שולחן בקרת אש
פעולות נוספות
המונח שולחן בקרת אש (באנגלית: Rangekeeper) מתייחס למחלקה של מחשבי בקרת אש אלקטרומכניים בהם נעשה שימוש החל מתחילת המאה ה-20. אלו היו מחשבים אנלוגיים מתוחכמים ביותר אשר ההתפתחות שלהם הגיעה לשיאה במהלך מלחמת העולם השנייה. כדוגמאות ספציפיות ניתן למנות את המחשבים Ford Mk 1/1A ששימש במערכת בקרת האש Mk 37 ומחשב Mk 47 ששימש במערכת בקרת האש Mk 68. במהלך מלחמת העולם השנייה, נעשה שימוש במחשבים אלה לצורך הנחיית אש תותחים ביבשה, בים ובאוויר. בעוד שבמחשבים אלה נעשה שימוש מבצעי נרחב, המתוחכמים ביותר שבהם היו אלו שהוצבו על ספינות מערכה כדי לנהל את הירי של תותחים ארוכי טווח.
אמצעי החישוב הימיים היו חייבים להיות מורכבים כיוון שהבעיה של חישוב זוויות ירי בתרחיש ירי ימי היא מאוד מורכבת. בתרחיש ימי, גם הספינה היורה וגם המטרה נעים אחד ביחס לשנייה. בנוסף, הספינה היורה אינה פלטפורמה יציבה אלא שהיא חווה גלגול, עלרוד וסבסוב אודות לפעולת הגלים על הספינה, תמרוני התחמקות מירי המטרה שהספינה מבצעת, ועוד. אפקט זה גורם לכך שלקנה התותח היורה יש מהירויות צידוד והגבהה מסוימות, להן השפעה רבה על מיקום הפגיעה של הקליע. המחשבים האלה ביצעו גם את החישובים הבליסטיים (תוך התחשבות בהתנגדות האוויר, מהירות הרוח ועוד) הנלווים לירי תותח.
אמצעי החישוב שפותחו לבקרת התותחים מהווים דוגמה מצוינת ליישום של מחשוב אנלוגי לבעיית מידול מתמטי בעולם האמיתי. המדינות שהחזיקו ציי מלחמה, באותה תקופה של תחילת המאה ה-20, השקיעו בהם כספים רבים מאד, ביצועי מערכות התותחנות הימית היו נמוכים (לדוגמה בקרב יוטלנד קרב ימי גדול בשנת 1916, בין הצי הבריטי לצי הגרמני, הושגו שיעורי פגיעה סביב ה-3%, שני הצדדים ירו אלפי פגזים כדי להשיג כ-120 פגיעות פגזים מכל צד, נדרשו בדרך כלל מספר פגיעות פגזים להשבתת ולהטבעת ספינה משוריינת[1]). כל שיפור שהיה יכול להיות מושג היה משמעותי ביותר הואיל והקרבות הוכרעו לא מעט באמצעות פגיעה של פגזים בספינת האויב. לכן הושקע מאמץ רב וכספים רבים בפיתוח שולחנות בקרת אש שישפרו את סיכויי הפגיעה של התותחים במטרה.
על המינוח שומר טווח (Rangekeeper) ושולחן בקרת אש עריכה
כאשר בסוף המאה ה-19 ובתחילת המאה ה-20, הפכו תותחים ימיים ארוכי טווח להיות זמינים, הפך זמן המעוף של הפגז לעבר המטרה להיות גורם משמעותי. ספינת האויב הייתה נעה מרחק מה בין ירי הפגז לבין הגעתו לסביבתה. היה צורך להבין היכן תהיה המטרה (ספינת האויב), כאשר יגיעו הפגזים לסביבתה. תהליך המעקב אחר מיקום הספינה בזמן הפגיעה נקרא בצי האמריקאי "שמירת טווח", משום שהמרחק למטרה - הטווח - היה גורם חשוב בהכוונה מדויקת של התותחים. האמצעים שפותחו לשמירת הטווח נקראו שומר טווח. במשך הזמן, הפכו גם האמצעים להכוונת התותח בצידוד, להוות חלק משומר הטווח, אך המסורת בצי האמריקאי שמרה על המונח בשמו המקורי. במקביל, בצי הבריטי אמצעי החישוב שפותחו והשתכללו בהדרגה קיבלו את השם "שולחן בקרת אש - Fire Control Table" על סמך המראה שלהם: עמדה מלבנית עם פנל בצורת שולחן הכולל חוגות ומחוונים שסביבו עמד צוות המפעילים וקציני התותחנות (לדוגמה שולחן דרייר(אנ') ובהמשך שולחן בקרת האש של האדמירלות(אנ')).
