電眼初睜

郝　赫

二戰(zhàn)前英國(guó)面臨的空中壓力

飛機(jī)在一戰(zhàn)時(shí)就投入到戰(zhàn)爭(zhēng)中。此時(shí)正值飛機(jī)誕生不久，性能較差，數(shù)量也很少，對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)造成的影響也很小。一戰(zhàn)后，隨著航空技術(shù)的飛速發(fā)展，轟炸機(jī)的載彈量、速度、航程都急劇增大，人們已經(jīng)意識(shí)到：轟炸機(jī)將在下一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中扮演重要角色。

當(dāng)時(shí)，只能依靠地面觀測(cè)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)入侵的轟炸機(jī)，即通過(guò)光學(xué)和聲學(xué)業(yè)手段發(fā)現(xiàn)轟炸機(jī)，這種方法對(duì)付慢騰騰的老式飛機(jī)尚可，對(duì)付速度較快的新式飛機(jī)就不行了，它提供的預(yù)警時(shí)間太短，根本不能滿足防空需要。由于沒(méi)有有效的防空手段，歐洲各國(guó)都面臨著巨大的防空壓力，甚至籠罩著恐怖氣氛，其中尤以英國(guó)最甚。

1932年，英國(guó)前首相斯坦利·鮑爾溫在議會(huì)上說(shuō)：幾乎不可能防御轟炸機(jī)的攻擊，“轟炸機(jī)早晚都會(huì)飛到頭頂來(lái)”。隨后，1934年7月，英國(guó)皇家空軍的一次演習(xí)幾乎完全驗(yàn)證了這個(gè)悲觀的預(yù)言。轟炸機(jī)躲開了戰(zhàn)斗機(jī)攔截，順利轟炸英國(guó)空軍部。1936年西班牙內(nèi)戰(zhàn)時(shí)期，德國(guó)支持佛朗哥叛軍，出動(dòng)飛機(jī)猛烈轟炸西班牙城市，造成大量傷亡，更加強(qiáng)烈震撼了歐洲。

當(dāng)時(shí)唯一的辦法就是確保自己擁有跟敵人一樣的空中轟炸能力，以遏止對(duì)方的空中轟炸。這還頗有點(diǎn)冷戰(zhàn)期間美俄拼命保持核均勢(shì)的味道，要么不打，要打就一起玩完!這對(duì)本土狹小的英國(guó)就更為不利。

電波探測(cè)器初現(xiàn)

當(dāng)然也有人在認(rèn)真琢磨如何有效防空。在英國(guó)空軍部，一個(gè)叫A.P.羅(A.P.rowe)的下級(jí)軍官研究了英國(guó)所有的防空計(jì)劃后，于1934年6月給他的上級(jí)亨利·溫柏利斯寫了一份報(bào)告，建議開發(fā)新科技，用新科技實(shí)現(xiàn)防空。

溫柏利斯對(duì)這份報(bào)告很重視，馬上向空軍部提議成立專門調(diào)查新科技防空軍事應(yīng)用的專家委員會(huì)，還推薦帝國(guó)理工學(xué)院院長(zhǎng)亨利·狄查德爵士領(lǐng)導(dǎo)該委員會(huì)。很快，防空科學(xué)研究委員會(huì)(CSSAD)就在狄查德爵士的領(lǐng)導(dǎo)下建立起來(lái)，溫柏利斯是委員之一，A.P.羅擔(dān)任秘書。

防空科學(xué)研究委員會(huì)調(diào)查的眾多可能投入軍事應(yīng)用的新科技中，其中之一即為“死光”。由于懷疑德國(guó)可能正在研發(fā)類似“死光”的武器，英國(guó)也在開展這方面的研究?？哲姴可踔脸ＴO(shè)1000英鎊獎(jiǎng)金用以鼓勵(lì)“死光”研究，只要?dú)⑺?80米遠(yuǎn)的綿羊就可以得到該獎(jiǎng)金。很顯然．空軍部想用“死光”來(lái)殺傷飛行員當(dāng)時(shí)就有一撥人在研究用強(qiáng)烈的無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)“殺綿羊”．很有點(diǎn)現(xiàn)代“微波武器”的意思。蘇格蘭人羅伯特·沃森·瓦特(Robert Watson-Wall)就是其中之一。

