Бомбовый прицел — это устройство, используемое военными самолетами для точного сброса бомб . Бомбовые прицелы, характерная черта боевых самолетов со времен Первой мировой войны , впервые появились на специально спроектированных бомбардировщиках , а затем были перенесены на истребители-бомбардировщики и современные тактические самолеты, поскольку эти самолеты взяли на себя основную тяжесть бомбардировочной роли.
Бомбовый прицел должен оценить путь, который пройдет бомба после сброса с самолета. Две основные силы во время ее падения — это гравитация и сопротивление воздуха , которые делают путь бомбы в воздухе примерно параболическим . Существуют дополнительные факторы, такие как изменения плотности воздуха и ветра , которые можно учитывать, но они касаются только бомб, которые проводят значительную часть минуты, падая в воздухе. Эти эффекты можно свести к минимуму, сократив время падения с помощью бомбометания с малой высоты или увеличив скорость бомб. Эти эффекты объединены в пикирующем бомбардировщике .
Однако бомбометание на малой высоте также увеличивает опасность для бомбардировщика со стороны наземной обороны, поэтому точная бомбометание с больших высот всегда была желательна. Это привело к появлению серии все более сложных конструкций бомбометания, предназначенных для бомбометания на большой высоте.
Бомбоприцелы впервые использовались до Первой мировой войны и с тех пор прошли через несколько крупных доработок. Самыми ранними системами были механические прицелы , которые были предварительно настроены на предполагаемый угол падения. В некоторых случаях они состояли всего лишь из ряда гвоздей, вбитых в удобный лонжерон, линий, нарисованных на самолете, или визуальных выравниваний определенных частей конструкции. Их заменили самые ранние специально разработанные системы, обычно механические прицелы, которые можно было настроить на основе скорости и высоты полета самолета. Эти ранние системы были заменены векторными бомбовыми прицелами, которые добавили возможность измерения и корректировки ветра. Векторные бомбовые прицелы были полезны для высот до примерно 3000 м и скоростей до примерно 300 км/ч.
В 1930-х годах механические компьютеры с производительностью, необходимой для решения уравнений движения, начали включать в новые тахометрические бомбовые прицелы, самым известным из которых является Norden . Затем, во время Второй мировой войны , тахометрические бомбовые прицелы часто объединялись с радиолокационными системами, чтобы обеспечить точное бомбометание сквозь облака или ночью. Когда послевоенные исследования показали, что точность бомбометания примерно одинакова как при оптическом, так и при радиолокационном наведении, оптические бомбовые прицелы были, как правило, удалены, и их роль перешла к специализированным радиолокационным бомбовым прицелам. Наконец, особенно с 1960-х годов, были введены полностью компьютеризированные бомбовые прицелы, которые объединяли бомбометание с дальней навигацией и картографированием.
Современные самолеты не имеют бомбового прицела, но используют высококомпьютеризированные системы, которые объединяют бомбометание, артиллерийское дело, ракетный огонь и навигацию в одном дисплее на лобовом стекле . Системы обладают производительностью для расчета траектории бомбы в реальном времени , по мере маневрирования самолета, и добавляют возможность корректировки с учетом погоды, относительной высоты, относительной скорости для движущихся целей и угла подъема или пикирования. Это делает их полезными как для горизонтального бомбометания, как в предыдущих поколениях, так и для тактических миссий, в которых бомбометание производилось на глаз.
Сопротивление бомбы при заданной плотности воздуха и угле атаки пропорционально квадрату относительной скорости воздуха. Если вертикальная составляющая скорости обозначена как , а горизонтальная — как , то скорость равна , а вертикальная и горизонтальная составляющие сопротивления равны:
где C — коэффициент сопротивления, A — площадь поперечного сечения, а ρ — плотность воздуха. Эти уравнения показывают, что горизонтальная скорость увеличивает вертикальное сопротивление, а вертикальная скорость увеличивает горизонтальное сопротивление. Эти эффекты игнорируются в последующем обсуждении.
