Система управления огнем ( СУО ) представляет собой ряд компонентов, работающих вместе, обычно это компьютер данных о орудии , наводчик и радар , который предназначен для оказания помощи системе оружия дальнего боя в нацеливании, отслеживании и поражении цели. Он выполняет ту же задачу, что и стрелок- человек , стреляющий из оружия, но пытается делать это быстрее и точнее.
Для кораблей были разработаны оригинальные системы управления огнем.
В ранней истории управления огнем на море доминировало поражение целей в пределах видимости (также называемое прямой наводкой ). Фактически, большинство морских сражений до 1800 года велось на дистанциях от 20 до 50 ярдов (от 20 до 50 м). [1] Даже во время Гражданской войны в США знаменитое сражение между USS Monitor и CSS Virginia часто велось на расстоянии менее 100 ярдов (90 м). [2]
Быстрые технические усовершенствования в конце 19 века значительно увеличили дальность стрельбы. Нарезные орудия гораздо больших размеров, стрелявшие фугасными снарядами меньшей относительной массы (по сравнению с цельнометаллическими шарами), настолько увеличивали дальность действия орудий, что основной проблемой становилось их прицеливание во время движения корабля на волнах. Эта проблема была решена с введением гироскопа , который корректировал это движение и обеспечивал субградусную точность. Теперь ружья могли вырасти до любого размера, и к 1890-м годам их калибр быстро превысил 10 дюймов (250 мм) . Эти орудия имели такую большую дальность стрельбы, что основным ограничением была видимость цели, что привело к использованию на кораблях высоких мачт.
Еще одним техническим усовершенствованием стало введение паровой турбины , которая значительно увеличила производительность кораблей. Раньше крупные корабли с поршневыми двигателями могли развивать скорость около 16 узлов, но первые большие газотурбинные корабли были способны развивать скорость более 20 узлов. В сочетании с большой дальностью стрельбы орудий это означало, что корабль-мишень мог переместиться на значительное расстояние, в несколько длин корабля, между моментом выстрела и приземлением снарядов. Больше нельзя было смотреть на цель с какой-либо надеждой на точность. Более того, в морских боях необходимо также контролировать стрельбу сразу нескольких орудий.
Управление огнем корабельных орудий потенциально включает три уровня сложности. Местное управление возникло из примитивных артиллерийских установок, наводимых отдельными артиллерийскими расчетами. Директорное управление наводит все орудия корабля на одну цель. Скоординированная стрельба строем кораблей по одной цели была в центре внимания операций флота линкоров. Внесены поправки на скорость приземного ветра, крен и тангаж стреляющего корабля, температуру порохового погреба, снос нарезных снарядов, индивидуальный диаметр канала ствола, адаптированный к увеличению от выстрела к выстрелу, и скорость изменения дальности с дополнительными изменениями в решении для стрельбы на основе при наблюдении предыдущих выстрелов.
Полученные направления, известные как решение для стрельбы , затем передавались обратно в турели для наводки. Если снаряды промахнулись, наблюдатель мог определить, насколько далеко они промахнулись и в каком направлении, и эту информацию можно было передать обратно в компьютер вместе с любыми изменениями в остальной информации и предпринятой еще одной попытке выстрела.
Сначала орудия наводились с использованием техники артиллерийской корректировки . Он включал стрельбу по цели, наблюдение за точкой попадания снаряда (падение выстрела) и корректировку прицеливания в зависимости от места падения снаряда, что становилось все труднее по мере увеличения дальности стрельбы. [1] [3]
Между Гражданской войной в США и 1905 годом в системе управления огнем были внесены многочисленные небольшие усовершенствования, такие как оптические прицелы и оптические дальномеры . Были также процедурные улучшения, такие как использование планшетов для ручного прогнозирования положения корабля во время боя. [4]
Затем для правильной наводки орудия стали использоваться все более сложные механические калькуляторы , обычно различные корректировщики и средства измерения расстояния отправлялись на центральную станцию построения графиков глубоко внутри корабля. Там группам управления огнем вводились данные о местоположении, скорости и направлении корабля и его цели, а также различные поправки на эффект Кориолиса , погодные эффекты в воздухе и другие корректировки. Примерно в 1905 году стали доступны механические средства управления огнем, такие как « Таблица Дрейера» , «Дюмареск » (который также был частью «Таблицы Дрейера») и «Часы Арго», но этим устройствам потребовалось несколько лет, чтобы получить широкое распространение. [5] [6] Эти устройства были ранними формами дальнобойщиков .
