太平洋战争制胜神器：“千里电眼”舰载雷达之谜

图1. 今天各种舰载雷达早已是现代舰艇的标配，形形色色林林总总

在制胜神器这个系列里，将尝试把美军从中后期开始逐渐碾压日军的诸多神器简单介绍，力求通俗易懂，不掉书包不甩锅，同时坚决不找横店导演，下面先来补补中学物理。

在现代物理发展之路上，西欧人可谓一骑绝尘，以至于中学物理和化学书上的大头人物不是欧洲人就是欧洲人，雷达的发明也不例外。东西方的古人都曾经认为，人和动物之所以能看见东西是因为光明，直到意大利人拉扎罗·斯帕拉捷提出了疑问——为什么蝙蝠侠能在黑暗中准确的躲避墙壁和捕捉小虫。

图2. 蝙蝠侠的超声波探测原理

于是在1793年他做了四个实验，分别堵住了蝙蝠侠的眼睛、鼻子、耳朵和翅膀（用油漆糊住），结果只有在堵住耳朵时蝙蝠的状态失常，而眼睛和鼻子对蝙蝠的飞行基本没有太大影响，这就说明了蝙蝠主要靠耳朵来“听取”障碍物。

图3. 英国科学巨匠牛顿和他的色散实验

几乎就在拉扎罗反复折腾蝙蝠侠的同一个时代，关于光的本质正在进行着热切的讨论，主流观点有“粒子说”（带头大哥是英国人艾萨克·牛顿）和“波动说”（带头大哥是荷兰人克里斯蒂安·惠更斯）两种，很明显后者的粉丝要远远少于前者，所以“粒子说”长期占据上风。

图4. 荷兰物理学家、天文学家、数学家克里斯蒂安·惠更斯

两说之争最后直到二战前才由超级大牛、犹太人爱因斯坦以“波粒二象性”说完美解释，但在长达两百年的争论中，“波动说”还是启发了另一些牛人，比如英国人詹姆斯·麦克斯韦尔，为了找到光传播和波的联系，麦克斯韦尔发现了电磁波。

图5. 英国科学家詹姆斯·麦克斯韦尔

原理也很简单——麦克斯韦尔注意到在一个振荡中的电场会产生振荡的磁场，而一个振荡中的磁场又会产生振荡的电场，这些连续不断振荡的电场和磁场共同就形成了电磁波。而且老麦还牛皮哄哄地计算出电磁波传播速度可达到每秒3.1亿米，和当时测定的光速非常接近，于是老麦进一步大胆地提出光就是一种电磁波！这是人类第一次将光和电磁波联系在一起。

图6. 德国物理学家海因里希·赫兹

德国物理学家海因里希·赫兹对麦克斯韦尔的理论信心十足，在老麦逝世8年后的1887年，他终于在实验室中制造出可周期振荡的电磁场，并且检测到了自己创造的电磁波（无线电波），这是人类第一次创造出可控电磁波，后来电磁波频率的国际单位赫兹（Hz）就以他的名字命名。赫兹还有一个开创性的实验结果：他证明了无线电波可以被金属物体反射！

图7. 在雷达发明之前，军人使用大型听音器来侦听远方的机群

1904年，根据赫兹提出的理论，德国工程师克里斯蒂安·侯斯美尔发明了利用无线电波实现回声探测的装置，目的是防止海上船舶相撞，他称之为电动镜并申请了专利，这项“奇技淫巧”已经和故事开头的蝙蝠侠一致——蝙蝠正是从喉头发出高达20000赫兹的超声波，然后用耳朵“听”到反弹的回声来判断障碍物的距离大小，从而作出灵活的反应。

图8. 这是另外一款听音器，这时如果有人放个鞭炮。。。

突破漫长而充满愚昧的黑暗世界，说起来容易做起来难，不但要经历一代又一代宗师薪火相传的200多年，还需要忍受无数人的无数白眼！在科技传播的同时，数不清的凡人们也提出过不解、不满和不屑，但是全世界最有效的教育方式——棍棒教育——很快就要在战场上开课了——以鲜血和生命为代价。

图9. 二战中部署的英国雷达站

让我们跳过中间啰嗦的实验室环节，直接进入战场。1935年，英国人罗伯特·沃特森·瓦特发明了第一台实用雷达，由发射器、接收机和显示器组成。1936年1月，英国空军开始在大不列颠岛东海岸架设第一台军用搜索雷达，很快这些雷达站就遍布英国海岸，构成了对欧洲大陆的一道“千里眼”防线。

