أوبوا (للملاحة)

لتحديد موقع الشخص بدقة بالنسبة للأجسام على الأرض، يحتاج إلى نقطتي بيانات: زاويتان (كما في التثليث )، أو مسافتان ( التثليث الجانبي )، أو زاوية ومسافة ( VOR/DME ). كان استخدام الراديو لتوفير بعض أو كل هذه القياسات مجالًا للتطوير المستمر قبل اندلاع الحرب. وقد كان الألمان رواد هذا النهج بأنظمة تشغيلية مثل شعاع لورنز وجهاز X-Gerät ، التي استخدمت إشارتين ضيقتين تشبهان الشعاع تتقاطعان عند نقطة في السماء لتحديد الهدف باستخدام التثليث. لاحقًا، خلال حملة القصف الجوي الألماني (The Blitz )، قدم الألمان جهاز Y-Gerät ، الذي جمع بين شعاع لورنز واحد وقياس المسافة باستخدام جهاز الإرسال والاستقبال لتحديد المواقع. لكن مشكلة هذه الأنظمة جميعها أنها لم تُنتج أي معلومات إلا ضمن نطاق شعاعها الضيق، ولم تكن مفيدة للملاحة العامة.

تم تقديم نظام أكثر فعالية في نظام "جي" التابع لسلاح الجو الملكي البريطاني ، والذي استخدم إشارتين متزامنتين مكّنتا الملاح على متن القاذفة من تحديد موقعه باستخدام التثليث. ويمكن استخدامه في أي مكان ضمن خط الرؤية لمحطات الإرسال في المملكة المتحدة، وكان يوفر إشارة جيدة عمومًا حتى مسافة 500 كيلومتر تقريبًا (310 أميال) ، اعتمادًا على ارتفاع الطائرة. وكانت إشارة "جي" تُقرأ على شاشة راسم الذبذبات التي يبلغ قطرها حوالي 76 ملم (3 بوصات ) ، مما حدّ من دقة قياسات التوقيت. ونتيجة لذلك، كانت دقة "جي" في حدود الكيلومترات، وهو أمر مفيد للغاية للملاحة وقصف المناطق، ولكنه لم يوفر الدقة اللازمة للقصف الدقيق.  

بما أن دقة قياس زاوية ميل المحور الرأسي (Gee) كانت تعتمد بشكل كبير على الحجم الميكانيكي لوحدة المؤشر، فقد كان من الممكن تحسين الدقة باستخدام شاشة عرض أكبر. مع ذلك، في بدايات استخدام أنبوب أشعة الكاثود (CRT)، كانت هذه الشاشات باهظة الثمن وطويلة جدًا، مما جعلها غير مناسبة للتركيب على عدد كبير من طائرات قيادة القاذفات.

كان مفهوم عكس ترتيب الشاشة بحيث تكون الشاشة على الأرض وجهاز الإرسال على الطائرة واضحاً. وقد اقترحه أليك ريفز من شركة ستاندرد تيليفونز آند كابلز لأول مرة عام 1940، ثم عُرض رسمياً بمساعدة فرانسيس جونز في ربيع عام 1941. ^{[ 5 ]}

تتلخص الفكرة الأساسية في وجود محطتين أرضيتين تُرسلان إشارات بشكل دوري على ترددات متشابهة ولكن منفصلة. تحمل الطائرة أجهزة إرسال واستقبال ، واحد لكل إشارة، تُعيد بث الإشارات عند استقبالها. من خلال حساب زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا من البث إلى الاستقبال، ثم قسمة هذا الزمن على ضعف سرعة الضوء (سرعة انتقال الإشارة إلى الطائرة وعودتها)، يُمكن تحديد المسافة إلى الطائرة. هذه الطريقة تُشابه إلى حد كبير طريقة الرادار ، باستثناء أن جهاز الإرسال والاستقبال يُضخّم الإشارات بشكل كبير في رحلة العودة، مما يُحسّن الدقة من خلال توفير نبضات إشارة قوية وواضحة. ^{[ 5 ]}

تمثلت إحدى المشكلات العملية في استخدام قياسات المدى هذه لتوجيه قاذفة قنابل نحو هدفها. ففي حالة نظام Y-Gerät ، استُخدم شعاع واحد يُنتج مسارًا طبيعيًا للقاذفة. وكان المطلوب فقط قياس المدى على طول هذا المسار وإبلاغه لطاقم القاذفة. أما في حالة النظام الذي يستخدم قياسين للمدى، فلم يكن هناك مسار مُحدد في السماء تتبعه الطائرة. وكان بالإمكان تحديد المواقع والاتجاهات عن طريق إرسال قياسَي المدى إلى غرفة رسم الخرائط، ورسم أقواس من المحطات عند تلك المسافات المقاسة، ثم تحديد نقطة التقاطع. إلا أن هذه العملية كانت تستغرق وقتًا، وخلالها كانت الطائرة تتحرك، مما يجعلها بطيئة جدًا بحيث لا تُحقق الدقة المطلوبة.