Артур Поллен и Фредерик Чарльз Дрейер независимо друг от друга разработали первые такие системы. Поллен начал работать над этой проблемой после того, как в 1900 году заметил плохую точность морской артиллерии на артиллерийской практике недалеко от Мальты. [7] Лорд Кельвин , широко известный как ведущий британский учёный, первым предложил использовать аналоговый компьютер для решения уравнений, возникающих из относительной движение кораблей, участвующих в бою, и временная задержка полета снаряда для расчета необходимой траектории, а следовательно, направления и угла места орудия.
Целью Пыльца было создание комбинированного механического компьютера и автоматического построения дальностей и скоростей для использования в централизованном управлении огнем. Чтобы получить точные данные о положении цели и относительном движении, Поллен разработал графический блок (или плоттер) для сбора этих данных. К этому он добавил гироскоп, позволяющий учитывать рыскание стреляющего корабля. Как и плоттер, примитивный гироскоп того времени требовал существенной доработки, чтобы обеспечить непрерывное и надежное наведение. [8] Хотя судебные процессы в 1905 и 1906 годах не увенчались успехом, они оказались многообещающими. В его усилиях Пыльца поддерживали быстро растущая фигура адмирала Джеки Фишера , адмирала Артура Книвета Уилсона и директора Управления военно-морских артиллерий и торпед (DNO) Джона Джеллико . Поллен продолжал свою работу, время от времени проводя испытания на военных кораблях Королевского флота.
Тем временем группа под руководством Дрейера разработала аналогичную систему. Хотя обе системы были заказаны для новых и существующих кораблей Королевского флота, система Дрейера в конечном итоге завоевала наибольшую популярность у ВМФ в своей окончательной форме Mark IV*. Добавление директора управления облегчило создание полноценной и практичной системы управления огнем на кораблях Первой мировой войны, и к середине 1916 года большинство крупных кораблей RN были оборудованы такой системой. Директор находился высоко над кораблем, откуда у операторов был превосходный обзор над любым наводчиком в зоне боевых действий. турели . Он также смог координировать огонь башен так, чтобы их совместный огонь работал сообща. Это улучшенное прицеливание и более крупные оптические дальномеры улучшили оценку положения противника в момент стрельбы. В конечном итоге система была заменена улучшенной « Адмиралтейской таблицей управления огнем » для кораблей, построенных после 1927 года. [9]
В течение своего длительного срока службы дальнобойщики часто обновлялись по мере развития технологий, и ко Второй мировой войне они стали важной частью интегрированной системы управления огнем. Включение радара в систему управления огнем в начале Второй мировой войны предоставило кораблям возможность вести эффективный артиллерийский огонь на больших дистанциях в плохую погоду и ночью. [10] Информацию о системах управления артиллерийским огнем ВМС США см. в разделе « Корабельные артиллерийские системы управления огнем» .
Использование директорной стрельбы совместно с компьютером управления огнем вывело управление наводкой орудий из отдельных башен в центральное положение; хотя отдельные артиллерийские установки и многоорудийные башни сохранят возможность местного управления для использования, когда боевые повреждения ограничивают передачу информации директору (это будут более простые версии, называемые в Королевском флоте «таблицами башен»). Затем орудия можно было стрелять плановыми залпами, причем каждое орудие давало немного разную траекторию. Разброс выстрелов, вызванный различиями в отдельных орудиях, отдельных снарядах, последовательностях воспламенения пороха и временных искажениях конструкции корабля, был нежелательно большим на типичных дальностях морского боя. Директора, расположенные высоко на надстройке, имели лучший обзор противника, чем башенный прицел, а управляющий ими экипаж находился вдали от шума и ударов орудий. Направляющие орудия располагались сверху, а концы их оптических дальномеров выступали из боков, придавая им характерный вид.
Неизмеренные и неконтролируемые баллистические факторы, такие как высотная температура, влажность, атмосферное давление, направление и скорость ветра, требовали окончательной корректировки путем наблюдения за падением снаряда. Визуальное измерение дальности (как цели, так и брызг снарядов) было затруднено до появления радара. Британцы предпочитали дальномеры по совпадению, тогда как немцы предпочитали стереоскопические дальномеры . Первые были менее способны нацеливаться на нечеткую цель, но облегчали работу оператора в течение длительного периода использования, вторые — наоборот.
