オーボエ（ナビゲーション）

オーボエは、無線トランスポンダー技術に基づいた、第二次世界大戦中のイギリスの空中ブラインド爆撃システムでした。このシステムは、地上の無線送信機のペアで構成され、航空機内のトランスポンダーで受信および再送信された信号を送信しました。各信号が航空機に到達するのにかかった時間を比較することにより、航空機とステーション間の距離を決定できます。その後、オーボエのオペレーターは航空機に無線信号を送信して、標的に向けて爆弾の放出のタイミングを適切に合わせました。

このシステムは、1941年12月に必要な視線を維持できるフランス上空での短距離攻撃で初めて使用されました。ルールの貴重な産業標的を攻撃するために、パスファインダー飛行隊のデ・ハビランド・モスキートだけが、その距離の地上ステーションに見えるほど十分に高く飛んだ。そのような作戦は1942年に始まり、モスキトスはオーボエを使って重爆撃機の標的と高価値の標的に対する直接攻撃の両方をマークした。 1942年12月21日の攻撃で、オーボエの誘導爆撃機はエッセンのクルップ工場に爆弾の50％以上を投下しました。これは、標的に着弾する爆弾の10％未満をもたらした以前の努力よりも大幅に改善されました。短い波長を使用したバージョンでは、15メートル（49フィート）のオーダーの精度が実証されました。

オーボエは、1943年のルールの戦いでパスファインダーマーカー航空機によって広く使用されました。1943年12月、爆撃機司令部はベルリンの戦いを開始しました。ベルリン爆撃機に対するキャンペーンでは、代わりにH2Sに頼らざるを得なかったため、Oboeの一貫した精度を提供することはできませんでした。後に開発されたのはGee-Hシステムで、トランスポンダーは地上に残りましたが、送信機は読み取りが行われる航空機に搭載されていました。このシステムにより、約80機の航空機を同時に誘導することができました。 H2SもGee-Hもオーボエの精度を提供できませんでした。これは、戦争中のシステムの中で最高の平均爆撃精度を示しました。

歴史

バックグラウンド

地上のオブジェクトに対する位置を正確に特定するには、2つのデータポイントが必要です。 2つの角度（三角測量など）、2つの距離（三辺測量）、または角度と距離（VOR / DME）。無線を使用してこれらの測定値の一部またはすべてを提供することは、戦争が始まるまでの継続的な開発の分野でした。ドイツ人はこのアプローチを開拓し、ローレンツビームやX-Gerätなどの運用システムで、空のある地点で交差する2つの細いビームのような信号を使用してターゲットを示しました。その後、The Blitzでドイツ人はY-Gerätを導入しました。これは、単一のローレンツビームとトランスポンダーベースの距離測定を組み合わせて位置を修正しました。これらすべてのシステムの問題は、狭いビーム内を除いて情報を生成せず、汎用ナビゲーションには役に立たないことでした。

より便利なシステムがRAFのGeeシステムに導入されました。このシステムでは、爆撃機のナビゲーターが位置を特定できる2つのタイミング信号を使用しました。英国の送信局の見通し内であればどこでも使用でき、通常は航空機の高度に応じて約500キロメートル（310マイル）までの妥当な信号を提供します。 Geeは、オシロスコープのディスプレイで約3インチ（76 mm）読み取られたため、タイミング測定の精度が制限されました。その結果、Geeはキロメートル単位で正確でした。これは、ナビゲーションとエリア爆撃に非常に役立ちましたが、ピンポイント爆撃に必要な精度を提供しませんでした。

Geeの精度はインジケータユニットの機械的サイズに大きく依存していたため、より大きなディスプレイを使用することで精度を向上させることができました。しかし、これらの初期のブラウン管（CRT）では、このようなディスプレイは非常に高価で非常に長く、多数の爆撃機司令機に適合させるのに適さなかった。

最初の提案

ディスプレイが地上にあり、航空機の送信機が表示されるように、ディスプレイの配置を逆にするという概念は明らかでした。 1940年に最初に標準電話とケーブルのアレックリーブスによって提案され、その後1941年の春にフランシスジョーンズの助けを借りて正式に発表されました。

