Freya, das Funkmeßgerät (radiomittauslaite) on toisen maailmansodan aikainen saksalainen ilmavoimien käyttöön tarkoitettu tutka ja laitesarja. Saksalla oli sodan aikana käytössään satoja radiomittauslaitteita koko maan alueella. Sanaa 'tutka' tai 'radar' ei ollut silloin vielä Saksan valtakunnassa eikä Suur-Saksan valtakunnassa käytössä, ja laitteesta käytettiin nimeä das Funkmeßgerät eli FuMG. Freya on laitteen peitenimi. GEMA (Gesellschaft für Elektroakustische und Mechanische Apparate) valmisti radiomittauslaitteita vuosina 1939–1945 yli 1 200 kappaletta Berliinissä. Saksa antoi laitteita sotilasapuna liittolaismaille tai myi kumppanimaille. Niitä ostettiin myös Suomeen, ja niillä oli merkittävä osuus Helsingin puolustuksessa helmikuussa 1944.Lappi & Peitsara 2012, luku 5, s. 67–75
GEMA Radioaaltoja oli tutkittu Saksassa jo pitkään. Darmstadtin teknillisessä yliopistossa työskenteli professori Hans E. Hollmann. Hän tutki erityisesti desimetriaaltoja. Hans-Karl von Willisen työskenteli tutkijana samassa tutkimuksessa. Heistä tuli hyvät ystävät ja tutkakehitystyön avainhenkilöt. He halusivat perustaa tarkoitukseen yrityksen ja valitsivat sen johtajaksi Günther Erbsloehin. Yhtiö perustettiin 1928, ja sen nimeksi tuli GEMA (Gesellschaft für Elektroakustische und Mechanische Apparate). Ensimmäinen tutkalaite oli valmis kokeiluun 1934. Ensin kokeiltiin 600 MHz:n (50 cm) pulssitutkaa, jolla saatiin havaintoja jopa 10 kilometrin etäisyydeltä. Lisäkehityksen jälkeen kokeiltiin 500 MHz:n (60 cm) ja 375 MHz:n (80 cm) pulssitutkia. Näistä valittiin jälkimmäinen, jolla saatiin jopa 25 kilometrin mittausetäisyyksiä 50 metrin etäisyystarkkuudella laivoihin. Tällä periaatteella lopullinen tuotanto lähti käyntiin. Laite sai peitenimekseen Seetakt. Samalla aloitettiin rinnakkaisen pulssitutkamallin kehitys pääasiassa samoilla periaatteilla, mutta lentokoneiden havaitsemiseen. Siinä päädyttiin 120–166 MHz:n taajuuteen (1,8–2,5 m) ja saatiinkin hyviä tehoja ja mittausetäisyyksiä jopa yli sata kilometriä lentokonemaaleihin. Sen peitenimeksi tuli Freya. GEMA:n erilaisia tutkalaitteita valmistettiin sodan aikana kaikkiaan noin 6 000.
