米国のレーダー開発

レーダーの始まり

１８５６年にスコットランド生まれのジェームズ・クラーク・マックスウェルが電磁波が存在することを理論的に導き、その速度が光と同じであることを予測して１８７３年に『電磁気概論』を刊行した。１８７９年にマックスウェルは亡くなるが、７年後の１８８６年にドイツのヘルツが実験によって電波が存在することを確かめる。ヘルツは電波の速度が光と同じで、物体に反射して戻って来ることも確かめた。
１９１２年４月１４日の深夜，大西洋で世界最大の客船『タイタニック号』が氷山に衝突して沈没し１５００人を越す乗員乗客が犠牲となる大惨事が起きた。この後，軍や船会社が夜間や霧の中で，氷山や他の船を監視できないかと研究を始めた。
第一次世界戦争の終わり頃、米陸軍は遠くにある船や航空機を探知する研究をするために通信研究所を設立する。１９２２年６月，イタリアのマルコニーが米国無線学会で講演する。

一つの船から電波を送信すると，この電波は別の船に反射して戻って受信される。この原理を実用化すれば，夜でも霧の中でも，近くに船があることを知ることができる。

とレーダーが近い将来必ず実現すると予測した。

海軍調査研究所

１９１５年にエジソンが米海軍に、軍事に科学を応用するための研究所が必要であると提案すると、第一次大戦後の１９２０年に海軍調査研究所が設立されて遠方の航空機を探知する研究が始まる。１９２２年に海軍無線研究所の テイラー 博士と ヤング は無線の実験中に、発射電波がポトマック河を航行中の船に反射して乱れる事を発見して、この原理を使えば夜でも霧の中でも近くにある船を発見出来ると報告書を書く。しかし米海軍は関心を示さない。
この頃、遠距離の無線通信には上空にある電離層が重要な役割をしていることが予想されて英、米、ドイツでは電離層の研究を盛んに進めていた。１９２４年に英国の アップルトン が上空に電波を発射し、それが戻るまでの時間を測定して、電離層が地上約１００ｋｍの高さにあることを算出し、この層をケナリー・ヘビサイド層と呼ぶ。１９２５年７月に米国のカーネギー研究所で地磁気を研究している ブライト とジョン・ホプキンス大学院生の チューヴ が海軍調査研究所から周波数4MHzのパルス送信機を借りて、電離層に電波を発射し、反射波をブラウン管に映して電離層の高さを測定した。この実験が米のレーダー研究の始めである。
１９３０年６月に海軍調査研究所の ハイランド が電波が飛行中の航空機に反射して乱れる現象を発見すると、海軍調査研究所は実験を続けて１１月に『移動物体からの電波の反射について』を海軍省に提出する。海軍省は海軍調査研究所に技術者を集めて電波を使って艦船や航空機を探知する研究を始める。研究目標は首都ワシントンの周囲５０ｋｍの範囲に侵入する航空機を探知することである。周波数は32MHz-100MHzで、送信機と受信機を離れた場所に設置して、送信機から電波を発射すると、直接受信機に入る電波と、航空機から反射して受信機に入る電波が干渉することを利用して探知する方法である。この方法は送信機と受信機の両方を固定した場所に設置する必要があって移動する艦船には使えないため、陸軍に相応しいシステムであろうと結論がでる。
日本陸軍が１９４０年に開発した超短波警戒機 甲 はこの原理を応用したレーダーである。
１９３４年１２月に海軍調査研究所の ページ が送信機と受信機を離れた場所に設置して周波数60MHzのパルス波を使い、1.6km離れた航空機からの反射波を受信すると海軍はレーダーにパルス波を使うことを決める。１９３６年４月にページが周波数28MHzのパルス波を使って40kmの距離にある航空機を探知して海軍幹部にデモする。送信アンテナと受信アンテナが別々なために大きなスペースが必要であったが，ページは１９３６年８月に送信アンテナと受信アンテナを共通に使うための送受切替え回路を開発する。米国はこの年の６月にレーダーを防衛秘密に指定する。

独、英、露、日のレーダー開発

１９３５年頃、いくつかの国がレーダーを開発していた。ドイツではGEMA社が１９３５年に周波数600MHzのパルス送信機を使って8km離れた軍艦を探知する。この年の２月２６日に英国の ワトソン・ワット が周波数6MHzのパルス波を使って13kmの距離の航空機を探知することに成功して、英はすぐに装備開発を始める。
イタリアではマルコニーがバチカンとローマ法王の別荘の間を結ぶ無線電波が、近くを航行する船によって乱れることに気ずいて１９３５年８月にイタリア陸軍用にレーダー試作品を作る。
ソ連ではレニングラード電気研究所がレーダーを試作して約3kmの距離の航空機を探知する。
日本陸軍も１９３６年（昭和１１年）にレーダーの研究を始め，海軍技術研究所の伊藤庸ニがドイツに出張してレーダーという装置を知るのが１９３７年で欧米に較べてもそれほど遅くはなかった。