基本的な考え方は、似ているが別々の周波数で定期的に信号を送信する2つの地上局を持つことです。航空機は各信号に1つずつトランスポンダーを搭載し、受信時に信号を再放送しました。放送から受信までの合計往復時間を計り、次に光の速度の2倍で割ることにより（信号が航空機に行き、再び戻る）、航空機までの距離を決定することができます。これは、トランスポンダーが帰路の信号を大幅に増幅したことを除き、レーダーと本質的に同じでした。これは、強く明確に定義された信号パルスを提供することで精度を高めました。

実際の問題は、これらの距離測定を使用して爆撃機を目標に向けて誘導することでした。 Y-Gerätの場合、爆撃機が飛行する自然な経路を生成する単一のビームが使用されました。この経路に沿った範囲のみを測定し、爆撃機の乗組員に中継する必要がありました。 2つの距離測定を使用するシステムの場合、航空機が従うための空に固有の経路はありませんでした。位置と方向は、2つの距離測定値をプロットルームに電話をかけ、それらの測定距離にあるステーションから円弧を描き、交差点を特定することで決定できます。ただし、これには時間がかかり、その間に航空機が移動し、所望の精度を提供するには遅すぎました。

オーボエはこの問題に簡単な解決策を採用しました。ミッションの前に、2つのステーションのいずれかから測定した半径がターゲットを通過する円の円弧を表すパスが定義されました。この駅には「猫」という名前が付けられました。航空機は、従来の航法技術、推測航法または装備されている場合はジーを使用して、この線の近くのポイントにターゲットの北または南の距離を配置します。その後、ターゲットに向かって飛行を開始します。この時点で、Catのオペレーターは、正確な範囲で飛行して円を維持するまで航空機を駅から近づけたり遠ざけたりする修正を呼び出します。

Catステーションは、ターゲットに向かって飛んでいる間、航空機をこの正確な距離に配置し続け、航空機を事前に定義されたアークに沿って飛行させました。「マウス」というコードネームの2番目のステーションも、ミッションの前にターゲットまでの距離を計算しました。爆撃機がその所定の範囲に近づくと、まず「ヘッドアップ」を呼び出して爆弾照準器に実行を開始するように指示し、次に適切なタイミングで2番目の信号を送信してドロップします。この方法を使用すると、2つのステーションで測定値を比較したり、空間内の実際の位置を特定するために三角法を実行したりする必要はありませんでした。どちらも、画面から直接簡単な範囲測定を実行し、個別の補正を航空機に送信しました。

実際には、範囲は音声で航空機に送信されませんでした。代わりに、トーンジェネレーターは、オペレーターの制御下でモールス符号ドットまたはダッシュを生成しました。これは、英国の乗組員が戦前のブラインド着陸補助装置としての使用にすでに慣れ親しんでいたローレンツのようなビームシステムに似ていました。航空機が駅に近すぎる場合、オペレーターはドット信号を再生し、遠すぎる場合はダッシュします。 2つを混合して、正しい範囲に近づくと、信号がゆっくりと安定したトーンに変わるようにすることができます。信号は定期的にキー入力され、正しい範囲からどれだけ離れているかを示す文字が送信されます。Xは20マイル（32 km）、Y 10マイル（16 km）、Z 5マイル（8.0 km）を示します。同様に、マウスステーションは一連のキー付き信号を送信してアプローチを示し、Sはアプローチが開始されたことを示し、A、B、C、Dは航空機が接近したことを示します。

開発とテスト

ただし、このアプローチには明らかな問題がいくつかありました。最も明らかなことの1つは、爆撃機が英国からの信号を受信して必要な計算を実行できるジーと比較して、地上ステーションは一度に1機の航空機しか追跡できないことです。これはすぐに有用なシステムとして排除されませんでした。 Y-Gerätにも同じ制限があったため、制御下にある1機の航空機を飛行させ、後続の航空機が降下するためにフレアを落とすことにより、ターゲットマーキングに使用されました。イギリスは同じ解決策を採用しました。

しかし、より心配な懸念は、爆撃機が緩やかに曲がった経路に沿ってまっすぐに水平にならなければならないということでした。地上オペレーターはその範囲を決定し、修正を無線で送りました。この間、航空機は攻撃に対して無防備になり、一部は自殺に近いと考えられていました。そして最後に、イギリス人がY-Gerätを非常に簡単に妨害したので、広く使用される前に、ドイツ人が信号を検出するとすぐに同じことをしないと期待する理由はなかったことが指摘されました。

