El radar en la Segunda Guerra Mundial influyó enormemente en muchos aspectos importantes del conflicto. [1] Esta nueva tecnología revolucionaria de detección y seguimiento basados en radio fue utilizada tanto por los Aliados como por las potencias del Eje en la Segunda Guerra Mundial , que había evolucionado de forma independiente en varias naciones durante mediados de la década de 1930. [2] Al estallar la guerra en septiembre de 1939, tanto el Reino Unido como Alemania tenían sistemas de radar en funcionamiento . En el Reino Unido, se llamaba RDF, Range and Direction Finding , mientras que en Alemania se usaba el nombre Funkmeß (radio-medición), con aparatos llamados Funkmessgerät (dispositivo de medición de radio). En el momento de la Batalla de Gran Bretaña a mediados de 1940, la Real Fuerza Aérea (RAF) había integrado completamente el RDF como parte de la defensa aérea nacional.
En Estados Unidos, la tecnología se demostró durante diciembre de 1934. [3] Sin embargo, fue solo cuando la guerra se volvió probable que Estados Unidos reconoció el potencial de la nueva tecnología y comenzó el desarrollo de sistemas basados en barcos y tierra. La Armada de Estados Unidos desplegó el primero de ellos a principios de 1940, y un año después lo hizo el Ejército de Estados Unidos . El acrónimo RADAR (para Radio Detection And Ranging) fue acuñado por la Armada de Estados Unidos en 1940, y el término "radar" se volvió ampliamente utilizado.
Si bien se conocían los beneficios de operar en la porción de microondas del espectro radioeléctrico , no se disponía de transmisores para generar señales de microondas de potencia suficiente; por lo tanto, todos los primeros sistemas de radar operaban en frecuencias más bajas (por ejemplo, HF o VHF ). En febrero de 1940, Gran Bretaña desarrolló el magnetrón de cavidad resonante , capaz de producir potencia de microondas en el rango de los kilovatios, abriendo el camino a los sistemas de radar de segunda generación. [4]
Tras la caída de Francia , Gran Bretaña se dio cuenta de que la capacidad de fabricación de los Estados Unidos era vital para el éxito en la guerra; por ello, aunque Estados Unidos todavía no era un país beligerante, el primer ministro Winston Churchill ordenó que se compartieran los secretos tecnológicos de Gran Bretaña a cambio de las capacidades necesarias. En el verano de 1940, la Misión Tizard visitó los Estados Unidos. El magnetrón de cavidad se demostró a los estadounidenses en la RCA, Bell Labs, etc. Era 100 veces más potente que cualquier cosa que hubieran visto. [5] Bell Labs pudo duplicar el rendimiento, y se creó el Laboratorio de Radiación del MIT para desarrollar radares de microondas. El magnetrón fue descrito más tarde por los científicos militares estadounidenses como "la carga más valiosa que jamás haya traído a nuestras costas". [6] [7]
Además de Gran Bretaña, Alemania y Estados Unidos, también se desarrollaron y utilizaron radares de guerra en Australia , Canadá , Francia , Italia , Japón , Nueva Zelanda , Sudáfrica , la Unión Soviética y Suecia .
La investigación que condujo a la tecnología RDF en el Reino Unido fue iniciada por el Comité de Investigación Aeronáutica de Sir Henry Tizard a principios de 1935, en respuesta a la urgente necesidad de anticiparse a los ataques de los bombarderos alemanes. Se le pidió a Robert A. Watson-Watt , de la Estación de Investigación de Radio de Slough, que investigara un "rayo de la muerte" basado en la radio. En respuesta, Watson-Watt y su asistente científico, Arnold F. Wilkins , respondieron que podría ser más práctico utilizar la radio para detectar y rastrear aviones enemigos. El 26 de febrero de 1935, una prueba preliminar, comúnmente llamada Experimento Daventry , demostró que las señales de radio reflejadas desde un avión podían detectarse. Se asignaron fondos de investigación rápidamente y se inició un proyecto de desarrollo en gran secreto en la península de Orford Ness en Suffolk . EG Bowen fue responsable del desarrollo del transmisor pulsado. El 17 de junio de 1935, el aparato de investigación detectó con éxito un avión a una distancia de 17 millas. En agosto, AP Rowe , en representación del Comité Tizard, sugirió que la tecnología se llamara en código RDF, que significa " radio y dirección de búsqueda" .
En marzo de 1936, el trabajo de investigación y desarrollo del RDF se trasladó a la estación de investigación Bawdsey, situada en Bawdsey Manor, en Suffolk. Si bien esta operación estaba a cargo del Ministerio del Aire, el Ejército y la Marina se involucraron y pronto iniciaron sus propios programas.
En Bawdsey, los ingenieros y científicos desarrollaron la tecnología RDF, pero Watson-Watt, el jefe del equipo, pasó del aspecto técnico al desarrollo de una interfaz práctica entre máquina y usuario humano. Después de ver una demostración en la que los operadores intentaban localizar un bombardero "atacante", se dio cuenta de que el problema principal no era tecnológico, sino de gestión e interpretación de la información. Siguiendo el consejo de Watson-Watt, a principios de 1940, la RAF había creado una organización de control en capas que transmitía información de manera eficiente a lo largo de la cadena de mando y era capaz de rastrear grandes cantidades de aeronaves y dirigir interceptores hacia ellas. [8]
Inmediatamente después de que comenzara la guerra en septiembre de 1939, el desarrollo del RDF del Ministerio del Aire en Bawdsey se trasladó temporalmente al University College, Dundee, en Escocia. Un año después, la operación se trasladó a cerca de Worth Matravers en Dorset, en la costa sur de Inglaterra, y se denominó Telecommunications Research Establishment (TRE). En un traslado final, el TRE se trasladó al Malvern College en Great Malvern .
Se describen brevemente algunos de los principales equipos de radar/RDF utilizados por el Ministerio del Aire. Todos los sistemas recibieron la designación oficial de Estación Experimental del Ministerio del Aire (AMES) más un número de tipo; la mayoría de ellos se enumeran en este enlace.
Poco antes del estallido de la Segunda Guerra Mundial, se construyeron varias estaciones RDF (radar) en un sistema conocido como Chain Home (o CH ) a lo largo de las costas sur y este de Gran Bretaña, basándose en el exitoso modelo de Bawdsey. CH era un sistema relativamente simple. El lado de transmisión comprendía dos torres de acero de 300 pies (90 m) de altura colgadas con una serie de antenas entre ellas. Se utilizó un segundo conjunto de torres de madera de 240 pies (73 m) de altura para la recepción, con una serie de antenas cruzadas a varias alturas de hasta 215 pies (65 m). La mayoría de las estaciones tenían más de un conjunto de cada antena, sintonizadas para operar en diferentes frecuencias .
Los parámetros operativos típicos del CH fueron:
La salida de CH se leía con un osciloscopio . Cuando se enviaba un pulso desde las torres de transmisión, una línea visible viajaba horizontalmente a través de la pantalla muy rápidamente. La salida del receptor se amplificaba y se enviaba al eje vertical del osciloscopio, de modo que el retorno de un avión desviaría el haz hacia arriba. Esto formaba un pico en la pantalla, y la distancia desde el lado izquierdo, medida con una pequeña escala en la parte inferior de la pantalla, proporcionaba el alcance del objetivo. Al girar el goniómetro del receptor conectado a las antenas, el operador podía estimar la dirección hacia el objetivo (esta era la razón de las antenas en forma de cruz), mientras que la altura del desplazamiento vertical indicaba el tamaño de la formación. Al comparar las intensidades de retorno de las diversas antenas en la torre, se podía medir la altitud con cierta precisión.
El CH demostró ser muy eficaz durante la Batalla de Inglaterra y fue fundamental para que la RAF derrotara a las fuerzas mucho más numerosas de la Luftwaffe . Mientras que la Luftwaffe dependía de datos de reconocimiento y de barridos de cazas, a menudo obsoletos, la RAF conocía con un alto grado de precisión la fuerza de las formaciones de la Luftwaffe y los objetivos previstos. Las estaciones sectoriales pudieron enviar la cantidad necesaria de interceptores, a menudo solo en pequeñas cantidades. El CH actuó como un multiplicador de fuerza , lo que permitió administrar los recursos, tanto humanos como materiales, y solo tuvo que desplegarse cuando el ataque era inminente. Esto redujo en gran medida la fatiga del piloto y de la aeronave.
Al principio de la batalla, la Luftwaffe realizó una serie de pequeñas pero efectivas incursiones en varias estaciones, incluida Ventnor , pero fueron reparadas rápidamente. Mientras tanto, los operadores transmitían señales similares a las de un radar desde las estaciones vecinas para engañar a los alemanes y hacerles creer que la cobertura continuaba. Los ataques alemanes fueron esporádicos y de corta duración. El Alto Mando alemán aparentemente nunca entendió la importancia del radar para los esfuerzos de la RAF, o habría asignado a estas estaciones una prioridad mucho mayor. Se causaron mayores trastornos al destruir los enlaces de teletipo y de línea terrestre de las vulnerables casetas de control sobre el suelo y los cables de alimentación de los mástiles que al atacar las propias torres de celosía abiertas.
Para evitar el sistema CH, la Luftwaffe adoptó otras tácticas. Una de ellas era acercarse a la costa a muy baja altitud. Esto ya se había previsto y se contrarrestó hasta cierto punto con una serie de estaciones de corto alcance construidas justo en la costa, conocidas como Chain Home Low ( CHL ). Estos sistemas habían sido pensados para el tiro de artillería naval y se conocían como Defensa Costera (CD), pero sus estrechos haces también significaban que podían barrer un área mucho más cercana al suelo sin "ver" el reflejo del suelo o el agua, conocido como clutter . A diferencia de los sistemas CH más grandes, la antena y el receptor de transmisión del CHL tenían que rotarse; esto se hacía manualmente en un sistema de pedal-manivela por miembros de la WAAF hasta que el sistema fue motorizado en 1941.
Los sistemas similares al CH se adaptaron posteriormente con una nueva pantalla para producir las estaciones de intercepción controlada desde tierra (GCI) en enero de 1941. En estos sistemas, la antena se giraba mecánicamente, seguida de la pantalla en la consola del operador. Es decir, en lugar de una sola línea que atravesara la parte inferior de la pantalla de izquierda a derecha, la línea giraba alrededor de la pantalla a la misma velocidad que giraba la antena.
El resultado fue una representación en 2D del espacio aéreo alrededor de la estación con el operador en el medio, con todas las aeronaves apareciendo como puntos en la ubicación adecuada en el espacio. Llamados indicadores de posición del plan (PPI), estos simplificaron la cantidad de trabajo necesario para rastrear un objetivo por parte del operador. Philo Taylor Farnsworth refinó una versión de su tubo de imagen ( tubo de rayos catódicos o CRT) y lo llamó "Iatron". Podía almacenar una imagen durante milisegundos a minutos (incluso horas). Una versión que mantenía una imagen viva alrededor de un segundo antes de desvanecerse, resultó ser una adición útil a la evolución del radar. Este tubo de visualización de desvanecimiento lento fue utilizado por los controladores de tráfico aéreo desde el comienzo mismo del radar.
La Luftwaffe decidió evitar interceptar a los cazas volando de noche y con mal tiempo. Aunque las estaciones de control de la RAF conocían la ubicación de los bombarderos, no podían hacer mucho al respecto a menos que los pilotos de caza establecieran contacto visual.
Este problema ya había sido previsto y en 1936 Edward George Bowen inició un exitoso programa que desarrolló un sistema RDF miniaturizado adecuado para aeronaves: el radar de interceptación de aeronaves (AI) de a bordo (Watson-Watt denominó a los equipos CH RDF-1 y al AI RDF-2A). Los primeros equipos AI se pusieron a disposición de la RAF en 1939 y se instalaron en los aviones Bristol Blenheim (reemplazados rápidamente por los Bristol Beaufighters ). Estas medidas aumentaron enormemente las tasas de pérdidas de la Luftwaffe.
Más adelante en la guerra, los aviones británicos Mosquito de intrusión nocturna fueron equipados con AI Mk VIII y derivados posteriores, que con Serrate les permitieron rastrear a los cazas nocturnos alemanes a partir de sus emisiones de señales de Lichtenstein , así como un dispositivo llamado Perfectos que rastreaba los IFF alemanes . Como contramedida, los cazas nocturnos alemanes emplearon detectores de señales de radar Naxos ZR .
Mientras probaban los radares de IA cerca de Bawdsey Manor, el equipo de Bowen notó que el radar generaba fuertes señales de los barcos y los muelles. Esto se debía a los lados verticales de los objetos, que formaban excelentes reflectores parciales en las esquinas , lo que permitía la detección a varias millas de distancia. El equipo se centró en esta aplicación durante gran parte de 1938.
El radar aire-superficie (ASV) Mark I, que utilizaba una electrónica similar a la de los equipos AI, fue el primer radar transportado por aeronaves que entró en servicio a principios de 1940. Fue rápidamente reemplazado por el Mark II mejorado, que incluía antenas de barrido lateral que permitían a la aeronave barrer el doble del área en una sola pasada. El posterior ASV Mk. II tenía la potencia necesaria para detectar submarinos en la superficie, lo que eventualmente hizo que tales operaciones fueran suicidas.
Las mejoras del magnetrón de cavidad realizadas por John Randall y Harry Boot de la Universidad de Birmingham a principios de 1940 marcaron un avance importante en la capacidad del radar. El magnetrón resultante era un pequeño dispositivo que generaba frecuencias de microondas de alta potencia y permitió el desarrollo de un radar centimétrico práctico que operaba en la banda de frecuencia de radio SHF de 3 a 30 GHz (longitudes de onda de 10 a 1 cm). El radar centimétrico permite la detección de objetos mucho más pequeños y el uso de antenas mucho más pequeñas que los radares anteriores de frecuencia más baja. Un radar con una longitud de onda de 2 metros (banda VHF, 150 MHz) no puede detectar objetos que sean mucho más pequeños que 2 metros y requiere una antena cuyo tamaño sea del orden de 2 metros (un tamaño extraño para su uso en aviones). En cambio, un radar con una longitud de onda de 10 cm puede detectar objetos de 10 cm de tamaño con una antena de tamaño razonable.
Además, era esencial contar con un oscilador local sintonizable y un mezclador para el receptor. Estos fueron desarrollos específicos, el primero de ellos obra de RW Sutton, que desarrolló el klistrón réflex NR89 o "tubo Sutton", y el segundo de HWB Skinner, que desarrolló el cristal "bigote de gato".
A finales de 1939, cuando se tomó la decisión de desarrollar un radar de 10 cm, no había dispositivos activos adecuados disponibles: ni magnetrones de alta potencia, ni klistrones réflex, ni mezcladores de cristales de microondas de eficacia probada, ni células TR. A mediados de 1941, el Tipo 271, el primer radar naval de banda S, estaba en uso operativo. [9]
El magnetrón de cavidad fue quizás el invento más importante en la historia del radar. En la Misión Tizard , durante septiembre de 1940, se entregó gratuitamente a los EE. UU., junto con otros inventos, como la tecnología de chorro, a cambio de instalaciones de producción e investigación y desarrollo estadounidenses; los británicos necesitaban urgentemente producir el magnetrón en grandes cantidades. Edward George Bowen fue asignado a la misión como líder de la RDF. Esto llevó a la creación del Laboratorio de Radiación (Rad Lab) con sede en el MIT para seguir desarrollando el dispositivo y su uso. La mitad de los radares desplegados durante la Segunda Guerra Mundial se diseñaron en el Rad Lab, incluidos más de 100 sistemas diferentes que costaron 1.500 millones de dólares estadounidenses . [10]
Cuando se desarrolló por primera vez el magnetrón de cavidad, su uso en equipos RDF de microondas se vio retrasado porque los duplexores para VHF fueron destruidos por el nuevo transmisor de mayor potencia. Este problema se resolvió a principios de 1941 mediante el conmutador de transmisión-recepción (TR) desarrollado en el Laboratorio Clarendon de la Universidad de Oxford , que permitía que un transmisor y un receptor de pulsos compartieran la misma antena sin afectar al receptor.
La combinación de magnetrón, interruptor TR, antena pequeña y alta resolución permitió instalar radares pequeños y potentes en aeronaves. Las aeronaves de patrulla marítima podían detectar objetos tan pequeños como periscopios submarinos , lo que permitía a las aeronaves rastrear y atacar submarinos sumergidos, donde antes solo se podían detectar submarinos en la superficie. Sin embargo, según los últimos informes sobre la historia de la detección por periscopio de la Marina de los EE. UU. [11], las primeras posibilidades mínimas de detección por periscopio aparecieron solo durante los años 50 y 60 y el problema no se resolvió por completo ni siquiera en el cambio de milenio. Además, el radar podía detectar el submarino a un alcance mucho mayor que la observación visual, no solo de día sino también de noche, cuando los submarinos anteriormente podían salir a la superficie y recargar sus baterías de forma segura. Los radares de mapeo de contorno centimétrico como el H2S y el H2X de frecuencia aún más alta creado por los estadounidenses , permitieron nuevas tácticas en la campaña de bombardeo estratégico . Los radares centimétricos de colocación de armas eran mucho más precisos que la tecnología anterior; El radar mejoró la artillería naval aliada y, junto con la espoleta de proximidad , hizo que los cañones antiaéreos fueran mucho más efectivos. A los dos nuevos sistemas utilizados por las baterías antiaéreas se les atribuye [ ¿por quién? ] la destrucción de muchas bombas volantes V-1 a fines del verano de 1944.
