Система управления вооружением корабля
Содержание
Предпосылки к созданию
До XIX века дальность стрельбы из артиллерийских орудий была невелика и необходимость в их точном прицеливании как таковая отсутствовала, наведение производилось приблизительно и корректировалось по результатам стрельбы. В XIX веке появились прицельные приспособления, которые состояли из неподвижных мушек и целиков, установленных таким образом, чтобы линия визирования через их вершины была параллельна каналу ствола орудия. К концу века был разработан оптический прицел, действовавший по тому же принципу, но благодаря линзам позволяющий видеть цель на значительном удалении.
Однако усовершенствований только прицельных систем орудий было недостаточно, поскольку дальность стрельбы значительно выросла. Возникла необходимость в разработке других средств управления огнём, которые могли бы точно и быстро решить проблему наведения. Первым из таких устройств был стадиметр, но он имел невысокую точность и мог использоваться только для небольших дистанций. Появившийся позднее дальномер имел повышенные точность и дальность проведения измерений, что позволило ему стать одним из основных средств корабельных систем управления вооружением.
Одной из самых сложных задач при наведении орудий была необходимость компенсации относительного перемещения между орудием и целью. В начале ХХ века компенсация вычислялась графическим методом путём нанесения на карту перемещений цели. Измерения расстояния и направления между кораблём и целью позволяли определить приблизительный курс, скорость и будущее положение цели. Это позволило разработать счётно-решающие приборы, которые автоматически корректировали изменения дальности до цели.
Другим важным фактором, снижавшим точность огня, была качка орудийных платформ, которая имела различную амплитуду и направления. Одним из первых устройств, используемых морскими артиллеристами, был снаряд, подвешенный к мачте. Стрелок наблюдал за этим импровизированным маятником и производил выстрел в момент, когда снаряд оказался параллельно мачте, то есть когда палуба находилась в горизонтальном положении. Дальнейшим развитием примитивных маятников стали вертикальные и горизонтальные стабилизаторы, использовавшие гироскопический эффект.
Так как система управления вооружением состояла из множества устройств, было необходимо обеспечить надёжный обмен информацией между ними. Первоначально использовавшиеся визуальные сигналы не позволяли достичь необходимой оперативности и достоверности, поэтому практически не использовались. Применение голосовых систем, в том числе телефонных, вносило риск искажения информации, поэтому такие системы связи использовались в ограниченном объёме. Наиболее удобными оказались системы передачи информации с помощью шаговых двигателей, сельсинов и сервомоторов.
Последним фактором, который необходимо было учитывать для создания эффективной системы управления огнём, было точное определение места попадания каждого выстрела. Изначально каждый артиллерийский расчёт определял собственные параметры для наведения. Поскольку все орудия стреляли независимо, было невозможно определить эффективность отдельного орудия. Центральный станция управления, с которой управлялись все орудия, была разработана для повышения синхронности наведения. На посту управления огнём кораблей стали устанавливать приборы, получившие название «директор», позволявшие производить вычисления углов наведения орудий на основе данных, передаваемых с наблюдательных постов.
Фактически система управления огнём должна решить следующие задачи:
- Определить текущую позицию цели по отношению к собственному кораблю.
- Предсказать будущую позицию цели по отношению к собственному кораблю.
- Стабилизировать средства наблюдения.
- Рассчитать необходимые поправки.
- Передать данные на орудийную установку.
История появления
Система управления вооружением корабля стала включаться в проекты броненосцев и линкоров в конце ХIХ века. Отличительной чертой наличия этой системы стали многоярусные надстройки (мачты-пагоды), в которых размещались средства наблюдения и офицеры управления огнём. В отличие от наблюдателей, которые только определяли направление на цель и чьи боевые посты располагались на марсах, для офицеров управления огнём требовалось значительно больше места, необходимого для размещения оборудования. Новые системы управления огнём позволяли координировать углы наведения различных орудий и передавать на них команды залпа.