בעקבות התפתחויות נוספות, כשהפכו אמצעי "שמירת הטווח" למורכבים יותר, הם החלו להיקרא "מחשבים", לדוגמה מחשב בקרת אש פורד Mk1(אנ') אך המשיך במקביל שימוש בכינוי שומר הטווח פורד (Ford Rangekeeper).[2][3]
היסטוריה עריכה
בקרת אש ידנית עריכה
ההיסטוריה המוקדמת של התותחנות הימית התבססה על העסקה באש תותחים של מטרות בטווח ראייה (המכונה גם אש ישירה). למעשה, רוב ההעסקות הימיות באש תותחים לפני 1800 נערכו בטווחים של 20–50 יארד (18–46 מטרים).[3] גם במהלך מלחמת האזרחים האמריקאית במחצית השנייה של המאה ה-19, נערך הקרב המפורסם בין ספינת הצפון - USS מוניטור וספינת הדרום - CSS וירג'יניה (אנ') בטווח של פחות מ - 100 יארד (91 מטרים).[4]
בתחילה הוכוונו התותחים בטכניקה של איתור ארטילריה. זהו כלל ירי בתותח לעבר המטרה, התבוננות בנקודת הפגיעה של הקליע (נפילת ירייה) ותיקון המטרה בהתבסס על המקום בו נצפתה נפילת הפגז, דבר אשר הפך קשה יותר ויותר ככל שטווח התותח גדל.[3][א]
שיפורים טכניים לתותחים בסוף המאה ה-19 הגדילו משמעותית את הטווח שבו היה אפשרי ירי יעיל. התותחים המשופרים אפשרו ירי לטווח גדול כך שהמגבלה העיקרית הפכה לראיית המטרה, מה שהוביל לשימוש בציוד המותקן על גבי תרנים גבוהים (מכוון) על ספינות להכוונת האש. שיפורים בביצועי הספינות בעקבות הכנסת טורבינת הקיטור הביאו למהירות גבוהה יותר, מה שאפשר לספינת האויב (המטרה) תנועה משמעותית במהלך זמן מעוף הפגז בין רגע הירי לרגע הפגיעה. אי אפשר היה עוד להסתפק בהכוונה על פי העין (בראיה) לעבר המטרה עם סיכוי נמוך מאד לדיוק בפגיעה.
אמצעים קודמים לבקרת אש עריכה
בין מלחמת האזרחים האמריקאית ל-1905, נעשו שיפורים קטנים רבים באמצעי בקרת האש, כגון שילוב כוונות טלסקופיות ומדי טווח אופטיים. היו גם שיפורים נוהליים, כמו שימוש בשולחנות סימון ושרטוט (Plotting room) של תנועת ומיקום הספינות המעסיקות באש והמטרה/ות, כדי לחזות ידנית את מיקומה של כל ספינה בכל מהלך ההעסקה.
בהדרגה הופעלו מחשבונים מכניים מתוחכמים יותר ויותר להנחיית התותח מתאימה, בדרך כלל עם מבחנים שונים ואיתור מיקום (כיוון בעיקר) ומרחק שנשלחו לשולחן סימון ותכנון מרכזי עמוק בתוך הספינה. שם צוות בקרי האש הזינו את המיקום, המהירות והכיוון של הספינה והמטרה שלה, וכן התאמות שונות לאפקט קוריוליס, השפעות מזג האוויר באוויר והתאמות נוספות.
בשנת 1902-1904 תכנן לוטננט ג'ון דומארסק(אנ') את המכשיר שנקרא על שמו, מכשיר בקרת אש מכני אנלוגי ששימש לחישוב קצב שינוי הטווח וקצב שינוי הכיוון בצידוד אל מטרת האויב לשימוש בהכוונת התותח. גרסאות מתקדמות יותר של המכשיר היו בשימוש במהלך מלחמת העולם הראשונה ובמהלך שנות ה-20 של המאה ה-20.[5]
שולחנות בקרת אש ראשונים עריכה
ארתור פולן (אנ') וקומנדר (לימים אדמירל סר) פרדריק צ'רלס דרייר (אנ') פיתחו באופן עצמאי את המערכות הראשונות מסוג זה. פולן החל לעבוד על הבעיה לאחר שציין את הדיוק הגרוע של ארטילריה ימית באימון ירי ליד מלטה בשנת 1900. לורד קלווין, הנחשב באופן נרחב כמדען המוביל בבריטניה, הציע לראשונה להשתמש במחשב אנלוגי כדי לפתור את המשוואות הנובעות מהתנועה היחסית של הספינות המעורבות בקרב וההשהיה עקב זמן המעוף של טיסת הפגז עד למטרה כדי כדי לשפר את חיזוי מיקום המטרה בזמן הפגיעה ולחשב את הכיוון והגבהה המתאימים לתותחים כך שהפגז יפגע במטרה במיקומה החזוי העתידי.
