AMES Tipo 82

Durante la Segunda Guerra Mundial , el Ejército Británico disponía de varios sistemas de radar utilizados en la guerra antiaérea . Entre ellos se encontraban los radares de puntería (GL), que proporcionaban información de puntería de corto alcance y alta precisión, y los radares de control táctico (TC), que suministraban información menos precisa pero de mayor alcance a las unidades GL. Resultaba difícil combinar estas dos funciones en un único radar; la precisión de la función GL requería un haz muy fino , lo que no era útil para escanear grandes volúmenes del cielo en la función de búsqueda. ^{[ 1 ]}

Uno de los radares TC más exitosos fue un diseño canadiense conocido como Indicador de Posición de Zona (ZPI), que se adoptó para uso operativo como el AA No. 4 Mark IV. Este se desarrolló utilizando la electrónica del radar ASV Mk. II combinada con una antena de radar giratoria y un sistema de visualización personalizado. Hacia el final de la guerra, los mismos desarrolladores produjeron un modelo que utilizaba un magnetrón de cavidad, conocido como Indicador de Posición de Zona de Microondas (MZPI). El Ejército Británico adquirió 150 de estos equipos como el AA No. 4 Mark VI, y fueron entregados poco después del final de la guerra. ^{[ 2 ]}

Estas unidades, y diseños similares del Reino Unido, presentaban el problema de no indicar la altitud. Esto no suponía un problema durante la guerra, ya que la información se transmitía a los radares de puntería cercanos , que podían determinar la altitud mediante un escaneo vertical una vez que se les proporcionaba un ángulo de observación. A medida que el alcance de los radares TC aumentaba y se alejaban de los múltiples radares de puntería ampliamente dispersos con los que trabajaban, se necesitaba alguna indicación de altitud para ayudar a los GL en su puntería inicial. Esto podía lograrse con un radar de determinación de altura independiente , pero un solo radar que pudiera proporcionar una dirección y altitud razonablemente precisas facilitaría este proceso.

El Establecimiento de Investigación y Desarrollo de Radares (RRDE), encargado del desarrollo de radares para el Ejército, comenzó a explorar la idea de un radar 3D capaz de medir el ángulo vertical del objetivo simultáneamente con su rumbo y alcance. Su solución consistió en dividir la señal en varias guías de onda y bocinas de alimentación dispuestas verticalmente. Cada una tenía un patrón de recepción de unos pocos grados de ancho verticalmente, y mediante una disposición cuidadosa, podían superponerse de manera que sus puntos de media potencia coincidieran. El eco de un objetivo era recibido por dos de estas bocinas simultáneamente, y al comparar las intensidades relativas de la señal, se podía determinar el ángulo de elevación con una precisión muy inferior a un grado. ^{[ 2 ]}

El trabajo serio sobre el concepto comenzó en 1947, primero con un sistema de banda X de barrido en espiral mecánico y, posteriormente, con varios experimentos con alimentadores apilados. Al mismo tiempo, se inició la investigación sobre el diseño de un nuevo magnetrón de cavidad de  alta potencia de 25 cm de longitud de onda ( banda L ) , un nuevo tubo indicador de posición plana de gran formato y larga persistencia , y un sistema de enlace de datos para enviar la información a hasta dieciséis sitios remotos. A mediados de 1948, el diseño básico estaba completo; operaría en la banda X a 10 cm de longitud de onda y utilizaría diez bocinas de alimentación, cada una con un haz vertical de 3 grados. ^{[ 3 ]}  

Para probar el concepto, en 1949 se puso en funcionamiento un sistema experimental de cinco haces. ^{[ 3 ]} Este sistema utilizaba el MZPI como transmisor y un conjunto de receptores de tipo lente independiente. La lente consistía en cilindros metálicos cortos abiertos en ambos extremos y alineados con el objetivo, o eje óptico . Muchos de estos cilindros se dispusieron para formar una gran cuadrícula. Las señales de radio que viajan a través de los centros abiertos de los tubos se ralentizan, y al cortar los tubos a diferentes longitudes, el frente de onda de la señal se puede enfocar como una lente óptica tradicional. En el punto focal se encontraban las cinco bocinas de alimentación del receptor. La lente estaba sincronizada para girar a la misma velocidad que el MZPI. ^{[ 4 ]}