オーボエの使用に対する広範な反対にもかかわらず、APロウは開発の開始を命じた。開発は、ほとんどの初期の英国のレーダーシステムで共有されていた1.5 mの波長だけでなく、キャビティマグネトロンによって提供される新しい「ファッショナブルな」10 cmマイクロ波波長でも開始されました。後者は、より高い精度を提供するだけでなく、ドイツ人が独自の高出力マイクロ波デバイスを開発しない限り、妨害に対する大部分の耐性があります。これは戦争の最後の数日間にのみ発生しました。

極東に2つのステーションが設置されました。1つはドーバー（Walmer）に、もう1つはクローマー（RAF Trimingham）にあります）。どのミッションでも、ステーションの1つはネコと他のマウスになります。 1941年9月の初期テストで、ドーバーから130キロメートル（81マイル）の円弧に沿って飛行する航空機は、50メートル（160フィート）の精度を示し、当時のどの爆撃法よりも優れていました。爆弾自体は同一ではなく、軌道がわずかに異なるため、爆弾の精度はそれほど良くありませんでした。 1942年7月2日の高官向けのデモンストレーションで、システムは65メートル（213フィート）の実世界の精度を示しました。対照的に、ノルデンのような高度な視覚爆弾照準器を使用しても、1942年の平均精度は1,500ヤード（1,400 m）程度でした。

オーボエは、1941年12月にショートスターリングの重爆撃機による実験操作で最初に使用され、ブレストを攻撃しました。これらの航空機は、サービスの上限が比較的限られており、英国への見通しを維持する短距離での攻撃に限定されていました。

当時、爆撃機司令部では、ターゲットを見つけてフレアを使用して攻撃のマークを付ける「パスファインダー」、特殊な航空機、および乗組員の使用について大きな議論が行われていました。同じ技術は、特に専門家Kampfgeschwader 100によってドイツ人によって電撃戦の間に最初に使用されましたが、その有効性はイギリスの妨害努力によってひどく削減されました。それにも関わらず、この概念には十分な裏付けがあり、通常の光学照準を使用して、小さな力の蚊が組織されてパスファインダーの力として機能していました。これは実際には残念であり、精度がわずかに向上するだけでした。

しかし、蚊は、ドイツ上空でオーボエ信号を受信できる高度で飛行する性能を備えた唯一の航空機でもありました。 1942年の夏の会議で、パスファインダーの蚊にオーボエが装備されることに同意しました。以前に反対に直面していたオーボエの追加は、専門家の役割に反対する議論を混乱させ、Pathfinder Forceになることは進行中の異議を越えて形成し始めました。

サービスに

ドイツでの戦闘設定でのオーボエとの最初の実験は、1942年12月20/21の夜に始まり、6人のオーボエを装備した蚊の小さな部隊がドイツ国境にあるオランダのルッタレードの発電所を爆撃するために送られました。 3セットは失敗しましたが、LE Bufton中隊長が率いる残りの3機は適切に落下することができました。翌日のフォローアップ偵察任務では、9つの爆弾クレーターを特定でき、それらはすべて密集しているが、ターゲットから約2キロメートル（1.2マイル）離れていることが示されました。 12月と1月を通して、少数のオーボエ航空機を使用した同様のテストが、その後に続く少数のアブロランカスターのフレアをドロップすることがありました。

最初、ドイツ人は労働者を空襲シェルターに送ることで生産を混乱させることを意図したこれらの小さな攻撃を迷惑な襲撃として取り消しました。しかし、非常に奇妙なことが起こっていることがすぐにわかりました。航空機は6〜10個の爆弾を投下しましたが、多くの場合、重い雲に覆われており、80〜90％がターゲット（通常は高炉または発電所）に衝突していました。このプロセスの一環として、爆撃機はフォトフラッシュフレアを放出しました。これは、写真撮影に十分なほど航空機の下の地面を照らしました。 1943年1月7日、ハウプトマン・アレクサンダー・ダールはこれらに注目し、写真を使用して新しい爆撃システムの測定誤差を修正するよう提案した。

これはまさに起こっていたことでした。オーボエは英国上で数十メートルの精度を実証しましたが、大陸では初期のテストでは常に悪い結果が出ました。しかし、ミスのパターンがあることがすぐに明らかになりました。これは、大陸で使用されている測量グリッドの違いによるものと推測されました。この問題の解決策は、ドイツ人自身によって提供されました。戦争の前に、彼らは英国兵器調査も受け取った一連のクロスチャンネル測定で2つのシステムを較正する努力をしていました。これらの修正を使用して、彼らは不正確性にほぼ即座に対処することができました。