Скоординированная стрельба группы кораблей по единственной цели была в центре внимания линейного флота. Офицер флагмана мог передавать информацию о цели другим кораблям, что было необходимо для использования тактического преимущества, особенно при применении построения «Т». При наличии единой системы управления имелась возможность корректировки наведения в зависимости от скорости приземного ветра, крена и дифферента стреляющего корабля, температуры порохового заряда, сноса нарезных снарядов, индивидуального отклонения диаметра ствола орудия и других факторов. Значительно упрощалась задача по наблюдению за предыдущими выстрелами.
Первые системы управления позволяли производить вычисления на базе расчётных таблиц, позднее таблицы были заменены механическими счётно-решающими устройствами. Одним из таких устройств стал Дюмареск (англ. Dumaresq), получивший широкое распространение. В годы русско-японской войны артиллерийский офицер броненосца IJN Asahi Хирохару Като разработал собственную систему управления огнём, которая позволяла учитывать качку и дифферент при ведении стрельбы. Во время боя в Жёлтом море эта система позволила значительно увеличить точность стрельбы.
К началу Первой мировой войны на флоте появился более сложный и совершенный прибор, столик Дрейера. Этими устройствами были оборудованы британские линкоры, принимавшие участие в Ютландском сражении. В дальнейшем для вычислений стали использоваться электромеханические приборы, ставшие прообразом появившимся после Второй мировой войны электронных вычислительных машин.
Приборы управления огнём компании Siemens проходили испытания с 1903 года. Они отличались надёжностью и простотой благодаря набору шаговых датчиков и приёмников, связанных четырёхпроводной линией передачи. Индикация дальности осуществлялась на цифровом табло с точностью до 20 м. Французская система Le Prieur, разработанная в 1922 году, также отличалась простотой использования и требовала расчёт, состоявший всего из 4 человек.
В 1930-е годы получили распространение аналоговые вычислители, например Mark 1 Fire Control Computer и Type 92 Shagekiban. Помимо механического решающего устройства, они содержали около 20 сервомеханизмов, централизованно управлявших углами наведения орудий. Благодаря этому повышалась скорость наведения и исключались ошибки оператора при вводе данных. Значительные изменения произошли при внедрении радаров и их сопряжении с приборами управления огнём. Использование оптических средств наблюдения практически исключало их применение при недостаточной видимости, в тумане и в ночное время, в то время как работа радаров не зависела от прозрачности воздуха. Однако уровень развития радарной техники позволил использовать их в системах управления огнём только на флотах Великобритании и США.
Системы управления зенитным огнём и системы наведения торпед выделялись чаще всего в отдельные комплексы. Фактически они состояли из приборов, аналогичных артиллерийским системам, но имели некоторые отличия и упрощения. Больше отличий имели системы управления противолодочным вооружением, которые получали всю информацию о цели только от сонара и производящие вычисления графическим методом. С появлением ракетного вооружения оно получило собственные системы управления, основанные на применении аналоговых и цифровых электронных вычислительных машин.
Составные элементы
Типичная система управления вооружением корабля в общем случае включает директор с оптическими приборами измерения дальности, а позднее и радарами, гировертикаль, счётно-решающий прибор, питометр для измерения скорости корабля и линии связи. На директор поступает информация с дальномеров, которые стабилизированы с помощью гировертикали, и радаров. Результаты измерения дальности, курса и пеленга передаются с директора на счётно-решающий прибор, дополнительно получающий данные от гировертикали, питометра и корабельного компаса. После проведения расчёта полученные данные в виде углов вертикальной и горизонтальной наводки передаются на орудийные установки. Дополнительно в счётно-решающем приборе могут учитываться погодные данные, особенности орудий и иные параметры. В некоторых случаях орудия разного калибра или назначения имели раздельные системы управления огнём и отдельные директоры.
Стадиметр
Оптический прибор, используется для оценки расстояния до объекта известной высоты путём измерения угла, образованного его вертикальной протяжённостью. Точность стадиметра ограничивается его небольшими размерами и необходимостью знать высоту объекта. На подводных лодках совмещался с перископом.
