Technika XX wieku — Knickebein

W czasie drugiej wojny światowej pojawiło się wiele nowinek technicznych, które umożliwiały zdobycie przez jedną ze stron konfliktu wielkiej przewagi. W jednej z moich serii możecie poczytać o Enigmie, maszynie Lorenza i innych maszynach kryptograficznych. Jednakże, nie były to jedyne urządzenia, których stworzenie istotnie wpłynęło na przebieg konfliktu. Odpowiednie machiny powstawały po obydwóch stronach barykady. Zarówno Niemcy, jak i Amerykanie i Brytyjczycy mieli na swoim koncie wynalazki, które można określić mianem Wunderwaffe – cudownej broni, która istotnie wpłynęła na przebieg wojny. W tym artykule zajmiemy się Knickebein – wynalazkiem, który mógł zmienić losy jednego z najważniejszych epizodów drugiej wojny światowej - bitwy o Anglię. System ten jest też niejako pierwowzorem dzisiejszych mechanizmów wspomagających lądowanie pilotów na lotniskach całego świata. Zaczynamy!

Pierwszy system ILS

O firmie Lorenz AG wspominaliśmy już w serii „Kryptologia XX wieku”. To właśnie w laboratoriach tej firmy powstała wyprzedzająca swe czasy maszyna szyfrująca Lorenza. Teraz dowiemy się o innym wynalazku, który w niemniejszy sposób zwiększał potęgę III Rzeszy.

Człowiek opracowujący daną technologię prawie nigdy nie ma na celu zabijania drugiego człowieka. Celem naukowca jest zwykle wynalezienie czegoś, co ułatwiało by życie zwykłych ludzi. Tak samo było w tym wypadku.

Pierwszy samolot, konstrukcja braci Wright wzbił się w powietrze 17 grudnia 1903. Zaledwie kilka lat później, w okresie międzywojennym powstawały już pierwsze komercyjne linie lotnicze, oferujące przewóz pasażerów. Nie były to rzeczy, na które stać było przeciętnego człowieka. Aczkolwiek, szybki rozwój aeronautyki powodował, że przewozy te zaczęły stopniowo tanieć. Ogromnym problemem było lądowanie w nocy. Pas startowy, nawet jeśli był oświetlony, nie musiał być zbytnio widoczny z wysokości kilkuset metrów i odległości kilku kilometrów. Pilot wykonujący lot nocny musiał się sporo natrudzić, aby trafić na odpowiednią ścieżkę podejścia, która zapewniałaby mu bezpieczne lądowanie. Niemiecki naukowiec, pracujący w przedsiębiorstwie Lorenz AG. Dr. Ernst Ludwig Kramar, chciał rozwiązać ten problem.

Rok 1932. Po wielu miesiącach badań, wykorzystując także teoretyczne opracowania napisane przez innych naukowców, Kramar stworzył pierwszy na świecie radiowy system nawigacyjny, wspomagający lądowanie samolotu w warunkach ograniczonej widzialności. Obecnie takie systemy są znane pod ogólną nazwą ILS. Zasada działania opracowanego przez Kramara systemu była bardzo prosta. Jaka? Zobaczmy.

Sercem systemu były dwie anteny kierunkowe emitujące dwie szerokie wiązki fal radiowych. Nakładały się one na siebie wzdłuż pasa startowego. Anteny były tak podłączone do nadajnika, że jedna emitowała tylko kreski, a druga tylko kropki alfabetu Morse’a. W miejscu, gdzie obydwie wiązki się nakładały, sygnał był ciągły.