春の終わりまでに、爆撃機司令部の乗組員は、主要な作戦を開始するのに十分な爆弾マーカー技術を実践していた。その後、ハリスはルールの戦いとして知られる一連の襲撃を開始し、3月5日にエッセンを襲撃し、適切なマーキングにもかかわらずかなり劣った結果をもたらしました。 3月12/13日にエッセンにあるクルップ工場に対する次の大規模な襲撃はやや成功し、その後、非常に異なる結果になった襲撃が混在しました。しかし、5月までにこの手法は調整され、通常500〜800機の爆撃機による一連の非常に大きな襲撃で、ますます成功した結果が示されました。これらの中には、5月下旬のドルトムントへの襲撃があり、これによりヘッシュ製鉄所の生産が中止され、7月下旬にゲップベルズが「クルプス工場の生産が完全に停止した」と述べたクルップスへの襲撃があった。結果の分析により、ターゲットに落ちた爆弾の数は、オーボエ時代以前から倍増したことが示されました。

ドイツの対策

オーボエの任務は、ドイツのレーダー運用者にとって明確に特定できました。航空機はターゲットの北または南の距離を開始し、「ブーメラン」と呼ばれるアーク経路上でターゲットに近づきます。オペレーターはすぐにこれらの航空機に慣れましたが、実際に高速で高速の航空機の迎撃を手配することは非常に困難でした。

1940年にイギリスの「ピップきしみ」識別フレンドまたは敵システムを検出したエンジニアH.ウィドドラが率いるシステムの動作を解読するのに1年以上かかりました。オーボエを妨害する最初の試みが行われました1943年8月末、エッセンのボチューマーフェライン製鉄所への攻撃中。 KettwigのMaibaum追跡ステーションにセットアップされたシステムは、パイロットが正しい位置にいるかどうかを判断できないように、1.5 mの帯域で偽のドットとダッシュ信号をブロードキャストしました。これは、英国がブリッツの間にドイツのシステムに対して使用したのと同じテクニックでした。

しかし、オーボエシステムはすでにマイクロ波周波数の10 cmオーボエMkに移行していました。 II、しかしイギリス人は策略として古い信号を放送し続けた。 1944年7月まで、オーボエを妨害することの失敗は謎であり、パスファインダーが別のターゲットを完全にマークする一方で、古い信号が誤って1つのターゲットをマークするように設定されました。ドイツ人は、使用中の別の信号またはシステムがあるとすぐに推測した。ドイツ人は10 cmの領域でイギリスのマイクロ波システムに精通していましたが、1944年4月にRAFはすでにオーボエMkを導入していました。 III、ドイツの妨害活動に抵抗した。 Mk。 IIIはまた、最大4機の航空機が一連の周波数（ステーション）を使用することを許可し、アークだけでなく異なるスタイルのアプローチを許可しました。

終戦後の使用

この時点までにルールの戦いは長く終わり、空軍の爆撃努力の大部分は、オーボエが見るにはドイツに遠すぎる目標に集中した。 H2Sは、この時代の主要な役割を果たしました。 D-Dayの侵略とその後のブレイクアウトにより、大陸に新しいオーボエステーションを設置することでこれに対処することができました。

戦争の終盤、オボエは、マナ作戦の一環として、ドイツの占領下にまだ閉じ込められているオランダ人への食物ドロップを支援するために使用されました。オランダのレジスタンスにドロップポイントが配置され、オーボエを使用して照準点から約30 m（98フィート）以内にフードキャニスターがドロップされました。

技術的な詳細

オーボエは、イギリスの分離した場所にある2つのステーションを使用して、無線トランスポンダーを搭載したモスキートパスファインダー爆撃機に信号を送信しました。トランスポンダは信号を再送信し、2つのステーションで受信しました。各信号の往復時間は爆撃機までの距離を示しました。

各オーボエステーションは、無線測距を使用して特定の半径の円を定義し、2つの円の交点がターゲットを特定します。モスキートは、「猫」と呼ばれる1つのステーションで定義された円の円周に沿って飛行し、別のステーションで定義された円との交差点に到達すると、その荷物（爆弾またはマーキングフレアのいずれか）を落としました。「マウス」として知られています。イングランド南部にオーボエステーションのネットワークがあり、どのステーションも猫またはマウスとして運用できました。