Дюмареск
Первый счётно-решающий прибор, позволявший рассчитать углы наведения с учётом взаимного перемещения стреляющего корабля и цели. Был разработан лейтенантом британского флота Джоном Дюмареском (англ. John Dumaresq). Прибор позволял геометрически рассчитать вектор относительного движения цели. Для этого было необходимо установить скорость и курс своего корабля, а затем, перемещая специальное кольцо по линии пеленга на цель, считать скорость изменения дальности и поперечную скорость. Учитывая скорость полёта снаряда, по этим данным можно было рассчитать точку прицеливания. Помимо обычного Дюмареска использовался дополнительный, учитывающий параметры ветра, а также калькулятор отклонений с механизмом коррекции для внесения поправок по результатам стрельбы.
Первая модель этого устройства, Dumaresq Mark I, была выпущена в 1904 году компанией Elliott Brothers. Модификация Mark II имела увеличенный размер, а Mark III был оборудован дополнительным кольцом компаса. Dumaresq Mark IV предназначался для непосредственной установки в орудийных башнях, а Mark V имел фиксированную курсовую планку. Mark VI был дополнен устройством, которое позволяло сохранить установки углов цели при повороте стреляющего корабля благодаря гирокомпасу. Более поздняя модель, Mark VI*, получила электрифицированные приводы. Модификация Mark VII предназначалась для установки во вращающиеся башни управления огнём. Mark VIII был создан после окончания Первой мировой войны коммандером Джоном Бернардом Хьюзом (англ. John Bernard Hughes), а более поздние модели использовались вплоть до появления электронных вычислительных машин в составе систем управления огнём.
Немецкий флот использовал аналоговый вычислитель EU/SV Anzeiger, выполнявший аналогичные функции. Данный прибор устанавливался на подводные лодки и эсминцы, в том числе периода Второй мировой войны.
Приборы вычисления дальности
Для вычисления дальности до цели помимо Дюмареска использовались другие устройства. Механизм Викерс, был разработан в 1903 году адмиралом Перси Скоттом (англ. Percy Scott). Этот прибор содержал часовую пружину, которая приводила во вращение стрелку-указатель, скорость поворота которой определялась ручным регулятором. Перемещение стрелки отслеживались по циферблату, отградуированном в единицах длины.
Приборы вычисления пеленга
Механизм вычисления пеленга являлся устройством с часовой пружиной, которое позволяло отслеживать пеленг цели при условии неизменности её скорости. Пеленг на цель был необходим для поддержания правильной настройки Дюмареска или аналогичного прибора. Однако отсчёт пеленга не обязательно должен быть точным, поскольку отклонения в несколько градусов не вносят существенных ошибок в расчёт дальности или поперечной скорости. Таким образом, механизм вычисления пеленга были дополнительным устройством, помогающим снизить сложность вычислений.
Индикаторы пеленга Эвершеда представляли собой комплекс, состоявший из электромеханических передатчиков, приёмников и индикаторов, предназначенных для передачи информации об относительном пеленге цели по всему кораблю, чтобы на неё можно было наводить орудия и/или прожекторы.
Столик Дрейера
В 1911 году адмирал Фредерик Чарльз Дрейер (англ. Frederic Charles Dreyer) разработал достаточно сложный механический вычислитель, позволявший определять углы наведения орудий по нескольким параметрам, в том числе поступавшим от разных дальномеров. Фактически это было первое полноценное устройство управления огнём, учитывающее время полёта снаряда на больших дистанциях и позволявшее вести скоординированную стрельбу из всех орудий. Из-за сложности это устройство на первых этапах применения давало точные, но нестабильные результаты, требуя значительного числа ручных операций. Однако, по мере внесения изменений, которые позволили уменьшить влияние человеческого фактора, надёжность расчётов удалось повысить. Столики Дрейера устанавливались не на мачтах, а во внутренних, защищённых помещениях, так как для их обслуживания требовалось до 30 человек. После окончания первой мировой войны столик Дрейера был заменён на более надёжный и точный адмиралтейский.