פולן התכוון לייצר מחשב מכני משולב ורישום אוטומטי של טווחים וקצבים לשימוש בבקרת אש מרכזית. כדי לקבל נתונים מדויקים של מיקום המטרה והתנועה היחסית, פולן פיתח יחידת רישום (או שרטוט) כדי ללכוד נתונים אלה. לכך הוא הוסיף גירוסקופ כדי לאפשר את התיקון עבור הסיבסוב של הספינה היורה. האמצעים שפיתח פולן נקראו שעון ארגו - Argo Clock ומתקן הכוונה ארגו Argo Aim Corrector שבו שולב גם שעון ארגו.[6][7] כמו יחידת הרישום, גם הגירוסקופ הפרימיטיבי של אותה תקופה דרש פיתוח משמעותי כדי לספק תפוקה רציפה ואמינה של הנתונים שלו. אף על פי שהניסויים ב-1905 וב-1906 לא צלחו, הם הראו הבטחה. פולן זכה לעידוד במאמציו על ידי דמותם העולה במהירות של אדמירל ג'קי פישר, אדמירל ארתור קניבט וילסון (אנ') ומנהל החימוש הימי של תותחים והטורפדות (DNO), ג'ון ג'ליקו. פולן המשיך בעבודתו, כאשר מדי פעם בוצעו בדיקות בספינות מלחמה של הצי המלכותי.
בינתיים, קבוצה בראשות דרייר תכננה מערכת דומה.[8] אף על פי ששתי המערכות הוזמנו עבור ספינות חדשות וקיימות של הצי המלכותי הבריטי, נמצאה בסופו של דבר המערכת שתכנן דרייר בדגם סימן IV* של המערכת כמתאימה ביותר עבור הצי המלכותי (אב טיפוס הותקן בסוף שנת 1914 והתקנות החלו בשנת 1915).[9] בלב המערכת עמד מחשב אנלוגי שכונה שולחן דרייר, אשר חישב את קצב שינוי הטווח עקב התנועה היחסית בין הספינה היורה לספינת המטרה. התוספת של בקרת מכוון הקלה על הפיכתה למערכת בקרת אש מלאה ומעשית עבור ספינות מלחמת העולם הראשונה, ורוב הספינות העיקריות של הצי המלכותי הותקנו כך עד אמצע 1916. המכוון מוקם בנקודה גבוהה מעל הספינה, שם למפעילים הייתה ראות טובה הרבה יותר על פני כל ציוד הנמצא בצריח התותח או עליו. המערכת גם הצליחה לתאם את אש צריחי התותחים כך שהאש המשולבת שלהם עבדה יחד. זה שיפר את ההכוונה, יחד עם מדי טווח אופטיים גדולים יותר ששיפרו את הערכת מיקומו של האויב בזמן הירי. השולחן של דרייר שופר בהמשך ושירת בתקופה שבין שתי מלחמות העולם,[10]
שולחן דרייר הוחלף בסופו של דבר ב-שולחן בקרת האש של האדמירליות (אנ') המשופר עבור ספינות שנבנו לאחר 1927 וספינות שעברו שיפוץ.[ב]
הפריסה הראשונה בצי האמריקאי של שומר הטווח של פורד Mk1 הייתה בשנת 1917 על ספינת המלחמה USS טקסס . המחשב פותח על ידי חניבעל פורד, מהנדס מכונות והנדסת חשמל מבריק שלאחר סיום לימודיו בשנת 1903, עבד במספר חברות בהן רכש ניסיון בפיתוח מכשירים ופרסם מספר פטנטים. בשנת 1915 הקים את חברת המכשירים פורד ובמסגרתה פיתח שומר טווח שנקרא על שמו. עקב מגבלות הטכנולוגיה באותה תקופה היה זה שומר טווח בסיסי Mk1 . אך בהמשך שופר ושודרג ושימש את הצי האמריקאי שנים רבות.[3]
השימוש בירי נשלט על ידי מערכת בקרת אש בשילוב עם מחשב בקרת האש, העביר את השליטה בהכוונת התותחים מהצריחים הבודדים לעמדה מרכזית (בדרך כלל בחדר ממוגן מתחת לסיפון), אם כי עדיין יכלו צריחי תותחים בודדים וצריחים מרובי תותחים לשמור על אפשרות בקרה מקומית לשימוש כאשר נזק בקרב מנע ממערכת בקרת האש להכווין את התותחים. כך ניתן היה לירות מהתותחים במטחים מתוכננים, כאשר כל תותח נותן מסלול בליסטי שונה במקצת. פיזור היריות שנגרם כתוצאה מהבדלים בתותחים בודדים, בפגזים בודדים, ברצפי הצתת אבק השריפה ובעיוות חולף של מבנה הספינה, היה גדול באופן בלתי רצוי בטווחים האופייניים של לוחמה ימית. למכווני בקרת האש שהוצבו גבוה על מבנה העילי של הספינה הייתה ראות טובה יותר של האויב מאשר לכוונת המותקנת בצריח, והצוות שהפעיל אותם היה מרוחק מהרעש ומהזעזוע של התותחים.
