RADARUTVECKLING

Några blad i siktesradarns historia av Bengt Andersson.

1925 mätte två amerikaner höjden till jonosfären genom att med jämna mellanrum stänga av en magnetron. Pulserna från magnetronen kom tillbaka dessa mellanrum och deras tid för färden fram och tillbaka kunde mätas.

I början av 1920-talet gjorde amerikanska flottan försök med en radar med S-meters våglängd. Rapporten hamnade i ett arkiv och glömdes bort. Ytterligare experiment gav en ny rapport i november 1930. Resultatet intresserade amerikanska armen som här fann en länge ettersökt ersättning av de lyssnarrapparater som användes för att spåra flygplan. Ytterligare experiment gjordes inom våglängdsområdena cm och m. Detta var de första försöken med cm-vägor (mikrovågor) och fungerade bara i laboratorium då de tillgängliga sändareffekterna var mycket låga.

Även i Tyskland pågick i början på 30-talet försök med radar. Tyska marinen arbetade med tanken att om man kunde mäta avstånd med ljudvågor i vatten, borde det gå att mäta radiovågor i luften. 1933 fick man från holländska Philips en magnetron som kunde sända ut radiovågor ner till 0,5 m våglängd. Resultatet blev en fartygsradar SECTAKT och en markbaserad luftspaningsradar FREY A. Prototyper var klara 1936.

Engelsmännen fick veta allt detta genom ett i största hemlighet överlämnat paket med dokument till den engelska marinattachén i Oslo. Men det var ingen i England som trodde på det hela. Det var ju allmänt känt i England att det inte fanns radar i Tyskland: Frågan är vad som hänt om rätt personer fått studera dokumenten.

I juni 1934 undersökte den vetenskapliga sektionen inom det engelska flygministeriet hur mycket fakta som fanns arkiverat i ämnet luftförsvar. Man hittade 53 olika akter de flesta ensidiga memoranda. Inget av dessa gav något svar eller några idéer om ett framtida luftförsvar. Ett memorandum skrevs för att påpeka den allvarliga situationen. Resultatet blev att det i november 1934 bildades en kommitté för en vetenskaplig genomgång av möjligheterna för att modernisera luftförsvaret. Det visade sig finnas intressanta forskningsrapporter från bland annat engelska postverket gällande VHF-radio. Vid dessa försök hade det uppstått störningar av flygplan i luften. Flygplanen hade trots dukklädsel reflekterat radiosignalerna.

Även från amerikanska Bell Telephone Co:s laboratorier fanns liknande rapporter. Robert Watson-Watt chef för radioavdelningen på National Phvsical Laboratory inkallades som expert. Det aktuella ämnet var “dödsstrålen”. Engelska flygministeriet hade ställt upp ett pris på 1 000 pund kontant till den som på detta sätt kunde döda ett får på 100 yards (ca 91 m) avstånd. Ingen hade lyckats.

Watson-Watt ansåg att det inte fanns tekniska möjligheter att producera en så kraftig radiostrålning med tillräckligt kort våglängd för att ens kunna skada en levande varelse, än mindre förstöra ett flygplan i luften. Möjligen skulle det kunna gå att spåra flygplan i luften med hjälp av utsända radiovågor. Den 12 februari 1935 presenterade Watson-Watt tillsammans med A Wilkins ett historiskt dokument gällande vad vi idag kallar RADAR.

Det stod nu helt klart för vetenskapsmännen hur stora utvecklingsmöjligheterna var inom radiotekniken. Det gällde nu att övertyga flygministeriet. Något som liknande det man sökte hade tidigare använts av Watson-Watt i ett experiment att med radiovågor spåra oväder. Hela dokumentet visade att det var genomförbart att bygga en radar, då det gick att hänvisa till redan befintliga apparater och dokument.

Den 26 februari 1935 flög en Handley Page Heyford som hade dukklädd kropp fram och till baka över ett fält vid kusten där Watson-Watt samlat en utvald skara runt sin primitiva mottagare monterad i en Morris skåpbil. Planet flög genom strålningen från en av BBC:s starka kortvågssändare. Med en i hast hopsamlad utrustning kunde flygplanet ses som en grön prick på ett katodstrålerör. Detta var beviset på att principen var riktig men det var ännu mycket långt kvar till en användbar radar.

En prototypradar byggdes och testades. Räckvidden ökade månad tör månad, för att i slutet av 1936 vara ca 100 km. Prototypen ansågs nu tillräckligt lovande för att börja en tillverkning. Det beslutades att en kedja med radarstationer skulle byggas längs kusten, fem stycken i första omgången. En våglängd på 50 m valdes, då det var ungefär den dubbla spännvidden på ett bombplan. Det visade sig vara ett lyckokast då resultaten redan från början var positiva. Hade en kortare våglängd valts hade utvecklingen troligen gått saktare. Den första stationen kunde överlämnas till RAF våren 1937.