تبنّى أوبو حلاً بسيطاً لهذه المشكلة. قبل المهمة، تم تحديد مسار يُمثّل قوس دائرة يمر نصف قطرها بالهدف، مُقاساً من إحدى المحطتين. أُطلق على هذه المحطة اسم "كات". بعد ذلك، تستخدم الطائرة تقنيات الملاحة التقليدية، كالتخطيط التقديري أو نظام "جي" (إن وُجد)، لتحديد موقعها على مسافة معينة شمال أو جنوب الهدف، عند نقطة قريبة من هذا الخط. ثم تبدأ بالتحليق نحو الهدف، وعندها يُصدر مُشغّل في محطة "كات" تعليمات تصحيحية لجعل الطائرة تقترب أو تبتعد عن المحطة حتى تصل إلى المدى الصحيح تماماً للحفاظ على مسارها ضمن الدائرة. ^{[ 6 ]}

واصلت محطة "كات" مراقبة الطائرة وهي تُبقيها على هذه المسافة الدقيقة أثناء تحليقها نحو الهدف، مما جعلها تحلق على طول المسار المحدد مسبقًا. أما المحطة الثانية، التي تحمل الاسم الرمزي "ماوس"، فقد حسبت أيضًا المسافة إلى الهدف قبل بدء المهمة. وعندما تقترب القاذفة من تلك المسافة المحددة، تُصدر المحطة الأولى إشارة تنبيه لإبلاغ مُصوِّب القنابل ببدء عملية الإسقاط، ثم إشارة ثانية في الوقت المناسب لإسقاطها. باستخدام هذه الطريقة، لم تكن هناك حاجة للمحطتين لمقارنة القياسات أو إجراء أي حسابات مثلثية لتحديد الموقع الفعلي في الفضاء، حيث قامت كلتاهما بقياسات المسافة البسيطة مباشرةً من شاشتيهما وأرسلتا تصحيحاتهما المنفصلة إلى الطائرة. ^{[ 6 ]}

عمليًا، لم تكن تُرسل المسافات إلى الطائرات صوتيًا. بدلًا من ذلك، كان مولد نغمات يُصدر نقاطًا أو شرطات بلغة مورس تحت سيطرة المشغلين. كان هذا مشابهًا لأنظمة الشعاع مثل نظام لورنز، التي كان طاقم الطائرات البريطاني على دراية باستخدامها كأداة مساعدة للهبوط الآلي في فترة ما قبل الحرب. إذا كانت الطائرة قريبة جدًا من المحطة، كان المشغل يُشغل إشارة النقاط، وإذا كانت بعيدة جدًا، يُشغل إشارة الشرطات. يمكن مزج الإشارتين بحيث عندما تقترب الطائرة من المدى الصحيح، تملأ النقاط الفراغات بين الشرطات لتشكل نغمة ثابتة. ^{[ 7 ]}

كان يتم إرسال إشارة دورية عبر مفتاح لإرسال حرف يشير إلى مدى بُعد الطائرة عن النطاق الصحيح، حيث يشير الحرف X إلى 20 ميلاً (32 كم) ، والحرف Y إلى 10 أميال (16 كم) ، والحرف Z إلى 5 أميال (8.0 كم) . وبالمثل، كانت محطة "ماوس" ترسل سلسلة من الإشارات المفتاحية للإشارة إلى بدء الاقتراب، حيث يشير الحرف S إلى بدء الاقتراب، ثم الحروف A وB وC وD مع اقتراب الطائرة. ^{[ 7 ]}   

