AN/APS-20

AN/APS-20
	マンチェスター科学産業博物館に展示されているAN/APS-20
種別	パルス・レーダー
目的	早期警戒、対水上捜索、気象研究
開発・運用史
開発国	アメリカ合衆国
就役年	1945年
送信機
周波数	-20A: Sバンド; -20E: LおよびXバンド;
パルス幅	2 µs
パルス繰返数	300 Hz
送信尖頭電力	1 MW（AN/APS-20A）
アンテナ
形式	リフレクタアンテナ
直径・寸法	2.4 m（8 ft）（AN/APS-20A）
ビーム幅	1.5°（水平）、6°（垂直）
走査速度	3または6 rpm
探知性能
探知距離	対水上捜索時: 200 nm（370 km、230 mi）、65 nm（120 km、75 mi）（AN/APS-20B）
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AN/APS-20は、アメリカ合衆国において1940年代に開発された航空機搭載用の早期警戒・対潜・海上監視・気象レーダーである。1945年に就役し、半世紀近くにわたり運用された後、最終的に1991年に退役した。当初、マサチューセッツ工科大学（MIT）の放射線研究所において「プロジェクト・キャデラック」の一環として開発されたこのレーダーは、高高度にレーダーを設置することで艦船のセンサー探知範囲を拡大するため、航空機に搭載されることを目的としていた。空母に搭載しての運用を想定して開発され、最初に単発機のゼネラルモーターズ TBM-3W アベンジャーに搭載されたが、後により大型の4発機にも採用され、最後には対潜哨戒機から改装されたアブロシャクルトンAEW.2 早期警戒機で運用された。

このレーダーは、アメリカ軍をはじめ、他国の多くの軍隊でも運用された。これには、フランス海軍、海上自衛隊（JMSDF）、イギリス空軍（RAF）、カナダ空軍（RCAF）などが含まれる。航空機の探知を目的として開発されたものの、対潜戦や海上哨戒任務でも広く運用され、環境科学サービス局 (ESSA) などの機関によるハリケーンなどの極端な気象現象の研究に用いられた最初のレーダーの1つでもあった。初期型のレーダーは、低空飛行する航空機を65 nm（120 km、75 mi）、船舶を200 nm（370 km、230 mi）の距離から探知することができた。その後、性能が向上し、後期型では航空機に対する探知距離は115 nm（213 km、132 mi）に達した。

背景

レーダーは、その開発初期の段階から航空機の探知に使用されてきた。初期のレーダー装置は大型で大電力を必要としたため、固定された場所や艦船にのみ設置することができた。しかし、第二次世界大戦中に、航空機のような小型のプラットフォームにも搭載可能な、ますます小型化されたレーダー装置が開発された。同時に、アメリカ海軍（USN）は、大日本帝国海軍の航空機による攻撃が自軍の軍艦にとって最大の脅威であることを認識しており、これらの艦艇の防衛は空母とその飛行隊への依存度が高まっていた。特に、日本軍による特攻攻撃の脅威の増大に対抗する必要性が高まっていた。艦載レーダーは、レーダー水平線の制約により、防御用の迎撃機を適時に発進させるのに十分な探知距離を持っておらず、攻撃してくる爆撃機を識別することができなかった。その解決策は、航空機にレーダーを搭載することにあった。夜間戦闘機用レーダーはこの任務には不十分であることが判明した。空中戦用に最適化されていたため、必要な長距離空中監視の役割を果たすには探知距離が短すぎたのである。

設計・開発

水平線の彼方にある物体を検知するという課題の解決策は、専用の航空機搭載早期警戒レーダーの開発にあった。1942年 2月2日、アメリカ海軍はマサチューセッツ工科大学（MIT）の放射線研究所に対し、メイン州のキャデラック山にちなんで名付けられた「プロジェクト・キャデラック」の一環として、航空機の捜索に特化した航空機搭載レーダーの設計を検討するよう委託した。研究チームは、1943年 5月の士官10名を含む37名から、終戦時には138名へと急速に拡大した。開発の成果として、AN/APS-20に指定されたSバンドレーダーが誕生した。開発は2つの形態で進められた。最初のプラットフォームである「キャデラックI」は空母搭載型を想定しており、最初のレーダーは改造されたゼネラルモーターズ TBM-3 アベンジャー雷撃機に搭載されることになっていた。同時に、より大型の陸上機向けのバージョンが必要であることも認識された。「キャデラックII」という名称の下、ボーイング B-17G フライング・フォートレス重爆撃機にこのレーダーを搭載することが決定された。

