ビームの戦いは第二次世界大戦初期の頃、ドイツ空軍(Luftwaffe )の爆撃機がイギリスへの夜間爆撃に、精度を増す無線航法システムを複数用いた時期である。イギリス空軍省の科学情報部は、妨害信号や欺瞞信号といった、独自の効果的な手段を用いて反撃した。この時期は、 1941年5月にドイツ国防軍がソ連攻撃に備えて東方へと部隊を移動させたことで終結した。[ 1 ]
ビーム無線航法のアイデアは1930年代に開発され、当初は盲目的着陸支援として開発されました。基本的な概念は、滑走路の中央線からわずかに左右にずれた2つの方向の無線信号を送信することです。航空機内の無線オペレーターはこれらの信号を受信して、どちらのビームで飛行しているかを判断します。これは通常、左右を識別するために、2つのビームにモールス信号を 送信することで行われます。
爆撃用に、ドイツ空軍は長距離での命中精度をはるかに高めるため、クニッケバインとX-Gerätと名付けた大型アンテナを製造した。これらはブリッツの初期段階で大きな効果を発揮し、ある時はイギリス奥地の工場の中心線に一列に爆弾を投下した。戦前の軍事情報機関からこのシステムの運用について情報を得たイギリス軍は、独自のモールス信号を送信することで対応した。これにより、航空機の乗組員は、コースを大きく外れて飛行していても、常にビームの中心に位置していると信じ込んだ。ドイツ軍は、イギリス軍が何らかの方法で無線信号を歪める方法を習得したと確信した。
問題が広範囲に及ぶと、ドイツは異なる原理で動作する新システム「Y-Gerät」を導入しました。イギリスは、このシステムの性質を何気なく耳にしただけで察知し、使用直後にシステムを無効にする対抗手段を既に導入していました。ドイツは最終的に、イギリスが妨害工作を続けるだろうと判断し、イギリス上空での無線航行という概念そのものを放棄しました。

1939年9月1日の開戦以前、ルフトハンザ航空とドイツの航空機産業は、民間航空の発展、そして安全性と信頼性を向上させるシステムと手法の開発に多額の投資を行っていた。特に、夜間や悪天候下でも空港への進入を可能にするブラインドランディング支援装置の開発に多大な労力が費やされた。このために開発された主要なシステムは、ヨハネス・プレンドルが開発したローレンツ・システムであり、当時、大型の民間機および軍用機に広く導入されつつあった。[ 2 ]
ローレンツ方式は、特殊な3素子アンテナシステムに変調された無線信号を送ることで機能しました。信号は中央のダイポールアンテナに送られ、その両側にはわずかに長い 反射素子がわずかに後方に配置されていました。スイッチによって各反射素子の中間点の接続が高速に切り替えられ、ビームは滑走路の中心線からわずかに左、そしてわずかに右へと送られました。ビームはアンテナから広がるにつれて広がり、滑走路進入路のすぐ外側で2つの信号が重なる領域ができました。スイッチのタイミングは、アンテナの左側よりも右側に長く留まるように調整されていました。
空港に接近する航空機は、無線機の1つをローレンツ周波数に合わせます。乗務員がセンターラインの左側にいる場合、短いトーンの連続と長い休止が聞こえます。これは、航空機がアンテナの「点」側にいることを意味します。「点」を聞くと、センターラインに沿って飛行するには右に旋回する必要があることがわかります。乗務員がセンターラインの右側にいる場合、長いトーンの連続と短い休止が聞こえます。これは、航空機がアンテナの「ダッシュ」側にいることを意味します。「ダッシュ」を聞くと、センターラインに沿って飛行するには左に旋回する必要があることがわかります。センターラインでは、無線機は両方の信号を受信し、点がダッシュの隙間を埋め、いわゆる「等信号」と呼ばれる連続信号を生成します。滑走路の既知の方向に飛行し、無線で等信号を保っておくことで、ロレンツを装備した乗組員は、比較的高い精度で飛行機を直線で誘導することができ、最悪の状況を除いてパイロットは滑走路を目視で見つけることができるほどでした。
