Francie - jeden z průkopníků radaru

Francie před druhou světovou válkou a na jejím začátku - radar a jeho vývoj

Francie byla nejen v období mezi dvěma světovými válkami zastáncem rozvoje věd všeho druhu a vývoje široké palety nejrůznějších prototypů vojenských vozidel, zbraní, letounů, zařízení a přístrojů, které se jevily jako slibný příspěvek k obraně vlasti. Je druhou - méně slavnou kapitolou v historii předválečné Francie, že velká část jejích objevů a vynálezů nesloužila původním cílům ani uživatelům a dokonce ani nebyla dotažena do stádia použitelnosti, ať už vlivem roztříštěnosti výzkumných prací, kvůli podceňování jejích výsledků nebo vypuknutí války.

Přínos CSF

Francouzským národním leaderem ve výzkumu a výrobě zařízení v oboru elektroniky byla společnost Compagnie Generale de Télegraphie sans Fil (Společnost pro bezdrátovou telegrafii), známější pod zkratkou CSF, někdy též CTSF a založená dvěma belgickými podnikateli v roce 1901. Už v roce 1927 se inženýři Camille Gutton a Pierret zabývali experimenty s radiovými vlnami délky okolo 16 cm. Svými pokusy objasnili některé zákonitosti šíření těchto vln o vysoké frekvenci a současně dokázali možnost konstrukce zařízení, které by těchto vlastností dokázalo využít. O čtyři roky později v roce 1931 jiní vědci - Mesny a David - zjišťují při zkoumání vysokofrekvenčního přenosu signálu pravidelné interferenční rušení bezdrátového přenosu prolétávajícími letouny. Tuto zkušenost z pokusů si nenechali pro sebe a jejich šéf Émile Girardeau navrhl vytvoření systému DEM (D´équipment de détection aerienne électromagnetiques barrage). V roce 1934 byl v červnu předveden vládním špičkám technologický vzor radiolokátoru, který měl sloužit jako etalonový prvek systému DEM. Technické systémové řešení DEM bylo dílem Henri Carpentièra z firmy SADIR za významné pomoci Gérarda Lehmanna z firmy Radio-Industrié a Émile Labina, který v té době pracoval v LMT a později už jako pracovník laboratoře firmy ITT v Paříži emigroval do USA. Výstražný systém DEM měl zahrnovat cca 30 dále vylepšených radiolokátorů, které byly postupně koncem třicátých let umísťovány podél hranic Francie - na pobřeží Bretaně, na severovýchodě v alpském předhůří a také na základnách v severní Africe. Ten v Bizertě měl údajně mezi 12. a 14. červnem 1940 mít lví podíl na identifikaci a sestřelení 38 italských letounů. Radiolokační stanice na okraji Paříže, kterou pomáhal Émile Girardeau s ing. Maurice Pontém roku 1939 vybudovat, byla v červnu 1940 preventivně zničena, aby nepadla neporušená Němcům do rukou. Girardeau pak odešel do podzemí a stal se členem hnutí odporu, kde díky svým rozsáhlým znalostem pomáhal vytvářet a udržovat sítě radiového spojení odboje se zahraničím. V roce 1944 byl jedním z těch, kteří pomohli doslova z ničeho vydupat nové celostátní radiové vysílání ve Francii.