Для начала рассмотрим только вертикальное движение бомбы. В этом направлении бомба будет подвергаться воздействию двух основных сил: силы тяжести и сопротивления , первая из которых постоянна, а вторая изменяется пропорционально квадрату скорости. Для самолета, летящего прямолинейно и горизонтально, начальная вертикальная скорость бомбы будет равна нулю, что означает, что у нее также будет нулевое вертикальное сопротивление. Гравитация будет ускорять бомбу вниз, и по мере увеличения ее скорости увеличивается и сила сопротивления. В какой-то момент (по мере увеличения скорости и плотности воздуха) сила сопротивления станет равной силе тяжести, и бомба достигнет конечной скорости . Поскольку сопротивление воздуха изменяется в зависимости от плотности воздуха и, следовательно, высоты, конечная скорость будет уменьшаться по мере падения бомбы. Как правило, бомба замедляется по мере достижения более низких высот, где воздух плотнее, но эта зависимость сложная. [1]
Теперь рассмотрим горизонтальное движение. В момент, когда бомба покидает оковы, она несет с собой поступательную скорость самолета. Этот импульс компенсируется исключительно сопротивлением, которое начинает замедлять поступательное движение. По мере замедления поступательного движения сила сопротивления падает, и это замедление уменьшается. Поступательная скорость никогда не снижается полностью до нуля. [1] Если бы бомба не подвергалась сопротивлению, ее траектория была бы чисто баллистической, и она бы ударилась в легко вычисляемой точке, вакуумном диапазоне . На практике сопротивление означает, что точка удара находится ближе вакуумного диапазона, и это реальное расстояние между падением и ударом известно просто как диапазон . Разница между вакуумным диапазоном и фактическим диапазоном известна как след , потому что бомба, кажется, тянется позади самолета, когда он падает. След и диапазон различаются для разных бомб из-за их индивидуальной аэродинамики и, как правило, должны измеряться на бомбометательном полигоне. [1]
Основная проблема в полном разделении движения на вертикальную и горизонтальную составляющие — это конечная скорость. Бомбы спроектированы так, чтобы лететь носом вперед по направлению относительного ветра , обычно с помощью плавников в задней части бомбы. Сопротивление зависит от угла атаки бомбы в любой данный момент. Если бомба сбрасывается на малых высотах и скоростях, то бомба не достигнет конечной скорости, и ее скорость будет определяться в основном тем, как долго бомба падает.
Наконец, рассмотрим влияние ветра. Ветер действует на бомбу через сопротивление и, таким образом, является функцией скорости ветра. Обычно это лишь часть скорости бомбардировщика или конечной скорости, поэтому он становится фактором, только если бомба сбрасывается с высот, достаточно больших, чтобы это небольшое влияние заметно повлияло на траекторию бомбы. Разница между точкой удара и тем местом, где она упала бы, если бы не было ветра, известна как дрейф или поперечный след . [1] [2]
В баллистических терминах традиционно говорят о расчете прицеливания боеприпасов как о решении . Проблема бомбового прицела заключается в расчете места в пространстве, куда следует сбросить бомбы, чтобы поразить цель, когда все эффекты, отмеченные выше, принимаются во внимание. [2]
При отсутствии ветра проблема бомбового прицела довольно проста. Точка падения является функцией трех факторов: высоты самолета, его поступательной скорости и конечной скорости бомбы. Во многих ранних бомбовых прицелах первые два ввода регулировались путем раздельной установки переднего и заднего прицела механического прицела, одного для высоты, а другого для скорости. Конечная скорость, которая увеличивает время падения, может быть учтена путем увеличения эффективной высоты на величину, которая основана на измеренной баллистике бомбы. [3]
Когда учитывается ветер, расчеты становятся более сложными. Поскольку ветер может действовать в любом направлении, бомбовые прицелы обычно разбивают ветер на части, которые действуют вдоль траектории полета и поперек нее. На практике было, как правило, проще заставить самолет лететь таким образом, чтобы свести к нулю любое боковое движение перед падением и тем самым устранить этот фактор. [4] Обычно это достигается с помощью общепринятой техники полета, известной как крабинг или боковое скольжение .
Бомбоприцелы — это прицельные устройства, которые направлены в определенном направлении или нацелены. Хотя решение, описанное выше, возвращает точку в пространстве, можно использовать простую тригонометрию для преобразования этой точки в угол относительно земли. Затем бомбоприцел настраивается на указание этого угла. Бомбы сбрасываются, когда цель проходит через прицел. Расстояние между самолетом и целью в этот момент — это дальность, поэтому этот угол часто называют углом дальности , хотя часто используются также угол сбрасывания , угол прицеливания , угол бомбометания и подобные термины. На практике некоторые или все эти вычисления выполняются с использованием углов, а не точек в пространстве, пропуская окончательное преобразование. [3]
На точность сброса влияют как внутренние проблемы, такие как случайность атмосферы или производства бомбы, так и более практические проблемы, такие как насколько близко к плоскости и уровню летит самолет или точность его приборов. Эти неточности накапливаются со временем, поэтому увеличение высоты полета бомбы, тем самым увеличивая время падения, оказывает значительное влияние на окончательную точность сброса.