1930年代初頭、夜間爆撃戦略作戦という概念が軍航空界で最重要課題となり始めました。これは、爆撃機の性能が飛躍的に向上し、有効な爆弾を搭載してヨーロッパ全域を攻撃できる能力を獲得し始めたことに起因していました。これらの航空機は低速で動きが鈍く、迎撃機の格好の餌食でしたが、夜間飛行によってこの脅威は実質的に排除できました。黒く塗装された爆撃機は、非常に近距離でしか発見できませんでした。爆撃機の高度と速度が上昇するにつれて、地上防衛網からの脅威は大幅に減少しました。計画立案者たちは「爆撃機は必ず突破する」と信じていました。
夜間爆撃の問題は、視界の制限によって爆撃手が目標を発見するのが困難になることです。特に夜間に灯火管制された目標の場合、成功確率の高い攻撃は、最も大きな目標である都市に限られました。
この任務を支援するため、イギリス空軍は航法訓練に多額の投資を行い、航空機に様々な装置を装備しました。その中には、星の位置を測り、航法士が照明付きの作業スペースで計算を行うためのアストロドームも含まれていました。このシステムは開戦直後から運用が開始され、当初は成功を収めたと考えられていました。しかし実際には、初期の爆撃作戦は完全に失敗し、ほとんどの爆弾は目標から数マイル離れた場所に着弾しました。[ 3 ]
ドイツ空軍は、より小規模な目標に対する正確な夜間爆撃の研究を続けました。天文航法に頼らず、無線航法システムの開発に力を注ぎました。1930年代を通して、ドイツ空軍はローレンツの原理に基づく爆撃指揮システムの開発に注力しました。このシステムにより、無線機で信号を傍受するだけで夜間航法が比較的容易になり、必要な無線機は既に多くの航空機に搭載されていたためです。

爆撃用途では、ローレンツへの変更は比較的軽微でした。必要な精度を確保するには、はるかに大型のアンテナが必要でした。これは、より多くの素子を持つアンテナを使用することで実現されましたが、ビーム方向をわずかに変更するために、反射鏡素子のうち2つを切り替えるだけの単純な方法は維持されました。ビーム角度は劇的に減少したため、目標上空ではわずか数十ヤードしか届きませんでした。このアンテナの形状から、このシステムは「曲がった脚」を意味するコードネーム「クニッケバイン」が付けられました。[ 4 ] [ a ]この言葉は、ゲルマン神話に登場する魔法のワタリガラスの名前でもあります。[ 5 ]必要な射程距離を確保するために、送信出力は大幅に増加しました。クニッケバイン受信機は、EBL-1受信機とEBL-2受信機を組み合わせた標準的なブラインド着陸受信機システムに偽装されていました。
単一の送信機からのビームは爆撃機を目標地点へと誘導するが、目標上空に到達したかどうかは判断できない。この測距機能を追加するために、最初の送信機と同様の2台目の送信機が設置され、そのビームが爆弾投下地点で誘導ビームと交差するようにした。アンテナを回転させることで、2台の送信機からのビームが目標上空を横切るようにした。爆撃機は一方の送信機のビームに進入し、もう一方の送信機(2台目の受信機)から一定の「進路指示」音が聞こえるまでビームを飛ばし続ける。2台目の送信機から一定の「進路指示」音が聞こえた時点で、爆撃機は爆弾を投下した。[ 6 ]

これらの新しいクニッケバイン送信所の最初のものは、1939年にデンマーク国境近くのノルドフリースラントのシュトルベルク丘陵、ドイツのほぼ最西端であるオランダ国境近くのクレーフェ(クレーフェ)、そしてドイツ南西部のフランスとスイスの国境近くのレラハに設置されました。[ 7 ] [ 8 ] 1940年6月のフランス陥落後、フランス沿岸に追加の送信所が設置されました。ノルウェーとオランダにも送信所が建設されました。[ 9 ] [ 10 ]