图10. 不列颠空战是人类第一次的纯空中战役

从1940年7月到1941年5月，德国空军对英国进行了长时间和高强度的空中入侵，英国人在雷达助力下以逸待劳，对几乎每一次的德机入侵都能够提前获得准确的方位、航速、高度信息，并进而引导各地的战斗机队协同作战，战果彪悍。如果没有雷达，英国空军不可能在大多数战斗中都能在恰当的时机出现在恰当的拦截位置，空军因为这一战而风头十足，为战后其他国家设立独立的空军提供了绝佳的战例基础。

图11. 英国人最终在雷达帮助下击败了德国空军

在太平洋战场上，雷达的出场也是相当的抢眼。在日本偷袭珍珠港时，部署于瓦胡岛西北卡胡库角奥帕纳山上的美国陆军雷达站就曾提前发现了日第一攻击波编队。该雷达站并非瓦胡岛上唯一的雷达站，一共有5座，隶属于陆军第515对空警戒信号队，他们受命只在凌晨4时到7时开机工作，不过当天由于早餐车迟到，所以一名新兵埃利奥特没有准时关机，而是象有着关手机拖延症的我们一样，依依不舍地继续摆弄着雷达的显示器。

图12. 二战中的美军防空雷达

7时02分（预定关机时候后的两分钟），埃利奥特在显示器上看到了大批可疑目标，方位正北偏东3度，距离220公里，这是美军第一次在实战中用雷达发现空中目标，两个新兵蛋子的报告没有得到重视，收到报告的情报中心克米特·泰勒中尉认为这些是从本土飞来的B-17“空中堡垒”编队（当天的确有12架“空中堡垒”飞来瓦胡岛，并与日机在空中相遇）。奥帕纳山雷达站一直盯着屏幕上的那堆目标，直到7时39分在距离雷达站35公里外消失在地面反射波里。

图13. 装备在战列舰上的CXAM-1型搜索雷达，注意桅杆顶上苍蝇拍式天线

美国海军也早也1939-1940年间就装备使用了第一代的舰载雷达，定型为CXAM型长波对空搜索雷达，主要装备于大型舰艇上为舰队防空提供保证，这些雷达同样在太平洋战争的初期发挥了重要作用。

图14. 装备CXAM型对空搜索雷达的重巡洋舰

CXAM型雷达由美国无线电公司生产制造，波长1.5米，最大功率5KW，全重2.3吨，探测距离为对大机群130公里、对单机90公里、对大型水面舰艇25000码，测距精度约270米，共生产约20台，包括列克星敦级航母在内的各主力舰均有装备。

图15. 美机命中日本航母，从舰首设计来看似乎并非大型航母

1942年6月4日爆发的中途岛海战上，尚未装备雷达的日军航母只能通过警戒哨来发现来袭的美机，以至于当零战被TBD鱼雷机吸引到低空后，大量的SBD“无畏式”俯冲下来打了日本人一个措手不及，3艘主力航母瞬间被美机接连命中，海军舰载航空兵精华毁于一旦，详细可到同名公号搜索“中途岛”，日本人对无雷达之痛的感受肯定比我们这些看客要深刻得多。

图16. 美军雷达员正在操作设备

同样在中途岛海战这天，仅存的“飞龙”号紧急起飞两个波次的攻击队，第一波于10时59分起飞，11时52分即被“约克城”号上的CXAM雷达在西南255度60公里以外探测到，雷达显示该机群“正在逐渐爬升”，如果是返航的自己人，那么机群的动作应该刚好相反。

率领“飞龙”号第一波反击机群（18架舰爆和6架零战）的小林道雄大尉知道美军装备有舰载雷达，特意在开始阶段采取低空飞行，到接近目标前才逐渐爬升，这也是CXAM型雷达未能在更远距离发现日机的原因。不过操蛋的是，给小林护航的6架零战被“企业”号返航的SBD编队引诱去攻击，结果不但没能击落1架美机，自己反而有两架零战被击伤返航。

图17. 中途岛海战中受到日机猛烈攻击时的“约克城”号

得到雷达预警后，美方一共派出了20架“野猫”前往拦截。在距离特混舰队30公里外，“野猫”扑向小林的攻击群，7架九九舰爆相继中弹坠海，就在此时，重松康弘率领剩下的4架零战姗姗来迟，经过一番厮杀，只有重松一人于13时38分回到“飞龙”号，另外三人全部战死。

