Введение
Сражение на Балках – период в начале Второй мировой войны, когда бомбардировщики Люфтваффе (ВВС Германии) использовали ряд все более точных систем радионавигации для ночных бомбардировок в Соединенном Королевстве. Британская научная разведка в Министерстве авиации ответила различными, все более эффективными средствами, включая радиопомехи и дезинформационные сигналы. Этот период завершился, когда Вермахт перебросил свои силы на Восток в мае 1941 года в преддверии нападения на Советский Союз. Идея радионавигации по лучам была разработана в 1930-х годах, изначально как средство посадки в условиях плохой видимости. Основной принцип заключается в создании двух направленных радиосигналов, слегка отклоненных влево и вправо от центральной линии взлетно-посадочной полосы. Радиооператоры в самолете принимают эти сигналы и определяют, в каком из лучей они находятся. Обычно это достигается путем передачи сигналов азбукой Морзе в каждый луч для идентификации левого и правого. Для бомбардировок Люфтваффе построили увеличенные антенны, обеспечивающие значительно большую точность на больших расстояниях, известные как Knickebein и X Gerät. Они успешно применялись на ранних этапах "Блица", в одном случае позволив нанести бомбовый удар точно по центральной линии завода в глубине Англии. Получив информацию о работе системы от военной разведки до начала войны, британцы ответили, передавая собственные сигналы азбукой Морзе, чтобы ввести в заблуждение экипажи самолетов и заставить их поверить, что они находятся точно в луче, в то время как на самом деле они отклонялись от курса. Немцы пришли к убеждению, что британцам каким-то образом удалось искривлять радиосигналы. Когда эта проблема стала массовой, немцы ввели новую систему, основанную на иных принципах, – Y Gerät. Уловив суть этой системы из мимолетного упоминания, британцы уже развернули средства противодействия, которые сделали ее практически бесполезной сразу после начала эксплуатации. В конечном итоге немцы отказались от всей концепции радионавигации над Великобританией, придя к выводу, что британцы будут продолжать успешно подавлять ее.
The Battle of the Beams was a period early in the Second World War when bombers of the German Air Force (Luftwaffe) used a number of increasingly accurate systems of radio navigation for night bombing in the United Kingdom. British scientific intelligence at the Air Ministry fought back with a variety of their own increasingly effective means, involving jamming and deception signals. The period ended when the Wehrmacht moved their forces to the East in May 1941, in preparation for the attack on the Soviet Union. The idea of beam radio navigation was developed during the 1930s, initially as a blind landing aid. The basic concept is to produce two directional radio signals that are aimed slightly to the left and right of a runway's midline. Radio operators in the aircraft listen for these signals and determine which of the two beams they are flying in. This is normally accomplished by sending Morse code signals into the two beams, to identify right and left. For bombing, the Luftwaffe built huge versions of the antennas to provide much greater accuracy at long range, named Knickebein and X Gerät. These were used during the early stages of "The Blitz" with great effect, in one case laying a strip of bombs down the centerline of a factory deep in England. Tipped off about the system's operation by pre war military intelligence, the British responded by sending their own Morse code signals so that the aircraft believed they were always properly centred in the beam while they flew wildly off course. The Germans became convinced the British had somehow learned to bend radio signals. When the problem became widespread, the Germans introduced a new system that worked on different principles, the Y Gerät. Having guessed the nature of this system from a passing mention, the British had already deployed countermeasures that rendered the system useless almost as soon as it was used. The Germans eventually abandoned the entire concept of radio navigation over the UK, concluding the British would continue to successfully jam it.
