Retrotechtacular: una mirada más cercana a la espoleta de proximidad VT

Aquí en Hackaday, nuestro objetivo es traerte solo los trucos más recientes, lo que conlleva la carga de ser Johnny-on-the-spot con nuestro material de origen. Entonces, si algo de interés obvio para nuestros lectores se vuelve viral, podríamos optar por no cubrirlo nosotros mismos, pensando que probablemente ya lo hayan visto. Pero, si podemos profundizar un poco más y aportar un valor adicional más allá de lo que proporciona el contenido viral, entonces esa es otra historia.

Esa es más o menos la historia detrás del excelente video publicado recientemente por [Real Engineering] sobre "El arma secreta que cambió la Segunda Guerra Mundial". Se trata de la serie VT de espoletas de proximidad (es una ortografía alternativa legítima de "fusible" aunque algo arcaica) que se usaron para proyectiles de artillería y cohetes estabilizados por giro en la Segunda Guerra Mundial. El video ofrece una excelente descripción general del desarrollo del VT, que se utilizó principalmente en la artillería antiaérea (AAA). Los detalles sobre el desarrollo de la espoleta VT estadounidense son excelentes, aunque curiosamente no se menciona que los experimentos británicos con una espoleta de proximidad de radio fueron parte de la mina de oro de información traída a Estados Unidos con gran riesgo por la misión Tizard en 1940. Si bien ha habido Con mucha controversia sobre el papel exacto que desempeñó el trabajo británico, es justo decir que al menos informó el desarrollo y el despliegue de la espoleta VT estadounidense.

En cuanto a cómo funcionó la espoleta, el video entra en un grado de detalle un poco menos que satisfactorio. Eso no es una queja, ya que demasiados detalles en ese departamento probablemente no atraerían a una audiencia amplia. Pero para el conjunto de Hackaday, más detalles es mejor, así que me puse a aprender qué hizo funcionar la espoleta VT. Como espoleta de proximidad de radio, el concepto básico es obvio: generar un pulso de RF fuerte y escuchar cualquier señal que pueda haber sido reflejada por un objeto sólido cercano, como un avión. Pero el diablo está en los detalles, como dicen, y los desafíos involucrados para hacer que esto funcionara en condiciones de campo de batalla fueron inmensos.

Entonces, ¿qué tipo de circuitos se usaron para hacer que todo esto funcionara? ¿Y cómo sobrevivió la electrónica de alrededor de 1940 a las cargas de 20 000 g experimentadas por la espoleta cuando se dispara el proyectil de artillería? Aunque muchos detalles no están disponibles, el manual de espoleta VT de la Oficina de Ordenanzas de 1946 revela muchos detalles, incluidos los esquemas. Desafortunadamente, no se proporciona un esquema general, por lo que tuve que unir uno de los fragmentos proporcionados en el manual:

El corazón de la espoleta VT es un transmisor-receptor de un tubo, que se muestra en la parte superior izquierda del esquema. Se describe en el manual como un "oscilador Hartley de rejilla conectada a tierra", aunque con notas de que las versiones de la Marina del VT usaban un oscilador Colpitts modificado. El triodo único actuó como oscilador para transmitir la señal de RF y como detector de la señal reflejada. No se dan valores de componentes en el manual, por lo que es difícil estimar la frecuencia que usaron los VT, pero dado que estos fueron diseñados principalmente para detectar aviones, supondríamos una longitud de onda mínima superior al tamaño de un avión, quizás de 5 a 10 metros. , o entre 28 y 60 MHz más o menos. Esta parece ser una frecuencia razonable para los circuitos que se muestran y para la antena, que se describe como un "dipolo estándar".

Sin embargo, al final del día, la frecuencia real del transmisor no es motivo de gran preocupación, porque la detección se basa en la diferencia de frecuencia entre la frecuencia transmitida y la señal reflejada, y la frecuencia de pulsación generada gracias al hecho de que el rango entre el caparazón y el objetivo está cambiando rápidamente. El video hace un gran trabajo al explicar esto, y el manual detalla cómo el circuito amplificador (centro superior en el esquema anterior) logra esto. Nunca he tenido mucha suerte entendiendo los circuitos de válvulas de vacío, por lo que dejaré que las mentes mejores que la mía detallen la teoría aquí, pero basta con decir que la selección adecuada de los componentes en el circuito del amplificador, en particular la pantalla y la derivación de la placa condensadores, crea un filtro cuya frecuencia central corresponde a la esperada cuando el objetivo está dentro del radio de explosión efectivo del proyectil. Cuando eso sucede, el gas en el tiratrón en el circuito de disparo (abajo a la derecha) se ioniza, lo que permite que el condensador de disparo totalmente cargado se descargue a través de un detonador y detone el proyectil.

Para uso naval, se agregó un circuito de supresión de olas (arriba a la derecha). "Ola" se refería a las olas del océano, no a las ondas de radio, que podían reflejar la señal transmitida y provocar la detonación temprana de un proyectil cuando se disparaba con un ángulo de elevación bajo, como cuando se acercaba un bombardero torpedero enemigo. El WSF esencialmente disminuye la sensibilidad del amplificador en presencia de una señal constante, lo que puede ocurrir cuando el caparazón se desplaza sobre las olas.

Como ocurre con la mayoría de los inventos militares, la espoleta VT era diabólicamente inteligente. Esa tecnología de la década de 1940 pudo crear un circuito que era lo suficientemente pequeño como para caber en un proyectil de artillería, lo suficientemente resistente para sobrevivir al breve viaje al objetivo y lo suficientemente barato para fabricarlo a granel: el costo por unidad se había reducido tan bajo como $ 18 en 1945, es un testimonio del ingenio de los ingenieros involucrados.