リンドホルム空軍基地の82型 | |
| 原産国 | イギリス |
|---|---|
| メーカー | マルコーニ |
| 発売 | 1957年 |
| 製造台数 | 5 |
| 種類 | 戦術制御 |
| 周波数 | Sバンド、3GHz |
| PRF | 750 |
| ビーム幅 | 水平1.5度、垂直約30度 |
| パルス幅 | 2μS |
| 回転数 | 12(後に8) |
| 範囲 | 150海里 (280 km) |
| 高度 | 60,000フィート (18,000 m) |
| 直径 | 45フィート(14メートル) |
| 方位角 | 360度 |
| 仰角 | 0~27.5度 |
| 精度 | 460メートル(1,500フィート)以上 |
| 出力 | 1.5MW |
| その他の名称 | オレンジ・ヨーマン対空砲 No. 4 Mk. 8? |
虹色のコードネーム「オレンジ・ヨーマン」でも広く知られるエイムズ82型は、マルコーニ社によって製造され、イギリス空軍(RAF)によって当初は戦術管制用に、後に航空交通管制(ATC) 用に使用されたSバンド3Dレーダーです
1949年、イギリス陸軍レーダー研究開発局において、最大16門の対空砲(AAA)砲台に中距離早期警戒を提供することを目的としたレーダーの開発が開始されました。プログラムの初期段階で、チームはイギリス海軍の包括的表示システム(CDS)を参考に、これをデータ処理システムとして改良しました。このシステムにより、半自動の追跡スキャン機能が提供され、オペレーターはより多くの航空機を操作できるようになりました。
このシステムは当初、選択された目標のデータを対空砲のローカル照準レーダーに向ける(または「照射する」)ことで対空砲を支援するために設計されました。1953年、イギリス空軍が防空任務を引き継ぎ、対空砲から新型ブラッドハウンドミサイルへの移行を開始しました。イギリス空軍は設計作業も引き継ぎ、このシステムに82式と命名しました。最初の試作機は同年に運用を開始し、2号機は1955年に短期間使用された後、1957年に運用部隊としてイギリス東海岸に移送されました。1960年には3機の生産ユニットが追加されました。
82型レーダーは1963年1月に戦術管制任務から退いた。ブラッドハウンドに提供していたデータは、AMESの80型レーダーなど他のレーダーから入手できるようになったためである。その後、82型レーダーは航空管制システムに転用され、距離、方位、仰角、二次レーダー情報を単一の装置で測定できるという利点が、従来のシステムに比べて大きな利点となった。この間、軍と民間の運用者が運用した。老朽化が進んだにもかかわらず、3機のシステムが1980年代から90年代までこの任務で使用された。
第二次世界大戦中、イギリス陸軍は対空戦任務に複数のレーダーシステムを保有していた。これらには、短距離で高精度の照準情報を提供する「砲座」(GL)レーダーと、精度は劣るものの長距離情報をGL部隊に提供する「戦術管制」(TC)レーダーが含まれていた。これら2つの役割を1つのレーダーに統合することは困難であった。GLの役割の精度を高めるには、非常に細いペンシルビームが必要であり、これは捜索任務において広範囲の空域を走査するのには役に立たなかったからである。[ 1 ]
TCレーダーの中で最も成功したものの一つは、カナダの設計によるゾーンポジションインジケーター(ZPI)で、AA No. 4 Mark IVとして実戦投入された。これはASV Mk. IIレーダーの電子回路に回転式レーダーアンテナと専用ディスプレイシステムを組み合わせて開発された。戦争末期には、同じ開発者が空洞マグネトロンを用いたマイクロ波ゾーンポジションインジケーター(MZPI)と呼ばれるモデルを開発していた。イギリス陸軍はこれを150台購入し、AA No. 4 Mark VIとして運用を開始した。[ 2 ]