Полезно рассмотреть один пример бомбы, сбрасываемой во время типичной миссии. В этом случае мы рассмотрим 500-фунтовую универсальную бомбу AN-M64, широко использовавшуюся ВВС США и Королевскими ВВС во время Второй мировой войны, с прямыми аналогами в арсеналах большинства задействованных сил. Баллистические данные по этой бомбе можно найти в "Terminal Ballistic Data, Volume 1: Bombing". [5] Радиус поражения 500-фунтовой бомбы для людей, стоящих на открытом пространстве, составляет около 107 м (351 фут), [6] но гораздо меньше, чем для зданий, возможно, 27 м (89 футов). [7]
M64 будет сброшен с Boeing B-17, летящего со скоростью 322 км/ч (200 миль/ч) на высоте 20 000 футов при ветре 42 км/ч (26 миль/ч). Учитывая эти условия, M64 пролетит примерно 10 000 футов (3000 м) вперед от точки сброса до удара, [8] оставляя след длиной около 305 м (1001 фут) от вакуумного полигона, [ необходима ссылка ] и ударится со скоростью 351 м/с (1150 футов/с) под углом около 77 градусов от горизонтали. [9] Ожидается, что ветер со скоростью 42 км/ч (26 миль/ч) переместит бомбу примерно на 91 м (299 футов) за это время. [10] Время падения составит около 37 секунд. [11]
Предполагая, что погрешность составляет 5% в каждом крупном измерении, можно оценить эти эффекты на точность на основе методологии и таблиц в руководстве. [5] 5%-ная погрешность в высоте на высоте 20 000 футов составит 1000 футов, поэтому самолет может находиться на высоте от 19 до 21 000 футов. Согласно таблице, это приведет к погрешности около 10–15 футов. 5%-ная погрешность в скорости полета, 10 миль в час, приведет к погрешности около 15–20 футов. С точки зрения времени сброса, погрешность порядка одной десятой секунды может считаться наилучшей возможной. В этом случае погрешность — это просто путевая скорость самолета за это время, или около 30 футов. Все это находится в пределах радиуса поражения бомбы.
Ветер влияет на точность бомбы двумя способами: он толкает бомбу непосредственно во время ее падения, а также изменяет скорость самолета относительно земли перед падением. В случае прямого воздействия на бомбу, измерение с погрешностью 5%, 1,25 миль в час, приведет к 5%-ной ошибке в дрейфе, которая составит 17,5 футов. Однако эта погрешность в 1,25 миль в час, или 1,8 фута в секунду, также будет добавлена к скорости самолета. За время падения, 37 секунд, это приведет к ошибке в 68 футов, что находится на внешнем пределе производительности бомбы. [5]
Измерение скорости ветра является более серьезной проблемой. Ранние навигационные системы обычно измеряли ее с помощью процедуры счисления пути , которая сравнивает измеренное движение по земле с рассчитанным движением с использованием приборов самолета. Часть 63 FAR Федерального управления гражданской авиации предполагает точность этих расчетов от 5 до 10%, [12] AFM 51-40 ВВС США дает 10%, [13] а HO 216 ВМС США на фиксированных 20 милях или больше. [14] Эта неточность усугубляется тем, что она производится с использованием индикации воздушной скорости прибора, и поскольку воздушная скорость в этом примере примерно в 10 раз превышает скорость ветра, ее 5%-ная погрешность может привести к большим неточностям в расчетах скорости ветра. Устранение этой ошибки путем прямого измерения путевой скорости (вместо ее расчета) было крупным достижением в тахометрических бомбовых прицелах 1930-х и 40-х годов.
Наконец, рассмотрим ошибки в те же 5% в самом оборудовании, то есть ошибку в 5% в установке угла дальности или аналогичную ошибку в 5% в выравнивании самолета или бомбового прицела. Для простоты считайте, что 5% — это угол в 5 градусов. Используя простую тригонометрию, 5 градусов на высоте 20 000 футов составляют примерно 1750 футов, ошибка, которая поместила бы бомбы далеко за пределы их смертельного радиуса. В испытаниях точность в 3–4 градуса считалась стандартной, а углы до 15 градусов не были редкостью. [11] Учитывая серьезность проблемы, системы автоматического выравнивания бомбовых прицелов были основной областью исследований до Второй мировой войны, особенно в США. [15]
Все расчеты, необходимые для прогнозирования траектории бомбы, можно выполнить вручную с помощью расчетных таблиц баллистики бомбы. Однако время выполнения этих расчетов не является тривиальным. При визуальном прицеливании дальность, на которой цель впервые обнаружена, остается фиксированной, на основе зрения. По мере увеличения скорости самолета остается все меньше времени после первоначального обнаружения для выполнения расчетов и корректировки траектории полета самолета, чтобы вывести его над надлежащей точкой сброса. На ранних этапах разработки бомбовых прицелов проблема решалась путем уменьшения допустимого диапазона поражения, тем самым уменьшая необходимость расчета предельных эффектов. Например, при сбросе с очень малых высот эффекты сопротивления и ветра во время падения будут настолько малы, что их можно будет игнорировать. В этом случае только скорость и высота полета имеют какое-либо измеримое влияние. [3]
