Наведение артиллерийского орудия и расчёт стрельбы

Введение

Процесс наведения артиллерийского орудия или башни — это наведение артиллерийского орудия или башни, такого как пушка, гаубица или миномет, на наземные, воздушные или морские цели, на наземные или воздушные объекты. Наведение может быть для прямого огня, когда орудие наводится аналогично винтовке, или для непрямого огня, когда данные для стрельбы рассчитываются и применяются к прицельным устройствам. Этот термин также включает автоматическое наведение с использованием, например, данных о цели, полученных с помощью радара, и орудий с компьютерным управлением.

Описание

Наведение орудия – это комплекс действий, направленных на совмещение оси ствола орудия с требуемым направлением. Это совмещение осуществляется в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Орудие "наводят по горизонтали" (поворачивают в горизонтальной плоскости) для наведения на цель и "поднимают" (перемещают в вертикальной плоскости) для определения дальности до цели. Наведение может выполняться для прямого огня, когда наводчик видит цель, или для непрямого огня, когда цель может быть не видна с орудия. Иногда наведение называют "пристрелкой орудия". Для наведения в вертикальной плоскости (угол возвышения) используются данные, полученные в результате испытаний или практического опыта. Для каждого типа орудия и снаряда эти данные отражают расстояние до цели и размер заряда. Также учитывается разница в высоте между орудием и целью. При непрямом огне могут учитываться и другие переменные. При прямом огне наведение по горизонтали – это прямая видимость цели, хотя наводчик может учитывать ветер, а в случае нарезных орудий прицельные приспособления могут компенсировать "снос" снаряда. При непрямом огне горизонтальный угол отсчитывается относительно некоторой точки, как правило, точки прицеливания орудия, хотя в современных электронных прицелах это может быть гироскопический ориентир, направленный на север. В зависимости от лафета обычно есть выбор из двух траекторий, которые приведут к падению снаряда в одну и ту же точку. Угол между траекториями составляет около 45 градусов (обычно между 0 и 90 градусами) и незначительно меняется в зависимости от характеристик орудия. Траектория ниже 45 градусов называется "низкой" (или нижним углом), выше 45 градусов – "высокой" (или верхним углом). Отличие состоит в том, что при низкой траектории время полета меньше, высшая точка ниже и угол падения более пологий. Все орудия имеют лафеты или крепления, поддерживающие ствол (в некоторых странах называемый артиллерийской частью). Ранние орудия можно было наводить по горизонтали только путем перемещения всей лафеты, и это продолжалось для тяжелой артиллерии во время Второй мировой войны. Лафеты могли быть установлены в вращающиеся башни на кораблях, береговых укреплениях или танках. Примерно с 1900 года полевые артиллерийские лафеты обеспечивали наведение по горизонтали без перемещения колес и дышла. Лафет также позволял установить ствол под требуемый угол возвышения. На некоторых лафетах возможно опускание орудия, то есть перемещение его в вертикальной плоскости для наведения ниже горизонта. Для заряжания некоторым орудиям требуется почти горизонтальное положение ствола. Важнейшей характеристикой любого механизма подъема является предотвращение прогиба ствола под собственным весом. Этому способствует размещение цапф (вокруг которых вращается поднимаемая масса в вертикальной плоскости) в центре тяжести, хотя может использоваться и противовес. Это также означает, что механизм подъема должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать значительную нагрузку вниз, но при этом оставаться удобным в использовании для наводчика. До изобретения систем отката в конце XIX века и их интеграции в лафет орудия, орудия значительно откатывались назад при выстреле и требовали перемещения вперед перед наведением. Однако минометы, в которых сила отката передавалась непосредственно в землю (или воду при установке на корабле), не всегда требовали такого перемещения. С принятием систем отката для полевой артиллерии стало обычной практикой поворачивать поворотный круг на нижней лафете. Изначально этот "верхний поворот" составлял всего несколько градусов, но вскоре стал возможным полный оборот, особенно для зенитных орудий. Внедрение систем отката стало важным этапом.

Gun laying is a set of actions to align the axis of a gun barrel so that it points in the required direction. This alignment is in the horizontal and vertical planes. A gun is "traversed" (rotated in a horizontal plane) to align it with the target, and "elevated" (moved in the vertical plane) to range it to the target. Gun laying may be for direct fire, where the layer sees the target, or indirect fire, where the target may not be visible from the gun. Gun laying has sometimes been called "training the gun". Laying in the vertical plane (elevation angle) uses data derived from trials or empirical experience. For any given gun and projectile types, it reflects the distance to the target and the size of the propellant charge. It also incorporates any differences in height between gun and target. With indirect fire, it may allow for other variables as well. With direct fire, laying in the horizontal plane is merely the line of sight to the target, although the layer may make allowance for the wind, and with rifled guns the sights may compensate for projectile "drift". With indirect fire the horizontal angle is relative to something, typically the gun's aiming point, although with modern electronic sights it may be a north seeking gyro. Depending on the gun mount, there is usually a choice of two trajectories that will result in the shot landing in the same spot. The dividing angle between the trajectories is about 45 degrees (usually between 0 degrees and 90 degrees), it varies slightly due to gun dependent factors. Below 45 degrees the trajectory is called "low angle" (or lower register), above 45 degrees is "high angle" (or upper register). The differences are that low angle fire has a shorter time of flight, a lower vertex, and flatter angle of descent. All guns have carriages or mountings that support the barrel assembly (called the ordnance in some countries). Early guns could only be traversed by moving their entire carriage or mounting, and this lasted with heavy artillery into World War II. Mountings could be fitted into traversing turrets on ships, coast defences or tanks. From circa 1900 field artillery carriages provided traverse without moving the wheels and trail. The carriage, or mounting, also enabled the barrel to be set at the required elevation angle. With some gun mounts it is possible to depress the gun, i. e., move it in the vertical plane to point it below the horizon. Some guns require a near horizontal elevation for loading. An essential capability for any elevation mechanism is to prevent the weight of the barrel forcing its heavier end downward. This is greatly helped by having trunnions (around which the elevating mass rotates vertically) at the centre of gravity, although a counterbalance mechanism can be used. It also means the elevation gear has to be strong enough to resist considerable downward pressure but still be easy for the gun layer to use. Until recoil systems were invented in the late 19th century and integrated into the gun carriage or mount, guns moved substantially backwards when they fired, and had to be moved forward before they could be laid. However, mortars, where the recoil forces were transferred directly into the ground (or water, if mounted on a ship), did not always require such movement. With the adoption of recoil systems for field artillery, it became normal to pivot the saddle on the lower carriage, initially this "top traverse" was only a few degrees but soon offered a full circle, particularly for anti aircraft guns. The introduction of recoil systems was an important milestone.

