金晶火眼:英國戰列艦上的雷達設備

本文摘自R.A. 伯特著,攵蠶譯【海洋文庫L008】《英國戰列艦:1919—1945》

無線電測向/ 探測儀(RDF)不是戰爭的產物,而是無線電通訊的副產品,儘管第二次世界大戰確實推動了雷達技術的進步。大概在1933 年時,人們試圖在視距外發現飛機等目標。海軍於20 世紀30 年代後期開始了相關試驗,包括兩個主要項目:

1. 用米波雷達探測遠距離的飛機;

2. 用波長50 釐米級的雷達探測水面艦艇。

第一個項目使用的雷達波長約為4 米,在中等功率下作用距離達到了64 千米。1937 至1938 年,試驗人員將波長增加到了大約7 米,其成果便是79X 型雷達。1939 年,新的281 型雷達將波長減少到了3 至4 米,除了能在112 至160 千米距離上探測飛行高度3000 至4500 米的飛機外,它還可以在16 至32 千米距離上探測水面艦艇。在第二個項目中,最初唯一可用的真空管 是ACORD 型,但後來真空管的進一步發展(尤其是GEC 系列的出現)促成了可用於火控及探測艦船、低空飛機的282 系列雷達的出現。

戰爭開始後,隨著真空管的繼續發展,波長在10 釐米級別的高功率雷達得以問世。1942 年時已經出現了用於遠端對空預警(也可以在稍近距離探測水面艦艇)的279 型和281 型雷達、用於近距離探測和火控的282 型雷達,以及用於近距離探測水面艦艇和極近距離(數千米內)探測飛機的271 系列雷達。

在被動探測方面,截獲技術的快速進步和測向(DF) 技術的發展使人們可以在很遠的距離上截獲米波信號並確定其方向。但英國海軍認為這個能力不是至關重要的,他們更關注在大西洋戰役中價值更大的短波技術。

海軍的第一批雷達設備是為對空預警研製的。它們的型號沒有按照正常序列(例如281 和285 型)劃分,但在大多數情況下,功能相同的雷達的型號編號也大體相近。這些編號從較大的數字開始,可能是因為和民用無線電設備共用了編號。起初,大型天線只能安裝在桅杆頂上(以獲得足夠的高度),很快兩根桅杆都被佔用了,其中一個天線用於發射電磁波,一個用於接收電磁波。

1940 年11 月英國海軍發佈了一條指令,要求艦艇裝備一款改進型對空預警(AW) 雷達。大多數早期雷達研究都是為了更好地探測敵方飛機,特別是在低空飛行的飛機。新的對空預警雷達定型後被稱為281 型,這是一套SWG 雷達——即「艦載預警和火控系統」,能夠提供用於火控引導的精確目標參數。其波長為3 米,頻率為85 至94 兆赫。而作為過渡產品的280 型雷達則沒有得到普遍應用,其波長為3.66米,頻率為82 兆赫。波長會隨頻率的增加而縮短。280 型可以探測到9.6 千米外的戰列艦、8 千米外的巡洋艦、4.8 千米外的驅逐艦,8 千米外飛行高度30 米的飛機、25.7 千米外飛行高度914 米的飛機、105 千米外飛行高度4876 米的飛機。281 型則可以探測到19 千米外的戰列艦、13 千米外的巡洋艦、8 千米外的驅逐艦、3 千米外水面狀態的潛艇,11 至14 千米距離上飛行高度30 米的飛機、61 至80 千米距離上飛行高度914 米的飛機、 141 至185 千米距離上飛行高度4876 米的飛機。精度上,280 型在1.8 至12.8 千米內誤差為45 米;281 型在12.8 至25.6 千米內誤差為90 米。

這些大功率的裝置採用了單杆反射器(Single rod reflector),可以進行全方位掃描,不過要在桅頂處安裝遙控旋轉天線。這些天線需要支撐牢固且高度足夠的桅杆。安裝一套設備至少需要5 周時間,如果要加固或更換桅杆的話甚至需要10 周。1940至1941 年,很多戰艦的兩根桅杆都裝上了相關設備( 一個用於發射,一個用於接收)。但到了1942 年年底,發射天線和接收天線就合併在了一起。

這些雷達設備最初是裝在巡洋艦上的。當時英國海軍的雷達主要是為巡洋艦準備的,因為巡洋艦在本質上是「艦隊的眼睛」。79X 型、79Y 型、279 型和281 型這些早期型號的雷達都需要很高的桅杆,對頂部的重量影響較大。第一套用於大口徑艦炮的火控雷達是284 型,但只適用於主力艦的主炮。284 型雷達的天線安裝在指揮儀塔上(該位置同時也安裝了光學探測設備)。