Durante el desarrollo de la RDF del Ministerio del Aire en Bawdsey, se adjuntó un destacamento del Ejército para iniciar sus propios proyectos. Estos programas consistían en un sistema de apuntado de cañones (GL) para ayudar a apuntar los cañones antiaéreos y los reflectores y un sistema de defensa costera (CD) para dirigir la artillería costera. El destacamento del Ejército incluía a WAS Butement y PE Pollard, quienes, en 1930, demostraron un aparato de detección basado en radio que el Ejército no siguió desarrollando. [12]
Cuando comenzó la guerra y las actividades del Ministerio del Aire se trasladaron a Dundee , el destacamento del ejército pasó a formar parte de un nuevo centro de desarrollo en Christchurch , Dorset . John D. Cockcroft , un físico de la Universidad de Cambridge , que recibió un premio Nobel después de la guerra por su trabajo en física nuclear, se convirtió en director. Con su mayor competencia, la instalación se convirtió en el Establecimiento de Investigación y Desarrollo de Defensa Aérea (ADRDE) a mediados de 1941. Un año después, el ADRDE se trasladó a Great Malvern , en Worcestershire . En 1944, se le cambió el nombre a Establecimiento de Investigación y Desarrollo de Radar (RRDE). [13]
Mientras estuvo en Bawdsey, el destacamento del ejército desarrolló un sistema de apuntamiento de cañones ("GL") denominado Unidad de radio transportable ( TRU ). Pollard fue el líder del proyecto. La TRU, que operaba a 60 MHz (6 m) con una potencia de 50 kW, tenía dos furgonetas para el equipo electrónico y una furgoneta generadora; utilizaba una torre portátil de 105 pies para sostener una antena de transmisión y dos antenas de recepción. En octubre de 1937 se probó un prototipo que detectaba aeronaves a una distancia de 60 millas; la producción de 400 equipos denominados GL Mk. I comenzó en junio de 1938. El Ministerio del Aire adoptó algunos de estos equipos para aumentar la red CH en caso de daño enemigo.
Los juegos GL Mk. I fueron utilizados en el extranjero por el Ejército británico en Malta y Egipto en 1939-40. Diecisiete juegos fueron enviados a Francia con la Fuerza Expedicionaria Británica ; mientras que la mayoría fueron destruidos en la evacuación de Dunkerque a fines de mayo de 1940, unos pocos fueron capturados intactos, lo que dio a los alemanes la oportunidad de examinar el equipo RDF británico. Una versión mejorada, GL Mk. II , se utilizó durante toda la guerra; se pusieron en servicio unos 1.700 juegos, incluidos más de 200 suministrados a la Unión Soviética . La investigación operativa encontró que los cañones antiaéreos que usaban GL promediaban 4.100 disparos por impacto, en comparación con aproximadamente 20.000 disparos para el fuego previsto usando un director convencional .
A principios de 1938, Alan Butement comenzó el desarrollo de un sistema de Defensa Costera ( CD ) que incluía algunas de las características más avanzadas de la tecnología en evolución. Se utilizaron el transmisor y el receptor de 200 MHz que ya se estaban desarrollando para los equipos AI y ASV de la Defensa Aérea, pero, como el CD no sería aerotransportado, era posible utilizar más potencia y una antena mucho más grande . La potencia del transmisor se incrementó a 150 kW. Se desarrolló un conjunto dipolar de 10 pies (3,0 m) de alto y 24 pies (7,3 m) de ancho, que proporcionaba haces mucho más estrechos y una mayor ganancia. Este conjunto "lateral" giraba 1,5 revoluciones por minuto, barriendo un campo que cubría 360 grados. Se incorporó la conmutación de lóbulos en el conjunto transmisor, lo que proporcionaba una gran precisión direccional. Para analizar las capacidades del sistema, Butement formuló la primera relación matemática que más tarde se convirtió en la conocida "ecuación de alcance del radar".
Aunque inicialmente se pensó para detectar y dirigir el fuego a los buques de superficie, las primeras pruebas demostraron que el equipo CD tenía capacidades mucho mejores para detectar aeronaves a baja altitud que el Chain Home existente. En consecuencia, el CD también fue adoptado por la RAF para complementar las estaciones CH; en esta función, se lo denominó Chain Home Low ( CHL ).
Cuando el magnetrón de cavidad se hizo viable, la ADEE cooperó con TRE para utilizarlo en un conjunto GL experimental de 20 cm. Este fue probado primero y se descubrió que era demasiado frágil para el uso en el campo del ejército. La ADEE se convirtió en la ADRDE a principios de 1941 y comenzó el desarrollo del GL3B . Todo el equipo, incluido el generador de energía, estaba contenido en un remolque protegido, rematado con dos antenas de transmisión y recepción parabólicas de 6 pies sobre una base giratoria, ya que el interruptor de transmisión-recepción (TR) que permitía que una sola antena realizara ambas funciones aún no se había perfeccionado. Se estaban desarrollando sistemas de colocación de cañones de microondas similares en Canadá (el GL3C ) y en Estados Unidos (finalmente designado SCR-584 ). Aunque se fabricaron alrededor de 400 de los conjuntos GL3B , fue la versión estadounidense la más numerosa en la defensa de Londres durante los ataques V-1 .
El Departamento Experimental de la Escuela de Señales de Su Majestad (HMSS) había estado presente en las primeras demostraciones del trabajo realizado en Orfordness y Bawdsey Manor. Ubicado en Portsmouth , Hampshire , el Departamento Experimental tenía una capacidad independiente para desarrollar válvulas inalámbricas (tubos de vacío) y había proporcionado los tubos utilizados por Bowden en el transmisor de Orford Ness. Con excelentes instalaciones de investigación propias, el Almirantazgo basó su desarrollo de RDF en el HMSS. Este permaneció en Portsmouth hasta 1942, cuando se trasladó tierra adentro a lugares más seguros en Witley y Haslemere en Surrey . Estas dos operaciones se convirtieron en el Establecimiento de Señales del Almirantazgo (ASE). [14]
Se describen algunos radares representativos. Tenga en cuenta que los números de tipo no están ordenados por fecha.
El primer RDF exitoso de la Royal Navy fue el Type 79Y Surface Warning , probado en el mar a principios de 1938. John DS Rawlinson fue el director del proyecto. Este equipo de 43 MHz (7 m) y 70 kW utilizaba antenas de transmisión y recepción fijas y tenía un alcance de 30 a 50 millas, dependiendo de la altura de la antena. En 1940, se convirtió en el Type 281 , con una frecuencia aumentada a 85 MHz (3,5 m) y una potencia de entre 350 y 1000 kW, dependiendo del ancho de pulso. Con antenas orientables, también se utilizó para el control de armas. Se utilizó por primera vez en combate en marzo de 1941 con un éxito considerable. El Type 281B utilizaba una antena de transmisión y recepción común. El Type 281 , incluida la versión B, fue el sistema métrico más probado en batalla de la Royal Navy durante toda la guerra.
En 1938, John F. Coales comenzó el desarrollo de equipos de 600 MHz (50 cm). La frecuencia más alta permitió haces más estrechos (necesarios para la búsqueda aérea) y antenas más adecuadas para su uso a bordo. El primer equipo de 50 cm fue el Tipo 282. Con una salida de 25 kW y un par de antenas Yagi que incorporaban conmutación de lóbulos, se probó en junio de 1939. Este equipo detectó aeronaves en vuelo bajo a 2,5 millas y barcos a 5 millas. A principios de 1940, se fabricaron 200 equipos. Para utilizar el Tipo 282 como telémetro para el armamento principal, se utilizó una antena con un gran reflector parabólico cilíndrico y 12 dipolos. Este equipo se denominó Tipo 285 y tenía un alcance de 15 millas. Los Tipos 282 y Tipo 285 se utilizaron con cañones Bofors de 40 mm . Los Tipo 283 y Tipo 284 eran otros sistemas de dirección de artillería de 50 cm. El Tipo 289 se desarrolló basándose en la tecnología de radar holandesa de preguerra y utilizaba una antena Yagi. Con un diseño RDF mejorado, controlaba cañones antiaéreos Bofors de 40 mm (ver Dispositivo de escucha eléctrico).
El problema crítico de la detección de submarinos requería sistemas RDF que funcionaran a frecuencias más altas que los equipos existentes debido al menor tamaño físico de un submarino que la mayoría de los demás buques. Cuando se entregó el primer magnetrón de cavidad al TRE, se construyó un tablero de pruebas de demostración y se lo mostró al Almirantazgo. A principios de noviembre de 1940, un equipo de Portsmouth bajo el mando del SEA Landale se creó para desarrollar un equipo de advertencia de superficie de 10 cm para uso a bordo. En diciembre, un aparato experimental rastreó un submarino en la superficie a una distancia de 13 millas.
En Portsmouth, el equipo continuó con el desarrollo, colocando antenas detrás de parábolas cilíndricas (llamadas antenas "de queso") para generar un haz estrecho que mantuviera el contacto mientras el barco se balanceaba. El equipo, designado como radar Tipo 271 , se probó en marzo de 1941 y detectó el periscopio de un submarino sumergido a casi una milla. El equipo se desplegó en agosto de 1941, solo 12 meses después de que se demostrara el primer aparato. El 16 de noviembre, el primer submarino alemán se hundió después de ser detectado por un Tipo 271.
El Tipo 271 inicial se utilizó principalmente en buques más pequeños . En ASE Witley, este conjunto se modificó para convertirse en el Tipo 272 y el Tipo 273 para buques más grandes. Al utilizar reflectores más grandes, el Tipo 273 también detectó de manera efectiva aeronaves que volaban a baja altura, con un alcance de hasta 30 millas. Este fue el primer radar de la Marina Real con un indicador de posición en el plano .
Un desarrollo posterior condujo al radar Tipo 277 , con una potencia de transmisión casi 100 veces superior. Además de los equipos de detección por microondas, Coales desarrolló los equipos de control de tiro por microondas Tipo 275 y Tipo 276. Los refinamientos del magnetrón dieron como resultado dispositivos de 3,2 cm (9,4 GHz) que generaban una potencia máxima de 25 kW. Estos se utilizaron en el radar de control de tiro Tipo 262 y el radar de indicación de objetivos y navegación Tipo 268.
En 1922, A. Hoyt Taylor y Leo C. Young , que trabajaban en el Laboratorio de Radio de Aeronaves de la Armada de los EE. UU., notaron que un barco que cruzaba la ruta de transmisión de un enlace de radio producía un lento desvanecimiento de la señal. Informaron de esto como una interferencia Doppler con potencial para detectar el paso de un barco, pero no se investigó. En 1930, Lawrence A. Hyland , que trabajaba para Taylor en el Laboratorio de Investigación Naval (NRL), notó el mismo efecto en un avión que pasaba. Taylor informó oficialmente de esto. Hyland, Taylor y Young obtuvieron una patente (EE. UU. N.º 1981884, 1934) para un "Sistema para detectar objetos por radio". Se reconoció que la detección también necesitaba medición de alcance, y se proporcionó financiación para un transmisor pulsado. Esto se asignó a un equipo dirigido por Robert M. Page y, en diciembre de 1934, un aparato de placa de pruebas detectó con éxito un avión a una distancia de una milla.
Sin embargo, la Armada ignoró los avances posteriores y no fue hasta enero de 1939 que se probó en el mar su primer prototipo de sistema, el XAF de 200 MHz (1,5 m) . La Armada acuñó el acrónimo RADIO Detection And Ranging (RADAR) y, a fines de 1940, ordenó que se usara exclusivamente.
El informe de Taylor de 1930 había sido transmitido a los Laboratorios del Cuerpo de Señales (SCL) del Ejército de los EE. UU. Allí, William R. Blair tenía proyectos en marcha para detectar aeronaves a partir de la radiación térmica y la medición del sonido, y comenzó un proyecto de detección por pulsos Doppler. Tras el éxito de Page con la transmisión de pulsos, el SCL pronto siguió este camino. En 1936, Paul E. Watson desarrolló un sistema pulsado que el 14 de diciembre detectó aeronaves que volaban en el espacio aéreo de la ciudad de Nueva York a distancias de hasta siete millas. En 1938, esto había evolucionado hasta convertirse en el primer equipo de radiolocalización (RPF) del Ejército, designado SCR-268 , Signal Corps Radio , para camuflar la tecnología. Operaba a 200 MHz 1,5 m, con una potencia máxima de 7 kW. La señal recibida se utilizaba para dirigir un reflector .
En Europa, la guerra con Alemania había agotado los recursos del Reino Unido. Se decidió entregar los avances técnicos del Reino Unido a los Estados Unidos a cambio de acceso a secretos y capacidades de fabricación estadounidenses relacionados. En septiembre de 1940, comenzó la Misión Tizard .
Cuando comenzó el intercambio, los británicos se sorprendieron al enterarse del desarrollo del sistema de radar de pulsos de la Marina de los EE. UU., el CXAM , que resultó ser muy similar en capacidad a su tecnología Chain Home . Aunque los EE. UU. habían desarrollado el radar de pulsos independientemente de los británicos, existían serias debilidades en los esfuerzos estadounidenses, especialmente la falta de integración del radar en un sistema unificado de defensa aérea. En este aspecto, los británicos no tenían rival. [5]
El resultado de la Misión Tizard fue un gran paso adelante en la evolución del radar en los Estados Unidos. Aunque tanto el NRL como el SCL habían experimentado con transmisores de 10 cm, se vieron obstaculizados por la potencia insuficiente de los transmisores. El magnetrón de cavidad fue la respuesta que buscaban los EE. UU. y condujo a la creación del Laboratorio de Radiación del MIT (Rad Lab). Antes de finales de 1940, se puso en marcha el Rad Lab en el MIT y, posteriormente, casi todo el desarrollo del radar en los EE. UU. se realizó en sistemas de longitud de onda centimétrica. El MIT empleó a casi 4000 personas en su apogeo durante la Segunda Guerra Mundial.
Otras dos organizaciones fueron notables. Cuando el Rad Lab comenzó a operar en el MIT, se estableció un grupo complementario, llamado Radio Research Laboratory (RRL), en la cercana Universidad de Harvard . Dirigido por Frederick Terman , este se concentró en contramedidas electrónicas al radar. Otra organización fue el Combined Research Group (CRG) con sede en el NRL. En él participaron equipos estadounidenses, británicos y canadienses encargados de desarrollar sistemas de identificación amigo-enemigo (IFF) utilizados con radares, vitales para prevenir accidentes de fuego amigo .
Después de las pruebas, el XAF original fue mejorado y designado CXAM ; estos equipos de 200 MHz (1,5 m) y 15 kW entraron en producción limitada con las primeras entregas en mayo de 1940. El CXAM se perfeccionó hasta convertirse en el radar de alerta temprana SK , con entregas que comenzaron a fines de 1941. Este sistema de 200 MHz (1,5 m) usaba una antena de "colchón volante" y tenía un PPI. Con una potencia de salida máxima de 200 kW, podía detectar aeronaves a distancias de hasta 100 millas y barcos a 30 millas. El SK siguió siendo el radar de alerta temprana estándar para grandes buques estadounidenses durante la guerra. Los derivados para buques más pequeños fueron SA y SC . Se construyeron alrededor de 500 equipos de todas las versiones. El SD relacionado era un equipo de 114 MHz (2,63 m) diseñado por la NRL para su uso en submarinos; con un soporte de antena tipo periscopio, brindaba alerta temprana pero no información direccional. La BTL desarrolló un radar de control de tiro de 500 MHz (0,6 m) denominado FA (posteriormente Mark 1 ). Unos pocos entraron en servicio a mediados de 1940, pero con una potencia de tan solo 2 kW, pronto fueron reemplazados. [15]
Incluso antes de que el SCR-268 entrara en servicio, Harold Zahl estaba trabajando en el SCL en el desarrollo de un sistema mejor. El SCR-270 era la versión móvil y el SCR-271 una versión fija. Operando a 106 MHz (2,83 m) con una potencia pulsada de 100 kW, estos tenían un alcance de hasta 240 millas y comenzaron a entrar en servicio a fines de 1940. El 7 de diciembre de 1941, un SCR-270 en Oahu , Hawái, detectó la formación de ataque japonesa a una distancia de 132 millas (212 km), pero este plan crucial fue malinterpretado debido a una cadena de informes extremadamente ineficiente.
