Вюрцбург: Немецкий радиолокатор управления огнём времён Второй мировой войны.

Введение

Наземный радиолокационный прибор для наведения артиллерии для Люфтваффе и немецкой армии вермахта во время Второй мировой войны.

Радар низкой УВЧ-полосы "Вюрцбург" был основным наземным радиолокационным аппаратом для Люфтваффе и Кригсмарине (немецкого флота) вермахта во время Второй мировой войны. Первоначальная разработка велась до войны, а аппарат поступил на вооружение в 1940 году. В конечном итоге было произведено более 4000 радаров "Вюрцбург" различных моделей. Он получил свое название от города Вюрцбург. Существовали две основные модели системы. Первый "Вюрцбург" представлял собой транспортную модель, которую можно было складывать для перевозки, а затем быстро приводить в действие после установки и выравнивания. Модели A начали поступать на вооружение в мае 1940 года и в течение следующего года претерпели несколько модернизаций для повышения точности, в частности, в модели D 1941 года было добавлено коническое сканирование. Более крупный "Вюрцбург-Риезе" (гигант) был основан на модели D, но использовал значительно больший параболический отражатель для дальнейшего повышения разрешения, при этом потеряв мобильность. Будучи одним из основных немецких радаров, британцы приложили значительные усилия для противодействия ему. Это вылилось в феврале 1942 года в операцию "Битинг", в ходе которой были захвачены компоненты действующей модели A. Используя информацию, полученную из этих компонентов, Королевские ВВС ввели ложные цели "Окно" и серию радиолокационных помех белым шумом, известных как "Ковер", для нарушения его работы. В конце войны британцы ввели первые средства радиоэлектронной борьбы, использующие более продвинутую помеху по углу.

Разработка

В январе 1934 года Telefunken встретился с немецкими исследователями радара, в частности, доктором Рудольфом Кюнхольдом из Института исследований связи Кригсмарине и доктором Хансом Холльманном, экспертом по микроволнам, который проинформировал их о своей работе над радаром раннего предупреждения. Директор исследований Telefunken, доктор Вильгельм Рунге, был не впечатлен и отклонил эту идею как научную фантастику. Затем разработчики пошли своим путем и создали GEMA (Gesellschaft für Elektroakustische und Mechanische Apparate), в конечном итоге сотрудничая с Lorenz в разработке систем Freya и Seetakt. К весне 1935 года успехи GEMA убедили Рунге в том, что идея все-таки осуществима, поэтому он начал ускоренную программу в Telefunken по разработке радиолокационных систем. Поскольку Lorenz уже добивался прогресса в устройствах раннего предупреждения, Рунге поручил команде Telefunken сосредоточиться на системе наведения артиллерии малого радиуса действия. Руководство, очевидно, считало это не столь интересным, как Рунге год назад, и установило низкий приоритет для ее разработки. К лету они построили рабочий экспериментальный образец в 50-сантиметровом диапазоне, который смог генерировать сильный сигнал отражения от самолета-цели Junkers Ju 52. К следующему лету экспериментальная установка была превращена в прототип, известный как Darmstadt, который обеспечивал точность определения дальности в пределах 0,6 м/с, что было недостаточно для наведения артиллерии. Ситуация изменилась в конце 1938 года, когда был получен полный контракт на разработку от Люфтваффе. Полученная система, известная как FuMG 62, а также прототип системы FuMG 39T Darmstadt были продемонстрированы Гитлеру в Рехлине в июле 1939 года. Команда Telefunken разработала точную систему на основе микроволновой трубки клистрона, работающей в диапазоне 54–53 см (553–566 МГц) – чрезвычайно короткой для того времени длиной волны – с длиной импульса 2 микросекунды, пиковой мощностью 7–11 кВт и частотой повторения импульсов (PRF) 3750 Гц. Ее максимальная дальность составляла около и точность определения дальности – примерно . В Вюрцбурге использовалась параболическая антенна, которую можно было "сложить" вдоль горизонтальной средней линии для транспортировки на колесном прицепе. Система была впервые принята на вооружение в 1940 году, и было поставлено 4000 единиц базовой комплектации.

