Helilokatsioon maailmasõdade aja õhutõrjes ja Malta betoonkõrv

1920. aastatel rajati Kagu-Inglismaale Romney aladele Denge'i lennuväebaasi kolm betoonist helipeeglit. Umbes 150 meetri pikkusel alal asuvad (vasakul) 200-jala pikkune (u 61 m) kaksikkõver silinderpeegel ning 30-jalase (u 9,15 m) ja 20-jalase (u 6,1 m) läbimõõduga paraboolpeegel. Foto: Paul Russon, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1511357

Esimest korda rakendati sõjategevuses lennukeid pisut enne Esimest maailmasõda: 1911. aasta sügisel Põhja-Aafrikas, kus sõdisid omavahel Itaalia kuningriik ja Osmani riik. Samal ajal hakati arendama ka õhutõrjet. Esialgu kasutati kuulipildujaid ja väiksema kaliibriga suurtükke, mis paigaldati erilafettidele. Näiteks Eestis loodi esimene õhutõrjesuurtükipatarei 1915. aastal Väikesele Paljassaarele, et kaitsta Tallinna uut ja suurt mereväebaasi. Esimene maailmasõda ise jõudis Tallinna alles veebruaris 1918. Kohe sõja alguses 1914. aastal asuti välja töötama akustilisi hoiatussüsteeme: oli tarvis teha kindlaks, kus asuvad vaenlase suurtükid, mis andsid enamasti tuld enne seda, kui vastase jalavägi asus ründama kaitseliine. Helilokatsiooni hakati katsetama ka selleks, et jälgida vaenlase lennukite ja õhulaevade tegevust ning hoiatada oma vägesid selle eest. Prooviti mitmesuguseid helipüüdureid; hiljem rakendati enim nelja püramiidruuporiga järelveetavat seadeldist. Ühtlasi asuti rajama hiiglaslikke betoonist helipeegleid, millest tulebki lähemalt juttu.

Briti impeeriumi helilokatsioon

Kohe Esimese maailmasõja algusaegadel hakkasid britid tegelema õhuhoiatuse ja -tõrjega. Sel otstarbel rajati maa sisse algelised helikaevud. Kuna kaevu profiil võimaldas fookustada läheneva lennuki või õhulaeva helilained, suutis kaevu põhjas istuv sõjaväelane kuulda neid paremini kui vabas looduses. Tollase hinnangu järgi oli inimese kõrv võimeline looduses määrama ligikaudu viie miili (u 8 km) kauguselt kostvaid helisid.

Märkimisväärne edusamm oli mikrofonide kasutuselevõtt 1916. aastal. Mikrofonid asetati maapinnasüvenditesse, maapinnale lisati taldrik või plaat, mille fookuses oli mikrofon. Niisugune paigaldis suutis määrata helisid, mida varem ei kuuldud.

Euroopa poolt tuleva õhurünnaku oht oli suurim La Manche’i väina kitsaimas kohas Kagu-Inglismaal Doveri ümbruses Kentis (praeguse Eurotunneli Briti-poolne osa). Ent see oli tihedalt asutatud ala, kuhu ei saanud rajada helikatsepolügoone.

Sobivam hõreda inimasustusega ala leiti Doverist edela pool: Kenti krahvkonna lääneosas asuv madal soine ala (Romney Marsh). Teisel pool La Manche’i väina oli Euroopa mandriala väga lähedal, seega asus samuti potentsiaalsel rünnakusuunal.

Romney aladele rajati hiljem, 1924. aastal, helikaevupolügoon kahe umbes kümnekilomeetrise reana, mis paiknesid teineteisest umbes viie kilomeetri kaugusel. Kokku oli seal üle 30 sellise kaevu.

Esimesed helipeeglid

Britid tegid Romney aladel asjaomaseid katsetusi juba 1915. aasta suvel. Esimene peegel lõigati otse sobiva suunaga kriidikalju sisse ja vooderdati betooniga, et saada parabooli kuju. Peagi asendati niisugused poollooduslikud tarindid suuremate sardmördist või -betoonist ehitistega. Neid rajati ka kaugemale, näiteks 1916. aasta paiku ehitati 15-jalase läbimõõduga (u 4,6 m) peegel Ida-Inglismaale Yorkshire’i Kilnseasse.

