舰R百科是靠无数志愿编辑者持续地建设更新完善的。编辑非常简单,无需代码知识,请勇于更新页面!
编辑入门 | 资助百科 | 留言讨论页 | 微博@舰R百科 | 百科编辑讨论Q群:366818861
战舰少女R走过第12年啦!快来看看大家的祝福吧!→十二周年贺图集

MK48岸轰火控计算机

舰R百科,玩家自由编辑的战舰少女R百科
跳转到导航 跳转到搜索

在海军舰艇对岸上目标进行射击的战斗中,不论这艘舰艇属于哪个国家,总是会不可避免地遇到一个问题:陆地不像海面是一马平川的,它上面有的是山地、丘陵和盆地这样的复杂地形。所以,如果狡猾的敌人不按照常理出牌,并不把岸上目标放在舰艇一眼就能看到的位置,反倒是把它们藏在山地或者丘陵的反斜面,那么任你的射击指挥仪到底有多先进,你也不可能通过射击指挥仪找到目标;而既然射击指挥仪没法看见目标,那么利用射击指挥仪来对目标进行测距和测向,到头来就成了空话一句;可要是目标的距离和方向都不知道的话,舰艇又怎么可能命中目标呢?

有朋友可能会说:假如是这样的话,那我们能不能先找一张包含了目标的地图,然后在地图上确定本舰的位置,直接量取出目标相对于我们的方位和距离,并用这个方位和距离作为输入量去装定火控计算机呢?

这当然是可以的。事实上,这就是美国海军在二战中广泛采用的岸轰海图(bombardment chart)法。但是,由于当时还没有卫星定位系统,舰艇只能通过惯性导航和航海绘算来进行定位,定位作业繁琐并且误差很大,不能保证高效地执行岸轰任务。

Mmexport661de7c6d28ff5d1e981687b589b8c70_1793893771542

那么怎么办呢?

美国人想到了另一个法子。

Mmexport1793893884225

如图所示。假如说目标T是不可见的,但是与此同时,岸轰海图上还有一个本舰直接可见的参考点S,并且TS是不重合的。那么,当我们测定出S相对于我们的方位和距离时,由于TS之间的相对位置已知,我们其实就已经知道了目标相对于我们的方位和距离。举例来说:

设本舰为原点O,Y轴正方向为正北,X轴正方向为正东。参考点S坐标为(1,1),同时我们知道目标T在参考点的正东方向2个单位长度、正北方向3个单位长度,于是我们就能知道T的坐标是(3,4)。那么,我们就可以直接推出,T大约在本舰的北偏东37°方向5个单位长度。由于参考点S是可见的,它的坐标我们是可以精准测定的,这就意味着T相对于我们的方位和距离也被精准确定了——显然,这种方法比起繁琐还不精确的惯性导航加航海绘算来说要方便准确得多。

于是就有了MK48岸轰火控计算机。这种计算机实际上并不是一种独立的火控计算机,而是一台“挂靠”在MK8对海火控计算机或者MK1A高平两用火控计算机上的坐标转换计算机。它的基本工作原理是这样的——因为是“基本”,所以我们在接下来的内容中将不讨论由火控计算机自身完成的横纵摇修正:

一:MK48岸轰火控计算机的数学原理

首先确定参考点S相对于本舰的真方位B、斜距R和高程Hs。其中的B和R都是可以由指挥仪直接确定的,而Hs则依靠岸轰海图上的等高线来确定,并需要在岸轰准备阶段输入火控计算机中。这时候,计算机将会确定参考点同本舰的水平距离Rh和仰角Es:

Mmexport1793894076554

Rh=RcosEs

Hs=RsinEs

MK48岸轰火控计算机用了一个设计来迅速而精确地同时求取这两个值。简单来说,它会不断比较根据计算机内的参考点仰角γ和实际斜距R算出来的“参考点高程”与实际输入的参考点高程,也就是用R×sinγ去和Hs相比。无疑,当且仅当γ=Es时,R×sinγ与Hs相同。因此,在R×sinγ和Hs不同时,两者间的差值信号就会驱动γ不断向Es逼近;在γ最终等于Es时,Rh也就是RcosEs就一并出来了。总之,这样我们就确定了参考点在东-北坐标系中的坐标:

Mmexport1793894198716

S(Rh×sinB,Rh×cosB)

然后我们再通过岸轰海图,确定目标T同参考点S在东-北坐标系中的坐标差Xc和Yc,以及目标本身的高程Ht。于是,目标T的平面坐标就是:

Mmexport1793924405685

(Rh×sinB+Xc,Rh×cosB+Yc)

把Rh×sinB+Xc记作Xt,把Rh×cosB+Yc记作Yt。

然后,我们就要把Xt和Yt转换成目标相对于本舰的真方位和水平距离了。

怎么转换呢?