Otro radar métrico fue desarrollado por la SCL. Después de Pearl Harbor, existía la preocupación de que un ataque similar pudiera destruir esclusas vitales en el Canal de Panamá . Zahl había desarrollado un tubo transmisor que entregaba potencia pulsada de 240 kW a 600 MHz (0,5 M). Un equipo bajo el mando de John W. Marchetti lo incorporó a un SCR-268 adecuado para buques de vigilancia que operaban hasta 100 millas de la costa. El equipo se modificó para convertirse en el AN/TPS-3 , un radar de alerta temprana portátil y liviano utilizado en cabezas de playa y aeródromos capturados en el Pacífico Sur. Se produjeron alrededor de 900. [16]
La Misión Tizard proporcionó una muestra del ASV Mk II británico, que se convirtió en la base del ASE , para su uso en aviones de patrulla como el Consolidated PBY Catalina . Este fue el primer radar aerotransportado estadounidense en entrar en acción; se construyeron unos 7000. La NRL estaba trabajando en un radar aire-superficie de 515 MHz (58,3 cm) para el Grumman TBF Avenger , un nuevo bombardero torpedero . Se incorporaron componentes del ASE y entró en producción como ASB cuando Estados Unidos entró en la guerra. Este conjunto fue adoptado por las recién formadas Fuerzas Aéreas del Ejército como el SCR-521. El último de los radares no magnetrón, se construyeron más de 26 000.
Un último "regalo" de la Misión Tizard fue la espoleta de tiempo variable (VT) . Alan Butement había concebido la idea de una espoleta de proximidad mientras estaba desarrollando el sistema de defensa costera en Gran Bretaña durante 1939, y su concepto fue parte de la Misión Tizard. El Comité Nacional de Investigación de Defensa (NDRC) le pidió a Merle Tuve, de la Institución Carnegie de Washington, que tomara la iniciativa en la realización del concepto, que podría aumentar la probabilidad de muerte de los proyectiles. A partir de esto, la espoleta de tiempo variable surgió como una mejora de la espoleta de tiempo fijo. El dispositivo detectaba cuándo el proyectil se acercaba al objetivo, por lo que se le aplicó el nombre de tiempo variable.
Una espoleta VT, atornillada a la cabeza de un proyectil, irradiaba una señal de onda continua en el rango de 180 a 220 MHz. A medida que el proyectil se acercaba a su objetivo, esta se reflejaba en una frecuencia desplazada por el efecto Doppler por el objetivo y se combinaba con la señal original, cuya amplitud desencadenaba la detonación. El dispositivo exigía una miniaturización radical de los componentes, y en él participaron 112 empresas e instituciones. En 1942, el proyecto se transfirió al Laboratorio de Física Aplicada , formado por la Universidad Johns Hopkins . Durante la guerra, se fabricaron unos 22 millones de espoletas VT para varios calibres de proyectil.
Entre 1941 y 1945, se desarrollaron en Estados Unidos muchos tipos distintos de radares de microondas. La mayoría se originaron en el Rad Lab, donde se iniciaron unos 100 tipos diferentes. Aunque muchas empresas fabricaron equipos, solo Bell Telephone Laboratories (NTL) tuvo una participación importante en el desarrollo. Las dos operaciones de investigación militar principales, NRL y SCL, tenían responsabilidades en el desarrollo de componentes, ingeniería de sistemas, pruebas y otros tipos de apoyo, pero no asumieron funciones para el desarrollo de nuevos sistemas de radar centimétricos.
El Laboratorio Rad, que funcionaba bajo la dirección de la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico , una agencia que dependía directamente del presidente Franklin Roosevelt , estaba dirigido por Lee Alvin DuBridge y el eminente científico Isidor Isaac Rabi era su adjunto. EG "Taffy" Bowen , uno de los desarrolladores originales de RDF y miembro de la Misión Tizard, permaneció en los EE. UU. como asesor.
Al Rad Lab se le asignaron tres proyectos iniciales: un radar de interceptación de aeronaves de 10 cm , un sistema de colocación de cañones de 10 cm para uso antiaéreo y un sistema de navegación de aeronaves de largo alcance. El magnetrón de cavidad fue duplicado por Bell Telephone Laboratories (BTL) y puesto en producción para su uso por el Rad Lab en los dos primeros proyectos. El tercer proyecto, basado en la tecnología de búsqueda direccional, finalmente se convirtió en LORAN . Fue concebido por Alfred Lee Loomis , quien había ayudado a formar el Rad Lab. [17]
Inicialmente, el laboratorio de radiología construyó un conjunto experimental de placas de pruebas con un transmisor y un receptor de 10 cm utilizando antenas separadas (el interruptor TR aún no estaba disponible). Esto se probó con éxito en febrero de 1941, detectando un avión a una distancia de 4 millas.
El Rad Lab y el BTL también mejoraron el rendimiento del magnetrón, lo que permitió que el dispositivo y los sistemas asociados generaran longitudes de onda más altas. A medida que se utilizaban más frecuencias, se hizo común referirse a las operaciones de radar centimétrico en las siguientes bandas:
Se ha dejado un hueco en la banda K para evitar que las frecuencias sean absorbidas por el vapor de agua atmosférico. Estos rangos son los que dan las normas IEEE ; en otras normas, como las de la RSGB , se especifican valores ligeramente diferentes .
Después de que la BTL desarrollara el FA , el primer radar de control de tiro para la Armada de los EE. UU., lo mejoró con el FC (para su uso contra objetivos de superficie) y el FD (para dirigir armas antiaéreas). Algunos de estos equipos de 60 cm (750 MHz) comenzaron a prestar servicio en el otoño de 1941. Posteriormente se los designó Mark 3 y Mark 4 , respectivamente. Se produjeron alrededor de 125 equipos Mark 3 y 375 Mark 4.
Para el radar de intercepción de aeronaves , el conjunto de placa de pruebas Rad Lab de 10 cm se equipó con una antena parabólica con capacidades de escaneo de acimut y elevación . También se agregaron indicadores de tubo de rayos catódicos y controles apropiados. Edwin McMillan fue el principal responsable de construir y probar el conjunto de ingeniería. Esto se probó por primera vez en vuelo cerca de fines de marzo de 1941, brindando retornos de objetivos a una distancia de hasta cinco millas y sin interferencias del suelo , una ventaja principal del radar de microondas. Designado SCR-520 , este fue el primer radar de microondas de Estados Unidos. Vio un servicio limitado en algunos aviones de patrulla más grandes, pero era demasiado pesado para aviones de combate. Mejorado como el SCR-720 mucho más ligero , miles de estos equipos fueron fabricados y utilizados ampliamente tanto por los EE. UU. como por Gran Bretaña (como el AI Mk X) durante la guerra.
El desarrollo del sistema de colocación de cañones de microondas ya había comenzado en Gran Bretaña, y se incluyó con alta prioridad en el Rad Lab debido a su urgente necesidad. El proyecto, con Ivan Getting a la cabeza, comenzó con la misma placa de pruebas de 10 cm utilizada en el proyecto AI. El desarrollo del sistema GL fue un desafío. Se necesitaba un nuevo y complejo servomecanismo para dirigir un gran reflector parabólico, y se requería seguimiento automático. Al detectar un objetivo, la salida del receptor se usaría para poner el control servo en un modo de bloqueo de seguimiento. La montura y el reflector se desarrollaron con la Oficina Central de Ingeniería de Chrysler . BTL desarrolló la computadora analógica electrónica, llamada M-9 Predictor-Corrector , que contenía 160 tubos de vacío. Los componentes se integraron y se entregaron en mayo de 1942 al Cuerpo de Señales del Ejército para pruebas. Designado como SCR-584 Anti-Aircraft Gun-Laying System , alrededor de 1.500 de estos se utilizaron en Europa y el Pacífico a partir de principios de 1944. [18]
Después de la demostración experimental de la placa de pruebas de 10 cm, la Armada solicitó un radar de búsqueda de banda S para aplicaciones a bordo de barcos y aerotransportadas. Bajo el liderazgo de Ernest Pollard , el equipo de a bordo SG de 50 kW se probó en el mar en mayo de 1941, seguido por la versión ASG para grandes aviones de patrulla y dirigibles de la Armada . Con un montaje giroestabilizado, el SG podía detectar grandes barcos a 15 millas y un periscopio submarino a 5 millas. Se construyeron alrededor de 1000 de estos equipos. El ASG fue designado AN/APS-2 y comúnmente llamado "George" ; se construyeron alrededor de 5000 de estos y se demostró que eran muy eficaces en la detección de submarinos.
Una versión compacta del SG para los buques PT se denominó SO . Estos se introdujeron en 1942. Otras variantes fueron el SF , un conjunto para buques de guerra más ligeros, el SH para grandes buques mercantes, y el SE y SL , para otros buques más pequeños. La Armada también adoptó versiones del SCR-584 del Ejército (sin la unidad M-9 pero con giroestabilizadores) para radares de búsqueda a bordo, el SM para portaaviones de flota y el SP para portaaviones de escolta . Ninguno de estos se produjo en grandes cantidades, pero fueron muy útiles en las operaciones.
El BTL desarrolló el SJ , un complemento de banda S para el radar de ondas métricas SD de los submarinos. La antena del SJ podía barrer el horizonte hasta unas 6 millas con buena precisión. En 1945, el desarrollo del SV mejorado aumentó los rangos de detección a 30 millas.
El proyecto más ambicioso y de largo plazo del Rad Lab fue el Proyecto Cadillac , el primer sistema de radar de alerta temprana aerotransportado. Liderado por Jerome Wiesner , aproximadamente el 20 por ciento del personal del Rad Lab finalmente participaría. Designado AN/APS-20 , este radar de 20 cm (1,5 GHz) y 1 MW pesaba 2300 libras, incluido un radomo de 8 pies que encierra una antena parabólica giratoria. Llevado por un avión TBF Avenger con base en portaaviones, podía detectar aviones grandes a distancias de hasta 100 millas. El sistema de radar aerotransportado incluía una cámara de televisión para captar la pantalla PPI y un enlace VHF transmitía la imagen al Centro de Información de Combate en el portaaviones anfitrión. El sistema voló por primera vez en agosto de 1944 y entró en servicio el siguiente marzo. Esta fue la base del concepto del Sistema de Control y Alerta Aerotransportada (AWACS) de posguerra .
En 1941, Luis Álvarez inventó una antena de matriz en fase con excelentes características de radiación. Cuando se desarrolló el magnetrón de 3 cm, la antena Álvarez se utilizó en varios radares de banda X. El Eagle , posteriormente designado AN/APQ-7 , proporcionaba una imagen similar a un mapa del terreno a unas 170 millas a lo largo de la trayectoria de avance de un bombardero. Se construyeron unos 1.600 equipos Eagle y fueron utilizados por las Fuerzas Aéreas del Ejército, principalmente sobre Japón. La misma tecnología se utilizó en el ASD ( AN/APS-2, comúnmente conocido como "Dog" ), un radar de búsqueda y localización utilizado por la Armada en bombarderos más pequeños; a este le siguieron varias versiones más ligeras, incluido el AIA-1, conocido como "mira de radar".
La antena Alvarez también se utilizó en el desarrollo del Ground Control Approach (GCA), un sistema combinado de aterrizaje a ciegas de banda S y banda X para bases de bombarderos; este sistema se utilizó particularmente para ayudar a los aviones que regresaban de misiones en condiciones climáticas adversas.
El BTL también desarrolló radares de banda X. El radar de control de tiro Mark 8 (FH) se basó en un nuevo tipo de antena desarrollada por George Mueller . Se trataba de un conjunto de 42 guías de ondas con forma de tubo que disparaban por el extremo y que permitían la dirección electrónica del haz; para ello, el BTL desarrolló la computadora de control de tiro Mark 4. El Mark 22 era un sistema de "cabeceo" utilizado para la búsqueda de la altura del objetivo con radares de control de tiro. Con una antena con forma de rodaja de naranja, proporcionaba un haz muy estrecho y horizontal para explorar el cielo. El Ejército también lo adoptó como AN/TPS-10 , una versión terrestre que comúnmente se llamaba " Li'l Abner ", en honor a un popular personaje de tira cómica.
Aunque no se implementó en un sistema completo hasta después de la guerra, la técnica monopulso se demostró por primera vez en el NRL en 1943 en un equipo de banda X existente. El concepto se atribuye a Robert Page en el NRL y se desarrolló para mejorar la precisión de seguimiento de los radares. [19] Después de la guerra, esencialmente todos los nuevos sistemas de radar utilizaron esta tecnología, incluido el AN/FPS-16 , el radar de seguimiento más utilizado en la historia.
La Unión Soviética invadió Polonia en septiembre de 1939 en virtud del Pacto Mólotov-Ribbentrop con Alemania; la Unión Soviética invadió Finlandia en noviembre de 1939; en junio de 1941, Alemania derogó el pacto de no agresión e invadió la Unión Soviética . Aunque la URSS tenía científicos e ingenieros destacados, comenzó la investigación sobre lo que más tarde se convertiría en radar ( radiolokatsiya , lit. radiolocalización) tan pronto como cualquier otro, y avanzó mucho con el desarrollo temprano del magnetrón, entró en la guerra sin un sistema de radar en funcionamiento y totalmente capaz. [20]
Las fuerzas militares de la URSS eran la Raboche-Krest'yanskaya Krasnaya Armiya (RKKA, el Ejército Rojo de Trabajadores y Campesinos), la Raboche-Krest'yansky Krasny Flot (RKKF, la Flota Roja de Trabajadores y Campesinos) y la Voyenno . -Vozdushnye Sily (VVS, Fuerzas Aéreas Soviéticas).
A mediados de la década de 1930, la Luftwaffe alemana contaba con aviones capaces de penetrar profundamente en territorio soviético. La observación visual se utilizaba para detectar a los aviones que se acercaban. Para la detección nocturna, la Glavnoye artilleriyskoye upravleniye (GAU, Administración Principal de Artillería) del Ejército Rojo había desarrollado una unidad acústica que se utilizaba para apuntar un reflector a los objetivos. Estas técnicas eran poco prácticas con aviones que se encontraban por encima de las nubes o a una distancia considerable; para superar esto, se inició la investigación sobre la detección por medios electromagnéticos. El teniente general MM Lobanov fue responsable de estos esfuerzos en la GAU, y documentó detalladamente esta actividad más tarde. [21]
La mayor parte de los primeros trabajos en radioobnaruzhenie (radiodetección) se llevaron a cabo en Leningrado , inicialmente en el Leningradskii Elektrofizicheskii Institut (Instituto de Electrofísica de Leningrado, LEPI). Allí, Abram F. Ioffe , considerado generalmente el físico más destacado de la Unión Soviética, era el director científico. El LEPI se concentró en la radiación de señales de onda continua (OC), detectando la existencia y dirección de sus reflexiones para su uso en sistemas de alerta temprana.
Mientras que la GAU estaba interesada en la detección, la Voiska Protivo-vozdushnoi oborony (PVO, Fuerzas de Defensa Aérea) estaba interesada en determinar la distancia del objetivo. Pavel K. Oshchepkov, del personal técnico de PVO en Moscú, creía firmemente que el equipo de radiolocalización (radiolocalización) debería ser pulsado, lo que permitiría potencialmente determinar la distancia directamente. Fue transferido a Leningrado para dirigir una Oficina de Construcción Especial (SCB) para equipos de radiolocalización.
La Academia Rusa de Ciencias convocó una reunión para examinar los métodos de detección actuales y propuestos ; la misma se celebró en Leningrado el 16 de enero de 1934 y fue presidida por Ioffe. La radiolocalización surgió como la técnica más prometedora, pero el tipo (onda continua o pulsada) y la longitud de onda ( alta frecuencia o microondas ) quedaron por resolver [22].
En la Base de la Ciencia de la Computación, el equipo de Oshchepkov desarrolló un sistema experimental de radiolocalización por pulsos que funcionaba a 4 m (75 MHz). Tenía una potencia máxima de aproximadamente 1 kW y una duración de pulso de 10 μs; se utilizaban antenas de transmisión y recepción independientes. En abril de 1937, las pruebas consiguieron un alcance de detección de casi 17 km a una altura de 1,5 km. Aunque este fue un buen comienzo para la radiolocalización por pulsos, el sistema no era capaz de medir el alcance (la técnica de utilizar pulsos para determinar el alcance se conocía gracias a las sondas de la ionosfera , pero no se persiguió). Aunque nunca creó una capacidad de búsqueda de rango para su sistema, a Oshchepkov se le suele llamar el padre del radar en la Unión Soviética. [23]
Mientras Oshchepkov exploraba los sistemas pulsados, el trabajo en CW continuó en el LEPI. En 1935, el LEPI pasó a ser parte del Nauchno-issledovatel institut-9 (NII-9, Instituto de Investigación Científica #9), una de las varias secciones técnicas bajo la GAU. Con MA Bonch-Bruevich como Director Científico, la investigación en el desarrollo de CW continuó. Se desarrollaron dos sistemas experimentales prometedores. Un equipo VHF denominado Bistro (Rápido) y el microondas Burya (Tormenta). Las mejores características de estos se combinaron en un sistema móvil llamado Ulavlivatel Samoletov (Radio Receptor de Aeronaves), pronto denominado RUS-1 (РУС-1). Este sistema CW biestático utilizaba un transmisor montado en un camión que operaba a 4,7 m (64 MHz) y dos receptores montados en el camión.
