal de alcance se recibió en un único dipolo de media onda montado en el medio del conjunto de antenas horizontales, se alimentó a un receptor de RF de cuatro tubos y luego a 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 para que el haz estuviera centrado verticalmente. Las señales recibidas desde la antena harían que el haz se desviara hacia abajo para producir una señal, como en el caso de Chain Home. [2]
El eje X del sistema era alimentado por un generador de base de tiempo que arrastraba el haz de izquierda a derecha a través de la pantalla. Normalmente se activa una base de tiempo 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 configuró para abarcar la pantalla a un ritmo mucho más rápido, representando sólo una parte del tiempo total de vuelo 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 capacitores hasta que alcanzó un valor de activación. [38] Se necesitaba un sistema de puesta a tierra muy complejo para garantizar la precisión de los voltajes que salían del sistema potenciómetro, 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 lograr que el borde anterior del punto objetivo se alinee con una línea vertical en el CRT. El rango no se leyó en el CRT, sino en el dial. La esfera también giraba en forma de magslip, o selsyn, como se le conoce más comúnmente hoy en día. La salida del magslip se utilizó para girar directamente los controles del predictor, permitiendo que el radar actualizara continuamente la medición del alcance. [38]
La medición de la demora se recibió en un sistema de antena y receptor separado. En este caso se utilizaron dos dipolos de media onda, situados horizontalmente en la estructura de la antena a una longitud de onda aproximadamente. Ambas antenas estaban conectadas eléctricamente entre sí antes de entrar en 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 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 hacia qué lado girar cuando estaba fuera del objetivo. [38]
Por lo demás, el receptor de rodamiento era idéntico a la versión de gama 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 alcance y la ubicación horizontal de la señal no fue importante. En cambio, la base de tiempo se utilizó simplemente para ayudar a garantizar que el operador del rumbo estuviera mirando al mismo objetivo que el operador del rango: la señal de interés estaría en algún lugar cercano al centro. [38]
Luego, el operador del rodamiento giraba toda la cabaña del receptor usando un conjunto de engranajes conectado a pedales de bicicleta, buscando el punto en el que la señal desaparecía, indicando que el objetivo ahora estaba perfectamente alineado entre las dos antenas. Este sistema de búsqueda nula se utilizaba a menudo porque indica ubicaciones con mayor nitidez; 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 permitió conectarlas 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 bracketing . El sistema de fases había sido introducido por EC Slow y pasó a ser conocido como Slowcock . [38]
En general, los sistemas equipados con GL/EF eran similares a los del 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 alcance original se montó en la parte inferior de la escalera, con dos antenas nuevas igualmente espaciadas a lo largo de ella. Las antenas estaban espaciadas aproximadamente media longitud de onda, por lo que las señales interferirían de manera constructiva en un par y destructiva en el otro. Se usó un radiogoniómetro para cambiar la sensibilidad relativa del par superior de antenas, y las salidas del radiogoniómetro y la antena de alcance se enviaron a preamplificadores separados. [11]
Para completar el sistema se añadió un interruptor electrónico que estaba sincronizado a la señal de 50 Hz de la Red Nacional . La señal se utilizó para conmutar 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 la polarización del eje Y del CRT, de modo que aparecieron trazas alternativas encima o debajo del centro de un nuevo CRT dedicado a mediciones de elevación. El resultado fue que el trazo superior contenía la señal de alcance original como antes, mientras que el trazo inferior contenía la salida del radiogoniómetro; Al mirar a lo largo del trazo inferior debajo del indicador de rango, el operador podría girar el radiogoniómetro hasta que la señal alcanzara un valor nulo, revelando el ángulo. El operador ajustaría periódicamente la configuración a medida que reapareciera la señal inferior mientras el objetivo se movía. [11]
A medida que se desarrollaba el sistema, se introdujo una mejora adicional que permitió un seguimiento continuo en lugar de un reinicio periódico. El sistema de conmutación se modificó de modo que el rango se envió 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 mezclarían y producirían una única señal brillante en el trazo superior, mientras que el trazo inferior se anularía, como antes. Si la señal no fuera anulada, un segundo pitido débil parecería borrar el trazo superior, perceptible incluso antes de que el pitido en el trazo inferior se volviera visible. [20]
En las pruebas, se descubrió que la señal débil de solo alcance se volvía difícil de ver cuando la señal era ruidosa y saltaba. Un cambio final agregó un ligero retraso fijo a la señal de solo alcance, 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 antena de este tipo es que no es posible saber si la señal se recibe 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 rodamiento encendía un interruptor de detección que conectaba 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]
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 del ancho del 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, Mk. II 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 los radares RAF AI y ASV incluso cuando el Mk. Estaba siendo desarrollado, pero no habían sido adoptados para obtener Mk. Yo en servicio. mk. Fue, efectivamente, un esfuerzo por adaptar estas pantallas al conjunto GL. [21]
A diferencia de la pantalla GL/EL, el Mk. II utilicé 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 rastro único 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 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 movieron las antenas moviendo todo el avión. En el GL, el ángulo de orientación ya era móvil mediante el uso de la cabina giratoria. Una solución para mover el ángulo de elevación sería inclinar el 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 era una de las señales que era tan amplia que aparecían varios aviones en la pantalla. Esto se solucionó simplemente añadiendo 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. Estoy a 20 grados. El otro tenía un conjunto de antenas mucho más amplio, lo que reducía el patrón y hacía mucho más fácil detectar 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. 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 giraría a cero y se conectaría un telescopio al eje para que apuntara al horizonte. Luego se elevaba un globo y el radar lo seguía y las correcciones se leían a través del telescopio. [40]