Один из самых ранних зарегистрированных примеров такого бомбового прицела был построен в 1911 году лейтенантом Райли Э. Скоттом из Корпуса береговой артиллерии армии США . Это было простое устройство с вводом данных для воздушной скорости и высоты, которое можно было держать в руке, лежа на крыле самолета. После продолжительных испытаний он смог построить таблицу настроек для использования с этими вводами. Во время испытаний в Колледж-Парке, штат Мэриленд , Скотт смог разместить две 18-фунтовые бомбы в пределах 10 футов от цели 4 на 5 футов с высоты 400 футов. В январе 1912 года Скотт выиграл 5000 долларов за первое место в соревновании по бомбардировке Michelin на аэродроме Виллакублэ во Франции, набрав 12 попаданий в цель 125 на 375 футов, сбросив 15 бомб с высоты 800 метров. [16]
Несмотря на ранние примеры, подобные примеру Скотта до войны, на начальных этапах Первой мировой войны бомбардировка почти всегда производилась на глаз, сбрасывая небольшие бомбы вручную, когда условия казались подходящими. По мере того, как использование и роль самолетов увеличивались во время войны, потребность в большей точности становилась все более насущной. Сначала это достигалось путем прицеливания частей самолета, таких как стойки и цилиндры двигателя, или рисования линий на борту самолета после испытательных сбросов на полигоне для бомбометания. Это было полезно для малых высот и неподвижных целей, но по мере расширения характера воздушной войны потребности быстро переросли и эти решения. [16]
Для сбрасывания с большей высоты влияние ветра и траектории бомбы больше нельзя было игнорировать. Одним из важных упрощений было игнорировать конечную скорость бомбы и вычислять ее среднюю скорость как квадратный корень высоты, измеренной в футах. Например, бомба, сброшенная с высоты 10 000 футов, будет падать со средней скоростью 400 футов в секунду, что позволяет легко рассчитать время падения. Теперь оставалось только измерить скорость ветра или, в более общем смысле, скорость относительно земли. Обычно это достигалось путем полета самолета в направлении общего направления ветра, а затем наблюдения за движением объектов на земле и корректировки траектории полета из стороны в сторону до тех пор, пока не будет устранен любой оставшийся боковой дрейф из-за ветра. Затем скорость над землей измерялась путем измерения времени движения объектов между двумя заданными углами, как видно через прицел. [17]
Одним из наиболее полно разработанных примеров такого прицела для наблюдения за боем был немецкий бомбовый прицел Görtz, разработанный для тяжелых бомбардировщиков Gotha . Görtz использовал телескоп с вращающейся призмой в нижней части, что позволяло вращать прицел вперед и назад. После обнуления бокового движения прицел устанавливался на заданный угол, а затем объект засекался секундомером, пока он не оказывался прямо под самолетом. Это показывало путевую скорость, которая умножалась на время, необходимое для удара о землю, а затем указатель в прицеле устанавливался на угол, направленный вверх на столе. Затем бомбардир следил за целью в прицеле, пока она не пересекала указатель, и сбрасывал бомбы. Похожие бомбовые прицелы были разработаны во Франции и Англии, в частности, бомбовый прицел Michelin и Central Flying School Number Seven. Хотя эти прицелы были полезны, они требовали длительного периода настройки, пока фиксировалось движение. [16]
Большое усовершенствование базовой концепции было введено Гарри Вимперисом , более известным своей более поздней ролью в развитии радара в Англии. В 1916 году он представил Drift Sight , который добавил простую систему для непосредственного измерения скорости ветра. Наводчик бомбы сначала набирал высоту и воздушную скорость самолета. Для этого поворачивал металлический стержень на правой стороне бомбового прицела так, чтобы он указывал от фюзеляжа. Перед запуском бомбы бомбардировщик летел под прямым углом к линии бомбометания, а наводчик бомбы смотрел мимо стержня, чтобы наблюдать за движением объектов на земле. Затем он регулировал настройку скорости ветра до тех пор, пока движение не шло прямо вдоль стержня. Это действие измеряло скорость ветра и перемещало прицелы под правильным углом, чтобы учесть ее, устраняя необходимость в отдельных расчетах. [18] Более поздняя модификация была добавлена для расчета разницы между истинной и указанной воздушной скоростью , которая растет с высотой. [18] Эта версия называлась Drift Sight Mk. 1A, представленный на тяжелом бомбардировщике Handley Page O/400 . [19] Были распространены вариации конструкции, такие как американский бомбовый прицел Estoppey .