Предыстория

Первые пушки заряжались из дула. Обычно они представляли собой не более чем голые стволы, перевозимые в повозках и устанавливаемые на землю для стрельбы, после чего появились деревянные станины и лафеты. Горизонтальное наведение осуществлялось на глаз, а вертикальное – путем подъема дула с помощью бревен или выкапывания углубления для казенной части. В XV веке были введены орудийные лафеты. Два колеса большого диаметра, ось и ход стали стандартной конструкцией для полевого применения. Ствол крепился в деревянных люлках с цапфами для установки на лафет. С усовершенствованием технологий цапфы стали частью ствола, а люльки были упразднены. Тем не менее, они оставались относительно большими и тяжелыми. Горизонтальное наведение достигалось перемещением хода. Для получения необходимого угла возвышения использовались различные приспособления. В простейшем случае – клинья или набойки между казенной частью и ходом, но также применялись деревянные квадранты или простые подставки, установленные на ходу, для поддержки казенной части и обеспечения большего диапазона углов возвышения. Винтовые механизмы подъема использовались уже в XVI веке. Однако морские и некоторые крепостные лафеты и установки развивались иначе. Полевая подвижность не требовалась, поэтому большие колеса и ходы были неактуальны. Высота под палубой часто была ограничена. Это привело к созданию компактных лафетов, в основном на четырех небольших колесах. Очевидно, что большие горизонтальные перемещения были более сложными, но это было неважно при стрельбе бортом. Однако в крепостях требовался больший разворот. Одним из решений были платформенные и салазочные установки. Большой разворот также был полезен на некоторых корабельных орудиях. Наведение требовало прицельных приспособлений. В простейшем случае это означало лишь направление орудия в нужном направлении. Однако появились различные вспомогательные средства. Горизонтальное прицеливание осуществлялось вдоль ствола, что улучшалось за счет прорези в кольце вокруг ствола у казенной части и «желудя» на кольце вокруг дула. Это все еще использовалось в XIX веке в некоторых случаях. Дистанция с плоской траекторией называлась «дистанцией прямого выстрела». Однако, хотя дистанции прямого выстрела могло быть достаточно для некоторых целей, полевой артиллерии (как мобильной, так и стационарной) и орудиям в крепостях требовалась большая дальность. Для этого требовались способы измерения углов возвышения и знания зависимости между углом возвышения и дальностью.

The earliest guns were loaded from the muzzle. They were typically little more than bare barrels moved in wagons and placed on the ground for firing, then wooden frames and beds were introduced. Horizontal alignment with the target was by eye, while vertical laying was done by raising the muzzle with timber or digging a hole for the closed end. Gun carriages were introduced in the 15th century. Two large diameter wheels, axle tree and a trail became the standard pattern for field use. The barrel was mounted in a wooden cradle with trunnions to mount it on the carriage. As technology improved, the trunnions became part of the barrel and the cradle was abandoned. Nevertheless, they were relatively large and heavy. Horizontal alignment was a matter of moving the trail. To achieve the required elevation angle, various arrangements were used. At the simplest, it was wedges or quoins between the breech and the trail, but wooden quadrants, or simple scaffolds mounted on the trail, were also used to support the breech and provided larger choice of elevation angle. Screw elevation devices were also used as early as the 16th century. However, naval and some fortress carriages and mounting evolved differently. Field mobility was not required, so large wheels and trails were irrelevant. Headspace below decks was often low. This led to compact carriages, mostly on four small wheels. Obviously, large horizontal traverses were more difficult, but such things were unnecessary when shooting broadside. However, in fortresses wider traverse was required. One solution was platform and slide mountings. Wide traverse was also useful on some shipmounted guns. Laying required sights. At its simplest, this means nothing more than aiming the guns in the right direction. However, various aids emerged. Horizontal aiming involved sighting along the barrel, this was enhanced by a notch made in the ring around the barrel at the breech end and an 'acorn' on the ring around the muzzle. This was still used in the 19th century in some instances. The range with a flat trajectory was called 'point blank' range. However, while point blank may have been enough for some purposes, field artillery (whether mobile or static) and guns in fortresses needed longer range. This required ways to measure elevation angles and know the relationship between the elevation angle and the range.