Samolot pilota, który chciał skorzystać z tego systemu musiał oczywiście być wyposażony w odpowiednie urządzenia. Procedura lądowania była niezwykle prosta. Pilot musiał zbliżać się do lotniska na wysokości około 200m, gdyż jedynie wtedy mógł w słuchawkach usłyszeć sygnały wysyłane przez nadajnik – kreski lub kropki. Gdy pilot był na idealnej ścieżce podejścia, słyszał sygnał ciągły. Kiedy natomiast zbaczał z kursu, w słuchawkach ujawniał się dźwięk kropek lub kresek. Dokładność systemu Lorenza była bardzo duża – odchylenie kursu wynosiło maksymalnie 3 stopnie. W skład systemu wchodziły także inne nadajniki, „wskaźniki” które informowały pilota o odległości od pasa startowego. Pierwszy z nich znajdował się w odległości 3 km od lotniska. Częstotliwość, której używały „wskaźniki odległości” była inna od tych, które wskazywały tor podejścia. Dzięki temu pilot mógł zorientować się, w jakiej odległości od pasa startowego znajduje się jego maszyna. Drugi marker znajdował się na dystansie 300m od pasa startowego. Kiedy pilot usłyszał sygnał z drugiego wskaźnika, oznaczało to, że powinien wypatrywać już pasa startowego.

W ciągu kilku następnych lat system Lorenza uległ kilku usprawnieniom. Lufthansa, największy niemiecki przewoźnik międzywojenny, zaadoptował ten system do większości swoich samolotów. Wojskowi początkowo nie zauważyli potencjału nowej technologii. Przypomniano sobie o niej dopiero w 1940 roku, kiedy miała się rozpocząć kolejna faza wojny.

Knickebein i X-Gerät

Bardzo szybko rozwijająca się aeronautyka, wzrost wydajności i skuteczności samolotów bombowych zmusił teoretyków wojskowości i naukowców do opracowania skutecznych taktyk nocnych bombardowań. Dlaczego było to takie ważne? Bombowiec, który musiał udźwignąć kilkaset kilogramów bomb, z założenia musiał być duży i ciężki. Zwrotność maszyn takich jak niemiecki Junkers Ju87 czy Heinkel He 111 nie pozwalała na wymanewrowanie zwinnego myśliwca pokroju Hurricane’a czy plującego ogniem Spitfire’a. Natomiast niska maksymalna prędkość nie pozwalała na szybką ucieczkę z zagrożonego rejonu. Te czynniki czyniły bombowce niezwykle łatwym celem dla myśliwców przeciwnika. Jednakże noc mogła zmienić współczynnik sił.

Ani myśliwce brytyjskie, ani niemieckie nie posiadały w ówczesnym okresie radaru, który pozwalałby łatwo wykryć znajdujące się w pobliżu maszyny nieprzyjaciela. Cała skuteczność pilota myśliwca opierała się w dużej mierze na jego sokolim wzroku. Niestety, w nocy widoczność znacznie spadała. Dodatkowo, samoloty przeznaczone do bombardowań nocnych posiadały nocne maskowanie, które znacznie utrudniały dostrzeżenie ich przez wroga na nocnym, gwieździstym niebie.

Noc nie tylko utrudniała myśliwcom zestrzelenie bombowców, ale także bombowcom trafienie celów znajdujących się na ziemi. Bez pomocy słońca, z wysokości 3,5 czy 6 kilometrów niezwykle trudnym zadaniem byłoby wypatrzenie celu, który należy zniszczyć. Inżynierzy Telefunkena jeszcze przed wojną wzięli na warsztat system ILS Lorenza z myślą przystosowania go do działań wojennych. Nazwali go „Knickebein”.

Zasada funkcjonowania Knickebein była praktycznie identyczna z tą, która była używana w pierwszej wersji systemu ILS Lorenza. Stacje nadawcze były umieszczone na wzgórzu Stollberg i w Kleve. Nadajniki pracowały na częstotliwości 30 lub 31.5 MHz. „Wojennym” ulepszeniem względem systemu Lorenza było dodanie drugiego nadajnika, który przecinał główną wiązkę w określonej odległości przed celem. Częstotliwość sygnału dla tej wiązki była inna niż dla głównej. Dzięki temu pilot, gdy tylko usłyszał w słuchawkach sygnał przecinania poprzecznej wiązki z nadajnika w Kleve, wiedział, że nadszedł czas na zrzucenie ładunku. Drugim ulepszeniem było znaczne zwiększenie mocy nadajników. Oryginalny system Lorenza miał zasięg 48 kilometrów, co było dobre dla mechanizmu mającego wspomagać lądowanie, ale niewystarczające do nocnych rajdów na Wielką Brytanię.