In January 1934, Telefunken met with German radar researchers, notably Dr. Rudolf Kühnhold of the Communications Research Institute of the Kriegsmarine and Dr. Hans Hollmann, an expert in microwaves, who informed them of their work on an early warning radar. Telefunken's director of research, Dr. Wilhelm Runge, was unimpressed and dismissed the idea as science fiction. The developers then went their own way and formed GEMA (Gesellschaft für Elektroakustische und Mechanische Apparate) eventually collaborating with Lorenz on the development of the Freya and Seetakt systems. By the spring of 1935, GEMA's successes made it clear to Runge that the idea was workable after all, so he started a crash program at Telefunken to develop radar systems. With Lorenz already making progress on early warning devices, Runge had the Telefunken team concentrate on a short range gun laying system instead. Management apparently felt it to be as uninteresting as Runge had a year earlier and assigned it a low priority for development. By the summer they had built a working experimental unit in the 50 cm band that was able to generate strong returns off a target Junkers Ju 52. By the next summer, the experimental set up had been developed into a prototype known as the Darmstadt, which offered a range accuracy of at , not nearly enough for gun laying. Attitudes changed in late 1938, when a full development contract was received from the Luftwaffe. The resulting system, known as the FuMG 62, as well as the prototype system FuMG 39T Darmstadt were demonstrated to Hitler at Rechlin in July 1939. The Telefunken team developed an accurate system based on a klystron microwave tube operating in the range of 54–53 cm (553–566 MHz)—an extremely short wavelength for the time—with a pulse length of 2 microseconds, a peak power of 7–11 kW and a pulse repetition frequency (PRF) of 3,750 Hz. It had a maximum range of about and was accurate to about in range. Würzburg used a paraboloid dish antenna, which could be "folded" along the horizontal midline for travel on a wheeled trailer. The system was first accepted into service in 1940 and 4,000 of this basic layout were delivered.

Операционные модели

В течение войны было развернуто несколько версий базовой системы Вюрцбург. Первый, Würzburg A, управлялся вручную и требовал от операторов точно определить цель, поддерживая максимальный сигнал на дисплее осциллоскопа. Поскольку сила сигнала изменялась сама по себе по различным причинам, а также из-за отклонения от цели, это было неточно и обычно требовало использования прожектора для обнаружения цели после того, как радар установил приблизительное положение. Тем не менее, один из первых "Вюрцбургов", поступивших на вооружение, непосредственно способствовал сбитию самолета в мае 1940 года, устно передавая команды зенитному подразделению. Экспериментальный Würzburg B был дополнен инфракрасным детектором для точной настройки, но в целом эти устройства оказались непригодными для использования, и их производство было прекращено. Würzburg C использовал переключение лепестков для повышения точности наведения. Сигнал излучался из одной из двух дипольных антенн, расположенных немного по обе стороны от центральной линии параболического отражателя. Сигнал быстро переключался между двумя диполями, направляя его слегка в одну сторону от линии визирования или в другую. После небольшой задержки сигнала от одного из диполей результаты отображались на дисплее осциллоскопа. Результат представлял собой два близко расположенных отражения, которые оператор пытался удерживать на одном уровне на дисплее, поворачивая антенну в сторону более короткого отражения. Эта система обеспечивала гораздо более быструю обратную связь об изменениях в положении цели, и операторы могли достичь точности порядка градуса. Изменения в силе сигнала, вызванные изменением отражения от цели, одинаково влияли на оба лепестка, устраняя распространенные ошибки при считывании показаний. Почти идентичная система использовалась в первом радаре управления огнем артиллерии США, SCR 268. В 1941 году был представлен Würzburg D, в котором была добавлена коническая система сканирования с использованием смещенного приемного устройства, называемого Quirl (немецкое слово для "венчика"), вращающегося со скоростью 25 Гц. Полученный сигнал был слегка смещен от центральной линии антенны, вращаясь вокруг оси и перекрывая ее в центре. Если самолет цели находился на линии визирования, сигнал был стабильным, но если он отклонялся от оси, его сила увеличивалась и уменьшалась. Время увеличения указывало направление самолета относительно центральной линии. Поскольку это изменение сигнала присутствовало даже при очень близком расположении антенны к центру, угловое разрешение было меньше ширины луча антенны, что значительно повысило точность – до 0,2 градуса по азимуту и 0,3 градуса по углу места. Более ранние модели обычно модернизировались до модели D непосредственно в полевых условиях. Даже модель D была недостаточно точной для непосредственного наведения орудий. Для обеспечения системы значительно большей точностью был разработан FuMG 65 Würzburg Riese (известный как "Гигантский Вюрцбург"). Основанный на той же схеме приемника и дисплеях, что и модель D, новый вариант отличался гораздо большей антенной и более мощным передатчиком, обеспечивающим дальность до. Точность определения азимута и угла места составляла 0,1–0,2 градуса, чего было достаточно для непосредственного наведения орудий. Система была слишком большой для транспортировки на грузовом прицепе и была адаптирована для работы из железнодорожного вагона в виде Würzburg Riese E, было произведено 1500 единиц во время войны. Würzburg Riese Gigant представлял собой очень большую версию с передатчиком мощностью 160 кВт, которая так и не была запущена в производство.