En junio de 1937, se detuvo todo el trabajo de radiolocalización en Leningrado. La Gran Purga de Joseph Stalin se extendió por la comunidad militar y científica, lo que resultó en casi dos millones de ejecuciones. [24] La SCB fue clausurada; Oshchepkov fue acusado de "delitos graves" y sentenciado a 10 años de prisión en un Gulag . El NII-9 también fue atacado, pero se salvó gracias a la influencia de Bonch-Bruyevich, un favorito de Vladimir Lenin en la década anterior. El NII-9 como organización se salvó y Bonch-Bruyevich fue nombrado director. Las purgas resultaron en una pérdida de más de un año en el desarrollo.
El RUS-1 se probó y se puso en producción en 1939, entró en servicio de forma limitada en 1940 y se convirtió en el primer sistema de localización por radio empleado en el Ejército Rojo. Bonch-Bruyevich murió en marzo de 1941, lo que creó una brecha en el liderazgo y retrasó aún más el desarrollo de la localización por radio de onda continua.
El Instituto de Investigación Científica de Señales del Ejército Rojo (NIIIS-KA), que en un principio se había opuesto tenazmente a la tecnología de localización por radio, pasó a tener el control total de su desarrollo en la Unión Soviética. Adoptó el sistema pulsado de Oshchepkov y, en julio de 1938, contaba con un sistema experimental biestático de posición fija que detectaba un avión a una distancia de 30 km a alturas de 500 m, y a una distancia de 95 km para objetivos a una altitud de 7,5 km.
El proyecto fue asumido por el LPTI de Ioffe, y el resultado fue un sistema denominado Redut (Reducto) con una potencia máxima de 50 kW y una duración de pulso de 10 μs. El Redut se probó por primera vez en campo en octubre de 1939, en un sitio cerca de Sebastopol , un puerto naval estratégico del Mar Negro .
En 1940, el LEPI se hizo cargo del desarrollo del Redut y perfeccionó la capacidad crítica de medición de distancias. Para mostrar la información de distancias se utilizó una pantalla de rayos catódicos, hecha a partir de un osciloscopio. En julio de 1940, el nuevo sistema se denominó RUS-2 (РУС-2). En febrero de 1941 se desarrolló un dispositivo de transmisión y recepción (un duplexor) que permitía operar con una antena común. Estos avances se lograron en una estación experimental en Toksovo (cerca de Leningrado) y se realizó un pedido a la fábrica Svetlana de 15 sistemas.
El último RUS-2 tenía una potencia de pulso cercana a los 40 kW a 4 m (75 MHz). El equipo estaba en una cabina sobre una plataforma impulsada por motor, con una antena Yagi-Uda de siete elementos montada a unos cinco metros por encima del techo. La cabina, con la antena, podía rotar sobre un amplio sector para apuntar el patrón de transmisión-recepción. El rango de detección era de 10 a 30 km para objetivos a una altitud de hasta 500 m y de 25 a 100 km para objetivos a gran altitud. La varianza era de aproximadamente 1,5 km para el alcance y 7 grados para el acimut.
En Járkov (Ucrania) se creó un segundo centro de investigación de radiolocalización . Allí, el Instituto Ucraniano de Física y Tecnología (UIPT) cooperaba estrechamente con la Universidad de Járkov (KU). El UIPT se hizo famoso fuera de la URSS y atrajo la visita de físicos de renombre mundial como Niels Bohr y Paul Dirac . El futuro premio Nobel Lev Landau dirigió el Departamento Teórico. El Laboratorio independiente de Oscilaciones Electromagnéticas (LEMO) estaba dirigido por Abram A. Slutskin .
En el LEMO, los magnetrones eran un tema de investigación importante. En 1934, un equipo dirigido por Aleksandr Y. Usikov había desarrollado una serie de magnetrones de ánodo segmentado que cubrían de 80 a 20 cm (0,37 a 1,5 GHz), con una potencia de salida de entre 30 y 100 W. Semion Y. Braude desarrolló un magnetrón con carcasa de vidrio que producía 17 kW con una eficiencia del 55 por ciento a 80 cm (370 MHz), sintonizable sobre un cambio de longitud de onda del 30 por ciento, proporcionando una cobertura de frecuencia de aproximadamente 260 MHz a 480 MHz (el límite entre VHF y UHF ). Estos fueron descritos en detalle en revistas en idioma alemán, una práctica adoptada por la UIPT para ganar publicidad para sus avances.
En 1937, el NIIIS-KA contrató a LEMO para desarrollar un sistema de radiolocalización pulsada para la detección de aeronaves. El proyecto recibió el nombre en código de Zenit (un equipo de fútbol popular en ese momento) y estaba dirigido por Slutskin. El desarrollo del transmisor estuvo a cargo de Usikov. La unidad utilizaba un magnetrón de 60 cm (500 MHz) con pulsos de una duración de 7 a 10 μs y que proporcionaba una potencia pulsada de 3 kW, que luego se incrementó a cerca de 10 kW. [25]
Braude dirigió el desarrollo del receptor. Se trataba de una unidad superheterodina que inicialmente utilizaba un magnetrón sintonizable como oscilador local, pero carecía de estabilidad y fue reemplazado por un circuito que utilizaba un triodo de bellota tipo RCA 955. Los pulsos devueltos se mostraban en un osciloscopio de rayos catódicos , lo que permitía medir el alcance.
En octubre de 1938 se realizó una prueba del Zenit , en la que se detectó un bombardero mediano a una distancia de 3 km y se determinaron las áreas a mejorar. Una vez realizados los cambios, se realizó una demostración en septiembre de 1940. Se demostró que las tres coordenadas (alcance, altitud y acimut) de un avión que volaba a alturas entre 4.000 y 7.000 metros podían determinarse hasta a 25 km de distancia, pero con poca precisión. Además, con las antenas apuntadas en un ángulo bajo, la interferencia del suelo era un problema.
Aunque no era adecuado para aplicaciones de apuntamiento de armas, mostró el camino para sistemas futuros. Sin embargo, una característica operativa hizo que el Zenit no fuera adecuado para apuntar con armas a aviones que se movieran rápidamente. Se utilizó un método de lectura nula para analizar las señales; las coordenadas de acimut y elevación tuvieron que adquirirse por separado, lo que requirió una secuencia de movimientos de antena que tomó 38 segundos para las tres coordenadas.
En el LEMO se continuó trabajando en el Zenit , convirtiéndolo en un sistema de una sola antena denominado Rubin . Sin embargo, este esfuerzo se vio interrumpido por la invasión de la URSS por parte de Alemania en junio de 1941. En poco tiempo, se ordenó la evacuación de todas las industrias críticas y otras operaciones en Járkov hacia el este .
Cuando la guerra relámpago alemana arrasó la Unión Soviética en junio de 1941, tres enormes grupos del ejército dirigidos por tanques avanzaron en un frente de 1.400 kilómetros con Leningrado, Moscú y la región de Ucrania como objetivos. A continuación se produjo lo que los soviéticos denominaron la Gran Guerra Patria . El Komitet Oborony (Comité de Defensa, el pequeño grupo de líderes que rodeaba a Stalin) dio prioridad a la defensa de Moscú; los laboratorios y fábricas de Leningrado debían ser evacuados a los Urales , para luego ser evacuados a las instalaciones de Járkov.
La Unión Soviética fabricó varios sistemas de radar diferentes en las instalaciones reubicadas durante la guerra, complementados con unos 2.600 equipos de radar de diversos tipos en el marco del Programa de Préstamo y Arriendo. [26]
La fábrica Sveltana de Leningrado había construido unos 45 sistemas RUS-1 , que se desplegaron a lo largo de las fronteras occidentales y en el Lejano Oriente. Sin embargo, sin capacidad de medición de distancia, los militares consideraron que el RUS-1 era de poca utilidad.
Cuando comenzaron los ataques aéreos sobre Leningrado, el aparato de prueba RUS-2 , montado en el polígono experimental de Toksovo, entró en funcionamiento táctico y proporcionaba alertas tempranas sobre formaciones de la Luftwaffe (fuerza aérea alemana). Con un alcance de hasta 100 km, este aparato proporcionaba información oportuna a las redes de defensa civil y de cazas, lo que atrajo la atención de las autoridades, que hasta entonces habían mostrado poco interés en los equipos de radiolocalización.
A mediados de julio, las actividades de radiolocalización del LEPI y NII-9 se enviaron a Moscú, donde se combinaron con las unidades existentes del NIIIS-KA. Se instaló un sistema RUS-2 cerca de Moscú, tripulado por personal del LPTI recientemente trasladado; se utilizó por primera vez el 22 de julio, cuando detectó por la noche un vuelo entrante de unos 200 bombarderos alemanes cuando se encontraban a 100 km de distancia. Este fue el primer ataque aéreo sobre Moscú e inmediatamente dio lugar a la construcción de tres anillos de baterías antiaéreas alrededor de la ciudad, todos ellos conectados a un puesto de mando central.
Varios transmisores y receptores construidos para los sistemas RUS-2 fueron rápidamente adaptados por el NIII-KA para estaciones de radiolocalización fijas alrededor de Moscú. Designados como RUS-2S y también P2 Pegmatit , estos tenían su antena Yagi montada en torres de acero de 20 metros y podían escanear un sector de 270 grados. Para construir equipos adicionales, en enero de 1942, la Fábrica 339 en Moscú se convirtió en la primera instalación de fabricación en la Unión Soviética dedicada a equipos de radiolocalización (pronto llamados oficialmente radar). Durante 1942, esta instalación construyó e instaló 53 equipos RUS-2S alrededor de Moscú y otros lugares críticos en la URSS.
La fábrica 339 contaba con un personal de investigación e ingeniería excepcional; anteriormente, esta había estado separada administrativamente y designada como el Instituto Científico de la Industria de Radio N.º 20 (NII-20). Victor V. Tikhomirov , un pionero en la ingeniería de radio para aeronaves nacionales, era el Director Técnico. (Más tarde, el Instituto de Investigación Científica de Diseño de Instrumentos Tikhomirov recibió su nombre en su honor). La fábrica 339 y el NII-20 asociado dominaron el desarrollo y la fabricación de equipos de radar en la URSS durante la guerra.
Durante la guerra, en la fábrica 339 se construyeron numerosos modelos del RUS-2 . Si bien proporcionaban una alerta temprana, estos modelos adolecían de la deficiencia de no indicar la altura del objetivo (ángulo de elevación). Por lo tanto, se utilizaban principalmente en combinación con puestos de observación visual, y los humanos utilizaban dispositivos ópticos para estimar la altitud e identificar el tipo de aeronave.
Desde los primeros intentos de localización por radio, se planteó la cuestión de cómo se podía identificar una aeronave: ¿era amiga o enemiga? Con la introducción del RUS-2 , este problema requirió una solución inmediata. El NII-20 desarrolló una unidad para ser transportada en una aeronave que respondería automáticamente como "amiga" a una iluminación de radio de un radar soviético. Un transpondedor , designado como SCH-3 y más tarde llamado unidad de identificación de amigo o enemigo (IFF), se puso en producción en la Fábrica 339 en 1943. Esta unidad inicialmente respondía solo a la señal del RUS-2 , y solo se construyó un número relativamente pequeño de estas unidades y las que le sucedieron en la URSS.
El RUS-2 fue patrocinado por la PVO y estaba destinado a la alerta temprana. La GAU todavía quería un sistema de colocación de cañones capaz de apoyar a las baterías antiaéreas. Al llegar a Moscú, el grupo de radiolocalización del NII-9 continuó trabajando para la PVO en este problema, volviendo a Buria , el conjunto experimental de microondas construido anteriormente. En pocas semanas, un equipo dirigido por Mikhail L. Sliozberg y con la cooperación del NII-20, desarrolló un conjunto de CW biestático denominado SON ( acrónimo de Stancyja Orudijnoi Navodki en ruso : Станция орудийной наводки — Estación de colocación de cañones) utilizando un magnetrón de 15 cm (2,0 GHz).
A principios de octubre, un batallón antiaéreo cerca de Moscú probó en combate el conjunto experimental Son . El rendimiento del Son basado en radio fue deficiente en comparación con el del Puazo-3 basado en óptica existente , un telémetro estereoscópico que Oshchepkov había mejorado anteriormente. El proyecto se interrumpió y no se hicieron más intentos de utilizar magnetrones en equipos de radiolocalización. Después de este fracaso, el NII-9 fue enviado a otro lugar y ya no participó en actividades de radiolocalización. Una parte del grupo de radiolocalización, incluido Sliozberg, permaneció en Moscú trabajando para el NII-20.
Poco después de que Alemania invadiera la URSS, una delegación de oficiales militares soviéticos visitó Gran Bretaña en busca de ayuda en materia de equipamiento de defensa. Según sus fuentes de inteligencia, los soviéticos conocían el sistema británico de localización de alcance y dirección (RDF ), el GL Mk II, y pidieron que se probara este equipo en la defensa de Moscú. A principios de enero de 1942, Winston Churchill aceptó enviar uno de estos sistemas a Rusia, pero con la condición de que estuviera totalmente protegido por oficiales británicos y fuera operado por técnicos británicos.
Cuando el barco que transportaba el equipo llegó a Murmansk , un puerto marítimo frente al mar de Bering , sobre el Círculo Polar Ártico , hubo una tormenta invernal y la descarga tuvo que esperar toda la noche. A la mañana siguiente, se descubrió que todo el sistema GL Mk II, montado en tres camiones, había desaparecido. La embajada británica protestó de inmediato y, después de varios días, se informó a los oficiales de que el equipo había sido trasladado a Moscú para su seguridad.
De hecho, el aparato había sido enviado a Moscú, directamente a la NII-20 y a la Fábrica 339, donde los expertos de inteligencia lo examinaron a fondo y Sliozberg dirigió a un equipo que realizó rápidamente ingeniería inversa del hardware. A mediados de febrero, la NII-20 anunció que había desarrollado un nuevo sistema de localización por radio denominado Son-2a . Se trataba, en esencia, de una copia directa del GL Mk II.
El Son-2a , que operaba a 5 m (60 MHz), utilizaba camiones separados para el equipo de transmisión y recepción, y un tercer camión transportaba un generador de energía. En uso, se fijaba una antena de transmisión de matriz dipolar que proporcionaba un patrón amplio en la parte superior de un poste conectado a tierra. Separada del transmisor por unos 100 metros, la estación receptora estaba en una cabina giratoria con antenas en forma de ala montadas a cada lado. Un mástil sobre la cabina sostenía un par de antenas que se usaban con un goniómetro para determinar la altura.
Al igual que el GL Mk II británico original, el Son-2a no resultó de gran ayuda para orientar los reflectores y los cañones antiaéreos. No obstante, se puso en producción y se entregó al Ejército Rojo en diciembre de 1942. Durante los tres años siguientes, se construyeron unos 125 de estos equipos. Además, se proporcionaron más de 200 sistemas GL Mk IIIC (mejoras respecto del Mk II y construidos en Canadá) [27] en el marco del programa de Préstamo y Arriendo , lo que convirtió a esta combinación en el equipo de radar más utilizado en la Unión Soviética durante la guerra.
Ucrania había sido el tercer objetivo del ejército alemán invasor. A finales de julio de 1941, sus fuerzas mecanizadas se aproximaban a esta región y, siguiendo órdenes del Comité de Defensa, la UIPT en Járkov hizo preparativos para la evacuación. Para ello, la LEMO se separó de la UIPT y las dos organizaciones serían enviadas a ciudades diferentes: Alma-Ata para la operación principal y, separadas por 1.500 km, Bujará para la LEMO.
Mientras se llevaban a cabo los preparativos para el traslado, el LEMO recibió instrucciones de llevar el equipo experimental Zeni a Moscú para que lo probara el NIIIS-KA. A mediados de agosto, Usikov, Braude y varios otros miembros del personal del LEMO fueron a Moscú, donde se les asignó el NIIIS-KA. El sistema Zenit se instaló en las afueras de Moscú, lo que dio la oportunidad de realizar pruebas en combate. Se descubrió que, si bien la precisión del sistema no era suficiente para apuntar con precisión, era satisfactoria para disparar con artillería pesada. También podría usarse como complemento del sistema de vigilancia RUS-2 para guiar a los aviones de combate.
En septiembre, el equipo realizó modificaciones de campo al Zenit y se realizaron más pruebas. Se descubrió que el rango de detección se había duplicado, pero la zona muerta aumentó en una cantidad similar. El NIIIS-KA consideró que las perspectivas eran buenas para que esto se convirtiera en un sistema adecuado, pero eran necesarias condiciones de laboratorio. Por lo tanto, el Zenit y todo el personal del NIIIS-KA fueron enviados a 3.200 km de distancia, a Bujará, para unirse al resto del LEMO en su traslado.
Debido al método de lectura nula para analizar las señales, el sistema Zenit adolecía de lentitud en las mediciones (38 segundos para determinar las tres coordenadas) y de precisión. También tenía una gran zona muerta causada por los retornos terrestres. Mientras todavía estaba en Járkov, se había comenzado a trabajar en Rubin , un sistema destinado a corregir las deficiencias del Zenit . Con Slutskin como director de LEMO, este proyecto continuó en Bujará bajo el liderazgo de Usikov.