これらのユニット、そして英国の類似設計のユニットには、高度を表示できないという問題がありました。戦時中は、情報は近くの砲座レーダーに送られ、照準角度が与えられれば上下に走査することで高度を測定できたため、この問題は発生しませんでした。しかし、砲座レーダーの射程範囲が拡大し、広範囲に分散配置された複数の砲座レーダーからの距離が離れるにつれて、砲兵隊の初期照準を支援するために、何らかの高度測定器が必要になりました。これは別途高度測定レーダーを設置することで実現できますが、十分な精度で方向と高度を測定できる単一のレーダーがあれば、この作業はより容易になります。
陸軍のレーダー開発を担当していたレーダー研究開発局(RRDE)は、目標の方位と距離と同時に、目標の垂直角度を測定できる3Dレーダーのアイデアを模索し始めました。彼らの解決策は、信号を複数の導波管と給電ホーンに分割し、垂直に積み重ねて配置することでした。それぞれのホーンは垂直方向に数度の幅の受信パターンを持っており、慎重に配置することで、半値ポイントが一列に並ぶように重ね合わせることができました。目標からのエコーは、常にこれらの給電部の2つで受信され、相対的な信号強度を比較することで、仰角を1度未満で決定することができました。[ 2 ]
この構想に関する本格的な研究は1947年に始まり、最初は機械式スパイラルスキャン方式のXバンドシステム、その後はスタックフィードを用いた様々な実験が行われた。同時に、新型の高出力25cm波長(Lバンド)空洞マグネトロン、新型の大型長残光プランポジション表示管、そして最大16箇所の遠隔地に情報を送信するためのデータリンクシステムの設計研究も開始された。1948年半ばまでに基本設計は完了し、Xバンド10cm波長で動作し、それぞれ3度の垂直ビームを持つ10個のフィードホーンを使用することになった。[ 3 ]
この概念をテストするため、実験的な5ビームシステムが1949年に運用された。[ 3 ]このシステムでは、MZPIを送信機として、別途レンズ型受信機アレイが使用された。レンズは両端が開いた短い金属円筒で構成され、標的(ボアサイト)に一直線に並んでいた。このような円筒を多数配置して大きなグリッドを形成した。円筒の中央の開口部を通過する無線信号は減速し、円筒を異なる長さに切断することで、従来の光学レンズのように信号の波面を集中させることができる。焦点には5つの受信機フィードホーンが設置されていた。レンズはMZPIと同じ速度で回転するように同期されていた。[ 4 ]
1949年、補給省はTREとRRDEの直接管理を引き継ぎ、3D作業をレインボー・コード「オレンジ・ヨーマン」に任命しました。年末までにシステムは順調に進んでいるように見え、アンテナの設計は完了し、10個の信号を一連のスリップリングを通して供給するシステムのテストも成功しました。より多くの電力を生成するために、3つのマグネトロンに並列に供給するシステムが開発されました。新しい折りたたみ式アンテナもテストされていました。[ 3 ]
一方、イギリス空軍は長距離戦闘機指揮の問題を検討し始め、1957年までに運用開始すべき新システムの要件を策定した。イギリス海軍はこの時期に独自の3Dレーダーである984型レーダーを開発しており、1950年5月にはイギリス空軍でもこのレーダーを使用するべきかどうかが検討された。1950年6月、国防研究政策委員会は984型レーダーとオレンジヨーマン型のどちらがより要件を満たすかを検討した。委員会は陸軍省と海軍本部に、単一のレーダーが戦闘機管制と砲撃指示の両方に有効かどうか検討するよう依頼した。戦闘機管制には長距離が求められるため、位置変更の迅速な通知を主眼とする海軍のレーダーには理想的な速度よりも遅いスキャン速度が必要だった。[ 5 ]
この時期を通じて、対空砲から地対空ミサイル、または英国では地対空誘導兵器(SAGW)への移行への関心が高まっていった。1950年代半ばから後半に利用可能になると見込まれていたこれらの兵器の誘導を支援するシステムとして、オレンジヨーマンへの関心が高まっていた。同様に、イエローリバーとして開発中だった新しいGLレーダーは、最終的にAAAで使用されるAA No. 3 Mark VIIの代替としてではなく、これらのミサイルのレーダー照射装置として再設計されました。AAAは移行期間中も引き続き使用されることになり、オレンジヨーマンからの情報を既存のMark VIIレーダーに正確に供給することが望まれました。このため、オレンジヨーマンには、位置と高度が500ヤード(460メートル)以内の精度で追跡できる確率が80%であることが求められました。[ 6 ]
