El Green Satin , también conocido como ARI 5851 , era un sistema de radar Doppler desarrollado por la Real Fuerza Aérea Británica como ayuda a la navegación aérea . El sistema proporcionaba medidas directas de la velocidad y la dirección de la deriva, lo que permitía calcular con precisión los vientos en altura. Estos valores se introducían después en el sistema de navegación y bombardeo .
Originalmente se especificó en 1949 como OR.3015 para el bombardero English Electric Canberra . Los primeros ejemplares llegaron en 1953, [1] y pronto se instaló en servicio. Posteriormente se utilizó en la flota de bombarderos V. Se mantuvo en uso en los bombarderos V hasta los Avro Vulcan de 1969, cuando fue reemplazado por el Decca 73. Es posible que los Handley Page Victor lo hayan utilizado hasta que dejaron de prestar servicio en 1993.
El nombre proviene de una época en la que el Ministerio de Abastecimiento utilizaba combinaciones aleatorias de colores y palabras clave para evitar que sus nombres en clave fueran demasiado literales. Una versión conocida como Blue Silk con límites de velocidad máxima más bajos se utilizó en algunas marcas de aviones Canberra y de la Marina Real .
En la navegación aérea hay seis valores de interés: velocidad aerodinámica, rumbo (el ángulo de la brújula hacia el que apunta el morro), velocidad terrestre, rumbo (el ángulo de la brújula del movimiento real), velocidad del viento y dirección del viento. Utilizando cuatro de estos valores y la suma básica de vectores , se pueden determinar los demás valores mediante el triángulo del viento . Una vez determinados, la trayectoria de la aeronave se puede calcular con precisión utilizando la estimación en comparación con un punto fijo original.
La velocidad aerodinámica y el rumbo se pueden medir con un alto grado de precisión utilizando dispositivos de medición a bordo, como el indicador de velocidad aerodinámica y el girocompás . Dado que el avión vuela dentro de la masa de aire, no es posible medir directamente los valores del viento, por lo que su determinación debe realizarse con referencia a alguna medida externa. Durante la mayor parte de la historia de la navegación aérea, esto se logró mediante un proceso de estimación inversa , cronometrando el paso de objetos sobre el suelo para medir la velocidad respecto al suelo y estimando la deriva o midiéndola con instrumentos ópticos simples como el medidor de deriva . Ambos son inherentemente inexactos, y la Marina de los EE. UU. sugiere que tales medidas tienen una precisión de solo el 10%.
El Green Satin proporcionaba mediciones precisas e inmediatas de la velocidad real respecto al suelo y del ángulo de deriva. En combinación con la velocidad aerodinámica y el rumbo, la complejidad de la navegación aérea se reducía enormemente. Sin embargo, una estimación precisa también requiere un "punto de referencia" original preciso a partir del cual se determinan los movimientos futuros. En la práctica, se utilizaría Gee para tomar un punto de referencia después de que el avión alcanzara la altitud y velocidad de crucero, y se utilizaría para ajustar la navegación hasta que saliera del rango de Gee, quizás entre 300 y 450 millas náuticas.
El Green Satin nació en el Requisito Operacional (OR) 3015 en 1949. Este requería un dispositivo que proporcionara una medida precisa de la velocidad terrestre de una aeronave con una precisión de 0,2 por ciento mientras volaba a cualquier velocidad entre 100 y 700 nudos a todas las altitudes hasta 60.000 pies. También tenía que medir el ángulo de deriva hasta 20 grados a cada lado del rumbo, con una precisión de menos de 0,1 grados. Tenía que hacer estas mediciones sobre tierra o agua, en cualquier clima. [2]
La solución para medir la velocidad respecto al suelo ya se conocía bien en ese momento, utilizando un sistema de radar Doppler para comparar la frecuencia de retorno de dos o más señales. Green Satin utilizó cuatro de esas señales para determinar tanto la velocidad respecto al suelo como el ángulo de deriva, que se enviaron simultáneamente por una única antena en forma de cruz con cuernos de alimentación en los cuatro extremos. En su posición neutra, mirando hacia adelante, un conjunto de antenas envió dos señales alineadas ligeramente hacia adelante y hacia atrás, y el otro ligeramente hacia el lado de babor y estribor. Cada par de señales se envió a un comparador de frecuencia independiente , y la salida fue la diferencia de frecuencias representada por un voltaje . [3]
Consideremos un avión que vuela sobre el suelo sin viento. En este caso, la velocidad hacia el costado es cero, por lo que las señales de babor y estribor regresarán al avión a la misma frecuencia. Cuando se envían a través de su comparador, la salida es voltaje cero, lo que indica que no hay deriva lateral. Ahora consideremos el caso en el que el avión está siendo arrastrado hacia la derecha. En este caso, la señal de estribor se desplazará hacia arriba en frecuencia y la señal de babor hacia abajo. La velocidad del movimiento no es de interés, solo el ángulo. Para medir el ángulo, se montó todo el conjunto de antenas en un pivote motorizado y se rotó hacia adelante y hacia atrás hasta que la salida fue cero nuevamente. [3]
Una vez medido con precisión el ángulo de deriva, la antena apuntará directamente en la dirección de la deriva. Cualquier diferencia de frecuencia entre las señales de orientación hacia adelante y hacia atrás en este punto es, por lo tanto, una medida de la velocidad terrestre. [3]
Green Satin era un sistema pulsado, aunque no era un radar Doppler de pulsos en el sentido típico. Los pulsos se utilizaban para permitir que una sola antena se utilizara tanto para transmisión como para recepción, no para medir la distancia (o en este caso, la altitud) a través de la temporización de los pulsos. Las frecuencias se comparaban dentro de un solo pulso (un radar monopulso ), por lo que no se requería la alta estabilidad de frecuencia durante tiempos de múltiples pulsos más largos. Por lo tanto, Green Satin se basaba en un generador de magnetrón de cavidad simple , en lugar de las soluciones más estables en frecuencia como el klistrón . [4]
La electrónica se alojaba en dos contenedores presurizados montados sobre grandes placas base que incluían fuentes de alimentación y varias conexiones eléctricas. Estos se montaban sobre el área de la cabina en el mamparo trasero del Canberra. [4] Algunos de estos mantuvieron su presurización décadas después de ser desmantelados.