Ранние механические оружейные вспомогательные средства

Первым зарегистрированным устройством для измерения угла возвышения был квадрант артиллеристов, изобретенный Николо Тарталья около 1545 года. Это устройство имело два плеча, расположенных под прямым углом, соединенных дугой с нанесенными угловыми делениями. Одно плечо устанавливалось в канал ствола, а отвес, подвешенный к дуге, показывал угол возвышения. Это привело к многочисленным расчетам, связывающим угол возвышения с дальностью. Проблема заключалась в том, что эти расчеты основывались на траектории, которую сегодня называют "в вакууме" – они не учитывали сопротивление воздуха снаряду. Для определения фактической зависимости между дальностью и углом возвышения требовались испытания на дальность и точность. Практические испытания провел Уильям Элдред, главный оружейник замка Дувр, в 1613, 1617 и 1622 годах. Он использовал различные типы орудий, включая кульверин, демикульверин, фальконет и сакер. По результатам этих испытаний он составил таблицы дальности стрельбы для углов возвышения до 10 градусов для каждого типа орудия при стандартном весе заряда. На наведение орудия влияла коническая форма внешнего ствола. Это сказывалось на угле возвышения при наведении орудия по верхней поверхности ствола. В начале XVII века для компенсации этого использовались "разъединительные прицелы". Это был металлический элемент, устанавливаемый на дуло, чтобы линия прицеливания была параллельна оси канала ствола. Другой метод заключался в измерении глубины канала ствола через пороховой заряд и у дула, а разница между этими значениями определяла необходимую толщину клина для компенсации конической формы ствола. Баллистический маятник был изобретен в 1742 году английским математиком Бенджамином Робинсом и описан в его книге «Новые принципы артиллерии», которая произвела революцию в науке баллистики, поскольку впервые позволила точно измерить скорость пули. Робинс использовал баллистический маятник для измерения скорости снаряда двумя способами. Первый заключался в креплении орудия к маятнику и измерении отдачи. Поскольку импульс орудия равен импульсу снаряда, а снаряд в этих экспериментах составлял основную массу выбрасываемой массы, скорость пули можно было приблизительно определить. Второй, более точный метод, заключался в непосредственном измерении импульса пули путем стрельбы в маятник. Первая система, заменившая баллистические маятники прямыми измерениями скорости снаряда, была изобретена в 1808 году во время наполеоновских войн и использовала быстро вращающийся вал с известной скоростью и двумя бумажными дисками. Пуля пролетала через диски параллельно валу, а угловая разница в точках попадания определяла время прохождения между дисками. Прямое электромеханическое измерение времени появилось в 1840 году и представляло собой пружинный часовой механизм, запускаемый и останавливаемый электромагнитами, ток в которых прерывался пулей, проходящей через две сетки из тонкой проволоки, что позволяло определить время прохождения заданного расстояния. В XIX веке были введены тангентные прицелы. Они представляли собой задний прицел, используемый с мушкой типа "желудь" или аналогичной, расположенной на дуле. Тангентный прицел крепился в кронштейне рядом или позади казенной части, а окуляр (отверстие или прорезь) располагался на вертикальной планке, которая перемещалась вверх и вниз в кронштейне. На планке были нанесены деления в ярдах или градусах. Этот прицел прямого наведения наводился на цель путем горизонтального перемещения лафета и подъема или опускания ствола. К концу XIX века простые открытые тангентные прицелы заменялись оптическими телескопами на установках с угловой шкалой и винтом, выровненным по оси канала ствола.

The first recorded device to measure an elevation angle was Niccolò Tartaglia's invention of a gunners' quadrant circa 1545. This device had two arms at right angles connected by an arc marked with angular graduations. One arm was placed in the muzzle, and a plumb bob suspended against the arc showed the elevation angle. This led to many calculations relating elevation angle to range. The problem was that these calculations assumed what today is called an "in vacuo" trajectory – they made no allowance for air resistance against the projectile. What was needed were range and accuracy trials to determine the actual relationship between range and elevation angle. The practical approach was conducted by William Eldred, Master Gunner at Dover Castle, in gunnery trials in 1613, 1617 and 1622. He used a wide variety of guns, including the culverin, demiculverin, falconet and Saker. From the results of these trials, he produced range tables for elevations up to 10 degrees for each type with a standard propelling charge weight. A problem affecting gun laying, was the tapered external barrel shape. This affected elevation when the gun was aimed by sighting along the top of the barrel. In the early 17th century, 'dispart sights' compensated for this. This was a piece of metal placed on the muzzle to make the line of sight parallel to the axis of the bore. Another technique involved measuring the depth of the barrel through the touchhole and at the muzzle, the difference being the wedge size needed to compensate for the tapered barrel. The ballistic pendulum was invented in 1742 by English mathematician Benjamin Robins, and published in his book New Principles of Gunnery, which revolutionized the science of ballistics, as it provided the first way to accurately measure the velocity of a bullet. Robins used the ballistic pendulum to measure projectile velocity in two ways. The first was to attach the gun to the pendulum, and measure the recoil. Since the momentum of the gun is equal to the momentum of the ejecta, and since the projectile was (in those experiments) the large majority of the mass of the ejecta, the velocity of the bullet could be approximated. The second, and more accurate method, was to directly measure the bullet momentum by firing it into the pendulum. Robins experimented with musket balls of around one ounce in mass (30 g), while other contemporaries used his methods with cannon shot of
The first system to supplant ballistic pendulums with direct measures of projectile speed was invented in 1808, during the Napoleonic Wars and used a rapidly rotating shaft of known speed with two paper disks on it; the bullet was fired through the disks, parallel to the shaft, and the angular difference in the points of impact provided an elapsed time over the distance between the disks. A direct electromechanical clockwork measure appeared in 1840, with a spring driven clock started and stopped by electromagnets, whose current was interrupted by the bullet passing through two meshes of fine wires, again providing the time to traverse the given distance. Tangent sights were introduced in the 19th century. These provided the rear sight used with an 'acorn' or similar foresight at the muzzle. The tangent sight was mounted in a bracket beside or behind the breech, the eyepiece (a hole or notch) was atop a vertical bar that moved up and down in the bracket. The bar was marked in yards or degrees. This direct fire sight was aimed at the target by moving the trail horizontally and elevating or depressing the barrel. By the late 19th century the simple open tangent sights were being replaced by optical telescopes on mounts with an elevation scale and screw aligned to the axis of the bore.

