Kerrison Predictor была одной из первых полностью автоматизированных систем управления зенитным огнем . Она использовалась для автоматизации наведения 40-мм орудий Bofors британской армии и обеспечивала точные расчеты упреждения посредством простых вводов на трех основных маховиках.
Предсказатель мог нацеливать пушку на самолет на основе простых входных данных, таких как наблюдаемая скорость и угол к цели. Такие устройства уже некоторое время использовались на кораблях для управления артиллерией, а такие версии, как Vickers Predictor, были доступны для более крупных зенитных орудий, предназначенных для использования против высотных бомбардировщиков. Аналоговый компьютер Керрисона был первым, который был достаточно быстрым для использования в сложной высокоскоростной роли на малой высоте, которая включала очень короткое время взаимодействия и высокие угловые скорости.
Конструкция была также принята для использования в Соединенных Штатах , где она производилась корпорацией Singer как M5 Antiaircraft Director , позже модернизированная как M5A1 и M5A2 . M6 был механически идентичен, отличаясь только работой на британском типе мощности 50 Гц.
К концу 1930-х годов и Vickers , и Sperry разработали предикторы для использования против высотных бомбардировщиков. Однако низколетящие самолеты представляли собой совершенно иную проблему, с очень коротким временем взаимодействия и высокими угловыми скоростями движения, но в то же время с меньшей потребностью в баллистической точности. Пулеметы были предпочтительным оружием против этих целей, наводились на глаз и управлялись вручную, но они больше не обладали производительностью, необходимой для борьбы с более крупными и быстрыми самолетами 1930-х годов. [1]
Новые 40-мм пушки Bofors британской армии были предназначены в качестве стандартного зенитного оружия малой высоты. Однако существующие системы управления стрельбой были неадекватны для этой цели; дальность была слишком большой, чтобы «угадать» упреждение, но в то же время достаточно близкой, чтобы угол мог меняться быстрее, чем стрелки могли поворачивать ручки горизонтальной наводки. [2] Попытка одновременно управлять расчетным прицелом была дополнительной нагрузкой для стрелка. Хуже того, эти дальности были именно тем местом, откуда атаковали пикирующие бомбардировщики Люфтваффе , которые быстро доказали, что являются решающим оружием в блицкриге .
Проблемой занялся майор британской армии А. В. Керрисон , работавший в качестве армейского связного в исследовательской лаборатории Адмиралтейства в Теддингтоне в течение 1930-х годов. Керрисон работал над несколькими артиллерийскими компьютерами Королевского флота и занялся этой проблемой в конце 1930-х годов. [2] После войны Керрисон стал директором по аэронавтике и инженерным исследованиям в Британском Адмиралтействе.
Его решением был калькулятор, который обошелся без многих проблем с поправками и синхронизацией, наблюдавшихся в таких устройствах, как Vickers Predictor, которые были предназначены для стрельбы с большой высоты. Вместо этого он сделал относительно простой расчет точки удара на основе относительного движения, предоставленного оператором. Ключом к концепции было использование двух интеграторов типа «шар и диск» , используемых в этом случае для поддержания постоянной скорости движения. Сверху моторизованного диска находились два металлических шара, установленных один на другой, причем нижний из них контактировал с диском, а второй — с механизмами, которые приводили в действие маховики наведения Predictor. [2]
Два шара были сцеплены, чтобы их можно было разъединить или свести вместе. Для первоначальной настройки оператор должен был расцепить шары и использовать маховики, чтобы навести телескоп Predictor на цель. Это также перемещало два шара по поверхности диска, хотя они не контактировали с ним. Как только они начинали отслеживать его, сцепление перемещалось, чтобы привести два шара в контакт с диском, и в этот момент вращение диска заставляло шары вращаться и, таким образом, автоматически перемещать телескоп, чтобы оставаться выровненным с целью. [2]
Поскольку первоначальные входные данные от маховиков вряд ли были идеально точными, система обычно начинала «дрейфовать» от цели. Затем операторы перемещали маховик, чтобы вернуть цель в центр, что также перемещало шарики по диску в новое место, изменяя их скорость вращения и тем самым регулируя скорость движения для правильного отслеживания цели снова. Положение шариков над диском напрямую отражает скорость углового движения цели. Третья настройка в муфте сбрасывала систему, чтобы начать отслеживать другую цель. [2]
Две скорости, по азимуту и высоте, использовались для расчета угловой скорости цели, а из нее — вектора, вдоль которого цель двигалась относительно пушки. Это не дает полного решения; снаряду из пушки требуется определенное время, чтобы долететь до цели, в течение которого он движется. Это требует, чтобы пушка «вела» цель, чтобы учесть движение в течение этого времени. Поскольку дальность до цели не зависит от ее движения, это значение приходилось вводить отдельно, изначально отдельным членом экипажа, просто оценивающим дальность или использующим какую-либо форму оптического дальномера , [3] хотя небольшие радары Gun Laying для этой задачи стали обычным явлением во время Второй мировой войны .