Knickebein został bardzo szybko ulepszony, aby dostarczyć pilotowi o wiele więcej informacji na temat kursu i momentu zrzucenia ładunku, co przekładało się na o wiele większą celność. Nową wersję nazwano X‑Gerät. Do działania X‑Gerät potrzebna była większa ilość nadajników. Wybudowano m.in. nadajnik w Cherbourg oraz w Audembert.

Pilot, którego samolot był wyposażony w dwa radioodbiorniki radiowe z wytwórni Lorenza FuG17 „Anna”, podobnie jak w systemie Knickebein, słyszał ciągły sygnał jeśli obrał odpowiedni kurs do celu. Dbała o to stacja w Cherbourg. Natomiast Audembert wysyłał trzy promienie, każdy o innej częstotliwości, które krzyżowały się z tym emitowanym przez stację w Cherbourg w różnych odległościach od celu.

Kiedy pilot usłyszał dźwięk informujący o tym, że przekroczył pierwszy promień, był to nieomylny znak że zbliża się do celu i musi ustawić samolot dokładnie w środku ścieżki. Jednocześnie operator X‑Gerät nakręcał specjalny zegar. Kiedy samolot minął drugi poprzeczny promień, należało się spodziewać, że eskadra znajduje się w odległości 21 kilometrów od celu. W tym momencie specjalny zegar, znajdujący się w kokpicie samolotu był uruchamiany. Krótsza wskazówka zaczynała obiegać tarczę. Minięcie trzeciego promienia oznaczało, że zegar należy zatrzymać. Pilot znajdował się wtedy w odległości 5 km od celu. W momencie zatrzymania krótszej wskazówki uruchamiała się dłuższa, która obiegała zegar w tempie trzykrotnie szybszym. Gdy dobiegała krótszej, następowało zamknięcie obwodu i automatyczne zwolnienie bomb.

Stacja w Cherbourgu emitowała promienie prowadzące, czyli dwie szerokie wiązki fal o częstotliwości 65‑75 MHz. Podobnie jak w systemie Lorenza, były to kropki i kreski alfabetu Morse’a. Natomiast stacja w Audembert emitowała aż trzy promienie, które przecinały się z główną w różnych odległościach przed celem. Pierwsza miała szerokość 6‑9m, nazywała się Rhine, a druga, Oder 18‑27m. Trzecia wiązka, która przecinała się z główną ok. 5 km przed celem nosiła nazwę Elbe.

System X‑Gerät był niezwykle dokładny. Pozwalał zrzucić bomby z dokładnością do 90 metrów. Nawet w pogodny dzień, przy użyciu tradycyjnych przyrządów celowniczych było to nie lada wyczynem. Oprócz zalet, nowocześniejsza wersja Knickebein miała także kilka wad. O ile z Knickebein mógł korzystać każdy samolot niemiecki, o tyle X‑Gerät wymagał specjalistycznej aparatury. Odpowiednie wyposażenie dostała jedynie Kampfgruppe 100. Niestety, Niemcy popełnili kilka błędów które dały Brytyjczykom informację o tym systemie, i w efekcie możliwość jego zakłócania.

Walka z nowym wynalazkiem

Marzec 1940 roku. Trwa „dziwna wojna”. Brytyjczycy zrzucają nad III Rzeszą ulotki namawiające do obalenia Hitlera. W tym samym czasie, z bazy, w której stacjonuje eskadra Kampfgruppe 26 startuje kilka bombowców He 111. Nie mają ładunku bombowego. Ich celem nie jest niszczenie czegokolwiek, a jedynie przetestowanie działania nowego systemu Knickebein. Lot przebiega bez zakłóceń. „Wirtualnym” celem ich ataku jest pewien węzeł kolejowy w okolicach Londynu. Bezchmurne niebo pozwala pilotom na obserwację nieba w poszukiwaniu ewentualnego zagrożenia. Samoloty zbliżają się do celu. Operator Knickebein zapisuje w dzienniku pokładowym informację: „wiązka radiowa Knickebein na 315”. Nagle na godzinie 6 pojawia się kilka Hurricane’ów. Heinkle nie mają osłony myśliwców. Muszą przerwać operację i spróbować zniknąć z oczu myśliwców. Jednego z nich dorywają brytyjskie samoloty. Po długiej wymianie ognia, Heinkel He111, z uszkodzonym sterem wysokości musi awaryjnie lądować. Na ziemi natychmiastowo zjawiają się oddziały Homeguard, które biorą pilotów w niewolę.