Все эти бомбовые прицелы имели одну общую проблему: они не могли справиться с ветром в любом направлении, кроме как по пути движения. Это делало их фактически бесполезными против движущихся целей, таких как подводные лодки и корабли . Если только цель не двигалась прямо по ветру, их движение уносило бомбардировщик от линии ветра по мере приближения. Кроме того, по мере того, как зенитная артиллерия становилась все более эффективной, они часто заранее наводили свои орудия по линии ветра защищаемых ими целей, зная, что атаки будут произведены с этих направлений. Решение для атаки по боковому ветру было крайне необходимо. [16]
Расчет влияния произвольного ветра на траекторию самолета уже был хорошо изученной проблемой в аэронавигации , требующей базовой векторной математики . Вимперис был очень хорошо знаком с этими методами и впоследствии написал основополагающий вводный текст по этой теме. [20] Те же расчеты будут работать так же хорошо для траекторий бомб, с некоторыми небольшими корректировками для учета изменяющихся скоростей по мере падения бомб. Даже когда был представлен прицел Drift Sight, Вимперис работал над новым бомбовым прицелом, который помог бы решить эти расчеты и позволил бы учитывать влияние ветра независимо от направления ветра или траектории бомбометания. [18]
Результатом стал бомбовый прицел установки курса (CSBS), названный «самым важным бомбовым прицелом войны». [18] Набор значений высоты, скорости полета, скорости и направления ветра вращал и сдвигал различные механические устройства, которые решали проблему вектора. После настройки бомбардировщик наблюдал за объектами на земле и сравнивал их путь с тонкими проводами по обе стороны прицела. Если было какое-либо боковое движение, пилот мог скользнуть-повернуть на новый курс, чтобы устранить дрейф. Обычно требовалось несколько попыток, и в этот момент самолет летел в правильном направлении, чтобы направить его прямо над точкой сброса, с нулевой боковой скоростью. Затем бомбардировщик (или пилот в некоторых самолетах) прицеливался через прикрепленные металлические прицелы, чтобы рассчитать время сброса. [21]
CSBS был введен в эксплуатацию в 1917 году и быстро заменил более ранние прицелы на самолетах, у которых было достаточно места — CSBS был довольно большим. Версии для разных скоростей, высот и типов бомб были введены по мере развития войны. После войны CSBS продолжал оставаться основным бомбовым прицелом в британском использовании. Тысячи были проданы иностранным военно-воздушным силам, и многочисленные версии были созданы для производства по всему миру. Также был разработан ряд экспериментальных устройств, основанных на вариации CSBS, в частности, американский прицел Estoppey D-1 [22] , разработанный вскоре после войны, и аналогичные версии многих других стран. Все эти «векторные бомбовые прицелы» имели базовую векторную вычислительную систему и дрейфовые провода, отличаясь в основном формой и оптикой.
По мере того, как бомбардировщики росли, а многоместные самолеты становились обычным явлением, пилот и бомбардир больше не могли использовать один и тот же прибор, а сигналы руками больше не были видны, если бомбардир находился ниже пилота в носу. В послевоенную эпоху предлагались различные решения с использованием двойной оптики или подобных систем, но ни одно из них не получило широкого распространения. [23] [24] [25] Это привело к введению указателя направления пилота , электрического указателя, который бомбардир использовал для указания поправок из удаленного места в самолете. [26]
Векторные бомбовые прицелы оставались стандартом для большинства армий вплоть до Второй мировой войны и были основным прицелом в британской службе до 1942 года. [27] Это произошло несмотря на введение новых прицельных систем с большими преимуществами по сравнению с CSBS, и даже более новых версий CSBS, которые не смогли использоваться по разным причинам. Более поздние версии CSBS, в конечном итоге достигшие Mark X, включали корректировки для различных бомб, способы атаки движущихся целей, системы для более легкого измерения ветра и множество других опций.
Ограничения векторных бомбовых прицелов (требовавших длительного прямого хода перед сбросом бомб для учета ветра) привели к разработке бомбовых прицелов, основанных на тахеометрии . В отличие от векторного бомбового прицела, который просто предлагал бомбардиру точку запуска для желаемой траектории бомбы, тахометрические бомбовые прицелы отслеживали цель бомбы и пересчитывали точку сброса на основе входных данных, которые включали горизонтальные отклонения, вызванные незначительным маневрированием самолета или ветровым сносом. В своей наиболее продвинутой форме они включали сложную оптику, данные, полученные непосредственно с бортовых приборов самолета, компактные механические компьютеры [28] и автопилот [ 29] для наведения самолета на цель и автоматического сброса бомб.
Как только оператор Norden M-1 , самого известного из всех тахометрических бомбовых прицелов, смог идентифицировать цель, бомбовый прицел смог, в идеальных условиях, направить самолет к ней. В бою, осложненном противовоздушной обороной, боковым ветром и облаками, а также необходимостью для самолетов оставаться в строю, чтобы избежать столкновений, результаты были не идеальными, но настолько хорошими, насколько это было возможно с помощью технологии в данных обстоятельствах.
