Система управления огнём крейсеров «Де Мойн»

Система управления огнём американских тяжёлых кораблей: опыт крейсеров типа «Де Мойн»

Основы управления морской артиллерийской стрельбой

Морская система управления огнём должна решить две главные задачи: определить необходимые значения прицела и целика, а затем обеспечить выстрел в подходящий момент. Формулировка выглядит простой, однако в реальном бою расчёт требуемых установок был чрезвычайно сложным.

В морских сражениях периода мировых войн артиллеристам приходилось стрелять с упреждением. Снаряд направлялся не непосредственно в находившийся перед орудиями корабль, а в точку, где цель должна была оказаться к моменту падения боеприпаса. Поэтому сначала требовалось спрогнозировать будущее положение противника относительно собственного корабля.

Для такого расчёта необходимо было знать текущую и прогнозируемую величину изменения расстояния, или ВИР, а также величину изменения пеленга, ВИП. Обе характеристики зависели от курса и скорости стреляющего корабля и цели.

Параметры собственного корабля обычно были известны и постоянно находились в распоряжении артиллеристов. Исключением могли стать непредсказуемые манёвры, выполняемые по решению командира. Уже в годы Второй мировой войны сведения о движении своего корабля научились автоматически передавать в аналоговые вычислительные устройства.

Информация о противнике поступала от командно-дальномерных постов. Они определяли дистанцию до цели и её пеленг. Однако знание ВИР и ВИП решало только первую часть задачи. Затем необходимо было учесть все факторы, влияющие на траекторию снаряда.

К ним относились влажность воздуха, направление и скорость ветра, начальная скорость боеприпаса, зависевшая от типа снаряда и заряда, температура пороха, девиация и другие параметры. Нельзя было автоматически предполагать, что цель движется равномерно и прямолинейно: противник мог изменить курс или скорость. То же самое относилось к собственному кораблю.

Отдельную проблему создавала качка. Палуба постоянно меняла положение, из-за чего линия прицеливания отклонялась. Системе управления огнём требовалось компенсировать это воздействие.

Чем больше становилась дистанция боя, тем выше были требования к точности всех элементов системы. Даже при изучении морских сражений Русско-японской войны невозможно ограничиться сведениями о калибре орудий и типах кораблей. На результат влияли организация управления огнём, качество дальномеров и надёжность передачи данных к башням.

В период Первой и Второй мировых войн системы управления огнём непрерывно усложнялись. Их возможности становились одним из важнейших факторов противостояния крупных артиллерийских кораблей. Поэтому корректное сравнение советских «средних» крейсеров проекта 66 с американскими тяжёлыми крейсерами типа «Де Мойн» невозможно без учёта установленного на них оборудования управления стрельбой.

Общая схема системы управления огнём «Де Мойнов»

Тяжёлые крейсера типа «Де Мойн» получили одну из наиболее совершенных для своего времени систем управления огнём. Американские комплексы конца 1940-х — начала 1950-х годов, вероятно, были лучшими в мире, хотя их сопоставление с британскими системами требует отдельного анализа. Советский Союз в тот период в значительной степени догонял США в этой области.

Американская система, обычно обозначавшаяся по входившим в неё директорам как Mk.54, в штатном режиме использовала два директора. Каждый из них располагал дальномером и радиолокационной станцией. Собранные сведения направлялись в центральный артиллерийский пост, где формировалось огневое решение. После этого рассчитанные установки передавались башням главного калибра.

Основным способом работы была централизованная наводка. Силовые приводы автоматически устанавливали прицел и целик орудий в соответствии с данными, рассчитанными центральным артиллерийским постом. Выстрел отдельного орудия или всего залпа также производился по команде управляющего огнём, нажатием соответствующей кнопки.

При исправной системе расчёты башен практически не участвовали ни в установке прицела, ни в непосредственном производстве выстрела. Их задача заключалась в обеспечении работы орудийных установок и выполнении команд централизованной системы.