En 1949, el Ministerio de Suministros asumió el control directo del TRE y el RRDE, y asignó al trabajo 3D el código Rainbow "Orange Yeoman". A finales de año, el sistema parecía estar progresando bien, con el diseño de la antena completado y un sistema para alimentar las diez señales a través de una serie de anillos colectores probado con éxito. Para producir más potencia total, se desarrolló un sistema para alimentar tres magnetrones en paralelo. También se estaba probando una nueva antena plegable. ^{[ 3 ]}

Mientras tanto, la RAF comenzaba a considerar el problema de la dirección de cazas de largo alcance y desarrolló un requisito para un nuevo sistema que debía estar operativo para 1957. La Royal Navy había estado desarrollando su propio radar 3D en este período, el radar Tipo 984 , y en mayo de 1950 se consideró si también debería usarse en la RAF. En junio de 1950, el Comité de Política de Investigación de Defensa estudió si el 984 o el Orange Yeoman podrían satisfacer mejor el requisito. Solicitaron al Ministerio de Guerra y al Almirantazgo que consideraran si un solo radar sería útil tanto para el control de cazas como para la dirección de artillería; el control de cazas requería largo alcance, lo que sugería una velocidad de escaneo más lenta que la que sería ideal para un radar GL, cuya principal preocupación son las notificaciones rápidas de cambios de ubicación. ^{[ 5 ]}

Durante este período, creció el interés por pasar de la artillería antiaérea a los misiles tierra-aire , o como se les conoce en el Reino Unido, armas guiadas tierra-aire (SAGW). El interés en Orange Yeoman como sistema para dirigir estas armas, cuya disponibilidad se esperaba para mediados o finales de la década de 1950, aumentó. Asimismo, un nuevo radar GL en desarrollo, denominado Yellow River, fue finalmente redirigido para funcionar como iluminador de radar para estos misiles, en lugar de como reemplazo del AA No. 3 Mark VII utilizado con la AAA. La AAA se mantendría en servicio durante un período de transición, y existía el deseo de transmitir con precisión la información de Orange Yeoman a sus radares Mark VII existentes. Esto llevó a la necesidad de que Orange Yeoman tuviera una probabilidad del 80 % de generar una trayectoria con una precisión de 500 yardas (460 m) en posición y altitud. ^{[ 6 ]} 

Como el desarrollo del sistema de antenas parecía progresar bien, en 1950 se decidió añadir otra bocina de alimentación, reduciendo el ancho del haz a 2,5 grados. Esto proporcionó una cobertura vertical total de 27,5 grados en once haces. ^{[ 7 ]} Sin embargo, para entonces surgieron otros problemas. Uno importante fue que el magnetrón de banda S previsto , el BM 735, solo estaba disponible en pequeñas cantidades y rara vez funcionaba cuando se le exigía más de 1  MW de su potencia nominal de 2  MW. Además, el sistema de anillos colectores para alimentar la potencia de radiofrecuencia a la antena también seguía siendo un problema. Esto llevó a realizar experimentos con anillos colectores que alimentaban la frecuencia intermedia (FI) en su lugar, con los transmisores de magnetrón y las primeras etapas de los receptores superheterodinos en la plataforma giratoria. ^{[ 7 ]}

En junio de 1951, ante la persistencia de estos problemas, se decidió seguir adelante con todas las partes que funcionaban para obtener un sistema de producción lo antes posible. Esto dio lugar a un sistema que utilizaba un único  magnetrón de 2 MW en lugar de tres acoplados, alimentándolos mediante anillos colectores de FI y utilizando antenas de transmisión y recepción independientes. Se contrató a Metropolitan-Vickers (Metrovick) para construir un sistema de prueba, que consistía en una estructura de pórtico con dos plataformas giratorias a diferentes alturas: la inferior con la antena transmisora ​​y la superior con la receptora. El sistema completo entró en funcionamiento por primera vez en 1953. ^{[ 8 ]}

