英国轰炸机的“前进”(下)

文/马岩   2016-05-07 06:57:22


文/马岩

英国空军万万没有想到,“前进”(GEE)导航装置在第二次深入敌占区进行飞行试验时就遭遇不测,为防止暴露这种先进导航仪的秘密,技术专家们采取了一系列欺瞒措施,力图让德国人相信“前进”并不存在。1941年8月18日,“前进”机载接收机开始投入批量生产,预计于次年5月交付部队。失踪的那架“惠灵顿”轰炸机和装在上面的“前进”装置究竟是否落入敌手?德国人是否被琼斯博士精心设计的“Jay”波束所迷惑?“前进”会不会面临预有准备的强烈电子干扰?这些问题,将随着“前进”正式投入实战而找到答案。

重返战场的“前进”

1942年2月,皇家空军先期接收了300部手工赶制的“前进”设备,3月初,已经有30%的英军轰炸机安装了“前进”导航接收机。轰炸机司令部认为,“前进”已经具备了大规模应用的条件。同年3月8日晚,“前进”导航台在沉寂了7个月后重新发出信号,一架来自115中队的“惠灵顿”轰炸机再一次突入德国领空,使用“前进”装置进行导航。

杰克·福斯特是这架轰炸机的领航员。当飞机升至预定高度时,他开始调谐“前进”接收机的频率旋钮,接收到某组“前进链”发射台的导航信号后,荧光屏上迅速涌起两个闪亮的波峰,福斯特不断调节着波峰的高度、亮度和清晰度,精确读出两个信号的时间差,而后迅速在导航图表上判明其所对应的双曲线。这一系列工作要在30秒内完成,随后福斯特还要调整频率到另一组发射台,重复以上程序,最终通过两条双曲线的交点判定自己所在位置。那一夜,皇家空军共派出了200架轰炸机,目标是克虏伯兵工厂的所在地——鲁尔地区的重镇埃森。

随着机群向欧洲大陆一点点深入,福斯特的心里也愈发忐忑不安。7个月前在空袭汉诺威行动中失踪的那架轰炸机,是否已经让德国人掌握了“前进”导航装置的秘密呢?若果然如此,那么有充分理由相信德国已经研制出了相应的干扰设备。只要知道了“前进”的工作频率,德国人就可以动用更大功率的发射机使“前进”导航信号“淹没”在干扰波中。如果掌握了更多技术细节,德国人甚至有可能发射出量身定制的虚假信号,将进袭的英军轰炸机引入歧途。


◎“前进”机载设备使用一根很短的鞭状天线,所以一般很难在清晰度不高的历史照片中发现,图中箭头所指处即为“蚊”式轰炸机上的“前进”接收天线70


◎1942年3月,“前进”开始正式投入实战,取得了良好的战果,同年8月,皇家空军所有的四发重型轰炸机都已安装了“前进”导航装置,图为一架正在装弹的“兰开斯特”轰炸机

值得庆幸的是,预料之中的干扰并没有出现。暗夜中,33%的轰炸机抵达了目标区域,而以往能做到这一点的飞机只有10%至25%。虽然大部分炸弹实际上落在了城市南部,克虏伯兵工厂逃过一劫,但这次行动证明了英国人为掩盖“前进”的秘密而采取的一系列欺瞒措施是有效的。

1942年3月13日,装有“前进”装置的飞机准确地在科隆上空投下照明弹,跟进的大批轰炸机对这座莱茵河畔的古城进行了轰炸。此次行动后,英军轰炸机司令部的数据分析表明,使用了“前进”导航装置之后,轰炸机对城市进行空袭的效果是以往的5倍。“前进”的成功运用还推动英国出台了一项针对纳粹的残酷惩罚计划,即在“前进”导航信号的覆盖范围内列出60座德国城市的“黑名单”,而名单上的每座城市都将被1600至1800吨的航空炸弹夷为平地。这项无情的计划曾饱受争议,因为这样做势必带来极其严重的平民伤亡,但为了迅速摧毁纳粹军民的抵抗意志,英国战时内阁还是坚定地将其付诸实施。

