Radar SCR-584

Le SCR-584 (abréviation de Set, Complete, Radio # 584 ) était un radar à micro-ondes à poursuite automatique développé par le MIT Radiation Laboratory pendant la Seconde Guerre mondiale . Il s'agissait de l'un des radars terrestres les plus avancés de son époque et il est devenu l'un des principaux radars de pointage d'armes à feu utilisés dans le monde entier jusque dans les années 1950. Une version mobile montée sur remorque était le SCR-784 .

En 1937, le premier radar de contrôle de tir américain , le radar SCR-268 , s'était révélé insuffisamment précis en partie à cause de sa grande longueur d'onde. En 1940, Vannevar Bush , à la tête du National Defense Research Committee , créa le « Microwave Committee » (section D-1) et la division « Fire Control » (D-2) pour développer un système radar antiaérien plus avancé à temps pour aider l'effort de défense aérienne britannique. En septembre de la même année, une délégation britannique, la mission Tizard , révéla aux chercheurs américains et canadiens qu'ils avaient développé un oscillateur magnétron fonctionnant à l'extrémité supérieure de la bande UHF (longueur d'onde de 10 cm/3 GHz ), permettant une précision considérablement accrue. Bush organisa le Radiation Laboratory (Rad Lab) au MIT pour développer des applications l'utilisant. Cela comprenait un nouveau radar de défense aérienne à courte portée.

Alfred Lee Loomis , qui dirigeait le Rad Lab, préconisait le développement d'un système de poursuite entièrement automatique contrôlé par des servomécanismes. Cela facilitait grandement la tâche de poursuite des cibles et réduisait la main-d'œuvre nécessaire pour le faire. Ils pouvaient également tirer parti d'un commutateur micro-ondes nouvellement développé qui leur permettait d'utiliser une seule antenne pour la diffusion et la réception, simplifiant considérablement la disposition mécanique. La conception résultante s'insérait dans une seule remorque, pouvait fournir une recherche dans tout le ciel et un suivi de cible unique, et suivait les cibles automatiquement. En contact étroit avec le Rad Lab, Bell Telephone Laboratories développait un directeur de canon analogique électronique qui serait utilisé en conjonction avec le radar et les canons antiaériens servo-actionnés de 90 mm.

Le radar devait être introduit à la fin de 1943, mais les retards ont fait que le SCR-584 n'a pas atteint les unités de campagne avant le début de 1944. Ils ont commencé à remplacer le SCR-268, plus ancien et plus complexe, comme principal système de pointage de canons antiaériens de l'armée américaine aussi rapidement qu'ils ont pu être produits. Ils se sont avérés plus faciles à utiliser sur le terrain que le radar canadien/britannique GL Mk. III moins avancé , et de nombreux SCR-584 ont été expédiés en Angleterre où ils ont constitué un élément important des défenses développées pour contrer la bombe volante V1 . À la fin de la guerre, ils avaient été utilisés pour suivre les obus d'artillerie en vol, détecter les véhicules et réduire la main-d'œuvre nécessaire pour guider les canons antiaériens.

En septembre 1940, un groupe de physiciens et d'ingénieurs britanniques rendit visite à leurs homologues américains dans le cadre de ce qui fut appelé la mission Tizard . L'objectif de ces rencontres était d'échanger des informations techniques susceptibles d'être utiles à l'effort de guerre. Les Britanniques hésitaient à donner trop d'informations sans rien obtenir en retour, et les progrès initiaux furent lents. Lorsqu'ils abordèrent le sujet du radar, l'équipe britannique fut surprise d'apprendre que les États-Unis étaient en train de développer deux systèmes similaires à leur propre Chain Home , le CXAM de la Navy et le SCR-270 de l'Army . Cela commença à briser la glace entre les deux groupes.