Desde 1948, se experimentó continuamente con un nuevo sistema de visualización que almacenaba datos de radar durante barridos sucesivos y luego extraía información de seguimiento de esos datos. Esto proporcionaría la capacidad de seguimiento durante el escaneo , lo que facilitaría enormemente la tarea de decidir qué cañones antiaéreos debían apuntar a qué objetivos. También se experimentó con el envío de estos datos a centros de control mediante líneas telefónicas con calidad de voz. ^{[ 8 ]}

A finales de 1949, el personal del RRDE conoció el trabajo en curso del Sistema Integral de Visualización que Elliott Brothers estaba desarrollando para la Armada . Esto rápidamente dio lugar a un proyecto para modificar el mismo sistema básico según las necesidades del Comando Antiaéreo. El cambio principal fue la capacidad de tomar una medición de ubicación y luego compensarla con un valor constante antes de calcular el acimut, para tener en cuenta que los cañones antiaéreos se encontraban a cierta distancia del radar. Esto no era necesario en la versión original, donde los cañones estaban ubicados en el mismo barco que el radar. Este cambio dio lugar al proyecto del Sistema de Procesamiento de Datos, cuyos componentes individuales se entregaron a finales de 1950. En 1951, se construyó un sistema completo en el RRDE con la ayuda de Metrovick y British Thomson-Houston , capaz de rastrear hasta 12 objetivos y con dos pantallas de gran formato para los oficiales de dirección. En 1952, se construyó un sistema más grande con 36 objetivos y se conectó al prototipo Orange Yeoman. ^{[ 9 ]}

Al principio, el sistema requería que los operadores actualizaran la información de una trayectoria determinada observando la pantalla del radar y moviendo un cursor con un joystick . Debido a la frecuencia de actualización deseada, esto requería un operador dedicado por cada seis trayectorias. Posteriormente, esto se mejoró con la adición de un integrador doble que podía actualizar automáticamente las trayectorias siempre que la aeronave no cambiara de rumbo. Esto redujo considerablemente el número de actualizaciones manuales necesarias y permitió que el mismo número de operadores rastreara un número mucho mayor de aeronaves. Un segundo grupo introducía mediciones de altura en el sistema de almacenamiento a un ritmo más lento, ya que los cambios de altitud eran mucho menos frecuentes, por lo que solo se requerían dos o tres operadores para esta tarea. Este "Grupo de Análisis" también gestionaba el sistema de identificación amigo-enemigo (IFF). Finalmente, un "Grupo de Seguimiento Preciso" seleccionaba objetivos del sistema almacenado para mediciones más precisas y a largo plazo, utilizando esos datos para alimentar los radares GL en las posiciones de tiro. ^{[ 10 ]}

A principios de 1953, el desarrollo estaba prácticamente completo y el sistema recibió el nombre oficial de Radar Antiaéreo Número 4, Mark VIII , o AA No. 4 Mk. VIII para abreviar. Se seleccionaron tres ubicaciones, Londres , Liverpool y Southampton , para las unidades operativas, cuya función principal era transferir datos a los radares del río Amarillo, ahora conocidos como Radar Antiaéreo Número 3, Mark V o AA No. 3 Mk. V. En junio de 1953, se seleccionó el primero de estos emplazamientos, en las colinas cerca de Newton ^{[ 11 ]} con vistas a la Sala de Operaciones Antiaéreas de Frodsham , que cubría el área de Liverpool y estaba relativamente cerca de las obras de Metrovick. ^{[ 12 ]} Se combinó con seis emplazamientos de artillería: Crank (MY10), Thurstaston (MY24), Norley (MY39), Flint (MY45), Altcar (MY66) y Penketh (MY76). ^{[ 11 ]}

En 1953, la RAF asumió la responsabilidad de los misiles antiaéreos, con el objetivo final de retirar la artillería antiaérea de gran calibre del servicio británico en algún momento futuro. El Ejército conservaría su artillería antiaérea y misiles de menor calibre para la defensa en el campo de batalla, pero ya no se le encomendaría la defensa del Reino Unido. Como parte de esta transferencia, el Orange Yeoman se convirtió en un proyecto del TRE y se le asignó el nombre de AMES Tipo 82, aunque el desarrollo propiamente dicho permaneció en el RRDE, normalmente vinculado al Ejército. ^{[ 13 ]}