בקרת כח מרחוק (RPC) עריכה
במהלך מלחמת העולם הראשונה, יכלו שומרי הטווח לחשב את הזוויות הנדרשות באופן אוטומטי, אך המלחים נאלצו לעקוב ידנית אחר הוראות שומרי הטווח (משימה שנקראה "מעקב אחר המצביע" או "מעקב אחר המצביע"). מעקב אחר המצביע יכול היה להיות מדויק, אך הצוותים נטו לעשות טעויות בשוגג כאשר התעייפו במהלך קרבות ממושכים. במהלך מלחמת העולם השנייה פותחו מנגנוני סרוו (שנקראו "הנעות כוח" בחיל הים האמריקאי ובקרת כח מרחוק - RPC בצי המלכותי) שאפשרו לתותחים לנווט אוטומטית לעבר הזוויות שהגדיר שולחן בקרת האש וללא התערבות ידנית. הצי המלכותי התקין לראשונה מערכת בקרת אש (RPC), באופן ניסיוני, על סיפון HMS Champion בשנת 1928. בשנות ה-30 של המאה ה-20, שימשה מערכת בקרת אש (RPC) לבקרת זרקור ימי,
מבנה שולחן בקרת האש עריכה
שולחנות בקרת האש היו גדולים מאוד, ותכנון הספינות היה צריך לקחת זאת בחשבון. לדוגמה, מחשב פורד Mk 1A שקל 1,430 ק"ג. [11]לוחות התמיכה של המנגנון של מחשב פורד Mk. 1/1A, חלקם היו בעובי של עד 25 מ"מ, היו עשויים מסגסוגת אלומיניום, אך למרות זאת, המחשב כבד מאוד. שולחנות בקרת האש נזקקו למספר רב של כבלי אותות חשמליים עבור קישורי העברת נתונים שדרכם קיבלו מידע מהחיישנים השונים (למשל, מכוון בקרת אש, מד מהירות - פיטומטר, מד טווח, גירוסקופ) וכבלים שדרכם שלחו פקודות לתותחים. מחשבים אלה היו צריכים להיות גם עמידים, כדי לעמוד בזעזועים שנוצרו מירי תותחי הספינה עצמה, וכדי לעמוד בהשפעות של פגיעות אויב עוינות על חלקים אחרים של הספינה. הם לא רק היו צריכים להמשיך לתפקד, אלא גם להישאר מדויקים. מחשב פורד מארק 1/1A הורכב באופן שבו גישה לתחזוקה לחלק ניכר מהמחשב דרשה פירוק הדרגתי. מחשב Mk 47 היווה שיפור משמעותי בנגישות לעומת מחשב Mk 1/1A. הוא היה דומה יותר בצורתו לארון אחסון גבוה ורחב, כאשר רוב או כל החוגות נמצאות על המשטח האנכי הקדמי. המנגנון שלו נבנה בשישה חלקים, כל אחד מהם מותקן על מסילות נשלפות עמידות מאוד.
פונקציות עריכה
שולחן בקרת אש מוגדר כמחשב בקרת אש אנלוגי בעל שלוש פונקציות:
- Target Tracking - עקיבת המטרה - המחשב היה חייב לחשב כל העת את האזימוט הנוכחי למטרה. משימה שדרשה ידיעה של הטווח למטרה, מהירות וכיוון תנועת המטרה ומהירות וכיוון תנועת ספינתנו.
- Target position prediction - עובר זמן מרגע הירי עד שהקליע מגיע למטרה. המחשב חייב לחזות איפה תהיה המטרה בזמן ההגעה של הקליע.
- Gunfire correction - הנחיה של ירי של נשק ארוך טווח למקום ספציפי דורשת הרבה חישובים. נקודת הפגיעה של הקליע היא פונקציה של הרבה פרמטרים, כגון: אזימוט והגבהת התותח, כיוון ומהירות הרוח, התנגדות האוויר, הכבידה, קו הרוחב (מידת ההשפעה של אפקט קוריוליס תלויה בקו הרוחב), הפרלקסה בין נקודת התצפית והתותחים, כמות מטען אבק השרפה שיש בקנה, והמקדם הבליסטי של הקליע. המחשב חייב לחשב תיקונים אלו כדי להכווין את התותח בצידוד ובהגבהה בהתאם.
מנגנונים עריכה
אנליזה עריכה
מערכת קואורדינטות עריכה
מחשבי בקרת אש של חיל הים האמריקאי במהלך מלחמת העולם השנייה השתמשו במערכת קואורדינטות נעות המבוססת על קו הראייה (LOS) בין ספינתנו (הספינה היורה) לבין המטרה. כאשר ראשית הצירים ממורכזת במטרה, "ציר ה-y" מוגדר כקו הראייה (LOS) ו"ציר ה-x" מוגדר כניצב לקו הראייה .
היבט חשוב בבחירת מערכת הקואורדינטות הוא הבנת הסימנים של הקצבים השונים. קצב שינוי הכיוון חיובי בכיוון השעון. קצב הטווח חיובי עבור הגדלת טווח המטרה.
