Автоматический радиолокационный комплекс сопровождения SCR-584 времён Второй мировой войны.

Введение

Автоматический микроволновый радар. SCR 584 (сокращение от Set, Complete, Radio # 584) — автоматический микроволновый радар, разработанный Лабораторией радиации MIT во время Второй мировой войны. Он был одним из самых передовых наземных радаров своего времени и стал одним из основных радаров наведения артиллерии, использовавшихся по всему миру вплоть до 1950-х годов. Мобильной версией на прицепе был SCR 784. В 1937 году первый американский радар управления огнем, SCR 268, оказался недостаточно точным, отчасти из-за большой длины волны. В 1940 году Ванневар Буш, возглавлявший Комитет по исследованиям национальной обороны, создал "Микроволновый комитет" (секция D 1) и отдел "Управления огнем" (D 2) для разработки более совершенной системы радиолокационного противовоздушного обеспечения, чтобы помочь британской обороне. В сентябре того же года британская делегация, известная как миссия Тардиса, сообщила американским и канадским исследователям о разработке ими магнитронного генератора, работающего на верхней границе УВЧ-диапазона (длина волны 10 см / 3 ГГц), что позволило значительно повысить точность. Буш организовал Лабораторию радиации (Rad Lab) при MIT для разработки приложений на его основе, включая новый радиолокатор ближней дальности для противовоздушной обороны. Альфред Ли Лумис, руководивший Rad Lab, выступал за разработку полностью автоматической системы слежения, управляемой сервомеханизмами. Это значительно упростило задачу отслеживания целей и сократило потребность в личном составе. Они также смогли воспользоваться преимуществами недавно разработанного микроволнового переключателя, который позволял использовать одну антенну для передачи и приема, значительно упрощая механическую конструкцию. В результате разработанная система помещалась в один прицеп, обеспечивала обзор всего неба и слежение за одной целью, автоматически сопровождая ее. В тесном сотрудничестве с Rad Lab, Bell Telephone Laboratories разрабатывала электронный аналоговый вычислитель для управления огнем, который должен был использоваться совместно с радаром и сервоприводами 90-мм зенитных орудий. Радар планировалось внедрить в конце 1943 года, но из-за задержек SCR 584 поступил в войска только в начале 1944 года. Он начал заменять более ранние и сложные SCR 268 в качестве основной системы наведения зенитной артиллерии армии США по мере производства. Он оказался более простым в использовании в полевых условиях, чем менее совершенный канадско-британский GL Mk. III, и многие SCR 584 были срочно отправлены в Англию, где они стали важной частью обороны против беспилотных летательных аппаратов V-1. К концу войны их использовали для отслеживания артиллерийских снарядов в полете, обнаружения транспортных средств и сокращения численности персонала, необходимого для управления зенитными орудиями.

Automatic tracking microwave radar. The SCR 584 (short for Set, Complete, Radio # 584) was an automatic tracking microwave radar developed by the MIT Radiation Laboratory during World War II. It was one of the most advanced ground based radars of its era, and became one of the primary gun laying radars used worldwide well into the 1950s. A trailer mounted mobile version was the SCR 784. In 1937, America's first fire control radar, the SCR 268 radar, had proven to be insufficiently accurate due in part to its long wavelength. In 1940, Vannevar Bush, heading the National Defense Research Committee, established the "Microwave Committee" (section D 1) and the "Fire Control" division (D 2) to develop a more advanced radar anti aircraft system in time to assist the British air defense effort. In September of that year, a British delegation, the Tizard Mission, revealed to US and Canadian researchers that they had developed a magnetron oscillator operating at the top end of the UHF band (10 cm wavelength/3 GHz), allowing greatly increased accuracy. Bush organized the Radiation Laboratory (Rad Lab) at the MIT to develop applications using it. This included a new short range air defense radar. Alfred Lee Loomis, running the Rad Lab, advocated the development of an entirely automatic tracking system controlled by servomechanisms. This greatly eased the task of tracking targets and reduced the manpower needed to do it. They were also able to take advantage of a newly developed microwave switch that allowed them to use a single antenna for broadcast and reception, greatly simplifying the mechanical layout. The resulting design fit into a single trailer, could provide all sky search and single target tracking, and followed the targets automatically. In close contact with the Rad Lab, Bell Telephone Laboratories was developing an electronic analog gun director that would be used in conjunction with the radar and servo actuated 90 mm anti aircraft guns. The radar was intended to be introduced in late 1943, but delays meant the SCR 584 did not reach field units until early 1944. They began replacing the earlier and more complex SCR 268 as the US Army's primary anti aircraft gun laying system as quickly as they could be produced. They proved easier to use in the field than the less advanced Canadian/British GL Mk. III radar, and many SCR 584's were rushed to England where they were an important part of the defences developed to counter the V1 flying bomb. By the end of the war they had been used to track artillery shells in flight, detect vehicles, and reduce the manpower needed to guide anti aircraft guns.