Предыстория
До начала войны 1 сентября 1939 года Lufthansa и немецкая авиационная промышленность вложили значительные средства в развитие коммерческой авиации, а также в системы и методы, повышающие безопасность и надежность полетов. Значительные усилия были направлены на разработку средств посадки в условиях ограниченной видимости, позволявших самолетам заходить на посадку ночью или в неблагоприятную погоду. Основной системой, разработанной для этого, была система Лоренца, разработанная Йоханнесом Плендлем, которая находилась в процессе широкого внедрения на крупных гражданских и военных самолетах. Система Лоренца работала путем подачи модулированного радиосигнала на специальную трехэлементную антенную систему. Сигнал подавался на центральный диполь, который имел слегка удлиненные отражатели с каждой стороны, немного отодвинутые назад. Переключатель быстро поочередно соединял и размыкал средние точки каждого отражателя, отклоняя луч слегка влево, а затем слегка вправо от осевой линии взлетно-посадочной полосы. Лучи расширялись по мере удаления от антенн, образуя область непосредственно перед полосой, где сигналы перекрывались. Переключатель был настроен таким образом, чтобы проводить больше времени на правой стороне антенны, чем на левой. Самолет, приближающийся к аэропорту, настраивал один из своих радиоприемников на частоту системы Лоренца. Если экипаж находился левее осевой линии, они слышали серию коротких тонов, за которыми следовали длинные паузы, что указывало на нахождение самолета на "точечной" стороне антенны. Услышав "точки", пилоты понимали, что необходимо отклониться вправо, чтобы выйти на осевую линию. Если экипаж находился правее осевой линии, они слышали серию длинных тонов, за которыми следовали короткие паузы, что означало нахождение самолета на "штриховой" стороне антенны. Услышав "штрихи", пилоты понимали, что необходимо отклониться влево, чтобы выйти на осевую линию. В центре, радиоприемник принимал оба сигнала одновременно, при этом короткие тоны заполняли паузы между длинными, создавая непрерывный сигнал, так называемый "равносигнал". Летя в известном направлении взлетно-посадочной полосы и удерживая равносигнал на радио, экипажи, оснащенные системой Лоренца, могли вести самолет по прямой с относительно высокой точностью, достаточной для визуального обнаружения полосы, за исключением самых сложных погодных условий.
Ночные бомбардировки
В начале 1930-х годов концепция стратегической ночной бомбардировки стала определяющей в кругах военной авиации. Это было обусловлено постоянно растущими характеристиками бомбардировщиков, которые стали способны наносить удары по всей Европе с полезной бомбовой нагрузкой. Эти самолеты были медленными и неповоротливыми, легкой мишенью для истребителей, но эта угроза могла быть существенно снижена за счет полетов в ночное время. Бомбардировщик, окрашенный в черный цвет, можно было обнаружить только на очень коротких дистанциях. С увеличением высоты и скорости бомбардировщика, угроза со стороны наземной ПВО значительно уменьшалась. Планировщики верили, что "бомбардировщик всегда пробьется". Проблема ночных бомбардировок заключалась в том, что те же ограничения видимости затрудняли экипажу поиск целей, особенно замаскированных в ночное время. Атаковать с какой-либо вероятностью успеха можно было только крупные цели – города. Для поддержки этой задачи Королевские ВВС активно инвестировали в обучение навигации, оснащая свои самолеты различными приборами, включая астрокупол для определения местоположения по звездам и предоставляя навигатору пространство для вычислений в освещенном рабочем отсеке. Эта система была применена сразу после начала войны и первоначально считалась успешной. Однако на практике первые бомбардировки оказались полным провалом, и большинство бомб падали вдали от намеченных целей. Люфтваффе не разделяло столь фаталистический взгляд на ведение воздушной войны и продолжало исследования точных ночных бомбардировок по небольшим целям. Не полагаясь на астрономическую навигацию, они сосредоточили усилия на радио-навигационных системах. В течение 1930-х годов Люфтваффе сконцентрировалось на разработке системы наведения бомбардировщиков, основанной на концепции Лоренца, поскольку она значительно упрощала ночную навигацию, позволяя ориентироваться, просто принимая радиосигналы, а необходимое радиооборудование уже устанавливалось на многие самолеты.
