Vzpomínky německého radarového vědce

Radar Hohentwiel (Funkmeβgerät FuG 200) a jeho vysílací elektronky RD 12Tf

Německý radarový přístroj Hohentwiel byl vyvinut v průběhu let 1941-1943 pro účely námořního leteckého průzkumu, když se ukázala stále naléhavější potřeba lokalizovat námořní cíle na velkou vzdálenost i za zhoršené viditelnosti. Hlavní profit z něj měla sice mít Luftwaffe, ale její bombardovací kapacita na západní frontě — vlastně hlavně nad Atlantikem — se rapidně snižovala stejně, jako jí nuceně přibývalo na opačné straně Evropy. Zhruba od poloviny roku 1943 byl Hohentwiel montován do různých typů letadel, a to nejen na západní frontě a nad Atlantikem. Bylo to skutečně účinné zařízení, se kterým se z paluby letadla daly zjišťovat lodě, ponorky na povrchu moře a také menší objekty (letouny na vodní hladině atp.), přičemž se tak dělo v závislosti na velkosti cíle až na vzdálenost cca 80 km. O něco později než u Luftwaffe se objevil v modifikované podobě i u námořnictva a jinde, ale to už byl dost jiný Hohentwiel a měl i jiná označení.

Předpokladem pro konstrukci takového přístroje bylo vyvinutí a výroba nové vysílací triody, konkrétně typu RD 12Tf, jejíž vývoj a problémy s ním spojené popisuje tehdejší přední německý odborník v této oblasti a současně autor mnoha tehdejších (dnes neuznávaných) válečných patentových práv pan O. M. Berger.

O. M. Berger vzpomíná

„Tehdy jsme v Německu hojně používali vlnovou délku 0,5 m, která se pro skutečně přehledový a současně vyhledávací letecký palubní radar hodný toho jména nedala za daného stavu naší vysílací techniky dost dobře použít,“ říká pan Berger.

„Já jsem dostal za úkol vyvinout takovou vysílací elektronku, která by v tomto kmitočtovém pásmu byla dostatečně účinná, spolehlivá a prakticky dobře použitelná, s velkou životností. Od samého počátku vývoje až po stádium výroby sériových lamp jsem vyvíjel a posléze dohlížel na vývoj a produkci vysílací elektronky RD 12Tf, tedy triody, která mohla ve dvojčinném zapojení poskytovat špičkový vysokofrekvenční výkon okolo 50 kW. Tyto elektronky byly pak používány pro osazení vysílače radiolokátoru Hohentwiel a řady dalších obdobných zařízení. Bylo zapotřebí skutečně velkého objemu vývojových prací, aby bylo možno vyrobit lehký vysílač se špičkovým provozním napětím 20 kV. Nezbytně nutné bylo využití zcela nových myšlenek — kupříkladu žádná z používaných látek udržujících vakuum v lampě pohlcováním plynu (tzv. getrů) se pro tyto elektronky nehodila a navíc jsem postupem doby zjistil, že k lampám bylo zapotřebí připojit vnější laditelný oscilační obvod. Všechny tyto mé patenty byly za války označeny stupněm utajení TAJNÉ a Američané je po válce zrekvírovali jako válečnou kořist, takže dodnes z mých téměř 40 patentů v tomto oboru nemám žádný podložen patřičnými dokumenty.

I další elektronky byly vyvinuty a vyráběny podle mého návrhu ze speciálního tvrzeného skla; například šlo o LG 10, která dodávala při napětí 5 kV proud 400 mA, již zmiňovaná RD 12Tf o špičkovém vysílacím výkonu 25 kW, impulzní lampa pro zesilovače RL 12T75 a rovněž i největší zesilovací elektronka LS 900 s baňkou z téhož materiálu, která poskytovala trvalý výkon 500 W. Stejně tak jsem vyvinul malou elektronku se stínící mřížkou LS 52, kterou bylo možno bez neutralizace použít ještě v decimetrovém kmitočtovém pásmu.“

Pan Berger dále pokračuje: „V průběhu vývoje bylo jako vedlejší produkty vyřešeno mnoho technologických drobných problémů. U RD 12Tf vznikl kupříkladu problém s připojením vnějšího laditelného oscilačního obvodu pro kmitočtové  pásmo 50 cm. Kapacity vnitřního systému byly přesně dány velikostí katody a ta vyžadovala určité rozměry ve vztahu k vysoké proudové hustotě potřebné pro velký vysílací výkon. Zpočátku vypadal celý problém úplně beznadějně. Hustota proudu dosahovala za tehdejšího stavu techniky max. 150 mA/cm² podobně jako v elektronkách určených pro zesilovače. Dalo se ale jednoduše vypočítat, že u RD 12Tf bude zapotřebí špičkového proudu cca 10 A při provozním napětí 20 kV. A tak první konstrukční pokusy obvykle končily krásným ohňostrojem uvnitř baňky elektronky. Bylo zapotřebí použít katodu pokrytou oxidační vrstvou, protože dostupné wolframové katody pokryté vrstvičkou thoria se příliš rychle nasycovaly. Nejdříve bylo tedy nutné místo nástřiku ochranné vrstvy použít kataforézy - elektrolytického nanášení. Katody byly hladké, ale byly velice citlivé na znečištění povrchu zbytkovým kyslíkem a zplodinami hoření při zatavování patice elektronky. Jako další potíž se objevilo to, že u elektronek majících za úkol odolávat i špičkovému napětí do 35 kV při vysokých frekvencích se nedalo použít běžně užívaných mřížek s baryem, které se špatně vázalo a rychle se v takových podmínkách odpařilo do vnitřního prostoru elektronky. Tím způsobem vznikal při vyšších napětích také kouzelný ohňostroj.

