Керрисон предсказатель – британдық әуе шабуылына қарсы автоматтандырылған жүйе. Bofors 40 мм зеңбіректерін дәл бағыттауға, жылдамдық пен бұрышты есептеуге көмектесті. 🚀🛡️
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Керрисон Предикторы – алғашқы толық автоматтандырылған әуе шабуылына қарсы атыс басқару жүйесі болды. Ол британдық армияның Bofors 40 мм зениттік пулеметтерін автоматтандыру және үш негізгі қол дөңгелегі арқылы енгізілген қарапайым мәліметтер негізінде дәл алдын ала есептеулер жасау үшін қолданылды. Предиктор ұшақтың жылдамдығы және нысанаға қатысты бұрышы сияқты қарапайым мәліметтерді пайдаланып, пулеметті нысанаға бағыттай алатын. Мұндай құрылғылар кемелерде қаруларды басқару үшін біраз уақыттан бері қолданылып келді, ал Vickers Predictor сияқты үлгілер жоғары биіктіктегі бомбалаушыларға қарсы қолданылатын ірі зениттік қарулар үшін қолжетімді болды. Керрисонның аналогтық компьютері жоғары жылдамдықты, төмен биіктіктегі қиын міндеттерді орындауға жеткілікті жылдамдықты бірінші болып көрсетті, ол өте қысқа уақыт ішінде нысананы анықтау және жоғары бұрыштық жылдамдықты талап етті. Бұл конструкция АҚШ-та да қолданылды, онда Singer Corporation компаниясы оны M5 Antiaircraft Director деп шығарды, кейіннен M5A1 және M5A2 үлгілеріне жаңартылды. M6 үлгісі механикалық тұрғыдан бірдей болды, тек Ұлыбритания стандартындағы 50 Гц қуатымен жұмыс істеді.
The Kerrison Predictor was one of the first fully automated anti aircraft fire control systems. It was used to automate the aiming of the British Army's Bofors 40 mm guns and provide accurate lead calculations through simple inputs on three main handwheels. The predictor could aim a gun at an aircraft based on simple inputs like the observed speed and the angle to the target. Such devices had been used on ships for gunnery control for some time, and versions such as the Vickers Predictor were available for larger anti aircraft guns intended to be used against high altitude bombers. Kerrison's analog computer was the first to be fast enough to be used in the demanding high speed low altitude role, which involved very short engagement times and high angular rates. The design was also adopted for use in the United States, where it was produced by Singer Corporation as the M5 Antiaircraft Director, later updated as the M5A1 and M5A2. The M6 was mechanically identical, differing only in running on UK style 50 Hz power.
Тарих
1930 жылдардың аяғында Викерс және Сперри екеуі де жоғары биіктіктегі бомбалаушыларға қарсы қолдану үшін болжау құралдарын жасады. Дегенмен, төмен ұшатын ұшақтар мүлдем басқа проблеманы тудырды – өте қысқа аралықтағы қақтығыс және жоғары бұрыштық жылдамдық, бірақ сонымен бірге баллистикалық дәлдікке қажеттілік азайды. Бұл нысаналарға қарсы қол автоматтары ең қолайлы қару болды, олар көзбен бағытталған және қолмен бұрылған, бірақ 1930 жылдардың үлкен және жылдам ұшақтарымен күресу үшін олардың өнімділігі жеткіліксіз болды. Британ армиясының жаңа 40 мм Бофорс зеңбірегі төмен биіктіктегі ұшақтарға қарсы стандартты қару ретінде қарастырылды. Алайда, қазіргі зеңбіректік басқару жүйелері бұл мақсатқа сай келмеді: арақашықтық "есептеуге" тым алыс болды, бірақ сонымен бірге зеңбіректің бұрылу тұтқаларын қолмен бұруға мүмкіндік беретіндей жақын болды. Есептеулі нысананы қолдануға тырысу мергенге қосымша жүк болды. Жағдайды ушықтырған нәрсе – бұл нысаналардың шабуылдары, олар Blitzkrieg соғысында шешуші қару болып келе жатқан Люфтваффе-нің пикирлеуші бомбалаушылары шабуылдайтын жерлермен сәйкес келді. Бұл мәселені британ армиясының майоры А.