Два реальных соображения ускорили разработку тахометрических бомбовых прицелов: появление бомбардировщиков -монопланов усложнило ручную корректировку для удержания самолета на цели. Большие монопланы страдали от эффекта, известного как « голландский крен », и не могли совершать повороты со смещением, чтобы исправить его так же легко, как их предшественники -бипланы . Кроме того, интенсивная наземная противовоздушная оборона и усовершенствованные перехватчики сделали невозможным поддерживать длительные прямые и горизонтальные бомбардировки без чрезмерных потерь самолетов и их ценных экипажей.
Если что-то меняло траекторию самолета во время бомбометания, будь то из-за трудностей с поворотом или тенденции к колебаниям после выравнивания, вызванных голландским креном или маневрами уклонения, навязанными противником, расчеты траектории бомбы приходилось устанавливать заново. На это просто не было времени с бомбовыми прицелами и механическими компьютерами того времени.
Одним из решений была стабилизация бомбового прицела независимо от самолета. Использование системы карданного подвеса для удержания бомбового прицела направленным примерно вниз во время маневрирования или компенсации ветра рассматривалось в течение некоторого времени. Эксперименты еще в 1920-х годах продемонстрировали, что это может примерно удвоить точность бомбометания. США проводили активную программу в этой области, включая прицелы Estoppey, установленные на утяжеленных карданах , и эксперименты Sperry Gyroscope с американскими версиями CSBS, установленными на гироскопически стабилизированной инерциальной платформе . [16] Эти же разработки привели к внедрению первых полезных автопилотов , которые можно было использовать для непосредственного набора требуемого пути и для того, чтобы самолет летел по этому направлению без дальнейшего ввода. Различные системы бомбометания, использующие одну или обе эти системы, рассматривались в течение 1920-х и 30-х годов. [30]
В тот же период отдельная линия развития вела к первым надежным механическим компьютерам . Их можно было использовать для замены сложной таблицы чисел тщательно сформированным кулачковым устройством, а ручной расчет — с помощью ряда шестеренок или скользящих колес. Первоначально ограниченные довольно простыми вычислениями, состоящими из сложений и вычитаний, к 1930-м годам они достигли точки, когда их использовали для решения дифференциальных уравнений . [31] Для использования бомбового прицела такой калькулятор позволял бы бомбардиру набирать основные параметры самолета — скорость, высоту, направление и известные атмосферные условия — а бомбовый прицел использовал бы тахеометрическую тригонометрию для автоматического расчета надлежащей точки прицеливания за несколько мгновений. Некоторые из традиционных входных данных, такие как скорость и высота полета, можно было бы даже брать непосредственно с приборов самолета, что исключало бы эксплуатационные ошибки и позволяло бы постоянно пересчитывать основные параметры отслеживания цели и сброса бомб.
Хотя эти разработки были хорошо известны в отрасли, только армейский воздушный корпус США и ВМС США приложили какие-либо согласованные усилия для их разработки. В 1920-х годах ВМС финансировали разработку бомбового прицела Norden , в то время как армия финансировала разработку Sperry O-1. [32] Обе системы были в целом похожи; бомбовый прицел, состоящий из небольшого телескопа, устанавливался на стабилизирующей платформе для поддержания устойчивости прицельной головки. Для расчета точки прицеливания использовался отдельный механический компьютер. Точка прицеливания передавалась обратно в прицел, который автоматически поворачивал телескоп на правильный угол для учета дрейфа и движения самолета, удерживая цель неподвижной в поле зрения. Когда бомбардир прицеливался через телескоп, он мог видеть любой остаточный дрейф и передавать его пилоту или позже передавать эту информацию непосредственно в автопилот . Простое перемещение телескопа для удержания цели в поле зрения имело побочный эффект в виде непрерывной тонкой настройки расчетов поправок на ветер, и тем самым значительно увеличивало их точность. По разным причинам армия потеряла интерес к Sperry, и особенности бомбовых прицелов Sperry и Norden были объединены в новых моделях Norden. [33] Затем Norden оснастили почти все американские бомбардировщики высшего уровня, в частности B-17 Flying Fortress . На испытаниях эти бомбовые прицелы показали фантастическую точность. Однако на практике эксплуатационные факторы серьезно их расстроили, вплоть до того, что от точечного бомбометания с использованием Norden в конечном итоге отказались. [34]