1923. aastal valmis Kentis Hythe’is 20-jalase läbimõõduga (u 6,1 m) helipeegel. Kahjuks hävines see ilmselt 1980. aastate teisel poolel; praegu on varemed veel märgatavad. Peeglite esimesed katsetused olid edukad ja julgustasid rajama uusi, näiteks 1928. aastal ehitati Denge’i lennuväebaasis esimene 20-jalane peegel. Ketassüsteem oli vähem tõhus kui betoonpeeglid ning see hüljati 1932. aastal. Varajased süsteemid aitasid helisid kindlaks määrata 8–15 miili (u 15–25 km) kauguselt. Ilmnes, et pimedad inimesed suudavad helisid tunduvalt paremini eristada. 1925. aastal andis umbes 250 pimedat teada, et soovivad sel eesmärgil astuda vabatahtlikult sõjaväeteenistusse.

Helilokatsioon kuni teise maailmasõja lõpuni

Jäädes edasises arengus alla raadiolokatsioonile, ei minetanud helilokatsioon siiski oma kohta Briti, USA, Saksa ega ka NSV Liidu sõjaväes. Näiteks on üldteada 1936. aastast pärit pilt, kus Jaapani keiser inspekteerib sõjaväe helipüüdureid: geomeetriliselt väga keeruka kujuga ruuporeid. Rikkalikult leidub pildiainest, mille põhjal kasutas Soome sõjavägi veel 1944. aastal Saksa päritolu helipüüdeseadmeid, kuigi need olid keeruka tarindusega ja vajasid inimoperaatorit.

Jaapani keiser Hirohito kontrollib 1936. aastal sõjaväe neljarattalistele kärudele paigaldatudhelipüüdureid. Püüdurid koosnevad kahest ruuporipaarist, üks paar on horisontaalteljel jateine vertikaalteljel. Igast paarist väljuvad kummivoolikud kinnituvad tehniku stetoskoobitüüpikõrvaklappide külge. Stereofoonilist kuulmist kasutades ja pöörates ruuporite telge seni, kunilennuki müra kõlab kõrvaklappides „keskel“, saabki määrata lennuki suunda ja kõrgust. Foto: Avalik omand, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15301120

Teise maailmasõja ajal Soomes vastase lennukite asukoha tuvastamiseks kasutatud helipüüdur. Niisuguse seadme abil sai avastatud lennukile suunata helgiheitjate kiirtevihu ja kaõhutõrjetule. Seadme koosseisu kuulub kaks paari kühvel-helipüüdureid. Neist ühega saabhorisontaalteljel määrata, millisest suunast lennuk läheneb, ning vertikaaltelje nihkepaaraitab kindlaks teha õhusõiduki kõrgust. Foto: SA-kuva, Avalik omand, Wikimedia Commons

Täiustatud helipeeglid

Helipeeglil oli nõgus (paraboolne) pind, mis koondas helilained punkti, kus paiknes helikollektor (mikrofon). Inimoperaator pidi asuma selle paiga lähedal. Enne oli ta läbi teinud helimääramise erikoolituse. Helide eristamine oli niivõrd pingeline, et operaator ei võinud korraga töötada üle 40 minuti.

Täiustatud helipeeglid suutsid helisid avastada keskmiselt kuni 22 miili (u 35 km) ulatuses, kuid vahemaad vähendas tunduvalt taustmüra, sh tuulise ilma tekitatu. Londoni jaoks pikenes eelhoiatusvahemaa ligikaudu poole võrra (kokku umbes 75 miili ehk 120 km), aga eelhoiatusaega andis see juurde ainult kümmekond minutit. See pole halb, kuid lennukite kiiruse kasvuga vähenes seegi eelhoiatusaeg, ja oleks ajapikku muutnud helilokatsiooni arendamise mõttetuks.

Aastatel 1933–1935 tegi lennuväeministeerium jõupingutusi loomaks terviklikke helipeeglisüsteeme ka Doveri aladest põhja pool. Thamesi jõe suudme lähedusse osteti maad, et rajada laialdasem süsteem, mis avardanuks tunduvalt Kagu-Inglismaa eelhoiatusala. Ent 1930. aastate teisel poolel sellest plaanist loobuti, sest 1934. aastal oli asutud eelisarendama raadiolokatsioonil (radaritel) põhinevat eelhoiatussüsteemi, tuntud kui Chain Home ehk lühidalt CH-süsteem.