RDF

Det nya systemet ka Ilades RDF (Radio Direction Finding) vilket senare ändrades till radio-Iocation. Det var inte förrän 1944 som olika beteckningar i England och USA standardiserades till ordet RADAR (Radio Detection and Ranging). Den nya radarkedjan kallades Chain Home och förkortades CH. Sändare, antenner och master tillverkades av Metropolitan-Vickers och HM Signal School. Mottagaren och katodstråleröret. på vilket ekot skulle visas, tillverkades av Cossor som redan var den största tillverkaren i England av katodstrålerör för speciella radioapplikationer och för sjukvårdsutrustning. Vid denna tid var Cossor även marknadsledare i konstruktion av mottagare för television i England. Televisionsmottagaren och den nya mottagare som nu behövdes hade mycket gemensamt. Båda var högkänsliga mottagare av pulsade signaler på frekvenser inom 45 Megahertz-bandet som sedan visades på ett katodstrålerör.

Sändareffekten på den första stationen i Bawdsey ökades efterhand och kunde klara att spåra flygplan på ett avstånd av 190 km. Ganska snart förstod man att det var lätt att störa en station med en väglängd och en frekvens. Under 1938 halverades våglängden och fyra frekvenser fanns tillgängliga för att undvika fientlig störning.

När kriget bröt ut i september 1939 fanns 19 st CH-anläggningar i drift längs den engelska östkusten.

RDF 2 (Al-radar)

Nästa steg efter den markbaserade RDF-radarn blev den flygburna RDF 2. Problemen var enorma eftersom en RDF-anläggning hade en samling 75 och 100 m höga antennmaster utspridda över en yta som en fotbollsplan. Sändaren krävde nästan lika mycket ström som en mindre stad och allt sköttes av specialutbildad personal.

RDF 2 var visserligen avsedd för en mycket kortare räckvidd men alla komponenter skulle rymmas i flygplanet och strömmen skull e tas från flygplanets generatorer. Det gällde att omvandla ton till kg och helst till hg. Det fanns inte heller något jaktplansprojekt i England avsett för nattjakt och än mindre avsett att förses med radar. Det var endast en liten skara tekniker och vetenskapsmän som såg alla framtida möjligheter.

Det stod helt klart att för att få ned vikten och öka noggrannheten måste våglängden minskas. Ett antal provanlägninqar med våglängder under 10 m byggdes innan man lyckades bygga en självmodulerande sändare med en våglängd på 1 m.

I augusti i 1937 monterades den första kompletta anläggningen i en Avro Anson. Resultaten blev mycket bra, speciellt mot sjömål. För att skilja inriktningarna sjö- och luftmål fick de senare beteckningen Al (Airborne Interception). Utvecklingsgruppen var mycket liten och delad i tre grupper: antenn, sändare och mottagare. Tanken på en roterande kombinerad sända r-mottagarantenn fanns redan nu, men våglängdsområdet gjorde det omöjligt. Nu fick sändarantennen placeras i nosen och mottagarantennerna på vingarna. De mottagna signalerna visades på katodstrålerörets skärm och talade om var målet fanns höger/vänster och upp/ner.

Ett av de största problemen vid sidan om bristen på noggrannhet i dessa första system var bristen på sändarkapacitet. Provflygplanen försågs med extra bensindrivna generatorer. Den första Al Mkl kom 1939 och monterades i baksits på en Fairey Battle. De då två skärmarna gav besked om kursändring höger/vänster och upp/ner. Det visade sig att enmotoriga jaktflygplan var för små för dessa tidiga Al anläggningar. Det krävdes tvåmotoriga flygplan. Det bästa som fanns var Bristol Blenheim som försågs med Al Mkl tillsammans Flyghistoriskt Månadsblad 12/88 med 4 kulsprutor i en utbyggnad under bombrummet.

Tidig Mosquito med Al Mk IV. Sändarantenn i nosen, mottagarantenn på vingarna.

Radar Al Mk VII. Fast sändare och rörlig reflektor.

Radar Al Mk X/SCR-270. Roterande sändare och reflektor som rör sig i ett spiralformat mönster

En fabrikstillverkad och mer produktionsanpassad Al Mkll kom 1939. Radaroperatören flög baklänges i Blenheim så det gällde för honom att tänka tvärtom när han gav piloten order om att styra höger eller vänster. När kriget bröt ut i september fanns det 21 st Blenheim med Al Mkll i tjänst.

En mängd problem uppstod. För att fungera någorlunda med en välutbildad radaroperatör måste målet befinna sig inom en 20 graders kon framför flygplanet och på ett avstånd mellan 400 och 1700 m. Flyghöjden måste också vara över 2500 m för att undvika störande markreflektion. I oktober var ett antal modifieringar gjorda och Al Mklll var klar. Den hade bland annat ett nytt modifierat antennsystem.