Хотя США приложили больше всего усилий для разработки тахометрической концепции, они также изучались в других местах. В Великобритании работа над автоматическим бомбовым прицелом (ABS) велась с середины 1930-х годов в попытке заменить CSBS. Однако ABS не включала стабилизацию системы прицеливания, ни систему автопилота Norden. При тестировании ABS оказалась слишком сложной в использовании, требуя длительных бомбовых заходов, чтобы дать компьютеру время для определения точки прицеливания. Когда бомбардировочное командование Королевских ВВС пожаловалось, что даже CSBS имеет слишком долгий заход на цель, усилия по развертыванию ABS прекратились. Для своих нужд они разработали новый векторный бомбовый прицел Mk. XIV . Mk. XIV отличался стабилизирующей платформой и прицельным компьютером, но работал больше как CSBS по общей функциональности — бомбардировщик настраивал компьютер для перемещения прицельной системы на нужный угол, но бомбовый прицел не отслеживал цель и не пытался скорректировать траекторию самолета. Преимущество этой системы заключалось в том, что она была значительно быстрее в использовании и могла использоваться даже во время маневрирования самолета, требовалось всего несколько секунд полета по прямой перед падением. Столкнувшись с нехваткой производственных возможностей, Sperry заключила контракт на производство Mk. XIV в США, назвав его Sperry T-1. [35]
И британцы, и немцы позже представили свои собственные прицелы, подобные Norden. Основываясь, по крайней мере частично, на информации о Norden, переданной им через Duquesne Spy Ring , Люфтваффе разработали Lotfernrohr 7. [ 36] Основной механизм был почти идентичен Norden, но намного меньше. В некоторых случаях Lotfernrohr 7 мог использоваться самолетом с одним экипажем, как это было в случае с Arado Ar 234 , первым в мире действующим реактивным бомбардировщиком. Во время войны у Королевских ВВС была потребность в точном высотном бомбометании, и в 1943 году была представлена стабилизированная версия более раннего ABS, изготовленный вручную стабилизированный автоматический бомбовый прицел (SABS). Он был произведен в таких ограниченных количествах, что сначала использовался только знаменитой 617-й эскадрильей Королевских ВВС , The Dambusters. [37]
В эпоху, предшествовавшую Второй мировой войне, велись долгие дебаты об относительных преимуществах дневных и ночных бомбардировок. Ночью бомбардировщик практически неуязвим (до появления радаров ), но обнаружение цели было серьезной проблемой. На практике атаковать можно было только крупные цели, такие как города. Днем бомбардировщик мог использовать свои бомбовые прицелы для атаки точечных целей, но только с риском быть атакованным истребителями и зенитной артиллерией противника .
В начале 1930-х годов спор выиграли сторонники ночных бомбардировок, и Королевские ВВС и Люфтваффе начали строительство крупных флотов самолетов, предназначенных для ночных миссий. Поскольку « бомбардировщик всегда прорвется », эти силы были стратегическими по своей природе, в основном сдерживающими для собственных бомбардировщиков другой стороны. Однако новые двигатели, представленные в середине 1930-х годов, привели к появлению гораздо более крупных бомбардировщиков, которые могли нести значительно улучшенные защитные комплекты, в то время как их более высокие рабочие высоты и скорости делали их менее уязвимыми для обороны на земле. Политика снова изменилась в пользу дневных атак на военные объекты и заводы, отказавшись от того, что считалось трусливой и пораженческой политикой ночных бомбардировок.
Несмотря на это изменение, Люфтваффе продолжали прилагать некоторые усилия для решения проблемы точной навигации ночью. Это привело к Битве Лучей на начальных этапах войны. Королевские ВВС вернулись в строй в начале 1942 года с аналогичными собственными системами, и с этого момента радионавигационные системы повышенной точности позволяли бомбить в любую погоду или оперативные условия. Система Oboe , впервые использованная в боевых условиях в начале 1943 года, обеспечивала реальную точность порядка 35 ярдов, что намного лучше, чем любой оптический бомбовый прицел. Внедрение британского радара H2S еще больше улучшило возможности бомбардировщика, позволив напрямую атаковать цели без необходимости использования удаленных радиопередатчиков, дальность действия которых ограничивалась линией прямой видимости. К 1943 году эти методы широко использовались как Королевскими ВВС, так и ВВС США, что привело к появлению H2X , а затем и серии улучшенных версий, таких как AN/APQ-13 и AN/APQ-7, используемых на Boeing B-29 Superfortress .