图18. 中途岛海战，缺乏雷达预警的日本舰队主力全灭，教训惨痛

最后仍有7架九九舰爆获得了向“约克城”号投弹的机会，3弹命中，2弹近失，还有2弹扔在了航母尾流里——同样只差一点点——海航此时的素质仍然高得可怕。如果无脑的重松不是被没炸弹的SBD吸引了过去，如果“约克城”号没有提前发现和派出战斗机拦截，联想到印度洋上“竞技神”号的命运（详情可到同名公号搜索“竞技神”），的确有点不寒而栗。

图19. 最老的条约型重巡“彭萨科拉”号也装备了对空搜索雷达

接下来还没完，受到重创的“约克城”号上的CXAM雷达虽然失去效用，但由斯普鲁恩斯派出支援第17特混舰队的“彭萨科拉”号重巡洋舰上安装的也是CXAM雷达，比其他几艘舰上的SC型雷达性能要强，因此由该舰接管舰队的雷达警戒任务。

图20. 中途岛，日本航母被烧成一片火海

下午13时31分，曾带领对中途岛机场空袭的友永少佐率领的“飞龙”号第2攻击波起飞，只有10架鱼雷机和6架护航的零战。14时30分，“彭萨科拉”号上的雷达再次提前发现了友永的机群，不过此时留在“约克城”号上护卫的“野猫”只有14架（包括大名鼎鼎的约翰·萨奇少校的8架），他们飞出去28公里实施了拦截，在最后关头，就好像一场决斗，友永少佐驾驶的鱼雷机被萨奇少校击落，鱼雷也未投中。

图21. 最后时刻的“约克城”号，很快她就被伊-168号钻了大空子

但10架鱼雷机中仍有7架获得了投雷的机会，2雷命中，“约克城”号完了！仅有9架日机返回了“飞龙”号，其中有2架鱼雷机和3架零战已经重伤到无法再起飞。所有的飞行员都累到连吃饭都能睡着，山口让人拿来兴奋剂，准备让飞行员带着上路，最后他还是决定推迟90分钟再起飞第三攻击波——还有5架九七舰攻、5架九九舰爆和10架零战可用于出击。

图22. 小林晴久画作：中途岛海战中被SBD轰炸即将命中前的一刻

就在日本飞行员睡觉的时刻，美军的攻击机群于17时01分来到“飞龙”号上空，13架零战正在负责掩护，全部来自正在燃烧的三条航母，零战象疯了一样冲向美机，击落了2架，但是美机实在太多了，企业号上放飞了25架SBD（后有1架因故障中途返回），大黄蜂号上放飞了14架，总计有38架SBD裸奔出击了“飞龙”号，不派战斗机护航的理由很简单：所有的“野猫”都必须留下来保卫母舰（斯普鲁恩斯在白天派出的攻击波也只有很少的护航战斗机）。

图23. 中途岛海战四艘日本航母的中弹示意图，全部是SBD俯冲轰炸投中

当“飞龙”号被连续命中4弹后，一切都将盖棺定论，留给零战发挥的时间太少了，除了正在空中巡逻的13架零战，“飞龙”号机库里还有19架，如果有雷达的预警，至少可以把这些零战都派上用场，实际上当第一颗炸弹落下时，这些机库里的零战就全部报销了。

图24. 漂浮到第二天仍为沉没的“飞龙”号，注意前部升降机附近被炸出的大洞

“飞龙”号上损失的飞行员高达72人，占整个中途岛海战阵亡飞行员121人中的65%强，这也说明了航空战的艰辛。很多人把美军在中途岛的获胜归结为情报的胜利，此话不假，但是真正起到决定性作用的并非“魔术”系统或者燕双鹰大侠，而是不为人熟悉的CXAM雷达。

图25. 反应“飞龙”号沉没前山口等人转移天皇“御画像”的画作

正是因为雷达提供了半个多小时的预警，才让舰载机性能和战技都不如日军的美国人打赢了这场至关重要的海战，也正是因为日本人缺乏雷达预警，才被美国人并不高明的裸奔奇袭成就了奇迹！

