رادار الساتان الأخضر

كان نظام رادار "غرين ساتين" ، المعروف أيضاً باسم "إيه آر آي 5851 "، نظاماً رادارياً دوبلرياً طورته القوات الجوية الملكية البريطانية كوسيلة مساعدة للملاحة الجوية . وقد وفر هذا النظام قياسات مباشرة لسرعة واتجاه الانجراف، مما سمح بحساب دقيق للرياح في طبقات الجو العليا. ثم تُغذى هذه القيم إلى نظام الملاحة والقصف ، الذي يستخدمها لحساب الموقع الحالي باستمرار باستخدام الملاحة التقديرية .

تم تحديد مواصفاته الأصلية عام 1949 تحت اسم OR.3015 لقاذفة القنابل الإنجليزية الكهربائية كانبرا . وصلت النماذج الأولى عام 1953، ^{[ 1 ]} وسرعان ما تم تركيبه عمليًا. استُخدم لاحقًا في أسطول قاذفات القنابل V. وظل قيد الاستخدام على قاذفات القنابل V حتى عام 1969 مع طائرات أفرو فولكان ، حيث استُبدل بطائرة ديكا 72M. يُحتمل أن طائرات هاندلي بيج فيكتور استخدمته حتى خروجها من الخدمة عام 1993.

يعود الاسم إلى حقبةٍ كانت وزارة التموين تستخدم فيها توليفاتٍ عشوائية من الألوان والكلمات الرمزية لتجنب أن تكون أسماؤها الرمزية حرفية للغاية. وقد استُخدمت نسخةٌ تُعرف باسم "الحرير الأزرق" ذات حدود سرعة قصوى أقل في طائرة شاكلتون، وبعض طرازات طائرات كانبرا والبحرية الملكية .

في الملاحة الجوية، توجد ست قيم أساسية: سرعة الهواء، والاتجاه (زاوية البوصلة التي يشير إليها مقدمة الطائرة)، والسرعة الأرضية ، والمسار (زاوية البوصلة للحركة الفعلية)، وسرعة الرياح، واتجاهها. باستخدام أي أربع من هذه القيم وجمع المتجهات الأساسي ، يمكن تحديد القيم الأخرى من خلال مثلث الرياح . وبمجرد تحديدها، يمكن حساب مسار الطائرة بدقة باستخدام الملاحة التقديرية مقارنةً بنقطة مرجعية ثابتة.

يمكن قياس سرعة الطائرة واتجاهها بدقة معقولة باستخدام أجهزة القياس الموجودة على متنها، وتحديدًا مؤشر السرعة الجوية والبوصلة الجيروسكوبية . ولأن الطائرة تحلق داخل كتلة الهواء، فإنه لا يمكن قياس سرعة الرياح مباشرةً، لذا يجب تحديدها بالرجوع إلى مقياس خارجي. ولطالما تم ذلك عبر عملية حسابية عكسية، تعتمد على قياس سرعة الطائرة الأرضية من خلال توقيت مرور الأجسام عليها، ثم تقدير الانحراف أو قياسه باستخدام أدوات بصرية بسيطة مثل مقياس الانحراف . وكلا الطريقتين غير دقيقتين بطبيعتهما، حيث تشير البحرية الأمريكية إلى أن دقة هذه القياسات لا تتجاوز 10%.

Green Satin provided accurate and immediate measurements of the true ground speed and the drift angle. Combined with the airspeed and heading, air navigation complexity was greatly reduced. However, accurate dead reckoning also requires an accurate original "fix" from which future movements are determined. In practice, Gee would be used to take a fix after the aircraft reached cruise altitude and speed, and would be used to fine-tune the navigation until it passed out of Gee range, perhaps 300 to 450 nautical miles.