Подводные лодки также были оснащены компьютерами управления огнем по тем же причинам, но их проблема была еще более выраженной; при типичном «выстреле» торпеде потребуется одна-две минуты, чтобы достичь цели. Вычислить правильное «упреждение» с учетом относительного движения двух судов было очень сложно, и были добавлены компьютеры с данными торпед , чтобы значительно повысить скорость этих расчетов.
На типичном британском корабле времен Второй мировой войны система управления огнем соединяла отдельные орудийные башни с наводящей башней (где располагались прицельные приборы) и аналоговым компьютером в центре корабля. В директорной башне операторы наводили телескопы на цель; один телескоп измерял высоту, а другой - пеленг. Телескопические дальномеры на отдельной установке измеряли расстояние до цели. Эти измерения были преобразованы с помощью Таблицы управления огнем в пеленги и высоты, по которым орудия могли вести огонь. В турелях наводчики корректировали высоту своих орудий так, чтобы она соответствовала индикатору высоты, передаваемому из таблицы управления огнем - наводчик башни делал то же самое для пеленга. Когда орудия были нацелены на цель, огонь велся централизованно. [11]
Даже при такой степени механизации процесса он по-прежнему требовал большого человеческого участия; Передающая станция (комната, в которой располагался стол Дрейера) для главных орудий HMS Hood вмещала 27 членов экипажа .
Директора были в значительной степени незащищены от огня противника. Было сложно разместить на корабле большую тяжесть брони так высоко, и даже если броня остановит выстрел, один только удар, скорее всего, выбьет приборы из строя. Достаточная броня для защиты от более мелких снарядов и осколков от попаданий в другие части корабля была пределом.
Производительность аналогового компьютера была впечатляющей. Линкор USS North Carolina во время испытаний 1945 года смог сохранить точное огневое решение [12] по цели во время серии скоростных разворотов.[13] Для военного корабля большим преимуществом является возможность маневрировать при поражении цели.
Ночные морские бои на большом расстоянии стали возможными, когда данные радара могли быть переданы дальномеру. Эффективность этой комбинации была продемонстрирована в ноябре 1942 года в Третьем сражении у острова Саво, когда военный корабль США « Вашингтон» вступил в бой с японским линкором «Кирисима» на расстоянии 8400 ярдов (7,7 км) ночью. Киришима была подожжена, пострадала от нескольких взрывов и была затоплена своей командой. В нее попало как минимум девять 16-дюймовых (410-мм) снарядов из 75 выпущенных (попадание 12%). [1] Обломки «Кирисимы» были обнаружены в 1992 году и показали, что вся носовая часть корабля отсутствовала. [14] Японцы во время Второй мировой войны не разработали радар или автоматизированное управление огнем до уровня ВМС США и находились в значительно невыгодном положении. [15]
К 1950-м годам артиллерийские башни все чаще становились беспилотными, а наведение орудия контролировалось дистанционно из центра управления корабля с использованием данных с радара и других источников.
Последнее боевое действие аналоговых дальномеров, по крайней мере для ВМС США, произошло во время войны в Персидском заливе в 1991 году [16] [ нужен лучший источник ] , когда дальние смотрители на линкорах класса « Айова» провели свои последние бои.
Первые системы управления огнем использовались в самолетах-бомбардировщиках с использованием вычислительных бомбовых прицелов , которые принимали информацию о высоте и скорости полета для прогнозирования и отображения точки падения бомбы, выпущенной в то время. Самым известным устройством США был бомбовый прицел Норден .
Простые системы, известные как ведущие вычислительные прицелы, также появились в самолетах в конце войны как гироскопические прицелы . Эти устройства использовали гироскоп для измерения скорости поворота и перемещали точку прицеливания, чтобы принять это во внимание, причем точка прицеливания отображалась через рефлекторный прицел . Единственным ручным «вводом» в прицел было расстояние до цели, которое обычно определялось путем набора размера размаха крыльев цели на некоторой известной дистанции. Небольшие радиолокационные установки были добавлены в послевоенный период, чтобы автоматизировать даже этот ввод данных, но прошло некоторое время, прежде чем они стали достаточно быстрыми, чтобы полностью удовлетворить пилотов. Первое внедрение централизованной системы управления огнем на серийном самолете произошло на В-29 . [17]
К началу войны во Вьетнаме новая компьютеризированная система прогнозирования бомбардировок, получившая название « Система бомбардировок на малой высоте» (LABS), начала интегрироваться в системы самолетов, оснащенных для перевозки ядерного оружия. Этот новый бомбовый компьютер был революционным в том смысле, что команду на сброс бомбы давал компьютер, а не пилот; пилот обозначил цель с помощью радара или другой системы наведения , затем «согласился» выпустить оружие, а затем компьютер сделал это в расчетной «точке выпуска» несколько секунд спустя. Это сильно отличается от предыдущих систем, которые, хотя и были компьютеризированы, все же рассчитывали «точку удара», показывающую, куда упадет бомба, если бомба будет выпущена в этот момент. Ключевым преимуществом является то, что оружие может быть выпущено точно, даже когда самолет маневрирует. Большинство бомбовых прицелов до этого времени требовали, чтобы самолет сохранял постоянное положение (обычно горизонтально), хотя прицелы для бомбометания с пикирования также были обычным явлением.