Se desarrolló un nuevo magnetrón que funcionaba a 54 cm (470 MHz) con una potencia de pulso aumentada a 15 kW. Se desarrolló un dispositivo de transmisión-recepción de descarga de gas (un diplexor) para aislar el receptor del pulso de transmisión directo, lo que permitió el uso de una estructura de transmisión-recepción común. (Se había realizado un desarrollo similar para la antena común RUS-2 , pero esto no habría sido adecuado para el microondas Rubin ).
Se consideraron varias técnicas para reemplazar los métodos de lectura nula, y la selección final fue la de utilizar un dispositivo para proporcionar un dipolo estacionario con respecto al cual se pudiera determinar continuamente la posición direccional de la antena. El alcance, el acimut y la elevación se mostraban en una pantalla de tubo de rayos catódicos. Sin embargo, no se previó la posibilidad de introducir esta información en una unidad automática para apuntar reflectores y armas.
En el foco de un reflector paraboloide de 3 metros se encontraban dipolos de transmisión y recepción separados . El conjunto de antena, con controles remotos, podía rotar de 0 a 90 grados verticalmente y de 0 a 400 grados horizontalmente. El ancho del haz principal era de 16 grados ecuatoriales y 24 grados meridianos.
El sistema se transportaba en dos camiones: la electrónica y la consola de control en uno y el generador de energía en el otro. Tanto el magnetrón del transmisor como las partes frontales del receptor se encontraban en contenedores sellados fijados a la parte trasera del reflector. El conjunto de la antena se encontraba sobre rieles y se podía desplazar hasta cerca del camión.
En agosto de 1943, el prototipo del sistema Rubin estaba terminado, y todo el trabajo lo habían realizado los pequeños equipos LEMO y NIIIS-KA. El sistema fue transportado a Moscú, donde Usikov, Truten y otros realizaron más pruebas y dieron demostraciones fuera de combate. En ese momento, el GL Mk II británico y su réplica soviética, SON-2 , también estaban disponibles y posiblemente se usaron en comparación directa con el Rubin ; de ser así, el Rubin no habría tenido un buen desempeño.
En lugar de liberar el prototipo para su producción, el ejército decidió que el Comando de la Flota Roja probara el sistema Rubin . A principios de 1944, el sistema fue transportado a Murmansk, el único puerto del Ártico soviético en el que no hacía mucho frío. Allí, a pesar del frío, Usikov continuó con las pruebas y demostraciones en mejores condiciones que en la todavía caótica Moscú.
Las pruebas a bordo de un barco demostraron que la detección de aeronaves se realizaba a 60 km y que la medición era fiable a partir de los 40 km. Los errores medios no superaban los 120 m en el alcance y los 0,8 grados en los ángulos de acimut y elevación. El tiempo para determinar las coordenadas angulares nunca superaba los 7 segundos y la zona muerta se reducía a 500 m. Se encontraron precisiones similares para la detección de todo tipo de buques de superficie, pero con la antena Rubin a nivel de cubierta, el alcance de detección era comprensiblemente mucho menor que el de los aviones.
Durante el último año de la guerra, la Flota Roja utilizó el Rubin para la vigilancia aérea y de superficie en el sector polar. Si el GL Mk II y su clon, el SON-2ot , no hubieran estado disponibles, el Rubin probablemente se habría completado mucho antes y habría entrado en producción. Aunque nunca entró en servicio de manera regular, este sistema proporcionó una buena base para los futuros radares basados en magnetrones en la Unión Soviética.
La Guerra Fría trajo consigo la amenaza de los bombarderos supersónicos intercontinentales, lo que llevó al desarrollo de sistemas integrados de defensa aérea como el Uragan-1 , en el que radares de búsqueda y adquisición situados a gran distancia de áreas estratégicas detectan las amenazas entrantes, integran esos datos en una solución de ataque o intercepción y luego atacan al objetivo con aviones interceptores o artillería antiaérea a medida que el intruso avanza por varias capas de sistemas de armas.
En los años previos a la guerra se diseñaron varios nuevos aviones de combate y bombarderos. Vladimir Petlyakov dirigió una oficina de diseño de las Fuerzas Aéreas Soviéticas (VVS), responsable del desarrollo de un bombardero de ataque en picado bimotor que finalmente se denominó Pe-2 . Al no cumplir con el cronograma, Petlyakov fue acusado de sabotaje y arrojado a un gulag técnico ; de hecho, realizó gran parte de su diseño mientras estaba encarcelado.
A finales de 1940, el VVS desarrolló el requisito de un sistema de detección de aeronaves enemigas a bordo. El grupo de radiolocalización del NII-9 en Leningrado recibió instrucciones de diseñar un equipo de este tipo para el Pe-2 . La mayoría de los equipos de radiolocalización de la época eran grandes y pesados, y para este avión se necesitaba un equipo pequeño y ligero. Además, las limitaciones en el tamaño de la antena llevaron al diseño a frecuencias lo más altas posibles. El klistrón réflex (como se lo llamó más tarde) acababa de ser desarrollado por Nikolay Devyatkov . Con esto, se comenzó a diseñar un equipo denominado Gneis (Origen) y que funcionaba a 16 cm (1,8 GHz).
Cuando el NII-9 fue evacuado a Moscú en julio de 1941, esto afectó en gran medida el cronograma. Además, el klistrón réflex no se había puesto en producción y su disponibilidad en el futuro era dudosa; por lo tanto, el proyecto se canceló. Sin embargo, la necesidad de un equipo de radiolocalización aerotransportado era ahora aún más importante; el Pe-3 , una variante de caza pesado del Pe-2 , estaba en producción. Algunos de estos aviones estaban siendo configurados como cazas nocturnos, y el radar (como se llamaba ahora) era urgentemente necesario. El NII-20 y Factory 339 asumieron el diseño, dirigidos por el Director Técnico, Victor Tikhomirov.
El nuevo aparato, denominado Gneiss-2 (Гнейс-2), operaba a 1,5 m (200 MHz). El caza Pe-3 era un avión biplaza, con el piloto y el artillero trasero/operador de radio sentados espalda con espalda. El radar fue diseñado como otro equipo para el operador de radio.
Las antenas estaban montadas sobre la superficie superior de las alas, un conjunto de transmisión de patrón amplio en un ala y dos antenas receptoras Yagi en la otra. Una Yagi estaba dirigida hacia adelante y la otra, a unos pocos pies de distancia, apuntaba hacia afuera 45 grados. El fuselaje del avión proporcionaba un escudo entre las antenas transmisora y receptora. El sistema tenía un alcance de unos 4 km y podía proporcionar el acimut del objetivo en relación con la trayectoria de vuelo del caza.
El Gneis-2 , el primer radar para aviones de la Unión Soviética, fue probado en combate en Stalingrado durante diciembre de 1942. Se construyeron alrededor de 230 de estos equipos durante la guerra. Unos pocos se instalaron en los aviones Yak-9 y (fuera de secuencia numérica) Yak-3 , los cazas avanzados que finalmente dieron a la VVS la paridad con la Luftwaffe . Otros equipos con designaciones Gneis se desarrollaron en la Planta 339 con fines experimentales, en particular con los cazas Lavochkin La-5 y los aviones de asalto terrestre Ilyushin Il-2 , pero ninguno de estos equipos se puso en producción.
Durante la década de 1930, la RKKF (Flota Roja) tenía importantes programas para el desarrollo de las comunicaciones por radio. A partir de 1932, esta actividad fue dirigida por Aksel Ivanovich Berg (director de la NIIIS-KF, Investigación de Señales de la Flota Roja) y más tarde recibió el rango de ingeniero-almirante. También fue profesor en las universidades de Leningrado y siguió de cerca los primeros avances de la radiolocalización en el LPTI y el NII-9. Comenzó un programa de investigación en esta tecnología en la NIIIS-KF, pero fue interrumpido por su arresto en 1937 durante la Gran Purga y pasó tres años en prisión.
Berg fue liberado a principios de 1940 y reinstalado en sus puestos. Después de revisar las pruebas del Redut realizadas en Sebastopol, obtuvo una cabina RUS-2 y la adaptó para pruebas a bordo. Designada Redut-K , fue colocada en el crucero ligero Molotov en abril de 1941, convirtiéndose en el primer buque de guerra de la RKKF con capacidad de localización por radio. Después del comienzo de la guerra, solo se construyeron unos pocos de estos equipos.
A mediados de 1943, el radar ( radiolokatsiya ) fue finalmente reconocido como una actividad soviética vital. Se creó un Consejo de Radar, adjunto al Comité de Defensa del Estado; Berg fue nombrado viceministro, responsable de todos los radares en la URSS. Si bien estuvo involucrado en todos los desarrollos futuros en esta actividad, se interesó especialmente en los sistemas de la Armada. Más tarde, Berg fue el principal responsable de la introducción de la cibernética en la Unión Soviética .
Otros radares de la Armada Soviética desarrollados (pero no puestos en producción) durante la guerra incluyeron el Gyuis-1 , que operaba a 1,4 m con una potencia de pulso de 80 kW. Este fue un sucesor del Redut-K para la alerta temprana; el prototipo fue instalado en el destructor Gromkii en 1944. Se desarrollaron simultáneamente dos radares de control de tiro: Mars-1 para cruceros y Mars-2 para destructores. Ambos fueron probados justo al final de la guerra, y luego puestos en producción como Redan-1 y Redan-2 , respectivamente.
Cuando comenzó la guerra, Alemania ya contaba con una larga tradición en el uso de ondas electromagnéticas para detectar objetos. En 1888, Heinrich Hertz , que demostró por primera vez la existencia de estas ondas, también observó que, al igual que la luz, se reflejaban en las superficies metálicas. En 1904, Christian Hülsmeyer obtuvo patentes alemanas y extranjeras para un aparato, el Telemobilskop , que utilizaba un transmisor de chispa que podía detectar barcos y evitar colisiones; a menudo se lo cita como el primer radar, pero, al no proporcionar un alcance directo, no califica para esta clasificación. Con la llegada del tubo de radio y la electrónica, se desarrollaron otros sistemas de solo detección, pero todos utilizaban ondas continuas y no podían medir la distancia.
En 1933, el físico Rudolf Kühnhold , director científico de la Kriegsmarine (Marina alemana) Nachrichtenmittel-Versuchsanstalt (NVA) (Establecimiento de investigación de señales) en Kiel , inició experimentos en la región de las microondas para medir la distancia a un objetivo. Para el transmisor, obtuvo la ayuda de dos operadores de radioaficionados, Paul-Günther Erbslöh y Hans-Karl Freiherr von Willisen. En enero de 1934, formaron en Berlín- Oberschöneweide la empresa Gesellschaft für Elektroakustische und Mechanische Apparate (GEMA) para este trabajo. [28]
Pronto se inició en GEMA el desarrollo de un dispositivo de medición por radio para reconocimiento. Hans Hollmann y Theodor Schultes, ambos afiliados al prestigioso Instituto Heinrich Hertz de Berlín , se sumaron como asesores. El primer desarrollo fue un aparato de onda continua que utilizaba interferencias Doppler para la detección. Kühnhold luego trasladó el trabajo de GEMA a un sistema modulado por pulsos.
Utilizando un magnetrón de 50 cm (600 MHz) de Philips , su primer transmisor fue modulado con pulsos de 2 μs a una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) de 2000 Hz. La antena transmisora era una matriz de 10 pares de dipolos con una malla reflectante, y la antena receptora tenía tres pares de dipolos e incorporaba conmutación de lóbulos . El receptor regenerativo de banda ancha usaba un triodo de bellota RCA 955. Un dispositivo de bloqueo (un duplexor ) cerraba la entrada del receptor cuando el transmisor pulsaba. Se utilizó un tubo Braun para mostrar el rango. Se probó por primera vez durante mayo de 1935 en el sitio NVA (desde 1939 en adelante: Nachrichten-Versuchskommando (NVK) (comando de investigación de señales)) Pelzerhaken en la bahía de Lübeck cerca de Neustadt en Holstein , detectando retornos de bosques al otro lado de la bahía a un rango de 15 km (9,3 mi). En Alemania, a Kühnhold se le suele llamar el "padre del radar".
Este primer Funkmessgerät de GEMA incorporaba tecnologías más avanzadas que los primeros modelos de Gran Bretaña y Estados Unidos, pero parece que el radar recibió una prioridad mucho menor hasta más avanzada la Segunda Guerra Mundial; al comienzo de la guerra, se habían utilizado pocos. En gran parte, esto se debió a la falta de apreciación de esta tecnología por parte de la jerarquía militar, especialmente en la cima, donde el dictador Adolf Hitler consideraba el radar un arma defensiva y su interés estaba puesto en el hardware ofensivo. Este problema se agravó por la actitud indiferente ante la dotación de personal de mando. Pasó algún tiempo antes de que la Luftwaffe tuviera un sistema de mando y control casi tan eficaz como el establecido por la Real Fuerza Aérea en Gran Bretaña antes de la guerra. [29]
Wolfgang Martini , oficial de carrera de la Luftwaffe , fue el principal promotor del radar en el Alto Mando alemán. Aunque no tenía estudios universitarios, su conocimiento de esta tecnología era instintivo y su participación fue quizás el mayor impulso para el desarrollo definitivo del radar en tiempos de guerra en Alemania. En 1941, fue ascendido a General der Luftnachrichtentruppe (General del Cuerpo de Señales Aéreas) y permaneció en este puesto hasta el final de la guerra en mayo de 1945.
Las tres ramas de las fuerzas armadas combinadas de la Wehrmacht de la Alemania nazi: la Luftwaffe (Fuerza Aérea), la Kriegsmarine (Marina) y el Heer (Ejército), utilizaban tecnología y hardware de radar alemanes. Aunque varios laboratorios de desarrollo eran operados por estos usuarios, la gran mayoría de los radares eran suministrados por cuatro empresas comerciales: GEMA, Telefunken , Lorenz y Siemens & Halske . Cerca del final de la guerra en 1945, GEMA lideró el trabajo de radar alemán, creciendo hasta tener más de 6.000 empleados.
La denominación oficial de los sistemas de radar era FuMG ( Funkmessgerät , literalmente "dispositivo de medición por radio"), y la mayoría también llevaba una letra (por ejemplo, G, T, L o S) que indicaba el fabricante, así como un número que indicaba el año de lanzamiento y, posiblemente, una letra o número que indicaba el modelo. Sin embargo, había una falta de uniformidad en las designaciones.
A principios de 1938, la Kriegsmarine financió a GEMA para el desarrollo de dos sistemas, uno de ellos un sistema de apuntamiento de cañones y el otro un sistema de alerta aérea. En producción, el primer modelo se convirtió en el Flakleit de 80 cm (380 MHz) , capaz de dirigir el fuego sobre objetivos de superficie o aéreos dentro de un alcance de 80 km. Tenía una configuración de antena muy similar a la del SCR-268 estadounidense. La versión de posición fija, el Flakleit-G , incluía un detector de altura.
El segundo modelo desarrollado por GEMA fue el Seetakt de 2,5 m (120 MHz) . A lo largo de la guerra, GEMA proporcionó una amplia variedad de equipos Seetakt , principalmente para barcos, pero también varios tipos para submarinos. La mayoría tenían un excelente módulo de medición de alcance llamado Messkette (cadena de medición) que proporcionaba una precisión de alcance de unos pocos metros independientemente del alcance total. El Seetakt de a bordo utilizaba una antena de "colchón" similar al "colchón de muelles" del CXAM estadounidense. [30]
Aunque la Kriegsmarine intentó evitar que el GEMA trabajara con los demás servicios, la Luftwaffe se enteró de la existencia del Seetakt y encargó su propia versión a finales de 1938. Se trataba de un radar terrestre llamado Freya que operaba a unos 2,4 m (125 MHz) con una potencia máxima de 15 kW y un alcance de unos 130 km. El radar básico Freya se mejoró continuamente y se construyeron más de 1000 sistemas.
En 1940, Josef Kammhuber utilizó los Freyas en una nueva red de defensa aérea que se extendía por los Países Bajos , Bélgica y Francia . Los aliados la llamaron Línea Kammhuber y estaba compuesta por una serie de celdas cuyo nombre en código era Himmelbett (cama con dosel), cada una de las cuales cubría un área de unos 45 km de ancho y 30 km de profundidad, y que contenía un radar, varios reflectores y un avión de caza nocturno principal y de respaldo. Esto era relativamente efectivo excepto cuando el cielo estaba nublado. Se necesitaba un nuevo radar de dirección de cañones para cubrir esta deficiencia y la Luftwaffe contrató a Telefunken para un sistema de este tipo.
Bajo la dirección de Wilhelm Runge , el nuevo radar fue construido por Telefunken alrededor de un nuevo triodo capaz de entregar una potencia de pulso de 10 kW a 60 cm (500 MHz). Con el nombre en código Würzburg (el ingeniero principal Runge prefiere los nombres en código de ciudades alemanas como Würzburg ), tenía un reflector parabólico de 3 m (10 pies) suministrado por la Compañía Zeppelin y era efectivo a un alcance de aproximadamente 40 km para aviones. Normalmente se añadían dos de estos radares a cada Himmelbett , uno para captar el objetivo desde un Freya y un segundo para rastrear el avión de combate. Al requerir solo un operador, el Würzburg llegó a ser el principal sistema móvil de apuntamiento de armas utilizado por la Luftwaffe y el Heer durante la guerra. Finalmente se produjeron alrededor de 4.000 de las diversas versiones del sistema básico.
