Введение
Канадская линия радиолокационной обороны
Средняя линия Канады (MCL), также известная как «Ограждение Макгилла», представляла собой линию радиолокационных станций, протянувшуюся с востока на запад через центральную часть Канады, использовавшуюся для заблаговременного предупреждения о советском бомбардировочном нападении на Северную Америку. Она была построена в дополнение к линии «Пинетри», расположенной южнее. Большинство станций Средней линии Канады использовались лишь короткий период времени – с конца 1950-х до середины 1960-х годов, поскольку угроза нападения изменилась с бомбардировщиков на межконтинентальные баллистические ракеты (МБР). С закрытием MCL функция раннего предупреждения почти полностью перешла к более новой и совершенной линии «DEW», расположенной севернее. MCL была основана на бистатическом принципе радиолокации, использующем разделенные передатчики и приемники. Любой самолет, летящий между станциями, отражал часть передаваемого сигнала в сторону приемника, где он смешивался с сигналом, идущим непосредственно от передатчика. Смешение двух сигналов создавало картину, которую очень легко обнаружить с помощью простой электроники. Поскольку передатчик не излучает импульсы, он не требует высокого напряжения и очень прост в устройстве. Это приводило к созданию недорогой системы, способной охватывать огромные территории, но при этом не предоставляющей информации о точном местоположении цели, а лишь о ее присутствии. На протяжении всей своей истории MCL страдала от проблемы, которую так и не удалось решить: из-за принципа работы бистатического радара любой объект, находящийся относительно близко к любой из станций, создавал сильный сигнал, в отличие от обычных моностатических (однопозиционных) радаров, где этот эффект ограничен областью непосредственно вокруг станции. В случае с MCL это вызывало проблемы, когда стаи птиц пролетали вблизи любой станции и перегружали сигнал от более удаленного самолета. Решение этой проблемы с использованием эффекта Доплера было одним из основных критериев проектирования радиолокатора AN/FPS 23 «Fluttar», выполнявшего аналогичную роль в линии «DEW».
Импульс
Строительство линии "Пинетри" только началось, когда у авиационных планировщиков возникли опасения относительно её возможностей и местоположения. К тому времени, как система обнаружит потенциальную атаку самолётов с реактивными двигателями, времени на какие-либо действия до достижения атакой канадских или северных городов США останется мало. Кроме того, системы "Пинетри" использовали импульсные радары, которые было относительно легко подавить и которые не могли обнаруживать цели, находящиеся близко к земле, из-за "помех". Хотя это было дорого с точки зрения расхода топлива, советским бомбардировщикам было бы возможно избежать обнаружения, летая на меньшей высоте и прокладывая курс между станциями. Беннетт Льюис, руководитель лабораторий AECL Chalk River и бывший главный суперинтендант Исследовательского учреждения телекоммуникаций Великобритании (TRE), предложил Совету по оборонным исследованиям (DRB) систему, которая позволяла избежать обеих этих проблем. Сегодня известная как бистатический радар с передним рассеянием, она использовала две антенны – передатчик и приёмник, разделённые определённым расстоянием. Антенны были расположены и ориентированы таким образом, чтобы сигнал от передатчика заполнял пространство над линией между двумя станциями. Летящий в этой области самолёт отражал бы часть сигнала обратно к приёмнику, что позволяло бы обнаруживать цели на высотах до 65 000 футов.