摆脱了对电子干扰的顾虑,“前进”仿佛一个解除了封印的精灵,几乎每天夜幕降临之时,都会出现在某座德国城市的上空,紧随其后的是狰狞的死神。

干扰与反干扰

“前进”导航系统正式投入实战的第一个月里,便有20余架英军轰炸机被击落,英国人清楚地知道,坠落在德国的轰炸机迟早会让对手掌握“前进”装置的秘密,即使是最乐观的估计,德国人也会在三个月之内发起对“前进”的全面干扰。

然而,英国人没有想到,德国同行们已经深深陷入R.V.琼斯博士所布置的连环圈套中,严重低估了英国导航技术的发展。


◎“蚊”式轰炸机座舱中“前进”导航装置的安装位置,“前进-H”使用了与之完全相同的显示器和接收机

1942年5月26日,柏林召开了一次以应对英国导航波束为主题的会议,情报部门的上校工程师施文克向与会人员介绍了英国轰炸机的导航手段——一种是使用洛伦兹波束的“朱利叶斯”,是对德国“拐腿”导航波束的粗劣仿制,第二种是“前进”,在3月29日坠毁在威廉港的“惠灵顿”轰炸机上首次发现,正在成为英军轰炸机的制式装备,德律风根公司将缴获的接收机安装在飞机上进行了相关测试。关于“前进”的性能,施文克承认专家们尚未得出准确结论,据推测其准确性较前者有所提升,但尚未达到发现点状目标的水平。

施文克上校所提到的“朱利叶斯”正是琼斯博士为迷惑德国人而设置的“Jay”导航波束,在“前进”正式启用两个多月之后,德国人甚至依然深信“Jay”波束是英国空军的主要导航装置,而对于“前进”的威胁还没有达成共识,更不要说去进行干扰了。而在英国,“前进”开始被争分夺秒地安装在所有重型轰炸机上,其重要性被机组人员广泛认可,甚至当一架飞机的“前进”接收机工作不正常时,就会被禁止起飞参与空袭。

很快,“前进”的作用也被敌对一方所重视,德国空军通信总监马提尼将军又召开了一次紧急会议,对“前进”的干扰措施进行了研究部署。德国电信专家莫盖尔博士受命研发能够压制“前进”信号的干扰装置,由于早期的“前进”工作在20~30兆赫兹的频段,与短波电台的频率重叠,所以莫盖尔博士直接将一些大功率电台稍加改装,把它们部署在了重要目标的周边。

8月4日夜,英国空军对埃森地区开展了一次小规模空袭,然而有22架轰炸机报告称:在距离目标20~30千米时,“前进”的信号完全消失在了干扰波中。这是莫盖尔博士临时改装的干扰机第一次发挥作用,它们很快被另一种功率更大的专用干扰机“海因里希”所取代,在随后的三个月内大量部署在德占区,甚至连埃菲尔铁塔塔顶都装上了一部。

德国的电子干扰让“前进”的信号质量急剧恶化,使其在西欧和德国的有效覆盖范围减少了一半之多。暂时得以幸免的是新建的“南部链”发射机,1942年12月3日夜,英国空军使用“南部链”的导航信号对远在1200千米之外的意大利都灵进行了空袭,刷新了“前进”最大有效距离的纪录。其它“前进链”受干扰的影响很大,英国空军不得不对其降格使用,飞行员们只能在空袭结束后用它来确定返航的路线。即便如此,“前进”也发挥了重要的作用,装有“前进”的飞机因迷航而未能返回基地的比例是1.2%,而其它飞机的这一比例是3.5%。

另一个意外收获是,德国人在发觉自己上当之后,就对“Jay”波束完全弃之不顾了,英国飞行员得以继续使用简单而有效的“Jay”来辅助确定返航路线,直至战争结束。

为应对干扰的阻挠,英国扩展了“前进”的工作频率,研制出了“前进”Mk.II。改进后的设备可以工作在20~30、40~50、50~70、70~90兆赫兹四个波段,机组人员可以通过自由选择波段来规避干扰。“前进”Mk.II也成为了进驻英国的美军第八航空队的制式装备。


◎“双簧管”地面站采用了12英寸的显示器与大型测距设备,工作人员可以在显示屏上精确地判读距离,系统精度非常高。图为“双簧管”地面站内部场景


◎由于“双簧管”每次只能引导一架飞机,所以它主要装备在飞行速度快、机动灵活、不易被敌追击的“蚊”式轰炸机上,图为皇家空军第105中队的一架“蚊”式轰炸机,机徽两旁的白线表明它是一架“双簧管”领航机


