Chain Home
Chain Home oli Ison-Britannian pääsaaren rannikot sekä Orkney- ja Shetlandsaaret kattanut toisen maailmansodan aikainen tutkaverkko. Se oli maailman ensimmäinen ilmavalvonta- ja taistelunjohtotutkajärjestelmä. Se koostui teknisesti kolmenlaisista järjestelmistä, joissa kaikissa oli paljon tutka-asemia. Ensivaiheessa juuri sodan alkaessa käytössä oli 20 asemaa, mutta sodan aikana lukumäärä kasvoi asteittain yli sataan.
Chain Home, CH, sai alkunsa marraskuussa 1934, kun Britannian ilmapuolustuksen tieteellisen kehittämisen komitea, josta käytettiin myös nimeä Tizardin komitea puheenjohtajansa everstiluutnantti Henry Tizardin mukaan, tuli siihen tulokseen, että Robert Watson-Wattin suunnitelma tutkajärjestelmän rakentamisesta on pantava täytäntöön. Britanniassa käytettiin siihen aikaan tutkasta nimeä RDF (Radio Direction Finding, tai Range and Direction Finding). Helmikuussa 1935 järjestettyjen teknillisten näyttöjen jälkeen suunnitelman toteuttamiseen myönnettiin valtuudet ja joulukuussa 1935 myönnettiin myös rahoitus.
Ilmailuministeriön ohjeessa kehotettiin myös valitsemaan antennimastojen paikat niin, ”että ne eivät liiaksi rajoita hanhenmetsästystä”.
Rakennustyöt alkoivat kesällä 1937 ja Britannian kuninkaalliset ilmavoimat vastaanotti valmiin järjestelmän tammikuussa 1938. Järjestelmä oli käytössä koko sodan ajan ja pitkälle 1950-luvulle. Joitakin osia CH:sta on yhä olemassa museoituna.
Koska radioaaltojen etenemisen luonnonlait aiheuttivat tiettyjä rajoituksia, täytyi rakentaa toistensa katveita täydentäviä erilaisia laitteistoja. Pitkän kantaman antoi Chain Home, mutta siltä jäi alakatve alle 200 metrin korkeudella lentäviin maaleihin. Siksi rakennettiin Chain Home Low, CHL, jonka ulottuvuus oli pienempi, mutta kyky nähdä pintamaalit hyvä. Sitäkin paremmin ja tarkemmin pintamaalit näki sodan lopulla valmistukseen tullut mikroaaltotutka, jolla toteutettiin Chain Home Extra Low, CHEL.
Tutkat olivat rakenteeltaan bistaattisia, eli ne koostuivat eri paikkaan sijoitetuista lähetin- ja vastaanotinasemista. Lähettimen taajuus oli operaattorin valittavissa neljästä vaihtoehdosta väliltä 20–55 MHz. Putkilähettimen teho oli aluksi 200 kW, mutta suureni myöhemmin tehdyissä parannuksissa vaiheittain 750 kW:iin. Toiminta oli pulssitutka ja pulssin pituus 5–25 mikrosekuntia. Toistotajuus oli valittavissa 50, 25 tai 12,5 Hz. Toistotaajuus oli tahdistettu valtakunnan sähköverkon taajuuteen, joten kaikki tutka-asemat toimivat tahdistettuina myös keskenään.
Lähettimen tehoaste oli toteutettu kahdella vuorovaihekytketyllä tetrodilla. Niitä jäähdytettiin tislatulla vedellä. Lähettimet rakensi Metropolitan-Vickers Ltd, antennit Marconi Ltd, vastaanottimet ja näyttölaitteet A.C. Cossor Ltd.
Lähetinantennit olivat kolmessa 115 metriä korkeassa metallimastossa kolmessa kerroksessa ja kahdennettuna, jotta voitiin käyttää neljää taajuusaluetta. Antenniryhmää vaihtaen voitiin teho lähettää eri suuntiin ja eri korkeuskulmiin. Yksi asema kattoi 60 asteen sektorin ja vierekkäiset asemat sivusivat hiukan toisiaan. Vastaanotinantennit olivat neljässä 77 metriä korkeassa puumastossa kolmessa kerroksessa. Maalin suunta- ja korkeuskulma määriteltiin vertaamalla kaikuja eri antenniryhmistä goniometrillä. Antennit eivät siis pyörineet tai muutenkaan liikkuneet. CH tunnettiin myös toisella nimellä AMES-1 (Air Ministry Experimantal Station).