Предыстория

В сентябре 1940 года группа британских физиков и инженеров посетила своих коллег в США в рамках так называемой "Миссии Тизарда". Целью встреч был обмен технической информацией, которая могла бы быть полезна для военных усилий. Британцы не решались раскрывать слишком много информации, не получив ничего взамен, и первоначальный прогресс был медленным. Когда обсуждение коснулось радаров, британская команда была удивлена, узнав, что в США велись разработки двух систем, аналогичных их собственной Chain Home, – CXAM для ВМС и SCR 270 для армии. Это послужило началом оттаивания в отношениях между двумя группами. Примечательны были две предыдущие попытки создания радиолокационных систем управления огнём артиллерии. В Великобритании радар GL Mk. I частотой 75 МГц использовался совместно с вычислителем фирмы Vickers, а в США радар SCR 268 частотой 200 МГц – с вычислителем Sperry M 4. Ни американские, ни британские системы не обладали необходимой точностью для непосредственного наведения артиллерии из-за большой длины волны. Тогда американские делегаты упомянули о работе ВМС над радаром с длиной волны 10 см, который мог бы обеспечить требуемое разрешение при относительно небольших антеннах, однако их клистронная лампа имела низкую мощность и была непрактичной. Это был момент, которого ждала британская команда. Эдвард Джордж Боуэн достал из коробки один из первых резонаторных магнетронов и показал его другим исследователям. Он объяснил, что он также работает на длине волны 10 см, но обеспечивает значительно более высокую мощность – не только по сравнению с военно-морскими клистронами, но и с существующими в США радарами длинных волн. Позднее один американский историк назвал его "самым ценным грузом, когда-либо доставленным на наши берега". Потенциал устройства был очевиден, и американская группа, неофициально известная как Микроволновый комитет, немедленно переключила свои усилия на магнетрон. Они построили собственные образцы в американских лабораториях всего за несколько недель. Они также начали разрабатывать другие технологии, представленные на встрече, включая радиолокационную систему перехвата воздушных целей и радионавигационную систему, которая впоследствии стала LORAN. Расширение комитета привело к его переименованию в Лабораторию радиации (RadLab) в 1940 году.

In September 1940, a group of British physicists and engineers visited their counterparts in the US in what became known as the Tizard Mission. The goal of the meetings was to exchange technical information that might be of use to the war effort. The British were hesitant to give away too much information without getting anything in return, and initial progress was slow. When they moved onto the topic of radar, the British team was surprised to learn that the US was in the process of developing two systems similar to their own existing Chain Home, the Navy's CXAM and the Army's SCR 270. This began to break the ice between the two groups. Two previous attempts at radar controlled gun laying were notable. In Britain, the 75 MHz GL Mk. I radar was used in connection with a Vickers predictor; and in the U. S., the 200 MHz SCR 268 was combined with the Sperry M 4 predictor. Neither the US or UK systems had the accuracy needed to directly lay their associated guns, due to their long wavelengths. The US delegates then mentioned the Navy's work on a 10 cm wavelength radar, which could provide the required resolution with relatively small antennas, but their klystron tube had low power and was not practical. This was the moment the British team had been waiting for. Edward George Bowen produced one of the earliest cavity magnetrons from a box and showed it to the other researchers. He explained that it also worked at 10 cm wavelength, but offered higher power not just than the Navy klystrons, but even the US's existing long wave radars. One US historian later described it as the "most valuable cargo ever brought to our shores". The potential of the device was obvious, and the US group, informally known as the Microwave Committee, immediately switched their efforts to the magnetron. They had their own examples built in US labs within weeks. They also began developing the other technologies presented at that meeting, including an airborne interception radar and a radio navigation system that became LORAN. The expansion of the Committee led to it being renamed the Radiation Laboratory (RadLab) in 1940.