מעקב אחר המטרה עריכה
גישה כללית עריכה
במהלך מלחמת העולם השנייה, מעקב אחר מטרה פירושו ידיעה רציפה של טווח המטרה והכיוון שלה. פרמטרי המטרה הללו נדגמו מעת לעת על ידי מלחים שאיישו מכווני בקרת אש[12] ומערכות מכ"ם, והנתונים הוזנו לשולחן בקרת אש שביצע אקסטרפולציה ליניארית של הטווח למטרה והכיוון אליה כפונקציה של זמן בהתבסס על דגימות מדידת הטווח והכיוון למטרה.
בנוסף לתצפיות על מטרות מספינות, יכלו שולחנות בקרת האש לקבל גם מידע ממטוסי תצפית או אפילו מבלונים מאוישים הקשורים לספינה שלהם. פלטפורמות תצפית אלו יכלו להיות משוגרות ומאוישות מספינות מלחמה גדולות, כמו ספינות מערכה. באופן כללי, תצפיות על מטרות שבוצעו על ידי מכשירים על ספינות היו עדיפות עבור מטרות בטווחים של פחות מ-20,000 יארד ותצפיות מטוסים היו עדיפות עבור מטרות לטווח ארוך יותר.[13][ג] לאחר מלחמת העולם השנייה, הפכו מסוקים להיות זמינים והצורך לבצע את הפעולות הלא בטיחותיות של שיגור מטוסים או בלוני תצפית בוטל (ראו לדוגמה פרק מטוסים וכלי טיס בערך ספינת מערכה מסדרת איווה ).
במהלך מלחמת העולם הראשונה, הוצג מידע המעקב אחר מטרות לעיתים קרובות על גבי דף נייר. [ד] במהלך מלחמת העולם השנייה, ניתן היה להציג את מידע המעקב על גבי צגים אלקטרוניים (ראו לדוגמה תצוגת מחוון תוכנית מיקומים PPI בערך נושאת מטוסים מסדרת אסקס).
טווח המטרה עריכה
בתחילת מלחמת העולם השנייה, נמדד הטווח למטרה באמצעות מדי טווח אופטיים. למרות שחלק מפעולות הלילה בוצעו באמצעות זרקורים ופגזי כוכבים, באופן כללי מדי טווח אופטיים הוגבלו לפעולה בשעות היום.[ה] במהלך החלק האחרון של מלחמת העולם השנייה, נעשה שימוש במכ"ם שהוכח מדויק יותר למדידת הטווח למטרה ממדי הטווח האופטיים בתנאים מבצעיים[14] והיה הדרך המועדפת לקביעת טווח המטרה הן בלילה והן ביום. [ו].
מהירות המטרה וקורס המטרה (כיוון תנועת המטרה) עריכה
בתחילת מלחמת העולם השנייה, מדידות של הטווח ושל הכיוון למטרה נלקחו לאורך זמן מסוים והוצגו באופן ידני על גבי תרשים.[15] ניתן היה לחשב את מהירותה ומסלולה של המטרה באמצעות המרחק שהמטרה עברה לאורך פרק זמן מסוים. במהלך החלק האחרון של מלחמת העולם השנייה, ניתן היה למדוד את מהירותה של המטרה באמצעות נתוני מכ"ם. המכ"ם סיפק קצב כיוון, טווח ומהירות רדיאלית (קצב שינוי טווח) מדויקים, אשר הומרו למסלול ומהירות המטרה.
במקרים מסוימים, כמו בצוללות, ניתן להעריך את מהירות היעד באמצעות נתוני סונאר. לדוגמה, מפעיל הסונאר יכול למדוד את קצב סיבוב המדחף באופן אקוסטי, ובהתחשב בסוג הספינה, לחשב את מהירותה.
כיוון תנועת המטרה היה נתון קשה לחישוב. במקרים רבים, במקום למדוד את כיוון תנועת המטרה, נמדד גודל שכונה זווית על החרטום(אנ') . זווית זו היא הזווית הנוצרת בין כיוון תנועת המטרה ובין קו הראייה למטרה.
הזווית על החרטום הוערכה בדרך כלל על סמך ניסיון התצפית של הצופה. במקרים מסוימים, שיפרו הצופים את יכולות ההערכה שלהם על ידי תרגול מול דגמי ספינות שהיו מורכבות על שולחן מסתובב. לצי הקיסרי היפני היה כלי ייחודי, שנקרא סוקוטקיבן.[16][ז] שסייע לצופים במדידת זווית בחרטום. הצופה היה משתמש תחילה במכשיר זה כדי למדוד את הרוחב הזוויתי של המטרה. בהסתמך על ידיעה של הרוחב הזוויתי של המטרה, של המרחק למטרה ושל האורך הידוע של אותה סוג ספינה, ניתן היה לחשב את הזווית בחרטום המטרה.