Основным преимуществом системы является то, что для эффективной работы требуется значительно меньше энергии. В обычном радаре радиосигнал должен пройти к цели и обратно. Поскольку каждый отрезок пути подчиняется обратному квадратному закону, результирующее радарное уравнение содержит зависимость от мощности в четвёртой степени. В отличие от этого, сигнал радара с передним рассеянием всегда проходит примерно одинаковое общее расстояние – от передатчика к приёмнику, изменяемое лишь высотой цели. Это означает, что он зависит от квадратного корня дальности, а не от корня четвёртой степени, и, следовательно, доставляет на приёмник значительно больше энергии, чем обычный радар на том же расстоянии. Кроме того, в отличие от обычного "моностатического" радара, передатчику не нужно было отключаться, чтобы приёмник мог прослушивать сигнал. Поскольку общее количество энергии, принимаемой приёмником, является функцией как пиковой мощности, так и длительности импульса, использование непрерывного сигнала означает, что та же общая энергия будет передана при использовании гораздо меньшей пиковой мощности передатчика. В результате система Льюиса требовала бы меньших площадок и значительно меньшей мощности, чем обычные радары, такие как радары линии "Пинетри". Основным недостатком системы является то, что она не указывала местоположение самолёта в пределах луча, в отличие от импульсной системы, где временные характеристики импульса могут быть использованы для определения дальности. Это означает, что концепция переднего рассеяния полезна для создания "радарного забора" или "сигнализации", которая указывает на приближение чего-либо, но не точно где это находится. Чтобы частично решить проблему определения местоположения цели, было предложено построить два взаимосвязанных забора, так чтобы расстояние между каждой парой станций составляло, возможно, достаточно короткое расстояние, чтобы радар на перехватчике мог обнаружить цель в этой области. Использование двух перекрывающихся наборов также позволяло одной паре покрыть мёртвую зону непосредственно над башнями другой. Первоначальная концепция Льюиса заключалась в размещении передатчиков и приёмников на телефонных столбах и опорах линий электропередач, что обеспечивало как удобное местоположение, так и небольшое количество энергии, необходимое для работы электроники. В случае с телефонными столбами, линии также использовались бы для передачи данных обратно на станции слежения. Эта концепция вызвала значительный интерес, хотя от неё отказались по причинам, которые не совсем ясны. Уиллис и Гриффитс предполагают, что это могло быть связано с необходимостью в 1000 таких радаров, но также вероятно, что желание разместить линию дальше на север, чем густонаселённые районы южной Канады, также имело значение. В любом случае, простота концепции помогла привлечь к ней внимание авиационных планировщиков.
Паутина
DRB решил реализовать идею Льюиса в 1950–1951 годах, разместив контракт на исследования в Исследовательских лабораториях электроники Итона при Университете Макгилла, возглавляемых профессором Гарфильдом Вунтоном. Льюис предложил DRB и Вунтону поручить руководство проектом доценту Дж. Ренни Уайтхеду, его бывшему коллеге по TRE в Великобритании, который недавно получил должность в лаборатории. В 1952 году были проведены некоторые предварительные испытания с использованием макетной аппаратуры, собранной аспирантом Хью Гамильтоном, чтобы подтвердить состоятельность идеи. Параллельно DRB привлекло RCA Victor к проектированию и производству приемников, передатчиков и антенн для полномасштабных испытаний. Испытания были проведены летом 1953 года, когда Уайтхед и его команда из RCA Victor и RCAF установили и использовали сеть из семи станций, протянувшуюся от Оттавы до Маттавы вдоль долины реки Оттава. Испытания, получившие кодовое название "Паутина" по предложению Гамильтона, проводились с использованием самолетов с базы CFB Сент-Хуберт, расположенной недалеко от Монреаля. Все наблюдения передавались и обрабатывались в штабе, который был развернут в оборудовании одной из семи станций, расположенной в Дип-Ривер. Лейтенант Эндрю Мэтьюс из 104-й коммуникационной эскадрильи RCAF Сент-Хуберт организовал серию полетов различных самолетов по сети, включая легкий самолет Auster, T 33 Shooting Star, бомбардировщик Avro Lancaster и даже недавно приобретенный реактивный транспортный самолет de Havilland Comet. Испытания выявили много информации о спектральных "сигнатурах" самолетов, пересекающих линию в разных точках, и продемонстрировали возможность обнаружения самолетов всех размеров на высоте от 30 метров до более 12 километров. В это время доктор Росс Уоррен из RCA Victor и доктор Уайтхед совместно разработали теоретическую базу для работы, представив подробный отчет в DRB. После испытаний "Паутины" в 1954 году были проведены интенсивные испытания на одной широкополосной линии, построенной в Восточных городках компанией Bell Canada, которой к этому времени было дано разрешение на реализацию линии Mid Canada Line. Когда Уайтхед спросил, почему контракт не был отдан RCA, коллега ответил: "По-вашему, кто управляет Канадой?". Испытания на этом прототипе линии также проводились Уайтхедом и небольшой командой в сотрудничестве с Командованием воздушной обороны Сент-Хуберт, на этот раз по поручению Bell. Испытания включали пролеты нескольких бомбардировщиков B 52 по согласованию со Стратегическим авиационным командованием и местным подразделением по планированию бомбардировок. Они также имели в постоянном распоряжении самолет Avro Lancaster с базы CFB Гринвуд для важных испытаний на малых высотах.