В. Керрисон көтерді, ол 1930 жылдар бойы Теддингтондағы Әскери-теңіз зертханасында армия байланыс адамы ретінде жұмыс істеді. Керрисон Корольдік теңіз күштерінің бірнеше зеңбіректік компьютерлерінде жұмыс істеді және 1930 жылдардың соңында бұл мәселені қолға алды. Соғыстан кейін Керрисон Британ Әскери-теңіз күштеріндегі Аэронавтика және инженерлік зерттеулер директоры болды. Оның шешімі – жоғары биіктіктегі атуға арналған Викерс болжау құралындағы көптеген түзетулер мен уақыт мәселелерін жойған калькулятор болды. Оның орнына, оператор ұсынған салыстырмалы қозғалысқа негізделген соққы нүктесін салыстырмалы түрде қарапайым есептеуді жасады. Концепцияның кілті – тұрақты қозғалыс жылдамдығын сақтау үшін қолданылған екі шарлы және дискілі интеграторларды пайдалану болды. Моторланған дискінің үстінде екі металл шар орналасқан, бірі екіншісінің үстінде, төменгісі дискіге жанасып, екіншісі болжау құралының бұрылу дөңгелектерін қозғалтатын механизмдерге жанасып тұрды. Екі шарды ажырату немесе біріктіру үшін ұстап тұруға болатын. Бастапқы дайындық кезінде оператор шарларды ажыратып, қол дөңгелектерін пайдаланып, болжау құралының телескопын нысанаға келтіретін. Бұл екі шарды дискінің бетімен қозғалтса да, олар дискіге жанаспады. Олар нысананы қадағалай бастағаннан кейін, екі шарды дискіге жанастыру үшін тұтқа жылжытылды, бұл кезде дискінің айналуы шарлардың айналуына және телескоптың нысанамен сәйкес келуіне автоматты түрде әкелді. Қол дөңгелектерінен алынған бастапқы кірістер мүлдем дәл болмауы мүмкін болғандықтан, жүйе әдетте нысанадан ауытқи бастайды. Операторлар қол дөңгелегін қозғап, нысананы ортаға қайтарады, бұл шарларды дискіде жаңа орынға жылжытады, олардың айналу жылдамдығын өзгертеді және осылайша нысананы дұрыс қадағалау үшін қозғалыс жылдамдығын реттейді. Шарлардың дискідегі орны нысананың бұрыштық қозғалысының жылдамдығын тікелей көрсетеді. Тұтқадағы үшінші параметр жүйені басқа нысананы қадағалауды бастау үшін қайта орнатуға мүмкіндік берді. Екі жылдамдық – азимут және биіктік – нысананың бұрыштық жылдамдығын және одан нысананың зеңбірекке қатысты қозғалыс векторын есептеу үшін қолданылды. Бұл толық шешім емес: зеңбіректен шыққан снаряд нысанаға жету үшін белгілі бір уақыт қажет, осы уақытта ол қозғалады. Сондықтан зеңбірек нысананы осы уақыттағы қозғалысын ескере отырып, "жегіп" отыруы керек. Нысанаға дейінгі арақашықтық оның қозғалысына тәуелді болмағандықтан, бұл мәнді жеке енгізу қажет болды, бастапқыда экипаж мүшесі қашықтықты бағалау немесе оптикалық қашықтық өлшегішті пайдалану арқылы, бірақ екінші дүниежүзілік соғыс кезінде бұл міндет үшін кішкентай қару-жарақтар кеңінен қолданылды. Құрылғының "шығысы" Бофорс зеңбірегінің өтетін және көтерілетін дөңгелектеріне бекітілген гидравликалық сервомоторларды басқарды, оған алдын ала болжаудың нұсқауларын қолмен араласусыз автоматты түрде орындауға мүмкіндік берді. Зеңбіректің операторлары оны тек зарядтап отыру керек болды, ал үш нысанаға салушы үлкен үш табанды жерге орнатылған болжау құралын нысанаға бағыттау керек еді. Керрисон болжау құралының фиутч параметрлерін есептемеді, өйткені ол жұмыс істеуге арналған 40 мм Бофорс зеңбірегінен атылған снарядтар контактілік фиутчпен жабдықталған. Болжау құралы тік ұшып бара жатқан кез келген нысананы дерлік атуға қабілетті болды және ол пикирлеуші бомбалаушыларға қарсы әсіресе тиімді болды. Ол сонымен қатар өте күрделі болды, 1000-нан астам дәлдеме бөлшектерден тұрды және салмағы көп болды, тіпті салмағын азайту үшін алюминийден жасалған. RAF-тың барлық жеңіл металдар мен шеберлерге деген қажеттілігі болғандықтан, болжау құралын армияда жеткілікті мөлшерде өндіру өте қиын болды. Болжау құралы Бофорс зеңбірегіне тамаша қосымша болғанымен, ол кемшіліктерінен де бос болмады. Басты мәселе – жүйенің зеңбіректі қозғалту үшін үлкен электр генераторын қажет етуі, бұл генераторларды отынмен жабдықтау логистикалық жүктемені арттырды. Жүйені орнату да өте күрделі міндет болды және оны "ұшып бара жатқанда" жасау мүмкін болмады. Нәтижесінде, олар негізінен стационарлық орналасқан жерлерде қолданылды, ал далалық бөлімдер бастапқы темір көздеріне немесе 1943 жылдың соңында енгізілген қарапайым Stiffkey Stick көздеріне сене берді. Сондай-ақ Керрисон жасаған №7 зеңбіректік композиттік болжау құралы да кейбір жағынан ұқсас болды. Ол бастапқыда жақын қашықтықтағы қорғаныс және орташа биіктіктегі нысаналарға қарсы 6 фунттық теңіз зеңбірегі үшін жасалған, кейіннен ол 40 мм Бофорс зеңбірегімен де пайдалануға бейімделді.