物理學(xué)家沃森·瓦特是國(guó)家無(wú)線電研究實(shí)驗(yàn)室的主管．也是改良蒸汽機(jī)發(fā)明人詹姆斯·瓦特的后代。此人身材短胖，生性樂(lè)觀，聰明且精力充沛。他曾研究通過(guò)接收無(wú)線電噪聲并作三角計(jì)算來(lái)測(cè)定雷爆位置。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，沃森·瓦特發(fā)現(xiàn)：使用當(dāng)時(shí)最強(qiáng)功率的無(wú)線電波也不會(huì)對(duì)飛機(jī)造成任何損傷，更別說(shuō)殺傷飛行員。但是，無(wú)線電波照射到飛機(jī)時(shí)會(huì)被反射回來(lái)，沃森·瓦特把這個(gè)發(fā)現(xiàn)報(bào)告了防空科學(xué)委員會(huì)，并整理出一份關(guān)于無(wú)線電回波探測(cè)設(shè)想的備忘錄。在備忘錄里，沃森·瓦特用基本物理學(xué)知識(shí)的簡(jiǎn)單計(jì)算證明了無(wú)線電回波探測(cè)的可行性，描述了該系統(tǒng)的運(yùn)行方式，并建議建立一個(gè)覆蓋300千米空域的無(wú)線電回波探測(cè)網(wǎng)。他還十分謹(jǐn)慎地認(rèn)為：這種探測(cè)系統(tǒng)不僅可以測(cè)出它與飛機(jī)的距離，甚至還可能測(cè)出飛機(jī)的方位和高度。

有這么好的創(chuàng)意，防空科學(xué)委員會(huì)自然十分重視。但是要從空軍部爭(zhēng)取到研發(fā)經(jīng)費(fèi)，光有理論報(bào)告遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠．還要讓空軍部的頭頭們眼見(jiàn)為實(shí)。做一次回波探測(cè)概念驗(yàn)證試驗(yàn)。沃森·瓦特和同事們立即行動(dòng)．很快就準(zhǔn)備好一套試驗(yàn)裝置．用無(wú)線電接收機(jī)接收飛機(jī)反射的廣播電臺(tái)信號(hào)。1935年2月26日，在眾多關(guān)注目光下．當(dāng)一架“黑福德”轟炸機(jī)穿越BBC廣播電臺(tái)的發(fā)射波束時(shí)，接收機(jī)輸出端的信號(hào)明顯增強(qiáng)．試驗(yàn)取得了成功。4月13日．空軍部撥款12300英鎊作為無(wú)線電回波探測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，這在當(dāng)時(shí)是非?？捎^的數(shù)目。

與此同時(shí)．沃森·瓦特和防空科學(xué)委員會(huì)也在琢磨著給這個(gè)無(wú)線電回波探測(cè)裝置起個(gè)名字，最后出于保密需要，把它叫做“無(wú)線電測(cè)向儀”(RDF)．以示其只有測(cè)向功能。1941年，又重新命名為“電波探測(cè)器”。

“本土鏈”雷達(dá)誕生

有了經(jīng)費(fèi)支持，英國(guó)的雷達(dá)研究迅速開展起來(lái)。為了避開煩人的文書干擾，沃森·瓦特專門在薩?？丝てШ＿叺膴W福內(nèi)斯機(jī)場(chǎng)組建了雷達(dá)研發(fā)小組。除沃森·瓦特外，小組還有阿諾德·F、威爾金斯以及愛(ài)德華·鮑恩，這幾人后來(lái)都成為雷達(dá)界的名人。沃森·瓦特幾乎放棄了所有的周末，跟小組一起加班加點(diǎn)工作。

今天夜以繼日的努力，他們?cè)?月就趕制出一部雷達(dá)原型機(jī)。多座高塔是這部雷達(dá)最顯著的特征。高塔之間掛列著平行的發(fā)射天線陣列，接收天線布置在另外的高塔上。7月，這部雷達(dá)探測(cè)到海上的飛機(jī)。研發(fā)小組起初把雷達(dá)工作波長(zhǎng)設(shè)定為26米/11.5兆赫，即與他們想要探測(cè)的轟炸機(jī)尺寸相當(dāng)，以期獲得諧振效應(yīng)，增強(qiáng)反射效果。但是因?yàn)樵摬ㄩL(zhǎng)民用無(wú)線電干擾太多(波長(zhǎng)26米/11.5兆赫屬短波波段，該波段主要勇于無(wú)線電通信)，他們只好把波長(zhǎng)減半，改為13米/23.5兆赫，這樣還可以提高測(cè)距精度。研發(fā)小組還在研究如何測(cè)量飛機(jī)方位和高度。到9月，這部雷達(dá)已經(jīng)相當(dāng)成熟，表現(xiàn)很好，得到了軍方的肯定。

奧福內(nèi)斯饑腸實(shí)在是太破了。沃森·瓦特又在薩福克郡沿岸尋覓到了既清靜一貧如洗舒適一點(diǎn)的包德西莊園年底，英國(guó)政府就收購(gòu)了該莊園。盡管這里也是破敗不堪，但比起奧福內(nèi)斯機(jī)場(chǎng)近乎原始的生活設(shè)施來(lái)說(shuō)，已經(jīng)算相當(dāng)豪華了，而且還有管風(fēng)琴和臺(tái)球、政府當(dāng)然不會(huì)買臺(tái)球，愛(ài)德華，鮑恩就自掏腰包25英鎊從莊園原主人那里買下來(lái)，還擺在原位。