图26. 小林晴久画作：日本驱逐舰正在处分日本航母

日本人并非不懂得雷达的重要性，早在1920年代，日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人就发明了“八木天线”，用来测向和远距离通信效果要远比直立天线好得多，但是日本人并未充分意识到这个排骨架形状的天线的军事价值，后来八木还曾到美国讲学，是否对美军雷达研制有所帮助不得而知，但可以肯定的是，1931年，美国海军研制的雷达原型已经开始用发射机发射连续波，三年后改用脉冲波，1935年，早期雷达已经可以在暗夜里探测到船只，很快，英国人就迫不及待的开始部署海岸预警雷达。1937年，美国第一个舰载雷达系统XAF试验成功。

图27. 八木天线的主要发明人八木秀次

日本人不喜欢雷达的理由，据说也很奇葩，因为雷达开机后首先要发出雷达波，这样就可能被敌方探测到，日本人认为多练几双“火眼金睛”一样能发现敌人，还不至于暴露自己，此为某专家之言，未能得到证实。不过直到现代，一些偏远地区仍有使用八木天线接收无线电视节目。

图28. 现代社会仍在使用的排骨状的“八木天线”

但在欧洲人部署雷达的同时，日本陆海军也没有完全闲着，各自开展了自己的研究。日本陆军从1940年时起曾在本土和中国沿海部署过一种被称为“甲型探测器”的无线电探测系统，原理是在相聚100多公里的两地分别设置发射器和接收机，当有飞机经过这个区间时会引起电波信号的扰动，这套系统比欧洲人将发射机和接收器整合在一起的雷达显然差远了。

图29. 二战中，日德军方之间也有少量的军事交流

1941年初，日本陆海军分别派出技术人员赴德国交流军事技术，回国后获知英美已部署舰载雷达，此时才急忙投入研制。到太平洋战争爆发前夕，日本海军研制出第一种陆基防空搜索雷达“11型电探”。值得一提的是，日本海军研制的雷达分类中，1字头为陆基雷达，2字头为舰载雷达（如21型、23型，13型原为陆基雷达，后来也改造上舰使用），4字头为火控雷达，6字头为机载雷达。

图30. 战后日本人意淫的高性能雷达使用

11型电探总生产量约80套，最大探测距离可达145公里，在此基础上改进而来的21型舰载电探到1943年8月才投入使用，主要装备于大型舰艇上，总产量约40台，由于机械性能不可靠，故障率居高不下，深为日本操作员诟病。

图31. 左为1941年9月22日大和号舰桥舾装照，右为1944年6月武藏号，已加装21号电探

21型电探由东京电气制造，发射波长约1.5米，最大功率5KW，测距精度1000-2000米，探测距离对大机群100公里，对单机70公里，全重840公斤，装备舰艇包括“大凤”号、“飞鹰”级航母、“大和”号战列舰和部分“秋月”级驱逐舰。

图32. 1944年的“大和”舰桥上可见横向双天线的21型电探和竖立的22型电探

13型电探是最早于1943年3月投入装备使用的舰载雷达，由陆基雷达改装而成，装备于各型舰艇上，因为重量轻体积较小，驱逐舰在后期也大量装备了，也可以使用在潜水舰上。

图33. 日本13型陆基雷达的实物图，拍摄地点不详

13型电探由日立电子制造，总产量约1000台，发射波长约2米，最大功率10KW，测距精度2000-3000米，全重110公斤，探测距离对大机群100公里，对单机50-60公里，装备舰艇包括“飞鹰”级航母、“大和”级战列舰、“秋月”、“阳炎”、“吹雪”和部分“松”级驱逐舰。

图34. 大和号搭载的21型雷达细节，左右天线分别有收发功能

上述两种长波雷达的精度较低，主要用于远程探测。1944年9月，日本海军投入装备22型电探，这是一款日本少有的舰载微波搜索雷达，但因其磁控管功率严重不足，性能仍落后于欧美同类产品，按照美国在战后的测评，在超过15公里时就无法辨认大岛屿和战舰之间的区别。

图35. 武藏号上搭载的21型雷达天线

22型电探生产厂家为日本无线和日立电子，总产量约300台，发射波长约10厘米，最大功率仅2KW，测距精度500米，全重1320公斤，探测距离最大35公里（对大型水面舰）和17公里（对小型舰），装备舰艇包括“秋月”、“阳炎”、“吹雪”级驱逐舰等。