Mmexport1793924505643

如图所示。目标相对于本舰的水平距离TRh其实是比较好求的。假如说目标的真方位是TB,那么TRh在数值上就等于:

Xt×sinTB+Yt×cosTB

但是目标的真方位TB本身就不太好求了。一般来说,最直接的方法是直接拿Xt去除以Yt得到tanTB,然后再对这个值求arctan,也就是arctan(Xt/Yt)。但是,MK48火控计算机用的却是一种更加巧妙的方法。

从图中我们可以看出,当目标T的横坐标为Xt、纵坐标为Yt,并且目标相对于本舰的真方位为TB时,Xt×cosB和Yt×sinB的值是一样的。也就是说,Xt×cosB-Yt×sinB应该等于0。

现在,假设火控计算机里面有个推测的目标真方位θ。此时火控计算机将会利用θ值,对Xt和Yt分别乘以cosθ和sinθ,并把两者相减以得到一个误差Bc:

Bc=Xt×cosθ-Yt×sinθ

因为Xt同时等于TRh×sinTB,Yt同时等于TRh×cosTB,原式又可以写成:

Bc=TRh×sinTB×cosθ-TRh×cosTB×sinθ

根据三角恒等式,这个式子又可以写成:

Bc=TRh×(sinTB×cosθ-cosTB×sinθ)

即Bc=TRh×sin(TB-θ)。

显然,在TB与θ不相差180°的倍数的情况下,当且仅当θ=TB时原式等于0。因此,这个误差对应的信号就会使计算机内的θ向TB修正,直至θ=TB、Bc=0时修正停止,此时计算机就得出了目标的真方位TB。而与此同时,由于TB已经确定,Xt×sinTB+Yt×cosTB的值也随之确定,所以我们也同时得到了TRh。

最后,我们还要对目标的Et仰角和斜距TR进行求取。因为目标高程Ht已知,根据前面的经验,我们又可以得到:

Mmexport1793924706290

TRh×cosEt+Ht×sinEt=TR

以及:

Ht×cosEt-TRh×sinEt=0

这样,我们就同时求得了Et、TR和TB,也就是目标的仰角、斜距和真方位的精确值。于是,火控计算机便能够根据这三个数据直接计算出火炮的射向,并通过自动调炮系统遥控火炮瞄准目标。

二:MK48岸轰火控计算机的操作

那么,我们要怎么用MK48火控计算机来指挥对岸炮击呢?

让人出乎意料的事,操作这种计算机的过程在某些方面还特别像操作现代计算机。

我们来看看MK48火控计算机。这台计算机本身是长这样的:它是一个方方正正的机柜,机柜的顶部有一块35英寸×35英寸的透明标绘板,我们姑且把它当成是这台火控计算机的屏幕好了;在标绘板的右边是火控计算机的控制面板,包括电力开关、时间电机开关、射击指挥仪选择开关、工作指示灯、待机指示灯、本舰速度手轮、本舰速度计数器、参考点高程手轮、参考点仰角计数器、参考点高程计数器、目标高程手轮、目标高程计数器、参考点真方位手轮、雷达信标指示灯、参考点真方位表盘、参考点距离表盘、参考点距离手轮、雷达信标开关、东西校射表盘、南北校射表盘、东西校射手轮和南北校射手轮等各种显控装置,我们暂且把它当成MK48计算机的“侧边工具栏”;而在计算机的右侧面还有五个我们需要重点关注的控制装置,从左往右分别是一个参考点纵坐标手轮、一个目标纵坐标手轮、一个8个挡位的模式选择开关、一个目标横坐标手轮和一个参考点横坐标手轮,我们就把这块区域当成是计算机的输入键盘好了。

Mmexport1793924906558

那么,我们怎么操作它呢?