Кникебейн
Для использования в бомбардировках модификации Лоренца были относительно незначительными. Для обеспечения необходимой точности требовались гораздо более крупные антенны. Это было достигнуто за счет использования антенн с большим количеством элементов, однако сохранилось простое переключение двух отражающих элементов для незначительного изменения направления луча. Углы луча были настолько сильно уменьшены, что его ширина над целью составляла всего несколько десятков ярдов. Именно форма антенн дала системе кодовое название – «Книккебейн», что означает «кривая нога», хотя это слово также является названием волшебного ворона в германской мифологии. Для обеспечения необходимой дальности передаваемая мощность была значительно увеличена. Приемники «Книккебейн» маскировались под стандартную систему посадки вслепую, состоящую, по-видимому, из приемников EBL 1 и EBL 2. Луч от одного передатчика направлял бомбардировщики к цели, но не мог сообщить им, когда они находятся над ней. Для добавления функции определения дальности был установлен второй передатчик, аналогичный первому, так, чтобы его луч пересекал направляющий луч в точке сброса бомб. Антенны можно было поворачивать, чтобы лучи от двух передатчиков пересекались над целью. Бомбардировщики летели в луч одного передатчика и следовали по нему, пока не начинали слышать тоны от другого (на втором приемнике). Когда с другого луча слышался устойчивый сигнал «на курсе», они сбрасывали бомбы. Первый из этих новых передатчиков «Книккебейн» был установлен в 1939 году на холме Штоллберг в Нордфрисланде, недалеко от границы с Данией; в Клеве (Клеве) у голландской границы, почти в самой западной точке Германии, и в Лёррахе, у границы с Францией и Швейцарией в юго-западной Германии. После падения Франции в июне 1940 года дополнительные передатчики были установлены на французском побережье. Станции также были построены в Норвегии и Нидерландах. «Книккебейн» использовался на ранних этапах немецкого ночного бомбардировочного наступления и оказался достаточно эффективным, но тактика использования системы в крупномасштабных бомбардировках еще не была разработана, поэтому большая часть раннего немецкого ночного бомбардировочного наступления ограничивалась ковровыми бомбардировками.
Поиск лучей
Усилия в Великобритании по блокированию системы «Книккебейн» потребовали времени для реализации. Британская разведка в Министерстве авиации, возглавляемая Р. В. Джонсом, узнала об этой системе, когда Королевский авиационный институт проанализировал систему «Лоренц», извлеченную из сбитого немецкого бомбардировщика, и обнаружил, что она значительно превосходит по чувствительности необходимой для простой посадочной системы. Секретные записи допросов немецких летчиков-военнопленных указывали на то, что это могло быть средство наведения бомб. Уинстон Черчилль также получил информацию из разведывательных данных «Ультра», полученных путем расшифровки сообщений «Энигма», в которых упоминались «лучи для бомбометания». Когда Джонс сообщил Черчиллю о возможности существования таких лучей, тот приказал провести дальнейшее расследование. Британцы дали системе кодовое название «Головная боль». Многие в Министерстве авиации не верили, что система используется. Фредерик Линдеманн, главный научный советник правительства, утверждал, что любая подобная система не сможет учитывать кривизну Земли, хотя Т. С. Эккерсли из компании «Маркони» заявил об обратном. Утверждение Эккерсли было подтверждено после того, как Черчилль приказал совершить полет для обнаружения этих лучей. В распоряжении Королевских ВВС не было оборудования, способного обнаруживать сигналы «Лоренц» в диапазоне 30–33 МГц, поэтому они приобрели американский любительский радиоприемник Hallicrafters S 27 в магазине на улице Лисле в Лондоне. Приемник был установлен на самолете Avro Anson и обслуживался сотрудником Y Service. Полет чуть не отменили, когда Эккерсли отказался от своего утверждения о том, что лучи будут огибать Землю. Джонсу удалось спасти полет, указав на то, что Черчилль лично отдал приказ, и он позаботится о том, чтобы премьер-министр узнал, кто его отменил. Экипажу не сообщали подробностей, им просто приказали искать радиосигналы в районе 30 МГц с характеристиками «Лоренц» и, в случае обнаружения, определить их направление. Самолет взлетел и в конечном итоге вышел на луч, исходящий от Клеве, на частоте 31,5 МГц. Впоследствии был обнаружен перекрестный луч от Штоллберга (его источник был неизвестен до этого полета). Радиооператор и навигатор смогли проложить траекторию лучей и обнаружили, что они пересекаются над заводом двигателей Rolls Royce в Дерби, который в то время был единственным предприятием, производящим двигатель «Мерлин». Впоследствии стало ясно, что спор о том, будут ли лучи огибать Землю, был чисто теоретическим, поскольку передатчики находились в прямой видимости для бомбардировщиков, летящих на большой высоте. Британские скептики стали рассматривать эту систему как доказательство того, что немецкие пилоты уступают их собственным, которые, по их мнению, могли обходиться без подобных средств. Однако отчет Батта опроверг это предположение: аэрофотосъемка показала, что бомбардировки Королевских ВВС редко, если вообще когда-либо, достигали своих целей.