Разработка

В январе 1941 года Корпус сигналов представил официальное предложение о замене SCR 268, к тому моменту RadLab уже сформировал то, что они называли Проектом 2, для разработки этого передового радиолокационного прибора наведения артиллерии. MIT предложил усовершенствованную систему с автоматическим поиском, сопровождением и возможностью непосредственного наведения орудий. MIT обладал особыми знаниями в этой области благодаря работе в своей Лаборатории Сервомеханизмов. Одновременно британские и канадские группы начали работу над версиями более простой системы, которую они надеялись развернуть к 1942 году – GL Mk. III, представлявшей собой микроволновую версию более ранних радиолокационных станций ВЧ с переключением луча. Лаборатория Радиации поддерживала тесную связь с канадской группой в ходе этих разработок. Команда RadLab под руководством Ли Дэвенпорта создала прототип радиолокационной системы, который был запущен в апреле 1941 года. Для испытания системы автоматического наведения они подключили выходные сигналы радара к орудийной башне, снятой с бомбардировщика Boeing B-29, удалив орудия и заменив их камерой. Друг пролетел на своем легком самолете над местностью, пока камера периодически делала снимки, и 31 мая система смогла точно отслеживать самолет. Затем началась работа по адаптации системы для полевого применения, разместив всю систему на одном прицепе с 6-футовой антенной наверху. Система, известная как XT 1 (eXperimental Truck 1 – Экспериментальный Грузовик 1), была впервые испытана в Форте Монро в феврале 1942 года. Параллельно велась работа над подходящим вычислителем для наведения артиллерии, который мог бы использовать электрические, а не механические входные данные. Bell Labs поставила аналоговый компьютер, известный как M9 Gun Director (Вычислитель для Наведения Артиллерии M9), для этой цели. M9 имел четыре набора выходных сигналов, позволяя одному M9 управлять четырьмя стандартными 90-мм пушками M1 армии. Вся система, включая M9, была продемонстрирована в полном объеме 1 апреля 1942 года. На следующий день был получен контракт на поставку более 1200 комплектов. Bell также работала над собственной микроволновой радиолокационной станцией в качестве резервного проекта. SCR 584 был чрезвычайно передовым для своего времени. Для достижения высокой точности и измерения азимута и угла места с помощью одной антенны он использовал коническое сканирование, при котором луч вращается вокруг оси антенны для определения точки максимального сигнала, тем самым указывая направление, в котором антенна должна двигаться для точного наведения на цель. Идея была предложена Альфредом Лумисом, директором секции D 1 Комитета по исследованиям национальной обороны. В октябре 1940 года она была принята для проекта радиолокатора с "полностью автоматическим сопровождением". Коническое сканирование также было принято в 1941 году для 10-сантиметровой системы радиолокационного управления огнем ВМС, и оно использовалось в немецком радаре Вюрцбург в 1941 году. SCR 584 значительно усовершенствовал эту систему и добавил режим автоматического сопровождения. Как только цель была обнаружена и находилась в пределах досягаемости, система автоматически направляла радар на цель, приводя в действие двигатели, установленные в основании антенны. Для обнаружения, в отличие от сопровождения, система также включала спиральное сканирование, которое позволяло искать самолеты. Этот режим имел свой собственный выделенный индикатор PPI для удобства интерпретации. При использовании этого режима антенна механически вращалась со скоростью 4 оборота в минуту, одновременно слегка поднимаясь и опускаясь для вертикального сканирования. Система могла работать на четырех частотах в диапазоне от 2700 до 2800 МГц (длина волны 10–11 см), излучая импульсы мощностью 300 кВт длительностью 0,8 микросекунды с частотой повторения импульсов (ЧПИ) 1707 импульсов в секунду. Она могла обнаруживать цели размером с бомбардировщик на расстоянии около 64 километров (40 миль) и обычно могла автоматически сопровождать их на расстоянии около 29 километров (18 миль). Точность в этом диапазоне составляла 23 метра (25 ярдов) по дальности и 0,06 градуса (1 угловая минута) по углу азимута антенны (см. таблицу "Технические характеристики SCR 584"). Поскольку ширина электрического луча составляла 4 градуса (до уровня 3 дБ или половины мощности), цель была бы размазана по части цилиндра, то есть ее ширина по азимуту была бы больше, чем по дальности (то есть порядка 4 градусов, а не 0,06 градуса, определяемых механической точностью наведения) для удаленных целей. Информация о дальности отображалась на двух "J-осциллографах", аналогичных более распространенному линейному дисплею A, но расположенных радиально и синхронизированных с задержкой отраженного сигнала. Один осциллограф использовался для грубой оценки дальности, другой – для точной.