Syn ing. Camille Guttona, ing. Henri Gutton, vyvinul jako dokonalý pokračovatel v díle svého otce v laboratořích CSF vylepšenou verzi magnetronu, který vynalezl roku 1920 Albert Hull. V roce 1932 H. Gutton nastoupil do CSF a roku 1933 začal pracovat v laboratoři pro výzkum elektronek, kterou vedl Dr. Ponte. Tam se věnoval výzkumu a vývoji jím vylepšeného triodového oscilátoru typu Barkhausen - Kurz. Nová elektronka - oscilátor typu Barkhausen-Kurz označovaná UC 16 a jím vyvinutá - dávala výkon pouhých 10 mW na vlně 16 cm (1,875 GHz) a měla čtvrtvlnovou anténku uvnitř baňky. Po jejím namontování do ohniska cylindricko-parabolického reflektoru o rozměrech 30 x 80 cm vznikl mikrovlnný vysílač. V přístavu Le Havre demonstrovali už pulsní provedení, které na rozdíl od vysílače s nepřetržitou vlnou mělo výkon vyšší, ale oscilátor UC 16 se přes to všechno na potřebný výkon nedostal. 20. července 1934 byl H. Guttonovi ve Francii vydán patent č. 788.795, nazvaný příznačně „Nový systém zjišťování překážek a jeho aplikace (detekce ledovců, lodí a letadel)“. Z Girardeauova podnětu vyšlo podání přihlášky patentu pro CSF, který popisoval jako jeden celek systém jimi vytvořeného radiolokátoru. Byl to zřejmě historicky první patent na továrně vyráběný radiolokační přístroj využívající centimetrových vln. Přístroj prošel námořními testy v listopadu a prosinci téhož roku a používal se poprvé ještě zkušebně na palubě nákladní lodě Oregon. Při zkouškách byly vysílány radiové vlny délek 80 cm a 16 cm a z lodi byla detekována na vzdálenost 18 - 22 km linie pobřeží spolehlivým odečítáním odrazu signálu. Pro konečný design tohoto přístroje byla vybrána jako lepší varianta vlnová délka 16 cm. Vysílač produkoval pulsní signál pomocí raného typu magnetronu a používal antény velmi jednoduchého typu Yagi. Sloužit měl hlavně na plavidlech francouzské Marine Nationale a několik kusů se skutečně také stačilo odzkoušet, mimo jiné na lodi Strasbourg. Magnetronu použili konstruktéři i přesto, že v té době už nejméně 4 roky francouzská společnost TMC vyráběla a také úspěšně prodávala svou vynikající vysílací triodu pro vlnovou délku 17,5 cm.

Jeden z prvních vyrobených přístrojů obdobné konstrukce určený pro civilní použití byl určen pro  pýchu Francie, luxusní osobní loď Normandie. Tam od 1. února 1935 plnily úlohu ochrany před ledovci a před srážkou s jinou lodí vysílací anténa na přední hraně můstku v ose lodě a dva detekční moduly opatřené parabolickými anténami na boku horní paluby můstkové nástavby. Radiolokátor ale byl pro potřeby civilního lodního provozu modifikován na frekvenci cca 200 MHz, kde se jeho dobré vlastnosti a výkon ještě znásobily. Úhlový rozsah detekce byl okolo 130° předního horizontu. Radar měl díky své velice pokrokové konstrukci i předobraz zařízení, později nazývaného v angličtině Plan Position Indicator (PPI). Byla to katodová trubice (CRT), na jejímž stínítku se dala odečíst vzdálenost i přibližný směr k detekovanému objektu. Toto zařízení bylo roku 1940 ještě tak tajné, že o něm Anglie a Spojené státy, které jej také používaly, nezveřejnily v odborném tisku ani řádek. Přitom bylo na palubě Normandie veřejně ukazováno jako výdobytek francouzské vědy už čtyři roky před válkou! Totéž se v podstatě dá říci i o dalším takovémto přístroji zvaném později Spojenci MTI - Moving Target Indication (Indikace pohyblivých cílů). Radar na Normandii se sice porouchal hned při první plavbě do USA, ale doma jej poté opravili a vylepšili jeho spolehlivost. K vlastní škodě však společnost CSF v dalším období ve vývoji tohoto typu příliš nepokročila - systém dokonce hned tří anténních systémů vzdálených od sebe navíc neskýtal valnou perspektivu dalšího vývoje.

V roce 1936 zvolil Gutton pro vysílač svůj magnetron s dělenou anodou, jehož spoluautorem byl  Serge Berline. Tím se výkon vysílače zlepšil opravdu podstatně. Zůstala vlnová délka 16 cm, ale výkon už u prvního pokusného provedení byl 10 W (pokusně v roce 1937 pracoval i na poloviční vlnové délce, tedy 8 cm) a účinnost měl okolo 15 %. Magnetron dostal název M 16, měl skleněný obal a montován byl opět stylem „Normandie“. V Le Havre z přístroje technici CSF vymáčkli dosah 5,5 km. Na začátku roku 1938 byly toto zařízení zkušebně použito jako prostředník bezdrátového fonického spojení mezi observatoří na Puy-De-Dome a Mont Beauvray, mezi nimiž byla vzdálenost cca 150 km. Spojení bylo úspěšně odzkoušeno a fungovalo spolehlivě za jakéhokoli počasí. Navíc byla provedena řada měření interferovaného vlnění odrazů od země a zkušenosti použity pro vývoj detekčních obvodů. Pro Marine Nationale však výkony tohoto radarového systému byly nadále slabé. Na konci roku 1938 byl vyroben nový pulsní radiolokátor, který opět pracoval na vlně 16 cm, používal pro příjem a vysílání dvojici parabolických antén o průměru cca 1 metr. Ve vysílači napájel magnetron M 16 dipól umístěný v ohnisku anténní paraboly; přijímač byl superhet s duodiodou D 16 a UC 16 sloužila jako místní oscilátor. Výsledek byl jako obvykle zobrazován na CRT a měření vzdálenosti větších plovoucích objektů do 10 km bylo vcelku přesné. Ani tento typ ale Marine Nationale nepřijalo.