Jo syksyllä 1939 kehitettiin alle 200 metrin alakatveen täyttämiseksi uusi tutkalaite. Tarkoitukseen sopi pienin muutoksin rannikkotykistön CD-MkII (Coast Defence). Se puolestaan oli kehitetty yöhävittäjäpommittajien AI/ASV-MkII (Air Inteception/Air-to-Surface Vessel) lentokonetutkasta. Sen lähettimen taajuus oli 200 MHz, joten antennikin oli kohtuullisen kokoinen 3 kertaa 7 metriä. Keila oli melko kapea, mutta erinomainen suunnanmittaustarkkuus saatiin käyttämällä kahden vastaanottokeilan menetelmää, jossa operaattori suuntasi antennin niin, että molemmista, toisistaan hiukan eri suuntiin osoittavista keiloista saatiin täsmälleen yhtä suuri signaali. Maalin suunta satiin tarkasti antennin akselin servolähettimeltä. Antenni voitiin myös asettaa pyörimään jatkuvasti 1,5 kierrosta minuutissa. Tutka oli monostaattinen, siis lähetin ja vastaanotin samassa asemassa ja lähetys- ja vastaanottoantennit samassa mastossa. Laivat ja suuret lentokoneet näkyivät 40 kilometriä. Myös rannikkotykkien tulta voitiin johtaa, koska kranaattien iskemät näkyivät myös. Myös CHL lähettimet rakensi Metropolitan-Vickers. Vastaanottimia kehitti kolme televisiovalmistajaa: Electrical and Musical Industries Ltd (EMI), A.C. Cossor Ltd ja A.G. Pye Company. Tohtori Dennis Taylorin johdolla saatiin ensimmäiset 18 asemaa valmiiksi helmikuussa 1940. Niiden mastot olivat 64 metriä korkeat, mutta myöhemmin tehtiin hyvin monen korkuisia ja jopa mastottomia, liikuteltavia malleja. CHL tunnettiin myös toisella nimellä AMES-2.
Kun magnetroni oli saatu kehitetyksi syntyi nopeasti lentokonetutkia sukellusveneiden torjuntaan. Siitä syntyi edelleen laivakäyttöön sopiva Type 271 elokuussa 1941. Se oli perustana kun rakennettiin rannikkotykistön CD-MkIV. Se sopi sellaisenaan täydentämään CH-verkkoa, koska se pystyi havaitsemaan aivan pinnassakin lentävät koneet ja ulottuvuuttakin riitti, laivamaaliin jopa 70 kilometriä. Magnetronin 3 GHz:n taajuus ja siis 10 centtimetrin aaltopituus mahdollisti todella terävän keilan, joka tehtiin kahdella paraboliantennilla, lähettimelle yksi ja vastaanottimelle toinen. Antennit, lähettimen ja vaunun, johon kaikki oli rakennettu, suunnitteli British Thompson-Houston (BTH). EMI suunnitteli vastaanottimen ja näyttölaitteen. Sarjavalmistuksen teki Metropolitan-Vickers. CHEL tunnettiin myös nimellä AMES-54.
Jo ennen sotatoimien alkua ehdittiin valmistaa tuhat kappaletta IFF MkI -tutkavastaajia, transpondereita lentokoneisiin. Niiden tehtävänä oli kuunnella vastaanottimella CH:n taajuutta ja heti sen kuultuaan käynnistää oma lähetin ja lähettää pulssimuotoinen lyhyt keinotekoinen kaiku. Tämä ylimääräinen kaikumerkki näkyi mainiosti tutkaoperaattorin kuvaputkella omatunnuksena. Kun CHL otettiin käyttöön modifioitiin tutkavastaajat IFF MkII myös sille taajuusalueelle. Vaikka tutkavastaajalla ei ollut mitään muuta koodausta riitti tämä toisiotutka erittelemään taistelunjohdolle omat ja vieraat lentokoneet. Käyttäjien slangissa laite tunnettiin nimellä parrot (papukaija). Ferranti Ltd valmisti molemmat IFF-laitteet.
Suurin mittausetäisyys syntyi CH asemien pitkän kantaman ansiosta, Heinkel-111-pommikoneen kokoiseen maaliin se oli noin 100, jopa 200 meripenikulmaa. Operaattorit syöttivät katodisädekuvaputkelta saadun etäisyyden ja goniometriltä, tai akseliservolta saadut sivu- ja korkeuskulmat G. Ropertsin suunnittelemaan sähkömekaaniseen laskimeen, josta käytettiin slanginimeä hedelmäkone, peliautomaatin mukaan. Siitä saatiin kolmiulotteiset paikkakoordinaatit. Ne välitettiin salatulla puhelinyhteydellä johtokeskukseen. Sieltä hävittäjien pilotteja ohjattiin WHF-radiolla. Suuren ulottuvuuden ansiosta saatiin ennakkovaroitus ajoissa ja hävittäjätukikohdat hälytettyä. Seuraamalla johtokesksen tasolla, sekä omia-, että vihollisen koneita, voitiin johtaa ilmataistelua. IFF eritteli omat vihollisista. Ilmatorjuntatykistölle voitiin antaa hälytys ja maalialue ajoissa, joten sulkutuli voitiin avata oikeaan aikaan ja oikeaan paikkaan myös pimeällä. Väestönsuojelulle voitiin antaa hälytys oikealle alueelle. Lopputuloksena Saksan ilmaylivoima ei riittänyt saavuttamaan ilmaherruutta, joka oli maihinnousuhyökkäyksen edellytys.