Контрмеры
Усилия по блокированию помех от системы "Книккебейн" получили кодовое название "Аспирин". Первоначально для создания помех использовались модифицированные медицинские аппараты для диатермии. Позже местные радиопередатчики стали транслировать дополнительный "импульсный сигнал" малой мощности в ночи, когда ожидались налёты. Немецкая практика включения лучей задолго до подхода бомбардировщиков к цели облегчала действия британцев. Avro Ansons, оснащённые приёмниками, совершали полёты по стране в попытке определить местоположение лучей; успешное определение передавалось ближайшим радиостанциям. Слабый "импульсный сигнал" изначально передавался практически случайным образом, поэтому немецкие навигаторы слышали два импульса. Это создавало множество областей равного сигнала, и их было сложно различить, кроме как путём сравнения с известной точкой. Впоследствии британские передатчики были модифицированы для одновременной передачи импульсов с немецкими, что делало невозможным определение, какому сигналу соответствовать. В этом случае навигаторы принимали сигнал равного уровня на большой площади, и навигация по линии наведения становилась невозможной, самолёты сбивались с курса в "зону тире" и не могли это исправить. Таким образом, луч, казалось, "отклонялся" от цели. В конечном итоге лучи можно было отклонять на заданный угол, что позволило британцам обмануть немцев и заставить их сбросить бомбы в нужном месте. Побочным эффектом стало то, что поскольку немецкие экипажи были обучены ориентироваться исключительно по лучам, многие не смогли найти ни истинный сигнал равного уровня, ни дорогу обратно в Германию. Некоторые бомбардировщики Люфтваффе даже приземлялись на аэродромы Королевских ВВС, полагая, что вернулись в Рейх.
X-Gerät
Как бы ни был хорош «Книккебейн», он никогда не предназначался для использования на больших дистанциях. Плендл уже некоторое время работал над созданием гораздо более точной версии той же базовой концепции, которая в итоге была представлена как X Gerät (X Apparatus). X Gerät использовал серию лучей для обнаружения цели, каждый из которых был назван в честь реки. Основной луч, «Везер», по своей концепции был схож с используемым в «Книккебейне», но работал на гораздо более высокой частоте. Благодаря особенностям распространения радиоволн, это позволяло направлять его два луча значительно точнее, чем лучи «Книккебейна» с антенны аналогичного размера; область равного сигнала составляла всего около 322 км (200 миль) от антенны. Лучи были настолько узкими, что бомбардировщики не могли обнаружить их без помощи, поэтому на той же станции была установлена версия «Книккебейна» с широким лучом и низкой мощностью, которая служила в качестве направляющего луча. Основная антенна «Везер» была установлена к западу от Шербура во Франции. Сигнал «крест» в X Gerät использовал серию из трех очень узких отдельных лучей: «Рейн», «Одер» и «Эльба». Они были тщательно нацелены для определения точной траектории сброса бомб. Сначала определялась точка сброса бомб вдоль «Везер» путем расчета дальности, которую бомбы пролетят между сбросом и падением, и выбора точки на этом расстоянии в качестве цели. Луч «Эльба» пересекал «Везер» перед точкой сброса. Луч «Одер» пересекал «Везер» перед точкой сброса, или перед «Эльбой». «Рейн» не требовал такой же точности и располагался примерно перед точкой сброса. Ширина лучей вносила небольшую погрешность в координаты пересечения, порядка десятков или сотен метров. Когда бомбардировщик следовал за лучом «Везер» и достигал «Рейна», радист слышал короткий сигнал и приводил в готовность свое оборудование. Оно состояло из специальных секундомеров с двумя стрелками. При получении сигнала «Одер» секундомер автоматически запускался, и обе стрелки одновременно поднимались с нуля. При получении