Obdobný, výkonnější radar byl zkoušen v roce 1939 v Brestu. Tam byl anodově modulovaný skleněný magnetron také připojen krátkým napáječem k dipólu ve vysílacím reflektoru. Pulsní modulace byla prováděna paralelní triodou připojenou indukčně. Magnetické pole magnetronu bylo vytvářeno u tohoto typu elektromagnetem. Přijímač byl superhet se sedmi pentodami, duodiodou D 16 a osvědčená lampa UC 16 byla opět použita jako místní oscilátor. Odečítání výsledků se dělo na CRT, kde byla časová základna ve tvaru pilových zubů. Pulsy měly trvání několik mikrosekund, opakovací frekvence byla cca 12 kHz a dosah zařízení do 12 km. Špičkový vysílací výkon už dosahoval hodnoty okolo 100 W.

Nejranější Guttonovy magnetrony (a nejen jeho) měly žhavicí vlákna z tungstenu (jiný název pro wolfram), později navíc pokrývaného thoriem. V roce 1939 prodiskutovával H. Gutton s Dr. Megawem z GEC problematiku odcházejících žhavicích vláken a zatímco Dr. Megaw trval na thoriu jako prvku, který prodlouží životnost katody, Gutton navrhoval své vyzkoušené řešení - pokrytí katody oxidem barya. Jeho magnetron M 16 s takovouto katodou dosáhl v Brestu na dalších zkouškách výkonu 300 W! Novější zlepšená verze měla ještě vyšší výkon a tam už musel být napáječ antény, který byl dosud tvořen symetrickým dvoužilovým vedením typu Lechner, nahrazen vlnovodem. Šířka pulsu byla cca 1 mikrosekunda a šířka pásma přijímače 1,5 MHz. Vzorky zlepšeného magnetronu byly odeslány také Dr. Megawovi do GEC, kam přibyly v květnu 1940. Při následujících testech v laboratořích GEC bylo dosaženo u těchto zařízení špičkového výkonu 1 kW a katody pokryté oxidem barya byly při nich vynikající.

Guttonova opravdu nejpropracovanějšího posledního modelu magnetronu se nakonec dočkali Britové, protože ing. Maurice Ponté z CSF emigroval v květnu 1940 před Němci do Velké Británie a neopomněl si sebou vzít dokumentaci na tento francouzský technický unikát. Magnetron, respektive jeho funkční vzorek, který rovněž Ponté dovezl, se dostal po prozkoumání v GEC ve Wembley do povolaných rukou výzkumníků na univerzitě v Birminghamu, konkrétně k Randallovi a Bootovi. Originální provedení poslední verze francouzského typu M 16 pracovalo na vlnové délce 16 cm, mělo diskovitý tvar, nízký anodový blok a katoda byla potažena oxidem barya. Blok byl hermetizován, mělo už vestavěn permanentní magnet a byl chlazen vzduchem. Randall a Boot byli se svou prací na vyvinutí produkčního typu magnetronu už téměř hotovi, když se jim do rukou dostal Guttonův poslední výrobek. Tyto Guttonovy nápady spolu s technologií zlatého drátku vlisovaného mezi měděné bloky uzávěrů k vakuované baňce magnetronu použil E. C. S. Megaw pro přípravu sériové výroby. Lze směle říci, že s pomocí Guttonova přínosu v některých aspektech konstrukce bylo vyvinuto a zlepšeno více než čtyřicet dalších modelů dutinového magnetronu v řadě zemí, a to počínaje britským typem E1189 pracujícím na vlnové délce okolo 10 cm.


Podíl ITT France

Konkurentem CSF, a to nikoli bezvýznamným, byla francouzská pobočka americké společnosti International Telegraph and Telephone Company (ITT). Tato již tehdy spíše nadnárodní firma si v Paříži v roce 1928 zřídila na tehdejší dobu dokonale vybavenou laboratoř, do které se snažila přitáhnout mladé perspektivní vědce z oboru radiových vln. Laboratoř vedl ing. Maurice Deloraine. Jedním z nadějných protagonistů výzkumu byla studentská hvězda jménem Henri Gaston Busignies, který jako velice plodný vynálezce už v době svých studií na Univerzitě Julese Ferryho ve Versailles zkonstruoval roku 1926 funkční zaměřovač vysílaných radiových vln - vlastně radiokompas. Dále se věnoval kromě těchto přístrojů letecké navigaci a zařízením pro ni, což prakticky dokumentoval jeden francouzský letoun. Ten se v roce 1936 vydal na úspěšně zakončenou cestu z Paříže až na francouzský ostrov Réunion a po celou dobu letu používal k navigaci Busigniesův automatický radiokompas.