Офицер, отвечавший за управление огнём, находился в специальном помещении, которое называлось fire control tower. Точно определить, являлось ли оно частью боевой рубки, затруднительно. Известно, что эта огнеконтрольная башня имела более серьёзную защиту, чем отдельные директоры.

На кораблях ВМС США помещение комплектовалось перископами и индикаторами. Кроме того, в нём предусматривалось оборудование, способное с пониженной эффективностью выполнять функции директора и центрального артиллерийского поста. Это позволяло продолжать управление огнём при отказе или уничтожении отдельных элементов системы.

Для крейсеров «Де Мойн», вероятно, могли предусматриваться аналогичные резервные средства. Есть основания предполагать, что корабли этого типа имели второй, запасной центральный артиллерийский пост, хотя точные сведения по этому вопросу требуют уточнения.

В целом конструкция допускала несколько вариантов ведения огня в зависимости от полученных повреждений. При уничтожении централизованного управления данные от директоров могли передаваться непосредственно в башни. Если же выходили из строя сами директоры, башенные установки сохраняли возможность самостоятельно обнаруживать цель, наводиться и открывать огонь.

Директор Mk.54

Американский Gun Director по выполняемым функциям был близок к советскому командно-дальномерному посту. На крейсерах типа «Де Мойн» установили два таких устройства. Их разместили на специальных башенках, чтобы поднять посты выше надстройки и обеспечить лучший обзор.

Директор Mk.54 определял основные параметры цели: расстояние, пеленг и высоту, если речь шла о воздушном объекте. Наблюдение могло осуществляться двумя способами.

При прерывистом наблюдении дальномер через определённые промежутки времени измерял необходимые параметры. При непрерывном режиме данные поступали от радиолокационной станции управления огнём.

По общей конструкции Mk.54 был близок к Mk.34, применявшемуся на американских крейсерах периода Второй мировой войны. Директора Mk.34 устанавливались на кораблях типов «Балтимор», «Орегон-Сити», «Кливленд», «Фарго» и «Бруклин».

Ключевое отличие заключалось в использовании на Mk.54 более совершенного оптического дальномера Mk.66 вместо Mk.45. Дальномер Mk.45 имел базу 18 футов, или 5,49 м, и предназначался для определения дистанции до 50 000 ярдов, что соответствует 45 720 м. Кроме того, Mk.54 обладал расширенными возможностями контроля воздушных целей.

На Mk.34 и Mk.54 применялась радиолокационная антенна Mk.13. Исключением были самые ранние Mk.34, на которых устанавливалась более старая станция Mk.8.

Артиллерийская РЛС Mk.13 работала в узком секторе шириной 11,5 градуса и отправляла импульсы десять раз в секунду. Каждый импульс формировал луч шириной 0,9 градуса и высотой 3,6 градуса.

Стандартная дальность работы станции составляла 50 000 ярдов, или 45 720 м. Максимальная дальность достигала 80 000 ярдов. В пределах нормальной дальности, при соответствующем режиме работы, ошибка измерения составляла не более плюс-минус 15 ярдов плюс 0,1 процента от определённой дистанции.

На расстояниях от 50 000 до 80 000 ярдов погрешность увеличивалась до 1 процента измеренной дальности. Например, при дистанции 30 000 ярдов ошибка могла составлять плюс-минус 45 ярдов. При удалении цели на 60 000 ярдов погрешность достигала плюс-минус 600 ярдов.

РЛС Mk.13 имела три режима отображения обстановки.

В режиме нормальной развёртки оператор мог наблюдать любой участок длиной 50 000 ярдов, или 45 720 м, в пределах зоны работы станции. Экран позволял просматривать пространство от нулевой отметки до 80 000 ярдов от корабля, однако размер выбранного участка оставался фиксированным.