«Выход» устройства приводил в действие гидравлические серводвигатели, прикрепленные к траверсным и вертикальным шестерням не модифицированной пушки Bofors, позволяя ей автоматически следовать указаниям предиктора без ручного вмешательства. Артиллеристы просто держали пушку заряженной, в то время как три наводчика должны были просто направить Predictor, установленный на большом штативе , на цель. Предиктор Kerrison не рассчитывал настройки взрывателя, поскольку снаряды, выпущенные 40-мм пушкой Bofors, с которой он был разработан, были контактными. [4]
Predictor оказался способен поражать практически все, что летит по прямой, и был особенно эффективен против пикирующих бомбардировщиков. Он также был очень сложным, включая более 1000 прецизионных деталей и весил более 500 фунтов (230 кг), хотя большая его часть была сделана из алюминия для снижения веса. С учетом потребностей Королевских ВВС почти во всех легких металлах и машиностроителях, Predictor был слишком сложным для армии, чтобы производить его в любых количествах.
Хотя Predictor оказался отличным дополнением к Bofors, он не был лишен недостатков. Главной проблемой было то, что система требовала довольно большого электрогенератора для приведения в действие пушки, что увеличивало логистическую нагрузку по снабжению генераторов топливом. Настройка системы также была довольно сложной задачей, и не тем, что можно было сделать «на лету». В конце концов, они использовались почти исключительно для стационарных позиций, полевые подразделения продолжали полагаться на свои оригинальные прицельные приспособления или простые прицелы Stiffkey-Stick, которые были введены в конце 1943 года.
Композитный предсказатель зенитного огня № 7, также разработанный Керрисоном, был в некотором роде похож. Первоначально он был разработан для 6-фунтовой морской пушки, для ближней обороны, а также против целей на промежуточных высотах от 6000 до 14000 футов (от 1800 до 4300 м). Позднее он был адаптирован для использования с 40-мм Bofors. [3]
Хотя он был точнее предиктора Керрисона, Sperry не смогла справиться с производством своего более дорогого и сложного директора М-7. [5] В сентябре 1940 года генерал Джордж К. Маршалл попросил у британцев одолжить четыре 40-мм пушки Bofors с предикторами Керрисона для испытаний.
Во время испытаний Kerrison Predictor обеспечивал точное управление огнем на расстоянии более 1500 м (4900 футов), а орудие Bofors было надежным. Осенью 1940 года Департамент вооружений стандартизировал Kerrison Predictor для использования с их 37-мм орудием. К февралю 1941 года ВМС США приняли Bofors для использования на своих кораблях. Чтобы облегчить проблемы с производством, армия неохотно стандартизировала 40-мм в феврале 1941 года; США производили Bofors для британцев по программе ленд-лиза .
Планы Predictor были переданы Sperry Corporation , которая как раз начинала производство своей собственной сложной высотной системы, M7 Computing Sight, и не имела избыточных мощностей для производства новой конструкции. Вместо этого они внесли необходимые изменения для адаптации Predictor к производству в США и отправили планы обратно в армию для производства в другом месте. В декабре 1940 года Singer Corporation получила контракт на производство 1500 предсказателей в месяц [6] для оснащения существующих 37-мм орудий армии, в то время как производство 40-мм Bofors было наращивано. Первоначально были построены две модели: M5, работающая от стандартного для США источника питания 115 В 60 Гц [7] , и M6 для британского использования, работающая от источника питания 50 В 50 Гц [7] . Оригинальный M5 был разработан для использования внешнего усилителя крутящего момента , что добавляло сложности. Эта проблема была решена в M5A1, в котором использовалась более мощная шаро-дисковая система, что исключало необходимость во внешнем усилителе. [8]
Чтобы производить устройства достаточно быстро, Singer осуществил масштабные изменения в компании, включая строительство новых заводов и переключение литейного цеха со стали на алюминий. Производство началось только в январе 1943 года, но весь заказ был выполнен к середине 1944 года. В течение короткого времени некоторые из орудий Bofors армии США были оснащены Sperry M7, но их заменили в полевых условиях, как только стали доступны M5. [5] [9]
С резким ростом скорости самолетов во время войны даже скорость Kerrison Predictor к концу оказалась недостаточной. Тем не менее, Predictor продемонстрировал, что эффективная стрельба требует некоторой достаточно мощной вычислительной поддержки, и в 1944 году Bell Labs начала поставку новой системы, основанной на электронном аналоговом компьютере . Время оказалось превосходным; в конце того лета немцы начали атаковать Лондон с помощью летающей бомбы V-1 , которая летала на высокой скорости на малых высотах. После месяца ограниченных успехов против них все доступные зенитные орудия были перемещены на полосу земли на подходе к Лондону, и новые прицелы оказались более чем эффективными против них. Дневные атаки вскоре были прекращены.
Спустя долгое время после войны, в конце 1950-х годов, в магазинах с излишками стали появляться американские M5. Джон Уитни купил один (а позже Sperry M7) и подключил электрические выходы к сервоприводам , управляющим позиционированием небольших освещенных целей и лампочек. Затем он модифицировал «математику» системы, чтобы перемещать цели различными математически контролируемыми способами, метод, который он назвал инкрементальным дрейфом . По мере того, как мощность систем росла, они в конечном итоге превратились в фотографию с управлением движением , широко используемую технику в съемках спецэффектов . [10]