Исследования внедрения
В феврале 1953 года Канадско-американской группе военных исследований (MSG) было поручено "изучить аспекты Североамериканской системы противовоздушной обороны в целом и системы раннего предупреждения в частности, представляющие взаимный интерес для обеих стран". MSG затем попросила командиров ПВО Канады и Соединенных Штатов подготовить независимые отчеты по данной теме. К июлю 1953 года Командование ПВО ВВС Канады (RCAF) завершило свой отчет, за которым вскоре последовал аналогичный отчет ВВС США. Оба отчета предлагали построить доплеровский заслон дальше на север, вдоль 55-й параллели, примерно в районе входа залива Джеймс в залив Гудзона. В октябре 1953 года MSG рекомендовала обеим правительствам "в кратчайшие сроки развернуть линию раннего предупреждения, расположенную в основном вдоль 55-й параллели между Аляской и Ньюфаундлендом", и определила их минимальные оперативные требования. К концу ноября 1953 года Среднеканадская линия была одобрена в принципе. В отличие от совместно эксплуатируемой линии Pinetree и будущей линии DEW, Среднеканадская линия должна была полностью финансироваться и эксплуатироваться RCAF. DRB оценил стоимость системы примерно в 69 700 000 долларов США, в то время как независимый отчет RCAF оценил ее в 85 000 000 долларов США. 85 000 000 долларов США в 1982 году эквивалентны примерно <расчетной сумме> в современных условиях. В декабре началась работа по оценке проблем, которые могли возникнуть в ходе строительства. Несколько "караванов", состоящих из тягачей с санями, отправились в поход. Один, укомплектованный сотрудниками RCAF, двинулся на восток из Форт-Нельсона (Британская Колумбия) с целью соединения со вторым, двигавшимся на запад из Флин-Флона (Манитоба), в то время как третий, укомплектованный армейским личным составом, отправился от озера Нипигон, недалеко от бухты Тандер-Бей (Онтарио), в сторону Лансдаун-Хаус, расположенного дальше на север. Эти экспедиции доказали возможность строительства новой линии, но только зимой, когда торфяники были полностью промерзшими. Эти экспедиции также вдохновили армию США на инвестиции в специально разработанные вездеходные составы, которые они испытывали в 1960-х годах, но так и не запустили в серийное производство. Параллельно велись работы по началу предварительных исследований по выбору мест размещения. Быстро стало ясно, что рассматриваемые районы, по крайней мере, в восточной Канаде, были настолько удаленными, что достоверной топографической информации практически не существовало. Транспортное командование почти немедленно приступило к масштабной работе по картографированию территории в полосе шириной 24 километра (15 миль) по всей стране, которая завершилась весной 1954 года. Получив эти данные, в феврале 1954 года был создан строительный отдел – Группа системной инженерии (SEG), которой было поручено подготовить окончательный отчет о системе к 1 июня.
Окончательное оформление планов
По мере продолжения экспериментов стало ясно, что использование более высоких мачт позволяло располагать радарные станции на большем расстоянии друг от друга, что сокращало необходимое количество станций. Тем не менее, стоимость возросла и была оценена примерно в 120 миллионов долларов. Хотя окончательный отчет еще не был готов, SEG представил предварительный отчет в июне, который был одобрен кабинетом министров к концу месяца. В этом отчете практически точно описывалась система, которая должна была быть построена. В нем предлагалось создание восьми основных центров управления секторами, пронумерованных от 200 до 900, каждый из которых контролировал бы до тридцати беспилотных радиолокационных постов, в общей сложности 90 радиолокационных станций. Каждая радарная станция состояла из одной высокой мачты с несколькими небольшими антеннами, установленными в фиксированных положениях на вершине (обычно четыре, по две направленные в противоположные стороны), а электропитание и электроника размещались в здании у основания мачты. Центры управления секторами были соединены между собой современной микроволновой системой связи, частично разработанной CARDE, которая использовала рассеяние в тропосфере для дальней связи. Самый южный участок линии, расположенный на мысе Генриетта-Мария в Гудзоновом заливе, служил основным узлом связи, а три дополнительных ретрансляционных станции передавали данные с линии на юг, в командный центр NORAD в Норт-Бей, Онтарио. Восточная станция в Хопдейле, Лабрадор, была размещена совместно с существующей станцией линии "Пинетри", чтобы сэкономить на строительных расходах. Все самолеты, пересекающие линию, должны были подавать план полета через Среднюю зону идентификации (MIDIZ), центр которой находился на линии разграничения. Планы также предусматривали строительство нескольких авиабаз, известных как аэродромы обеспечения пролета, к северу от линии, где в периоды повышенной готовности могли действовать перехватчики. Примерно в это же время в Канаде велось строительство еще одного крупного гражданского объекта – общеканадской микроволновой релейной телефонной системы. Поскольку многие логистические проблемы были схожими, строительная группа под руководством Bell Canada была выбрана в качестве основного подрядчика для строительства базы. Детальный выбор площадок начался в 1955 году, и была проведена масштабная геодезическая работа вдоль 55-й параллели по всей Канаде. Места были настолько удаленными, что ВВС Канады пришлось сформировать свою первую эскадрилью полностью укомплектованную вертолетами, чтобы обеспечить поддержку полетов для геодезических групп.