При точной развёртке на нормальной дальности отображался участок длиной от 2000 до 4000 ярдов, то есть от 1828,8 до 3657,6 м, в пределах 50 000 ярдов от собственного корабля. Оператор мог самостоятельно выбрать положение просматриваемого участка в диапазоне от 2000 до 4000 ярдов. Именно этот режим использовался как основной боевой: с его помощью уточнялись дальность и другие параметры движения цели.

Третий режим обеспечивал точную развёртку на большой дальности. Станция показывала участок длиной 2000–4000 ярдов на расстоянии свыше 50 000 ярдов. Однако из-за резкого падения точности измерения на таких дистанциях данные в центральный артиллерийский пост не передавались. Режим предназначался для уточнения характера отметки на экране: оператор, обнаружив засветку, мог определить, является ли она целью или иным объектом.

Mk.13 применялась не только для сопровождения корабля противника. Станция также позволяла наблюдать всплески от падения снарядов собственного залпа. При этом количество отметок на экране иногда оказывалось меньше числа выпущенных боеприпасов.

Причина заключалась в разрешающей способности станции. Отдельные цели могли различаться только при расстоянии между ними не менее 100 ярдов. Если всплески находились ближе друг к другу, РЛС объединяла их в одну общую отметку.

По отметкам оператор мог быстро оценить расстояние от собственного корабля до места падения снарядов, а также промежуток между всплеском и кораблём-целью. В сравнении с оптическим дальномером существовал один возможный недостаток: на экране РЛС всплеск сохранялся немного меньше времени, чем был виден в дальномер.

Однако при стрельбе нескольких кораблей по одной цели это свойство могло оказаться полезным. Отметки, соответствовавшие падениям чужих снарядов, быстро исчезали и меньше мешали наблюдать результаты собственного залпа.

Наведение антенны РЛС и дальномера на цель выполнялось оператором вручную, хотя сами перемещения обеспечивались силовыми приводами. Работу облегчала стабилизация обоих устройств. Под антенной и дальномером находилось помещение директора, где размещался персонал из восьми человек.

Центральный артиллерийский пост

Центральный артиллерийский пост являлся главным узлом системы управления огнём. У американцев он назывался main-battery plotting room и размещался под броневой палубой.

Получив исходные сведения, пост рассчитывал значения прицела и целика, после чего передавал их орудиям главного калибра. Для выполнения расчётов использовались следующие данные:

1. Тип применяемого порохового заряда и снаряда.
2. Начальная скорость снаряда, которая могла изменяться по мере износа орудия.
3. Направление и скорость ветра.
4. Курс и скорость собственного корабля.
5. Курс и скорость цели.
6. Дальность до цели.
7. Пеленг на цель.
8. Боковая поправка и поправка по дальности, вводимые управляющим огнём.
9. Текущее время.
10. Высота цели при ведении огня по воздушному объекту.

Некоторые рассчитанные параметры передавались обратно директорам. Например, величина изменения пеленга направлялась на директор для продолжения сопровождения цели в случае временной потери контакта.

Директор в такой ситуации продолжал отслеживать участок пространства, где предположительно должна была находиться цель. Благодаря этому после восстановления контакта она сразу попадала в сектор действия РЛС управления огнём Mk.13.

Величина изменения расстояния определялась стандартным способом: дистанция до цели непрерывно измерялась в течение определённого временного интервала. При расчёте учитывались манёвры собственного корабля и противника. Управляющий огнём при необходимости мог вводить дополнительные поправки.

В обычном режиме электрогидравлические приводы башен автоматически выставляли прицел и целик по значениям, рассчитанным аналоговым компьютером центрального артиллерийского поста. Одновременно сохранялся и более традиционный вариант: пост сообщал рассчитанные установки, а орудийные расчёты вручную выставляли их на механизмах башни.

Компенсация корабельной качки

Для морского артиллериста качка являлась одной из наиболее серьёзных помех. Она бывает трёх видов, но при стрельбе из главного калибра особенно важны продольная, или килевая, и поперечная, или бортовая, составляющие. В реальности корабль обычно испытывает воздействие обеих одновременно.