Hyvä tulos CH:n kannalta perustui koko laajan tutkaverkoston ja myös tähystysverkoston, aisti-ilmavalvonnan, yhteiskäyttöön, hyvin toimivaan viestiverkkoon ja erityisesti tehokkaaseen johtokeskustoimintaan.
Syksyllä 1943 erotettiin 5 CH-asemaa erikoistehtävään koodinimellä Big Ben. Tarkoitus oli torjua V1-ohjukset ja määrittää V2-ohjusten, sekä iskukohta väestönsuojelua varten, että lähtöpiste pommikoneille maaliksi. Tehtävää helpotti sattuma, sillä ohjuksen sinänsä pieni runko oli juuri CH:n neljännesaallon pituinen ja siten hyvä säteilijä ja näkyikin jopa 100 meripenikulmaa. Kun CH oli saanut nopeasta ohjukseta havainnon, se annettiin Yhdysvalloista hankitulle SCR-548 ilmatorjunnan tulenjohtotutkalle. (Tätä huippumodernia mikroaaltotutkaa hankittiin yli 200 kappaletta ilmatorjunnalle.) Sen ylivertainen ominaisuus oli kyky seurata maalia automaattisesti. Kun V1 saatiin tutkaseurantaan se todennäköisesti myös ammuttiin alas, ampujana joko hävittäjä tai ilmatorjunta. V2ä oli mahdotonta torjua, mutta SCR-548 pystyi määrittämään sen lentoradan hyvin tarkasti. Iskukohta ja lähtöpaikka voitiin siis määrittää.
Tutkaveteraanit sanovat usein, että atomipommi lopetti sodan, mutta tutka voitti sodan, ja atomipommissakin oli tutka.
Järjestelmä sisälsi tutkien lisäksi myös aisti-ilmavalvonnan, väestönsuojelun ja lentokonemiehistöjen pelastuspalvelun sekä tietenkin johtokeskuksen ja saumattoman itegraation lentotukikohtiin, lentokoneisiin, ilmatorjuntatykistöön, rannikkotykistöön ja tämän kaiken tarvitseman viestiyhteysjärjestelmän. Kun vielä tarvittiin tehokas koulutusjärjestelmä aivan uudenlaiseen tekniikkaan, oli suoranainen ihme, että salainen ase myös pysyi salaisena. Valtavia antennimastoja oli mahdoton piilotella, nehän näkyivät Englannin kanaalin vastarannallekin.
Britanniassa mikään taho ei salaillut tietoa muilta tarvitsijoilta. Ilmailuministeriö, maavoimat ja merivoimat jakoivat jatkuvasti tutkimuslaitostensa tiedot keskenään. Kaikkien elektroniikkayritysten resursseja käytettiin hyväksi. Tiedot jaettiin myös Autralian, Uuden-Seelannin, Kanadan ja Etelä-Afrikan tutkimuslaitosten kanssa. USA perusti useita tutkimuslaitoksia, jotka jakoivat tietonsa keskenään ja käyttivät yritysten ja korkeakoulujen resursseja. Elokuussa 1940 sir Henry Tizard keräsi kaiken Britannian sotatekniikan tietämyksen kassa-arkkuun ja matkusti komiteansa kanssa Kanadaan ja USA:han ja vaihtoi tiedot heidän tietoihinsa. Se oli valtava edistysaskel.
Ontelomagnetroni oli keksitty Saksassa jo vuonna 1935 ja Hans Hollman oli patentoinut sen. Sitä ei kuitenkaan pidetty siellä tärkeänä eikä kehitystä jatkettu, mikä oli paha virhe. Ranskassa kehitystä kuitenkin tapahtui. Tiedemiehet Pierre David, Maurice Ponte, Henri Gutton, Maurice Elie ja Robert Warneck suunnittelivat useita tutkalaitteita ja myös magnetronilla toimivia mikroaaltotutkia. Saksan miehittäessä maan ranskalaiset tuhosivat hyvin toimineen tutkaketjunsa Saksan rajalta, ja Maurice Ponte pakeni Englantiin mukanaan useita magnetroneja. Tiedot yhdistettiin Boot & Randall -magnetronin tietoihin ja tuloksena syntyi magnetroni E1189, useiden uusien mikroaaltotutkien sydän.