A formal proposal for a SCR 268 replacement was made by the Signal Corps in January 1941, by which point the RadLab had already formed what they knew as Project 2 to develop this advanced gun laying radar. MIT proposed an advanced system with automatic search, tracking and the ability to directly aim the guns. This was a field MIT was particularly knowledgeable in due to work in their Servomechanisms Lab. At the same time, British and Canadian teams began work on versions of a simpler system that they hoped to deploy by 1942 the GL Mk. III, which was a microwave version of the earlier lobe switching VHF radar sets. The Radiation Lab kept in close contact with the Canadian team during these developments. The RadLab team, overseen by Lee Davenport, had a prototype radar system running in April 1941. To test the automatic aiming system, they attached the outputs from the radar to a gun turret taken from a Boeing B 29 bomber, removing the guns and replacing them with a camera. A friend then flew his light plane around the area while the camera periodically took photographs, and on 31 May the system was able to accurately track the aircraft. Work then started on making the system suitable for field use, mounting the entire system in a single trailer with the 6 foot antenna on top. Known as XT 1, for eXperimental Truck 1, the system was first tested at Fort Monroe in February 1942. Work also started on a suitable gun laying computer that could use electrical, as opposed to mechanical, inputs for pointing data. Bell Labs delivered an analog computer known as the M9 Gun Director for this role. The M9 had four sets of outputs, allowing a single M9 to control four of the Army's standard 90 mm M1 guns. The entire system, including the M9, was demonstrated in complete form on 1 April 1942. A contract for over 1,200 systems arrived the next day. Bell also worked on their own microwave radar as a backup project. The SCR 584 was extremely advanced for its era. To achieve high accuracy and measure both azimuth and elevation with one antenna, it used a conical scanning system, in which the beam is rotated around the antenna's axis to find the maximum signal point, thus indicating which direction the antenna should move in order to point directly at the target. The idea was proposed by Alfred Loomis, the director of section D 1 of the National Defense Research Committee. In October 1940, it was adopted for the "wholly automatic tracking" radar project. Conical scanning was also adopted in 1941 for the Navy's 10 cm fire control radar system, and it was used in the German Würzburg radar in 1941. The SCR 584 developed the system much further, and added an automatic tracking mode. Once the target had been detected and was within range, the system would keep the radar pointed at the target automatically, driven by motors mounted in the antenna's base. For detection, as opposed to tracking, the system also included a helical scanning mode that allowed it to search for aircraft. This mode had its own dedicated PPI display for easy interpretation. When used in this mode the antenna was mechanically spun at 4 rpm while it was nudged up and down to scan vertically. The system could be operated at four frequencies between 2,700 and 2,800 MHz (10–11 cm wavelength), sending out 300 kW pulses of 0.8 microseconds in duration with a pulse repetition frequency (PRF) of 1,707 pulses per second. It could detect bomber sized targets at about 40 miles range, and was generally able to automatically track them at about 18 miles. Accuracy within this range was 25 yards in range, and 0.06 degrees (1 mil) in antenna bearing angle (See Table "SCR 584 Technical Characteristics"). Because the electrical beam width was 4 degrees (to the 3db or half power points), the target would be smeared across a portion of a cylinder, so as to be wider in bearing than in range (i. e., on the order of 4 degrees, rather than 0.06 degrees implied by the mechanical pointing accuracy), for distant targets. Range information was displayed on two "J scopes", similar to the more common A line display, but arranged in a radial pattern timed to the return delay. One scope was used for coarse range, the other for fine.