Los datos del Green Satin se introducían en el Sistema de Navegación y Bombardeo (NBS), un ordenador mecánico que calculaba la posición actual de la aeronave mediante la estimación continua de las entradas. La mayoría de estas entradas se introducían automáticamente desde varios instrumentos de la aeronave, pero los datos del Green Satin normalmente se introducían manualmente. La salida del NBS era la latitud y longitud calculadas basándose únicamente en la velocidad aerodinámica y el rumbo; los valores del Green Satin se añadían a estos para producir los resultados finales en el ordenador de navegación. Estos resultados también activaban los circuitos de corrección de los radares de bombardeo H2S Mk. IX y la mira de bombas Mark XIV para ajustar las trayectorias previstas de las bombas. [3]
Para determinar la precisión operativa del Green Satin, se llevó a cabo una larga serie de vuelos de prueba sobre tierra y agua desde un Canberra primitivo. Sin embargo, para estas pruebas, el girocompás G4B resultó demasiado impreciso, ya que requería una corrección constante por la deriva. Y aunque el Gee era lo suficientemente preciso para el propósito, para fijar un punto de referencia se necesitaban largos cálculos manuales por parte del operador. El programa de pruebas exigía equipo adicional para resolver ambos problemas. [5]
La información precisa sobre el rumbo la proporcionaba el Azimuth Datum Instrument (ADI), un rastreador de estrellas montado en un periscopio de modo que proyectaba su pantalla en una placa frente al navegante. [6] Utilizando mediciones de ángulos similares a las tomadas con un sextante , se podía determinar con precisión el rumbo de la aeronave. Para las correcciones iniciales de la posición, Gee fue reemplazado por el Decca Navigator System (Mark 6), que emitía mediciones directamente en tres diales. [7]
Al ubicar tanto la salida ADI como la Decca en la consola de navegación, junto con las salidas Green Satin, una cámara de video pudo grabar todo en tiempo real para un posterior análisis de datos en tierra. Esto consistió en tomar una instantánea de los ajustes cada seis segundos y luego promediar las posiciones de los instrumentos. [8] Las pruebas demostraron que la precisión de Green Satin sobre tierra en vuelo recto y nivelado fue inferior a ±0,1 % de la distancia recorrida y de menos de ±0,1 de grado en deriva. [9]
El Green Satin se utilizó inicialmente con un sistema de visualización simple con dos diales grandes que presentaban la velocidad terrestre real en nudos a la izquierda y el ángulo de deriva a la derecha. La salida de este sistema se enviaba normalmente, junto con la salida de la brújula G4, al Indicador de Posición Terrestre (GPI) del Mark 4. El GPI era una computadora mecánica simple que integraba las entradas para producir una desviación a partir de una ubicación inicial proporcionada por el usuario (tomada de Gee, por ejemplo) y la presentaba como latitud y longitud o números de referencia de cuadrícula en dos pantallas similares a un odómetro .
El satén verde inicialmente equipó a la fuerza de Canberra, pero pronto se utilizó en la mayoría de los aviones más grandes de la RAF. Los problemas para fijar el rumbo en una superficie de mar en calma hicieron que se tuviera que utilizar el equipo de navegación Decca durante el apuntamiento de bombas Grapple desde los aviones Valiant .
El Green Satin también se utilizó en combinación con un segundo sistema de radar llamado Red Setter para producir un sistema de radar aerotransportado de visión lateral (SLAR). [a] Este utilizaba la antena y la electrónica de un H2S Mark IXA , pero apagaba el motor de escaneo para que normalmente apuntara a un lado de la aeronave. El ángulo de deriva del Green Satin se alimentaba al motor para realizar pequeños ajustes para mantener la antena alineada en ángulo recto con la trayectoria terrestre de la aeronave, independientemente del rumbo. [3]
La pantalla CRT utilizada por el H2S normal estaba equipada con un sistema de película con un carrete de recogida motorizado. El motor estaba conectado a la salida de velocidad de tierra del Green Satin, por lo que arrastraba la película por el frente de la pantalla a una velocidad establecida independiente de la velocidad del aire. Con el motor de escaneo apagado, la pantalla del CRT era una sola línea, modulada en brillo por los retornos a varias distancias del avión. Esto exponía la película, produciendo una imagen 2D de la tierra a un lado del avión. [3]
La película se pasó por un sistema de revelado rápido producido por Kelvin Hughes , que fabricó sistemas similares para diversos fines. La película se procesó y estuvo lista para su visualización después de una breve demora. [3]