By the late 1930s, both Vickers and Sperry had developed predictors for use against high altitude bombers. However, low flying aircraft presented a very different problem, with very short engagement times and high angular rates of motion, but at the same time less need for ballistic accuracy. Machine guns had been the preferred weapon against these targets, aimed by eye and swung by hand, but these no longer had the performance needed to deal with the larger and faster aircraft of the 1930s. The British Army's new Bofors 40 mm guns were intended as their standard low altitude anti aircraft weapons. However, existing gunnery control systems were inadequate for the purpose; the range was too far to "guess" the lead, but at the same time close enough that the angle could change faster than the gunners could turn the traversal handles. Trying to operate a calculating gunsight at the same time was an added burden on the gunner. Making matters worse was that these ranges were exactly where the Luftwaffes dive bombers, which were quickly proving to be a decisive weapon in the Blitzkrieg, were attacking from. The problem was taken up by Major A. V. Kerrison of the British Army, who had been working as the Army liaison at the Admiralty Research Laboratory, Teddington, through 1930s. Kerrison had worked on several of the Royal Navy's gunnery computers and took up the problem in the late 1930s. After the war, Kerrison went on to become Director of Aeronautical and Engineering Research at the British Admiralty. His solution was a calculator that dispensed with many of the corrections and timing issues seen in devices like the Vickers Predictor which were intended for high altitude fire. Instead, it made a relatively simple calculation of the impact point based on relative motion as provided by the operator. Key to the concept was the use of two ball and disk integrators, used in this case to maintain a constant rate of motion. On top of the motorized disk were two metal balls, set one on top of the other with the bottom one in contact with the disk and the second in contact with mechanisms that drove the Predictor's laying handwheels. The two balls were clutched so they could be separated or forced together. For the initial setup, the operator would declutch the balls and use the handwheels to bring the Predictor's telescope onto the target. This also moved the two balls across the surface of the disk, although they were not in contact with it. Once they had begun tracking it, the clutch would be moved to bring the two balls into contact with the disk, at which point the rotation of the disk would cause the balls to rotate and thus automatically move the telescope to stay aligned with the target. As the original inputs from the handwheels were unlikely to be perfectly accurate, the system would normally begin to "drift" away from the target. The operators would then move the handwheel to bring the target back into the center, which also slid the balls over the disk to a new location, changing their rotation speed, and thereby adjusting the rate of motion to properly track the target again. The position of the balls over the disk directly represents the rate of angular motion of the target. A third setting in the clutch reset the system to begin tracking a different target. The two rates, in azimuth and altitude, were used to calculate the angular rate of the target, and from that, the vector along which the target was moving relative to the gun. This does not provide a complete solution; the shell from the gun takes a certain time to fly to the target, during which time it moves. This requires the gun to "lead" the target to account for the motion during this time. Since the range to the target is independent of its motion, this value had to be input separately, initially by a separate crewman simply estimating the range or using some form of optical rangefinder, although small Gun Laying radars for this task became common during World War II. The "output" of the device drove hydraulic servo motors attached to the traversal and elevation gears of the otherwise unmodified Bofors gun, allowing it to follow the predictor's indications automatically without manual intervention. The gunners simply kept the gun loaded, while the three aimers simply had to point the Predictor, mounted on a large tripod, at