クニッケバインはドイツ軍の夜間爆撃作戦の初期段階で使用され、かなり効果的であることが証明されたが、広範囲の爆撃活動にこのシステムを使用する戦術がまだ開発されていなかったため、初期のドイツ軍の夜間爆撃作戦の多くは地域爆撃に限られていた。
英国におけるクニッケバイン・システムの阻止に向けた取り組みは、実行に時間を要した。R・V・ジョーンズ率いる航空省の英国情報部は、王立航空研究所が撃墜されたドイツ爆撃機のローレンツ・システムを解析し、単なる着陸支援装置として必要なレベルをはるかに超える感度を有していることを発見したことで、このシステムの存在に気付いた。ドイツ人捕虜パイロットの秘密記録によると、これは爆弾照準補助装置であった可能性が示唆されていた。[ 11 ]ウィンストン・チャーチルも、解読されたエニグマ通信から「爆撃ビーム」に言及するウルトラ情報を入手していた。 [ 10 ]
ジョーンズがチャーチルに爆撃ビームの可能性について言及すると、チャーチルは更なる調査を命じた。イギリス軍はこのシステムを「ヘッドエイク」というコードネームで呼んだ。[ 12 ]航空省の多くの者は、このシステムが実際に使用されているとは信じていなかった。政府の首席科学顧問であるフレデリック・リンデマンは、そのようなシステムは地球の曲率に追従できないと主張したが、マルコーニ社のT.S.エッカーズリーは追従可能だと述べていた。 [ 13 ]
エッカーズリーの主張は、チャーチルがビーム探知のための飛行を命じたことで、最終的に実証された。イギリス空軍には30~33MHzのローレンツ信号を探知できる機材がなかったため、ロンドンのライル・ストリートにある店でアメリカ製のハリクラフターズS-27アマチュア無線受信機[ 14 ]を購入した。この受信機はアブロ・アンソンに搭載され、 Yサービスのメンバーによって操作された。エッカーズリーがビームが地球を迂回するという主張を撤回したため、飛行は中止寸前だった。ジョーンズは、チャーチル自身が飛行を命じたことを指摘し、誰がキャンセルしたかを首相に必ず伝えると述べて、飛行を阻止した[ 13 ] 。
乗組員には詳細が伝えられず、ローレンツ特性を持つ30MHz付近の無線信号を探し、もし発見すればその方位を決定するようにとだけ指示された。飛行機は離陸し、最終的に31.5MHzのクレーフェからのビームに進入した。[ 15 ]その後、シュトルベルクからのクロスビームを発見した(この飛行以前はその発信源は不明であった)。無線通信士と航法士はビームの進路を描き、当時マーリンエンジンを生産していた唯一の工場であったダービーのロールスロイスエンジン工場の上空で交差することを発見した。その後、ビームが地球を迂回するかどうかについての議論は、送信機が多かれ少なかれ高高度爆撃機の見通し内にあったため、完全に理論的なものであることが判明した。
イギリスの懐疑論者たちは、このシステムをドイツのパイロットが自国のパイロットほど優秀ではないことの証拠だと考え始めた。彼らは、自国のパイロットはそのようなシステムなしでも十分だと信じていた。しかし、バット報告書はこれが誤りであることを証明した。航空偵察によって得られたイギリス空軍の爆撃の写真は、彼らが目標の近くにいることはほとんど、あるいは全くないことを示していた。[ 16 ]
クニッケバイン頭痛を阻止する試みは「アスピリン」というコードネームで呼ばれた。当初は、改造された医療用透析装置から干渉波が送信された。後に、地元の無線送信機は、空襲が予想される夜に低出力の「ドット信号」を追加で送信するようになった。[ 17 ]爆撃機が目標地点に到達するずっと前にビームを作動させるというドイツの慣行は、イギリス軍の努力を助けた。受信機を搭載したアブロ・アンソンは、ビームの位置を特定し、近隣の放送局に報告するために、全国を飛び回った。[ 18 ]