Deux tentatives précédentes de pointage de canons contrôlé par radar furent notables. En Grande-Bretagne, le radar GL Mk. I de 75 MHz fut utilisé en liaison avec un prédicteur Vickers ; et aux États-Unis, le SCR-268 de 200 MHz fut combiné avec le prédicteur Sperry M-4. Ni les systèmes américains ni britanniques n'avaient la précision nécessaire pour pointer directement les canons associés, en raison de leurs longues longueurs d'onde. Les délégués américains évoquèrent ensuite les travaux de la Marine sur un radar de longueur d'onde de 10 cm, qui pouvait fournir la résolution requise avec des antennes relativement petites, mais leur tube klystron avait une faible puissance et n'était pas pratique.

C'était le moment que l'équipe britannique attendait. Edward George Bowen a fabriqué l'un des premiers magnétrons à cavité à partir d'une boîte et l'a montré aux autres chercheurs. Il a expliqué qu'il fonctionnait également à une longueur d'onde de 10 cm, mais qu'il offrait une puissance supérieure - non seulement à celle des klystrons de la Marine, mais même à celle des radars à ondes longues existants aux États-Unis. Un historien américain l'a plus tard décrit comme la « cargaison la plus précieuse jamais amenée sur nos côtes ».

Le potentiel de l'appareil était évident et le groupe américain, connu sous le nom informel de Microwave Committee, a immédiatement orienté ses efforts vers le magnétron. En quelques semaines, ses propres exemplaires ont été construits dans des laboratoires américains. Ils ont également commencé à développer les autres technologies présentées lors de cette réunion, notamment un radar d'interception d'avions et un système de radionavigation qui est devenu LORAN . L'expansion du Comité a conduit à ce qu'il soit rebaptisé Radiation Laboratory (RadLab) en 1940.

Une proposition officielle de remplacement du SCR-268 fut faite par le Signal Corps en janvier 1941, date à laquelle le RadLab avait déjà formé ce qu'il connaissait sous le nom de Projet 2 pour développer ce radar de pointage de canons avancé. Le MIT proposa un système avancé avec recherche automatique, poursuite et capacité de pointer directement les canons. C'était un domaine dans lequel le MIT était particulièrement compétent en raison de son travail dans son laboratoire de servomécanismes. Au même moment, les équipes britanniques et canadiennes commencèrent à travailler sur des versions d'un système plus simple qu'elles espéraient déployer d'ici 1942 - le GL Mk. III, qui était une version micro-ondes des premiers radars VHF à commutation de lobes. Le Radiation Lab resta en contact étroit avec l'équipe canadienne pendant ces développements.

L'équipe RadLab, supervisée par Lee Davenport , avait un prototype de système radar en fonctionnement en avril 1941. Pour tester le système de visée automatique, ils ont attaché les sorties du radar à une tourelle de canon prise sur un bombardier Boeing B-29 , en retirant les canons et en les remplaçant par une caméra. Un ami a ensuite fait voler son avion léger autour de la zone pendant que la caméra prenait périodiquement des photos, et le 31 mai, le système a pu suivre avec précision l'avion. Les travaux ont alors commencé pour rendre le système adapté à une utilisation sur le terrain, en montant l'ensemble du système dans une seule remorque avec l'antenne de 6 pieds sur le dessus. Connu sous le nom de XT-1 , pour eXperimental Truck-1 , le système a été testé pour la première fois à Fort Monroe en février 1942.

Les travaux ont également commencé sur un ordinateur de pointage de canons adapté qui pourrait utiliser des entrées électriques, par opposition aux entrées mécaniques, pour pointer les données. Bell Labs a fourni un ordinateur analogique connu sous le nom de M9 Gun Director pour ce rôle. Le M9 avait quatre jeux de sorties, permettant à un seul M9 de contrôler quatre des canons M1 standard de 90 mm de l'armée . L'ensemble du système, y compris le M9, a été démontré dans sa forme complète le 1er avril 1942. Un contrat pour plus de 1 200 systèmes est arrivé le lendemain. Bell a également travaillé sur son propre radar à micro-ondes comme projet de secours.

