На службе у войны. Негласный союз астрофизики и армии

Издательство «Бомбора» представляет книгу американского астрофизика и популяризатора науки Нила Деграсса Тайсона «На службе у войны. Негласный союз астрофизики и армии» (перевод К. Л. Масленникова).

Новая книга Нила Деграсса Тайсона, написанная в соавторстве с писательницей Эвис Лэнг, посвящена исследованию многолетних отношений науки и армии. Что объединяет астрофизиков и военных специалистов, в чем точки их пересечения, как наука служит войне? Как выясняется, многие открытия и достижения астрофизики, такие как, например, многоспектральное обнаружение, дальность, отслеживание, визуализация, ядерный синтез и доступ в космос, — это не просто научные открытия, а инструменты в руках войны. Охватывая период ранней небесной навигации и заканчивая спутниковыми войнами, Нил Тайсон исследует пересечения науки, техники, промышленности и власти.

Предлагаем прочитать отрывок из главы, посвященной появлению радара.

 

Направленность и скорость работ по созданию радаров в разных странах существенно отличалась. Например, Британия сначала сосредоточилась на их применении в оборонительных вооружениях, а вот Германия — в наступательных. В Британии правительство активно искало ученых, которые могли бы указать новые направления в развитии вооружений, а в руководстве Германии, напротив, никто пальцем не хотел пошевелить, пока инженеры сами не затащат их на свои демонстрационные стенды. Британия затрачивала массу энергии на решение организационных вопросов, а в Германии акцент делался на развитии сложных радарных технологий и сохранении секретности. Мания секретности доходила до того, что в Kriegsmarine — Военно-морском флоте Германии вначале отказывались даже показывать свои технологии представителям Luftwaffe (Военно-воздушных сил), не говоря уж о том, чтобы ими поделиться, и изо всех сил сопротивлялись размещению на военных судах не только персонала, обслуживающего радар, но и инструкций по его эксплуатации[1].

В начале войны в Германии уже было разработано три типа конструкций радаров, хотя ни для одной из них почти не существовало действующих образцов. Разработанная в Kriegsmarine (ВМФ) система «Ситакт», радар, предназначенный для использования на боевых кораблях и сооружениях береговой обороны, отличалась точностью определения дальности; сконструированный в Luftwaffe (ВВС) мобильный радар наземной противовоздушной обороны «Фрейя» работал на более длинных волнах и мог регистрировать цели на больших расстояниях, чем «Ситакт»; высокоточный радар «Вюрцбург» был особенно удобен для наведения зенитных орудий. В ходе Второй мировой войны производители предлагали множество больших и малых вариантов этих трех основных систем.

Из военных маневров начала 30-х годов Британия вынесла убеждение, что страна может оказаться беззащитной в случае массированного воздушного налета современных цельнометаллических бомбардировщиков, потоком сходивших с конвейера в Германии. Некоторые члены британского правительства быстро оценили стратегические возможности радара и были готовы немедленно обеспечить крупными ресурсами и персоналом работы по исследованию и внедрению оборонных радарных технологий. Это решение не афишировалось и не дискутировалось ни в Палате общин, ни в печати.

В июле 1935 года британский радар мог засечь самолет на расстоянии 40 миль; к марту 1936 года это расстояние увеличилось до 75 миль. К концу 1937 года действовало три радарных станции раннего предупреждения, а к сентябрю 1939-го вдоль всего побережья Британии была развернута сеть Chain Home из двадцати таких станций. Спустя еще год, 15 сентября 1940 г., в разгар «Битвы за Англию», операторы Chain Home помогли сбить столько немецких самолетов, что в Luftwaffe решили перейти от тактики массированных дневных налетов к ночному «блицкригу», оставив дневные вылеты только для атак на особые цели. Германии пришлось отказаться от плана вторжения в Британию.

Хотя у немцев и американцев в начале войны было более совершенное оборудование, англичане своевременно и грамотно провели оценку воздушных угроз: они выбрали оборонительную систему, которая могла быть быстро развернута, частично реорганизовали структуру вооруженных сил с упором на обеспечение безопасности своей территории сетью радаров и сумели обеспечить мобилизацию и подготовку большего числа операторов радарных установок — в том числе сотен женщин, — чем все остальные оснащенные радарами страны вместе взятые. Главным фактором успеха оказалась быстродействующая и четкая система связи. Как пишет Браун, Британии «хватило мудрости понять, что информационное преимущество, которое дает радар, будет бесполезным, если не соединить его с быстротой интерпретации и ответных действий»[2].