Современная эра оружия

Нарезная и казнозарядная артиллерия была внедрена со второй половины 19 века, в частности благодаря Уильяму Армстронгу, чьи орудия оснащали военные корабли Королевского флота с 1850-х годов. Важным шагом в развитии искусства наведения орудий стало внедрение первых механизмов отката. Откат ствола гасился гидравлическими цилиндрами, после чего ствол возвращался в исходное положение стрельбы при помощи пружины, накапливавшей часть энергии отката. Это означало, что орудие не требовалось переустанавливать после каждого выстрела. Ранний прототип, включавший эту конструктивную особенность, был создан в 1872 году русским инженером Владимиром Степановичем Барановским. Его 2,5-дюймовое скорострельное орудие также было оснащено винтовым затвором, механизмом самовзвода и стреляло унитарным патроном (снарядом и гильзой в одном цельном корпусе). Механизм отката размещался в станине орудия. Несмотря на эти усилия, дальнейшего развития это не получило, и только с появлением французской 75-мм пушки в 1897 году системы отката стали нормой. Ствол орудия откатывался назад на роликах, вдавливая поршень в цилиндр, заполненный маслом. Это действие постепенно поглощало откат по мере увеличения внутреннего давления, а в конце отката создавало сильное, но уменьшающееся встречное давление, которое возвращало орудие вперед в исходное положение. К этому времени бездымный порох заменил порох в качестве стандартного метательного заряда. Первый практичный дальномер был разработан компанией Barr & Stroud – пионерской шотландской фирмой в области оптической инженерии. Арчибальд Барр и Уильям Страуд начали сотрудничество в 1888 году. В 1891 году к ним обратилось Адмиралтейство с просьбой представить проект дальномера с короткой базой для испытаний, и в 1892 году они получили контракт на поставку шести дальномеров. Устройство, обслуживаемое одним человеком, совмещало два изображения удаленного объекта, позволяя вычислить расстояние по их относительному смещению. Теперь, когда ствол оставался нацеленным на цель после выстрела, более примитивный визирный прицел был заменен на прицел с качающимся бруском для прямой наводки. Они устанавливались на скорострельные 4,7-дюймовые орудия Mk I–IV начиная с 1887 года. Прицел с качающимся бруском (или "брусок и барабан") имел шкалу углов возвышения, мог оснащаться телескопом, а также открытым прицелом и обеспечивал небольшую горизонтальную поправку. Они обеспечивали "независимую линию прицеливания", поскольку позволяли задавать данные на лафете и наводить телескоп (или открытый прицел) на цель независимо от угла возвышения ствола. Связанной проблемой, особенно для крупнокалиберных орудий большой дальности, было то, что из-за неровностей местности колеса могли находиться на разной высоте, что приводило к неточности. Перед Первой мировой войной британская 60-фунтовая пушка BL была оснащена колебательными (возвратно-поступательными) прицелами, использующими прицельные телескопы, клинометр и дальномерную шкалу, а также барабан поправок для телескопа. Эти лафеты могли быть выровнены по уровню, что устраняло необходимость для командира орудия вычислять поправку на отклонение из-за неровных колес. Выравнивание по уровню вводило третью ось в наведение.

Rifled and breech loading artillery were introduced from the mid 19th century, notably by William Armstrong, whose gun equipped Royal Navy warships from the 1850s. An important advance in the art of gun laying came with the introduction of the first recoil mechanisms. The barrel recoil was absorbed by hydraulic cylinders and then the barrel was returned to its firing position by a spring that had stored some of the recoil energy. This meant the gun did not have to be repositioned after each time it was fired. An early prototype incorporating this design feature was built in 1872 by Russian engineer, Vladimir Stepanovich Baranovsky. His 2.5 inch rapid firing gun was also equipped with a screw breech, a self cocking firing mechanism and it fired a fixed round (shell and cartridge case together). The recoil mechanism was contained in the gun cradle. Despite this effort, nothing followed from it, and it was only with the introduction of the French 75 mm in 1897, that recoil systems started to become normal. The gun's barrel slid back on rollers, pushing a piston into an oil filled cylinder. This action absorbed the recoil progressively as the internal air pressure rose and, at the end of recoil, generated a strong, but decreasing, back pressure that returned the gun forward to its original position. By this time smokeless powder had replaced gunpowder as the standard propellant. The first practical rangefinder was developed by Barr & Stroud a pioneering Scottish optical engineering firm. Archibald Barr and William Stroud became associated from 1888. In 1891 they were approached by the Admiralty to submit a design for a short base rangefinder for trial, and in 1892 they were awarded with a contract for six of their rangefinders. The device, operated by one person, brought two images from a distance object into coincidence allowing the distance to be calculated from their relative motions. Now that the barrel remained aligned with the target after firing, the more primitive tangent sight was replaced with the rocking bar sight for direct fire sighting. These were installed on QF 4.7 inch Gun Mk I–IV quick firing gun from 1887. The rocking bar (or 'bar and drum') sight had an elevation scale, could mount a telescope as well as the open sight, and provided a small amount of horizontal deflection. These provided 'independent line of sight' because they enabled data to be set on the mount and the telescope (or open sight) aimed at the target independent of the barrel elevation. A related problem, particularly for large and longer range guns, was that the wheels could be at different heights due to the slope of the ground, which caused inaccuracy. Before the First World War, the British BL 60 pounder gun was fitted with oscillating (reciprocating) sights, using sighting telescopes, a sight clinometer and range scale as well as a deflection drum for the telescope. These mounts could be cross leveled, which removed the need for the gun commander to calculate a deflection correction for uneven wheels. Cross leveling introduced the third axis into laying.

