Retrotechtacular: uno sguardo più da vicino alla spoletta di prossimità VT

Qui a Hackaday, il nostro obiettivo è offrirti solo gli hack più recenti, che comportano l'onere di essere tempestivi con il nostro materiale originale. Quindi, se qualcosa di evidente interesse per i nostri lettori diventa virale, potremmo semplicemente scegliere di saltare l'argomento da soli, immaginando che probabilmente lo avrete già visto tutti. Ma se riusciamo a scavare un po' più a fondo e ad apportare un valore extra oltre a ciò che fornisce il contenuto virale, beh, allora questa è un'altra storia.

Questa è più o meno la storia dietro l'eccellente video recentemente pubblicato da [Real Engineering] su "L'arma segreta che ha cambiato la seconda guerra mondiale". Riguarda la serie VT di spolette di prossimità - è un'ortografia alternativa legittima di "fusibile" anche se un po' arcaica - che venivano usate per proiettili di artiglieria e razzi stabilizzati durante la seconda guerra mondiale. Il video offre un'eccellente panoramica dello sviluppo del VT, utilizzato principalmente nell'artiglieria antiaerea (AAA). I dettagli sullo sviluppo della spoletta VT americana sono eccellenti, anche se curiosamente non vi è alcuna menzione del fatto che gli esperimenti britannici con una spoletta di radio prossimità facessero parte della miniera d'oro di informazioni portate in America con grande rischio dalla missione Tizard nel 1940. Sebbene ci sia stato molte controversie sull'esatto ruolo svolto dal lavoro britannico, è giusto dire che almeno ha informato lo sviluppo e la messa in campo della spoletta VT americana.

Per quanto riguarda il funzionamento della spoletta, il video presenta un livello di dettaglio leggermente meno che soddisfacente. Non è una lamentela, poiché troppi dettagli in quel reparto probabilmente non piacerebbero a un vasto pubblico. Ma per il set Hackaday, più dettagli sono migliori, quindi ho iniziato a imparare cosa faceva funzionare la spoletta VT. Essendo una spoletta di prossimità radio, il concetto di base è ovvio: generare un forte impulso RF e ascoltare eventuali segnali che potrebbero essere stati riflessi da un oggetto solido vicino, come un aereo. Ma il diavolo si nasconde nei dettagli, come si suol dire, e le sfide legate al suo funzionamento in condizioni di campo di battaglia erano immense.

Quindi che tipo di circuiti sono stati utilizzati per far funzionare tutto questo? E come ha fatto l'elettronica del 1940 circa a sopravvivere ai carichi di 20.000 g subiti dalla spoletta mentre veniva sparato il proiettile di artiglieria? Sebbene molti dettagli non siano disponibili, il manuale della spoletta del Bureau of Ordinance VT del 1946 rivela molti dettagli, inclusi gli schemi. Sfortunatamente, non è stato fornito uno schema generale, quindi ho dovuto unirne uno dai frammenti forniti nel manuale:

Il cuore della spoletta VT è un trasmettitore-ricevitore a tubo singolo, mostrato in alto a sinistra nello schema. È descritto nel manuale come un "oscillatore Hartley con griglia di messa a terra", anche se con note che le versioni Navy del VT utilizzavano un oscillatore Colpitts modificato. Il singolo triodo fungeva sia da oscillatore per trasmettere il segnale RF che da rilevatore per il segnale riflesso. Nel manuale non vengono forniti i valori dei componenti, quindi è difficile stimare la frequenza utilizzata dai VT, ma poiché questi erano progettati principalmente per rilevare gli aeroplani, immaginiamo una lunghezza d'onda minima superiore alle dimensioni di un aereo, forse da 5 a 10 metri. , o tra 28 e 60 MHz circa. Questa sembra una frequenza ragionevole per i circuiti mostrati e per l'antenna, che è descritta come un "dipolo standard".

In fin dei conti, però, la frequenza effettiva del trasmettitore non è di grande importanza, perché il rilevamento si basa sulla differenza di frequenza tra la frequenza trasmessa e il segnale riflesso, e la frequenza di battimento generata grazie al fatto che la portata tra il guscio e il bersaglio sta cambiando rapidamente, il video fa un ottimo lavoro nello spiegarlo e il manuale descrive in dettaglio come il circuito dell'amplificatore (in alto al centro nello schema sopra) realizza ciò. Non ho mai avuto molta fortuna nel comprendere i circuiti delle valvole a vuoto, quindi lascerò a menti migliori della mia il compito di dettagliare qui la teoria, ma è sufficiente dire che la corretta selezione dei componenti nel circuito dell'amplificatore, in particolare lo schermo e il bypass della piastra condensatori, crea un filtro la cui frequenza centrale corrisponde a quella prevista quando il bersaglio si trova all'interno del raggio di esplosione effettivo del proiettile. Quando ciò accade, il gas nel tiratron nel circuito di accensione (in basso a destra) viene ionizzato, consentendo al condensatore di accensione completamente carico di scaricarsi attraverso uno squib e far esplodere il proiettile.