大艦巨炮時代,戰艦是如何瞄準的呢?(原作者:野狼獾)_風聞
席亚洲-独立军事评论员,IT业观察者-公众号:亚洲火车总站2019-05-25 20:29
大炮鉅艦的時代已然落幕,但是那些恢宏鉅艦的神秘感並未隨着時間而消失,除了裝甲、火炮和噸位,這些容易找得到的數據,真正讓很多愛好者趕到好奇的問題在於,在那個沒有先進電子計算機和雷達的時代,軍艦之間的炮戰,究竟是如何展開的?
當然,在裝甲軍艦出現前,海上炮戰已經有生有色打了幾百年,炮術指揮,也在不斷繼承與發展中。
早期的海軍炮術,顯然更倚重經驗,由於所有的射擊,都是圍繞測距展開的,所以在沒有比較精確測距設備的時代,也遑論先進的火控。
艦上的最高指揮官,通常能做的,只是為每門炮分配目標,剩下的,就交給每門炮的炮手們來完成。
通過對方戰艦長度或者桅杆的長度變化,可以粗略地判斷出距離;有時候通過操縱火炮俯仰,也能抵消海面浪湧造成的橫搖和縱搖,或者乾脆等待浪湧到頂點的一段平穩時期進行射擊。
中日甲午海戰的時期,儘管水平合像測距儀已經出現,卻還沒有成為軍艦的標準配置(有一些説法,日艦吉野號安裝了4.5英尺基線的合像測距儀),由於距離數據缺失,海戰炮術,仍然停留在經驗和運氣階段。
當然,如果統計這次海戰中雙方命中率,與很很多年後的日德蘭海戰相比,還要高出一些,主要原因在於,雙方軍艦都靠的很近,為了能夠擊中對手,雙方互有默契地靠近,情理上如果一方具有火控上的優勢,勢必要遠離對手,在對手無法有效使用火力的距離上,發揚自己的射擊精度。
從風帆時代開始,艦隊炮戰間的距離就在不斷增加,但是在最初的裝甲艦戰爭中,儘管主炮射程超過了10公里,雙方交戰距離,很少超過5公里。
這樣的距離內,儘管目標仍然在高速運動,但是側面投影面積仍然較大,而目標軍艦的長度,可以抵消一部分提前量計算誤差,而軍艦的高度則可以彌補一些俯仰調整上的誤差。
這裏可以舉一個例子加以説明,我們經常看到恐怖分子扛着RPG火箭筒,但是很少看到他們使用迫擊炮。因為兩種武器對計算的要求不同。即使迫擊炮打擊的是固定目標,而火箭筒還被用來射擊移動目標(甚至直升機),但是目不識丁的戰士,仍然很容易掌握火箭筒。無論是通過分劃線判斷距離,還是對水平移動的車輛,進行毛估估的計算判斷提前量,都是可以做到的,當然歸根結底,是因為目標比較近,這與早期裝甲艦之間的對射類似。
到了日俄戰爭時期,光學測距儀已經普遍安裝在了軍艦上,但是雙方仍然沒有將炮戰距離,拉遠到曲射距離上。
事實上,直到二戰,海軍強國不斷加大火炮口徑和倍徑,也不僅僅是為了提升破甲深度和殺傷威力。大口徑火炮發射的高初速炮彈,可以在較遠距離上保持平直彈道,以直瞄方式摧毀對方側面,這樣就避開了,遠距離曲射命中率低下的難題。當然,即使直瞄射擊,仍然有對測距精度的需求,而且精度越高越好。
那時候的測距儀大致是這個樣子,通常基線越長,測距精度越高,所以戰列艦上通常使用超過10米長的長基線測距儀。

測距方式如下,將測距儀轉向目標,尋找目標中部的基準物,通常是豎直的煙囱或者桅杆,長基線測距儀兩側的可偏轉的光學物鏡,分別獲得基準物的上半部分以及下半部分,使得物體在物鏡中成像,並重合。然後,讀取左右兩側的鏡頭的偏轉角度,通過三角函數計算得到距離。實際上,直到今天,這種設備仍然在不太廣泛的領域使用。、
截至去年在淘寶上仍然可以找到我空軍的剩餘物資——58式合像測距儀,基線長度1米,適合單兵攜帶。這種測距儀被用來為炮兵和肩扛防空導彈,估算目標距離。