Оперативное использование

Хотя первая оперативная установка была доставлена в мае 1943 года, различные бюрократические проблемы привели к задержке ее отправки войскам на передовую. SCR 584 впервые был применен в бою под Анцио в феврале 1944 года, где сыграл ключевую роль в подавлении массированных воздушных атак Люфтваффе на ограниченный плацдарм. SCR 584 хорошо зарекомендовал себя на фронте, сопровождая войска и использовался для управления самолетами, обнаружения вражеской техники (по некоторым данным, один радар обнаружил немецкие машины на расстоянии 26 километров) и отслеживания траекторий артиллерийских снарядов – как для корректировки баллистических таблиц 90-мм орудий, так и для определения местоположения немецких батарей для контрбатарейного огня. После высадки в Нормандии SCR 584 использовался на стремительно меняющихся передовых позициях для более точного наведения самолетов на цели. Например, группой систем управления 508-й эскадрильи 404-й истребительно-бомбардировочной группы 9-й воздушной армии управлялся SCR 584. С 14 июля 1944 года по 27 октября 1944 года они были прикомандированы к 1-й роте A, 555-му батальону сигнализации и предупреждения о воздушных судах и действовали на передовых, подвижных позициях. SCR 584 оказался настолько эффективным, что был адаптирован для использования Военно-морскими силами США. Прототип морской версии CXBL был установлен на авианосце USS Lexington в марте 1943 года, а серийная версия SM, построенная компанией General Electric, к октябрю 1943 года была развернута на авианосцах USS Bunker Hill и USS Enterprise. Была разработана облегченная версия системы – SCR 784. Основное отличие заключалось в весе: новая конструкция весила 12 000 фунтов, в то время как оригинальная – 20 000. Дэвенпорт герметизировал ряд радиолокационных установок, чтобы их можно было доставить на борту союзной армады, начавшей высадку в Нормандии. Автоматическое наведение артиллерии (в том числе с использованием радара SCR 584) и взрыватель дистанционного действия сыграли важную роль в операции Diver (британской операции по противодействию беспилотным летательным аппаратам V-1). Оба эти средства были запрошены командованием ПВО и поступили в достаточном количестве, начиная с июня 1944 года, как только орудия заняли позиции для свободного огня на юго-восточном побережье Англии. В первую неделю на побережье огнем зенитной артиллерии было уничтожено 17% всех приближающихся беспилотников. К 23 августа этот показатель вырос до 60%, а в последнюю неделю месяца – до 74%, когда в один из дней было сбито 82% аппаратов. Эффективность возросла с одного V-1 на каждые 2500 выпущенных снарядов до одного на каждые сто. После войны радар был адаптирован для использования в системах AN/MPQ 12 и AN/MPM 38, а также в полевой артиллерийской ракетной системе армии США (MGM 5 Corporal). Модифицированная версия также использовалась для управления и сопровождения (с помощью бортового ответчика) разведывательного спутника CORONA. В 1953 году SCR 584 Mod II использовался для отслеживания ракеты Redstone, дальность которой была увеличена до 740 км за счет использования бортового передатчика. Несмотря на использование вакуумных ламп и аналогового компьютера, некоторые экземпляры SCR 584 до сих пор находятся в рабочем состоянии. В 1995 году первый доплеровский радиолокатор на колесном ходу (DOW) адаптировал пьедестал MP 61 от SCR 584 для использования в мобильном метеорологическом радаре. С помощью этого пьедестала DOW создали первые карты ветров торнадо, обнаружили рулоны пограничного слоя ураганов и внесли значительный вклад во многие другие наблюдательные исследования. На пьедестале сначала размещалась антенна длиной 6 футов, а затем 8 футов. Позже оригинальные двигатели были заменены на более мощные бесщеточные для более быстрого сканирования при сильном ветре. Три DOW в настоящее время используются в качестве объектов Национального научного фонда Центром исследований сильных штормов. Один из них находится в Национальной лаборатории по изучению сильных штормов в Нормане, штат Оклахома, где пьедестал 584 служит платформой для нового Радара совместных мобильных исследований и обучения атмосферы, или SMART R.