La RAF inicialmente vio un papel para el Orange Yeoman similar al del Ejército, y continuó el desarrollo de dos prototipos y tres plantas de producción. En 1955, una serie de pruebas con el Orange Yeoman y el Sistema de Procesamiento de Datos en Malvern y un radar Yellow River ubicado a 48 km al norte lograron dirigir automáticamente el Yellow River hacia una aeronave objetivo con una tasa de éxito del 100 % sin intervención de los operadores del Yellow River. ^{[ 14 ]} La planta de Frodsham estaba operativa en septiembre y participó en los ejercicios militares BEWARE de ese año , donde demostró ser muy exitosa. ^{[ 14 ]} 

En 1950, la empresa francesa CSF presentó un nuevo tipo de tubo de vacío de frecuencia de microondas conocido como carcinotrón . Fue presentado públicamente en el IEEE en 1953. ^{[ 15 ]} El carcinotrón era único porque su frecuencia de salida podía cambiarse en una banda ancha modificando el voltaje de entrada. Esto le permitía barrer toda una banda seleccionada con tal rapidez que parecía ser un radiador constante en todas las frecuencias. Aunque emitía solo unos pocos vatios, en comparación con el millón de veces que emitía el transmisor del radar, la ecuación del radar implicaba que su salida era mayor que la señal de retorno reflejada por la aeronave. ^{[ 16 ]}

Se adquirió una muestra de CSF y se instaló en un Handley Page Hastings conocido como "Catherine" en 1954. En las pruebas, se comprobó que producía una señal sólida en la pantalla del Tipo 80 incluso cuando estaba por debajo del horizonte del radar . A larga distancia, un Avro Lincoln tenía que estar a 32 km (20 millas ) del inhibidor para que desapareciera el efecto y se volviera visible, lo que significa que un solo inhibidor podía ocultar fácilmente una formación completa de aeronaves. ^{[ 17 ]} A distancias más cortas, la señal comenzaba a captarse en los lóbulos laterales de la antena , lo que finalmente provocaba que toda la pantalla se llenara de ruido. ^{[ 16 ]} Estas pruebas parecían sugerir que el carcinotrón haría inútiles los radares de larga distancia, y el interés en usar el Orange Yeoman como radar táctico en tiempos de guerra desapareció. ^{[ 18 ]} 

La Escuela Central de Vuelo manifestó su interés en el Sistema de Procesamiento de Datos como una forma de simplificar sus tareas de interceptación de cazas. Esto condujo al desarrollo del prototipo del sistema en RRDE durante 1954 y 1955, añadiendo pantallas para planificar las interceptaciones directamente en los monitores. ^{[ 12 ]} Sin embargo, para entonces el AMES Tipo 80 había experimentado varias mejoras que le otorgaron la capacidad de guiar cazas, y la necesidad de un sistema independiente para proporcionar esta capacidad desapareció. ^{[ 19 ]}

También se intentó interesar a las autoridades civiles de control del tráfico aéreo en el sistema, especialmente para el Centro de Control del Tráfico Aéreo del Norte experimental que se estaba instalando en Preston, Lancashire, cerca de Liverpool . Sin embargo, el coste de mantenimiento del complejo sistema superaba con creces su presupuesto, incluso si el radar se les proporcionaba gratuitamente. La idea no prosperó en aquel momento. ^{[ 19 ]}

Cuando la RAF comenzó a estudiar diversos escenarios de guerra aérea, quedó claro que cualquier tipo de defensa aérea integral era inútil en una época en la que un solo bombardero podía destruir una ciudad entera. Abandonaron la idea de operaciones antiaéreas generales y comenzaron a centrarse por completo en la defensa de la fuerza disuasoria en forma de la flota de bombarderos V. Para esta función, la base interior de Frodsham no era necesaria, ya que no se emplazarían misiles en la zona. Permaneció operativa durante algunos años para entrenamiento. ^{[ 19 ]}