Bylo třeba najít takové materiály, které budou sice při zahořování a uvádění do plného výkonu uvolňovat plyn, ale budou jej pak zpětně absorbovat. Dostal jsem nápad vyrobit elektrody z molybdenu, které by byly ve vakuu spájeny pájecí směsí vyrobenou z práškové formy niklu, molybdenu a železa a tyto elektrody pak opatřit vrstvou z jiné směsi práškových kovů thoria, zirkonu, tantalu, niklu, molybdenu a železa v přesném vzájemném poměru. Všechny tyto prvky měly žádanou vlastnost, tedy že při určité teplotě plyn (kyslík) vstřebávaly a po vzestupu teploty nad určitou mez zase uvolňovaly. Tak například thorium kyslík vstřebává už za teploty okolo 100°C a za teplot o několik set stupňů vyšší jej začne uvolňovat zpět do okolí. Na tento okamžik však už čeká zirkon, který ihned začne plyn absorbovat a po dosažení teploty cca 800°C jej zase začne uvolňovat. Pak přicházejí za dalšího nárůstu teploty tantal a postupně i ostatní prvky. Takovýmto způsobem by pak byla k dispozici funkční mřížka elektronky i při velmi vysokých teplotách.“

„Na tento patent jsem obzvláště pyšný“, říká pan Berger a dodává: „Další velký problém tvořil nezbytně nutný vývod skrze sklo elektronky do vnějšího laditelného oscilačního obvodu, který musel mít zcela nepatrnou induktivitu. Nápadem, který tuto potíž odstranil, bylo rozdělit kapacitu soustavy anoda/mřížka o hodnotě 4,8 pF na šest stejných dílů a následně kapacitu 0,8 pF vyvést skrze ploché lisované sklo patice pomocí molybdenových kolíčků. Konkrétně u RD 12Tf bylo pro tyto účely předpokládáno mj. pro anodu 6 kolíčků a pro mřížku 3 další kolíčky. Teď už chyběl jen nosný talířek konstrukce patice z tvrzeného skla, který obsahoval celkem 13 kolíčků. Tento díl byl tvarován ve formě z nerezové oceli, do které byly do speciálních úchytů vloženy příslušné molybdenové kolíčky pokryté oxidovou vrstvou a do formy byl pak natlačen potřebný objem taveniny speciálního vytvrzovacího skla. Horní díl lisovací formy se pak zatlačil do spodního a nosný talířek byl hotov. Na něj pak obsluha nasadila samonosnou konstrukci vnitřku elektronky. Automat s rotujícími hořáky pak přitavil konstrukci k talířku. Patice byla vtlačena ihned poté shora převlečením přes konstrukci a nosný talířek, až do polohy mírně pod jeho okrajem. Teď přišlo na řadu přitavení baňky na nosný talířek. Při rotujícím držáku budoucí elektronky byly na okraj baňky nasměrovány plameny malých kyslíkovodíkových hořáků s řídkým plamenem tak, aby část plamenů natavila i okraj nosného talířku. Hmota baňky pak klesla vlastní vahou a spojila se tímto vytažením s okrajem nosného talířku a paticí. Tím se zabránilo možnému znečištění vnitřních částí lampy spalinami. Svrchu byl pak vnitřní prostor baňky tlakově propláchnut směsí vodíku a dusíku a celá elektronka následně temperovaně zchlazena. Na závěr výroby byly lampy přitaveny obvyklým způsobem na vývěvu, vakuovány a dobu dvou dnů pak strávily v zahořovacích rámech za lehkého žhavení elektrod.“

Pan Berger pak ještě podotkl: „Z dnešního úhlu pohledu bych měl jako technik asi trochu pochyby o tom, zda ponechat délku zatavení molybdenových kolíčků ve skle pouhých 5 mm. Jestli tyto lampy drží vakuum ještě po 35 letech, to nevím; jelikož ale byly mnohokrát zapojovány a vyhřáty na provozní teplotu, přičemž mřížka stále fungovala, asi to ve skutečnosti žádný problém nebyl.

Tento typ elektronek byl, jak si vzpomínám, podle svého tvaru přezdíván radarovými obsluhami jako „kravský zvonec“ nebo „sklenice na marmeládu“. Zcela zjevně tito posměváčci přehlédli veledůležitou skutečnost: že totiž právě díky svému tvaru a velikosti byla lampa RD 12Tf jednou z mála elektronek, které se daly v úplné tmě kokpitu letadla snadno vyměnit jednou rukou a provoz šel dál. To se kupříkladu o dnešních přístrojích vybavených různými mnohapólovými propojeními rozhodně říci nedá.“

Můžeme závěrem konstatovat, že armáda elektrotechniků a vynálezců Třetí říše odvedla skutečně dobrou práci a projevila přitom obrovské množství invence i technické představivosti. Škoda jen, že velká většina jejich úsilí byla nutně zaměřena na ničení hodnot, které lidé tak pracně před válkou i během ní vytvořili. Útěchou nám může snad být jen poznatek, že jejich práce se přece jen v poválečné době zhodnotila v rozvoji mikrovlnné techniky a elektrotechniky vůbec ve prospěch nejširších vrstev.

Prameny:
Volně dle rozhovoru s O. M. Bergerem v 80. létech minulého století, uveřejněného v časopise FM-Report, březen 1993, s využitím knihy Davida Pritcharda The Radar War, vydané nakladatelstvím Thorson Publishing Group ve Wellingborough, Great Britain, roku 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."