the target. The Kerrison predictor did not calculate fuse settings, as the shells fired by the 40 mm Bofors gun, with which it was designed to work, were contact fused. The Predictor proved to be able to hit practically anything that flew in a straight line, and it was particularly effective against dive bombers. It was also very complex, including over 1,000 precision parts and weighing over , even though much of it was made of aluminium to reduce weight. With the demands of the RAF for almost all light metals and machinists, the Predictor was far too difficult for the Army to produce in any quantity. While the Predictor proved to be an excellent addition to the Bofors, it was not without its faults. The main problem was that the system required a fairly large electrical generator in order to drive the gun, increasing the logistics load in supplying the generators with fuel. Setting the system up was also a fairly complex task, and not something that could be done "on the fly". In the end, they were used almost entirely for static emplacements, field units continuing to rely on their original iron sights or the simple Stiffkey Stick sights that were introduced in late 1943. The No.7 anti aircraft composite predictor, also designed by Kerrison was similar in some ways. It was originally developed for the 6 pounder naval gun, for close in defence and also against targets at intermediate altitudes of It was later adapted for use with the 40 mm Bofors.
АҚШ қызметі
Керрисонның болжауынан да дәл болғанымен, Сперри қымбат әрі күрделі M7 директорын өндірісте ұстай алмады. 1940 жылдың қыркүйегінде генерал Джордж Маршалл британдықтардан сынақ үшін Керрисон болжауымен бірге төрт Бофорс 40 мм зеңбірегін қарызға алуды сұрады. Сынақтар барысында Керрисон болжауы өте дәл атыс бақылауын қамтамасыз етті, ал Бофорс зеңбірегінің сенімділігі жоғары болды. 1940 жылдың күзінде Артиллерия басқармасы Керрисон болжауын 37 мм зеңбірекпен қолдану үшін стандарттады. 1941 жылдың ақпанына қарай АҚШ Әскери-теңіз күштері Бофорсты кемелерінде пайдалануға қабылдады. Өндіріс мәселелерін жеңілдету үшін армия 1941 жылдың ақпанында 40 мм зеңбірекке стандартталды; АҚШ Ленд-Лизинг бағдарламасы бойынша британдықтар үшін Бофорсты жасап отырды. Болжаудың жоспарлары Sperry Corporation-ға жіберілді, олар өздерінің күрделі биіктік жүйесін, M7 есептеуіш көзқарасын өндіріп бастады және жаңа конструкцияны өндіруге қосымша мүмкіндіктері болмады. Оның орнына, олар болжауды АҚШ өндірісіне бейімдеуге қажетті өзгерістерді аяқтады және жоспарларды армияға басқа жерде өндіріс үшін қайтарды. 1940 жылдың желтоқсанында Singer Corporation армияның қолданыстағы 37 мм зеңбіректерін жабдықтау үшін айына 1500 болжауды өндіруге келісімшарт жасады, ал 40 мм Бофорстың өндірісі күшейтілді. Бастапқыда екі модель жасалды: АҚШ стандартты 115 В 60 Гц қуатымен жұмыс істейтін M5 және британдықтар үшін 50 В 50 Гц қуатымен жұмыс істейтін M6. Алғашқы M5 сыртқы момент күшейткішін пайдалануға арналған, бұл конструкцияның күрделілігін арттырды. Бұл мәселе M5A1 моделінде шешілді, ол сыртқы күшейткіштің қажеттілігін жойған, қуатты шарлы және дискілі жүйені қолданды. Құрылғыларды жеткілікті жылдамдықпен өндіру үшін Singer компанияда үлкен өзгерістер жасады, соның ішінде жаңа зауыттар салды және қорыту цехын болаттан алюминийге ауыстырды. Өндіріс 1943 жылдың қаңтарында басталды, бірақ барлық тапсырыс 1944 жылдың ортасына дейін орындалды. Ұзақ уақыт бойы АҚШ армиясының кейбір Бофорс зеңбіректері Sperry M7 көзқарасымен жабдықталды, бірақ M5 қолжетімді болған кезде олар ауыстырылды. Соғыс кезінде ұшақтардың жылдамдығы күрт өскендіктен, тіпті Керрисон болжауының жылдамдығы да жеткіліксіз болып шықты. Дегенмен, болжау тиімді атыс үшін белгілі бір деңгейде қуатты есептеу қолдауы қажет екенін көрсетті, және 1944 жылы Bell Labs электронды аналогты компьютерге негізделген жаңа жүйені жеткізуді бастады. Уақыт өте жақсы таңдалды; сол жазда немістер Лондонға төмен биіктікте жоғары жылдамдықпен ұшатын V1 қанатты бомбаларымен шабуыл жасады. Бір ай бойы оларға қарсы шектеулі жетістіктерге қол жеткізгеннен кейін, барлық зениттік артиллерия Лондонға жақындаған