مع ذلك، كانت هناك بعض المشاكل الواضحة في هذا النهج. من أبرزها أن أي محطة أرضية كانت قادرة على تتبع طائرة واحدة فقط في كل مرة، مقارنةً بنظام "جي" حيث كان بإمكان أي قاذفة التقاط الإشارات من المملكة المتحدة وإجراء الحسابات اللازمة. لم يُلغِ هذا النظام جدواه فورًا؛ فقد كان نظام "واي-غيرات" يعاني من نفس القيد، لذا استُخدم لتحديد الأهداف من خلال تحليق طائرة واحدة تحت السيطرة وإسقاطها مشاعل حرارية لتسقطها الطائرات اللاحقة. وقد اعتمد البريطانيون الحل نفسه. ^{[ 8 ]}

كان من بين المخاوف الأكثر إثارة للقلق أن طائرة القاذفة ستضطر إلى الطيران بشكل مستقيم ومستوٍ على طول مسار منحني قليلاً بينما تراقب المحطة الأرضية مداها أثناء تحليقها نحو الهدف. خلال هذه الفترة، ستكون الطائرة عرضة للهجوم، وهو ما اعتبره البعض انتحارًا شبه كامل. أخيرًا، لم يجد البريطانيون صعوبة في التشويش على نظام Y-Gerät الألماني ، حتى قبل استخدامه على نطاق واسع. لم يكن هناك ما يدعو للاعتقاد بأن الألمان لن يفعلوا الشيء نفسه مع نظام Oboe بمجرد اكتشافهم للإشارات. ^{[ 8 ]}

على الرغم من المعارضة الواسعة لاستخدام جهاز أوبوا، أمر إيه بي روو ببدء تطويره. بدأ التطوير على طول موجة 1.5 متر (200 ميجاهرتز) المشتركة بين معظم أنظمة الرادار البريطانية المبكرة، وكذلك على طول موجة الميكروويف "الرائجة" الجديدة ^{[ 8 ]} البالغة 10 سنتيمترات (3.0 جيجاهرتز) التي يوفرها المغنطرون التجويفي . لم يوفر الأخير دقة أعلى فحسب، بل كان أيضًا محصنًا إلى حد كبير ضد التشويش ما لم يطور الألمان أجهزة ميكروويف عالية الطاقة خاصة بهم. لم يحدث هذا إلا في الأيام الأخيرة من الحرب. ^{[ 8 ]}  

أُنشئت محطتان في أقصى الشرق، إحداهما في دوفر ( والمر ) والأخرى في كرومر ( قاعدة سلاح الجو الملكي البريطاني تريمينغهام ). في أي مهمة، كانت إحدى المحطتين تُسمى "القط" والأخرى "الفأر". في اختبارات مبكرة في سبتمبر 1941، أظهرت طائرة تحلق على طول قوس يبعد 130 كيلومترًا (81 ميلًا؛ 70 ميلًا بحريًا) عن دوفر دقة بلغت 50 مترًا (160 قدمًا) ، متفوقةً على أي طريقة قصف مستخدمة آنذاك. لم تكن دقة القنابل بنفس الجودة، نظرًا لاختلاف مساراتها. في عرض توضيحي لكبار المسؤولين في 2 يوليو 1942، أظهر النظام دقة واقعية بلغت 65 مترًا (210 أقدام) . ^{[ 5 ]} في المقابل، حتى مع استخدام أجهزة التصويب البصرية المتقدمة مثل نوردن ، كانت متوسطات الدقة في عام 1942 في حدود 1500 ياردة (1400 متر) .     

استُخدمت طائرة أوبو لأول مرة في عمليات تجريبية بواسطة قاذفات شورت ستيرلينغ الثقيلة في ديسمبر 1941، حيث هاجمت بريست . ^{[ 9 ]} كان لهذه الطائرات سقف خدمة محدود نسبيًا ، واقتصرت على الهجمات قصيرة المدى حيث حافظت على خط رؤية مباشر مع المملكة المتحدة. ^{[ 10 ]}

في ذلك الوقت، دار نقاش حاد في قيادة القاذفات حول استخدام "الكشافة"، وهي طائرات وأطقم متخصصة تتولى مهمة تحديد الأهداف واستخدام الشعلات لتحديدها تمهيدًا للهجوم. وقد استُخدمت هذه التقنية لأول مرة خلال حملة القصف الجوي الألماني (بليتز)، لا سيما من قبل المجموعة القتالية المتخصصة "كامبفغروب 100" ، إلا أن فعاليتها تضاءلت بشكل كبير بسبب جهود التشويش البريطانية . ومع ذلك، حظي المفهوم بدعم كافٍ لتشكيل قوة صغيرة من طائرات "موسكيتو" للعمل كقوة كشافة، باستخدام أنظمة الرؤية البصرية العادية. لكن هذا لم يُحقق النتائج المرجوة عمليًا، إذ لم يُسفر إلا عن تحسن طفيف في الدقة.