Green Satin started life in Operational Requirement (OR) 3015 in 1949. This called for a device to provide an accurate measure of the groundspeed of an aircraft to within 0.2 percent while flying at any speed between 100 and 700 knots at all altitudes up to 60,000 feet. It also had to measure the drift angle up to 20 degrees on either side of the heading, with an accuracy of less than 0.1 degree. It had to make these measurements over land or water, in any weather.^[2]

The solution to measuring ground speed was already well understood at the time, using a Doppler radar system to compare the returned frequency of two or more signals. Green Satin used four such signals to determine both ground speed and drift angle. These were generated in a single transmitter and sent out simultaneously by a single cross-shaped antenna with feed horns at the four ends. In its neutral position, facing forward, one set of antennas sent out two signals aligned slightly fore and aft, and the other set slightly to the port and starboard side. On reception, each pair of signals was sent into a separate frequency comparator, with the output being the difference in frequencies represented by a voltage.^[3]

Consider an aircraft flying over the ground with no wind. In this case, the velocity to the side is zero, so the port and starboard signals will return to the aircraft at the same frequency. When sent through their comparator, the output is zero voltage, indicating no sideways drift. Now consider the case where the aircraft is being blown to the right. In this case, the starboard (right) signal will be shifted upwards in frequency and the port (left) signal downwards. The speed of the sideways movement is not of interest, only the angle. To measure the angle, the entire antenna array was mounted on a motorized pivot and rotated back and forth until the output was zero again.^[3]

بمجرد قياس زاوية الانحراف بدقة، ستشير الهوائي مباشرةً في اتجاه الانحراف. وبالتالي، فإن أي فرق في التردد بين إشارات التوجيه الأمامية والخلفية عند هذه النقطة يُعد مقياسًا للسرعة الأرضية. ^{[ 3 ]}

كان نظام غرين ساتين نظامًا نبضيًا، مع أنه لم يكن رادار دوبلر نبضي بالمعنى التقليدي. استُخدمت النبضات لتمكين استخدام هوائي واحد للبث والاستقبال، وليس لقياس المسافة (أو الارتفاع في هذه الحالة) من خلال توقيت النبضات. تمت مقارنة الترددات ضمن نبضة واحدة ( رادار أحادي النبضة )، لذا لم تكن هناك حاجة إلى استقرار التردد العالي على مدى فترات زمنية أطول للنبضات المتعددة. وبالتالي، اعتمد نظام غرين ساتين على مولد مغنطرون تجويفي بسيط ، بدلًا من الحلول الأكثر استقرارًا للتردد مثل الكليسترون . ^{[ 4 ]}

وُضعت الأجهزة الإلكترونية داخل حاويتين مضغوطتين مثبتتين على لوحتين خلفيتين كبيرتين، تضمنتا مصادر طاقة ووصلات كهربائية متنوعة. وُضعت هاتان الحاويتان فوق مقصورة القيادة على الحاجز الخلفي لطائرة كانبرا. ^{[ 4 ]} وحافظت بعض هذه الحاويات على ضغطها لعقود بعد إخراجها من الخدمة.

تم إدخال بيانات نظام "غرين ساتين" إلى نظام الملاحة والقصف (NBS)، وهو حاسوب ميكانيكي يحسب الموقع الحالي للطائرة من خلال التقدير الملاحي المستمر للمدخلات. كانت معظم هذه المدخلات تُغذى تلقائيًا من أجهزة الطائرة المختلفة، بينما كانت بيانات "غرين ساتين" تُغذى يدويًا في العادة. كان ناتج نظام الملاحة والقصف هو خط العرض وخط الطول المحسوبين بناءً على سرعة الطائرة واتجاهها فقط، ثم تُضاف قيم "غرين ساتين" إلى هذه القيم لإنتاج المخرجات النهائية في حاسوب الملاحة. كما غذت هذه المخرجات دوائر التصحيح في رادارات القصف H2S Mk. IX وجهاز تحديد مسار القنابل Mark XIV لتعديل مسارات القنابل المتوقعة. ^{[ 3 ]}

لتقييم دقة تشغيل نظام غرين ساتين، أُجريت سلسلة طويلة من رحلات الاختبار فوق البر والبحر باستخدام طائرة كانبرا من طراز مبكر. إلا أن بوصلة جيروسكوب G4B أثبتت عدم دقتها الكافية في هذه الاختبارات، إذ تطلبت تصحيحًا مستمرًا للانحراف. ورغم أن زاوية ميل التسارع (Gee) كانت دقيقة بما يكفي للغرض، إلا أن تحديد الموقع بدقة استلزم حسابات يدوية مطولة من قِبل المشغل. وقد تطلب برنامج الاختبار معدات إضافية لحل هاتين المشكلتين. ^{[ 5 ]}