1938 年,「羅德尼」號在離港後加速航行。注意該艦當時安裝了79Y 雷達天線

整套雷達系統的操作方法為,79X 型、79Y 型、281 型或286 型雷達進行持續搜尋,發現目標後285 型雷達會被引導到目標方向以捕獲它。如果是水面目標,那麼284 型雷達就會投入工作。如果來襲目標是飛機,285 型雷達將在遠距離上參與火控,282型雷達隨後在近距離上參與火控。

總結起來,早期無線電測向設備有這樣一些特性:

1. 佈置在桅杆頂部的搜尋裝置能遠距離捕獲目標併為所有的高射火力提供

火控引導。

2. 275 型或285 型雷達在跟蹤目標時需要雷達控制室的輔助。進入火炮射程後133 毫米或者114 毫米高炮將在指揮儀控制下開火。

3. 面對進行俯衝轟炸或魚雷攻擊的飛機,282 型、283 型和262 型雷達可為40毫米博福斯炮或40 毫米砰砰炮提供目標引導。較大的高角射擊指揮儀(285型和275 型)負責將目標方位傳遞給低角射擊指揮儀,後者一旦找到了目標就會獨立完成剩下的工作。

伊莉莎白女王級戰列艦的雷達裝備情況很有代表性,詳情如下:1939 年,「剛勇」號於11 月安裝了792-1 型;1940 年,「馬來亞」號、「厭戰」號、「巴勒姆」號安裝了28 型;1941 年,「伊莉莎白女王」號於1 月安裝了297 型,其餘四艦安裝了285 型;1941 年,使用L10 雷達信標天線的282 型生產延期,4 套該設備在6 月前完成安裝;1941 年,「剛勇」號在亞歷山大港安裝了284 型,「厭戰」號則在年底安裝;1943 年,「馬來亞」號安裝了285P 型;1945 年,「伊莉莎白女王」號於1 月在指揮儀塔上安裝了274 型,「剛勇」號、「厭戰」號稍後加裝了277 和293 型。

戰爭開始時,英國海軍進行了一系列有趣的試驗,即將兩個天線串聯。1940 年6 月「 納爾遜」號進行了這一試驗,以確定使用標準的282 型發射機和接收機對水面目標的探測距離。發射機和接收機的天線安裝在主炮指揮儀塔上。天線是大型拋物面圓柱體,孔徑3.45×1.25 米,各有100 倍的功率增益,大約是原282 型天線功率增益的10 倍。天線隨指揮儀塔旋轉,通過光學手段或由艦橋直接發出方位指示來保持對目標方向的照射。結果一艘船在32.9 千米處被發現,另外三艘船在30.1千米處被發現。試驗還表明,如果一個天線損壞,另一個可以接替它工作。

「胡德」號在斯卡帕灣安裝了282 型、284 型和285 型雷達,但是由於安裝過於匆忙,許多設備連線都存在問題。

英國海軍還對「英王喬治五世」號進行了一系列的測試,結果如下:

雙方互相遠離的情況下,10 千米時目標信號達到飽和,12.8 千米時……信號強度約為10 倍,14.6 千米時信號強度約為6 到8 倍,25 千米時信號就消失了。信號回波在22.9 千米外就斷斷續續了,但用雷達獲得的距離和方位參數合成航跡圖效果很好。

雙方互相接近且「 英王喬治五世」號的起始出現方位不明時,該艦在22.5 千米處被發現。如果不是在出現時與海面的回波信號接近,她有可能更早被發現。

為「英王喬治五世」號護航的驅逐艦在15 千米處被捕捉到了。

當時,284 型雷達經常出的毛病,例如:

1. 發射機和接收機調諧不佳;

2. 測距裝置上的亮度控制設備燒燬;

3. 線路連接不良,操作斷斷續續;

4. 開關面板故障;

5. 電壓控制板故障;

6. 天線的連接方式錯誤,發射端連接到下陣列,接收端連接到上陣列。

「 復仇」號裝備有279 型雷達,天線位於水線以上48.7 米( 兩種天線都是),天線間距35.3 米,工作頻率42 千赫。1941 年4 月28 日進行的測試表明,這種雷達對小型漁船的探測距離為4.3 千米,對平均尺寸的商船的探測距離為7.3 至9.1千米,對由41 艘船組成的護航船隊的探測距離為12.7 千米。此外,這種雷達還具備一定的導航功能。

隨著戰爭的進行,無線電設備變得越來越複雜。1944 至1945 年,戰列艦的桅杆已經被各種用途的設備堆滿了,敵我識別和通訊天線也被集成到了對空和對海搜尋裝置中。在短短的四年時間裡,桅杆上密佈雷達天線已經成了戰艦的一個重要特徵。

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