Поперечная качка напрямую влияет на точность. Угол наклона палубы фактически прибавляется к углу возвышения ствола или вычитается из него. Если не учитывать крен, снаряд уйдёт с перелётом либо недолётом.

Продольное качание воздействует сложнее. При прямой наводке оно почти не изменяет направления ствола относительно цели. Однако в морском бою прямая наводка применяется лишь в исключительных случаях: дистанции обычно велики, и стволу требуется придать определённый угол возвышения.

Если корабль совершает продольные колебания, ствол с ненулевым углом возвышения отклоняется от линии прицеливания по направлению целика. В результате снаряд может лечь правее или левее цели. На небольшой дистанции, при слабой качке и крупном размере вражеского корабля этим эффектом иногда можно пренебречь. На большой дальности такой подход становится неприемлемым.

Требовалось учитывать так называемый угол наклона цапф, то есть поправку на продольную качку. Во время Русско-японской войны, насколько известно, с этим явлением практически не боролись: дистанции были недостаточными, чтобы продольные колебания заметно влияли на результат.

С боковой качкой в тот период поступали проще. Прицел устанавливали с поправкой на текущий угол крена, а выстрел производили, когда корабль достигал максимального наклона в сторону противника.

Такой момент выбирали из-за неравномерной скорости качки. На крайнем положении крена корабль как бы на мгновение замирает, после чего начинает возвращаться к прямому положению. По мере движения к ровному килю скорость увеличивается и достигает максимума в момент прохождения вертикального положения. Затем корабль переходит на другой борт, скорость изменения крена уменьшается и вновь становится нулевой в крайней точке.

Моряки прошлых эпох не располагали точными измерительными приборами и могли полагаться главным образом на зрение и реакцию. Поэтому выстрел старались производить в момент максимального крена, когда скорость движения была минимальной и влияние качки на прицел временно уменьшалось.

Позднее появились высокоточные креномеры. Их характеристики позволили использовать эти приборы для управления морской стрельбой. В таком случае снаряд выпускался не сразу после нажатия кнопки или педали спускового механизма. Система задерживала выстрел до момента, когда креномер фиксировал возвращение корабля на ровный киль.

Германский флот не располагал такой системой во время Ютландского сражения и продолжал стрелять по старому принципу.

Стрельба «по креномеру» имела очевидные преимущества, но одновременно снижала темп огня. Орудиям приходилось ждать, пока корабль займёт требуемое положение. Поэтому естественным следующим шагом стала попытка стабилизировать сами орудия, чтобы влияние качки компенсировалось в любой момент.

Американским специалистам удалось реализовать такой подход. Во время Второй мировой войны их корабли получили прибор Mk.41. Формально он также относился к категории gun director, но был известен как «Стабильная вертикаль».

Mk.41 постоянно вычислял поправки на продольную и поперечную качку и передавал их в вычислительное устройство, формировавшее огневое решение. Аналоговый компьютер учитывал эти поправки при определении прицела и целика.

Поскольку американская система использовала централизованную наводку с силовыми приводами, во Второй мировой войне США фактически добились стабилизации артиллерии вплоть до башен главного калибра.

Американцы различали непрерывный и прерывистый огонь. Прерывистый режим соответствовал стрельбе на ровном киле: выстрел выполнялся, когда корабль не имел крена и дифферента. Систему также можно было настроить на срабатывание при заранее заданном угле крена. Оба варианта прерывистого огня отражались на соответствующих схемах.

При непрерывном огне «стабильная вертикаль» компенсировала качку в двух плоскостях. Она учитывала и продольное, и поперечное движение корабля, благодаря чему орудия могли стрелять сразу после готовности. Ждать определённого положения корпуса уже не требовалось.

Таковы основные принципы управления огнём главного калибра американских тяжёлых артиллерийских кораблей. Система управления зенитной стрельбой универсальной артиллерии в целом строилась по тем же принципам, но учитывала особенности поражения воздушных целей.