Le SCR-584 était extrêmement avancé pour son époque. Pour atteindre une grande précision et mesurer à la fois l'azimut et l'élévation avec une seule antenne, il utilisait un système de balayage conique , dans lequel le faisceau est tourné autour de l'axe de l'antenne pour trouver le point de signal maximal, indiquant ainsi dans quelle direction l'antenne doit se déplacer afin de pointer directement sur la cible. L'idée a été proposée par Alfred Loomis, le directeur de la section D-1 du National Defense Research Committee . En octobre 1940, il a été adopté pour le projet de radar de « poursuite entièrement automatique ». Le balayage conique a également été adopté en 1941 pour le système radar de contrôle de tir de 10 cm de la Marine, et il a été utilisé dans le radar allemand de Würzburg en 1941. Le SCR-584 a développé le système beaucoup plus loin, et a ajouté un mode de poursuite automatique. Une fois la cible détectée et à portée, le système maintenait le radar pointé sur la cible automatiquement, entraîné par des moteurs montés dans la base de l'antenne. Pour la détection, par opposition au suivi, le système comprenait également un mode de balayage hélicoïdal qui lui permettait de rechercher des avions. Ce mode disposait de son propre affichage PPI dédié pour une interprétation facile. Lorsqu'il était utilisé dans ce mode, l'antenne était mécaniquement tournée à 4 tr/min tandis qu'elle était poussée de haut en bas pour balayer verticalement.

Le système pouvait fonctionner à quatre fréquences entre 2 700 et 2 800 MHz (longueur d'onde de 10 à 11 cm), envoyant des impulsions de 300 kW d'une durée de 0,8 microseconde avec une fréquence de répétition des impulsions (PRF) de 1 707 impulsions par seconde. Il pouvait détecter des cibles de la taille d'un bombardier à une distance d'environ 40 miles et était généralement capable de les suivre automatiquement à environ 18 miles. La précision dans cette plage était de 25 yards en portée et de 0,06 degrés (1 mil) en angle de relèvement de l'antenne (voir le tableau « Caractéristiques techniques du SCR-584 »). Comme la largeur du faisceau électrique était de 4 degrés (aux points -3 db ou à mi-puissance), la cible serait étalée sur une partie d'un cylindre, de manière à être plus large en relèvement qu'en portée (c'est-à-dire de l'ordre de 4 degrés, plutôt que de 0,06 degrés impliqué par la précision de pointage mécanique), pour les cibles éloignées. Les informations de portée étaient affichées sur deux « J-scopes », similaires à l'affichage A-line plus courant, mais disposés selon un motif radial synchronisé avec le délai de retour. Un télescope était utilisé pour la portée approximative, l'autre pour la portée précise.

Bien que la première unité opérationnelle ait été livrée en mai 1943, divers problèmes bureaucratiques ont retardé sa livraison aux troupes de première ligne. Le SCR-584 a été utilisé pour la première fois au combat à Anzio en février 1944, où il a joué un rôle clé dans la rupture des attaques aériennes concentrées de la Luftwaffe sur la tête de pont confinée. Le SCR-584 n'était pas étranger au front, où il suivait les troupes, était utilisé pour diriger les avions, localiser les véhicules ennemis (un radar aurait détecté des véhicules allemands à une distance de 26 kilomètres) et suivre les trajectoires des obus d'artillerie, à la fois pour ajuster les tables balistiques pour les canons de 90 millimètres et pour localiser l'emplacement des batteries allemandes pour les tirs de contre-batterie. Après le jour J, le SCR-584 a été utilisé sur les lignes de front très mouvantes pour guider les avions vers leurs cibles avec une précision accrue. Par exemple, le Control Net Systems Group du 508th Sq du 404th Fighter Bomber Group de la 9th Air Force utilisait le SCR-584. Du 14 juillet 1944 au 27 octobre 1944, ils étaient rattachés à la Sec 1 Co A du 555th Sig Aircraft Warning Battalion et servaient dans des positions avancées et fluides.