משקיפים אנושיים נדרשו לקבוע את הזווית על החרטום. כדי לבלבל את המשקיפים האנושיים, ספינות השתמשו לעיתים קרובות בהסוואה מסנוורת(אנ'), שכללה צביעת קווים על ספינה כדי להקשות על קביעת זווית המטרה על החרטום. הסוואה מסנוורת הייתה שימושית כנגד סוגים מסוימים של מדי טווח אופטיים, אך גישה זו הייתה חסרת תועלת כנגד מכ"ם והיא חדלה מלהיות שימושית במהלך מלחמת העולם השנייה.
תחזית מיקום המטרה - טווח ואזימוט (כיוון בצידוד) עריכה
חיזוי מיקום המטרה בזמן פגיעת הקליע הוא קריטי משום שזהו המיקום שאליו יש לכוון את תותחי הספינה היורה. במהלך מלחמת העולם השנייה, רוב מחשבי בקרת האש ביצעו חיזוי מיקום באמצעות אקסטרפולציה ליניארית של מסלול המטרה ומהירותה. אמנם ניתן לבצע תמרון שישבש את האקסטרפולציה הליניארית אך ספינות גדולות מתמרנות לאט ואקסטרפולציה ליניארית היא גישה סבירה במקרים רבים.[ח].
במהלך מלחמת העולם הראשונה, היה שימוש בכינוי "שעונים" לשומרי הטווח. הכינוי "שעונים" נבע מההגדלה באופן קבוע את טווח המטרה והערכות הזווית באמצעות ערכים קבועים. גישה זו הייתה בעלת שימוש מוגבל משום ששינויי כיוון המטרה הם פונקציה של הטווח ושימוש בשינוי קבוע גורם לחיזוי כיוון המטרה להפוך במהירות ללא מדויק.[17][ט]
ניתן להעריך את טווח המטרה בזמן פגיעת הקליע על סמך הטווח ברגע הירי, קצב שינוי הטווח וזמן המעוף אך הצורך בידיעת זמן המעוף מקשה על הפתרון כי הוא עצמו תלוי במיקום המטרה החזוי. חישוב זה יכול להתבצע באמצעות גישת ניסוי וטעייה אך זו לא הייתה גישה מעשית בשימוש בחומרת המחשב האנלוגית שהייתה זמינה במהלך מלחמת העולם השנייה. במקרה של מחשב בקרת האש פורד Mk 1, הוערך זמן המעוף בקירוב על ידי הנחה שזמן המעוף פרופורציונלי ליניארית לטווח. זאת הנחה גסה אך ניתן לשפרה באמצעות שימוש באמצעים מתוחכמים יותר להערכת פונקציות. חיזוי האזימוט (הכיוון למטרה) מבוצע באופן דומה לחיזוי הטווח וניתן לחשב גם את קצב שינוי הכיוון.
הבעיה של טיווח עריכה
תותחנות לטווח ארוך היא שילוב מורכב של טכנולוגיה, מדע ומתמטיקה. יש מספר גורמים שמשפיעים על מיקום נפילת הקליע ואת רבים מהגורמים האלו קשה למדל באופן מדויק.
תותחנות לטווח ארוך מצריכה לקחת בחשבון את הגורמים הבאים:
- מהירות וכיוון תנועת המטרה.
- מהירות וכיוון תנועת הספינה היורה.
- כבידה.
- אפקט קוריוליס: בגלל שכדור הארץ מסתובב, יש כוח מדומה הפועל על הקליע.
- בליסטיקה פנימית.
- בליסטיקה חיצונית: לקליעים שונים יש מאפיינים בליסטיים שונים. כמו כן, גם למאפייני האוויר יש השפעה גם כן על מסלול הקליע (רוח, צפיפות האוויר).
- תיקון פרלקסה: באופן כללי, עמדת התצפית על המטרה (שעשויה להיות למשל מערכת מכ"ם) ועמדת הירי הם במיקומים שונים על הספינה. זה יוצר שגיאת פרלקסה שחייבת להילקח בחשבון.
- המשקל והטמפרטורה של מטען אבק השריפה.
חלק מהמורכבות ביצירת מערכת בקרת ירי מתקדמת כזאת נובע מכמות המידע שמגיעה ממקורות שונים. למשל, כדי להפיק פתרון ירי מתאים, המידע שמגיע מהחיישנים, המחשבים, ואמצעי העזר הוויזואלים הבאים חייב לעבור אינטגרציה:
- מצפן גירוסקופי - מכשיר זה מאפשר לדעת את כיוון התנועה המדויק של הספינה יחסית לצפון הגאוגרפי.
- גלאי טווח - מכשירים אופטיים לקביעת הטווח למטרה.
- פיטומטרים - מכשירים שמודדים את מהירות הספינה.
- שעוני טווח - מכשירים אלה מספקים תחזית של הטווח של המטרה ברגע פגיעת הקליע אם הקליע היה נורה עכשיו.