Hollannissa tiedemiehet M. Staal, J. Weiler ja S. Gratama kehittivät magnetronia, paraboliantennia ja PPI-kuvaputkinäyttölaitetta (Plan Position Indicator). Tuloksena oli valmis mikroaaltotutka, jolla pystyi havaitsemaan lentokoneen 120 kilometrin etäisyydeltä. Saksalaisten tulo keskeytti kehityksen ja Staal ja Weiler pakenivat Englantiin mukanaan kaksi täydellistä tutkalaitteistoa. Myöhemmin muutkin tiedemiehet liittyivät Britannian tiedemiesten joukkoon.
Saksassa oli jo 1934 perustettu yritys Gesellschaft für elektroakustische und mechanische Apparate m.b.H. (GEMA). Saksan merivoimien toimeksiannosta se suunnitteli ja valmisti tutkan, jonka tuotantosopimus tehtiin 1. tammikuuta 1937. Merivoimat kielsi ankarasti yritystä hiiskumasta tekniikasta sanaakaan muille aselajeille. Kun uusi tutka Seetakt esiteltiin Adolf Hitlerille heinäkuussa 1938, Hermann Göring näki sen ensimmäisen kerran ja suuttui kauheasti. Luftvaffe teki GEMA:lle tilauksen tammikuussa 1939. Uuden version nimeksi tuli Freya.
Aselajiylpeys esti pahasti kehitystä myös Japanissa. Sodan jälkeen yagi-antennin kehittäjä Hidetsugu Yagi kertoi, että maavoimilla ja merivoimilla (Japanilla ei ollut ilmavoimia erillisenä puolustushaarana) ei ehdottomasti ollut mitään yhteistoimintaa keskenään. Ne toimivat aivan kuin olisi ollut parempi hävitä sota kuin olla yhteistyössä. Ne kohtelivat yliopiston tutkijoita aivan kuin ulkomaalaisia. Näytti siltä, että ne yrittivät salata tutkijoilta jopa tiedot vihollisen aseista.
Monia tutkijoita oli myös puhdistettu pois yrityksistä Saksassa jo 1933 ja Neuvostoliitossa Josif Stalinin puhdistuksissa. Molempia maita haittasi tutkijoiden puute.
Luftwaffen kenraalimajuri Wolfgang Martini teki tiedustelulennon ennen sotatoimien alkamista 2.–4. elokuuta 1939 selvittääkseen onko Britanniassa tutka, tai funkmessgerät, kuten Saksassa sanottiin. Ilmalaiva LZ-130 Graf Zeppelin II oli kyllin iso 48 tunnin lentoon ja kantamaan radiotiedustelulaitteet ja 28 asiantuntijaa, johtajanaan tohtori Ernst Breuning. CH havaitsi valtavan ilmalaivan tietenkin heti. Seurantaa jatkettiin silti koko lennon ajan, koska saksalaisten pääteltiin saaneen jo selville järjestelmän ominaisuudet. Päätelmä oli strateginen virhe. Saksalaiset kuuntelivat VHF- ja UHF-taajuusalueita, joita heidän omat tutkansa, Seetakt, Freya, Würzburg, käyttivät. CH:n käyttämää HF-aluetta tutkittiin ihan muista, lähinnä radiokeleihin liittyvistä, tutkimussyistä. W. Martini myönsi myöhemmin tehneensä pahan strategisen virheen ilmoittaessaan Hermann Göringille, että Britanniassa ei ole tutkaa.
Sotatoimien alkaessa totuus oli jo selvinnyt. Tällöin saksalaiset tekivät taas pahan strategisen virheen kun eivät ottaneet vakavasti CH:n antamaa etua puolustajalle. Järjestelmää ei yritetty kyllin päättäväisesti tuhota. Ennen ensimmäisiä pommituslentoja 12. elokuuta 1940 lähetettiin laivueellinen Bf-110-pommittajia viiden CH-aseman tuhoamiseksi. Wight-saaren asema tuhoutui, mutta se korjattiin kolmessa vuorokaudessa. Neljä muuta vaurioituivat ja ne korjattiin alle kuudessa tunnissa. Koko sodan aikana CH:n vauriot olivat vähäisiä.
Kesällä 1940 olivat saksalaiset jo määritelleet CH-tutkien sijainnit ja taajuudet. Useita häirintälaitteita rakennettiin tohtori Paul von Handelin johdolla, muun muassa Breslan, Olga I, Olga II, mutta mainittavaa vaikutusta ei ajoissa (määrättyyn ilmahyökkäykseen mennessä) saatu. Myös lentokoneradioiden VHF taajuuksia yritettiin häiritä Caruso koodinimen saaneella järjestelmällä. Sekään ei tuottanut riittävää tulosta ajoissa.