Le SCR-584 a connu un tel succès qu'il a été adapté pour être utilisé par la marine américaine . Le CXBL , un prototype de la version marine, a été monté sur le porte-avions USS Lexington en mars 1943, tandis que la version de production, le SM , construite par General Electric , était opérationnelle sur les porte-avions USS Bunker Hill et USS Enterprise en octobre 1943. Une version plus légère du système a également été développée, le SCR-784 . La seule différence réelle était que la nouvelle conception pesait 12 000 livres , alors que l'original pesait 20 000 livres.

Davenport a rendu étanche un certain nombre de radars afin qu'ils puissent être transportés à bord de l'armada alliée lançant le débarquement en Normandie le jour J.

Le tir automatique (utilisant entre autres le radar SCR-584) et la fusée de proximité jouèrent un rôle important dans l'opération Diver (opération britannique contre les bombes volantes V1 ). Ces deux dispositifs avaient été demandés par le commandement antiaérien et arrivèrent en nombre, à partir de juin 1944, juste au moment où les canons atteignaient leurs positions de tir libre sur la côte sud-est de l'Angleterre. Dix-sept pour cent de toutes les bombes volantes pénétrant dans la « ceinture d'artillerie » côtière furent détruites par les canons au cours de la première semaine sur la côte. Ce pourcentage passa à 60 pour cent le 23 août et à 74 pour cent la dernière semaine du mois, où, lors d'une journée extraordinaire, 82 pour cent furent abattues. Le taux passa d'un V-1 pour 2 500 obus tirés à un pour cent.

Après la guerre, le radar a été adapté pour être utilisé dans les systèmes AN/MPQ-12 et AN/MPM-38, un système de missile d'artillerie de campagne de l'armée américaine ( MGM-5 Corporal ). Une version modifiée a également été utilisée pour contrôler et suivre (à l'aide d'un transpondeur embarqué) le satellite espion CORONA .

En 1953, le SCR-584-Mod II a été utilisé pour suivre la fusée Redstone , sa portée étant étendue à 740 km grâce à l'utilisation d'un émetteur-récepteur embarqué.

Malgré l'utilisation de tubes à vide et l'alimentation par un ordinateur analogique, certains exemplaires du SCR-584 sont encore opérationnels aujourd'hui. En 1995, le premier radar Doppler On Wheels (DOW) a adapté le socle MP-61 d'un SCR-584 pour l'utiliser dans un radar météorologique mobile. À l'aide de ce socle, les DOW ont créé les premières cartes des vents de tornades, découvert les rouleaux de la couche limite des ouragans et lancé de nombreuses autres études d'observation. Le socle abritait d'abord une antenne de 6' puis de 8'. Plus tard, les moteurs d'origine ont été remplacés par des versions sans balais plus puissantes pour un balayage plus rapide par vent fort. Trois DOW sont désormais exploités comme installations de la National Science Foundation par le Center for Severe Weather Research. L'un d'eux se trouve au National Severe Storms Laboratory à Norman, dans l'Oklahoma, où le socle 584 est la plate-forme du nouveau Shared Mobile Atmospheric Research & Teaching Radar, ou SMART-R.

L'ingénieur américain et espion condamné Morton Sobell a volé les plans du SCR-584 et les a fournis à l'Union soviétique. Les experts militaires pensent que cette technologie a ensuite été utilisée contre les États-Unis pendant les guerres de Corée et du Vietnam. Les radars soviétiques SON-9 ( Fire Can ), SON-30 ( Fire Wheel ) et SON-50 ( Flap Wheel ) étaient tous des dérivés de ce radar.

General Electric a construit un chariot pour le SCR-584, appelé K-83. Le K-83 a été conçu pour fournir un attelage de semi-remorque (sellette d'attelage) avec des roues et une barre pour engager un pivot, permettant ainsi à des véhicules plus petits de déplacer le SCR-584.