сигнала «Эльба» одна стрелка останавливалась, а другая меняла направление, возвращаясь к нулю. Остановившаяся стрелка показывала точное время прохождения от «Одера» до «Эльбы». Поскольку расстояние от «Одера» до «Эльбы» равнялось расстоянию от «Эльбы» до точки сброса, бомбардировщик, летящий с постоянной скоростью, прибывал в точку сброса, когда движущаяся стрелка достигала нуля, в момент автоматического сброса бомб. X Gerät работал на гораздо более высокой частоте, чем «Книккебейн» (около 60 МГц), и, следовательно, требовал использования нового радиооборудования. Не хватало оборудования для оснащения всех бомбардировщиков, поэтому экспериментальному подразделению Kampfgruppe 100 (KGr 100) было поручено использовать оборудование X Gerät для наведения других самолетов на цель. Для этого самолеты KGr 100 сначала атаковали небольшой группой, сбрасывая осветительные ракеты, которые затем видели другие самолеты и бомбили визуально. Это было первое применение концепции самонаводчиков, которую Королевские ВВС значительно усовершенствовали против немцев примерно через три года. Система была впервые испытана 20 декабря 1939 года, когда бомбардировщик из KGr 100 под управлением обер-лейтенанта Германна Шмидта пролетел над Лондоном на высоте 7000 м (23 000 футов). X Gerät эффективно использовался в серии рейдов, известных немцам как «Лунная соната», против Ковентри, Вулвергемптона и Бирмингема. В рейде на Бирмингем использовался только KGr 100, и британский анализ после рейда показал, что подавляющее большинство бомб было сброшено в пределах средней линии луча «Везер», вдоль которой они были разбросаны на несколько сотен ярдов. Такой точности даже дневные бомбардировки достигали редко. Рейд на Ковентри, при полной поддержке других подразделений, сбрасывающих осветительные ракеты, почти полностью уничтожил центр города.
Контрмеры
Х-герат оказался более трудным для подавления, чем Книккебейн. Первоначальные средства противодействия системе были развернуты аналогично средствам, использованным против Книккебейна, в попытке сорвать рейд на Ковентри, но оказались неэффективными. Хотя Джонс верно предположил схему расположения лучей (и признает, что это было лишь предположение), частота модуляции была ошибочно измерена как 1500 Гц, тогда как фактическая частота составляла 2000 Гц. В то время считалось, что это не имеет значения, поскольку тоны были достаточно близки, и оператору было бы трудно различить их в шумной кабине самолета. Разгадка тайны пришла после того, как 6 ноября 1940 года на английском побережье в районе Вест-Бей, Бридпорт, потерпел крушение Heinkel He 111, оснащенный Х-гератом. Несмотря на то, что самолет затонул во время подъема, оборудование Х-герат, находившееся в воде, было извлечено. При изучении выяснилось, что использовался новый прибор, который автоматически декодировал точки и тире и перемещал указатель на дисплее перед пилотом. Это устройство было оснащено узкополосным фильтром, чувствительным только к частоте 2000 Гц, и не реагировал на ранние британские контрсигналы на 1500 Гц. Хотя глушилки были соответствующим образом модифицированы, это произошло слишком поздно для рейда на Ковентри 14 ноября, но модифицированные глушилки успешно сорвали рейд на Бирмингем 19 ноября. В конечном итоге Х-герат был побежден другим способом – путем создания "ложной Эльбы", которая пересекала направляющий луч "Везер" сразу после луча "Одер" – значительно раньше ожидаемого. Поскольку последние этапы сброса бомб были автоматическими, таймер срабатывал преждевременно, и бомбы падали в километрах от цели. Создание этого ложного луча оказалось очень сложной задачей, поскольку немцы, извлекая уроки из ошибок, допущенных с Книккебейном, включали лучи Х-герата как можно позже, что значительно затрудняло своевременное создание "ложной Эльбы".