首先,我们需要导入地图。

我们前面说过,MK48计算机有一块35英寸×35英寸的透明标绘板。为了“导入地图”,我们要把35英寸×45英寸尺寸的标准岸轰海图裁剪成35英寸×35英寸的大小,并把它和透明标绘板边缘的定位标对齐,再用强力胶带把它粘在透明标绘板上;在开机流程正确无误的情况下,我们会看到一个十字形的分划光标从标绘板底下投射出来,映在岸轰海图上。这样,我们就算是往计算机中导入了包含有参考点和目标位置的地图。

Mmexport1793924972868

然后,我们要向计算机中键入参考点和目标的高程信息。这一步是通过我们前面说的侧边工具栏来实现的:我们要先从岸轰海图的等高线上读出参考点和目标的高程信息,然后转动参考点高程手轮和目标高程手轮,将参考点高程和目标高程分别“键入”计算机里,直至参考点高程计数器和目标高程计数器显示的数据和读出的参考点高程与目标高程一致。在这一过程中,这两个手轮便会分别驱动R4005电位器和R4006电位器;所谓的电位器就是一种接在参考电压上的滑动变阻器。由于滑动变阻器有分压作用,当两个电位器在手轮的驱动下旋转时,它们就会分别输出比例于参考点高程和目标高程的电压。

Mmexport1793925065344

然后,我们需要选择参考点。此时,我们就需要用到计算机的“键盘”部分了:首先,将模式选择开关打到“岸轰参考点”(SHORE BOMB REF-PT)挡位,然后转动参考点横坐标手轮和参考点纵坐标手轮。这时候,两个手轮便会分别驱动R4010和R4011两个电位器,输出两个比例于电位器转值的电压。同时,这两个电压还会分别进入伺服系统ZB4300和ZB4301,同标绘板横轴螺杆电位器R100和标绘板纵轴螺杆电位器R101的输出电压相比较,产生的误差电压便会分别由放大器ZA4300和ZA4301控制横轴螺杆的驱动电机B100和纵轴螺杆的驱动电机B101;这时候我们就会观察到,投影在岸轰海图上的十字分划光标开始随着手轮的转动而移动。当十字分划光标对准参考点的位置时,R4010和R4011输出的就是比例于Xa和Ya的电压,参考点的坐标就这么以电信号的形式被“存储”了下来。

Mmexport1793925133786

Mmexport1793925138227

现在,我们就要选择打击目标了。把之前选择参考点时使用过的模式选择开关再打到“岸轰目标”(SHORE BOMB TGT)位置,这时候接入伺服系统ZB4300和ZB4301的电压就变成了R4003和R4004两个电位器的电压;这两个电位器分别由目标横坐标手轮和目标纵坐标手轮驱动,同样由这两个手轮驱动的电位器还有R4012和R4013。但是,这四个电位器输出的电压非常特殊:其中R4003和R4004输出的是比例于手轮转值的正向电压,但R4012和R4013输出的电压却会被反置,变成比例于手轮转值的反向电压。这样,当我们转动目标横纵坐标手轮向计算机中键入Xt和Yt时,当十字分划光标在伺服系统的驱动下停在岸轰海图上的目标上时,R4003和R4004输出的电压信号分别代表Xt和Yt,可R4012和R4013输出的却是-Xt和-Yt。这时候,因为计算机内的Rh×sinB和Rh×cosB也是反置信号,我们就会得到计算机内的目标横坐标,也就是:

-Rh×sinB+Xa-Xt,即-(Rh×sinB+Xt-Xa)。因为Xt-Xa=Xc,这就是-(Rh×sinB+Xc)。

在目标纵坐标方向上,计算机的处理方法和这个是一样的。再将这两个输出一并反向,我们就得到了Rh×sinB+Xc和Rh×cosB+Yc。于是根据前面的分析,MK48岸轰火控计算机就可以通过TB拟合与Et拟合求出TB、Et和TR,并把它们输入到直接指挥火炮的MK8或者MK1A火控计算机中,火炮即自动瞄准目标。因为射击指挥仪能够非常精确地跟踪参考点,Rh和B全部已知,基于它们计算出来的目标相对坐标会非常准确,要远强于使用惯性导航加航海绘算法推导出来的目标相对坐标。

Mmexport1793925313775

所以,MK48岸轰火控计算机的操作其实是非常简单的。首先导入地图、键入参考点和目标的高程,然后切换模式至岸轰参考点、转动参考点横纵坐标手轮将十字分划光标移到参考点上,再切换模式至岸轰目标、转动目标横纵坐标手轮,使十字分划光标重新对准目标,然后你就可以——开火开火开火!光标指到哪儿,炮弹就打到哪儿。