Mark I Oboeは、200 MHz（1.5メートル）の高域VHF周波数で動作するChain Home Lowテクノロジーから派生しました。 2つのステーションは、毎秒約133の速度で一連のパルスを放出しました。パルス幅は短くも長くもできるので、モールス符号のドットまたはダッシュとして航空機に受信されました。 Catステーションは、航空機が近すぎる場合は連続ドットを送信し、航空機が遠すぎる場合は連続ダッシュを送信し、これらからパイロットがコース修正を行うことができました。（ドイツ人はKnickebeinと同様の方法を使用しました 。）

たとえば、彼らの蚊が標的の範囲内にいることを乗務員に通知するために、さまざまなモールス文字を送信することもできます。マウスステーションは、爆弾の解放を示すために5つの点とダッシュを送信しました。マウスステーションには、適切な解放時間を決定するための「ミケストロ」と呼ばれる爆弾照準コンピューターが含まれていました。地上ステーションの制御下にある蚊に爆弾照準器を運ぶ特別なロジックはありません。

オーボエは1943年1月にエッセンに対してテストされましたが、オーボエはルール地方の工場などの「大きな工業用プラント」に使用されることはほとんどありませんでした。 Oboeの基本的なアイデアは、Telecommunications Research Establishment（TRE）のFrank Jonesとのパートナーシップで実装された、Standard Telephones and Cables LtdのAlec Reevesから生まれました。また、チームの一部は、後にデニス・ストップス博士であり、後にユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの物理学の第一人者となりました。オーボエの開発におけるデニス・ストップスの役割は非常に秘密だったため、彼は彼の仕事を遂行するためにウィング・コマンダーとしてRAFパスファインダー飛行隊に徴兵されました。彼の役割は主に、陸上レーダーシステムと組み合わせて航空機のシステムを開発することでした。システムは、三角測量を使用してターゲットを特定することで機能しました。ストップス博士はかつて、このシステムの予期せぬスピンオフの一つは、ドイツ人がしばしばイギリス人が爆撃を計画していることを知らなかったことだと言った。

同様のシステム

ドイツ人は、限られた規模で東部戦線を爆撃するために、概念的にはオーゴンに似たシステム、 エゴンというコードを即興で作りました。 CatとMouseの役割を果たすために、2つの修正されたFreyaを使用しました。これらの2つのフレイアエゴンセットは、約93マイル（150 km）離れて配置され、航空機はそれらに応答するために2チャネルのIFFを搭載していました。音声ラジオが爆撃機を指揮しました。ドイツ人は他の電子ナビゲーションシステムに多大な努力を払っていましたが、この概念をこれ以上取り入れることはありませんでした。

射程の制限に加えて、オーボエには別の制限がありました。一度に実際に使用できるのは1機のみです。その結果、イギリスはオーボエを再考し、まったく同じ考え方に基づいて「GEE-H」（または「GH」）という名前の新しいスキームを考案しました。トランスポンダ。

ランダムなノイズが各航空機のパルス出力のタイミングに挿入されたため、航空機は2つのステーションを並行して使用できました。航空機の受信ギアは、独自のパルスパターンとトランスポンダーから返されたパルスパターンを一致させることができます。各受信-応答サイクルはトランスポンダーに100マイクロ秒かかり、1秒あたり最大10,000件の問い合わせを処理でき、「衝突」が起こりにくくなります。実際の制限は、一度に約80機でした。

「GEE-H」という名前は、スキームがオーボエに非常に近く、GEEとあまり似ていないため、混乱を招く可能性があります。このシステムがGEEテクノロジーに基づいており、15〜3.5メートル/ 20〜85 MHzの同じ波長帯で動作し、当初GEEディスプレイとキャリブレータを使用していたため、この名前が採用されました。「H」という接尾辞は、 2つの地上局のトランスポンダーからの距離を測定するツインレンジまたは「H」の原理を使用するシステムから来ました。それはオーボエとほぼ同じくらい正確でした。

大衆文化において

オーボエは、BBCテレビシリーズ「 シークレットアーミー 」の「失われた羊」エピソードのプロットポイントとして登場します。