Эти ранние системы работали независимо от любого существующего оптического бомбового прицела, но это создавало проблему необходимости отдельного расчета траектории бомбы. В случае с Oboe эти расчеты проводились до миссии на наземных базах. Но поскольку дневное визуальное бомбометание все еще широко использовалось, были быстро сделаны преобразования и адаптации для повторения радиолокационного сигнала в существующих бомбовых прицелах, что позволило калькулятору бомбового прицела решить проблему радиолокационного бомбометания. Например, AN/APA-47 использовался для объединения выходных данных AN/APQ-7 с Norden, что позволяло бомбардировщику легко проверять оба изображения для сравнения точки прицеливания. [38]
Анализ результатов бомбардировок, проведенных с использованием радионавигационных или радиолокационных методов, показал, что точность была по сути одинаковой для двух систем — ночные атаки с помощью Oboe могли поражать цели, которые Norden не мог поразить днем. За исключением эксплуатационных соображений — ограниченного разрешения радара и ограниченного диапазона навигационных систем — необходимость в визуальных бомбовых прицелах быстро исчезла. Конструкции поздней военной эпохи, такие как Boeing B-47 Stratojet и English Electric Canberra , сохранили свои оптические системы, но они часто считались вторичными по отношению к радиолокационным и радиосистемам. В случае Canberra оптическая система существовала только из-за задержек в поставке радиолокационной системы. [39] [40]
Стратегическая бомбардировка со временем эволюционировала к все более высоким, все более быстрым, все более дальним миссиям с все более мощным оружием. Хотя тахометрические бомбовые прицелы обеспечивали большинство функций, необходимых для точного бомбометания, они были сложными, медленными и ограничивались атаками по прямой и горизонтали. В 1946 году ВВС США попросили Научно-консультативную группу ВВС изучить проблему бомбардировки с реактивных самолетов, которые вскоре должны были поступить на вооружение. Они пришли к выводу, что на скоростях более 1000 узлов (1900 км/ч) оптические системы будут бесполезны — визуальная дальность до цели будет меньше, чем дальность бомбы, сбрасываемой на больших высотах и скоростях. [38]
На рассматриваемых дальностях атаки, в тысячи миль, радионавигационные системы не смогли бы обеспечить как необходимую дальность, так и точность. Это требовало радиолокационных систем бомбометания, но существующие образцы не предлагали даже близкой к требуемой производительности. На рассматриваемых стратосферных высотах и больших «прицельных» дальностях антенна радара должна была бы быть очень большой, чтобы обеспечить требуемое разрешение, однако это противоречило необходимости разработки антенны, которая была бы как можно меньше, чтобы уменьшить сопротивление. Они также указали, что многие цели не будут отображаться непосредственно на радаре, поэтому бомбовый прицел должен был бы иметь возможность попадать в точки относительно некоторого ориентира, который действительно появлялся, так называемые «смещенные точки прицеливания». Наконец, группа отметила, что многие функции в такой системе будут перекрывать ранее отдельные инструменты, такие как навигационные системы. Они предложили единую систему, которая будет предлагать картографирование, навигацию, автопилот и бомбовое наведение, тем самым уменьшая сложность и особенно необходимое пространство. Такая машина впервые появилась в форме AN/APQ-24, а позднее «K-System», AN/APA-59. [38]
В 1950-х и 1960-х годах радиолокационные бомбардировки такого рода были обычным явлением, а точность систем ограничивалась тем, что было необходимо для поддержки атак с применением ядерного оружия — круговая вероятная ошибка (CEP) около 3000 футов (910 м) считалась достаточной. [38] По мере того, как дальность полета увеличивалась до тысяч миль, бомбардировщики начали оснащаться инерциальным наведением и звездными трекерами, чтобы обеспечить точную навигацию вдали от земли. Точность этих систем быстро повышалась, и в конечном итоге они стали достаточно точными, чтобы справляться со сбросом бомб без необходимости в отдельном бомбовом прицеле. Так было с точностью в 1500 футов (460 м), требуемой для B-70 Valkyrie , у которого отсутствовал какой-либо обычный бомбовый прицел. [41]
Во время Холодной войны основным оружием было ядерное оружие, а требования к точности были ограничены. Разработка тактических систем бомбардировки, в частности, способность атаковать точечные цели обычным оружием, что было изначальной целью Norden, не рассматривалась всерьез. Таким образом, когда США вступили во Вьетнамскую войну , их основным оружием был Douglas A-26 Invader, оснащенный Norden. Такое решение было неадекватным.
В то же время постоянно растущие уровни мощности новых реактивных двигателей привели к появлению истребителей с бомбовой нагрузкой, аналогичной тяжелым бомбардировщикам предыдущего поколения. Это вызвало спрос на новое поколение значительно улучшенных бомбовых прицелов, которые могли бы использоваться самолетами с одним экипажем и применяться в тактике, подобной истребителям, будь то на большой высоте, на малой высоте, при пикировании к цели или во время жесткого маневрирования. Также была разработана специальная возможность для бомбометания сбрасыванием , чтобы позволить самолетам избежать радиуса взрыва их собственного ядерного оружия , что требовало лишь средней точности, но совершенно иной траектории, которая изначально требовала специального бомбового прицела.
По мере совершенствования электроники эти системы можно было комбинировать, а затем в конечном итоге и с системами наведения другого оружия. Они могут управляться пилотом напрямую и предоставлять информацию через дисплей на лобовом стекле или видеодисплей на панели приборов. Определение бомбового прицела становится размытым, поскольку «умные» бомбы с наведением в полете , такие как бомбы с лазерным наведением или те, которые используют GPS , заменяют «глупые» гравитационные бомбы .