تم توفير معلومات دقيقة عن اتجاه الطائرة بواسطة جهاز قياس السمت (ADI)، وهو جهاز تتبع النجوم مُثبّت على منظار بحيث يعرض بياناته على لوحة أمام الملاح. ^{[ 6 ]} وباستخدام قياسات الزاوية المشابهة لتلك التي تُؤخذ باستخدام السدس ، أمكن تحديد اتجاه الطائرة بدقة. ولتحديد الموقع الأولي، استُبدلت زاوية الجيومتر (Gee) بنظام ديكا للملاحة (مارك 6)، الذي كان يُخرج القياسات مباشرةً على ثلاثة أقراص. ^{[ 7 ]}

من خلال تحديد موقع كل من مخرجات ADI و Decca على وحدة التحكم بالملاحة، إلى جانب مخرجات Green Satin، تمكنت كاميرا تصوير من تسجيل كل شيء في الوقت الفعلي لتحليل البيانات لاحقًا على الأرض. وشمل ذلك التقاط صورة للإعدادات كل ست ثوانٍ ثم حساب متوسط ​​مواقع الأجهزة. ^{[ 8 ]} أظهرت الاختبارات أن دقة Green Satin فوق الأرض في الطيران المستقيم والمستوي كانت أقل من ±0.1% من المسافة المقطوعة، وأقل من ±0.1 درجة في الانحراف. ^{[ 9 ]}

استُخدم جهاز غرين ساتين في البداية مع نظام عرض بسيط يتألف من قرصين كبيرين، يعرضان السرعة الأرضية الحقيقية بالعقدة على اليسار، وزاوية الانحراف على اليمين. وكانت مخرجات هذا النظام تُرسل عادةً، إلى جانب مخرجات بوصلة G4، إلى مؤشر تحديد الموقع الأرضي Mark 4 (GPI). وكان مؤشر تحديد الموقع الأرضي عبارة عن حاسوب ميكانيكي بسيط يدمج المدخلات لحساب الإزاحة من موقع أولي يُحدده المستخدم (مأخوذ من وحدة قياس السرعة الأرضية، على سبيل المثال)، ويعرض هذه الإزاحة إما كخطوط طول وعرض أو كأرقام مرجعية شبكية على شاشتين تشبهان عداد المسافات .

تم تجهيز طائرات كانبرا في البداية بطائرات غرين ساتين، ولكن سرعان ما تم استخدامها في معظم طائرات سلاح الجو الملكي البريطاني الأكبر حجماً. ونظراً لمشاكل التثبيت على سطح البحر الهادئ، كان لا بد من استخدام معدات ديكا الملاحية بدلاً من ذلك أثناء توجيه قنابل غرابيل من طائرات فاليانت .

استُخدم نظام "غرين ساتين" أيضًا مع نظام رادار ثانٍ يُدعى "ريد سيتر" لإنتاج نظام رادار جانبي محمول جوًا (SLAR). ^{[ أ ]} استخدم هذا النظام الهوائي والإلكترونيات من طراز H2S Mark IXA ، ولكن تم إيقاف تشغيل محرك المسح بحيث يشير عادةً إلى جانب واحد من الطائرة. تم إدخال زاوية الانحراف من "غرين ساتين" إلى المحرك لإجراء تعديلات طفيفة للحفاظ على الهوائي متعامدًا مع مسار الطائرة على الأرض، بغض النظر عن اتجاهها. ^{[ 3 ]}

زُوِّدت شاشة CRT المستخدمة في طائرة H2S العادية بنظام فيلم مزود ببكرة سحب آلية. كان المحرك موصولًا بمخرج سرعة الأرض لجهاز Green Satin، ما يسمح له بسحب الفيلم عبر واجهة الشاشة بسرعة تتناسب مع سرعة الأرض. عند إيقاف تشغيل محرك المسح، كانت شاشة CRT تعرض خطًا واحدًا، يتغير سطوعه تبعًا للانعكاسات على مسافات مختلفة من الطائرة. هذا يُعرِّض الفيلم للضوء، مُنتجًا صورة ثنائية الأبعاد للأرض على أحد جانبي الطائرة. ^{[ 3 ]}

تم تمرير الفيلم عبر نظام تحميض سريع من إنتاج كيلفن هيوز ، الذي صنع أنظمة مماثلة لأغراض متنوعة. تمت معالجة الفيلم وأصبح جاهزًا للعرض بعد فترة وجيزة. ^{[ 3 ]}

• AN/APN-89 ، وهو المكافئ الأمريكي لـ Green Satin.