图36. 正在地面测试中的22型雷达接收装置

出于节约资源，一机多用的考虑，22型电探既可用于对海搜索，也可用于指挥舰炮射击和收发无线电报，该型雷达性能较为可靠，相较于21号电探，日本雷达操作员对其评价很高。

图37. 日军22型雷达接收装置的3D复原图

太平洋战争爆发后，日军在第一阶段的进攻中进展顺利，缴获了为数不少的盟军装备，包括雷达这种新型装备。在新加坡，日军缴获过英国GL-type雷达系统，在菲律宾，缴获了美国的SCR－268，还有一部被破坏的SCR－270雷达。日本海军利用这台缴获的SCR-268雷达仿制出41型防空火控雷达，作用距离48公里，产量据说也有几百套，但是未找到舰上装备的记录。

图38. 美军的一套SCR-270雷达，珍珠港发现日军机群的同款雷达

同样在战争初期由于盟军遭到严重的挫败，一度曾经非常担心是否日军雷达起到了巨大作用。但在1942年7月海军陆战队在瓜岛登陆后，缴获了一台日本海军设营队装备的11型电探，这个战利品让美军如获至宝，因为之前并没有收到日军已装备雷达的情报。该设备被拆解运送回美国本土，发现这部雷达还很粗糙，即使相对于美军早就装备的SCR-270和CXAM雷达也是大为不如，由此可知盟军在雷达技术上的遥遥领先。

图39. 设置在海岸线上的SCR-270型雷达

实际上，雷达在海军作战体系中肩负着两个重要作用——感知和瞄准，等同于游戏中的索敌和命中两个属性，不同雷达工作的不同方式和波段决定了这两个功能不能混为一谈。1942年“华盛顿”号装备的对海/空搜索雷达为10cm波段，而对海/空火控雷达为40cm波段，两者在精度和准确性上有天壤之别，恰好反映了火控和单纯的搜索功能的巨大差别。在舰炮火控系统中，雷达是和光学测距平行工作的一套系统，改用电子设备提供瞄准/校射所需的相关参数，两者间的区别类似于射电天文望远镜和光学望远镜的区别。

图40. 1942年11月14晚，正在向“雾岛”开火的“华盛顿”号前主炮

在瓜岛夜战中，美方孤狼“华盛顿”号战列舰在MK-3型火控雷达的助力下暴揍了“雾岛”号，来自“华盛顿”号的战斗记录是：“在第二阶段，本舰对作战目标实施了雷达锁定，并在一段时间后达到了光学追踪，期初交战距离为8400码，第一二轮齐射可能命中了目标（水花覆盖敌舰），射击十分高效，炮弹装填完成时诸元就已装定完毕，新的炮弹立刻被发射出去。

图41. “华盛顿”号上的战果墙，注意左上角的大舰就是被收了人头的“雾岛”

在2分39秒的时间内，主炮组发射39发炮弹，之后由于有报告称敌舰已沉没，主炮组射击被打断了约半分钟，恢复射击后，主炮组又进行了2分45秒的炮击，在此期间有36发炮弹被发射出去，整个炮击过程中主炮发射了75发炮弹。受到本舰攻击的目标被确认为一艘老式战列舰。”

图42. 瓜岛夜战第二天返回努美阿基地的“华盛顿”号战列舰

此战过后，日本海军彻底意识到黑夜已不再是日本人的主场（详细可到同名公号搜索“巨兽亡二”）。后来，日军虽然陆续装备不少型号的雷达，但普遍功率过小，容易受到电磁干扰导致系统瘫痪，而且日本雷达的定位精度无法达到用于火力指导的标准。

图43. 翻沉倒扣在铁底湾的“雾岛”号舰艉残骸

1944年10月的苏里高海峡夜战中，西村祥治舰队的“扶桑”、“山城”等舰虽已加装了最先进的22型电探，但仍无法发现美舰队，而美军那些从珍珠港捞上来的老战列舰则装备了新型的MK-8型火控雷达，打得日本人毫无还手之力。

图44. 在苏里高夜战中被打成翔的“扶桑”号，注意舰桥违建顶端的电探

科学技术上的差距最终让士兵在战场上付出海量的鲜血和生命代价，仗打到这个份上，喊得再震天响的“大和魂”、“一亿玉碎”和“七生报国”都已无用，如果坚持顽抗不认怂投降，其他稀奇古怪的高科技兵器会陆续招呼过来！直到天火焚魔的那一刻！