三:校射

有些时候,由于导入的岸轰海图有制图误差,虽然十字分划光标已经对准了目标的位置,但炮弹的落点实际上是和目标有偏差的;这不是计算机的问题,而是导入地图的问题。在这种情况下,我们就需要使用MK48计算机的校射功能,使得光标不动、但计算机已经对地图误差进行了校正。

校射功能使用的是计算机侧边工具栏中的东西校射手轮、东西校射表盘、南北校射手轮和南北校射表盘。当我们确定了炸点和目标之间在东西和南北方向上的偏差之后,我们就转动东西和南北校射手轮,向计算机中键入应该修正的偏差量,这个已经键入的值可以从东西和南北校射表盘上读出。而就在手轮转动的时候,东西校射手轮和南北校射手轮将会分别驱动两个单独的电位器R4016和R4017,以输出比例于电位器转值的反向电压-Xj和-Yj;由于这两个电压并不进入ZB4300和ZB4301,虽然它们已经被叠加到了之前算出的-(Rh×sinB+Xc)和-(Rh×cosB+Yc)上,但岸轰海图上的十字分划光标并不会移动,这就实现了对光标所对应坐标的修正也就是“校射”。

Mmexport1793925449893

四:反跑道射击

因为MK48岸轰火控计算机的操作真的非常简单——只要岸轰海图可靠、参考点和目标的高程输得对、参考点的位置选定正确,那么光标指到哪里,炮弹就能够打到哪里,MK48岸轰火控计算机已经可以很轻松地完成一些非常复杂的岸轰任务了;其中最为典型的就是反跑道射击。因为跑道本身不是一个“点”目标而是一条“线”目标,单独射击一个点并不能保证把跑道完全摧毁。在使用惯性导航加航海绘算来指挥岸轰的年代,这真的非常让人头疼;但在使用MK48火控计算机的情况下,只要目标高程输得没问题,那我们就可以转动目标横纵坐标手轮,让计算机投射出的十字分划光标沿着岸轰海图上跑道的走向移动;于是,炮弹的落点就会沿着跑道一路移过去,直到把整条跑道都跟拉拉链似地拉开。当然,在需要打击敌方的交通运输线时,这种方法也可以用来破坏敌方的道路甚至运输车队,从车队一头接连不断地炸到另一头的炮弹足够把车队所在的公路变成一条“死亡公路”了。

Mmexport1793925510009

五:雷达信标

但是这里面还有一个问题:由于海岸地形复杂,当我们的指挥仪使用火控雷达跟踪参考点时,参考点有可能会被淹没在地杂波当中,致使火控雷达看不到参考点。为了应对这种问题,美国人开发了一种新的设备,叫做雷达信标。它本质上是一种无线电应答机,被设定为可以由火控雷达的雷达波触发;当火控雷达照射参考点上预先架设好的雷达信标时,雷达信标便被激活,向外界发射一个具有明显特征的“无线电回令”。由于这个回令信号是有明显特征的,火控雷达的操作员可以非常方便地把它从地杂波当中分辨出来,并使用雷达对它进行测距和测向。

Mmexport1793925613922

然而,这种独特的参考点明确化方法还是有美中不足之处的。因为雷达信标本身是一个应答机,它几乎没有办法在接收到雷达波的瞬间就触发回令;结果,在雷达波到达雷达信标和雷达信标发射回令之间就出现了一段时延。而我们知道,雷达是通过公式S=vt来计算目标距离的,所以一旦从发射到接收的时间被这段时延拖长,雷达感受到的距离就会比真实值更大。因此,在使用雷达信标进行参考点跟踪之前,我们还要设定计算机右端面上的调节螺丝,使雷达信标延迟修正表盘(Rj dial)显示的数值与真实的时延距离误差一致;这时候,在雷达信标开关打开的情况下,计算机就会自动地把这段时延对应的距离误差补偿掉。

Mmexport1793925659261

六:对舰模式下的目标航迹标绘

看到这个小标题,是不是有不少朋友一下子就坐直了?没错,这就是大家想的那种目标航迹标绘。

在我们前面使用过的模式选择开关上有一个挡位叫做目标航位推算(DEAD REK’NG-TARGET)。假如我们把模式选择开关打到这个挡位,那么进入ZB4300伺服器的电信号就变成了Xa+ΔXo+Rh×sinB;同理,进入ZB4301伺服器的电信号就是Ya+ΔYo+Rh×cosB。

Mmexport1793925753385

那么,这个ΔXo和ΔYo是何方神圣呢?