Although the first operational unit was delivered in May 1943, various bureaucratic problems led to it being delayed in being delivered to the front line troops. The SCR 584 was first used in combat at Anzio in February 1944, where it played a key role in breaking up the Luftwaffe's concentrated air attacks on the confined beachhead. The SCR 584 was no stranger to the front, where it followed the troops, being used to direct aircraft, locate enemy vehicles (one radar is said to have picked up German vehicles at a distance of 26 kilometers), and track the trajectories of artillery shells, both to adjust the ballistic tables for the 90 millimeter guns, and to pinpoint the location of German batteries for counter battery fire. After D Day, the SCR 584 was used in the rapidly shifting very front lines to guide planes to their targets with increased accuracy. For example, the Control Net Systems Group of the 508th Sq of the 404th Fighter Bomber Group, 9th Air Force ran the SCR 584. From 14 Jul 1944 until 27 Oct 1944 they were attached to Sec 1 Co A, 555th Sig Aircraft Warning Battalion and served in fluid, forward positions. The SCR 584 was so successful that it was adapted for use by the United States Navy. CXBL, a prototype of the navy version, was mounted on the carrier USS Lexington in March 1943, while the production version, the SM, built by General Electric, was operational on the carriers USS Bunker Hill and USS Enterprise by October 1943. A lighter version of the system was also developed, the SCR 784. The only real difference was that the new design weighed 12,000 lb, whereas the original was 20,000. Davenport waterproofed a number of the radar sets so that they could be carried aboard the Allied armada launching the Normandy landings on D Day. Automatic gunlaying (using, among others, the SCR 584 radar) and the proximity fuze played an important part in Operation Diver, (the British operation to counter the V1 flying bombs). Both of these had been requested by AA Command and arrived in numbers, starting in June 1944, just as the guns reached their free firing positions on the south eastern coast of England. Seventeen per cent of all flying bombs entering the coastal 'gun belt' were destroyed by guns in the first week on the coast. This rose to 60 per cent by 23 August and 74 per cent in the last week of the month, when on one extraordinary day 82 per cent were shot down. The rate increased from one V 1 for every 2,500 shells fired to one for every hundred. After the war, the radar was adapted for use in the AN/MPQ 12, and AN/MPM 38 systems, a US Army field artillery missile system (MGM 5 Corporal). A modified version was also used to control and beacon track (using an onboard transponder) the CORONA spy satellite. In 1953, the SCR 584 Mod II was used for tracking the Redstone rocket, its range extended to 740 km by the use of an onboard transceiver. Despite using vacuum tubes and being powered by an analog computer, some specimens of the SCR 584 are still operational today. In 1995 the first Doppler On Wheels (DOW) radar adapted the MP 61 pedestal from an SCR 584 for use in a mobile weather radar. Using this pedestal, the DOWs created the first maps of tornado winds, discovered hurricane boundary layer rolls, and pioneered many other observational studies. The pedestal housed first a 6' then an 8' antenna. Later the original motors were replaced with more powerful brushless versions for faster scanning in high winds. Three DOWs are now operated as National Science Foundation facilities by the Center for Severe Weather Research. One is found at the National Severe Storms Laboratory in Norman, Oklahoma, where the 584 pedestal is the platform for the new Shared Mobile Atmospheric Research & Teaching Radar, or SMART R.

Советские деривативы

Американский инженер и осужденный шпион Мортон Собелл украл чертежи SCR 584 и передал их Советскому Союзу. Военные эксперты полагают, что эта технология затем применялась против Соединенных Штатов в ходе Корейской и Вьетнамской войн. Советские радары SON 9 (Fire Can), SON 30 (Fire Wheel) и SON 50 (Flap Wheel) являлись производными от этого радара.

Доли К-83

General Electric построила тележку для SCR 584, обозначенную как K 83. K 83 была разработана для обеспечения сцепки полуприцепа (пятого колеса), колес и тяги для соединения с петлей, позволяя небольшим транспортным средствам перемещать SCR 584.