このレーダーは、ゼネラル・エレクトリック社とヘーゼルタイン社によって製造された。最初のバージョンであるAN/APS-20Aは、当初、2.54 m（8 ft 4 in）のアンテナを備え、Sバンドの2,850 MHzの周波数で動作していた。このレーダーは大きなサイドローブを特徴としていた。その後、やや小型の2.4 m（8 ft）のアンテナが採用された。スキャナーの回転速度は毎分3回転と6回転の2段階であった。このレーダーは、パルス繰り返し周波数（PRF）300 Hz、パルス幅2 µsで動作した。ピーク出力は1 MWであった。このレーダーは方位角を提供したが、高度を提供しなかったため、そのレーダー測位は2次元的なものだった。より大型の航空機への搭載を想定して設計されたAN/APS-20Bは、サイズと性能が異なっていた。そのピーク出力は2 MWで、水平ビーム幅は1.5°、垂直ビーム幅は6°であった一方、パルス幅は2 µsのままであった。探知距離は、低空飛行する航空機に対しては65 nm（120 km、75 mi）、船舶に対しては200 nm（370 km、230 mi）に延長された。

後継機種では機能が拡張された。AN/APS-20Fは航空機に対する探知距離を80 nm（150 km、92 mi）まで延伸し、より大型のAN/APS-20Eは、1 m²（11 ft²）の空中目標を115 nm（213 km、132 mi）の距離から探知することができた。1953年に初めて配備されたE型は、Lバンド、Sバンド、Xバンドで動作し、各バンドにおいて幅広いパルス繰り返し周波数（PRF）とパルス幅を選択可能であった。また、自動目標指示機能、3種類の方位基準および安定化方式、選択可能な方位角および仰角のビーム幅、選択可能な出力および受信機放射利得、自動利得制御などの機能も備えていた。

電子機器型式共通命名システム（JETDS）に基づき、「AN/APS-20」という型式番号は、アメリカ陸軍・海軍共同の捜索レーダー用航空搭載電子機器の20番目の設計を表している。JETDSシステムは現在、国防総省のすべての電子システムの命名にも使用されている。

運用

試験および初期運用

AN/APS-20を搭載した最初の航空機は、XTBM-3Wとして指定されたTBM-3 アベンジャーの改造機であり、1944年 8月5日に初飛行した。レーダーは、機体前部の胴体下部に設置されたレドーム内に搭載されていた。海軍航空機改造部隊（Naval Aircraft Modification Unit）により、既存のTBM-3の機体を改造した一連の機体がTBM-3Wとして指定され、1945年 5月から空母レンジャー上で初期訓練が開始された。アベンジャーの乗員は、レーダー操作員（RO）1名とパイロット1名で構成されていた。レーダー画像は処理のために空母へ送信された。同時に、31機のボーイング B-17G フライング・フォートレスが大型のPB-1Wに改装され、レーダーを搭載した最初の陸上機となった。PB-1Wは機体が大きかったため、2名のレーダー操作員、1名の電子技術員、そして極めて重要な役割を担う戦闘情報センター（CIC）士官と、それを支援する2名の無線通信士を搭乗させることができた。後者のチームは航空機を目標へ誘導することができ、航空機が戦闘機を指揮する能力を付加するとともに、艦上や地上からの管制に依存しない運用を可能にした。この能力は後に、空中早期警戒管制システム（AWACS）へと発展した。いずれの機体も実戦配備される前に戦争は終結した。

戦後、アメリカ海軍は同レーダーの配備に向けた計画を急速に推進した。1953年 2月24日から3月23日にかけて、PB-1Wが空中指揮情報センターとして運用され、海軍機動部隊から30 - 40 mi（48 - 64 km）の範囲内で活動した。しかし、その後すぐに新型機が導入された。AN/APS-20レーダーは、アベンジャーに代わるダグラス AD-3W スカイレイダーと、1962年にEC-121として指定されたロッキード PO-2W ウォーニングスター（ロッキード L-1049 スーパーコンステレーション旅客機を基に開発された専用機）に搭載された。両機は、アメリカ海軍以外でも運用された。後者は長距離飛行でき、最大30名の乗員を収容可能であり、新設されたアメリカ空軍（USAF）に非常に高い評価を与え、RC-121 ウォーニングスターとして採用された。このレーダーは、海上から接近する航空機を検知するために使用されたが、樹木や地形、あるいは移動する陸上車両を背景とした低空を飛行する航空機の識別には苦戦した。同時期に、イギリス海軍はAD-3Wを50機調達し、スカイレイダーAEW.1として運用した。これは、アメリカ以外の運用者による同レーダーの初めての導入例であった。一方、航続時間の延長を図るため、1954年にアメリカ海軍は、軟式飛行船 ZP2N-1W（後にZPG-2Wに改称され、さらに1962年にはEZ-1Bとなった）への同レーダーの搭載を命じた。最後の1機は1962年 10月に退役し、これにより飛行船における同レーダーの運用が終了しただけでなく、アメリカ海軍によるすべての「空気より軽い」航空機による運用も終了した。