低出力の「ドット信号」は当初、実質的にランダムに送信されていたため、ドイツ軍の航法士は2つのドット信号を聞くことになりました。つまり、等信号領域が多数存在し、既知の位置と比較する以外にそれらを区別する簡単な方法はありませんでした。後にイギリス軍の送信機はドイツ軍の送信機と同時にドット信号を送信するように改造され、どちらの信号がどちらなのか判別できなくなりました。この場合、航法士は広範囲にわたって等信号を受信することになり、爆撃線に沿った航行は不可能になり、航空機は「ダッシュ領域」に漂流してしまい、修正方法がありませんでした。
こうしてビームは目標から遠ざかるように「曲げられた」ように見えました。最終的に、ビームを制御可能な量だけ傾けることが可能になり、イギリス軍はドイツ軍を欺いて爆弾を狙った場所に投下させることができました。しかし、その副作用として、ドイツ軍の乗組員はビームのみを頼りに航行するように訓練されていたため、多くの乗組員が真の等信号やドイツの位置を再び見つけることができませんでした。[ 19 ]ドイツ空軍の爆撃機の中には、基地に戻ったと思い込んでイギリス空軍基地に着陸したものもありました。[ 20 ]

クニッケバインはとても優れた装置でしたが、長距離用として使われることは想定されていませんでした。プレンドルは、同じ基本概念のさらに精度の高いバージョンを製作するためにしばらく取り組んでおり、最終的にX-Gerät (X-装置) として完成しました。X -Gerät は、一連のビームを使用して目標の位置を特定し、各ビームには川の名前が付けられていました。メインビームであるWeser は、クニッケバインで使用されたものと概念は似ていますが、はるかに高い周波数で動作しました。[ 21 ]無線伝播の性質により、これにより、同様のサイズのアンテナから 2 つのビームをはるかに正確に指向することができ、等信号エリアはアンテナから 200 マイル (320 km) 離れたところで約 100 ヤード (91 m) の幅に過ぎませんでした。ビーム幅が狭すぎて爆撃機は補助なしでは発見できなかったため、同じ基地にクニッケバインの低出力広ビーム版が誘導アンテナとして設置された。ヴェーザーの主アンテナはフランスのシェルブールのすぐ西に設置された。[ 22 ]
X-Gerätの「交差」信号には、ライン川、オーデル川、エルベ川という 3 本の非常に細い単一ビームが使用されていました。これらのビームは、爆弾投下軌道を正確に決定するために注意深く照準が決められました。[ 23 ]まず、ヴェーザー川沿いの爆弾投下地点が決定されました。これは、爆弾が投下されてから着弾するまでの射程距離を計算し、その射程距離にある地点を目標とすることで行われました。エルベ川のビームは投下地点の5 キロメートル (3.1 マイル) 手前でヴェーザー川と交差しました。オーデル川のビームは投下地点の10 キロメートル (6.2 マイル) 前、つまりエルベ川の5 キロメートル (3.1 マイル) 手前でヴェーザー川と交差しました。ライン川には同じ精度は求められず、投下地点の約 30 キロメートル (18.6 マイル) 手前でした。ビームの幅によって、交差座標には数十から数百メートル程度の小さな誤差が生じました。
爆撃機がヴェーザー川を辿ってライン川に到達すると、無線通信士は短い信号を聞き、機器をセットアップした。これは2本の針を持つ特殊なストップクロックで、オーデル川の信号を受信すると時計が自動的にスタートし、2本の針が同時にゼロからカウントアップする。エルベ川の信号を受信すると、片方の針が停止し、もう片方の針が逆回転してゼロに戻る。停止した針は、オーデル川からエルベ川までの移動時間の正確な測定値を示す。オーデル川からエルベ川までの距離はエルベ川から投下地点までの距離に等しかったため、一定速度で飛行する爆撃機は、動いている針がゼロに達した時に投下地点に到着し、爆弾が自動的に投下された。