Система LABS изначально была разработана для реализации тактики подбрасывания бомбы , позволяющей самолету оставаться за пределами радиуса поражения оружия . Однако принцип расчета точки сброса в конечном итоге был интегрирован в компьютеры управления огнем более поздних бомбардировщиков и ударных самолетов, что позволило осуществлять бомбометание с горизонта, пикирования и разброса. Кроме того, поскольку компьютер управления огнем интегрирован с системами вооружения, он может учитывать летные характеристики запускаемого оружия.
К началу Второй мировой войны высотные характеристики самолетов настолько возросли, что у зенитных орудий возникли аналогичные проблемы с прогнозированием, и они все чаще оснащались компьютерами управления огнем. Основным отличием этих систем от корабельных были размер и скорость. Ранние версии системы управления большим углом , или HACS, Британского Королевского флота были примерами системы, которая прогнозировала, основываясь на предположении, что скорость, направление и высота цели останутся постоянными в течение цикла прогнозирования, который состоял из время взрыва снаряда и время полета снаряда к цели. Система USN Mk 37 сделала аналогичные предположения, за исключением того, что она могла прогнозировать постоянную скорость изменения высоты. Предиктор Керрисона является примером системы, которая была создана для решения задач наведения в «реальном времени», просто направляя наводчика на цель, а затем направляя пистолет на указанную им указку. Он также был намеренно спроектирован так, чтобы быть маленьким и легким, чтобы его можно было легко перемещать вместе с орудиями, которые он обслуживал.
Зенитная система М-9/SCR-584 на базе радара использовалась для управления артиллерией ПВО с 1943 года. Первой радиолокационной системой с автоматическим сопровождением стала система SCR-584 радиационной лаборатории Массачусетского технологического института, М-9 лаборатории Белла [18] . ] представлял собой электронный аналоговый компьютер управления огнем, пришедший на смену сложным и трудным в изготовлении механическим компьютерам (таким как Сперри М-7 или британский предсказатель Керрисона). В сочетании с неконтактным взрывателем VT эта система совершила удивительный подвиг, сбив крылатые ракеты Фау-1 с количеством снарядов менее 100 на самолет (в более ранних системах ПВО их было типично несколько тысяч). [19] [20] Эта система сыграла важную роль в защите Лондона и Антверпена от Фау-1.
Хотя системы управления огнем наземного базирования перечислены в разделе управления огнем наземного базирования, зенитные системы управления огнем также можно найти в морских и авиационных системах.
В корпусе береговой артиллерии армии США системы управления огнем береговой артиллерии начали разрабатываться в конце 19 века и развивались на протяжении всей Второй мировой войны. [21]
Ранние системы использовали несколько наблюдательных или базовых конечных станций (см. рисунок 1 ) для поиска и отслеживания целей, атакующих американские гавани. Данные с этих станций затем передавались в комнаты для построения графиков , где аналоговые механические устройства, такие как планшет для построения графиков , использовались для оценки положения целей и получения данных для стрельбы для батарей береговых орудий, предназначенных для их перехвата.
Форты береговой артиллерии США [22] изобиловали разнообразным вооружением: от 12-дюймовых минометов береговой обороны, 3-дюймовых и 6-дюймовых артиллерий средней дальности до более крупных орудий, в том числе 10- и 12-дюймовых орудий. орудия с барбетами и исчезающими лафетами, 14-дюймовая железнодорожная артиллерия и 16-дюймовая пушка, установленная незадолго до и во время Второй мировой войны.