“猫”“鼠”同奏“双簧管”

“前进”遭到干扰的消息并没有在英军轰炸机司令部中引起多大的轰动,一方面是对德国的干扰早有预料,另一方面,“前进”并非皇家空军唯一的无线电导航系统,与之同期研发的“双簧管”(Oboe)系统已经在实战中显示出了其优异性能。

用无线电导航方式来确定目标在二维地图上的方位,可以采取以下几种方法:一是根据目标与两个已知地点的角度确定方位,例如德国的“拐腿”系统和英国的“Jay”波束;二是根据目标与一个已知地点的角度和距离确定方位,例如德国的“Y-装置”;三是根据目标与两个已知地点的距离确定方位,“双簧管”采用的便是这种方法。


◎在发现“前进”的作用之后,德国也研制出了“海因里希”专用干扰机,并迅速将其部署至重要目标周边。图为英国空军一架“哈利法克斯”轰炸机正在飞越埃菲尔铁塔,前者装有“前进”,而后者的塔顶也曾安装“海因里希”干扰机


◎1941年12月,在“前进”导航装置深入德国进行试验性空袭的几个月之后,“双簧管”也被安装在一架“斯特林”式轰炸机上展开了试飞


◎“双簧管”系统的原理图,轰炸机沿着距离“猫台”R1的一道圆弧飞行,“猫台”负责实时测量轰炸机的距离,过近或过远时都会用无线电告知飞行员修正航向,“鼠台”则在轰炸机接近目标过程中的几个关键点发出提示,并结合飞行高度、空速、风速和弹道计算出投弹点,当轰炸机抵达距离“鼠台”R2的投弹点时就会收到投弹指令


◎图中即为一部低空本土链雷达,“双簧管”MK.I型便是在该型雷达的技术上发展而来,故其地面站与图中相差无几

“双簧管”系统的工作原理大致如下:在位于英格兰南部的多佛和东部的克罗莫各设有一个导航发射台,分别被称为“猫台”和“鼠台”,在行动之前先要在地图上量算出两个发射台与目标的距离r1和r2,“猫台”负责追踪和修正飞机的飞行轨迹,以使飞机始终沿着以“猫台”为圆心,r1为半径的圆弧飞行,而“鼠台”也在随时测定着飞机与自己的距离,当距离达到r2时,结合一系列修正参数适时发出投弹指令。

使用无线电测距无疑要依靠雷达,但普通的雷达发出的脉冲会被有效距离之内的许多飞机反射回来,这样就无法分辨究竟哪一架才是真正需要导航的对象。为解决这一问题,“双簧管”创先采用了后来被称为“二次雷达”的技术,即在需要导航的飞机上安装一个无线电应答机,它可以将导航台发出的测距信号放大之后再发射出去,导航台只要跟踪测定这个有应答的目标就可以了,而且这样做还带来一个额外的好处,由于普通雷达接收的是目标反射回来的信号,这些信号通常十分微弱,制约了雷达的探测距离,而“双簧管”导航台接收的是经过目标放大转发的信号,所以有效距离更远。

当轰炸机使用“双簧管”导航时,如果偏离了飞行路线,会收到“猫台”用于修正航向的莫尔斯码信号,当飞机与“猫台”的距离小于预期时,将会收到急促的“点”信号,当距离大于预期时,会收到“划”信号,而当飞机准确地沿着预定圆弧飞行时,收到的则是连续的长音,当飞机到达目标上空时,“鼠台”会向其发出“五点一划”的投弹信号。“猫台”与“鼠台”只是称呼上的不同,所使用的设备完全一样,可以根据情况需要随意调换角色。

在精度方面,“双簧管”比此前所有的无线电导航装置都要高出一大截,由于无线电波束本身是扇形的,在发射台附近仅有几米宽的波束在传播至目标上空之后会扩散至几百米宽,如果飞机沿着波束一直飞行,那么其导航精度肯定会越来越低,而“双簧管”的精度取决于测距设备的精度,与距离关系不大,飞机实际上在沿着一条宽仅32米的弧形“通道”飞行,所以精度非常高,以至于“鼠台”在发出投弹信号时,必须要考虑炸弹并非垂直落下这一情况,进行复杂的三角函数计算之后才能求出投弹点。“双簧管”在400千米的有效距离内的投弹精度达到了110米,可以与昼间投弹瞄准仪在天气良好情况下的精度相媲美。