Но, разумеется, технические параметры оборудования тоже имели значение. Залогом эффективности работы сети Chain Home был метод, разработанный в середине 1920-х годов американскими учеными: для измерения высоты отражающего слоя ионосферы в нее посылались радиоимпульсы продолжительностью в несколько миллисекунд, и время их прихода обратно измерялось с высокой точностью. Британский Научно-исследовательский комитет по радиотехнике, который с начала 1935 г. и до самого окончания войны был подчинен Комитету по научным исследованиям в области противовоздушной обороны, адаптировал эту методику для оборонных целей.[3] Одной из многочисленных проблем, возникавших при эксплуатации сети Chain Home, была необходимость отличить «свой» самолет от вражеского: после того как радары регистрировали вблизи побережья низколетящий самолет, надо было, если он шел на посадку, снабдить его пилота точной информацией о высоте его полета, а если он летел бомбить, выдать на него точное целеуказание средствам ПВО. Система Chain Home в одиночку не могла справиться с этой задачей. Нужны были партнеры: системы радиопеленгаторов, хорошие радиотелефоны и гражданские операторы радаров.

Установить на земле радар, работающий на длине волны 1,5 метра и передающий информацию в виде коротких и четких кодовых слов пилоту истребителя, кабина которого оборудована радиотелефоном, может все-таки оказаться недостаточно, чтобы летчик смог разбомбить немецкий завод, потопить подводную лодку или сбить немецкий бомбардировщик, под покровом ночи летящий к Лондону. В дополнение к информации, полученной с земли, этому летчику необходимо на борту мощное и легкое высокочастотное устройство, которое, подобно прожектору, помогло бы ему отыскать цель в темноте или в тумане. Это новое устройство не могло быть низкочастотным радаром, столь эффективным, когда надо обнаружить с земли цель, находящуюся в небе. Дело в том, что, когда посылаешь радиосигнал с воздуха в направлении к земле, его энергия, отраженная от земной поверхности, так велика, что не позволяет различить на ее фоне слабое радиоэхо, отраженное от вражеского самолета. К тому же, радары слишком громоздки, а наше устройство должно быть портативным. Решением проблемы оказался  микроволновой радар, так называемый магнетрон с объемным резонатором. Произведенный в Британии образец такого устройства был доставлен в Соединенные Штаты сверхсекретной миссией в сентябре 1940 года. Президент Франклин Д. Рузвельт назвал это событие «доставкой самого важного груза, когда-либо достигавшего американских берегов», а Э. П. Роу, директор британского Научно-исследовательского центра средств дальней связи, — «поворотным пунктом войны».

Эти высказывания оказались правдой лишь наполовину. Да, в 30-е годы была выполнена огромная работа по созданию микроволнового радара, но к этому времени уже существовали магнетроны других видов. В России многорезонаторный магнетрон был запатентован в 1920-х, и об этом уже было известно в Германии. К концу 1930-х были они и в Японии. Дело было просто в том, что англичане о них не знали, а немцам приказывали отложить над ними работу, чтобы сконцентрироваться на более длинноволновых радарах.

Так и вышло, что британские ученые переизобрели эти устройства независимо, а американские немедленно приступили к их усовершенствованию. К весне 1941 г., меньше, чем через год после миссии, окруженной бесполезной секретностью, в новообразованной Радиационной лаборатории MIT в Бостоне уже был готов объемно-резонансный магнетрон с длиной волны 3 см. Вскоре базирующаяся в Кембридже компания «Рэйтеон» начала массовое производство магнетронов. Они и составили большинство устройств такого типа, использовавшихся в ходе войны как Соединенными Штатами, так и Великобританией. Попутно рэйтеоновский инженер Перси Спенсер изобрел так необходимую нам сейчас на кухне микроволновку — он как-то заметил, что шоколадка у него в кармане расплавилась под воздействием микроволнового излучения работающего магнетрона, рядом с которым он случайно стоял.

Попутно в Военно-морском флоте и войсках связи США шла работа над более длинноволновым радаром. 7 декабря 1941 года один из новых мобильных радаров системы предупреждения о воздушных нападениях, принятой на вооружение американской армией, почти за час до нападения обнаружил японские самолеты, приближающиеся к Пирл Харбору. Предупреждение было проигнорировано: источником радиоэхо были сочтены американские бомбардировщики B-17, прибытия которых из Калифорнии в этот день ожидали[4].



[1] Немецкий историк техники пишет, что «активных контактов между учеными и армией не было, уровень интеграции компонентов в системы был низким, а операционная эффективность слабой»: Кайзер (W. Kaiser, A Case Study…), р. 38. О «крайней степени секретности»: Браун в подписи к фотографии 1938 года, включенной в вышедшее в 1939 году в Германии компилятивное описание типов морских военных судов, отмечает, что на сфотографированном судне на видном месте находится секретная антенна, но что «военно-морские власти разрешили публикацию, так как находились, очевидно, в полном неведении по поводу новой техники, и им и в голову не приходило, что то, что выглядит каким-то матрацем, на деле является новейшим сверхсекретным оружием» — Браун (L. Brown, A Radar History…), р. 32.

[2] Циммерман (D. Zimmerman, Britain’s Shield), рр. 184, 186–188; Кайзер (W. Kaiser, A Case Study…), рр. 34–35, 37; Браун (L. Brown, A Radar History…), рр. 64, 82–83. Кайзер пишет: «Причины исключительных достижений британской радарной техники лежат прежде всего в гибкой военной политике и дальновидной стратегии». Британский подход заключался в формировании «организованных научных кадров для решения поставленных армией задач». В 1937–38 гг. правительство составило список квалифицированных рабочих, которых можно было привлечь к выпуску военной продукции; вдобавок, при содействии Королевского общества, университетов и технических институтов, был подготовлен перечень высококвалифицированных волонтеров для принятия на военную службу. «Создание и успешное использование научно-организационных структур для управления трудоемким процессом сращивания науки и военных технологий стало ключевым моментом успеха», — утверждает Кайзер.