Tänapäeval on Inglismaal kokku 14 helipeeglit, millest osa on mälestistena kaitse all. Romney aladel Kentis on kolm sedalaadi peeglit: põhjast lõunasse umbes 150 meetri pikkusel alal asuvad 30-jalase (u 9,1 m) ja 20-jalase (u 6,1 m) läbimõõduga paraboolpeegel ning 200 jala pikkune (u 61 m) kaksik-kõver silinderpeegel (mälestised aastast 1979). Sellesse omamoodi militaarteemaparki kuuluvad ka 19. sajandi alguse militaarehitised: sõjaväekanal (Royal Military Canal), mitu nn Martello suurtükitorni (Martello Tower) ning 1927. aastal rajatud väga kitsa (1¼ jalga ehk 381 mm) rööpmega raudtee (Romney Marsh Rail), kus Teise maailmasõja ajal sõitis maailma väikseim soomusrong.

Radari tarvitus

Suurtes riikides algasid enam-vähem ühel ajal, 1934. aastal, uuringud, mismoodi rakendada raadiolokatsiooni õhuohu eelhoiatussüsteemi osana, kuigi sõja ajal kasutati küllatki palju ka helilokatsiooni ja inimesi vaatlejatena.

Eestis on eriti 1944. aasta märtsipommitamise aegu tuntud Saksa õhukaitseradarite ja Tallinna sadamas seisnud õhutõrje radarilaeva Togo tegevus Tallinna ümbruses. Praegusajal on kultuurimälestisena kaitse all üks Saksa radariehitis Harju maakonna Naissaare põhjaosas, aga on peetud plaani tunnistada kultuurimälestiseks veel kaks ehitist: üks Prangli saarel Harju maakonnas ja teine Valastes Ida-Viru maakonnas.

Nõukogude aja õhukaitse radariehitistest on tuntumad NSV Liidu loodeosa õhukaitse maa-alune mitmekorruseline varujuhtimiskeskus Tallinna lähedal Pääskülas ning Lahemaal Pärispea poolsaare kirdeotsas paiknenud baas. Selles baasis olevat 1987. aastal esimesena märgatud, et üks väikelennuk oli ületanud NSV Liidu piiri; hiljem maandus see hobilendur Matthias Rusti juhtimisel Moskva Punasele väljakule.

Helipeeglid väljaspool Briti emamaad

1930. aastate alguses kavandati helipeeglitega eelhoiatussüsteeme ka väljapoole Briti emamaad, et kaitsta olulisi mereväebaase Gibraltaris, Maltal ja Singapuris. Gibraltari ja Malta baas olid küll väikesed, kuid asusid Vahemeres strateegiliselt väga tähtsatel kohtadel.

Briti impeeriumil oli Vahemeres üldse vähe valdusi, ent Gibraltar võimaldas suures osas konrollida sissesõitu Atlandi ookeanilt Vahemerre. Ehkki Gibraltar oli ümbritsetud Hispaania valdustest (põhja pool Hispaania emamaa ja lõunas üle Gibraltari väina Hispaania Maroko), oli Hispaania olnud Esimeses maailmasõjas neutraalne ega kujutanud Briti valdustele ohtu. Võimalik, et 1930. aastate algul peeti Hispaaniat juba potentsiaalselt vaenulikuks riigiks.

Vahemere idaosas oli brittide valduses kogu Küprose saar ning ka kontroll India ookeanisse viiva Suessi kanali sissesõidu üle. Ometi ei peetud 1930. aastate algul seal veel vajalikuks arendada varajasi eelhoiatussüsteeme. Singapur võimaldas kontrollida Kagu-Aasia oluliste mereteede sõlmpunkte, kuid oli ümbritsetud Briti valdustest ja nende kontrolli all olevatest aladest. Ilmselt seetõttu ei tuntud 1930. aastate algul sealgi tarvidust arendada eelhoiatussüsteeme.

Keset Vahemerd asetsev Malta saarestik oli ülioluline tugipunkt kontrollimaks ühendusteid mere lääne- ja idaosa vahel. Maltast põhja pool asetses tollal juba vaenulik Itaalia kuningriik, saarestikust kagus paiknes Aafrika mandril Liibüa, mis oli Itaalia valduses. 1930. aastatel esitas Itaalia pretensioone ka Maltast edelas asuvale Tuneesiale. Seepärast pidasid britid Malta kaitsmist veelgi olulisemaks.

Gibraltaril määrati asukoht neljale helipeeglile, kuid seal tekitas probleeme inimasustuse, mere ja tuule taustmüra. Singapuri eri kohtadesse kavandati viiest kuni kaheksast peeglist koosnevaid süsteeme, aga sealgi oleks kohalikust loodusest tulenev taustmüra muutnud need vähetõhusaks. Ent Maltal osutusid uuringud edukaks.