艦船搭載用レーダー CXAM

艦船搭載用レーダー CXAM
手前の戦闘機はＦ−４Ｆワイルドキャット

１９３７年４月に米海軍調査研究所は周波数200MHzの艦船搭載用レーダーの試作品を完成して，駆逐艦『レアリー』に搭載してエジソンや海軍幹部が見学する中で、試験を行った。この試験で32kmの距離の航空機を探知すると、翌年９月に艦船搭載レーダー XAFが完成する。周波数200MHz，出力15kW，パルス幅5μsである。当時高い周波数扱うことができる真空管はまだ無かったので，RCA社が250MHzを扱うことができる高周波受信用の３極管 955と，５極管 954を開発する。この真空管は高さ32mm，直径が14mmで形がどんぐりと似ているのてエーコン管と呼ばれる。
敵の航空機をできるだけ遠くで発見するにはレーダ波の出力を大きくしなければならない。エイマック社が出力100Wの送信管100THを開発する。
RCA 社も海軍と独立に周波数475MHzの艦船搭載用レーダー CXZ を開発する。
１９３９年５月、海軍の XAF とRCA の CXZ の比較評価試験がカリブ海で行われる。XAF を軍艦『ニューヨーク』に搭載し、CXZを軍艦『テキサス』に搭載して試験する。いずれのレーダーも77kmの距離の航空機，16kmの距離の艦船を探知して性能はほとんど同じであった。海軍は艦船搭載用として運用に優れている XAF を装備することに決める。これが CXAM である。製造は RCA が担当する。１９４０年９月に６台が戦艦『カリフォルニア』，空母『ヨークタウン』と，４隻の巡洋艦に装備される。
CXAM を改良したレーダーが CXAM-1 で、RCAに１４台注文され，１９４１年１０月から軍艦『テキサス』，『ペンシルバニア』，『ウェストバージニア』，『ノースカロライナ』，『ワシントン』，空母『エンタープライズ』，『レキシントン』，『サラトガ』，『レインジャー』，『ワスプ』などに装備する。これが開戦時に米国海軍が艦船に装備していたレーダーである。戦艦『カリフォルニア』真珠湾で爆撃されて大破したが、搭載されていた CXAM は海中から取り外されてオアフ島のレーダー訓練基地に移設されて操作教育に使われる。

射撃制御レーダー SCR-268

SCR-268

１９３５年１２月に米国陸軍通信研究所のコルトンは，海軍調査研究所がパルス波を使用してレーダーを開発していることを知る。１９３７年１月に陸軍は海軍のレーダー CXAM の送信機の供与を受けて、敵の位置を正確に測定する射撃制御レーダーの開発を進める。
１９３８年１１月夜，陸軍のフォート・マンモス基地で アーノルド将軍 が視察する中で実験が行われた。高度6000mで飛行するB-10爆撃機を探知してレーダーに連動した探照灯の光の中に爆撃機が捉えられた。すぐに製品化の指示が出て，ウェスタン・エレクトリック社に注文され１９４１年２月に１号機が完成する。これが射撃制御レーダー SCR-268 である。SCRは"Signal Corps Radio"の頭文字である。
SCR-268 は車載レーダーで５台のトレーラーで構成される。このうち２台は発電機と電源装置で１５ｋＶＡを発生する。１台がレーダー本体，他の２台が運搬用である。レーダーを搬入して据え付けてから稼動するまでの所要時間は約３時間である。

SCR-268 の仕様

周波数	200MHz
出力	75kW
パルス幅	7-15μｓ
パルス繰り返し周波数	4098Hz
送信アンテナ	16個の半波長ダイポール
受信アンテナ	水平方向用と高さ測定用のダイポール2台
探知距離	36km
方向精度	１度
距離精度	±180m
ビーム切り替え装置	有
表示装置	距離，水平，垂直を表示する3個

真珠湾攻撃の日本機編隊を発見するレーダー SCR-270

SCR-268の探知距離は36kmと短距離である。海軍調査研究所のテイラーが、陸軍通信研究所のコルトンに，

陸軍は設置場所の広さには制限が無く，アンテナを大きくすることが可能なので、大きい出力が送信できる周波数100MHzのレーダーを開発して、もっと遠くを探知できるするのが良い。

と提案して航空機早期警戒レーダーの開発が始まる。１９３９年６月に技術試験が行われて240kmを探知し，陸軍通信研究所は訓練用として１８台を製作する。これが SCR-270 である。１９４０年１月，メリーランド州バルチモアにあるウェスチングハウス社に注文して、１号機が１９４０年秋にパナマに設置され、１９４１年６月にハワイに５台が据え付けられる。戦争中に合計８００台が生産された。
SCR-270 は移動式で４台の車輌から構成される。１台は発電機と電源で，ル・ロイ社の76馬力のガソリンエンジンで、ウェスチングハウス社製の発電機が15kVの電気を供給する。２台目はアンテナ運搬車、３台目は折りたたみ式のアンテナ塔を建てるためのクレーンである。４台目がレーダー室で送信機、受信機，レーダー反射を捉えるブラウン管が組み込まれている。ウェスチングハウス社は送信機の真空管用に水冷の３極真空管WL530を開発する。
送信機とアンテナの間は直径7.5cmの銅の導波管で接続してここをマイクロ波が流れる。受信機はスーパーヘテロダインで，高周波部にはRCAのエーコン管 954 と 955 を使う。目標位置表示装置は直径5インチのブラウン管である。
ウェスチングハウス社でレーダーの最終組立が終わると、ニュージャージー州にあるウェスチングハウスの敷地からニューヨークのブルックリンにあるガス貯蔵タンクを目標にして調整し、次にボルチモア市の飛行場に離着陸する航空機を目標にして最終試験をする。
１９４１年６月に５台の SCR-270 がハワイのオアフ島に到着して操作の訓練が始まり、１２月にカフク岬に設置した SCR-270 がオアフ島の北220kmを飛行している日本機の編隊を発見する。
現在，米国ボルチモア市にある『電気歴史博物館』が SCR-270 を保存している。

SCR-270 の仕様

周波数	106MHz
出力	100kW
GAIN	21db
パルス幅	10-25͘s
パルス繰り返し周波数	621Hz
アンテナ	ダイポールアレイ
ビーム巾	28度
航空機探知距離	180km(高度6100m)
水平方向精度	±4度
距離精度	180m
ビーム切り替え装置	有