La base aérea de RAF North Coates fue finalmente seleccionada como segundo emplazamiento en 1955, desde donde podría proporcionar cobertura sobre los aeródromos de la zona de Midlands. Se trataba de una estación prototipo, por lo que el radar de Frodsham fue desmantelado y enviado allí mucho antes de que se completaran los edificios. En el verano de 1957, el sistema recibió la denominación Tipo 82, y Yellow River pasó a denominarse Tipo 83 unos meses después. El sistema se completó a principios de 1957, y las pruebas de aceptación se realizaron en verano como OR.2094. ^{[ 20 ]}

La necesidad de integrar los datos del Tipo 82 en la red ROTOR general era evidente, y el trabajo en este concepto continuó durante los dos años siguientes. La primera versión de producción del sistema entró en funcionamiento a mediados de 1960 en la base aérea de Watton , y dos unidades adicionales en las bases aéreas de North Luffenham y Lindholme . ^{[ 20 ]}

En 1963, los Tipo 82 fueron retirados de la misión de misiles Bloodhound. Para entonces, los Tipo 80 cubrían la misma área, y existía la preocupación de que el carcinotrón hiciera inútiles a los Tipo 82 en caso de guerra. Las unidades Bloodhound se conectaron entonces a las estaciones de radar maestras de RAF Patrington y RAF Bawdsey , que fueron modernizadas para proporcionar esta información. Dado que el Tipo 80 era igualmente susceptible a las interferencias, esta medida fue temporal hasta que el sistema Linesman/Mediator estuviera operativo, lo que se esperaba para 1968. ^{[ 21 ]}

A los pocos meses de la retirada de los helicópteros Tipo 82, el Vicejefe del Estado Mayor del Aire completó un estudio sobre la «Conversión de los Centros de Control Táctico de Watton, North Luffenham y Lindholme a funciones de control de tráfico aéreo». Observaron que esta zona carecía en gran medida de cobertura de radares de control de tráfico aéreo, albergaba 38 aeródromos con 75 000 movimientos de pista al mes y que el 90 % de todos los informes de incidentes de casi colisión se registraban en esta zona. La sugerencia fue aceptada en junio de 1963. ^{[ 22 ]}

Se requirieron pocos cambios para la transición al rol de control de tráfico aéreo (ATC), pero se aprovechó la oportunidad para convertir las antenas a polarización circular , lo que, según experimentos de RRE, reducía la interferencia causada por la lluvia y el granizo. El mantenimiento de los sistemas pasó a manos de contratistas civiles, y estos fueron operados por controladores de tráfico aéreo tanto militares como civiles. ^{[ 23 ]} Permanecieron en servicio en este rol al menos hasta la década de 1980 y posiblemente hasta la de 1990. ^{[ 24 ]}

El Tipo 82 tenía antenas separadas para transmitir, recibir y procesar señales IFF. ^{[ 25 ]}

El transmisor consistía en una guía de ondas ranurada situada delante de un reflector lineal cosecante al cuadrado de 14 m (45 pies ) de ancho por 1,5 m (5 pies ) de alto. Esto producía un haz en forma de abanico que era estrecho horizontalmente y abarcaba unos 30 grados verticalmente. ^{[ 25 ]}  

Encima y detrás del transmisor se encontraba el receptor principal. Este consistía en una matriz hexagonal de tubos metálicos que actuaba como una lente, separando la señal reflejada en una serie de franjas apiladas verticalmente, de 2,5  grados de ancho. La señal se enfocaba en un reflector con varillas situado detrás de la lente, que proporcionaba el enfoque horizontal, reduciéndolo a 1,5  grados. La señal se reflejaba hacia la parte posterior de la lente, vista desde arriba, donde una serie de once bocinas de alimentación apiladas verticalmente recibían la señal ahora enfocada. ^{[ 25 ]}

La antena IFF también era una guía de ondas ranurada, situada encima del conjunto de receptores. ^{[ 25 ]}

El sistema originalmente utilizaba un transmisor más pequeño con un haz más ancho y giraba a 24  RPM. Posteriormente se le instaló una antena transmisora ​​más grande y su velocidad se redujo a 12  RPM. Durante la conversión a la función de control de tráfico aéreo (ATC), la velocidad se redujo nuevamente a 8  RPM. ^{[ 25 ]}