坦克上也用

有了距離數字,但是射擊運動目標的另一個難題是計算提前量,也就是目標在水平方向上的距變化率,但是得到這個數字,仍然不是我們接下來要談到的終極那題,坦克的簡易擾動式火控就能應付。
射手通過瞄準鏡,穩定跟蹤目標移動,而由於炮塔隨動瞄準鏡,跟蹤目標一段時間後,坦克火控可以通過對炮塔的轉速,每秒鐘六次的數據採樣,獲得目標在方向上的移動速率近似值,由此判斷下一個時刻(炮彈飛行時間),目標所在的位置,並在物鏡內生成一個光點注入的修正點。
但是這種直瞄射擊的方式,固然簡化了問題,卻仍然在逃避炮術上的終極難題——如何將火炮的最大射程發揮出來。
與坦克之間的戰鬥,通常不超過2公里的情況不同,海上交戰的距離甚遠,炮彈甚至需要飛行半分鐘以上才能完成整個飛行,要預測幾十秒後目標所在的位置,談何容易。由於海戰瞬息萬變,任何解算都必須具有相當的時效性,不可能進行純粹人工的紙面幾何計算。
於是機械式指揮儀的鼻祖,德梅里克計算機出現了,時間是1902年。
這個東西是這樣的

實物是這樣的。

圓盤上方,天車般的金屬條,可以沿原型底座的邊緣滾動,用來指向我艦航向,這根金屬條上的刻度可以輸入速度,下方圓環上的另一根金屬條,代表敵方,也可以設定航向以及航速。
但是這個東西怎麼運作?乍一看,是不是看的一頭霧水?
德梅里克計算機,確實是早期複雜火控的基礎,但是本身並不複雜,雖然叫做叫做計算機,實際上更像是計算尺,或者説計算器。
接下來,我們來探討一下,這個東西的運作原理。當然完全依靠文字幾乎不可能説清楚,我在YouTube上找到了一位老兄(SleepyTymeT)的3D模擬視頻,截取了一些圖片,進行直觀説明。
首先假設一下作戰環境,下圖左邊是我們的船,而右邊是敵人的軍艦(目標艦)。那麼要預知下一個時刻,目標艦的位置,我們需要知道兩個分量。
第一是我艦與敵艦直線方向的距離變化率(range rate),以及與該方向垂直的偏轉(deflection)。知道這兩個數據,就可以分別在方向和高低上,修正火炮指向和俯仰。距離變化率得到的是火炮俯仰的修正,而水平方向的偏離率,則提供提前量的修正。有人一定注意到,在剛才的坦克射擊問題中,沒有出現距離變化率的計算,而只計算了提前量,因為坦克炮彈飛行的時間短,這個數值可以忽略不計。
需要強調的是,偏離並不是方位變化率,這個數值的單位也不是度,與之前談及的坦克射擊一樣,這是一個目標橫向移動的速率。雖然與距離變化率一樣都是速度,但是在刻度盤上,兩者的單位不同,前者為碼/分鐘,後者為節(海里/小時)。
就是如圖所示的兩個分量。

下圖是雙方各自的移動矢量(長短代表速度快慢)設定我艦航向20航速15節,敵艦航向225,航速15節。

假設我艦不動,則敵艦相對我艦的移動,是我方反向線條與敵方線條的疊加,如下圖

將左邊我艦的反向移動平移。

得到最終相對移動的矢量。

這個矢量幫助我們得到想要的兩個分量。

即與目標直線方向的距離變化率,以及與這個方向垂直的橫距變化率。而德梅里克計算機,就是幹這件事的。實際上,它就是一部,具有設定本艦、目標艦的航向、速度,可以轉動、平移,然後讀取數值功能的計算器。
首先移動上方旋轉的主樑,設定為我艦的方向。

然後移動上方刻度,調節我艦航速。
然後移動下方小轉盤(如下圖),調整敵艦航向與速度。


這樣剛才紙面上的矢量疊加,就在這部計算機上完成了,接下來,就可以讀取我們需要的兩個數值了。這裏讀出的距離變化率為—800碼每分鐘,意味着敵艦正在靠近。
而橫向的距離變化率為24節,右偏

在德梅里克計算機的基礎上,可以預測目標下一時刻目標位置的射擊指揮儀終於成為可能。

上圖是德梅里克計算機的衍生產物,美製MKII型簡易火控台的分量輸出部分,可以更直觀讀取兩個數值。
整個火控台如下圖。

當然,現實仍然是殘酷的,在彈道計算機和雷達、激光之類的測距手段出現前,所有基於合像測距儀、德梅里克計算機、維克斯積分計算機,自動繪圖桌,而堆砌成的機械射擊指揮儀,從來都沒有很準過,這一時期大部分海戰的模式,往往是從遠距離射擊開場,但還是會越打越近。
事實上,從合像測距儀讀取的距離數據,根據敵方艦首渦流判斷的敵艦航速,都很非常的“不精確”。這樣的“近似值”輸入後,在人多手雜的火控台上,被不斷累積的誤差,最終通過長達數十秒的炮彈飛行,被放大到匪夷所思的地步。
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