Ominaisuudet ja käyttö
Freya on maalinosoitus- ja ilmavalvontatutka tai joissakin lähteissä ennakkovaroitustutka. Se on tyypiltään 2D-pulssitutka, eli mittaa maalin suunnan ja etäisyyden, ei korkeutta. Sen suurin mittausetäisyys on 160 km, yleensä paljon alle sen. Monia versioita kehitettiin ja niille annettiin tyyppimerkintä ja lyhenteen, yleensä FuMG, perään numero. Tyyppimerkintäsysteemiä muutettiin moneen kertaan, joten niiden johdonmukainen seuraaminen on vaikeaa. Lisäksi laitteiden kokoonpanoa varioitiin paljon vaihtamalla eri varianttien osia ristiin ja silloin aina annettiin uusi tyyppinumero. Kaikille malleille tunnusomaista on sen näkyvä osa, yhteen tasoon tehty dipoliryhmäantenni. Se koostuu elementeistä, joista ulkonäkönsä vuoksi suomalaiset tutkamiehet käyttivät slanginimeä heteka. Yleensä on nähtävissä kolme dipoliriviä: alimpana lähetinantenni ja keskellä vastaanotinantenni ja ylimpänä omatunnuslaitteen antenni. Ensimmäinen Freya F -versio (Seetaktische) muistutti Seetakt-tutkaa, koska se oli tehty samaan runkoon ja siirrettäväksi ilmatorjuntatykin lavetille, mutta oli kuitenkin laitteiltaan Freya. Se kuljetettiin kolmessa osassa, tutkavaunu, antennilaitevaunu ja sähkövoimakoneen vaunu, ja se oli saatettavissa käyttökuntoon 1–2 tunnissa. Siitä käytettiin myös nimeä Freya Lafette. Myöhemmin käyttöön vakiintui raskaampi malli Freya LZ (Lufttransport Zerlegbar eli ilmakuljetukseen purettavissa), jossa on keskellä yksi tukeva antennimasto ja kahdeksankulmainen laitehytti. Kuljetettuna moduuleina sen käyttökuntoon rakentaminen kesti noin kolme päivää. Siitä käytettiin myös nimeä Freya Stand.
thumb|Freya F (Lafette, tai Seetaktische) malli on siirrettävä ja painaa 7,5 tonnia. thumb|Freya LZ (Stand, tai Lufttransport Zerlegbar) yleinen, raskaampi malli on sirrettävissä valmisteltuun asemaan ja painaa 11 tonnia. Toisen maailmansodan alkaessa Saksalla oli valmiina useita Freya-asemia ja hyvin toimiva maalinosoitus- ja ilmavalvontatutkaverkko, Kammhuber-linja (Kammhuber Linie, kenraalimajuri Josef Kammhuberin mukaan). Se koostui 32 x 20 kilometrin vastuualueista, joissa oli Freya ja useita valonheittimiä, joita Freya ohjasi. Verkko vastasi hyvinkin Britannian Chain Home -tutkaverkkoa, mutta oli paljon kevytrakenteisempi ja täysin liikkuva. Myöhemmin tuli lisäksi ilmatorjunnan Würtsburg tulenjohtotutkat, hävittäjätutkat ja Würtsburg Riese yöhävittäjien ohjaustutkat ja vastuualueet laajennnettiin 43 x 36 kilometrin suuruisiksi Niitä kutsuttiin nimellä Himmelbett Stellung. Briteillä oli 1939 vielä sellainen käsitys, että saksalaisilla on vain vähän jos yhtään tietoa tutkatekniikasta. Heille oli yllätys, että useimmat Saksan sotalaivat oli varustettu Seetakt-laitteilla. Samoin oli yllätys, että Saksan länsirannikko oli varustettu Freya-laitteilla. 18. joulukuuta 1939 kaksi Freyaa huomasi kahdeksantoista Wellington-pommikoneen muodostelman lähestymässä mereltä päivänvalossa. Hävittäjät ohjattiin radioitse vastaan ja kaksitoista pommikonetta tuhottiin. Päiväaikaan tapahtuvien pommitusten aika oli siis ohi.
