Клэй Блэйр - Подводная война Гитлера. 1939-1942. Охотники. Часть I
Проведя ряд исследований, Рэндалл и Бут подготовили несколько научных статей, которые были опубликованы при содействии американского физика Альберта У. Халла. В двадцатые — тридцатые годы Халл, работая в научно-исследовательской лаборатории фирмы «Дженерал Электрик» в Шенектеди, штат Нью-Йорк, над созданием электронного прибора, призванного заменить радиолампу, изобрёл устройство, названное им «магнетроном». В этом устройстве поток электронов управлялся магнитным полем, вместо электрического. По разным причинам фирма «Дженерал Электрик» не стала выпускать магнетроны, но Халл продолжил свои исследования и даже опубликовал ряд работ, которые, впрочем, представляли интерес только для горстки специалистов. Сам по себе магнетрон Рэндаллу и Буту не понадобился в работе, однако из работ Халла они сумели извлечь несомненную выгоду, разработав в итоге резонаторный магнетрон. Вот что пишет по этому поводу историк Дэвид Фишер:
«Основное назначение магнетрона состоит в использовании магнитного поля для группирования электронов и направления их по желаемому маршруту. Рэндалл и Бут объединили принцип действия магнетрона с принципом действия полицейского свистка. Внутри полости свистка, в которую дуют, находится шарик. Сила вдуваемого воздуха заставляет шарик совершать беспорядочные движения, в результате чего образуются звуковые волны, которые после многократных отражений от стенок полости выходят наружу. Частота, с которой отражаются эти волны, определяет частоту издаваемого звука, а эта частота зависит от размеров полости резонатора. Таким образом, свисток большого размера издаёт длинноволновый низкий звук, а меньший свисток пищит на высоких тонах.
Рэндалл и Бут изготовили небольшой медный короб с массивными стенками и внутренней камерой заранее рассчитанного объёма. При пропускании электрического тока через медь и возникновении магнитного поля внутри камеры, служившей анодом, группировались электроны, которые под действием этого поля совершали многократные беспорядочные прыжки, отражаясь от стенок камеры. Во время своих прыжков электроны резонировали и испускали электромагнитные волны. Внутренний объём камеры был рассчитан таким образом, чтобы электроны совершали движение в пределах всего нескольких сантиметров между стенками, что позволяло им генерировать электромагнитные волны длиной в несколько сантиметров».
21 февраля 1940 года Рэндалл и Бут провели первые испытания резонаторного магнетрона. Не имея ни малейшего представления о его возможной выходной мощности, они подключили магнетрон к схеме, собранной из нескольких автомобильных фар, надеясь, что эти фары загорятся, по крайней мере, слабым светом. Однако мощность на выходе магнетрона оказалась настолько высокой, что все фары перегорели. То же самое произошло и потом, когда в качестве нагрузки были использованы более мощные фары от грузового автомобиля. Наконец, в качестве нагрузки магнетрона учёные использовали неоновые прожекторы, которые не перегорели и позволили Рэндаллу и Буту произвести замеры длины волны и выходной мощности. Как и следовало ожидать, длина волны оказалась равной 9,8 см. А вот выходная мощность небольшого экспериментального устройства оказалась равной 400 ватт. Устройство оказалось мощнее всех существовавших тогда авиационных бортовых радиолокаторов. Более того, не составляло труда повысить выходную мощность прибора в сто раз. Один из первых образцов нового радиолокатора смог обнаружить перископ подводной лодки на расстоянии, превышавшем семь миль.
Резонаторный магнетрон, обеспечивший практическую реализацию идеи миниатюризации радиолокаторов, явился одним из величайших научно-технических достижений времён Второй Мировой войны. В 1978 году английский автор Брайен Джонсон писал: «Невозможно преувеличить значение работы Рэндалла и Бута. Они подняли радиолокацию с уровня каменного века электроники на уровень сегодняшнего дня».
Криптография. Немецкая шифровальная машина «Энигма», использовавшаяся всеми военными и полувоенными организациями Третьего рейха, была создана голландцем Хуго Александром Кохом сразу после Первой Мировой войны. Патент на эту машину ещё в двадцатые годы был получен немецким инженером Артуром Шербиусом, безуспешно пытавшимся наладить её коммерческий сбыт. Позднее права на «Энигму» перешли к двум немецким фирмам («Хаймсот унд Ринке» и «Конски унд Крогер»), которые наладили её производство и выбросили на рынок. К 1930 году шифровальщики многих стран приобрели «коммерческий» экземпляр «Энигмы» для изучения. Многим из них удалось разгадать основной принцип работы этой машины.