アンテナシステムの開発が順調に進んでいるように見えたため、1950年にビーム幅を2.5度に狭めながら、もう1つのフィードホーンを追加することが決定されました。これにより、11のビームで合計27.5度の垂直カバレッジが得られました。[ 7 ]しかし、この頃には別の問題が浮上していました。大きな問題は、計画されていたSバンドマグネトロンBM 735の入手性が低く、定格出力2MWのうち1MWを超えてもほとんど動作しないことでした。さらに、アンテナに無線周波数電力を供給するスリップリングシステムにも依然として問題がありました。このため、回転プラットフォーム上にマグネトロン送信機とスーパーヘテロダイン受信機の初段を設置し、代わりに中間周波数(IF)を供給するスリップリングの実験が行われました。[ 7 ]
1951年6月、これらの問題が依然として解決されていない中、動作する部品はすべて改良し、できるだけ早く生産システムを完成させることが決定された。その結果、従来の3連装マグネトロンの代わりに2MWマグネトロン1台を使用し、中間周波スリップリングを介して給電し、送信アンテナと受信アンテナを別々に備えたシステムが完成した。メトロポリタン・ヴィッカース(メトロヴィック)社は、異なる高度に設置された2つのターンテーブルを備えたガントリーフレーム(下段に送信アンテナ、上段に受信アンテナを配置)からなる試験システムの製造を請け負った。完成したシステムは1953年に初めて稼働した。[ 8 ]
1948年から、レーダーデータを連続的に「スイープ」して保存し、そのデータから追跡情報を抽出する新しい表示システムの実験が継続的に行われていました。これにより、スキャンしながら追尾する機能が提供され、どの対空砲をどの目標に向けるべきかを決定する作業が大幅に簡素化されます。また、このデータを音声品質の電話回線を使用して管制センターに送信する実験もいくつか行われました。[ 8 ]
1949年末頃、RRDEの職員は、エリオット・ブラザーズ社が海軍向けに開発中の包括的表示システムの作業状況を視察した。これがきっかけとなり、すぐに同じ基本システムを対空砲司令部のニーズに合わせて改良するプロジェクトが始動した。主な変更点は、対空砲がレーダーからある程度離れた位置に設置されていることを考慮し、位置測定を行い、方位角を計算する前に一定値でオフセットする機能を追加した点である。これは、対空砲がレーダーと同じ艦に設置されていた当初のバージョンでは不要だった。この変更はデータ処理システム・プロジェクトにつながり、1950年末までに個々のコンポーネントが納入された。1951年には、メトロヴィック社とブリティッシュ・トムソン・ヒューストン社の協力を得て、RRDEで完全なシステムが構築された。このシステムは最大12個の目標を追尾でき、指揮官用の大型ディスプレイを2台備えていた。さらに、36個の追尾機能を備えたより大規模なシステムが構築され、1952年には試作機のオレンジ・ヨーマンに接続された。[ 9 ]
当初、このシステムでは、オペレーターはレーダー画面を見ながらジョイスティックでカーソルドットを操作し、特定の航跡情報を更新する必要がありました。必要な更新速度のため、6つの航跡ごとに専任のオペレーターが必要でした。後に、航空機が進路を変えない限り航跡情報を自動的に更新できるダブルインテグレーターが追加され、この状況は改善されました。これにより、必要な手動更新回数が大幅に削減され、同じ数のオペレーターでより多くの航空機を追跡できるようになりました。第2グループは、高度の変化がはるかに少ないため、よりゆっくりとしたペースで高度測定値をストレージシステムに入力しました。そのため、この作業に必要なオペレーターは2~3人だけで済みました。この「分析グループ」は、敵味方識別(IFF)システムも担当しました。最後に、「精密追跡グループ」は、より長期的で正確な測定のために、ストレージからターゲットを選択し、そのデータを砲台サイトの地上レーダーに送信しました。[ 10 ]