Косвенный артиллерийский огонь

Современный непрямой огонь берет начало в конце XIX века. В 1882 году российский подполковник К.Г. Гук опубликовал труд «Полевая артиллерия. Огонь с закрытых позиций», в котором описал более эффективный метод непрямой наводки (вместо наведения по точкам на линии цели). По сути, это была геометрия использования углов для наведения на точки, которые могли располагаться в любом направлении относительно цели. Проблемой было отсутствие азимутного прибора, позволяющего это реализовать; клинометры для определения угла возвышения уже существовали. Немцы решили эту проблему, изобретя Richtfläche, или плоскость для выкладки снаряда, примерно в 1890 году. Это был вращающийся прицел, установленный в соответствии с осью канала ствола и способный измерять большие углы относительно него. Подобные конструкции, как правило, способные измерять углы в полном круге, получили широкое распространение в течение следующего десятилетия. К началу 1900-х годов открытый прицел иногда заменялся телескопом, а термин «гониометр» вытеснил «плоскость для выкладки» в английском языке. Первое документально подтвержденное применение непрямого огня в войне с использованием методов Гука, хотя и без плоскостей для выкладки, произошло 26 октября 1899 года, когда британские артиллеристы использовали его во время Второй бурской войны. Хотя обе стороны в начале конфликта продемонстрировали способность эффективно применять эту технику, во многих последующих сражениях британские командиры тем не менее приказывали артиллерии быть «менее робкой» и выдвигаться вперед, чтобы развеять опасения войск по поводу оставления их без огневой поддержки. Британцы использовали импровизированные дуги наведения для гаубиц; устройство прицеливания, использовавшееся бурами с их немецкими и французскими орудиями, остается неясным. Оптические прицелы появились в первые годы XX века, а немецкий панорамный прицел Goerz стал образцом для всей остальной части столетия. Они имели градуировку в градусах и 5-минутных интервалах, дециградах или милах (4320, 4000 или 6000/6300/6400 на полный круг). Характерной чертой наводки в XX веке было использование одного или двух номеров расчета. США выделялись тем, что использовали двух номеров расчета, лежащих горизонтально по обе стороны от орудия, один отвечал за горизонтальную наводку, другой – за угол возвышения. В большинстве других стран в основном использовался один номер расчета. Последовательность действий при наводке, охватывающая все три оси, обычно включала следующие этапы: «приблизительно по линии прицеливания, приблизительно по углу возвышения, выравнивание по уровню, точно по линии прицеливания, точно по углу возвышения». Другим важным отличием в устройстве прицела было использование угла возвышения или, альтернативно, дальности. Этот вопрос усложнился во время Первой мировой войны, когда были полностью признаны последствия износа ствола и изменения начальной скорости снаряда. Это означало, что для одной и той же дальности разным орудиям требовался разный угол возвышения. В результате многие армии стали использовать угол возвышения, рассчитанный в командном пункте батареи. Однако в 1930-х годах британцы приняли калибровочные прицелы, в которых дальность устанавливалась непосредственно на прицеле, что автоматически компенсировало разницу в начальной скорости снаряда по сравнению со стандартной. Альтернативой этому было использование «линейки орудия» для каждого орудия; в этом случае дальность устанавливалась на линейке, а угол возвышения считывался и передавался номеру расчета для установки на прицеле. Проблема была окончательно решена с внедрением цифровых вычислительных машин в командном пункте батареи, которые точно и быстро рассчитывали правильный угол возвышения для заданной дальности и начальной скорости снаряда. За исключением калибровочных прицелов, в течение большей части XX века не наблюдалось существенных изменений в устройстве наводки полевой артиллерии. Однако в 1990-х годах новые или модернизированные орудия начали оснащаться цифровыми прицелами, после успешного их применения в реактивных системах залпового огня, разработанных в 1970-х годах. В этих прицелах азимут и угол возвышения вводились вручную или автоматически в компьютер номера расчета, который затем направлял действия номера расчета при использовании механизмов горизонтальной и вертикальной наводки до тех пор, пока ствол не будет установлен в требуемое горизонтальное и вертикальное положение. При этом осуществлялась коррекция поперечного уровня орудия и использовалась обратная связь от электромеханических устройств, таких как гироскопы и электронные клинометры, выровненные по оси канала ствола. Впоследствии эти устройства были заменены кольцевыми лазерными гироскопами.

Modern indirect fire dates from the late 19th century. In 1882, Russian Lt Col KG Guk published Field Artillery Fire from Covered Positions that described a better method of indirect laying (instead of aiming points in line with the target). In essence, this was the geometry of using angles to aiming points that could be in any direction relative to the target. The problem was the lack of an azimuth instrument to enable it; clinometers for elevation already existed. The Germans solved this problem by inventing the Richtfläche, or lining plane, in about 1890. This was a gun mounted rotatable open sight, mounted in alignment with the bore, and able to measure large angles from it. Similar designs, usually able to measure angles in a full circle, were widely adopted over the following decade. By the early 1900s the open sight was sometimes replaced by a telescope and the term goniometer had replaced "lining plane" in English. The first incontrovertible, documented use of indirect fire in war using Guk's methods, albeit without lining plane sights was on 26 October 1899 by British gunners during the Second Boer War. Although both sides demonstrated early on in the conflict that could use the technique effectively, in many subsequent battles, British commanders nonetheless ordered artillery to be "less timid" and to move forward to address troops' concerns about their guns abandoning them. The British used improvised gun arcs with howitzers; the sighting arrangements used by the Boers with their German and French guns is unclear. Optical sights appeared in the first years of the 20th century, and the German Goerz panoramic sight became the pattern for the rest of the 20th century. They were graduated in degrees and 5 minute intervals, decigrads or mils (4320, 4000 or 6000/6300/6400 to a circle). A feature of 20th century laying was the use of one or two man laying. The US was notable for using two man laying, horizontal on one side of the gun, elevation on the other. Most other nations mostly used one man laying. The laying drill, dealing with all three axes, typically adopted this sequence: "roughly for line, roughly for elevation, cross level, accurately for line, accurately for elevation". The other main difference in sighting arrangements was the use of an elevation angle or alternatively the range. This issue became more complicated in World War I when the effects of barrel wear in changing muzzle velocity were fully recognised. This meant that different guns needed a different elevation angle for the same range. This led many armies to use an elevation angle calculated in a battery command post. However, in the 1930s the British adopted calibrating sights in which range was set on the sight, which automatically compensated for the difference of muzzle velocity from standard. An alternative to this was a 'gun rule' at each gun; in this case the range was set on the rule and an elevation angle read and given to the layer to set on the sight. The issue was finally resolved by the introduction of digital computers in the battery command post that calculated the correct elevation angle for the range and muzzle velocity accurately and quickly. Apart from calibrating sights, there was no significant difference in field artillery laying arrangements for most of the 20th century. However, in the 1990s new or modified guns started adopting digital sights, following their successful use in the multi launch rocket system developed in the 1970s. In these the azimuth and elevation were entered manually or automatically into a layers computer, then guided the layer's use of horizontal and elevation controls until the barrel was in the required horizontal and vertical alignment. This computed a correction for the cross level of the gun and used feedback from electro mechanical devices, such as gyroscopes and electronic clinometers, aligned to the axis of the bore. These devices were subsequently replaced by ring laser gyros.