En algún momento, se diseñó una nueva configuración de antena mucho más sencilla para el sistema, y ​​una imagen la muestra instalada en la base aérea de Watton. Esta versión utilizaba un reflector parabólico con una sola bocina transmisora ​​y las bocinas receptoras verticales dispuestas en un brazo delante de la antena parabólica. La antena IFF se trasladó a la parte inferior del brazo. Para evitar que la parte posterior curvada de la antena parabólica generara sustentación y la desprendiera de su soporte con vientos fuertes, se añadieron dos extensiones laterales que se extendían hacia atrás. Posteriormente, se utilizó una versión ampliada del mismo diseño de antena para el radar Blue Yeoman .

El transmisor era un magnetrón que producía pulsos de 1,5  MW a 3  GHz con una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) de 750 pulsos por segundo y una duración de pulso de 2  microsegundos. ^{[ 25 ]}

El Tipo 82 fue diseñado para medir rumbo, distancia y elevación con la precisión suficiente para ubicar el retorno de un objetivo dentro de un área de 1500 pies (460 m) . ^{[ 13 ]} En las pruebas, demostró una probabilidad del 95 % de ubicar el objetivo dentro de 650 yardas (590 m) horizontalmente y 550 yardas (500 m) en altitud. Tenía un alcance máximo de aproximadamente 150 millas náuticas (280 km; 170 mi) . ^{[ 25 ]}     

El Tipo 82 se destacó por el uso del Sistema de Procesamiento de Datos, uno de los primeros ejemplos de procesamiento de radar computarizado, aunque en forma semiautomática y analógica. Las posiciones se registraban mediante condensadores de 150  V, que representaban un alcance de 150 000 yardas (140 000 m) para uso militar y de 150 millas (240 km) para uso de control de tráfico aéreo. ^{[ 25 ]}  

Los datos iniciales de una ruta fueron introducidos por dos asignadores de rutas dedicados que consideraron únicamente las regiones más externas de los indicadores de posición en planta . Los pulsos de retorno que consideraron interesantes fueron activados mediante un efecto estroboscópico , lo que provocó que el sistema registrara la ubicación en uno de los 18 almacenes dedicados a cada asignador, para un total de 36 rutas. ^{[ 25 ]}

Cada conjunto de 18 pistas para un Asignador se dividía entre tres Rastreadores, quienes veían aparecer en su pantalla los puntos seleccionados por el Asignador. A continuación, comenzaban a rastrear el objetivo moviendo el joystick de modo que el cursor en pantalla permaneciera sobre el punto mientras este se desplazaba de barrido en barrido. Esta acción actualizaba los valores en la memoria para mantener una ubicación precisa. Cada vez que se actualizaba un valor, el valor anterior se copiaba a una segunda memoria. Comparando ambos valores, se calculaba la dirección y la velocidad del objetivo. ^{[ 25 ]}

Los Trackers también contaban con su propio sistema de luces estroboscópicas que permitía enviar un objetivo para comprobaciones IFF y mediciones de altitud. Seleccionaban una trayectoria específica pulsando un interruptor en su pantalla, enviando ese valor a las pantallas de altitud o IFF. Los operadores tomaban entonces la medición necesaria y la almacenaban en un sistema independiente que mostraba esos datos en la consola del Tracker. ^{[ 25 ]}

La medición de altitud se realizó en una pantalla personalizada. Esta mostraba las señales de dos haces adyacentes en una sola línea, con un total de diez líneas. Cuando los rastreadores emitían destellos hacia un objetivo, solo esas señales aparecían en la pantalla de altitud, lo que provocaba la aparición de dos puntos en cada línea. Al comparar la longitud relativa de los dos puntos, el operador podía estimar la altitud. ^{[ 6 ]}

• Gough, Jack (1993). Vigilando los cielos: una historia del radar terrestre para la defensa aérea del Reino Unido por la Real Fuerza Aérea desde 1946 hasta 1975. HMSO. ISBN 978-0-11-772723-6.