1953年初頭までに開発はほぼ完了し、システムは正式名称をレーダー対空砲4号マークVIII、または略してAA No. 4 Mk. VIIIとしました。ロンドン、リバプール、サウサンプトンの3か所が運用部隊として選定され、主な役割はイエローリバー・レーダー(現在はレーダー対空砲3号マークV、またはAA No. 3 Mk.Vとして知られています)にデータを渡すことでした。1953年6月、最初の拠点として、リバプール地域をカバーするフロッドシャム対空作戦室を見下ろすニュートン近くの丘陵地帯[ 11 ]が選定されました。メトロヴィック工場にも比較的近い場所でした[ 12 ] 6つの砲台、クランク(MY10)、サースタストン(MY24)、ノーリー(MY39)、フリント(MY45)、アルトカー(MY66)、ペンケス(MY76)と対になっていました。[ 11 ]
1953年、イギリス空軍は対空ミサイルの責任を引き継ぎ、将来的には大口径対空砲をイギリス軍から撤去することを最終目標としました。陸軍は野戦防衛用に小口径対空砲とミサイルを保持しましたが、イギリス国防の任務は終了しました。この移管の一環として、オレンジ・ヨーマンはTREプロジェクトとなり、AMESタイプ82と命名されましたが、実際の開発は、通常は陸軍関連のRRDE(Research and Development and Development Center)が引き続き担当しました。[ 13 ]
イギリス空軍は当初、オレンジ・ヨーマンの役割を陸軍と同様なものと捉え、2機の試作機と3つの生産拠点の開発を続けた。1955年には、マルバーン基地のオレンジ・ヨーマンとデータ処理システム、そして北に30マイル(48キロ)離れた黄河レーダーを用いた一連の試験で、黄河のレーダー操作員の介入なしに、100%の成功率で黄河を目標航空機に自動的に誘導することに成功した。[ 14 ]フロッドシャム基地は9月までに運用を開始し、同年のBEWARE軍事演習に参加し、大きな成果を挙げた。[ 14 ]

1950年、フランスのCSF社は、カルシノトロンと呼ばれる新型マイクロ波周波数真空管を発表しました。これは1953年にIEEEで公開されました。 [ 15 ]カルシノトロンの特徴は、入力電圧を変化させることで出力周波数を広帯域にわたって変化させることができる点です。これにより、選択した帯域全体を非常に高速に掃引できるため、すべての周波数において一定の放射体であるように見えます。出力はレーダー送信機の100万倍に比べてわずか数ワットでしたが、レーダー方程式によれば、その出力は航空機から反射されたレーダー信号からの戻り光よりも大きくなっていました。[ 16 ]
1954年、CSFからサンプルが購入され、 「キャサリン」として知られるハンドレページ・ヘイスティングスに取り付けられました。テストでは、80式レーダーの画面にカーシノトロンがレーダーの地平線下にあっても、しっかりとした信号が表示されることが確認されました。長距離では、アブロ・リンカーンが妨害装置から20マイル(32 km)離れないと効果を失って視認できなくなり、1台の妨害装置で編隊全体の航空機を容易に隠蔽できることを意味します。[ 17 ]近距離では、信号はアンテナのサイドローブで拾われ始め、最終的には画面全体がノイズで満たされるようになりました。[ 16 ]これらのテストは、カーシノトロンが長距離レーダーを無力化する可能性があることを示唆しているように見え、オレンジ・ヨーマンを戦時中の戦術レーダーとして使用することへの関心は消え去りました。[ 18 ]