Brytyjczycy natychmiastowo zabierają się za analizę wraku. Zauważają nie tylko radioodbiorniki, ale także notatkę w dzienniku pokładowym. Jest to jasny sygnał, że III Rzesza pracuje nad systemem naprowadzania samolotów na cel.

Analiza radioodbiornika pozwala poznać jeszcze jedną ważną cechę tej technologii – częstotliwość, na której pracuje cały system. Kilka dni później, specjalnie wyposażony samolot Avro Anson szuka wiązek Knickebein. Po przelocie nad zakładami Rolls Royce’a w Derby pilot słyszy sygnał. To właśnie kolejny cel systemu.

Brytyjczycy nie znali skuteczności Knickebein, ani późniejszego X‑Gerät. Wiedzieli jedynie tyle, że jest to system naprowadzania. Późniejsze wydarzenia miały pokazać moc drzemiącą w nowej, niemieckiej technologii. Anglicy musieli się spieszyć z badaniami, gdyż niebezpieczeństwo zbliżało się niezwykle szybko.

Czerwiec roku Pańskiego 1940. Niemieckie wojska opanowały Paryż oraz znaczną część Francji. Wojska brytyjskie sześć dni wcześniej zakończyły prowadzoną na wielką skalę operację „Dynamo”, polegającą na ewakuacji brytyjskiego korpusu ekspedycyjnego na Wyspy brytyjskie. 22 czerwca o godzinie 18:50 między Francją a III Rzeszą został podpisany rozejm. Działo się to w tym samym miejscu oraz w tym samym wagonie, w którym kilkadziesiąt lat wcześniej Cesarstwo Niemieckie podpisało upokarzający Niemcy rozejm, kończący pierwszą wojnę światową. Pokonanie Francji było bardzo bolesnym ciosem dla Imperium brytyjskiego. Oznaczało, że od tej pory muszą toczyć samodzielną walkę z plagą hitlerowską. Od niemieckich zagonów pancernych oddzielał ich jedynie kanał La Manche, który w najwęższym miejscu miał zaledwie 34 kilometry długości. Z wybrzeża okolic Calais w pogodny dzień, używając lornetki niemieccy żołnierze mogli zauważyć błyszczące w słońcu szczyty Dover. Jednakże, póki co, była to wystarczająca przeszkoda dla niemieckiej armii. Aby pokonać Wielką Brytanię, Hitler musiał zniszczyć brytyjską flotę. Do wykonania tego celu było niezbędne uzyskanie bezwzględnej przewagi w powietrzu. Innym celem zaplanowanej przez Hitlera „Bitwy o Anglię” było także unieruchomienie brytyjskiego przemysłu.

13 sierpnia 1940 roku. Z lotniska Vannes w północno-zachodniej Francji startuje 21 bombowców z Kampfgruppe 100. Pogoda tego dnia nie sprzyjała operacjom bojowym. Niebo było mocno zachmurzone. Nad celem bombowców – zakładami Nuffield w Castle Bromwich panowała burza. Nie przeszkodziło to w zrzuceniu bomb, które zniszczyły najważniejsze budynki zakładu. W najbliższym czasie X‑Gerät miał zadać Brytyjczykom jeszcze poważniejsze straty.

Pierwsze urządzenia zakłócające Knickebein i X‑Gerät były oparte na odpowiednio zmodyfikowanych zestawach do diatermii. Emitowały one zwykłe szumy, przez co nie były skutecznym środkiem zagłuszania niemieckiego systemu. Potem za pomocą odpowiednich nadajników zaczęto emitować kreski alfabetu Morse’a. Robiono to w tym samym momencie, w którym Niemcy uruchamiali swoje nadajniki. Wtedy operator systemu w samolotu słyszał „dwie wiązki” kresek i nie mógł na tej podstawie określić prawidłowego toru lotu.