V témže roce vyvinul H. Busignies v laboratořích ITT pro americký Smithsonian Institute také zdokonalený vysokofrekvenční zaměřovač zdroje radiového vysílání. V laboratořích ITT pracovala řada dalších vynikajících vědců, jakými byli např. již zmíněný Émile Labin, ing. Champsaur, Georges Chévigny a další. Ti se pak stali společníky při další cestě jak výzkumem, tak životními osudy. V roce 1939 ing. Deloraine navštívil Portsmouth a mj. mu byla ukázána radiolokační stanice Royal Navy určená pro ochranu pobřeží. Tam byl utvrzen ve své nastoupené cestě výzkumu, neboť britské zařízení využívající mnohem delších vlnových délek se mu jevilo jako méně moderní než produkty jeho laboratoře.

ITT nechala podat svými patentovými právníky na americký patentový úřad 4. března 1938 přihlášku na magnetron s dělenou anodou, na kterém se významně podílela právě pařížská laboratoř s lví účastí ing. H. Busigniese. Patent byl společnosti ITT až po příliš dlouhém zkoumání udělen pod číslem US. Pat. No. 2.201.666 ke dni 21. května 1940. Následovala doba, kdy po francouzské kapitulaci i s manželkou a plány nejnovějších přístrojů a zařízení odejel ing. H. Busignies z Paříže na neokupovanou část Francie - do Bordeaux. Pařížská laboratoř ITT byla rozdělena na dvě části a ing. M. Deloraine spolu s ing. H. Busigniesem a částí vědeckých sil se posléze na příkaz vedení společnosti vrátili zpět do okupované Paříže. Když byli zadrženi německou armádou za hranicemi okupované části země při cestě do Paříže, předložil ing. Deloraine jako šéf laboratoří původní evakuační rozkaz od velení francouzské armády. Německý plukovník Luftwaffe, před kterého byli předvedeni, uznal, že „rozkaz je rozkaz“ a propustil je, aby se mohli vrátit. Vždyť budou přece v Paříži pracovat i pro Německo!

Už v září 1940 však americký šéf ITT plukovník H. C. Behne poslal na americké vyslanectví do Paříže dopis, ve kterém vyjádřil velké obavy o osud specialistů v pařížské laboratoři ITT. Sám pak odejel do Vichy, aby tam odsun vědců do USA osobně zařídil. Za úplatek dostal propustky pro své zaměstnance do neokupované části Francie a pak se jedenáct osob vydalo odděleně nejrůznějšími cestami do Lyonu. Vše, co se jen trochu dalo, v Paříži pečlivě ofotili nebo zabalili a odvezli, a to včetně funkčních vzorků nejnovějších zařízení. Německé kontroly na hranici byly velmi důkladné, ale naštěstí se týkaly výhradně osobních dokladů a propustek do neokupované části země. Zavazadla prozatím nikdo nekontroloval a tak se všechno to bohatství poznatků dostalo mimo dosah Němců zcela v pořádku. Personál ITT pak zamířil přes Marseille do Alžíru, odtud do Casablanky, Tangeru a dále do Lisabonu.

Cestovalo se porůznu - hydroplánem, vlakem, lodí. Henri Busignies si pronajal malé soukromé letadlo a tím odletěl do Lisabonu. Tam byli většinou ubytováni na americké náklady v hotelu Estorial. Z Lisabonu odpluli všichni 10. prosince 1940 na americké trampové lodi jménem SS Siboney spolu se spoustou známých z Francie směrem na Bermudy. Jako spolucestující měl Busignies kupříkladu Antoina de Saint-Exupéry, který se o této cestě zmínil ve svých „Válečných zápisech“ na straně 35 (české vyd. Vetus Via, 1994), dále režiséra Jeana Renoira a řadu židovských finančních magnátů utíkajících před německou péčí do bezpečného asylu v USA. Cenná zavazadla s výkresy, fotodokumentací a technikou byla pečlivě uložena do kabiny Freda Caldwella, šéfa americké společnosti CTNE. V té době totiž Britové pokládali Francouze za nepřátelské cizince a uspořádali pro ně při kontrole na Bermudách ukázku drsné a arogantní prohlídky všeho, co měli sebou. Po další plavbě se konečně Francouzi ocitli na americké půdě - na Silvestra roku 1940 se vylodili v Hobokenu, stát New York.