[3] Роберт Уотсон-Уотт был наиболее заметным деятелем Научно-исследовательского комитета по радиотехнике в своих усилиях по развитию британской радарной техники. Большая часть работ его Радиоисследовательской станции в городке Слаф была посвящена исследованиям ионосферы. 12 февраля 1935 г., всего через две недели после того, как к нему обратился за консультацией глава научно-исследовательского отдела Министерства авиации, он отправил в Министерство секретный меморандум, озаглавленный «Регистрация самолетов методами радиолокации». В сопроводительном письме он указывал: «Результаты оказались столь впечатляющими, что я до сих пор беспокоюсь, не ошиблись ли мы в показателе степени десятки при их оценке, но даже если это было бы и так, это не имело бы принципиального значения». Окончательная версия документа называлась «Обнаружение и локализация положения самолета методами радиолокации». Один из биографов Уотсон-Уотта называет этот меморандум «политическим рождением радара»; сам Уотсон-Уотт тоже заявил, что в нем «отмечен момент рождения радара» — см. Бутрика (A. J. Butrica, To See the Unseen), р. 3 n. 9. О сопроводительном письме, см. «Radar Personalities: Sir Robert Watson-Watt», www.radarpages.co.uk/people/images/wwfig3.jpg. После войны Уотсон-Уотт пересказал свой меморандум простым языком в начале своей статьи (R.Watson-Watt, Radar Defense…), рр. 230–243, esp. 231–234. Более профессионально-технический, но тем не менее тоже написанный понятным языком анализ меморандума см. в Остин (B. A. Austin, Precursors to Radar), рр. 364–372.

[4] Провал спецслужб в истории с атакой в Пирл Харбор, так же, как и роль, сыгранная в этой катастрофе недостаточно налаженной связью между командованием различных родов войск и президентом Рузвельтом, — болезненная тема. Непосредственно по поводу радаров, Бутрика в обильно снабженном сносками параграфе пишет: «Мобильная установка SCR-270, размещенная в Оаху в качестве составной части армейской системы дальнего противовоздушного предупреждения, засекла приближающиеся японские самолеты примерно за 50 минут до того, как они начали бомбардировку кораблей США. <…> Предупреждение было проигнорировано, так как офицер принял источник зарегистрированных эхо-сигналов за ожидавшееся прибытие американских бомбардировщиков B-17» — Бутрика (A. J. Butrica, To See the Unseen). Цитируя другие источники, историк Элвин Кукс сообщает: «Двое военнослужащих американской армии, возившихся с новой радарной установкой, зарегистрировали приближение головных японских эскадрилий, но на эту важнейшую информацию никто не обратил внимания: этим утром ждали прибытия невооруженных "летающих крепостей" B-17 из Калифорнии» — Кукс (A. Coox, The Pearl Harbor…), р. 220. В июле 2009 г. штатный историк Управления связи и электроники армии США Флойд Хертвек в ежемесячном обозрении Научно-исследовательского центра электроники и средств связи (CERDEC) описал эту ситуацию более подробно: «7 декабря 1941 года три радарных установки SCR-270, размещенных на северном берегу о. Оаху, между 4 и 7 часами утра зарегистрировали импульсы от, как впоследствии оказалось, двух японских разведывательных самолетов. <…> Одна из радарных станций сообщила об этом дежурному лейтенанту ВМФ в Информационном центре Форта Шафтер на Гавайях; тот передал новость другому лейтенанту, который заключил, что это были самолеты ВМФ, "выполнявшие разведывательный полет, что и было зарегистрировано". В 7:02 утра радар запеленговал самолет, приближающийся к Оаху, на расстоянии примерно 130 миль. Затем операторы войск связи позвонили с радара в Форт Шафтер и доложили о "большом количестве самолетов, приближающихся с севера, три румба к востоку". Оператор Форта Шафтер передал своему начальнику слова оператора радара, который сказал, что никогда раньше не видел ничего подобного, и что это "ужасающе большой налет"». (Floyd Hertweck, «It was the largest blip I’d ever seen»: Fort Monmouth Radar System Warned of Pearl Harbor Attack»).

Обсудите с коллегами

16.05

Костюм супергероя

PRO SCIENCE
15.05

Деградация международного правового порядка?

PRO SCIENCE
14.05

Время переменных. Математический анализ в безумном мире

PRO SCIENCE
14.05

Шум городского транспорта мешает птенцам учиться петь

PRO SCIENCE
14.05

Палеофекалии рассказали о кишечных бактериях древних жителей Северной Америки

PRO SCIENCE
14.05

Самки морского слона способны спать чуть более часа в сутки

PRO SCIENCE
Гладиаторы, пираты и игры на доверии