Пределы возможностей системы «Де Мойнов»

Говорить о каком-либо принципиальном недостатке системы управления огнём тяжёлых крейсеров типа «Де Мойн» сложно. Это не означает, что она являлась вечным идеалом или не могла быть усовершенствована. Однако американская промышленность использовала практически все возможности, которые предоставляли уровень научно-технического развития и накопленный опыт первой промышленной державы мира.

Теоретически комплекс можно было улучшить. Например, нет однозначных сведений о том, учитывалась ли влажность воздуха. Впрочем, отсутствие таких данных может объясняться неполнотой имеющейся информации, а не реальным недостатком американской системы.

Создать в тот период систему управления огнём, обладавшую принципиальным преимуществом перед комплексом «Де Мойнов», представлялось крайне трудно.

Особенности практической работы

При проектировании системы для новейших тяжёлых крейсеров США приблизились к пределу возможностей, доступных на тот момент. Однако это оборудование не следует воспринимать как полностью автоматическое средство, гарантировавшее попадание при любых обстоятельствах.

Американские корабли имели высокоэффективные радиолокационные станции управления артиллерийским огнём. Они могли постоянно определять параметры цели и обеспечивали более высокую точность по сравнению с оптическими дальномерами.

При использовании оптических приборов результат сильно зависел от квалификации и остроты зрения оператора. Вероятность человеческой ошибки оставалась значительной. РЛС уменьшала влияние этого фактора, но не устраняла его полностью. Оператор радиолокационной станции также мог неправильно интерпретировать обстановку, из-за чего центральный артиллерийский пост получал недостоверные сведения.

Радиолокационное управление заметно ускоряло пристрелку. В морских боях Второй мировой войны, когда огонь вёлся без радиолокационного сопровождения, попадание или накрытие третьим залпом считалось очень хорошим результатом. Нередко требовалось четыре-шесть залпов или даже больше.

При использовании данных РЛС накрытие цели регулярно достигалось уже первым или вторым залпом. Но для понимания реальных возможностей системы необходимо учитывать уровень техники той эпохи. РЛС управления огнём была, по сути, очень совершенным дальномером: она обеспечивала более точные измерения и ошибалась значительно реже оптического прибора.

Наличие РЛС само по себе не означало, что все данные автоматически поступали в аналоговый компьютер. Значительную часть информации приходилось вводить вручную. Кроме того, станция не гарантировала, что в каждый момент времени будут получены полностью корректные исходные данные для стрельбы.

Аналоговый компьютер также мог ошибаться при прогнозировании положения цели. Управляющему огнём требовалось вносить поправки и оценивать, насколько точно вычислительная система описывает движение противника.

В труде Naval Ordnance and Gunnery это положение сформулировано следующим образом:

«Следует подчеркнуть, что не существует жесткого правила относительно объема корректировок, которые необходимо внести в Ct (курс корабля-цели — прим. авт.) и S (скорость корабля цели — прим. авт.) для получения правильного решения. Длительные часы практики отслеживания реальных целей обеспечат опыт, необходимый эффективному оператору».

Таким образом, человеческий фактор сохранялся во всей американской системе. От квалификации управляющего огнём зависело, насколько правильно он истолкует поступающие сведения и выберет необходимые поправки.

РЛС, электромеханические приводы и «стабильная вертикаль» не могли самостоятельно выполнить эту работу. Они обеспечивали измерение, расчёт и механическое исполнение команд, но не заменяли профессиональную оценку оператора.

В распоряжении американских артиллеристов находилась не просто эффективная, а, вероятнее всего, лучшая в мире система управления огнём своего времени. При этом её наличие лишь облегчало ведение точной стрельбы и не гарантировало поражение противника автоматически. Конструкцией СУО «Де Мойнов» не предусматривалась универсальная кнопка «Утопить всех!».

Следующий вопрос связан с тем, какой системой управления огнём могли бы располагать советские крейсера проекта 66, если бы эти корабли были построены.

Комментарии ⁰