中央飛行学校は、戦闘機迎撃任務の簡素化策として、データ処理システムへの関心を示しました。このため、RRDEでは1954年から1955年にかけてプロトタイプシステムの開発が進められ、迎撃計画を画面上で直接確認できる表示機能が追加されました。[ 12 ]しかし、この頃にはAMESタイプ80には数々の改良が施され、戦闘機の誘導能力も備わっていたため、この機能を提供するための別個のシステムの必要性はなくなりました。[ 19 ]
民間の航空管制当局、特にリバプール郊外のランカシャー州プレストンに建設予定だった実験的な北部航空管制センターにも、このシステムへの関心を高めてもらおうとする動きもあった。しかし、レーダーが無償で提供されたとしても、複雑なシステムの維持費は予算をはるかに超えていた。この構想は当時、それ以上進展することはなかった。[ 19 ]
イギリス空軍が様々な空中戦シナリオを研究し始めると、1機の爆撃機で都市全体を破壊できる時代には、いかなる包括的な防空も絶望的であることが明らかになりました。彼らは一般的な対空作戦の考えを放棄し、V爆撃機隊という抑止力の防衛に完全に焦点を合わせ始めました。この役割には、ミサイルが配備されないため、フロッドシャムの内陸基地は必要ありませんでした。それは訓練のために数年間運用されました。[ 19 ]
1955年、ミッドランド地域の飛行場をカバーできるという理由から、最終的に第2の基地としてイギリス空軍ノース・コーツ基地が選定されました。この基地は試作基地であったため、フロッドシャム基地のレーダーは解体され、建物が完成するずっと前にここに輸送されました。1957年夏、このシステムは82型と命名され、イエローリバーは数ヶ月後に83型と改称されました。システムは1957年初頭に完成し、夏にはOR.2094として受入試験が完了しました。[ 20 ]
82式戦車のデータをROTORネットワーク全体に統合する必要性は明白であり、この構想の作業はその後2年間続けられました。システムの最初の量産型は1960年半ばにワットン空軍基地で運用を開始し、さらにノース・ラッフェナム空軍基地とリンドホルム空軍基地でも運用が開始されました。[ 20 ]
1963年、82式ミサイルはブラッドハウンドミサイル任務から撤退した。この頃には80式ミサイルが同じ地域をカバーしており、カルシノトロンの出現により82式ミサイルはいずれにせよ戦争で役に立たなくなるのではないかという懸念があった。ブラッドハウンド部隊はその後、パトリントン空軍基地とボードシー空軍基地のマスターレーダーステーションに接続され、これらのレーダーステーションは情報を提供できるように改修された。80式ミサイルも同様に妨害を受けやすかったため、この移動はラインズマン/メディエーターシステムが1968年に運用開始予定になるまでの一時的な措置であった。[ 21 ]
82式戦闘機の運用終了から数ヶ月後、航空参謀副総長は「ワットン、ノース・ラッフェナム、リンドホルムの戦術管制センターを航空管制機能に転換する」という調査を完了した。副総長は、この地域は航空管制レーダーの網羅範囲が広くなく、38の飛行場があり、月間滑走路移動回数は7万5000回にも達し、ニアミス事故報告の90%がこの地域で提出されていることを指摘した。この提案は1963年6月に承認された。[ 22 ]
航空管制への切り替えにはほとんど変更が必要なかったが、RRE実験で雨や雹によるクラッターが低減することが実証されていたため、アンテナを円偏波に変更する機会が与えられた。システムの保守は民間の請負業者に委託され、軍と民間の航空管制官が運用した。[ 23 ]少なくとも1980年代、おそらく1990年代まで、この役割で運用され続けた。[ 24 ]

82式戦車は、IFF信号の送信、受信、受信処理用の別々のアンテナを備えていました。[ 25 ]
送信機は、幅45フィート(14メートル)、高さ5フィート(1.5メートル)のコセカント2乗線状反射鏡の前にスロット導波管を配置したもので、水平方向に狭く、垂直方向に約30度をカバーする扇形ビームを生成した。[ 25 ]