Управление огнем в береговой артиллерии становилось все более совершенным с точки зрения корректировки данных стрельбы с учетом таких факторов, как погодные условия, состояние используемого пороха или вращение Земли. Предусматривалась также корректировка данных стрельбы с учетом наблюдаемого падения снарядов. Как показано на рисунке 2, все эти данные передавались обратно в комнаты построения графиков по точно настроенному графику, контролируемому системой колоколов временных интервалов, которые звонили по всей системе защиты гавани. [23]
Лишь позже, во время Второй мировой войны, электромеханические компьютеры с данными о пушках , подключенные к радарам береговой обороны, начали заменять методы оптического наблюдения и ручного построения графиков при управлении береговой артиллерией. Даже тогда ручные методы сохранялись в качестве резерва до конца войны.
Наземные системы управления огнем могут использоваться для ведения огня как прямой , так и непрямой наводкой. Эти системы можно встретить на оружии, от небольших пистолетов до крупных артиллерийских орудий.
Современные компьютеры управления огнем, как и все высокопроизводительные компьютеры, являются цифровыми. Повышенная производительность позволяет добавлять практически любые факторы, от плотности воздуха и ветра до износа стволов и искажений из-за нагрева. Подобные эффекты заметны для любого типа оружия, а компьютеры управления огнем начали появляться на все более меньших и меньших платформах. Танки были одним из первых применений автоматизированной наводки орудий с использованием лазерного дальномера и измерителя искажений ствола. Компьютеры управления огнем полезны не только для наведения больших пушек , но и для наведения пулеметов , небольших пушек, управляемых ракет , винтовок , гранат и ракет — любого вида оружия, параметры запуска или стрельбы которого могут варьироваться. Их обычно устанавливают на корабли , подводные лодки , самолеты , танки и даже на некоторое стрелковое оружие — например, на гранатомет , разработанный для использования на штурмовой винтовке булл-пап Fabrique Nationale F2000. Компьютеры управления огнем прошли все этапы развития технологий, которые есть у компьютеров: некоторые конструкции основаны на аналоговых технологиях , а затем на электронных лампах , которые позже были заменены транзисторами .
Системы управления огнем часто сопряжены с датчиками (такими как гидролокаторы , радары , инфракрасные системы поиска и сопровождения , лазерные дальномеры , анемометры , флюгеры , термометры , барометры и т. д.), чтобы сократить или устранить количество информация, которую необходимо ввести вручную для расчета эффективного решения. Гидролокатор, радар, IRST и дальномеры могут указать системе направление и/или расстояние до цели. В качестве альтернативы может быть предусмотрен оптический прицел, позволяющий оператору просто наводить на цель, что проще, чем заставлять кого-то вводить дальность с помощью других методов, и дает цели меньше предупреждений о том, что она отслеживается. Обычно для оружия, стреляющего на большие расстояния, требуется информация об окружающей среде: чем дальше летит боеприпас , тем сильнее ветер, температура, плотность воздуха и т. д. будут влиять на его траекторию, поэтому наличие точной информации важно для хорошего решения. Иногда для ракет очень большой дальности необходимо получать данные об окружающей среде на больших высотах или между точкой запуска и целью. Часто для сбора этой информации используются спутники или воздушные шары.
После расчета решения для стрельбы многие современные системы управления огнем также могут прицеливаться и стрелять из оружия. Опять же, это делается в интересах скорости и точности, а в случае транспортного средства, такого как самолет или танк, чтобы позволить пилоту/наводчику/и т. д. одновременно выполнять другие действия, например, отслеживание цели или управление самолетом. Даже если система не может нацелить само оружие, например, стационарную пушку на самолете, она способна подавать оператору подсказки о том, как прицелиться. Обычно пушка направлена прямо вперед, и перед стрельбой пилот должен маневрировать самолетом так, чтобы он правильно ориентировался. В большинстве самолетов сигнал прицеливания имеет форму « пиппера », который проецируется на проекционный дисплей (HUD). Пиппер показывает пилоту, где должна находиться цель относительно самолета, чтобы поразить ее. Как только пилот маневрирует самолетом так, что мишень и пиппер накладываются друг на друга, он или она стреляет из оружия, или на некоторых самолетах оружие в этот момент стреляет автоматически, чтобы преодолеть задержку пилота. В случае запуска ракеты компьютер управления огнем может дать пилоту информацию о том, находится ли цель в радиусе действия ракеты и насколько вероятно, что ракета поразит ее, если она будет запущена в любой конкретный момент. Затем пилот будет ждать, пока показания вероятности не станут достаточно высокими, прежде чем запускать оружие.