Betoonist helipeegli leiutaja William Tucker

Major William Sansome Tucker (1877 Lääne-Inglismaa – 1955 Ontario, Kanada), oli üks Briti akustikauuringute alusepanijaid. Esimese maailmasõja ajal teenis ta Briti sõjaväe eksperimentaalses helimõõtejaamas läänerindel Belgias. Ta uuris suurtükilaskude heli levi ja mõõtmist, et määrata vaenlase suurtükkide asukohti. Neid teadmisi rakendati ka selleks, et teha kindlaks vaenlase lennukeid. Hiljem sai Tuckerist õhutõrje akustiliste uuringute asutuse juht. Ta rajas Doveri poolsaare kirderannikule Jossi lahte helilokatsiooni uurimise jaama (Joss Bay Station). Tema uurimistöö tulemusena suudeti lõpuks ehitada tohutud betoonist helipeeglid, seega võib teda pidada nende leiutajaks.

Eesti oma helipüüdur ja selle leiutaja Karl Papello

Karl Papello õppis Riias, Varssavis ja Nižni-Novgorodis, hiljem Rockefelleri stipendiaadina USA-s. 1921. aastal sai temast Eesti kodanik. 1922–1923 oli ta Tallinna tehnikumi õppejõud, 1923–1926 kõrgema sõjakooli lektor ja dotsent. 1926. aastal asutas ta Tallinnas elektroehnika- ja peenmehaanikatöökoja.

Alates 1924. aastast oli üks tema tegevusvaldkondi mõõta heli ja määrata tulemuste järgi heliallika asukoht. Ta ehitas õhutõrjesuurtükkide akustilisi tulejuhtimisseadmeid (helilokatsiooniseadmed koos analoogarvutiga), mida peale Eesti ostsid Ühendkuningriik, Rootsi ja USA.

Aastast 1931 elas ja töötas Papello Saksamaal, aastatel 1946–1952 oli deporteerituna NSV Liidus. Samamoodi kui teised sunniviisil NSV Liitu toodud saksa insenerid töötas ta Nõukogude sõjatehastes. Karl Papellost saab lähemalt lugeda Horisondi 1991. aasta 3. numbrist (Uno Veismanni artikkel «Legendaarne leidur Papello»).

Insener Karl Papello (1890 Pärsti vald, Viljandimaa –7. jaanuar 1958 Jena, Ida-Saksamaa) Foto: Tallinna Tehnikaülikooli muuseum

 

Malta betoonkõrva ajalugu

Ainus väljapoole Suurbritannia saart ehitatud helipeegel asubki keset Vahemerd Malta saarel. Kohapeal tuntakse seda kui il-widna (malta keeles ’kõrv’), praegusajal asub see Naxxari vallas Magħtabi külas.

Briti sõjavägi korraldas 1930. aastate algul kogu impeeriumis uuringud helipeeglisüsteemi sobivuse kohta. 1933. aastal leiti Malta ranniku lähedalt sisemaalt viis betoonpeeglitele kohast paika. Tagant ja külgedelt pidi peegel olema kaitstud taustmüra eest; peeglil ei tohtinud olla otsevaadet lainete murdumise alale merel. Viis sobivat paika tähistati tähtedega A, B, C, D ja E.

Eelistati kohti A ja B, mis asusid pealinna ja suurima sadama Valletta lähedal vastavalt lääne- ja idarannikul. Plaanitav süsteem oleks aidanud kaitsta sealset mereväebaasi, mis oli juba orduajast 16. sajandil olnud tuntud kui Suur Sadam. Potentsiaalselt vaenuliku Itaalia kuningriigi Sitsiilia rannik paiknes nendest kohtadest umbes 90 km kaugusel, Itaalia lennubaasid veel kaugemal.

Koht A asetses Valletta mereväebaasi keskusest 7,5 km kaugusel lääneloodes ja rannikust poolteise-kahe kilomeetri kaugusel edelas tasasel maal. Koht B paiknes Vallettast umbes 5,5 km kaugusel vastavalt kagus või lõunakagus; kaugus rannikust ei ole teada, sest peegel kohas B (Żonqor) jäi rajamata.

Kohas A (Magħtab) algas ehitus 1934. a sügisel ja lõppes 1935. a suvel. Peegli asupaigaks valitud koha taga kõrgusid mäed, toimides loodusliku peeglina. See vähendas küllaltki suure puripinnaga ehitise tuulekoormust ja ühtlasi looduslikku taustmüra, mis oli eelkõige tingitud tuulest.