送信機の上部と背面には主受信機が設置されていた。これはレンズとして機能する金属管の六角形の配列で、反射信号を2.5度幅の垂直に積み重ねられた縞模様に分離する。信号はレンズの後ろにある棒状の反射鏡に集束され、水平方向に集束することで1.5度に絞られる。信号はレンズの後ろで反射され(上から見ると)、そこで11個の垂直に積み重ねられたフィードホーンが集束された信号を受信した。[ 25 ]
IFFアンテナもスロット導波管で、受信機アレイの上に配置されていました。[ 25 ]
このシステムは当初、より広いビームを持つ小型の送信機を使用し、毎分24回転で回転していました。後に大型の送信アンテナが装備され、回転速度は毎分12回転に低下しました。さらに、航空管制用途への転換に伴い、回転速度は毎分8回転に低下しました。[ 25 ]
ある時点で、このシステム用に新しく、はるかにシンプルなアンテナ配置が開発され、ワットン空軍基地のシステムに搭載された画像が1枚あります。このバージョンでは、単一の送信ホーンを備えたパラボラ反射鏡と、垂直の受信ホーンが「ディッシュ」の前方のアーム上に配置されていました。IFFアンテナはアームの下部に移動されました。ディッシュの湾曲した背面が揚力を生み出し、強風時にアンテナがマウントから外れてしまうのを防ぐため、ディッシュの後方に向かって2つの「翼」が延長されました。同じアンテナ設計の拡大版が、後にブルー・ヨーマン・レーダーに使用されました。

送信機は3GHzで1.5MWのパルスを発生するマグネトロンで、パルス繰り返し周波数(PRF)は750パルス/秒、パルス長は2マイクロ秒であった。[ 25 ]
82式は、方位、距離、仰角を1,500フィート(460メートル)のボックス内に目標を反射させるのに十分な精度で測定するように設計されました。[ 13 ]試験では、水平方向に650ヤード(590メートル)、高度方向に550ヤード(500メートル)以内に目標を反射させる確率が95%であることが示されました。最大射程は約150海里(280キロメートル、170マイル)でした。[ 25 ]
82式は、半自動かつアナログ方式ではあったものの、コンピュータ化されたレーダー処理の最も初期の例の一つであるデータ処理システムを採用したことで注目された。位置は150Vのコンデンサによって記録され、軍用では150,000ヤード(140,000メートル)、航空管制用では150マイル(240キロメートル)の範囲をカバーしていた。[ 25 ]
トラックの初期データは、2人の専任トラックアロケータによって入力されました。彼らはプランポジションインジケータの最外郭領域のみを考慮しました。彼らが重要と判断したリターンブリップはストロボで表示され、システムは各アロケータ専用の18個のストアのいずれかに位置を記録しました。合計36のトラックです。[ 25 ]
1つのアロケータの18個のトラックは3人のトラッカーに分割され、トラッカーはアロケータが選択したブリップを画面に表示する。トラッカーはジョイスティックを動かしてターゲットの追跡を開始する。画面上のカーソルはブリップがスイープからスイープへと移動する間、常にブリップの上にある。この動作によってストア内の値が更新され、正確な位置が維持される。値が更新されるたびに、前の値が2番目のストアにコピーされる。2つの値を比較することで、ターゲットの方向と速度が計算される。[ 25 ]
トラッカーには独自のストロボシステムも搭載されており、IFFチェックと高度測定のためにターゲットを渡すことができました。ディスプレイ上のスイッチを押すことで特定の軌跡を選択し、その値を高度画面またはIFF画面に送信しました。オペレーターは必要な測定値を取得し、別の記憶装置にフィードバックすることで、トラッカーのコンソールにデータを表示しました。[ 25 ]
高度測定は専用ディスプレイで行われた。このディスプレイには、隣接する2つのビームからの信号が10本の線で表示される。トラッカーがターゲットをストロボで照射すると、高度ディスプレイにはこれらの信号のみが表示され、各線に2つの点滅が現れる。2つの点滅の相対的な長さを比較することで、オペレーターは高度を推定することができた。[ 6 ]