Proven med Blenheim. som nu var ute på flottilj, gick vidare. Resultaten hade uteblivit på grund av en mängd brister inte bara i materielen utan även i utbildningen. Det dröjde till natten till den 23 Juli 1940 innan den första radarledda nedskjutningen ägde rum.

Redan i slutet av 1939 gick diskussionerna höga om att lägga ned RDF 2 på grund av de dåliga resultaten. Resultatet blev efter en sammanfattning av problemen med Al Mklll istället en storsatsning med insats av hundratals tekniker och vetenskapsmän på olika industrier och institut. Huvudinriktningen blev en minskad närgräns och högre precision i kursangivelserna.

Alla och speciellt nykomlingarna i projektet. var övertygade om att det krävdes en våglängd i området 10 cm för att nå önskade resultat. Problemet var att det inte fanns någon teknik som klarade detta. Det som var känt genom tidigare vetenskapliga rapporter var att Dr A W Hull vid US General Electric Co år 1921 beskrivit ett nytt elektronrör som han kallade magnetron. Magnetronen kunde generera en mycket hög frekvens med våglängder ner till någon cm. Nackdelen var en mycket låg effekt som gjorde den oanvändbar i radarsammanhang.

En kort tid efter andra världskrigets utbrott inrättades två grupper för att försöka finna utvecklingsbara vägar för att få fram större effekt ur en magnetron med kort våglängd sk mikrovågor. En grupp arbetade med sändare och en med mottagare.

Mosquito NF XII med Al Mk VIII bakom en s k Thimble Nose. (Foto MAP)

Under tiden gick arbetet vidare med den enda hittills fungerande 1,5 m radarn Al Mk III. Ett nytt mindre elektronrör med högre effekt och en ny modulator resulterade i Al MklV som till stor del skilde sig från Mklll. Detta blev den första Al-enhet som kunde sägas fungera praktiskt. Sexhundra enheter beställdes och dessa var i drift till slutet av 1943.

Ett nytt flygplan från Bristol, Beaufightern, kom i tjänst 1940 med Al MklV monterad. Äntligen ett flygplan med bra prestanda i kombination med en bra AI-anläggning. I tjänst inom RAF fanns nu Al Mklll tillfredsställande de allra enklaste kraven och Al MklV som fungerade bra men fortfarande hade en 1,5 m anläggnings nackdelar beträffande räckvidd, noggrannhet och markstörning. Beaufightern med Al MklV var så snabb att den i många fall flög förbi målet då närgränsen var större än avståndet för visuell kontakt.

Andra framsteg inom radartekniken var RACON, som var små radarsändare utplacerade i ett rutnät som indikerades som navigeringshjälpmedel på skärmen och GCI (Ground Contral of Interception), en roterande radar som arbetade tillsammans med HL-stationerna. Med dessa hjäl pmedel tillgängliga togs åter iden upp med enmotoriga jaktflygplan som nu kunde få navigeringshjälp. Denna radar fick beteckningen Al MkV. Elektriska problem fördröjde godkännandet till mitten av 1941. Genom den snabba utvecklingen fanns redan då Al MkVI klar för montering.

Centimeter Radar

Behovet av radar med våglängder runt 10 cm stod tidigt klart. Den skulle kunna göras mindre och lättare. Problemen med minimiavstånd och markreflektion skulle nästan försvinna. En “centimeterradar” skulle även vara svårare att störa. Men ingen hade ännu lyckats tillverka en magnetron i centimetervåglängdsområdet annat än med mycket låga effekter.

Arbetet med att ta fram mer effekt ur en magnetron hade därför mycket hög prioritet. J T Randall och A H Boot vid universitetet i Birmingham var en av de grupper som analyserade hittills kända låsningar och sökte nya. I slutet av november 1939 hade de ett förslag till en teoretiskt fungerande magnetron klart. Deras förslag avvek från tidigare kända lösningar.

Detaljer tillverkades och den 21 februari 1940 slogs strömmen på. Resultatet var överraskande bra. Redan andra dagen kunde en effekt av 450 watt med en våglängd av 9,8 cm uppmätas. Några månader senare var en förserie magnetroner klar hos GEC Hirst Research Labs. Magnetronen I evererade nu 50 kw vid 9,1 cm. Detta var ett viktigt genombrott för centimeter/mikrovågstekniken.

I mars 1941 var den första provanläggningen klar och monterades i ett Blenheimflygplan. Antennen var endast några cm lång och användes växelvis som sändar- och mottagarantenn. För att fokusera pulserna monterades en parabol bakom antennen. Hela antennenheten var upphängd så att den kunde drivas runt i ett spiralformigt mönster. På detta sätt kunde en stor kon framför flygplanet täckas in. Alltihop monterades i flygplanets nos bakom en kåpa (radam) av icke ledande material.