لكن طائرات موسكيتو كانت أيضاً الطائرات الوحيدة التي تتمتع بالأداء اللازم للطيران على ارتفاعات تسمح باستقبال إشارات جهاز أوبوا فوق ألمانيا. وفي اجتماع عُقد صيف عام ١٩٤٢، تم الاتفاق على تجهيز طائرات موسكيتو الاستطلاعية بجهاز أوبوا. وبعد أن واجهت معارضة سابقة، أدى إضافة جهاز أوبوا إلى دحض الحجة ضد الدور المتخصص، وبدأ تشكيل ما سيُعرف لاحقاً باسم قوة الاستطلاع رغم الاعتراضات المستمرة. ^{[ ١١ ]}

بدأت التجارب الأولى لنظام أوبو في بيئة قتالية فوق ألمانيا ليلة 20/21 ديسمبر 1942، عندما أُرسلت قوة صغيرة مؤلفة من ست طائرات موسكيتو مجهزة بنظام أوبو لقصف محطة توليد كهرباء في لوتيراد بهولندا، على الحدود الألمانية. فشلت ثلاث من هذه الأنظمة، لكن الطائرات الثلاث المتبقية، بقيادة قائد السرب إل إي بوفتون، تمكنت من إسقاط القنابل بنجاح. أظهرت مهمة استطلاع لاحقة في اليوم التالي إمكانية تحديد تسع حفر ناجمة عن القنابل، جميعها متقاربة ولكن على بُعد حوالي كيلومترين (1.2 ميل) من الهدف. أُجريت اختبارات مماثلة بأعداد قليلة من طائرات أوبو، حيث كانت تُسقط أحيانًا مشاعل حرارية لأعداد قليلة من طائرات أفرو لانكستر التي تتبعها، طوال شهري ديسمبر ويناير. ^{[ 12 ]} 

في البداية، اعتبر الألمان هذه الهجمات الصغيرة مجرد غارات مزعجة تهدف إلى تعطيل الإنتاج عن طريق إجبار العمال على اللجوء إلى الملاجئ. إلا أنه سرعان ما تبين أن شيئًا غريبًا يحدث؛ إذ كانت الطائرات تُسقط ما بين 6 إلى 10 قنابل فقط، غالبًا عبر غطاء سحابي كثيف، وتصيب 80 إلى 90% منها أهدافها، والتي كانت عادةً أفران صهر أو محطات توليد طاقة. ^{[ 13 ]} وكجزء من هذه العملية، أطلقت القاذفات مشاعل ضوئية ، أضاءت الأرض أسفل الطائرات بما يكفي للتصوير. في 7 يناير 1943، لاحظ النقيب ألكسندر دال هذه المشاعل، واقترح أنهم كانوا يستخدمون الصور لتصحيح أخطاء القياس في نظام قصف جديد. ^{[ 14 ]}

كان هذا بالضبط ما يحدث. ففي المملكة المتحدة، أظهر جهاز أوبوا دقة تصل إلى عشرات الأمتار، لكن في القارة الأوروبية، كانت الاختبارات المبكرة تُنتج نتائج أسوأ. ولكن سرعان ما اتضح وجود نمط للأخطاء، والذي يُعتقد أنه ناتج عن اختلافات في شبكات المسح المستخدمة في القارة. وقدّم الألمان أنفسهم حلاً لهذه المشكلة؛ فقبل الحرب، بذلوا جهدًا لمعايرة النظامين في سلسلة من القياسات عبر القناة الإنجليزية، والتي تلقتها أيضًا هيئة المساحة البريطانية . وباستخدام هذه التصحيحات، تمكنوا من معالجة أوجه القصور على الفور تقريبًا. ^{[ 15 ]}

