Retrotechtacular : un examen plus approfondi de la fusée de proximité VT

Chez Hackaday, notre objectif est de vous proposer uniquement les hacks les plus récents, ce qui porte le fardeau d'être Johnny sur place avec notre matériel source. Donc, si quelque chose d'un intérêt évident pour nos lecteurs devient viral, nous pourrions simplement choisir de ne pas le couvrir nous-mêmes, en pensant que vous l'avez probablement déjà vu. Mais, si nous pouvons creuser un peu plus et apporter une valeur supplémentaire au-delà de ce que le contenu viral fournit, eh bien, c'est une autre histoire.

C'est à peu près l'histoire derrière l'excellente vidéo récemment publiée par [Real Engineering] sur "L'arme secrète qui a changé la Seconde Guerre mondiale". Il s'agit de la série VT de fusées de proximité - c'est une orthographe alternative légitime de "fusée" bien qu'elle soit quelque peu archaïque - qui ont été utilisées pour les obus d'artillerie et les roquettes à rotation stabilisée pendant la Seconde Guerre mondiale. La vidéo donne un excellent aperçu du développement du VT, qui a été utilisé principalement dans l'artillerie anti-aérienne (AAA). Les détails sur le développement de la fusée américaine VT sont excellents, bien que curieusement il n'y ait aucune mention que les expériences britanniques avec une fusée de proximité radio faisaient partie de la mine d'or d'informations apportées à l'Amérique à grands risques par la mission Tizard en 1940. Bien qu'il y ait eu beaucoup de controverse sur le rôle exact joué par le travail britannique, il est juste de dire qu'il a au moins informé le développement et la mise en service de la fusée américaine VT.

En ce qui concerne le fonctionnement de la fusée, la vidéo entre dans un degré de détail légèrement moins que satisfaisant. Ce n'est pas une plainte, car trop de détails dans ce département ne plairaient probablement pas à un large public. Mais pour l'ensemble Hackaday, plus de détails sont meilleurs, alors j'ai commencé à apprendre ce qui faisait fonctionner la fusée VT. En tant que fusée de proximité radio, le concept de base est évident : générer une forte impulsion RF et écouter tous les signaux qui peuvent avoir été réfléchis par un objet solide à proximité, tel qu'un avion. Mais le diable est dans les détails, comme on dit, et les défis à relever pour que cela fonctionne dans des conditions de champ de bataille étaient immenses.

Alors, quels types de circuits ont été utilisés pour faire tout ce travail ? Et comment l'électronique vers 1940 a-t-elle survécu aux charges de 20 000 g subies par la fusée lors du tir de l'obus d'artillerie ? Bien que de nombreux détails ne soient pas disponibles, le manuel de la fusée VT du Bureau of Ordinance de 1946 révèle de nombreux détails, y compris des schémas. Malheureusement, il n'y a pas de schéma global donné, j'ai donc dû en assembler un à partir des fragments donnés dans le manuel:

Le cœur de la fusée VT est un émetteur-récepteur à un tube, illustré en haut à gauche du schéma. Il est décrit dans le manuel comme un "oscillateur Hartley à grille de mise à la terre", bien qu'avec des notes indiquant que les versions Navy du VT utilisaient un oscillateur Colpitts modifié. La triode unique agissait à la fois comme oscillateur pour transmettre le signal RF et comme détecteur pour le signal réfléchi. Aucune valeur de composant n'est donnée dans le manuel, il est donc difficile d'estimer la fréquence utilisée par les VT, mais comme ils ont été principalement conçus pour détecter les avions, nous supposons une longueur d'onde minimale supérieure à la taille d'un avion, peut-être 5 à 10 mètres, ou entre 28 et 60 MHz environ. Cela semble être une fréquence raisonnable pour les circuits illustrés et pour l'antenne, qui est décrite comme un "dipôle standard".

En fin de compte, cependant, la fréquence réelle de l'émetteur n'est pas très préoccupante, car la détection est basée sur la différence de fréquence entre la fréquence transmise et le signal réfléchi, et la fréquence de battement générée grâce au fait que la distance entre l'obus et la cible change rapidement. La vidéo explique très bien cela, et le manuel détaille comment le circuit amplificateur (en haut au centre dans le schéma ci-dessus) y parvient. Je n'ai jamais eu beaucoup de chance pour comprendre les circuits à tube à vide, donc je laisserai à de meilleurs esprits que le mien le soin de détailler la théorie ici, mais il suffit de dire qu'une sélection appropriée des composants dans le circuit amplificateur, en particulier l'écran et les condensateurs de dérivation de plaque, crée un filtre dont la fréquence centrale correspond à celle attendue lorsque la cible se trouve dans le rayon de souffle effectif de la coque. Lorsque cela se produit, le gaz dans le thyratron du circuit de mise à feu (en bas à droite) est ionisé, permettant au condensateur de mise à feu complètement chargé de se décharger à travers un pétard et de faire exploser la coque.

Pour une utilisation navale, un circuit de suppression des vagues (en haut à droite) a été ajouté. "Wave" faisait référence aux ondes océaniques, et non aux ondes radio, qui pouvaient refléter le signal transmis et provoquer la détonation précoce d'un obus lorsqu'il était tiré à un faible angle d'élévation, comme lorsqu'un bombardier torpilleur ennemi s'approchait. Le WSF diminue essentiellement la sensibilité de l'amplificateur en présence d'un signal stable, ce qui peut se produire lorsque la coque se déplace sur les vagues.

Comme pour la plupart des inventions militaires, la fusée VT était diaboliquement intelligente. Cette technologie des années 1940 a été capable de proposer un circuit suffisamment petit pour tenir sur un obus d'artillerie, suffisamment durable pour survivre au bref voyage vers la cible et suffisamment bon marché pour être fabriqué en vrac - le coût par unité avait chuté aussi bas que 18 $ en 1945 - témoigne de l'ingéniosité des ingénieurs impliqués.