жерге шоғырландырылды, ал жаңа көзқарастар оларға қарсы өте тиімді болды. Күндізгі шабуылдар жақын арада тоқтатылды. Соғыстан көп уақыт өткен соң, АҚШ-тың M5 болжаулары 1950 жылдардың соңында артық тауарлар сататын дүкендерде пайда бола бастады. Джон Уитни бір (кейінірек Sperry M7) сатып алып, электрлік шығыстарын шағын шамдармен жарықтандырылған нысаналардың орналасуын басқаратын сервомен байланыстырды. Содан кейін ол жүйенің "математикасын" нысаналарды әртүрлі математикалық ережелермен қозғалту үшін өзгертті, бұл әдісті инкременттік дрейф деп атады. Жүйелердің қуаты артқан сайын, олар ақырында арнайы эффектілерді түсіруде кеңінен қолданылатын қозғалыс бақылау фотосуретіне айналды.
Although it was more accurate than the Kerrison predictor, Sperry was unable to keep up with production of its more expensive and complex M 7 director. In September 1940, General George C. Marshall asked the British for the loan of four Bofors 40 mm guns with Kerrison Predictors for testing. During testing the Kerrison Predictor provided accurate fire control to a range in excess of , and the Bofors gun was reliable. In the fall of 1940, the Ordnance Department standardized the Kerrison Predictor for use with their 37 mm gun. By February 1941, the U. S. Navy had adopted the Bofors for use on their ships. To ease production problems, the Army reluctantly standardized on the 40 mm in February 1941; the U. S. was building the Bofors for the British under the Lend Lease Program. The Predictor's plans were passed to Sperry Corporation, who were just commencing production of their own complex high altitude system, the M7 Computing Sight, and had no excess capacity to produce the new design as well. Instead, they completed changes needed to adapt the Predictor to U. S. production and sent the plans back to the Army for production elsewhere. In December 1940 the Singer Corporation was contracted to produce 1,500 predictors per month to equip the Army's existing 37 mm guns while production of the 40 mm Bofors was ramped up. Two models were built initially, the M5 running on US standard 115 V 60 Hz power, and the M6 for British use, running on 50 V 50 Hz power. The original M5 was designed to use an external torque amplifier, which added to the complexity. This was addressed in the M5A1, which used a more powerful ball and disk system that eliminated the need for an external amplifier. To produce the devices rapidly enough, Singer implemented massive changes in the company, including building new factories and the switching of a foundry from steel to aluminium. Production did not begin until January 1943, but the entire order was filled by the middle of 1944. For a brief time, some of the U. S. Army's Bofors guns were equipped with the Sperry M7, but these were replaced in the field as soon as M5s became available. With aircraft speeds increasing dramatically during the war, even the speed of the Kerrison Predictor proved lacking by the end. Nevertheless, the Predictor demonstrated that effective gunnery required some sort of reasonably powerful computing support, and in 1944 Bell Labs started delivery of a new system based around an electronic analog computer. The timing proved excellent; late that summer, the Germans started attacking London with the V 1 flying bomb, which flew at high speeds at low altitudes. After a month of limited success against them, every available anti aircraft gun was moved to the strip of land on the approach to London, and the new sights proved to be more than capable against them. Daytime attacks were soon abandoned. Long after the war, U. S. M5s started appearing in surplus shops in the late 1950s. John Whitney purchased one (and later a Sperry M7) and connected the electrical outputs to servos controlling the positioning of small lit targets and light bulbs. He then modified the "mathematics" of the system to move the targets in various mathematically controlled ways, a technique he referred to as incremental drift. As the power of the systems grew, they eventually evolved into motion control photography, a widely used technique in special effects filming.