Предшественником столика Дрейера был пневматический механизм Макнамары, проходивший испытания в 1880-х годах и не принятый на вооружение. Различные модели столика Дрейера производились до 1922 года и позднее были заменены более совершенными вычислительными устройствами. Альтернативным устройством являлся механический калькулятор Арго, разработанный Артуром Полленом (англ. Arthur Hungerford Pollen), получившим ограниченное распространение. Дополнительным прибором для столика Дрейера являлся механический сумматор отклонения, позволявший вносить суммарную поправку по результатам стрельбы каждого из орудий.
Калькулятор Дрейера
Калькулятор Дрейера был разработан генералом Джоном Тутхиллом Дрейером (англ. John Tuthill Dreyer), братом адмирала Фредерика Чарльза Дрейера, и предназначался для определения совокупного влияния различных факторов на дальность стрельбы. Предназначался для совместной работы со столиком Дрейера и представлял собой небольшую вычислительную панель, с помощью которой рассчитывались поправки дальности. В качестве входных данных использовалась скорость полёта снаряда, дальность выстрела, плотность и температура воздуха, скорость и направление ветра.
Директор
Директор - средство согласования и централизации наведения орудий, как правило располагается на самой верхней точке мачты или надстройки. С помощью оптического оборудования и/или радара директор может отслеживать цель и измерять дальность, пеленг, курс и скорость. Полученные данные корректируются гировертикалью, чтобы исключить влияние качки, и передаются на счётно-решающее устройство. Ранние образцы директоров передавали данные непосредственно на орудийные установки.
Формируемые данные об углах наведения отображаются в орудийных установках на специальных индикаторах, у которых одна из стрелок отображала данные директора, а вторая - фактический угол наведения. Для многоствольных установок каждый из стволов имел собственную стрелку угла вертикального отклонения. Первые индикаторы имели ручной привод для отображения данных, который обслуживался отдельным номером расчёта, принимавшим голосовые команды, позднее для индикации стали использоваться шаговые двигатели и электромеханические сельсины. Помимо электрических систем передачи использовались и гидравлические, передатчик которых представлял собой винтовой клапан, а в качестве индикатора использовался манометр. Для горизонтального наведения на некоторых кораблях использовался датчик пеленга Эллиота, который передавал свой относительный пеленг на удалённый приёмник. Для компенсации ошибки наведения за счёт качки орудия снабжались специальным механизмом, который определял крен и дифферент корпуса и позволял выбрать момент выстрела для предопределённых углов, полученных гировертикалью.
Баллистический вычислитель
Баллистические вычислители применялись главным образом на американском флоте. Это были достаточно сложные электромеханические компьютеры, появившиеся в 1920 годах, хотя первый образец вычислителя был установлен в 1916 года на USS Texas, но он не имел системы передачи данных и все команды передавались голосом или с помощью сигнального телеграфа. В 1928 году вычислитель с электрическими сервоприводами был установлен на HMS Champion, что позволило осуществлять наведение орудий непосредственно из рубки управления огнём. До появления радаров исходные данные для вычислителя получались с оптических приборов, а в годы Второй мировой войны вычислитель стали сопрягать с бортовыми радиолокационными станциями. Это позволило, в частности, в ноябре 1942 года, во время третьей битвы у острова Саво, уничтожить в ночное время японский крейсер Kirishima, который не мог вести ответного огня, так как не имел бортовых радаров. Последние аналоговые вычислители были сняты с вооружения в 1991 году. Схожее устройство имел Torpedo Data Computer, использовавшийся для управления торпедным огнём на подводных лодках во время Второй мировой войны. Для управления противоздушной обороной применялся предиктор Керрисона, выполнявших аналогичные задачи.
Примечания
См. также
Использованная литература и источники
Список литературы
- Bureau of Naval Personnel Fire Control Fundamentals. — GPO, 1953 г.. — (Rating Specialization Training Series).
Ссылки
- Википедия
- The Dreadnought Project (англ.)
- Weapons and Warfare (англ.)