機能の拡大

こうした開発と並行して、レーダーの新たな用途も模索された。レーダーが新たな地平を切り拓いた分野の1つが気象研究であり、特に熱帯低気圧の内部へ突入するハリケーン・ハンターによる活動が挙げられる。レーダーの最初の試験は1946年にPB-1Wを用いて行われ、1953年 9月15日には、新設された気象飛行隊VJ-2が、AN/APS-20を搭載した初の航空機を操縦してハリケーン「ドリー」の内部へ突入した。1956年からは専用のロッキード WV-3 ウォーニングスターを配備し、同飛行隊は熱帯低気圧を頻繁に観測するために週に最大3回も飛行を行った。同時期に、VW-1も太平洋の台風を追跡する同様の任務に従事していた。このレーダーのその他の利用者には、環境科学サービス局（ESSA）およびその後継機関であるアメリカ海洋大気庁（NOAA）が含まれていた。これらの機関が運用する航空機は大学にも提供されていたため、このレーダーは学術研究のツールとしても活用され、その特性は降水量の研究において極めて貴重なものとなった。このレーダーは、改造されたダグラス DC-6 旅客機や、1970年代まで運用された気象観測専用機ロッキード WP-3A オライオンなど、幅広い機体で採用された。

一方、イギリスは1948年、AN/APS-20を搭載したPB-1Wと、ASV.13を搭載したヴィッカースワーウィックVを比較評価し、このレーダーが水上艦艇の識別にも使用できるかどうかを検証したが、この用途においてはピーク出力が大きすぎ、パルス長も長すぎると判断された。それにもかかわらず、カナダ空軍（RCAF）は、海上監視用機であるカナダールアーガスMk.1にこのレーダーを採用した。しかし、より大きな影響を与えたのは、その後、改良型であるAN/APS-20Eがロッキード P2V ネプチューンに搭載されたことである。このレーダーは、対潜任務用に初めて開発された機体であるP2V-2Sとして指定された3号機で初飛行を行った。潜望鏡の追跡には不向きであったものの、最大200 nm（370 km、230 mi）離れた場所にある大型水上艦艇の識別には有効であることが実証された。その後、この機体はアルゼンチン海軍から中華民国空軍に至るまで、9か国の様々な運用者によって採用された。AN/APS-20Eは、アメリカ海兵隊のシコルスキー HR2S 輸送ヘリコプターにも搭載された。試験の結果、機体へのレーダー搭載が飛行特性に悪影響を及ぼさないことは確認されたが、ヘリコプターの激しい振動によりレーダーの部品が損傷することが判明した。

AN/APS-20は、宇宙開発競争の一環として短期間使用され、マーキュリー計画を支援した。このレーダーの長距離探知能力により、追跡やその他の任務に活用された。特に、着水後の帰還宇宙カプセルの捜索に役立てられた。例えば、このレーダーは、マーキュリー・レッドストーン3号のアラン・シェパード中佐、マーキュリー・レッドストーン4号のガス・グリソム大尉、マーキュリー・アトラス8号のウォルター・シラー中佐の回収に携わった第5哨戒飛行隊（VP-5）所属の航空機に搭載されていた。

レーダーの更新には数十年を要した。アメリカ空軍は1956年に、目標の高度データを提供するより高度なAN/APS-82の試験を行ったが、自軍のウォーニングスターに搭載されたレーダーをAN/APS-95に置き換えるのは1962年以降まで待つことになった。その間、アメリカ海軍は1959年、空母搭載の空中早期警戒任務用にAN/APS-82を導入した。これは、AN/APS-20を搭載したグラマン WF-1の設計が、生産段階でグラマン WF-2 トレーサーに取って代わられたためである。AN/APS-20と同等の能力を持ちながら、360°全域の連続捜索機能を追加したAN/APS-80が、1961年から対潜任務用のレーダーとして導入された。カナダ海軍は、1981年にようやくAN/APS-20をAN/APS-115に置き換えた。このレーダーの最後の運用者はイギリス空軍（RAF）であり、同軍は以前、1952年から1957年にかけてこのレーダーを使用していた。イギリス海軍が最後のAN/APS-20を退役させた際、それらは改修され、退役予定のアブロシャクルトンMR.2対潜哨戒機に搭載された。1972年にイギリス空軍でAEW.2の呼称で再就役した同機は、1991年 7月まで空中早期警戒任務に従事し続けた。