- שעוני זווית - מכשירים אלה סיפקו חיזוי של אזימוט המטרה ברגע פגיעת הקליע אם הקליע היה נורה עכשיו.
- מגוון סרגלי חישוב - אמצעי עזר שסייעו לבצע את החישובים הנדרשים כדי לקבוע את האזימוט וההגבהה הנדרשות של התותח.
- חיישנים מטאורולוגיים - לטמפרטורה, מהירות הרוח, והלחות יש השפעה על הבליסטיקה של הקליע.
טכניקה כללית עריכה
מימוש של פונקציות מתמטיות עריכה
שיטות המימוש בהן נעשה שימוש במחשבים אנלוגיים היו רבות ומגוונות. משוואות בקרת הירי שמומשו במהלך מלחמת העולם השנייה על מחשבים אנלוגיים כאלה הן אותן המשוואות שמומשו מאוחר יותר על מחשבים דיגיטליים. ההבדל המרכזי הוא שמחשבי מלחמת העולם השנייה פתרו את המשוואות באופן מכני. בעוד שבימינו פונקציות מתמטיות לא ממומשות לעיתים קרובות באופן מכני.
טבלאות הירי שמספק יצרן התותח, מספקות נתונים עבור ירי של התותח בתנאים סטנדרטיים ואת התיקונים הנדרשים כדי לקבוע את נקודת הפגיעה בתנאים בפועל.[18] היו מספר דרכים ליישם טבלת ירי באמצעות זיזים. קצין כיוון תותח היה מזין את הנתונים הנדרשים באמצעות חוגות. והמכניקה במחשב שימשה להנעת זיזים או גלגלי שיניים שיבצעו תיקונים, כגון עבור טמפרטורת אבק השריפה וסוג הקליע. הזיזים ששימשו במחשב בקרת האש היו חייביתם להיות מעובדים בצורה מדויקת מאוד על מנת לאפשר הכוונה מדויקת לתותחים. הזיזים עובדו לפי מפרטים שהורכבו מטבלאות הנתונים, והפכו ליישום מוקדם של מכונות CNC.[3]
בנוסף לתיקוני המטרה והבליסטיקה, שומר הטווח חייב גם לפצות על התנודה הזוויתית של ספינתנו. לספינות המלחמה היה גירוסקופ שציר הסיבוב שלו אנכי. גירוסקופ זה קבע שתי זוויות שהגדירו את נטיית סיפון הספינה ביחס לציר האנכי. שתי זוויות אלו הוזנו למחשב בקרת האש, אשר החיל תיקון המבוסס על זוויות אלו.[19]
בעוד שמתכנני מחשב בקרת האש הקדישו זמן רב לעבודה על מזעור מקורות השגיאה בחישובים, היו עדיין שגיאות ואי-ודאויות במידע המבוסס על מדידות טווח וכיוון המטרה שתרמו לכך שקליעים החטיאו את מטרותיהם בירייה הראשונה.[3] למחשב בקרת האש היו חוגות שאפשרו לשלב תיקונים ידניים בפתרון הירי. כאשר הצופים היו מדווחים על תיקון נדרש על פי נתז המים מנפילת הפגז יחסית למטרה, שילבו מפעילי מחשב בקרת האש את התיקון באופן ידני באמצעות חוגות אלה.
בתקופת מלחמת העולם השנייה, כבר היו קיימות שיטות מכניות לממש את כל הפעולות המתמטיות הנפוצות. הן כללו:
בגלגלי שיניים דיפרנציאליים (Differential gears) נעשה שימוש כדי לבצע את הפעולות המתמטיות של חיבור וחיסור. מחשב ה- Mk. 1A הכיל בסביבות 160 מהם. תחילת השימוש במנגנוני גלגלי שיניים כאלה לצורך חישוב מתוארך לעת העתיקה (ראו מנגנון אנטיקיתרה).
- הכפלה בקבוע.
בשרשראות גלגלי שיניים עם יחסים מסוימים נעשה שימוש נרחב כדי להכפיל בקבועים.
- כפל של שני משתנים.
מחשבי ה- Mk. 1 ו-Mk.1A ביצעו כפל של שני משתנים בהתבסס על הגאומטריה של משולשים דומים (תוך שימוש ברכיבים מכניים בצורת משולשים). הרעיון של מנגנון כזה הוצע לראשונה על ידי לייבניץ[3]
- הפעלת סינוס וקוסינוס (המרה קוטבית-קרטזית).
פעולה זו המירה בין קואורדינטות הנתונות בצורה של זווית וגודל (רדיוס) לרכיבי סינוס וקוסינוס, ונעשתה באמצעות צמד מנגנונים אנכיים שנקראו עולי סקוטש.
אינטגרטורי כדור ודיסקה ביצעו את פעולת האינטגרציה.
גזירה בוצעה על ידי אינטגרטור בחוג משוב.