Системы управления огнем

Военно-морская артиллерия на борту линкоров вскоре переняла схемы наведения орудий, в целом схожие с образцами береговой артиллерии, разработанными майором Уоткинсом. Внедрение пушек с дульным заряжанием, систем отката и бездымного пороха завершило переход от орудий, установленных на корпусе, к башенным установкам. Однако корабли имели усложнение по сравнению с наземными орудиями: они вели огонь с движущейся платформы. Это означало, что при расчете наведения необходимо было предсказывать будущее положение как корабля, так и цели. Для точного наведения использовались все более сложные механические вычислители, обычно с участием наблюдателей, передававших данные о дальности и направлении на центральный пункт управления, расположенный в глубине корабля. Там команды управления огнем вводили координаты, скорость и направление движения корабля и цели, а также различные поправки на эффект Кориолиса, влияние погоды на воздух и другие факторы. Полученные директивы, известные как решение для стрельбы, затем передавались в башни для наведения. Если снаряды отклонялись от цели, наблюдатель мог определить величину и направление отклонения, и эта информация возвращалась в вычислитель вместе с любыми изменениями в исходных данных для повторного выстрела. Первые примитивные системы управления огнем для флота были разработаны примерно во время Первой мировой войны. Артур Поллен и Фредерик Чарльз Дрейер независимо друг от друга создали первые такие системы. Поллен приступил к работе над этой проблемой после того, как заметил низкую точность корабельной артиллерии во время стрельб у Мальты в 1900 году. Лорд Кельвин, общепризнанный ведущий ученый Великобритании, первым предложил использовать аналоговый компьютер для решения уравнений, возникающих при относительном движении кораблей в бою и времени задержки полета снаряда, чтобы рассчитать необходимую траекторию и, следовательно, углы возвышения и направления орудий. Поллен стремился создать комбинированный механический компьютер и автоматический определитель дальности и скорости для использования в централизованной системе управления огнем. Для получения точных данных о положении и относительном движении цели Поллен разработал вычислительное устройство (или планшет) для сбора этих данных. Он добавил гироскоп для компенсации рыскания стреляющего корабля. Это также потребовало значительной доработки, на тот момент, примитивного гироскопа для обеспечения непрерывной и надежной коррекции. В 1905 и 1906 годах были проведены испытания, которые, хотя и не имели полного успеха, продемонстрировали перспективность. В его усилиях его поддерживали восходящие звезды адмирала Джеки Фишера, адмирала Артура Найвета Уилсона и директора морской артиллерии и торпедного вооружения (DNO) Джона Джеллико. Поллен продолжал свою работу, периодически проводя испытания на 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 получила большее признание в ВМС в своей окончательной модификации Mark IV*. Введение дистанционного управления облегчило создание полноценной, практически реализуемой системы управления огнем для кораблей Первой мировой войны, и к середине 1916 года большинство линкоров RN были оснащены ею. Дистанционный пост управления находился высоко над кораблем, где операторы имели лучший обзор, чем наводчики в башнях. Он также мог координировать огонь башен, чтобы их объединенный огонь действовал согласованно. Улучшенные прицелы и большие оптические дальномеры повысили точность определения положения противника в момент стрельбы. В конечном итоге система была заменена усовершенствованной "Адмиралтейской таблицей управления огнем" для кораблей, построенных после 1927 года. К 1950-м годам пушечные башни все чаще становились беспилотными, а наведение орудий осуществлялось дистанционно из центра управления кораблем с использованием данных от радаров и других источников. Телескопические прицелы для танков были приняты на вооружение до Второй мировой войны, и обычно имели средства компенсации движения цели и шкалы для различных дальностей. Существовало два основных типа танковых прицелов. Либо прицел был жестко соосен с осью ствола, с отметками дальности на прицеле, и наводчик совмещал отметку дальности с целью. Либо во время наведения наводчик физически устанавливал дальность, смещая ось ствола от оси прицела на нужную величину и наводил, используя центральную отметку прицела. Некоторые прицелы имели средства оценки дальности, например, с использованием стадиметрического метода. Другие танки использовали оптический дальномер совмещения или, после Второй мировой войны, пулемет для определения дальности. С 1970-х годов их заменили лазерные дальномеры. Однако танковые пушки не могли стрелять точно во время движения до внедрения стабилизации орудия. Это произошло в конце Второй мировой войны. Некоторые системы были гидравлическими, другие использовали электрические сервоприводы. В 1970-х годах танки начали оснащаться цифровыми компьютерами.