Строительство и обслуживание
Строительство началось в 1956 году и продвигалось быстрыми темпами. К апрелю 1957 года восточная часть была введена в эксплуатацию, а 1 января 1958 года линия была объявлена полностью работоспособной. Операции вскоре были интегрированы в недавно сформированный NORAD. Даже пересмотренные оценки SEG оказались заниженными, и окончательная стоимость линии оценивается в 224 566 830 долларов США в 1958 году, что эквивалентно примерно <расчетной сумме> в современных условиях. Почти сразу после ввода в эксплуатацию оборудования была выявлена серьезная проблема. Из-за больших эффективных площадей рассеяния (ЭПР), наблюдаемых в радарах с передним рассеянием, даже небольшие объекты создавали обнаруживаемые сигналы. Это усугублялось, если размеры объектов были сопоставимы с длиной волны радара или, в данном случае, если они распространялись в виде узоров, кратных этой длине волны. Эту проблему вызывали большие стаи перелетных водоплавающих птиц весной и осенью, создававшие сигналы настолько мощные, что делали радары бесполезными. Испытания систем "Spider Web" и "Eastern Townships" проводились летом, поэтому это не было замечено. Еще до ввода линии в эксплуатацию, повторяя прошлый опыт, уже изучалась новая, более совершенная линия, которая объединила бы возможности целеуказания системы Pinetree с возможностями перекрытия линии MCL и располагалась бы значительно севернее для существенного улучшения времени обнаружения и реагирования. Строительство линии "Distant Early Warning" (DEW) началось до того, как MCL стала работоспособной. Когда линия DEW начала функционировать в 1957 году, ценность MCL снизилась, и RCAF настоятельно рекомендовала ее демонтировать. Несмотря на техническую состоятельность, MCL предоставляла мало информации для наведения перехватчиков на цели, поэтому для этих задач по-прежнему требовались радары Pinetree, расположенные значительно южнее. Дополнительное время, которое предоставляла MCL, не считалось достаточным оправданием для поддержания линии в рабочем состоянии. ВВС США не согласились, но, несмотря на их возражения, западная часть линии была закрыта в январе 1964 года, оставив восточную часть для защиты промышленных районов Канады и США. С переходом Советского Союза на межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) стало ясно, что как системы MCL, так и Pinetree имеют ограниченную полезность, и вся линия Mid Canada была закрыта в апреле 1965 года. Например, оперативный пункт, расположенный в Кранберри-Портедж, Манитоба, был преобразован в среднюю школу и общежитие после прекращения активной деятельности на этом объекте в середине 1960-х годов. Станции линии DEW размещались таким образом, чтобы обеспечить наилучший обзор горизонта, но оставался минимальный угол обнаружения, ниже которого самолеты могли пролетать незамеченными. На ранних этапах планирования рассматривалась возможность использования системы, подобной башням MCL, в качестве заполнителей пробелов между станциями для предотвращения подобных проникновений. По мере ввода MCL в эксплуатацию и выявления проблемы с птицами первоначальная концепция переднего рассеяния была заменена на использование доплеровской фильтрации для игнорирования объектов, летящих ниже. Системы AN/FPS 23 "Fluttar" действительно отфильтровывали птиц, но не могли отфильтровать самолеты общей авиации, летающие в этом районе, включая те, которые выполняли перелеты между базами для обслуживания и смены экипажей. В результате частота ложных тревог сделала их столь же неэффективными, как и MCL, и они просуществовали еще меньше времени, будучи выведенными из эксплуатации в 1963 году.