Lähetinputket, kriittinen osa Tuohon aikaan, 1920-luvulla, oli hyvin vähän elektroniputkia, jotka pystyivät toimimaan korkeilla taajuuksilla. Elektroniputken toiminta oli kyllä jo selvillä, niin myös magnetronin, mutta se ei vielä ollut ontelomagnetroni, joka vasta 1940-luvun lopulla ratkaisi monta tutkatekniikan ongelmaa. Myös klystroni tunnettiin, mutta sekään ei ollut vielä silloin niin valmis, että olisi ollut käyttökelpoinen. Tohtori Hollman oli jo aikaisemmin käyttänyt tutkimustöissään Barkhausen-Kurtz-triodia, joka on triodiputki, jonka hila on kytketty positiiviseksi sekä anodiin että katodiin nähden (yleensä triodin hila esijännitetään negatiiviseksi). Se kykeni toimimaan jopa mikroaalloilla. GEMA kehitti Barkhausen-Kurz-triodin GEMA TS1, joka kehitti ensimmäisen käyttöönotetun Seetakt-mallin lähettimen pulssitehon 1,5 kW. Lähettimeen niitä tarvittiin kaksi triodia vuorovaihekytkettynä. Laite toimi kyllä hyvin, mutta suurin mittausetäisyys oli pienenlainen pienestä tehosta johtuen. Lisäksi (kun ensimmäinen tutkatilaus tuli merivoimilta) sotalaivan raskaiden tykkien suupaine rikkoi triodien lasikuvun usein. Parannettu triodi GEMA TS6 oli lujempaa lasia ja kehitti jopa 8 kW:n pulssitehon lähettimelle. Sitä käytettiin Seetakt-tutkassa sodan loppuun asti. Seetaktin taajuus oli 370 MHz, mutta Freyan maks. 166 MHz. Matalammalla taajuudella GEMA TS6 antoi paremman tehon. Kun vielä putken keraaminen pidin tehosti ilmajäähdytystä ja sähköistä sovitusta ja hyötysuhdetta parannettiin, Freyan pulssitehoksi saatiin lopulta 40 kW.Lappi & Peitsara 2012, luku 8, s. 178–295
Mittaustapa
Dipoliryhmäantenni oli perusversiossa 6,2 m leveä ja 7,5 m korkea, 2 x 6 pystypolarisoitua kokoaaltodipolia, vastaanottimelle ylempänä ja lähettimelle omat alimpana. Sitä suunnattiin sähköisesti käsiohjauksella. Suunnatessa koko laite, antenni ja laitekabiini miehistöineen, kääntyi jalustallaan. Tutka käännettiin aina maalia etsittäessä haluttuun suuntaan, ja sitten mitattiin maalin paikka tarkasti. Laite ei siis pyörinyt ympäri alituiseen, kuten on yleensä nykyaikaisesta tutkasta totuttu näkemään.
Tehon lähetysantennille syötti kahdella vuorovaihekytketyllä triodilla tehty teho-oskillaattori, joka kehitti noin 40 kilowatin pulssitehon. Lähetyspulssit olivat ajallisesti kolmen mikrosekunnin pituisia, ja niitä lähtettiin 500 pulssia sekunnissa. Maalista sironnut teho vastaanotettiin omalla antennilla kaksoissupervastaanottimeen. Ilmaistu signaali esitettiin kahdella Braunin-putkella (kuvaputki) karkea- ja hienomittaus erikseen. Pulssin kulkuajan perusteella etäisyys oli mitattavissa noin +/-50 metrin tarkkuudella.
thumb|Triodi GEMA TS6 keraamisessa pitimessä. Antennitekniikan peukalosäännön mukaan laskettuna noilla antennin mitoilla ja lähetystaajuudella keilan (puolen tehon) leveys on noin 30° ja korkeus noin 120°, samanlaiset sekä lähetys-, että vastaanottoantennilla. Pelkällä antennin suuntaan perustuvalla mittauksella olisi saatu tarkkuudeksi parhaimmillaankin vain +/-10°. Suunnanmittauksen parantamiseksi Freya käytti keilanvaihteluperiaatetta. Vastaanottoantennin keilan suuntaa (sivusuunnassa) vaihdeltiin nopeaan tahtiin muutaman asteen verran puolelta toiselle. Antennielementti jaettiin kahteen kolmen dipolin ryhmään, ja sähkömekaanisella kytkimellä, josta suomalaiset tutkamiehet käyttivät slanginimeä päristin, vuoroteltiin oikeaa ja vasenta ryhmää. Tällöin maalin kaikuvoimakkuus on voimakkaampi siinä keilassa, joka on lähempänä maalia. Vain silloin kun maali on molempien keilojen välissä keskellä, sen kaiku on yhtä voimakas kummallakin. Tämän tarkasteluun oli oma Braunin-putki, joten suunnanmittaus saatiin tehdyksi noin +/-2° tarkkuudella.