Naval artillery on board capital ships soon adopted gunlaying arrangements broadly similar to Major Watkins' coast artillery pattern. The introduction of breech loading guns, then recoil systems and smokeless powder, completed the change in warship armament from hull mounted to turreted guns. However, ships had a complication compared to land based guns: they were firing from a moving platform. This meant that their laying calculations had to predict the future position of both ship and target. Increasingly sophisticated mechanical calculators were employed for proper gun laying, typically with various spotters and distance measures being sent to a central plotting station deep within the ship. There the fire direction teams fed in the location, speed and direction of the ship and its target, as well as various adjustments for Coriolis effect, weather effects on the air, and other adjustments. The resulting directions, known as a firing solution, would then be fed back out to the turrets for laying. If the rounds missed, an observer could work out how far they missed by and in which direction, and this information could be fed back into the computer along with any changes in the rest of the information and another shot attempted. Rudimentary naval fire control systems were first developed around the time of World War I. Arthur Pollen and Frederic Charles Dreyer independently developed the first such systems. Pollen began working on the problem after noting the poor accuracy of naval artillery at a gunnery practice near Malta in 1900. Lord Kelvin, widely regarded as Britain's leading scientist first proposed using an analogue computer to solve the equations which arise from the relative motion of the ships engaged in the battle and the time delay in the flight of the shell to calculate the required trajectory and therefore the direction and elevation of the guns. Pollen aimed to produce a combined mechanical computer and automatic plot of ranges and rates for use in centralised fire control. To obtain accurate data of the target's position and relative motion, Pollen developed a plotting unit (or plotter) to capture this data. He added a gyroscope to allow for the yaw of the firing ship. Again this required substantial development of the, at the time, primitive gyroscope to provide continuous reliable correction. Trials were carried out in 1905 and 1906, which although completely unsuccessful showed promise. He was encouraged in his efforts by the rapidly rising figure of Admiral Jackie Fisher, Admiral Arthur Knyvet Wilson and the Director of Naval Ordnance and Torpedoes (DNO), John Jellicoe. Pollen continued his work, with tests carried out on Royal Navy warships intermittently. Meanwhile, a group led by Dreyer designed a similar system. Although both systems were ordered for new and existing ships of the Royal Navy, the Dreyer system eventually found most favour with the Navy in its definitive Mark IV* form. The addition of director control facilitated a full, practicable fire control system for World War I ships, and most RN capital ships were so fitted by mid 1916. The director was high up over the ship where operators had a superior view over any gunlayer in the turrets. It was also able to co ordinate the fire of the turrets so that their combined fire worked together. This improved aiming and larger optical rangefinders improved the estimate of the enemy's position at the time of firing. The system was eventually replaced by the improved "Admiralty Fire Control Table" for ships built after 1927. By the 1950s gun turrets were increasingly unmanned, with gun laying controlled remotely from the ship's control centre using inputs from radar and other sources. Telescopic sights for tanks were adopted before World War II, and these sights usually had a means of aiming off for target movement and graticules marked for different ranges. Tank sights were of two general types. Either the sight was in fixed alignment with the axis of the bore with ranges marked in the sight, and the gunner laid the range mark on the target. Or during laying the gunner physically set the range to offset the axis of the bore from the axis of the sight by the correct amount and laid using the centre mark in the sight. Some sights had a means of estimating the range, for example using a stadiametric method. Other tanks used an optical coincident range finder or after World War II, a ranging machine gun. From the 1970s these were replaced by laser range finders. However, tank guns could not be fired accurately while moving until gun stabilisation was introduced. This appeared at the end of World War II. Some were hydraulic, while others used electrical servos. During the 1970s tanks started being fitted with digital computers.