El sistema de defensa aérea se mejoró continuamente. Para mejorar el alcance y la precisión, Telefunken desarrolló el Würzburg-Riese y GEMA amplió los dipolos Freya para fabricar el Mammut y el Wassermann . El Würzburg-Riese (Gigante Würzburg ) tenía una antena parabólica de 7,5 m (25 pies) (otro producto de Zeppelin) que se montaba en un vagón de tren. El sistema también tenía una mayor potencia de transmisión; combinada con el reflector agrandado, esto dio como resultado un alcance de hasta 70 km, así como una precisión mucho mayor. Se construyeron alrededor de 1.500 de este sistema de radar.
El Mammut (mamut) utilizaba 16 Freyas conectados a una antena gigante de 30 por 10 metros (100 por 33 pies) con dirección de haz de matriz en fase , una técnica que eventualmente se convertiría en estándar en radares. Tenía un alcance de hasta 300 km y cubría unos 100 grados de ancho con una precisión de casi 0,5 grados. Se construyeron alrededor de 30 equipos, algunos con caras adosadas para una cobertura bidireccional. El Wassermann (barquero), tenía ocho Freyas también con antenas de matriz en fase, apiladas en una torre orientable de 56 metros (190 pies) y que proporcionaban un alcance de hasta 240 km. Una variante, Wassermann-S , tenía los radares montados en un cilindro alto. Se construyeron alrededor de 150 de todos los tipos a partir de 1942. [31]
Se necesitaba un sistema de gran alcance para rastrear las formaciones de bombarderos británicos y estadounidenses mientras cruzaban Alemania. Para esta función, los consultores Theodor Schultes y Hans Hollmann diseñaron un radar experimental de 2,4 m (125 MHz) y 30 kW llamado Panorama . Construido por Siemens & Halske en 1941, se colocó sobre una torre de hormigón en Tremmen , a unos pocos kilómetros al sur de Berlín. La antena tenía 18 dipolos sobre un soporte largo y horizontal y producía un haz vertical estrecho; este giraba a 6 rpm para barrer 360 grados de cobertura hasta unos 110 km.
Basándose en el funcionamiento del Panorama , Siemens & Halske mejoró este sistema y lo rebautizó como Jagdschloss (pabellón de caza). Añadieron una segunda operación conmutable a 150 kW a 1,2 m (250 MHz), aumentando el alcance a cerca de 200 km. La información de los receptores se enviaba a través de un cable coaxial o un enlace de 50 cm desde la torre hasta un centro de mando central, donde se utilizaba para dirigir a los aviones de combate. El CRT de coordenadas polares (PPI) de Hollmann se utilizó en la pantalla, el primer sistema alemán con este dispositivo; también se añadió al Panorama. El Jagdschloss entró en servicio a finales de 1943, y se acabaron construyendo unos 80 sistemas. El Jagdwagen (coche de caza) era una versión móvil de una sola frecuencia; operando a 54 cm (560 MHz), tenía un sistema de antena correspondientemente más pequeño.
En el marco de un proyecto financiado internamente, la firma Lorenz AG desarrolló un equipo modulado por pulsos. El Heer contrató algunos equipos para apoyo antiaéreo , pero luego esta misión fue transferida a la Luftwaffe . Durante varios años, Lorenz no tuvo éxito en la venta de nuevas versiones llamadas Kurfürst y Kurmark (ambos términos del Sacro Imperio Romano Germánico ). A medida que la guerra continuó, la Luftwaffe vio la necesidad de radares adicionales. Lorenz volvió a modificar sus equipos para convertirlos en el Tiefentwiel , un sistema transportable construido para complementar al Freya contra aviones que volaban a baja altura, y el Jagdwagen , una unidad móvil utilizada para vigilancia aérea. Estas unidades de 54 cm (560 MHz) con indicadores de posición en el plano, tenían dos antenas respaldadas por reflectores parabólicos de malla en marcos giratorios y bifurcados que se elevaban por encima de la cabina del equipo. A partir de 1944, Lorenz produjo ambos sistemas para la Luftwaffe en cantidades relativamente pequeñas.
Aunque los investigadores alemanes habían desarrollado magnetrones a principios de la década de 1930 (Hans Hollmann recibió una patente estadounidense para su dispositivo en julio de 1938), ninguno había sido adecuado para radares militares. En febrero de 1943, un bombardero británico que contenía un radar de H2S fue derribado sobre los Países Bajos y el magnetrón de 10 cm fue encontrado intacto. En poco tiempo se descubrió el secreto para fabricar magnetrones con éxito y comenzó el desarrollo del radar de microondas.
Telefunken recibió el encargo de construir un sistema de apuntamiento de cañones para aplicaciones Flak y, a principios de 1944, apareció un sistema de 10 cm con el nombre en código Marbach . Este sistema, que utilizaba un reflector Mannheim de 3 m , tenía un alcance de detección de unos 30 km. Su característica más importante era una inmunidad relativa al Window, el chaff utilizado por los británicos como contramedida contra el Würzburg de 50 cm . El Marbach se fabricó en cantidades limitadas para baterías Flak en torno a varias grandes ciudades industriales.
Se desarrollaron otros equipos de 10 cm, pero ninguno llegó a producirse en masa. Uno de ellos fue el Jagdschloss Z , un equipo experimental de tipo Panorama con una potencia de pulso de 100 kW construido por Siemens & Halske. El Klumbach era un equipo similar, pero con una potencia de pulso de solo 15 kW y que utilizaba un reflector parabólico cilíndrico para producir un haz muy estrecho; cuando se utilizó con el Marbach , el sistema de control de tiro combinado se llamó Egerland .
A finales de 1943, los alemanes también recuperaron radares que contenían magnetrones de 3 cm, pero nunca se fabricaron equipos que funcionaran en esa longitud de onda. Sin embargo, sí desempeñaron un papel importante en el desarrollo alemán de contramedidas, en particular de receptores de alerta de radar .
En junio de 1941, un bombardero de la RAF equipado con un radar ASV (Air-to-Surface Vessel) Mk II realizó un aterrizaje de emergencia en Francia. Aunque la tripulación había intentado destruir el equipo, los restos fueron suficientes para que el Laboratorio Alemán de Aviación pudiera discernir el funcionamiento y su función. Las pruebas indicaron las ventajas de un radar de este tipo y Wolfgang Martini también vio su valor y encargó a Lorenz que desarrollara un sistema similar.
Con experiencia en equipos de navegación de aeronaves y en el desarrollo de sus sistemas de radar terrestre financiados internamente, Lorenz tenía excelentes capacidades para este proyecto. Antes de fin de año, habían construido un equipo basado en su diseño Kurfürst/Kurmark , pero con un tamaño y peso muy reducidos y con una electrónica mejorada. Designado FuG 200 Hohentwiel , producía una potencia de pulso de 50 kW en frecuencias de banda UHF bajas (545 MHz) y tenía una frecuencia de pulso muy baja de 50 Hz. El equipo utilizaba dos disposiciones de antena independientes, que proporcionaban búsqueda hacia adelante o hacia los lados. [32]
El Hohentwiel de demostración detectó un gran buque a 80 km, un submarino en la superficie a 40 km, un periscopio submarino a 6 km, un avión a 10 a 20 km y accidentes geográficos a 120 a 150 km. Se obtuvo una precisión de rumbo de aproximadamente 1 grado cambiando rápidamente entre dos antenas receptoras apuntadas 30 grados a cada lado de la dirección de la antena del transmisor. El Hohentwiel , que entró en producción en 1942, tuvo un gran éxito. Se utilizó por primera vez en grandes aviones de reconocimiento como el Fw 200 Condor . En 1943, el Hohentwiel-U , una adaptación para su uso en submarinos, proporcionó un alcance de 7 km para buques de superficie y 20 km para aviones. En total, se entregaron unos 150 equipos al mes.
El uso de los precisos radares Freya y Würzburg en sus sistemas de defensa aérea permitió a los alemanes adoptar un enfoque menos enérgico en el desarrollo del radar aerotransportado. A diferencia de los británicos, cuyos imprecisos sistemas CH exigían algún tipo de sistema en el avión, el Würzburg era lo suficientemente preciso como para permitirles dejar el radar en tierra. Esto les vino en contra cuando los británicos descubrieron el modo de funcionamiento de la táctica Himmelbett y el desarrollo de un sistema aerotransportado cobró mucha más importancia.
A principios de 1941, la Defensa Aérea reconoció la necesidad de un radar en sus aviones de combate nocturno. Los requisitos se le dieron a Runge en Telefunken, y en verano se probó un sistema prototipo. Con el nombre en código de Lichtenstein , este era originalmente un sistema de banda UHF baja (485 MHz), de 1,5 kW en su primer modelo B/C , generalmente basado en la tecnología ahora bien establecida por Telefunken para el Würzburg. Los problemas de diseño fueron la reducción de peso, la provisión de un buen alcance mínimo (muy importante para el combate aire-aire) y un diseño de antena apropiado. Se logró un excelente alcance mínimo de 200 m mediante una forma cuidadosa del pulso. El conjunto de antenas Matratze (colchón) en su forma completa tenía dieciséis dipolos con reflectores (un total de 32 elementos), lo que proporcionaba un amplio campo de búsqueda y un alcance máximo típico de 4 km (limitado por el ruido del suelo y dependiente de la altitud), pero que producía una gran cantidad de resistencia aerodinámica. Se insertó un desfasador rotatorio en las líneas de transmisión para producir un haz giratorio. La elevación y el acimut de un objetivo en relación con el caza se mostraban mediante posiciones correspondientes en una pantalla CRT de triple tubo. [33]
Los primeros aviones de producción ( Lichtenstein B/C ) estuvieron disponibles en febrero de 1942, pero no fueron aceptados para el combate hasta septiembre. Los pilotos de Nachtjäger (caza nocturna) descubrieron consternación que el conjunto Matratze de 32 elementos estaba ralentizando sus aviones hasta 50 km/h. En mayo de 1943, un caza nocturno Ju 88R-1 equipado con B/C aterrizó en Escocia, que todavía sobrevive como pieza de museo restaurada; había sido llevado a Escocia por un trío de pilotos desertores de la Luftwaffe . Los británicos reconocieron inmediatamente que ya tenían una excelente contramedida en Window (el chaff utilizado contra el Würzburg ); en poco tiempo, el B/C se redujo considerablemente en utilidad.
Cuando Alemania se dio cuenta del problema de la interferencia, se decidió hacer variable la longitud de onda, lo que permitió al operador desconectarse de los retornos de interferencia. A mediados de 1943, se lanzó el Lichtenstein SN-2, muy mejorado, que operaba con una longitud de onda de banda VHF variable entre 3,7 y 4,1 m (81 a 73 MHz). Los británicos tardaron más en encontrar interferencias para el SN-2 , pero finalmente lo lograron después de julio de 1944. El conjunto mucho más largo de ocho elementos dipolares para el conjunto completo de antenas Hirschgeweih (astas de ciervo) reemplazó al conjunto de treinta y dos elementos del conjunto Matratze de los conjuntos B/C y C-1 de banda UHF, pero como los primeros conjuntos SN-2 tenían un alcance mínimo deficiente de aproximadamente medio kilómetro, las aeronaves a menudo necesitaban conservar el equipo anterior para compensar esto hasta que se abordara la deficiencia. Esto a veces dio como resultado conjuntos completos de antenas Matratze y Hirschgeweih que adornaban las narices de los cazas nocturnos alemanes, lo que causaba un desastroso problema de resistencia hasta que se creó un subconjunto de "un cuarto" del conjunto Matratze para una instalación montada centralmente en la nariz, reemplazando el conjunto completo de cuatro conjuntos UHF. Luego, cuando el problema del alcance mínimo se resolvió con los conjuntos SN-2 más tarde en 1943, los conjuntos B/C y C-1 de banda UHF anteriores y sus antenas pudieron eliminarse por completo. Como reemplazo planificado para la serie de conjuntos Lichtenstein , el radar Neptun desarrollado por el gobierno , que operaba en un tercer conjunto de frecuencias de banda media VHF diferentes (de 125 MHz a 187 MHz) para evitar la interferencia Window , se puso en producción a principios de 1944, y podía usar las mismas antenas Hirschgweih , con dipolos más cortos instalados, que habían usado los conjuntos SN-2. En el período 1943-44, los radares SN-2 y Neptun también podían utilizar la antena de radar experimental Morgenstern de banda VHF AI alemana, utilizando pares gemelos de antenas Yagi de tres dipolos en ángulo de 90° montados en un único mástil que se proyecta hacia adelante, lo que hace posible colocar el conjunto para fines de reducción de la resistencia dentro de un radomo cónico de madera contrachapada cubierto de goma en el morro de un avión, con las puntas extremas de los elementos de antena del Morgenstern sobresaliendo de la superficie del radomo. Al menos un caza nocturno Ju 88G-6 del escuadrón de cazas nocturnos NJG 4 lo utilizó a finales de la guerra para su instalación de radar SN-2 AI en Lichtenstein. [34]
Aunque Telefunken no había estado involucrado previamente con radares de ningún tipo para aviones de combate, en 1944 comenzaron la conversión de un equipo Marbach de 10 cm para esta aplicación. Se rescataron aviones estadounidenses y británicos derribados para obtener componentes de radar; de especial interés fueron los mecanismos giratorios utilizados para escanear el haz sobre el área de búsqueda. En enero de 1945 se completó un equipo aerotransportado con una antena parabólica cerrada con radomo semielíptico , con nombre en código FuG 240 Berlín , y se construyeron alrededor de 40 equipos que se colocaron en aviones de combate nocturno. También se construyeron algunos equipos, con nombre en código Berlín-S , para vigilancia a bordo.
En los años previos a la Segunda Guerra Mundial, Japón contaba con investigadores expertos en las tecnologías necesarias para el radar; estaban especialmente avanzados en el desarrollo del magnetrón. Sin embargo, la falta de apreciación del potencial del radar y la rivalidad entre los grupos de investigación del ejército, la marina y los civiles hicieron que el desarrollo de Japón fuera lento. No fue hasta noviembre de 1941, apenas unos días antes del ataque a Pearl Harbor , que Japón puso en servicio su primer sistema de radar completo. En agosto de 1942, los marines estadounidenses capturaron uno de estos primeros sistemas y, aunque rudimentario incluso para los estándares de los primeros radares estadounidenses, el hecho de que los japoneses tuvieran alguna capacidad de radar fue una sorpresa. La tecnología de radar japonesa estuvo entre 3 y 5 años por detrás de la de Estados Unidos, Gran Bretaña y Alemania durante toda la guerra. [35]
Un líder importante en el desarrollo de la tecnología temprana fue Hidetsugu Yagi , un profesor e investigador de prestigio internacional. Sus artículos de finales de la década de 1920 sobre antenas y diseño de magnetrones fueron estudiados de cerca por científicos e ingenieros de todo el mundo. Sin embargo, no se le permitió participar en el desarrollo de los radares japoneses en tiempos de guerra. Su trabajo anterior recibió tan poca atención por parte del ejército japonés que, cuando recibieron un equipo de radar británico capturado, al principio no sabían que el " Yagi " mencionado en las notas adjuntas se refería a un invento japonés.
Aunque Japón se había unido a la Alemania nazi y a la Italia fascista en un Pacto Tripartito en 1936, no había habido esencialmente intercambio de información técnica. Esto cambió en diciembre de 1940, cuando se permitió a un grupo de oficiales japoneses que representaban la tecnología del Ejército visitar Alemania, seguido en enero por un grupo similar de la Armada. En la visita, se mostraron a los japoneses algunos radares alemanes y un MRU británico (su primer radar de control de reflectores), abandonado durante la evacuación de Dunkerque . Además, Yoji Ito , educado en Alemania , líder de la delegación de la Armada, pudo obtener información del anfitrión sobre el funcionamiento pulsado del MRU. Ito envió inmediatamente esta información a casa por correo diplomático, y la Armada comenzó a trabajar en el primer radar real de Japón.
Tras el inicio de la guerra con los Estados Unidos en diciembre de 1941, los alemanes enviaron un radar Würzburg a Japón. El submarino que transportaba este equipo se hundió en el camino y un segundo equipo corrió la misma suerte; sin embargo, algunos equipos y documentación clave, enviados en otro barco, llegaron sanos y salvos.
Cuando Japón tomó Singapur en febrero de 1942, se encontraron los restos de lo que resultó ser un radar británico GL Mk-2 y un radar Searchlight Control (SLC). Junto con el hardware, había un conjunto de notas escritas a mano, que brindaban detalles de la teoría y el funcionamiento del SLC. En Corregidor , el mes de mayo siguiente, los captores encontraron dos radares del ejército estadounidense, un SCR-268 en condiciones de funcionamiento y un SCR-270 muy dañado . En un esfuerzo cooperativo poco común, el ejército y la marina realizaron ingeniería inversa en estos equipos.