1936年5月，研發(fā)小組全部家當(dāng)都搬到了包德西莊園8月，研發(fā)小組已經(jīng)擴(kuò)大到20人。沃森·瓦特到處招募科學(xué)家，他把包德西莊園“忽悠”得天花亂墜，等科學(xué)家們報(bào)到之后才發(fā)現(xiàn)那里的研究和生產(chǎn)設(shè)施簡(jiǎn)直簡(jiǎn)陋至極盡管如此，在沃森·瓦特的領(lǐng)導(dǎo)下，這些人都充滿了活力和信心，沃森·瓦特也因此得到了大家的尊敬。

包德西莊園的主要任務(wù)是開發(fā)“本土鏈”(CH，Chain Home)雷達(dá)。英國(guó)空軍部已經(jīng)打算在本土大規(guī)模部署這種雷達(dá)。到1937年4月，“本土鏈”雷達(dá)工作狀態(tài)趨于穩(wěn)定，能夠探測(cè)到160千米遠(yuǎn)的飛機(jī)。到8月，已有3個(gè)“本土鏈”雷達(dá)站部署完畢：一個(gè)在包德西本地，另兩個(gè)分別位于肯約頓和多佛。小小雷達(dá)網(wǎng)的探測(cè)范圍覆蓋了倫敦以西。

詳解“本土鏈”

從外貌上看，“本土鏈”雷達(dá)跟現(xiàn)代雷達(dá)差別巨大，更像無(wú)線電廣播發(fā)射塔。4座(后來(lái)是3座)鋼制發(fā)射天線塔呈直線形排列，

4座木制接收天線塔呈菱形排列。

發(fā)射天線塔高約107米，鄰塔間距55米，塔間橫拉著結(jié)實(shí)的纜索，纜索上掛著水平偶極子天線陣列，遠(yuǎn)看就像巨大的簾子?！昂熥印鄙蠈邮?對(duì)水平偶極子構(gòu)成的主發(fā)射陣列，下層是4對(duì)水平偶極子構(gòu)成的次發(fā)射陣列，都發(fā)射水平極化波。主發(fā)射陣列的波束在低仰角(即低空)盲區(qū)較大，需要次發(fā)射陣列的波束補(bǔ)盲，操縱員用波束開關(guān)切換發(fā)射波束。

之所以要發(fā)射水平極化的電波，是因?yàn)轱w機(jī)大多數(shù)時(shí)間都是保持水平飛行的，而水平極化波對(duì)水平狀態(tài)的飛機(jī)探測(cè)效果較好。

雷達(dá)發(fā)射機(jī)使用英國(guó)大都會(huì)維克斯電氣公司生產(chǎn)的四極真空電子管。這種電子管笑料不高，放熱量很大。需要水冷設(shè)備降溫，還需要?dú)獗镁S持其真空狀態(tài)。每部雷達(dá)都配有兩套發(fā)射機(jī)，輪流開機(jī)，保證雷達(dá)連續(xù)工作。

接收天線塔高約76米使用木塔是為了避開金屬饋電對(duì)天線造成影響，每座塔上有3組天線，每組天線都是幾對(duì)偶極子交叉布置。因?yàn)椤氨就伶湣崩走_(dá)的天線是固定的，要觀察較大的空域，只能通過(guò)發(fā)射寬波束實(shí)現(xiàn)空域覆蓋要測(cè)得目標(biāo)方位，也只能使用比較各方向接收天線截收回波強(qiáng)度的方法這種類似“比幅測(cè)角”的設(shè)計(jì)源于沃森·瓦特的閃電噪聲定位裝置。后來(lái)為抗德軍干擾，又加裝了一組天線。

由于天線不能轉(zhuǎn)動(dòng)，“本土鏈”雷達(dá)無(wú)法大范圍掃描，只能靠直接發(fā)射很寬的波束實(shí)現(xiàn)覆蓋較大的空域，故稱“投光燈式”。盡管“本土鏈”雷達(dá)設(shè)計(jì)巧妙，但明顯先天不足，已無(wú)潛力可挖。因?yàn)榘l(fā)射波束很寬，只有一小部分發(fā)射脈脈沖功率照射到飛機(jī)，而飛機(jī)反射的脈沖功率也只有很少一部分能夠被天線接收，所以要實(shí)現(xiàn)較理想的探測(cè)效果，就需要極高的發(fā)射功率這在當(dāng)時(shí)很難實(shí)現(xiàn)的，它的誤差也很大，測(cè)距誤差有1～2千米，而測(cè)方位角誤差最大可達(dá)12°，測(cè)仰角就更難實(shí)現(xiàn)了。由于波束很寬，使得發(fā)射功率無(wú)法集中輻射，導(dǎo)致脈沖峰值功率必須很大?！氨就伶湣崩走_(dá)脈沖峰值功率最初為350千瓦，后來(lái)提高到80千瓦，最后為1兆瓦。