Размещение зенитной пушки

Необходимость применения воздушных шаров и дирижаблей, как с земли, так и с кораблей, была признана в начале XX века. Вскоре к этому списку добавились самолеты, а остальные утратили свою актуальность. Зенитная стрельба велась прямым наведением, наводчик целился в самолет. Однако цель движется в трех измерениях, что делает ее сложной целью. Основная проблема заключается в том, что либо наводчик целится в текущее положение цели, и какой-то механизм наводит орудие в будущее положение (с учетом времени полета снаряда), либо наводчик целится в будущее положение воздушного судна. В любом случае, проблема состоит в определении высоты, скорости и направления цели и в умении "опережать" (иногда называемое отклонением) для учета времени полета зенитного снаряда. Немецкие воздушные атаки на Британские острова начались в начале Первой мировой войны. Зенитная артиллерия была сложным делом. Задача заключалась в успешном наведении снаряда на взрыв вблизи будущего положения цели, при этом на прогнозируемую траекторию снаряда влияло множество факторов. Это называлось вычислением отклонения, на прицеле устанавливались и корректировались углы отклонения по дальности и углу возвышения по мере движения цели. В этом методе, когда прицел был наведен на цель, ствол орудия был направлен в будущее положение цели. Дальность и высота цели определяли длину взрывателя. Сложности возрастали по мере улучшения характеристик самолетов. Британцы в первую очередь занялись измерением дальности, поняв, что дальность является ключевым фактором для более точной настройки взрывателя. Это привело к созданию дальномера высоты/дальности (HRF), первой моделью которого был Barr & Stroud UB2 – 2-метровый оптический дальномер, установленный на штатив. Он измерял расстояние до цели и угол возвышения, что вместе давало высоту самолета. Это были сложные приборы, и использовались также различные другие методы. Вскоре к HRF присоединился индикатор высоты/взрывателя (HFI), на котором были нанесены углы возвышения и линии высоты, перекрытые кривыми длины взрывателя. Используя высоту, сообщаемую оператором HRF, можно было определить необходимую длину взрывателя. Однако для решения проблемы вычисления отклонения требовалось знать скорость изменения положения цели. И Франция, и Великобритания внедрили тахиметрические устройства для отслеживания целей и определения вертикальных и горизонтальных углов отклонения. Французская система Брока была электрической: оператор вводил дальность до цели, и данные отображались на пушках; она использовалась с их 75-мм орудиями. Британский директор стрельбы Уилсон Далби использовал пару следящих операторов и механическую тахиметрию; оператор вводил длину взрывателя, а углы отклонения считывались с приборов. В 1925 году британцы приняли новый прибор, разработанный компанией Vickers. Это был механический аналоговый компьютер "Predictor AA No 1". Учитывая высоту цели, операторы отслеживали цель, а вычислитель выдавал данные о пеленге, угле возвышения и настройке взрывателя. Эти данные электрически передавались на орудия, где отображались на повторных циферблатах для наводчиков, которые "совмещали указатели" (данные о цели и фактические данные орудия) для наведения орудий. Эта система повторных электрических циферблатов была основана на системах, внедренных британской береговой артиллерией в 1880-х годах, и многие офицеры зенитной артиллерии имели опыт службы в береговой артиллерии. Подобные системы были приняты и в других странах, например, более поздняя разработка Sperry, обозначенная как M3A3 в США, также использовалась Великобританией как "Predictor AA No 2". Дальномеры высоты также увеличивались в размерах. В Великобритании дальномер Barr & Stroud UB 2 времен Первой мировой войны (с оптической базой 2 метра) был заменен на UB 7 (с оптической базой 2 метра) и UB 10 (с оптической базой 5 метров, использовался только на стационарных позициях зенитной артиллерии). Компании Goertz в Германии и Levallois во Франции производили подобные приборы. К началу Второй мировой войны ситуация была примерно следующей: для целей на расстоянии до нескольких тысяч ярдов использовались малокалиберные автоматические орудия с простыми прицелами, позволявшими наводчику оценивать опережение на основе приблизительной оценки дальности и скорости цели; для более дальних целей использовались механические вычислители, которые отслеживали цель, получая данные от оптических или радиолокационных дальномеров и вычисляя данные для стрельбы, включая поправки на ветер и температуру. После Второй мировой войны вычислители перешли от электромеханических аналоговых компьютеров к цифровым, но к этому времени тяжелые зенитные орудия были заменены ракетами. Однако электроника позволила малокалиберным орудиям перейти к полностью автоматическому наведению.

The need to engage balloons and airships, from both the ground and ships, was recognised at the beginning of the 20th century. Aircraft were soon added to the list and the others fell from significance. Anti aircraft was direct fire, the layer aiming at the aircraft. However, the target is moving in three dimensions and this makes it a difficult target. The basic issue is that either the layer aims at the target and some mechanism aligns the gun at the future (time of flight) position of the target or the layer aims at the future position of the aircraft. In either case the problem is determining the target's height, speed and direction and being able to 'aim off' (sometimes called deflection laying) for the anti aircraft projectile time of flight. German air attacks on the British Isles began at the beginning of the First World War. Anti aircraft gunnery was a difficult business. The problem was of successfully aiming a shell to burst close to its target's future position, with various factors affecting the shells' predicted trajectory. This was called deflection gun laying, 'off set' angles for range and elevation were set on the gunsight and updated as their target moved. In this method when the sights were on the target, the barrel was pointed at the target's future position. Range and height of the target determined fuze length. The difficulties increased as aircraft performance improved. The British dealt with range measurement first, when it was realised that range was the key to producing a better fuse setting. This led to the Height/Range Finder (HRF), the first model being the Barr & Stroud UB2, a 2 metre optical coincident rangefinder mounted on a tripod. It measured the distance to the target and the elevation angle, which together gave the height of the aircraft. These were complex instruments and various other methods were also used. The HRF was soon joined by the Height/Fuze Indicator (HFI), this was marked with elevation angles and height lines overlaid with fuze length curves, using the height reported by the HRF operator, the necessary fuse length could be read off. However, the problem of deflection settings—'aim off'—required knowing the rate of change in the target's position. Both France and UK introduced tachymetric devices to track targets and produce vertical and horizontal deflection angles. The French Brocq system was electrical, the operator entered the target range and had displays at guns; it was used with their 75 mm. The British Wilson Dalby gun director used a pair of trackers and mechanical tachymetry; the operator entered the fuse length, and deflection angles were read from the instruments. v

In 1925 the British adopted a new instrument developed by Vickers. It was a mechanical analogue computer Predictor AA No 1. Given the target height its operators tracked the target and the predictor produced bearing, quadrant elevation and fuze setting. These were passed electrically to the guns where they were displayed on repeater dials to the layers who 'matched pointers' (target data and the gun's actual data) to lay the guns. This system of repeater electrical dials built on the arrangements introduced by British coast artillery in the 1880s, and coast artillery was the background of many AA officers. Similar systems were adopted in other countries and for example the later Sperry device, designated M3A3 in the US was also used by Britain as the Predictor AA No 2. Height finders were also increasing in size, in Britain, the World War I Barr & Stroud UB 2 (7 feet (2 m) optical base) was replaced by the UB 7 (7 feet (2 m) feet optical base) and the UB 10 (18 feet (5 m) optical base, only used on static AA sites). Goertz in Germany and Levallois in France produced instruments. By World War II the situation was largely as follows: for targets up to a few thousand yards away, a smaller calibre automatic gun was used, with simple sights that enabled a layer to judge the lead based on estimates of target range and speed; for longer range targets, manually controlled predictors were used to track the target, taking inputs from optical or radar rangefinders, and calculating firing data for the guns, including allowance for wind and temperature. After World War II predictors changed from being electro mechanical analogue computers to digital computers, but by this time heavy anti aircraft guns had been replaced by missiles, but electronics enabled smaller guns to adopt fully automated laying.