Y-Gerät
По мере того, как британцы постепенно одерживали верх в "Битве за лучи", они начали размышлять о том, что собой будет представлять следующая немецкая система. Поскольку существующие немецкие разработки оказались бесполезными, требовалось создать совершенно новую систему. Джонс полагал, что если им удастся быстро нейтрализовать эту систему, немцы могут отказаться от всей концепции. Вскоре британские наблюдатели стали получать разведывательную информацию, полученную в результате дешифровки "Энигмы", касающуюся нового устройства, известного как Y Gerät, которое также иногда называли Wotan. Джонс уже пришел к выводу, что немцы использовали слишком описательные кодовые имена, поэтому он обратился к специалисту по немецкому языку и литературе в Блетчли-парке с вопросом о слове Wotan. Специалист понял, что Вотан отсылает к Водену, одноглазому богу, и это может указывать на систему навигации с использованием одного луча. Джонс согласился и понимал, что система с одним лучом должна включать в себя систему измерения расстояния. Он предположил, что она может работать по принципу, описанному антинацистским немецким математиком и физиком Хансом Майером, который во время визита в Норвегию предоставил большой объем информации, впоследствии вошедшей в "Осло-доклад". Y Gerät использовал один узкий луч, направленный над целью, подобно более ранним системам наведения лучами, передавая модулированный радиосигнал. Система использовала транспондер (FuG 28a), который принимал сигнал от луча и немедленно пересылал его на наземную станцию. Наземная станция принимала отраженный сигнал и сравнивала фазу его модуляции с фазой переданного сигнала, что позволяло точно определить время прохождения сигнала и, следовательно, расстояние до самолета. В сочетании с направлением луча (откорректированным для получения максимального отраженного сигнала), положение бомбардировщика можно было определить с высокой точностью. Бомбардировщикам не требовалось отслеживать луч; вместо этого наземные операторы могли рассчитать его и затем передавать пилоту радиоинструкции для коррекции траектории полета. Позже Джонс узнал, что его догадка относительно принципа работы, основанная на имени Wotan, оказалась чистой случайностью. Последующие документы показали, что первоначальный X Gerät был известен как Wotan I, а Y Gerät – как Wotan II. Если бы он знал, что это имя также связано с X Gerät, он вряд ли пришел бы к выводу о том, что система использует один луч.
Контрмеры
Британцы были готовы к этой системе еще до ее применения. По стечению обстоятельств, немцы неудачно выбрали рабочую частоту системы "Вотан". Она работала на частоте 45 МГц, которая оказалась частотой мощного, но неактивного телевизионного передатчика BBC в Александре-Паласе. Все, что нужно было сделать Джонсу, – организовать прием обратного сигнала с самолета и его последующую передачу в Александре-Палас для ретрансляции. Комбинация двух сигналов изменяла фазовый сдвиг, а следовательно, и кажущуюся задержку прохождения сигнала. Первоначально сигнал ретранслировался с малой мощностью, недостаточной для того, чтобы немцы поняли, что происходит, но достаточной для снижения точности системы. В последующие ночи мощность передатчика постепенно увеличивалась. По мере использования Y-Gerät, экипажи самолетов обвиняли наземную станцию в передаче некачественных сигналов, а наземная станция утверждала, что в самолетах были плохие соединения. Джонсу этот план пришелся по душе, так как он был прирожденным шутником, и заметил, что смог разыграть одну из самых масштабных шуток, используя практически любые доступные ресурсы страны. Постепенное увеличение мощности приводило к тому, что немцы не осознавали, что система подвергается помехам, а полагали, что она имеет ряд внутренних дефектов. В конечном итоге, когда мощность была увеличена до определенного уровня, вся система Y-Gerät начала "зависать" из-за обратной связи. Люфтваффе, наконец осознав, что британцы начали применять контрмеры с самого первого дня оперативного использования системы, полностью утратила веру в электронные средства навигации, как и предсказывали британцы, и не развернула никаких других систем против Великобритании, хотя к этому времени внимание Гитлера переключилось на Восточную Европу.