Several versions of the basic Würzburg system were deployed over the course of the war. The first, Würzburg A, was operated manually and required the operators to pinpoint the target by maintaining a maximum signal on their oscilloscope display. Since the signal strength changed on its own for various reasons as well as being on or off target, this was inaccurate and generally required the use of a searchlight to spot the target once the radar had settled on an approximate position. Nevertheless, one of the first Würzburgs in service directly assisted in the shooting down of an aircraft in May 1940 by orally relaying commands to a flak unit. An experimental Würzburg B added an infra red detector for fine tuning, but in general these devices proved to be unusable and production was discontinued. Würzburg C featured lobe switching to improve aiming accuracy. It sent the signal out of one of two dipole antennas placed slightly on either side of the centreline of the parabolic reflector. The signal was switched rapidly between the two dipoles, sending the signal slightly to one side of the line of sight or the other. After slightly delaying the signal from one of the dipoles, the returns were sent to an oscilloscope display. The result appeared as two closely separated blips which the operator attempted to keep at the same height on the display by turning the antenna towards the shorter blip. This system offered much faster feedback on changes in the target position and operators could achieve accuracy on the order of a degree. Changes in signal strength, due to changes in the reflection of the target, affected both lobes equally, eliminating common reading errors. An almost identical system was used in the United States's first gun laying radar, the SCR 268. The Würzburg D was introduced in 1941 and added a conical scanning system using an offset receiver feed called a Quirl (German for whisk) that spun at 25 Hz. The resulting signal was slightly offset from the centreline of the dish, rotating around the axis and overlapping it in the center. If the target aircraft was entered in the line of sight the signal was steady, but if it was off axis the strength would increase and decrease. The timing of the increases indicated the direction of the aircraft relative to the centreline. Because this variation in signal was present even when the antenna was very close to centered, the angular resolution was smaller than the beamwidth of the antenna, leading to greatly improved accuracy on the order of 0.2 degrees in azimuth and 0.3 degrees in elevation. Earlier examples were generally upgraded to the D model in the field. Even the D model was not accurate enough for direct laying of guns. In order to provide the system with much greater accuracy, the FuMG 65 Würzburg Riese (known as the "Giant Würzburg") was developed. Based on the same receiver circuitry and displays as the D model, the new version featured a much larger antenna and a more powerful transmitter giving a range of up to Azimuth and elevation accuracy was 0.1 0.2 degrees, which was enough for direct gun laying. The system was too large to be carried on a truck trailer and was adapted for operation from a railway carriage as the Würzburg Riese E, of which 1,500 were produced during the war. The Würzburg Riese Gigant was a very large version with a 160 kW transmitter, which never entered production.

Контрмеры

Поскольку радар был одним из наиболее часто используемых немецкими войсками, британцы приложили значительные усилия для противодействия этой системе во время войны. В феврале 1942 года в ходе операции "Укус" британские десантники захватили систему Вюрцбург А в Бруневале на побережье Франции. Несколько ключевых компонентов были доставлены в Великобританию, что позволило точно определить рабочие параметры системы. Это привело к модернизации существующих передающих систем для создания системы "Ковер", которая создавала помехи на частотах, используемых конкретными системами Вюрцбурга. Было разработано несколько обновленных версий "Ковра"; "Ковер II" была основной британской версией, а "Ковер III" – ее американским аналогом. Операция "Беликоз" была направлена на бомбардировку предполагаемого завода по производству радаров Вюрцбург. Бомбардировка Пенеменде в рамках операции "Гидра" не затронула расположенный поблизости "Гигантский Вюрцбург" на станции наведения и управления в Любмине, использовавшийся для ракеты V-2.

Послевоенное использование в астрономии

Голландские ученые в начале 1950-х годов перевезли несколько излишков немецких береговых радаров Вюрцбург на радиопередающую станцию в Кутвике, Нидерланды. Там они использовались в экспериментах, имевших важное значение для развития ранней радиоастрономии, в частности, для открытия водородной линии и последующего картирования спиральных рукавов Галактики Млечный Путь. Немецкое радиолокационное оборудование, включая две антенны Вюрцбург (полученные из RAE Farnborough), использовалось Мартином Райлом и Дереком Вонбергом в лаборатории Кавендиша с 1945 года для наблюдения за солнечными пятнами. Около 1956 года два радара FuSE 65 Würzburg были установлены в обсерватории Ондржеёв в Чехословакии. Первый радар использовался до 1994 года для измерения потока солнечного излучения, а затем был передан в Военный музей Лешаны. Второй радар применялся для измерения солнечного спектра в диапазоне 100–1000 МГц, а позднее – лишь для эпизодических экспериментов.