«Энигма» представляла собой небольшой прибор с автономным питанием, похожий на пишущую машинку. Рабочим органом прибора служила трёхрядная клавиатура, содержавшая двадцать шесть букв. Вместо обрезиненного валика и откидывающихся рычажков с литерами прибор был оснащён плоской световой панелью, на которой в том же порядке, что и на клавиатуре, повторялись двадцать шесть букв. При шифровании оператор набирал сообщение на клавиатуре. Машина автоматически преобразовывала каждую букву текста в другую, которая появлялась на панели подсвеченной. Получивший сообщение адресат набирал его на клавиатуре своей «Энигмы», после чего на панели появлялся зашифрованный текст.
Шифровальный механизм машины был весьма сложен. Основная его задача состояла в том, чтобы направлять электрические импульсы с клавиатуры на световую панель наиболее запутанным и замысловатым путём. Основными элементами механизма являлись три вращающихся барабана или ротора, каждый около трёх дюймов в диаметре. На обоих торцах каждого ротора располагались двадцать шесть контактных точек, которые соединялись с контактными точками других роторов с помощью подпружиненных и скользящих контактов. Когда оператор нажимал какую-нибудь клавишу, то первый (правый) ротор поворачивался на 1/26 часть полного оборота, щёлкая, как автомобильный спидометр. После такого поворота взаимное расположение контактных точек роторов кардинально менялось, и электрический импульс направлялся по новому маршруту. Удар по второй клавише поворачивал первый ротор ещё на 1/26 часть оборота, прокладывая входным и выходным импульсам новый путь следования. После двадцати шести ударов по клавишам в работу включался второй (средний) ротор, который обеспечивал расширение процесса с помощью своих двадцати шести контактов. Затем вступал в действие третий (левый) ротор. Все три ротора вместе взятые обеспечивали получение 17.576 положений контактов (26x26x26). Кроме роторов в машине имелся «рефлектор», с помощью которого все электрические импульсы направлялись обратно через весь лабиринт контактных точек, что создавало виртуальную схему из шести роторов и обеспечивало дополнительное кодирование. На этом возможности «Энигмы» не заканчивались. Роторы машины были съёмными. Их можно было устанавливать на валу в шести сочетаниях (1-2-3, 1-3-2, 2-3-1 и т.д.). Использование этих сочетаний увеличивало число возможных положений ротора относительно друг друга до 105.456 (17.576х6). Однако и это ещё было не всё. В машине на наружных зубчатых венцах роторов были установлены храповые механизмы, что позволяло устанавливать начало поворота каждого ротора с любого из двадцати шести положений. Такое число положений каждого ротора, умноженное на 105.456, доводило число возможных электрических контактных соединений до астрономической величины[110].
Процессы шифровки и расшифровки не представляли для операторов особой сложности. От них требовалось одно: соблюдать особую точность в работе, руководствуясь предварительно подготовленным и разосланным меню. Порядок работы на «Энигме» был таков. Оба оператора (передававший сообщение и его принимавший) устанавливали роторы «Энигмы» в одинаковое положение (к примеру, в положение 1-2-3), затем поворачивали их на одно и то же число щелчков храпового механизма, после чего снова поворачивали роторы до появления в расположенных над ними окошках указанных в меню трёх букв из числа выгравированных на внешней стороне каждого ротора. При условии, что все три операции были выполнены в соответствии с полученным меню, машины обоих операторов были готовы к работе.
Оператор передающей стороны начинал автоматизированный процесс кодирования, пользуясь клавиатурой. Набирая одну за другой буквы текста, он направлял электрические импульсы по лабиринту электрических цепей, осуществляя автоматизированный процесс шифрования букв и вызывая загорание сигнальных лампочек на панели машины (буква «А» могла высвечиваться, к примеру, как «R»). Помощник оператора переписывал все появлявшиеся на панели буквы. После того как сообщение было набрано, его текст (высвеченный на панели) передавали радиотелеграфисту, который передавал сообщение адресату в телеграфном режиме посылками по пять букв каждая.