بحلول أواخر الربيع، كانت أطقم قيادة القاذفات قد أتقنت تقنية قصف الأهداف المحددة بما يكفي لبدء عمليات واسعة النطاق. ثم بدأ هاريس سلسلة من الغارات عُرفت باسم معركة الرور ، بدأت بغارة على مدينة إيسن في 5 مارس، والتي أسفرت عن نتائج ضعيفة نسبيًا على الرغم من دقة تحديد الأهداف. وكانت الغارة الكبرى التالية على مصنع كروب في إيسن في 12/13 مارس أكثر نجاحًا إلى حد ما، تلتها مجموعة من الغارات التي حققت نتائج متباينة للغاية. مع ذلك، بحلول مايو، تم تحسين التقنية، وأظهرت سلسلة من الغارات الكبيرة جدًا، التي شارك فيها عادةً ما بين 500 و800 قاذفة، نتائج ناجحة بشكل متزايد. من بين هذه الغارات غارة أواخر مايو على دورتموند التي تسببت في توقف مصنع هوش للصلب عن الإنتاج، وغارة أواخر يوليو على مصنع كروب التي صرّح غوبلز بأنها تسببت في "توقف كامل للإنتاج في مصنع كروب". ^{[ 16 ]} أظهر تحليل النتائج أن عدد القنابل التي سقطت على أهدافها قد تضاعف مقارنةً بما قبل عصر أوبو. ^{[ 17 ]}

كانت مهمات طائرات أوبو واضحة المعالم لمشغلي الرادار الألمان؛ إذ كانت الطائرات تبدأ من مسافة ما شمال أو جنوب الهدف، ثم تقترب منه في مسار مقوس أطلقوا عليه اسم " بوميرانغ ". ورغم أن المشغلين سرعان ما اعتادوا على هذه الطائرات، إلا أن ترتيب اعتراضها وهي تحلق على ارتفاعات عالية وبسرعة فائقة أثبت أنه أمر في غاية الصعوبة.

استغرق الألمان أكثر من عام لفك شفرة نظام تحديد الهوية " بيب-سكويك " ( Pip-squeak) عام 1940، بقيادة المهندس هـ. ويدرا، الذي كان قد اكتشف نظام "بيب-سكويك " البريطاني لتحديد الصديق والعدو (IFF). جرت أول محاولة لتشويش نظام "أوبو" في نهاية أغسطس 1943 خلال هجوم على مصنع "بوخومر فيراين" للصلب في إيسن. بثّ نظامٌ أُقيم في محطة تتبع "مايباوم" في كيتفيغ إشاراتٍ زائفة من نقاط وشرطات على  نطاق 1.5 متر، على أمل أن يُصعّب على الطيار تحديد موقعه. كانت هذه هي نفس التقنية التي استخدمها البريطانيون ضد الأنظمة الألمانية خلال حملة القصف الجوي الألماني (ذا بليتز).

دون علم الألمان، كان نظام أوبو قد انتقل بالفعل إلى تردد الميكروويف 10  سم (3  جيجاهرتز) أوبو مارك 2، لكن البريطانيين استمروا في بث الإشارات القديمة كحيلة. وظل فشل التشويش على أوبو لغزًا حتى يوليو 1944، عندما تم ضبط الإشارة القديمة بشكل خاطئ لتحديد هدف واحد بينما حددت إشارة استطلاع هدفًا آخر بدقة. استنتج الألمان بسرعة وجود إشارة أو نظام آخر قيد الاستخدام. كان الألمان على دراية جيدة بأنظمة الميكروويف البريطانية في  نطاق 10 سم، ولكن في أبريل 1944، كان سلاح الجو الملكي البريطاني قد أدخل بالفعل أوبو مارك 3، الذي قاوم محاولات التشويش الألمانية. كما سمح مارك 3 لما يصل إلى أربع طائرات باستخدام مجموعة من الترددات (المحطات) وسمح بأنماط اقتراب مختلفة، وليس فقط القوس. ^{[ 18 ]}

بحلول ذلك الوقت، كانت معركة الرور قد انتهت منذ زمن طويل، وتركزت معظم جهود القصف التي بذلها سلاح الجو الملكي البريطاني على أهداف بعيدة جدًا داخل ألمانيا بحيث لا يمكن رؤيتها بواسطة نظام أوبو. تولى نظام H2S الدور الرئيسي في تلك الحقبة. وقد أتاحت عمليات إنزال النورماندي والاختراق اللاحق معالجة هذا الأمر من خلال إنشاء محطات أوبو جديدة في القارة الأوروبية.

في أواخر الحرب، استُخدمت طائرة أوبو للمساعدة في عمليات إنزال الغذاء للهولنديين الذين ما زالوا محاصرين تحت الاحتلال الألماني، كجزء من عملية مانا . تم تحديد نقاط الإنزال بالتنسيق مع المقاومة الهولندية ، وأُسقطت حاويات الطعام على بُعد حوالي 30 مترًا (98 قدمًا) من نقطة الهدف باستخدام طائرة أوبو.