Ennakkovaroitustutka ja Freyan muunnokset
Freyan paras mittausetäisyys oli jopa 160 km. Se ei silti ole varsinaiselle ennakkovaroitukselle riittävä. Rakennetta parantamalla suurentamalla antennia ja lähettimen tehoa saatiin yli 300 km:n mittausetäisyyksiä, jolloin voitiin havaita Britannian lentokentiltä nousevat koneet ja voitiin siten puhua varsinaisesta ennakkovaroitustutkasta. Tämä vaatimus täytettiin asentamalla useita Freyan antennielementtejä samaan mastoon ja lisäämällä maston korkeutta ja lähettimen tehoa.Lappi & Peitsara 2012, luku 5, s. 76–78
Waßermann FuMG 402 oli ilmapuolusuksen ennakkovaroitustutka, jonka valmistus aloitettiin 1940. Siitä valmistettiin useita versioita. Siinä oli lähetintehoa 100 kW ja maston korkeus 40 m, jopa 60 m ja -leveys 19 m. Waẞermann oli asennettu kiinteään bunkkeriin käännettävällä antennilla. Mittausetäisyydet olivat tyypillisesti 300 km Sen suunitteluun ja valmistukseen osallistuivat myös AEG ja Siemens. Tämän tutkan erikoismuunnoksella mitattiin ensimmäisen kerran Kuun etäisyys Maasta.
Jagdschloß FuMG 404 oli paljolti samanlainen, mutta paranneltu malli. Siinä oli suuri, 24–60 m leveä mutta 3–5 m matala, ympäri pyörivä antenni ja suuri lähetysteho. Sen erikoisuutena oli PPI (plan position indicator) näyttölaite. Waßermann- ja Jagdschloß-tutkia tehtiin yhteensä 148 kpl.
Mammut FuMG 41G oli Freyasta kehitetty ilma- ja meripuolustuksen ennakkovaroitustutka. Siinä oli kiinteä antenni, jota keilattiin hyvin edistyksellisellä AESA (aktiivinen elektronisesti skannaava antenniryhmä) -menetelmällä ilman että antenni liikkuu. Se oli välttämätöntä, koska antenni oli hyvin suuri ja raskas. Haittapuolena oli, että voitiin keilata vain n. 100 asteen sektori. Antennissa oli 16 Freyan antennielementtiä neljän maston varassa. Sen leveys oli 28,5 m ja korkeus 11 m. Lähetysteho oli aluksi 100 kW ja suurennettiin vähitellen ja vuoteen 1945 mennessä se oli jo 500 kW. Ulottuvuus oli riittävän suuri, jotta Pohjois-Saksasta ja Tanskasta Römön saarelta voitiin valvoa koko Britannian ilmaliikennettä kentille asti ja tehdä tarvittava ennakkovaroitus. Niitä valmistettiin 30 kpl GEMAn ja Telefunkenin toimesta. Näistä laitteista parhaat jäivät sodan loputtua liittoutuneiden käsiin.
Freya Suomessa Kun jatkosodan aikana Pohjois-Suomessa oli saksalaisia joukkoja ja heillä radioluotaimia, suomalaiset kuulivat talvella 1942 enemmän tai vähemmän vahingossa heidän keskustelujaan ja että ”Gerät” oli havainnut vihollisen lentokoneita pimeässä ja kaukaa. Asiaa tutkimaan lähetettiin kaksi matemaatikkoa, vänrikit Kari Karhunen ja Leo Sario kesällä 1942, ja siitä alkoi kehityskulku, jonka seurauksena Saksasta tilattiin kaksi FuMG 401, Freya LZ -ilmavalvontaradioluotainta hintaan 11 816 680 markkaa kappaleelta ja kuusi ilmatorjuntatykistön FuMG 62, Würtsburg D -tulenjohtoradioluotainta hintaan 2 300 000 mk/kpl. Myöhemmin tilauksia jatkettiin, ja 1944 tilattiin kaksi Freya F -merivalvontaluotainta hintaan 5 908 340 mk/kpl.