“本土鏈”雷達(dá)的脈沖寬度為6-25微妙，脈脈寬較寬會(huì)導(dǎo)致測(cè)距誤差增大，距離分辨力變差。因?yàn)榧词故?.8千米長(zhǎng)(現(xiàn)代雷達(dá)采用脈沖壓縮技術(shù)，即使很長(zhǎng)的脈沖也可能獲得較高的距離分辨率，使測(cè)距誤差很小)。

“本土鏈”雷達(dá)首先遇到的難題是假目標(biāo)問(wèn)題，即從遠(yuǎn)距離物體上反射回來(lái)的“幽靈”回波。如果雷達(dá)發(fā)射的脈沖照射到非常遙遠(yuǎn)的物體上(通常是經(jīng)過(guò)電離層多次反射形成的)，直到雷達(dá)發(fā)射第二個(gè)脈沖后，這個(gè)遙遠(yuǎn)物體回波才返回雷達(dá)，那么它就會(huì)跟第二個(gè)發(fā)射脈沖的正常回波混在一起，而且這種遙遠(yuǎn)回波通常會(huì)在顯示器上表現(xiàn)得很近。近距離突然出的目標(biāo)會(huì)讓防空部隊(duì)非常緊張。

為解決“幽靈”回波問(wèn)題，沃森·瓦特決定讓雷達(dá)以極低的脈沖重復(fù)頻率——25赫發(fā)射脈沖，這樣即便是遠(yuǎn)達(dá)6000千米物體的回波，也會(huì)在第二個(gè)脈沖發(fā)射之前都湮滅了。當(dāng)時(shí)英國(guó)電網(wǎng)的頻率是50赫，各雷達(dá)站也可以電網(wǎng)頻率為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)同步發(fā)射．以減輕相互干擾(因各雷達(dá)站頻率相同，若工作不同步，會(huì)互相產(chǎn)生同頻異步干擾)。脈沖重復(fù)頻率太低帶來(lái)的不足是：它限制了雷達(dá)平均發(fā)射功率．使雷達(dá)照射到飛機(jī)上的功率減少．降低了雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率。

“本土鏈”雷達(dá)部署后．還得做很多工作才能比較準(zhǔn)確地測(cè)出目標(biāo)位置，其中很重要的一項(xiàng)就是“校飛”。讓飛機(jī)按預(yù)定航線、高度飛行．雷達(dá)連續(xù)跟蹤并記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)交由一部名為“考慮機(jī)”(為什么叫這個(gè)名字，現(xiàn)在已經(jīng)搞不清了)的機(jī)械計(jì)算機(jī)處理，最后生成參照數(shù)據(jù)供雷達(dá)使用，盡管性能非常有限，“本土鏈”雷達(dá)還是很快投入服役了，而且令人驚訝的有效保衛(wèi)大英帝國(guó)本土很長(zhǎng)時(shí)間。

雷達(dá)投入使用后，皇家空軍面臨的問(wèn)題就是有效發(fā)揮其效能了，也就是雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)使用問(wèn)題?；始铱哲娊邮铡氨就伶湣崩走_(dá)網(wǎng)后，就把雷達(dá)網(wǎng)與地面觀察哨網(wǎng)結(jié)合，組成戰(zhàn)斗機(jī)引導(dǎo)網(wǎng)。1938年初，皇家空軍就開始小心翼翼地練習(xí)用雷達(dá)情報(bào)引導(dǎo)戰(zhàn)斗機(jī)攔截航線上的客機(jī)，雖然效果一般，但3/4的引導(dǎo)攔截成功率，到1939年，“本土鏈”雷達(dá)網(wǎng)已開成了戰(zhàn)斗力。英國(guó)人已經(jīng)開始認(rèn)真研究雷達(dá)的作戰(zhàn)作用，有種富有遠(yuǎn)見(jiàn)的研究在1940年的不列顛空戰(zhàn)中發(fā)揮了重大作用。

“本土鏈”雷達(dá)也開始在海外部署，名字也自然改成了“海外鏈”(CO,chain Overseas)。

同時(shí)期美國(guó)也在研發(fā)雷達(dá)，并且已經(jīng)生產(chǎn)了幾型米波雷達(dá)，但美國(guó)人面臨的軍事壓力沒(méi)有英國(guó)那么緊張，也就沒(méi)怎么研究雷達(dá)究竟有何重大意義，還把雷達(dá)列為次要發(fā)展的技術(shù)。