För att snabbt få fram en radar av den nya typen monterades antennen fast med en rörlig parabolreflektor. Detta för att undvika problemet med att mata mikrovågorna från sändaren till en rörlig antenn. Nu var det endast parabolreflektorn som drevs i ett spiralformat mönster.

Den första “centimeterradar”, Al MkVll, flög i november 1941 i en Beaufighter. Radarn var monterad bakom en liten radom, i England benämnd “thimble nose”. Den mer produktionsanpassade Al MkVll1 kom några månader senare. Den hade bland annat bättre min- och maxvärden. Inte mindre än 2500 enheter beställdes. Al MkVl1I blev standardradar inom RAF resten av kriget. För att inte riskera att Al-enheterna föll i tyskarnas händer fick natt jakten inte flyga över fientligt territorium förrän i juni 1944.

En summering av fördelarna med “centimeterradar” ger följande: god funktion även på låg höjd, möjlighet att bestämma målets position inom 1 grad, maximiavståndet varierade beroende på målets storlek och vinkel mot radarn, minimiavståndet med en vältrimmad Al MkVll1 och en välutbildad operatör var ca 30 m.

Centimeterradar i USA

President Roosevelt godkände i juli 1940 en överenskommelse att brittiska militärer skulle få besöka de olika amerikanska försvarsgrenarna. Men ingen med besöket var att utbyta information inom bland annat det tekniska området. Inom radarområdet blev båda parter överraskade över varandras framsteg. Enda nackdelen var att amerikanarna ännu inte satsat på en nattjaktsradar. I oktober 1940 beslutades att USA med hjälp aven brittisk magnetron skulle satsa på utvecklingen aven avancerad 10 cm Al-radar. Det är idag viktigt att komma ihåg att USA vid denna tidpunkt var neutralt.

Amerikanarna satte sig snabbt in i mikrovågstekniken och redan i januari 1941 kunde den första mikrovågsradarn av amerikansk tillverkning startas. Det enda som inte var amerikanskt var den brittiska magnetronen.

Grundkonstruktionen av amerikansk Al-radar påverkades starkt av den brittiska. Den stora skillnaden låg i scannern (antenn + parabol).Antennen satt monterad inuti parabolen och hela enheten var motviktsupphängd i kullager. Prototyper flögs i Douglas A20 och en Boeing 247. Boeingflygplanet flögs till England sommaren 1941. Resultatetav den demonstrationen blev att den brittiska regeringen beställde 10 produktionsexemplar av Al-f O från USA. Dessa skulle vid leverans monteras i Beaufighter-flygplan. Vid 1 everans visade det sig att Al-j O inte fick plats i Beaufighter-nosen. Denna törsta utgåva av den amerikanska AI-l0/SCR-520 hade samtidigt utvärderats mot den brittiska Al MkVlI1. Den brittiska hade en känsligare mottagare och den amerikanska en kraftigare sändare. Resultatet blev SCR- 720, en produkt av det bästa från de båda Al-enheterna. SCR-720 var motståndskraftig mot fientlig störning och var i USA avsedd att monteras i det nya tvåmotoriga natt jaktplanet Northrop P61 Black Widow.

Samtidigt med den amerikanska utvecklingen av AI-lO pågick i Storbritannien vidareutvecklingen av Al MkVIII. Den nya radarn Al MklX skulle bli en mycket avancerad radar. Den var utrustad för alt motstå störsändare och antennen var låsbar på målet som sedan automatiskt följdes. Den skulle även visa resultatet på den plana vindrutan. Det är vad som idag kallas HUD (head- up display). Al MklX flög ien Beaufighter i november 1942. I december blev Beaufightern under en testflygning attackerad och nedskjuten av en Spitfire. Denna nedskjutning var olycklig nog i sig själv men det värsta var att med ombord var en av de bästa radarexperterna i England.

Northrop P•51 Black Widow skulle förses med SCR 720. (Foto MAP)

Ungefär samtidigt kom den första Al MkX/SCR-720 till England och monterades i en vitmålad Wellington-bombare. Testresultaten översteg alla förväntningar och tidigt 1943 beslutades att ersätta Al MklX med den amerikanska Al MkX. Från USA kunde leveranser ske snabbt då produktionen varit igång en tid men leveransen av P6flygplanen fördröjts. Det flygplan som i England var mest lämpad för den nya radarn var DeHavilland Mosquito.

Al MkX/SCR-720 blev RAF:s mest använda nattjaktsradar och användes i Gloster Meteor fram till i mitten på femtiotalet.

Mosquito NF XIX med Al Mk X/SCR-720 inköptes till Sver

Bertil Bengtsson

Det här inlägget postades i Radioinfomation och har märkts med etiketterna . Bokmärk permalänken.