Sierpień 1940 roku. Niemcy codziennie zrzucają setki bomb na brytyjskie lotniska, fabryki i stacje radarowe. Wielka Brytania jest bombardowana w dzień i w nocy. Niemieckim eskadrom nie wolno było zrzucać bomb na miasta i zabudowania cywilne. Hitler chciał zmusić Churchilla do podpisania pokoju oraz przekonać opinię publiczną Wielkiej Brytanii, że dalsza walka nie ma sensu.

Prawidłowo działający system zagłuszania był gotowy już pod koniec sierpnia. Wtedy też, na żądanie Churchilla został po raz pierwszy zastosowany. Skutki tego działania były niezwykle ważne dla wyczerpanej kilkutygodniowymi, ciągłymi bombardowaniami Wielkiej Brytanii.

Pochmurna noc 24/25 sierpnia 1940. Kilka niemieckich Heinkli 111 zbliża się do portu w Chatham. Celem jest zniszczenie instalacji portowych. Wszystko odbywa się bez najmniejszych problemów. Eskadra nie jest niepokojona przez nieprzyjacielskie samoloty. Pilot właśnie słyszy trzeci sygnał, oznaczający zatrzymanie krótszej wskazówki i uruchomienie dłuższej w specjalnym zegarze. Bomby spadają. Eskadra zawraca w kierunku kanału La Manche i francuskiego wybrzeża.

Jednakże, to nie port Chatham został zbombardowany. Przez brytyjskie stacje zakłócające, niemieckie bombowce poleciały kilkadziesiąt kilometrów za daleko i zrzuciły bomby na Londyn, czego Göring stanowczo zakazał. Straty pozornie nie były duże. Jednakże to wydarzenie miało niebywale skutki polityczne.

Duże znaczenie miał fakt, że Göring wielokrotnie chełpił się przed Hitlerem, że nad Berlinem nawet wróbel nie przeleci bez pozwolenia Luftwaffe. Aż tu nagle, w nocy z 25 na 26 sierpnia nad stolicą tysiącletniej III Rzeszy pojawia się kilkadziesiąt brytyjskich bombowców. Ze względu na odległość (950 kilometrów) nie mogły zabrać dużego ładunku, toteż zadane straty nie były duże. Ale brytyjskiemu premierowi nie chodziło o wyrządzenie jakichkolwiek zniszczeń w Berlinie, a o uderzenie w dumę Hitlera i Göringa. Prawie natychmiastowo po tym wydarzeniu zmieniono priorytety niemieckiego lotnictwa. Od tej pory głównym celem miały być nie fabryki, lotniska, stacje radarowe a miasta. Dało to szansę „regeneracji” znajdującemu się na krawędzi przepaści brytyjskiemu przemysłowi oraz lotnictwu. Zmieniło to losy Bitwy o Anglię.

X‑Gerät – przyczyna klęski?

Przypadkowe zbombardowanie Londynu, co stało się za sprawą błędnie działającego systemu naprowadzania X‑Gerat, uruchomiło łańcuch wydarzeń. System, który początkowo zaskoczył Brytyjczyków swoją skutecznością, był jednocześnie jedną z przyczyn klęski hitlerowskich Niemiec w Bitwie o Anglię. Jego cywilny przodek, system Lorenza jest za to pierwowzorem każdego współczesnego mechanizmu ułatwiającego lądowanie pilotom na lotniskach całego świata. Oczywiście nie tylko Niemcy posiadali tajną broń. Wielka Brytania także rozwijała swoją wersję Wunderwaffe, ale tym zajmiemy się w późniejszym czasie.

EDIT: Bibliografia

Źródła do tego artykułu to następujące książki/strony internetowe/pdf-y. W artykule znajduje się tylko ogólny zarys zarówno historii jak i zasady działania tych urządzeń. Natomiast dzięki niżej wymienionym książkom/pdfom możesz poszerzyć zawartą tutaj wiedzę :)

• Bogusław Wołoszański. "Tajna wojna Churchilla"
• Brian Johnson "Sekrety II wojny światowej. Wojna mózgów. Tajne badania naukowe i ich zastosowanie w czasie II wojny światowej"
• radarworld.org
• vc.airvectors.net