X-Gerätはクニッケバインよりもはるかに高い周波数(約60MHz)で運用されたため、新しい無線機器の使用が必要でした。すべての爆撃機に搭載できるほどの無線機器はなかったため、実験部隊であるKampfgruppe 100(KGr 100)に、X-Gerät機器を用いて他の航空機を目標地点まで誘導する任務が与えられました。この任務では、まずKGr 100の航空機が小隊で攻撃を行い、フレアを投下します。他の航空機はフレアを視認して爆撃を行います。これは、約3年後にイギリス空軍が改良し、ドイツ軍に対して大きな効果を発揮した パスファインダー構想の最初の使用例です。
このシステムは1939年12月20日に初めてテストされ、ヘルマン・シュミット中尉が操縦するKGr 100の爆撃機がロンドン上空7,000メートル(23,000フィート)を飛行した。[ 24 ]
X-Gerätは、ドイツ軍が「月光ソナタ」と称したコヴェントリー、ウルヴァーハンプトン、バーミンガムへの一連の空襲で効果的に使用された。バーミンガム空襲ではKGr 100のみが使用され、イギリス軍による空襲後の分析では、投下された爆弾の大部分はヴェーザー川の中央線から100ヤード(91メートル)以内に、数百ヤードにわたって散布されていたことが判明した。これは昼間の爆撃でさえ滅多に達成できない精度であった。照明弾投下による他の部隊の全面的な支援を受けたコヴェントリー空襲では、市街地はほぼ破壊された。[ 25 ]
X-Gerätはクニッケバインよりも阻止が困難であることが判明した。コベントリー空襲を阻止しようと、クニッケバインと同様の方法でX-Gerätに対する初期防御策が展開されたが、失敗に終わった。ジョーンズはビーム配置を正しく推測していたものの(ジョーンズ自身も推測に過ぎなかったことを認めている)、変調周波数は1,500Hzと誤って測定されていたが、実際には2,000Hzであった。当時は、音の間隔が十分に短いため、騒音の大きい航空機内ではオペレーターが音を聞き分けるのが困難であり、これは問題にならないと考えられていた。[ 26 ]
謎は、X-Gerätを装備したハインケルHe111が1940年11月6日にブリッドポートのウェストベイのイギリス海岸に墜落したことで、ついに明らかになった。[ 26 ] 機体は回収作業中に沈没したが、浸水したX-Gerätの装備は回収された。[ 27 ]調査の結果、自動的に点と線を解読し、操縦席のパイロット前方のディスプレイ上のポインタを動かす新型機器が使用されていたことが判明した。この機器には、2,000Hzにしか反応しない非常に鋭敏なフィルターが取り付けられており、初期のイギリス軍の1,500Hz対抗信号には反応しなかった。[ 28 ]妨害装置はそれに応じて改造されたが、11月14日のコベントリー空襲には間に合わなかった。しかし、改造された妨害装置は、11月19日のバーミンガム空襲を阻止することに成功した。[ 29 ]
X-Gerätは最終的に別の方法で撃破された。それは、オーデル光線のわずか1キロメートル手前でヴェーザー光線を横切るように設置された「偽エルベ」によってであった。これは、当初想定されていた5キロメートル手前よりもはるかに早かった。投下最終段階は自動であったため、時計が予定より早く巻き戻り、爆弾は目標から数キロメートル手前で投下された。この偽ビームの設置は非常に困難であった。ドイツ軍はクニッケバインでの失敗から教訓を得て、 X-Gerätのビームを可能な限り遅くまで作動させなかったため、「偽エルベ」を時間内に設置することがはるかに困難になった。[ 30 ]
ビームの戦いでイギリス軍が徐々に優勢になっていくにつれ、彼らはドイツの次なるシステムについて検討し始めた。ドイツの既存の戦略はもはや通用しなくなっていたため、全く新しいシステムを開発する必要があった。ジョーンズは、もしこのシステムを迅速に打ち破ることができれば、ドイツ軍は構想そのものを諦めるかもしれないと考えた。