Na území USA platil od roku 1934 zákon pod názvem Federal Communications Act (Federální zákon o telekomunikacích), který byl speciálně určen pro účely kontroly společnosti ITT. Oficiálně se týkal udělování licencí na radiové vysílače a práci s radiovou technikou, ale velmi omezoval ty firmy a společnosti, které jako právě ITT měly ve svém vedení nebo akciovém portfeuille cizince. To spolu s nedůvěrou ve Francouze a jejich spolehlivost mělo za důsledek fakt, že americké úřady odpovědné za zbrojní zakázky a zastupované v této oblasti plukovníkem Coltonem z Fort Monmouth daly ITT příležitost k další práci na vývoji a zdokonalování své produkce až po dlouhých šesti měsících. ITT pak konečně dostala vládní zakázku na vývoj radaru a výsledek byl ten, že během neuvěřitelně krátké doby tří měsíců nabídla americké armádě dokonalý radar obsahující vysokofrekvenční pulzní techniku vyvinutou v ITT v Paříži a téměř současně také řadu dalších přístrojů, jakými byly například vysokofrekvenční zaměřovače, které byly naprosto unikátní a později kvůli anglické zkratce názvu High Frequency Direction Finder (směrový vysokofrekvenční zaměřovač) dostaly známou zkratku HFDF nebo také Huffduff. Byly poněkud jiného typu než obdobná zařízení vyvinutá ve Velké Británii, avšak neméně účinné a zdá se i modernější koncepce. I když to do obsahu tohoto článku příliš nezapadá, dodávám, že k zaměření vysílání například německé ponorky stačilo tomuto přístroji méně než půl sekundy! Takováto zařízení spolu s radarem a dalšími přístroji se význačnou měrou přičinila o to, že Spojenci dokázali vyhrát bitvu o Atlantik. Přístroje H. Busigniese a jeho kolegů z ITT se výjimečně osvědčily a byly také vhodné pro masovou výrobu s použitím amerických součástek z produkce nejen ITT samé.

Za války se laboratoř ITT v New Yorku obsazená původně převážně francouzským personálem rozrostla ze čtyř inženýrů na cca 950 vědců a techniků a dostala celkem přibližně 160 vládních i soukromých objednávek na vývoj speciální techniky. Mezi její úspěchy patřilo letecké navigační vybavení nejvyšší přesnosti, rušičky radiových a radarových signálů, širokopásmové letecké a námořní palubní scannery elektromagnetického vysílání, zlepšené obrazovky CRT, radary, HFDF několika typů a řada dalších přístrojů. Její vedoucí, ing. Maurice Deloraine, dostal po válce vyznamenání z nejvyšších - důstojnický řád francouzské Légion d´Honneur (Čestné legie), ing. Henri Busignies obdržel Certificate of Commendation od US Navy s ohodnocením „Outstanding Service“ (Za vynikající službu), Presidential Certification of Merit od amerického presidenta s odůvodněním „za vynikající přínos k válečnému úsilí Spojených států amerických a jejich spojenců“.

Není bez významu dodat, že ing. Henri Gaston Busignies se stal v poválečných letech dokonce viceprezidentem celé společnosti ITT a jejím technickým ředitelem odpovědným za výzkum a vývoj.

Prameny:

• Auphan, A., Mordal, Jacques: La Marine francaise dans la Seconde Guerre Mondiale, Paris 1967, edition France - Empire
• Deloraine, Maurice: When Telecom and ITT were young, Lehigh Books, New York, 1976
• Fisher, David: A Race on the Edge of Time: Radar, the Decisive Weapon of WW II, Paragon House 1989
• Wiliams, Broome Kathleen: Secret Weapon - U.S. High Frequency Direction Finding in the Battle of the Atlantic. Naval Institute Press, Annapolis, Maryland, 1996
• Guerlac, Henry E.: Radar in World War II - The History of Modern Physics, Henry Guerlac Papers, kat.č. 14-17-2345, Division of Rare and Manuscript Collections, Cornell University Library 1989  

"It is believed that the use of low-resolution images of a single picture from an internet file or an interior page of the file to illustrate described matter by implied copyrighted materials  in question qualifies as fair use under United States copyright law."