◎“双簧管”MK.II采用了工作在3吉赫兹频段的超低空本土链雷达技术,测距精度和抗干扰能力进一步提高,图为“双簧管”MK. II地面站


◎“前进-H”虽然精度比“双簧管”略差,但它可以同时引导70~80架飞机的优势弥补了这一不足,图为皇家空军第467中队的一架“兰开斯特”“前进-H”领航机正准备起飞


1941年12月,“双簧管”被安装在一架“斯特林”轰炸机上空袭了布雷斯特。一年之后,它又被安装在反截击能力更强的“蚊”式轰炸机上进行实战检验。德国人在观测到这些飞机罕见的弧形飞行轨迹之后,为它起了一个“回旋镖”的绰号。

然而,早期的“双簧管”系统有一个严重的不足,由于所有导航台发射的测距信号的频率和调制方式完全相同,所以当空中有多架飞机开启应答机时,“猫台”就会收到许多相同的应答信号,无法将它们区分开来,所以该系统每次只能为一架飞机提供导航服务。因此,它只能被领航部队的飞机使用,有时,也会被用于对点状目标的单机精确轰炸行动。


◎位于荷兰的机动式“前进-H”导航台

“前进”与“双簧管”的综合体——“前进—H”

“双簧管”系统固然非常精确,但不能同时引导多架飞机的缺陷严重制约了它的广泛运用。不过,英国人很快想出了两全其美的解决办法,就是将发射机与应答机的位置对调,由飞机发出测距信号,地面站应答,从而研制出了“前进-H”导航系统。

从名称上来看,“前进-H”似乎是“前进”的改进型,但实际上并非如此,“H”代表了其与“双簧管”相同的通过测量与两个地面站距离实现定位的“H原理”,而沿用“前进”的代号是因为它继承了与“前进”系统的接收机与显示器等机载设备。

“前进-H”的机载发射机每秒发射100个测距脉冲,而每架飞机上的发射机发出的脉冲在时序上都略有不同,领航员的示波器上只显示自己的飞机发出的脉冲与地面站的应答脉冲,不会与其它飞机的信号相混淆。理论上,“前进-H”可以同时引导100架飞机,实际应用中是达不到这个数字的,通常是70~80架左右。

由于每架飞机的发射时序不同,在无形中也大大增加了敌方干扰的难度,除非干扰信号与该发射机的时序完全相同,才会显示在示波器上,如果稍有差异,干扰就完全起不到效果。

在作用距离480千米时,“前进-H”的精度约为140米,比起“前进”>1千米的精度有了质的飞跃,但比起“双簧管”还是要差一些,一方面是由于“前进-H”工作在与“前进”相同的20~ 80兆赫兹频段,而“双簧管”工作频率为200兆赫兹,后期生产的MK.II型的工作频率甚至达到了3吉赫兹,频率越高,测距的精度也就越高。另一方面,“前进-H”是由飞机上小型显示器来让领航员读取信号往返的时间差继而测算出距离的,而在“双簧管”系统中,测距工作是由地面站的工作人员使用精度更高的12英寸专用示波器来完成。

沿用“前进”机载设备的优势也很明显,一方面加快了系统部署的速度,除了建设地面站之外,只需要在飞机上加装一个发射机就可以了;另一方面,机组人员可以在“前进”和“前进-H”两个导航系统中灵活切换,在执行轰炸任务时使用不受干扰的“前进-H”,而在返航时使用可以直接在地图上标定方位的“前进”系统来确定返回机场的航线。

二战初期英吉利海峡两岸的无线电导航战又一次在英伦与欧洲大陆上空上演,只不过攻防双方的角色发生了戏剧性的扭转,比起纳粹空军当年的“拐腿”,英国轰炸机的“前进”此时更加势不可挡。不仅仅是在无线电导航方面,在雷达领域各有所长的英国和德国,都将自己最新的研究成果搬上了飞机,创造出了用途截然不同的两种机载雷达。敬请关注下期文章——《雷达入云端》。

[编辑/何懿]

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