まもなくイギリスの監視員たちは、エニグマの解読からY-Gerätと呼ばれる新しい装置に関する情報を受け取るようになった。この装置はWotanとも呼ばれていた。[ 31 ]ジョーンズは、ドイツ人があまりにも説明的なコードネームを使用していたと既に結論づけていたため、ブレッチリー・パークのドイツ語と文学の専門家にWotanという言葉について尋ねた。専門家は、Wotan がWōden、つまり片目の神を指しており、単光線航法システムを指している可能性があると気づいた。 [ 31 ]ジョーンズも同意見で、単光線のシステムには距離測定システムが必要なことを知っていた。彼は、それが反ナチスのドイツ人数学者で物理学者のハンス・マイヤーが説明した原理に基づいて機能する可能性があると結論づけた。マイヤーはノルウェー訪問中に、現在ではオスロ報告として知られる大量の情報を提供していた。[ b ]
Y-Gerätは、以前のビームシステムと同様に、目標上空に向けられた単一の狭いビームを使用し、変調された無線信号を送信しました。このシステムは、ビームからの信号を受信し、それを直ちに地上局に再送信するトランスポンダー(FuG 28a)を使用しました。地上局は戻り信号を待ち受け、その変調位相を送信信号と比較することで、信号の通過時間、ひいては航空機までの距離を正確に決定しました。ビームの方向(戻り信号が最大になるように調整)と組み合わせることで、爆撃機の位置をかなりの精度で特定することができました。爆撃機はビームを追跡する必要はなく、地上管制官がビームを計算し、パイロットに飛行経路を修正するよう無線指示を出すことができました。[ 32 ]
ジョーンズは後に、ヴォータンという名前に基づいて動作原理を推測したのは全くの偶然だったことを知った。後の文献によると、オリジナルのX-GerätはヴォータンI、Y-GerätはヴォータンIIと呼ばれていた。もし彼がその名前がX-Gerätにも関連していることを知っていたら、システムが単一のビームを使用していると結論づけることはなかっただろう。[ 33 ]

イギリス軍は、このシステムが使用される前から、その準備を整えていた。偶然にも、ドイツ軍はヴォータンシステムの動作周波数の選択を誤った。この周波数は45MHzで、これはたまたま、アレクサンドラ宮殿にある強力だが休止中のBBCテレビ送信機の周波数であった。[ 34 ]ジョーンズがしなければならなかったのは、航空機からの返信信号を受信してアレクサンドラ宮殿に再送信するように手配することだけだった。2つの信号を組み合わせることで位相シフトが修正され、見かけ上の送信遅延も修正された。当初、信号は低出力で再送信された。ドイツ軍が何が起こっているのか気付かないほど強力ではなかったが、システムの精度を損なうには十分だった。その後の夜にかけて、送信出力は徐々に増加していった。
Y-Gerätの使用が進むにつれ、搭乗員は地上局が不良信号を送っていると非難し、地上局は機体側の接続が緩んでいると主張した。生来のいたずら好きだったジョーンズはこの計画に大いに興味を持ち、必要な国の資源なら何でも使って最大級のいたずらを仕掛けることができると評した。徐々に増大する出力によってドイツ軍はシステムが妨害されていることに気づかず、システムにいくつかの固有の欠陥があると信じ込むようになった。[ 35 ]最終的に、出力が十分に増大すると、 Y-Gerätシステム全体があらゆるフィードバックで鳴り響き始めた。
ドイツ空軍は、イギリス軍がこのシステムが実戦に使用された初日から対抗手段を展開していたことにようやく気づき、イギリスが予想していたように電子航法支援装置への信頼を完全に失い、イギリスに対してそれ以上のシステムを配備することはなかった[ 36 ]。しかし、この頃にはヒトラーの注意は東ヨーロッパに向けられ始めていた。