Elektriseadmed paigaldati peeglile septembris 1935. Operaatorid pidid pikalt harjutama, et saavutada piisav kuulmistundlikkus. Peeglite tõhusust prooviti Supermarine Scapa lennupaadi abil. Selgus, et helisid oli võimalik kindlaks määrata keskmiselt 25 miili (u 40 km) kauguselt. Kui vaenulik lennuk oleks lähenenud Maltale kiirusega 400 km/h, andnuks peegel hoiatuse ainult umbes kuus minutit varem kui inimkõrv. Magħtabi peegel võeti 5. mail 1937 kasutusest maha ja rohkem helipeegleid Maltale ei ehitatud.

Briti kuningliku mereväe lennupaat Supermarine Scapa, millega katsetati Malta helipeegli kuulmistundlikkust. Foto: Imperial War Museums, Avalik omand, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3887717

Siiski olevat peeglit rakendatud Teise maailmasõja ajal, kui Itaalia (1940–1941) ja Saksamaa (1941–1942) ründasid Maltat õhust. Ehkki Maltale oli juba 1939. aasta kevadel rajatud esimene raadiolokaator (radar), ei olnud ilmselt jõutud radarisüsteemi lõpuni välja arendada. Nii tuli ikkagi kasutada või vähemalt hoida reservis ka senist helilokatsioonijaama.

Malta helipeegli rõhtulatus servast servani on umbes 61 m, piki kaart aga umbes 66 m. Kõrgus on kümmekond meetrit. Foto: Robert Treufeldt

Malta betoonkõrv nüüdisajal

Magħtabi kaksikkõver silinderpeegel on ehituslikult sarnane Kentis asuva Denge’i lennuväebaasi 200 jala (u 61 m) pikkuse peegliga. Need ongi ainukesed seda tüüpi helipeeglid, mis tehti valmis.

Malta helipeegli rõhtulatus servast servani on umbes 61 m, piki kaart aga umbes 66 m. Peegli kõrgus on umbes kümme meetrit. Tagantpoolt toetas kaarmüüri täies kõrguses umbes iga 4,75 m järel kontraforss (tugipiilar), kokku oli 15 kontraforssi. Peegli taha kolme keskmise tugipiilari vahele on hooned ehitatud ilmselt hiljem, ehkki selles tsoonis pidi asuma ka algne helioperaatorite ruum.

Peegli esikülje jalamil (v.a servades) asetsevad samuti iga 4,75 meetri järel väikesed kontraforsid, mida on kokku 13. Miks need sinna ehitati, pole täpselt teada, igal juhul segasid need peegli töötamist. Peegli keskel on betoonmüüri valatud umbes meetrise küljepikkusega neljakandiline ava. Mikrofonid paiknesid peegli ees maapinnast pisut kõrgemal betoonist glassiis. Magħtabi peegli betoonkehand on hästi säilinud, sh algsed või sõjaaegsed kamuflaažmaalingud, seetõttu sulandub see üsna edukalt maastikku ning hakkab silma alles lähedalt. Peegliga kinnistut kasutab praegu telekommunikatsiooniettevõtte GO (endine Maltacom), kes ei võimalda vaba juurdepääsu peegli juurde.

Pealinn Valletta pole küll kaugel – linnulennult 7,5 km, mis võib Maltal tähendada üsna pikki mäeringe –, kuid ühissõidukid sinna ei sõida. Peegel ei jää tuntud turismimarsruutidele, seega tuleb tutvumisretkeks üürida auto. Paraku ei pääse kinnistu autoväravast edasi, aga sealt on näha üsna väikest osa peegli tagaküljest.

Ent kui läheneda hoopis teiselt poolt, põldude ja aedade servi pidi, õnnestub (kohati ronides) jõuda kinnistu piirdeaiale üsna lähedale ja näha palju uhkemat vaatepilti peegli esiküljest. Leidub linnuvaatlejaid, kes näevad üsna palju vaeva, et erilist lindu kohata, ning tuletornide ja maailmapärandi huvilisi, kes loendavad nähtud torne ja pärandiobjekte. Samamoodi on ka kindlusarhitektuuri vaatleja uhke, kui tal on Maltal läinud korda see tee käia läbi ja lisada Magħtabi helipeegel oma vaatlusportfelli.

Robert Treufeldt (1965) on arhitektuuriloolane, kelle peamine uurimisvaldkond on sõjalise ehituspärandi kasutamise võimalused nüüdisajal; rahvusvahelise kindlustuste ja sõjalise pärandi teaduskomitee (ICOFORT) liige.

Foto: Horisont / MTÜ Loodusajakiri

Artikkel ilmus ajakirja Horisont aprilli-mai numbris.