Mmexport1793925795332

我们来看看这张图。可以看到,在接收了本舰速度So与本舰航向Co之后,差速器H40D2和机械分解器(MECHANICAL RESOLVER)就共同产生了单位时间内本舰横坐标的变量dXo和单位时间内本舰纵坐标的变量dYo。这两个数值分别用来装定球盘式积分器H4002和H4001中的摩擦球对,使得两个球盘式积分器的输出轴转动速度正比于dXo和dYo;也就是说,单位时间内本舰的横坐标改变得越多,Xo输出轴就转得越快;单位时间内本舰的纵坐标改变得越多,Yo输出轴就转得越快。没错,所谓的ΔXo和ΔYo,实际上就是用从开始积分算起H4002和H4001的输出轴转值表述的本舰横纵坐标改变量。把这两个值加上初始的Xa和Ya,再和观察到的Rh×sinB与Rh×cosB相加,得到的可不就是目标的坐标吗?于是,随着两个积分器不断更新本舰的横纵坐标变化量,持续跟踪目标的射击指挥仪不断更新目标的Rh和B,投射在海图或者空白标绘纸上的十字分划光标就会跟着目标动起来,从而连续地还原出目标在大地坐标系内的运动。此时,只要按照常规操作每隔一分钟在分划光标上标一个点,就可以得到以点迹形式表现的目标航迹;再用MK48岸轰火控计算机自带的量角规和刻度尺一量,我们就能直接量出目标的航速和航向,并用它去装定MK8或者MK1A火控计算机——航速就是目标航迹在某段时间内的长度,航向就是目标航迹的指向。你看,前卫号战列舰AFCT MKX的目标航迹标绘能力,配备了MK48岸轰火控计算机的MK8或者MK1A火控计算机系统一样具备;不过是一个是拿铅笔标绘,一个是拿光标显示罢了。当然,为了防止目标在机动中跑得太远而导致光标“跑出”标绘区域,在开始这种模式之前,我们还需要根据交战距离选择标绘比例尺:如果交战距离≤16000码,那么就选择25000:1的比例尺;如果交战距离>16000码,那么就选择50000:1的比例尺。

Mmexport1793925867228

七:MK48岸轰火控计算机的技术特点

前面我们讲的都只是MK48岸轰火控计算机的原理和操作方法,但我们从来没有说过这型火控计算机究竟是如何在技术上实现它的。要真这么说的话,MK48计算机可了不得;虽然在这型计算机的外壳里同样可以看到大量的机械式运算器件,但是除此之外,电子管装置也已经开始在计算机中出现。

那么一共多少只电子管呢?

264只。

是的,你没听错,264只,其中包括17只OA2WA稳压管、1只OA3稳压管、8只OB2WA稳压管、1只5651WA稳压管、52只5726或6AL5W双二极管、51只5751双三极管、21只5814A双三极管、36只5932束射四极管、16只6005或6AQ5W束射四极管、7只6080WA双三极管、30只6AU6WA五极管、5只6AV6双复合二极/三极管、2只6X4W双二极管、17只12AT7WA双三极管。在计算机工作时,这些大灯泡似的电子管剧烈地发热,因此计算机必须依靠装在计算机左端面上的冷却风机不断抽出机内的热空气来进行强制冷却,跟电脑的主板风扇似的;而且,MK48也确实采用了类似于“主板”的设计,运算器件被安装在可以从机柜中拉出的“抽屉”里,需要更换直接拉出来就行,非常方便。

Mmexport1793925974067

八:总结

总而言之,MK48岸轰火控计算机是一种非常强大的火控计算机,它让人类海军又在朝陆地投射火力的方面往前迈进了一步。按照在得梅因号重巡洋舰上干过的蒂龙·加布里埃尔·马丁中校的说法,在一次夜间岸轰演习中,借助MK48岸轰火控计算机的指挥,岸上观察哨呼叫的第一发127炮照明弹就在准确的位置亮起,随后呼啸而至的首群203炮弹直接命中了目标,几乎称得上是点杀,MK48岸轰火控计算机的强大由此可见一斑。