Se desarrollaron alrededor de 7.250 equipos de radar de 30 tipos diferentes para el Ejército y la Marina.
El Instituto de Investigación Tecnológica Tama (TTRI) fue creado por el Ejército para liderar el desarrollo de lo que se denominó el Telémetro de Radio (RRF). El TTRI contaba con personal competente, pero la mayor parte de su trabajo de desarrollo lo realizaban contratistas de los laboratorios de investigación de Toshiba Shibaura Denki ( Toshiba ) y Nippon Electric Company ( NEC ). [36]
El TTRI estableció un sistema para designar el equipo de radar del Ejército, basado en su uso. Los prefijos eran Ta-Chi (escrito aquí como Tachi) para los sistemas terrestres, Ta-Se para los sistemas embarcados y Ta-Ki para los sistemas aerotransportados. El "Ta" denotaba Tama, el "Chi" provenía de tsuchi (tierra), el "Se" significa rápidos de mizu (agua) y "Ki" provenía de kuki (aire).
En junio de 1942, tanto NEC como Toshiba iniciaron proyectos basados en el SCR-268. El sistema estadounidense operaba a 1,5 m (200 MHz). Tenía un conjunto muy complejo de tres antenas en un brazo giratorio horizontal y utilizaba conmutación de lóbulos. El proyecto de NEC era para un sistema de seguimiento de objetivos denominado Tachi-1, esencialmente una copia del SCR-268. Se descubrió que duplicar este sistema era demasiado difícil, y el Tachi-1 pronto fue abandonado. En Toshiba, el proyecto también era para un sistema de seguimiento de objetivos denominado Tachi-2. Esto debía incorporar muchas simplificaciones al SCR-268. Las pruebas preliminares mostraron que sería demasiado frágil para la operación de campo; este proyecto también fue abandonado.
El GL Mk 2 británico era mucho menos complicado que el SCR-268 y se podía aplicar ingeniería inversa fácilmente; además, las notas sobre el SLC estaban disponibles. De ahí surgió el Tachi-3, un radar de seguimiento terrestre. Este incluía muchos cambios significativos respecto del sistema británico original; los más importantes fueron un cambio a una configuración de ubicación fija y un sistema de antena totalmente diferente.
El transmisor Tachi-3 operaba a 3,75 m (80 MHz) y producía una potencia pico de aproximadamente 50 kW, con un ancho de pulso de 1 a 2 ms y una frecuencia de pulso de 1 o 2 kHz. El transmisor estaba diseñado para colocarse en un refugio subterráneo. Utilizaba una antena Yagi que se montaba rígidamente sobre el refugio y toda la unidad podía rotar en acimut. Al poner en fase los elementos de la antena, se podía lograr algún cambio de elevación.
El receptor del Tachi-3 se encontraba en otro refugio subterráneo a unos 30 m de distancia del transmisor. Se montaron cuatro antenas dipolo en brazos ortogonales, y el refugio y las antenas rotaban para escanear en acimut. El alcance máximo era de unos 40 km. NEC construyó unos 150 de estos equipos, que finalmente entraron en servicio a principios de 1944.
El proyecto que siguió en Toshiba se denominó Tachi-4. Se trataba de un radar de seguimiento terrestre, que también utilizaba el SCR-268 como modelo. Este equipo, que seguía funcionando con la frecuencia original de 1,5 m (200 MHz), funcionó razonablemente bien y se fabricaron unos 70 equipos. Estos equipos comenzaron a funcionar a mediados de 1944; sin embargo, para entonces ya estaba disponible el Tachi-3, que ofrecía un rendimiento superior.
Los ingenieros de Toshiba ya habían comenzado a trabajar en un sistema modulado por pulsos. Con la llegada del SCR-270 dañado, se incorporaron partes al desarrollo en curso de un sistema de alerta temprana de sitio fijo denominado Tachi-6. El transmisor operaba en la banda de 3 a 4 m (100 a 75 MHz) con una potencia máxima de 50 kW. Utilizaba una antena de matriz dipolar sobre un poste alto. Varias estaciones receptoras estaban espaciadas unos 100 m alrededor del transmisor. Cada una de ellas tenía un poste rotado a mano con antenas Yagi a dos niveles, lo que permitía mediciones de acimut y elevación. Una estación receptora podía rastrear una aeronave mientras las otras la buscaban. Se alcanzaron alcances de hasta 300 km y se mostraron en una pantalla CRT. Este sistema entró en servicio a principios de 1943; finalmente se construyeron alrededor de 350 sistemas Tachi-6.
Se añadió una versión transportable de este sistema de alerta temprana, denominada Tachi-7, cuya principal diferencia era que el transmisor con antena plegable se encontraba sobre un palé. Se construyeron unas 60 unidades. A esta le siguió en 1944 el Tachi-18, una versión mucho más ligera y simplificada que podía llevarse con las tropas. Se construyeron varios cientos de estos aparatos "portátiles" y se encontraron varios cuando los japoneses abandonaron territorios ocupados lejanos. Todos ellos siguieron funcionando en la banda de 3 a 4 m.
Otros radares terrestres desarrollados por el Ejército Imperial incluían dos equipos de medición de altura, el Tachi-20 y el Tachi-35, pero llegaron demasiado tarde para ser puestos en servicio. También estaba el Tachi-28, un equipo de guía de aeronaves basado en radar. El TTRI también desarrolló el Tachi-24, su versión ligeramente modificada del radar alemán Würzburg , pero este nunca llegó a ser puesto en producción.
El Ejército Imperial contaba con sus propios barcos, que variaban en tamaño desde lanchas de ataque a motor hasta grandes lanchas de desembarco. Para estos, desarrollaron los radares antisuperficie Tase-1 y Tase-2. El Ejército Imperial también tenía sus propias Divisiones Aéreas con cazas, bombarderos, transportes y aviones de reconocimiento. Solo se desarrollaron dos sistemas para estos aviones: el Taki-1, un radar de vigilancia aerotransportado en tres modelos, y el Taki-11, un conjunto de contramedidas electrónicas (ECM) aerotransportado.
El Instituto de Investigación Técnica Naval (NTRI) comenzó a trabajar en un sistema modulado por pulsos en agosto de 1941, incluso antes de que Yoji Ito regresara de Alemania. Con la ayuda de NEC (Nippon Electric Company) y el Laboratorio de Investigación de NHK (Japan Broadcasting Corporation), se desarrolló un prototipo en base a un ensayo de choque. Kenjiro Takayanagi , ingeniero jefe de NHK, desarrolló los circuitos de formación de pulsos y temporización, así como la pantalla del receptor. El prototipo fue probado a principios de septiembre. [37]
El sistema, el primer radar completo de Japón, fue designado Mark 1 Modelo 1. (Este tipo de designación se abrevia aquí a los números solamente; p. ej., Tipo 11). El sistema operaba a 3,0 m (100 MHz) con una potencia pico de 40 kW. Se usaban conjuntos de dipolos con reflectores tipo estera en antenas separadas para transmitir y recibir. En noviembre de 1941, el primer Tipo 11 fabricado se puso en servicio como radar de alerta temprana con base en tierra en la costa del Pacífico. Era un sistema grande, pesaba cerca de 8.700 kg (19.200 lb). Se construyeron unos 30 equipos y se usaron durante toda la guerra. El rango de detección era de aproximadamente 130 km (81 mi) para un solo avión y 250 km (160 mi) para grupos.
En 1942 se presentó el Tipo 12, otro sistema de alerta temprana terrestre. Era similar a su predecesor, pero más ligero (unos 6.000 kg) y estaba sobre una plataforma móvil. Se fabricaron tres versiones; operaban a 2,0 m (150 MHz) o 1,5 m (200 MHz), cada una con una potencia máxima de solo 5 kW. La menor potencia reducía significativamente el alcance. Se construyeron unos 50 equipos de todas las versiones de estos sistemas.
Otro sistema similar fue el Tipo 21. Básicamente, se trataba de la versión de 200 MHz del Tipo 12, rediseñada para su uso a bordo y con un peso de tan solo 840 kg (1.850 lb). Los primeros equipos se instalaron en los acorazados Ise y Hyūga en abril de 1942. Al final se construyeron unos 40 equipos.
En ese mismo período de tiempo, también se estaba diseñando el Tipo 13, de uso más flexible. Con un funcionamiento a 2,0 m (150 MHz) y una potencia máxima de 10 kW, este equipo incluía un avance importante. Se había desarrollado un duplexor unitario para permitir el uso de una antena común. Con un peso de 1.000 kg (2.200 lb) (una pequeña fracción del Tipo 11), este sistema podía usarse fácilmente tanto a bordo como en estaciones terrestres. Su alcance de detección era aproximadamente el mismo que el del Tipo 12. Se puso en servicio a fines de 1942 y en 1944 también se había adaptado para su uso en submarinos de superficie. Con unos 1.000 equipos construidos, el Tipo 13 fue, con diferencia, el radar de búsqueda aérea y de superficie más utilizado de la Armada Imperial.
El Tipo 14 era un sistema de a bordo diseñado para aplicaciones de búsqueda aérea de largo alcance. Con una potencia máxima de 100 kW y operando a 6 m (50 MHz), pesaba 30.000 kg (66.000 lb). Solo dos de estos sistemas se pusieron en servicio en mayo de 1945, justo al final de la guerra.
La Armada Imperial construyó dos radares basados en el SCR-268 capturado. El Tipo 41 era electrónicamente igual que el original, pero con dos grandes antenas de matriz dipolar y configurado para aplicaciones de control de tiro a bordo. Se construyeron alrededor de 50 de estos y entró en servicio en agosto de 1943. El Tipo 42 tuvo más revisiones, incluido un cambio al uso de cuatro antenas Yagi. Se construyeron unos 60 y se pusieron en servicio en octubre de 1944. Ambos sistemas tenían un alcance de aproximadamente 40 km.
El NTRI realizó cambios mínimos en el Würzburg de 60 cm (500 MHz) , principalmente convirtiendo el oscilador de tubos de vacío a un magnetrón. El resultado fue el radar antibuque y de control de tiro Tipo 23, destinado a cruceros y buques de mayor tamaño. Con el cambio a un magnetrón, la salida se redujo aproximadamente a la mitad, a una potencia máxima de unos 5 kW; esto proporcionó un alcance de solo 13 km (8,1 mi) para detectar la mayoría de los buques de superficie. Aunque el prototipo se completó en marzo de 1944, solo se construyeron unos pocos equipos y nunca se puso en producción en serie.
La Japan Radio Company (JRC) había trabajado durante mucho tiempo con el NTRI en el desarrollo de magnetrones. A principios de 1941, la JRC recibió un contrato de la NTRI para diseñar y construir un sistema de detección de superficie por microondas para buques de guerra. Denominado Tipo 22, utilizaba un magnetrón de 10 cm (3,0 GHz) modulado por pulsos con refrigeración por agua y producía una potencia pico de 2 kW. El receptor era de tipo superheterodino con un magnetrón de baja potencia que actuaba como oscilador local. Se utilizaban antenas de bocina independientes para transmitir y recibir. Estas se montaban en una plataforma común que podía rotar en el plano horizontal. Dado que era el primer equipo completo de Japón que utilizaba un magnetrón, Yoji Ito fue el responsable y le dedicó una atención especial. [38]
El prototipo del Tipo 22 se completó en octubre de 1941; las pruebas demostraron que detectaba aviones individuales a 17 km (11 mi), grupos de aviones a 35 km (22 mi) y barcos de superficie a más de 30 km (19 mi) (dependiendo de la altura de la antena sobre el mar). Los primeros buques de guerra japoneses con radar de microondas los recibieron en marzo de 1942 y, a fines de 1944, el radar de microondas se usaba ampliamente en buques de superficie y submarinos; se construyeron alrededor de 300 equipos Tipo 22.
Debido al escaso alcance del Tipo 23 (la copia del Würzburg ), se comenzó a desarrollar tres sistemas de microondas para aplicaciones de control de tiro. El Tipo 31 operaba a 10 cm (3 GHz) y, al igual que el Würzburg , utilizaba un reflector parabólico común. Si bien el prototipo podía detectar barcos más grandes a una distancia de hasta 35 km, no se completó hasta marzo de 1945 y nunca se puso en producción.
El Tipo 32 era otro sistema de 10 cm, que tenía antenas de bocina cuadrada independientes. El alcance de detección para grandes buques era de unos 30 km. Entró en funcionamiento en septiembre de 1944 y se fabricaron unos 60 equipos. El Tipo 33 era otro equipo de 10 cm; este utilizaba antenas de bocina redonda independientes. El prototipo se completó en agosto de 1944, pero, al igual que el Tipo 23, el alcance de detección era de solo 13 km y no se puso en producción.
La Armada Imperial tenía una gran cantidad de aviones. Sin embargo, casi un año después del inicio de la guerra, no se desarrolló el primer conjunto aerotransportado en el Depósito Técnico Aeronaval de Oppama (ONATD). Inicialmente denominado Tipo H-6, se construyeron varios conjuntos experimentales y finalmente se fabricó como Tipo 64. Comenzó a prestar servicio en agosto de 1942. El mayor problema de desarrollo fue reducir el peso al permitido para un avión; finalmente se logró alcanzar los 110 kg (240 lb).
El Tipo 64, diseñado para búsquedas aéreas y de superficie, operaba a 2 m (150 MHz) con una potencia pico de 3 a 5 kW y un ancho de pulso de 10 ms. Utilizaba una única antena Yagi en el morro del avión y dipolos a cada lado del fuselaje, y podía detectar grandes buques de superficie o vuelos de aviones a una distancia de hasta 100 km (62 mi). Este equipo se utilizó inicialmente en hidroaviones de cuatro motores de la clase H8K, y más tarde en una variedad de aviones de ataque de tamaño medio y bombarderos torpederos. Fue, con diferencia, el radar aerotransportado más utilizado, con unos 2.000 equipos fabricados.
El desarrollo de sistemas más ligeros continuó en la ONATD. El Tipo N-6, que pesaba 60 kg (130 lb), estaba disponible en octubre de 1944, pero solo se construyeron 20 unidades. Se trataba de un equipo experimental de 1,2 m (250 MHz) y 2 kW destinado a un avión de combate monomotor de tres plazas (piloto, artillero y operador de radar). Otro fue el Tipo FM-3; operando a 2 m (150 MHz) con una potencia máxima de 2 kW, pesaba 60 kg y tenía un alcance de detección de hasta 70 km (43 mi). Diseñado específicamente para el Kyūshū Q1W Tokai , un nuevo avión antisubmarino bimotor de tres plazas, se construyeron alrededor de 100 unidades, que entraron en servicio en enero de 1945.
Con la ayuda del NTRI y de Yoji Ito, la ONATD también desarrolló el único radar de microondas aerotransportado de Japón. Designado FD-2 (a veces FD-3), se trataba de un equipo basado en magnetrón, de 25 cm (1,2 GHz), 2 kW y un peso de unos 70 kg. Podía detectar aviones a una distancia de entre 0,6 y 3 km (0,37 y 1,86 mi), satisfactoria para los cazas nocturnos de corto alcance como el Nakajima J1N1-S "Gekko" . Utilizaba cuatro antenas Yagi montadas en la zona del morro; los elementos separados para transmisión y recepción estaban sesgados para la búsqueda. A diferencia de lo que ocurría en la guerra aérea en Europa, Japón utilizaba pocos cazas nocturnos; en consecuencia, el Tipo FD-2 no se puso en servicio hasta mediados de 1944. Se fabricaron unos 100 equipos.
Cuando se estaban desarrollando los magnetrones en Japón, la principal aplicación inicial estaba destinada a ser la transmisión de energía, no el radar. A medida que estos dispositivos aumentaban la energía de salida, su aplicación como arma se hizo evidente. Para la investigación de armas especiales, se construyó una gran instalación en Shimada. En 1943, comenzó un proyecto para desarrollar un Ku-go (rayo de la muerte) utilizando magnetrones. Al final de la guerra, se habían construido magnetrones que desarrollaban una potencia continua de 100 kW a 75 cm (400 MHz), y aparentemente la intención era acoplar 10 de ellos para producir un haz de 1000 kW. Esencialmente, todo el equipo y los documentos de Shimada fueron destruidos antes de que los estadounidenses llegaran a la instalación. [39]
Los primeros prototipos de radar en Italia fueron desarrollados ya en 1935 por el investigador electrónico Ugo Tiberio quien, después de graduarse en 1927 en la Real Escuela de Ingeniería de Nápoles, publicó algunos artículos sobre electromagnetismo y, durante su servicio militar, fue destinado al Instituto de Comunicaciones Militares de Roma, donde el coronel Luigi Sacco, después de haber observado algunos experimentos realizados por Guglielmo Marconi sobre la reflexión de las ondas de radio, le encomendó la tarea de verificar si estas propiedades de las ondas de radio podían utilizarse para encontrar la ubicación de objetos distantes.