מנגנוני טיווח קשורים עריכה
מחשבים אנלוגיים קשורים בהם נעשה שימוש על ידי ארצות הברית כוללים את:
ראו גם עריכה
לקריאה נוספת עריכה
- דודלי פופ, 73 צפון הוצאת מערכות, 1969, ע' 134.
קישורים חיצוניים עריכה
ביאורים עריכה
- ^ טווח התותחים ההולך וגדל אילץ ספינות ליצור נקודות תצפית גבוהות בספינה שמהן יכלו צופי ארטילריה המצוידים במדי טווח אופטיים לראות את הקרב. הצורך לאתר פגזי ארטילריה היה אחת הסיבות המשכנעות להתפתחות התעופה הימית, וכלי טיס מוקדמים שימשו לאיתור נקודות פגיעה בירי הימי. במקרים מסוימים, ספינות שיגרו בלוני תצפית מאוישים כדרך לאיתור ארטילריה. גם כיום, זיהוי ארטילרי הוא חלק חשוב בהכוונת ירי, אם כי כיום האיתור נעשה לעיתים קרובות על ידי כלי טיס בלתי מאוישים. לדוגמה, במהלך מלחמת המפרץ, זיהו כטב"מים פגיעות עבור ספינות קרב מסדרת איווה שהיו מעורבות בהפגזות חוף.
- ^ להצצה לתיאור פעולת שולחן האש של האדמירלות בקרב ראה: שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ בדרך כלל תצפית ממטוסים הייתה בעלת יעילות נמוכה יותר בטווחים מתחת ל-20 אלף יארד (כ-18 ק"מ), טווחים שבהם השימוש היה בתצפית אופטית מהספינות. היתרון של תצפית ממטוסים הייתה בטווחים גבוהים יותר. ההערכה של האקדמיה של הצי האמריקאי ב-1935 הייתה שבטווח 29 אלף יארד (כ-26 ק"מ) תהיה לתצפית ממטוסים סיכוי להביא פגיעות פי שש מאלו שישיגו צופים מהספינה.
- ^ הרישום בוצע ידנית או באמצעות רשם מכני במקרה של שולחן דרייר.
- ^ ראה לדוגמה, בערך קרב האי סאבו, תמונה המראה ספינה מוארת על ידי זרקור.
- ^ בתנאים אופטיים אידיאליים נתנו מדי הטווח האופטיים מדידות טובות כמו המכ"מיות, אלא שביצועי המדידות האופטיות ירדו משמעותית בתנאים אופטיים גרועים לדוגמה בהשפעת מזג האוויר בעוד שהמדידות המכ"מיות נתנו עדיין תוצאות טובות ולכן ההסתמכות עליהם הלכה וגברה בציי הים
- ^ כאשר אורך המטרה ידוע היטב כמו הטווח למטרה, המפעיל מעריך את אורך המטרה במושגים של הפרש זוויתי
- ^ הדיוק בקירוב זה, תלוי בזמן המעוף. בטווח מקסימלי של תותחי 16 אינץ' מוערך זמן המעוף ב-95 שניות, עם זאת העסקה בטווח מקסימלי זה היא בלתי רגילה. הטווח המקסימלי שבו בוצע ירי תותחים מוצלח בין שתי ספינות מלחמה היה 26,500 יארד (כ-24 ק"מ). בטווח זה זמן המעוף היה כ-40 שניות (עבור תותחי 16 אינץ' בספינות מסדרת איווה)
- ^ שעון הצידוד היה בשימוש קודם כל בדומארסק(אנ') ואיפשר קביעת קצב שינוי כיוון קבוע. מוצא המהירות הקבועה משעון הטווח נכנס לדיפרנציאל שכונה מתקן טיווח שהמיסבים שלו העבירו מוצא לשלושה יעדים נוספים.
הערות שוליים עריכה
- ^ סיכום ודיון בתוצאות קרב יוטלנד, באתר webpages.charter.net, 2003
- ^ Thomas Wildenberg, The Revolutionary Rangekeeper, U.S. Naval Institute, 2015-10-10 (ב־English)
- ^ 1 2 3 4 5 6 7 שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ Dumaresq - The Dreadnought Project, www.dreadnoughtproject.org
- ^ Argo Clock - The Dreadnought Project, www.dreadnoughtproject.org
- ^ Argo Aim Corrector - The Dreadnought Project, www.dreadnoughtproject.org
- ^ Original Dreyer Table - The Dreadnought Project, www.dreadnoughtproject.org
- ^ Dreyer Table Mark IV* - The Dreadnought Project, dreadnoughtproject.org
- ^ Dreyer Fire Control Table - The Dreadnought Project, dreadnoughtproject.org
- ^ מחשב בקרת אש פורד מארק 1
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).
- ^ שגיאת לואה ביחידה יחידה:Citation/CS1/Configuration בשורה 1739<includeonly></includeonly>: attempt to index field '?' (a nil value).