Tras su baja del Ejército Real, el trabajo de Tiberio llamó la atención de Nello Carrara , profesor de la Academia Naval Italiana de Livorno , quien le consiguió una comisión como teniente para permitirle continuar su investigación en la Academia. Esto condujo al desarrollo en el período 1936-1937 del primer prototipo funcional de un radar naval, el EC-1 apodado " Gufo " (búho). [40]
A pesar de su logro, llevado a cabo bajo la supervisión del capitán de marina Alfeo Brandimarte , el proyecto se estancó debido a la falta de financiación y recursos, ya que tanto Tiberi como Carrara tenían que asistir a sus deberes docentes y solo podían investigar en su tiempo libre. Además, a pesar de los esfuerzos del capitán Brandimarte por llevar la importancia del dispositivo a los escalones superiores de la Marina Real italiana, sus peroratas fueron recibidas con arrogancia e incredulidad. Un almirante llegó a decirle que: "En toda la historia de la guerra naval, las batallas han tenido lugar durante el día, por lo tanto, el hecho de que su dispositivo pueda localizar barcos enemigos durante la noche es completamente inútil" .
Esta actitud duró hasta 1941, cuando el interés por el radar revivió abruptamente poco después de que la marina italiana sufriera una serie de fuertes reveses en acciones nocturnas contra las unidades equipadas con radar de la Royal Navy , especialmente el de la Batalla de Cabo Matapan , donde más de 3.000 marineros y oficiales se perdieron en el mar sin lograr disparar un solo tiro.
Las primeras pruebas se llevaron a cabo a bordo del torpedero Giacinto Carini en abril de 1941. [41] Los equipos de radar fueron producidos por la empresa italiana SAFAR. Solo 12 dispositivos habían sido instalados a bordo de buques de guerra italianos hasta el 8 de septiembre de 1943, el día en que Italia firmó un armisticio con los Aliados . [42] A partir de la primavera de 1943, la recomendación del Alto Mando italiano fue encender el radar solo en la proximidad de fuerzas enemigas, después de un aviso alemán incorrecto de que los británicos tenían receptores de alerta de radar similares al Metox . Los Aliados, sin embargo, no desarrollaron dicha tecnología hasta 1944. A pesar de esto, se ha informado de que las tripulaciones hicieron un amplio uso del Gufo como radar de búsqueda, omitiendo mencionarlo en el libro de registro del barco para evitar sanciones. [43]
El radar fue utilizado en combate por el crucero ligero Scipione Africano en la noche del 17 de julio de 1943 , mientras navegaba de La Spezia a Taranto , [44] [45] cuando detectó una flotilla de cuatro lanchas torpederas a motor británicas Elco cinco millas más adelante en el estrecho de Messina . Una de las lanchas a motor, MTB 316, fue destruida por los cañones del crucero, y otra resultó gravemente dañada. Doce marineros británicos perdieron la vida. [46]
Tras el armisticio italiano de septiembre de 1943, toda la documentación relativa a la investigación y desarrollo del "Gufo" y de su versión terrestre, denominada "Folaga" ( focha ) y construida por Radiomarelli , fue destruida por orden del Mando de la Marina Real italiana para evitar que cayera en manos de las tropas de ocupación nazis. Brandimarte, que había sido ascendido a teniente comandante debido a sus logros en el desarrollo del radar, se unió al movimiento de resistencia antifascista italiano y fue hecho prisionero y posteriormente ejecutado por los alemanes en 1944.
Cuando se creía que la guerra con Alemania era inevitable, Gran Bretaña compartió sus secretos de RDF (radar) con los dominios de la Commonwealth de Australia, Canadá, Nueva Zelanda y Sudáfrica, y les pidió que desarrollaran sus propias capacidades para sistemas autóctonos. Después de que Alemania invadiera Polonia en septiembre de 1939, Gran Bretaña y las naciones de la Commonwealth declararon la guerra a Alemania. En poco tiempo, las cuatro naciones de la Commonwealth tenían sistemas de radar diseñados localmente en funcionamiento, y la mayoría continuó con los desarrollos durante la guerra.
After Australia declared war on Germany in September 1939, the Council for Scientific and Industrial Research established the Radiophysics Laboratory (RPL) at the University of Sydney to conduct radar research. Led by John H. Piddington, their first project produced a shore-defense system, designated ShD, for the Australian Army. This was followed by the AW Mark 1, an air-warning system for the Australian Air Force. These both operated at 200 MHz (1.5 m).
War on Japan began in December 1941, and Japanese planes attacked Darwin, Northern Territory the following February. The New South Wales Railways Engineering Group was asked by the RPL to design a lightweight antenna for the air warning radar, also known as the Worledge Aerial. LW/AW Mark I.
From this, the LW/AW Mark II resulted; about 130 of these air-transportable sets were built and used by the United States and Australian military forces in the early island landings in the South Pacific, as well as by the British in Burma.
American troops arriving in Australia in 1942–43, brought many SCR-268 radar systems with them. Most of these were turned over to the Australians, who rebuilt them to become Modified Air Warning Devices (MAWDs). These 200-MHz systems were deployed at 60 sites around Australia. During 1943–44, the RPL involved a staff of 300 persons working on 48 radar projects, many associated with improvements on the LW/AW. Height-finding was added (LW/AWH), and complex displays converted it into a ground-control intercept system (LW/GCI). There was also a unit for low-flying aircraft (LW/LFC). Near the end of the war in 1945, the RPL was working on a microwave height-finding system (LW/AWH Mark II).[47]
Of the four Commonwealth Nations, Canada had by far the most extensive wartime involvement in radar. The major responsibility was with the National Research Council of Canada (NRCC), specifically its Radio Branch headed by John Tasker Henderson. Their first effort was in developing a surface-warning system for the Royal Canadian Navy (RCN) to protect the Halifax Harbour entrance. Called Night Watchman (NW), this 200-MHz (1.5-m), 1-kW set was completed in July 1940.
In September 1940, on their trip to the United States for cooperative exchanges, the Tizard Mission visited Canada and recommended that Great Britain use Canadian personnel and facilities to supplement the British programs. Research Enterprises Limited (REL), was then established to manufacture radar and optical equipment.
The next system was a ship-borne set designated SW1C, for Surface Warning 1st Canadian, for corvettes and merchant ships. The basic electronics were similar to the NW, but it initially used a Yagi antenna that was turned using an automobile steering wheel. It was first tested at sea in mid-May 1941. The project engineer from the NRCC was H. Ross Smith, who remained in charge of projects for the RCN throughout the war.
In early 1942, the frequency of the SW1C was changed to 215 MHz (1.4 m) and an electric drive was added to rotate the antenna. It was known as the SW2C and produced by the REL for corvettes and mine sweepers. A lighter version, designated SW3C, followed for small vessels such as motor torpedo boats. A plan-position indicator (PPI) display was added in 1943. Several hundred SW sets were eventually produced by the REL.
For coastal defence by the Canadian Army, a 200-MHz set with a transmitter similar to the NW was developed. Designated CD, it used a large, rotating antenna atop a 70-foot wooden tower. Since the firing battalion would be some distance away, a "displace corrector" automatically compensated for this separation. The CD was put into operation in January 1942
Following the Tizard Mission meetings in Washington, it was decided that Canada would build a microwave gun-laying system for the Canadian Army. This 10-cm (3-GHz) system was designated GL IIIC, the "C" to distinguish it from similar systems being developed in America ("A") and Great Britain ("B"). (Eventually the U.S. system was the SCR-584.) A local source of magnetrons was vital, and the National Electric Company (NEC) in Montreal began manufacturing these devices.
The GL IIIC was housed in two trailers, one with a rotating cabin and one fixed. The rotating one was called the Accurate Position Finder and held the primary equipment and separate antennas with parabolic reflectors for transmitting and receiving. The other trailer carried the Zone Position Indicator, a 150-MHz (2-m) radar that found the position of all aircraft within the system's coverage.
In mid-1941, the REL received orders for 660 GL IIIC systems. In July, a very satisfactory demonstration of the prototype system was held, and by December, the first six systems had been built. During 1942 and into the next year, there were many technical and administrative problems. In September 1943, a decision was made to use the British and American systems in liberating Europe; thus, the large REL order was never filled.
Success at the Radio Branch with the 10-cm experimental set for the Army led the RCN to request a ship-borne, early-warning microwave set. A separate Microwave Section was formed and development of a 10-cm (3-GHz) set designated RX/C was initiated in September 1941. Due to many changes in requirements from the RCN, the first sets were not available until July 1943. The RX/C incorporated many of the characteristics of the SW sets, but had a PPI display and a parabolic-reflector antenna. Further sets were produced by the REL and used throughout the war.
The Admiralty in Great Britain asked about Canada's interest and capability in manufacturing 3-cm magnetrons. This led to the development of a 3-cm device by the NEC and a full 3-cm (10-GHz) radar for small crafts. In May 1942, the British Admiralty gave a formal purchase order for these developments. The set was designated Type 268 (not to be confused with the SCR-268 from the U.S. Signal Corps), and was particularly designed to detect a submarine snorkel. With extensive testing and subsequent changes, full-scale production did not start until December 1944. About 1,600 Type 268 sets were manufactured before the end of the war.
While the Canadian Army was basically satisfied with the 200-MHz CD systems, it did ask for an improvement to 10-cm operation. Since the Microwave Section was then well experienced in these systems, they easily provided a design. Before even a prototype was built, the Army gave an order to the REL for a number of sets designated CDX. Production started in February 1943, but only 19 sets were actually delivered with 5 of these going to the USSR.
In the spring of 1943, German submarines started operating just outside the Saint Lawrence Seaway – the primary ship route from Canada to Great Britain. To counter this, the Royal Canadian Air Force (RCAF) asked that 12 sets of a long-range microwave system be built. A magnetron producing 300 kW at 10.7 cm (2.8 GHz) was developed by the firm NEC. For radiating a narrow horizontal beam to sweep the sea surface, a slotted antenna 32 by 8 feet in size was designed by William H. Watson at McGill University. The system was designated MEW/AS (Microwave Early Warning Anti Submarine).
The transmitting and receiving equipment was located behind the antenna, and the assembly could be rotated at up to 6 RPM. The controls and PPI display was in a nearby fixed building. This could detect targets at up to 120-miles (196-km) range. A second version, designed for detecting high-flying aircraft, was designated MEW/HF (Height Finding). In this, the power could be switched to a smaller, rotating antenna that gave a narrow vertical beam. The RCAF put both versions of the MEW into operation at several sites in Newfoundland, Quebec, and Ontario.
In addition to the radar sets previously described, many others were designed at the NRCC's Radio Branch during the war years – a total of 30 of all types. Of these, 12 types were turned over to the REL where they were built in quantities varying from a few to hundreds; altogether, some 3,000 were produced before the REL was closed in September 1946.[48]
In late 1939, the New Zealand Department of Scientific and Industrial Research (DSIR) established two facilities for RDF development – one, led by Charles Watson and George Munro (Watson-Munro) was at the Radio Section of the Central NZ Post Office in Wellington, and the other, under the responsibility of Frederick White, was at Canterbury University College in Christchurch.
The objective of the Wellington group was to develop land-based and airborne RDF sets for detecting incoming vessels and a set to assist in gun-directing at coastal batteries. Within a few months, they had converted a 180-MHz (1.6-m), 1-kW transmitter from the Post Office to be pulse-modulated and used it in a system called CW (Coastal Watching). The CW was followed by a similar, improved system called CD (Coast Defense); it used a CRT for display and had lobe switching on the receiving antenna. This was placed into service at the Devonport Naval Base at Auckland. In this same period, a partially completed ASV 200-MHz set from Great Britain was made into an airborne set for the Royal New Zealand Air Force (RNZAF). About 20 sets were built and put into service. All three of these radars were placed into service before the end of 1940.
The group at Christchurch was to develop a set for shipboard detection of aircraft and other vessels, and a companion set for directing naval gunfire. This was a smaller staff and the work went much slower, but by July 1940, they had developed an experimental VHF fire-control set and tested it on the Armed Merchant Cruiser Monowai. This was then improved to become the 430 MHz (70 cm) SWG (Ship Warning, Gunnery), and in August 1941 went into service on the Archilles and Leander, Cruisers transferred to the newly formed Royal New Zealand Navy (RNZN).
The same basic equipment was used by the Christchurch group in developing a ship-based air- and surface-warning system. The primary difference was that the SW antennas could be directed in elevation for aircraft detection. Designated SW (Ship Warning), it was usually installed together with the SWG. Eight of each type were eventually accepted by the RNZN. A number of SWGs were also built for the British fleet stationed in Singapore; some of these with their manuals were captured by the Japanese in early 1942.
After sending engineers to the Rad Lab in the United States to study their products, a project to develop mobile 10-cm (3-GHz) systems for coast-watching and surface-fire-control that might be used throughout the Pacific. With a great demand for such systems, an experimental unit was developed and tested before the end of 1942.
Designated ME, the electronics was mounted in the cabin of a 10-wheel truck and a second truck carried the power generator and workshop. Equipment was built in both Christchurch and Wellington. The radar had a single parabolic antenna was on the roof, and a plan-position indicator CRT was used, the first such in New Zealand. The first of these went into service in early 1943 in support of a U.S. torpedo-boat base in the Solomon Islands. Some of the MD radars were used to replace 200-MHz CW sets, and several systems were built for operation on RNZN minesweepers.
As the Allies progressed upward in the Pacific, a need arose for a long-range warning set that could be quickly set up following an invasion. The RDL took this as a project in late 1942, and in few months six Long-Range Air Warning (LWAW) systems were available. These operated at 100 MHz (3 m) and, like the microwave sets, were mounted in trucks. A single Yagi antenna was normally used, but there was also a broadside array that could be used when a more permanent operation was established. The range using the Yagi was near 150 km; this increased to over 200 km with the broadside.
From the start in late 1939, 117 radar sets of all types were built in New Zealand, all by small groups; no types were ever put into serial production. After 1943, little such equipment was produced in the country, and RNZN warships were then provided with British outfits to replace the earlier New Zealand sets.[49]
Radar systems were developed from 1939; initially New Zealand made but then (because of difficulty on sourcing components) British made. Transportable GCI radar sets were deployed in the Pacific, including one with RNZAF personnel at the American aerodrome at Henderson Field, Guadalcanal in September 1942, where the American SCR 270-B sets could not plot heights so were inadequate against frequent Japanese night raids. In the first half of 1943 additional New Zealand radar units and staff were sent to the Pacific at the request of COMSOPAC, Admiral Halsey.[50]
Like in Great Britain, RDF (radar) development in South Africa emerged from a research organization centering on lightning instrumentation: the Bernard Price Institute (BPI) for Geophysical Research, a unit of the University of the Witwatersrand in Johannesburg. When Prime Minister Jan Smuts was told of this new technology, he requested that the resources of BPI be devoted to this effort for the duration of the war. Basil Schonland, a world-recognized authority on lightning detection and analysis, was appointed to head the effort.
With nothing more than copies of some "vague documents" and notes provided by New Zealand's representative at the briefings in England, Schonland and a small team started the development in late September 1939. Before the end of November, the various elements of the system were completed, all by using locally available components. These were assembled in separate vehicles for the transmitter and receiver.
The transmitter operated at 90 MHz (3.3 m) and had a power of about 500 W. The pulse was 20-μs in width and the PRF was 50 Hz, synchronized with the power-line. The receiver was super-regenerative, using type 955 and 956 Acorn tubes in the front end and a 9-MHz IF amplifier. Separate, rotatable antennas with stacked pairs of full-wave dipoles were used for transmitting and receiving. The beams were about 30 degrees wide, but the azimuth of the reflected signal was determined more precisely by using a goniometer. Pulses were displayed on the CRT of a commercial oscilloscope.
Before the end of the year, a full system had been assembled and detected a water tank at a distance of about 8 km. Improvements were made on the receiver, and the transmitter pulse-power was increased to 5 kW. Designated JB-1 (for Johannesburg), the prototype system was taken to near Durban on the coast for operational testing. There it detected ships on the Indian Ocean, as well as aircraft at ranges to 80 km.
In early March 1940, the first JB-1 system was deployed to Mambrui on the coast of Kenya, assisting an anti-aircraft Brigade in intercepting attacking Italian bombers, tracking them up to 120 kilometres (75 mi). During early 1941, six systems were deployed to East Africa and Egypt; JB systems were also placed at the four main South African ports.
An improved system, designated JB-3, was built at the BPI; the most important changes were the use of a transmit-receive device (a duplexer) allowing a common antenna, and an increase in frequency to 120 MHz (2.5 m). The range increased to 150 km for aircraft and 30 km for small ships, with a bearing accuracy of 1–2 degrees. Twelve sets of JB-3 radars began deployment around the South African coast in June 1941.
By mid-1942, British radars were available to meet all new South African needs. Thus, no further developments were made at the BPI. Most of the staff joined the military. Basil Schonland, as a Lt. Colonel in the South African Army, went to Great Britain to serve as Superintendent of the Army Operational Research Group and later the scientific advisor to Field Marshal Bernard Montgomery.[51]
The magnetron stunned the Americans. Their research was years off the pace.