沿岸砲兵射撃管制システム

アメリカ陸軍沿岸砲兵隊^{[注 1]}では、射撃管制システムという用語は、指定された目標を観察し、その位置を推定し、その目標を狙った砲の射撃データを計算し、その射撃の有効性を評価し、必要に応じて修正を行うために使用される人員、施設、技術、手順を指すために使用されていました。^[1]

沿岸砲兵隊の初期の射撃管制機器は、光学式距離測定と位置測定をサポートしており、水平基準または垂直基準のいずれかで、通常各要塞に両方のシステムが存在していました。初期の水平基準距離測定には、2 つの方位(別名ベアリングまたは偏向) 機器 (できれば大きく離して配置) と、データを計画室に、さらに砲に伝送する通信システムが必要でした。機器は、基準線の終点を定義するため、ベース エンド ステーションと呼ばれるバンカー内に置かれることが多かったです。ベース エンド ステーションは 2 階建ての建物で、下層階に計画室やその他の機器や設備がある場合があります。1920 年代までには、他の方法と並んで、自己完結型の水平基準機器である一致距離測定器が使用されていました。これらはすぐに使用できましたが、基準線が数フィートしかなく、精度と最大有効距離が低下しました。^[2]

垂直ベース測距では、水面から可能な限り高い位置に取り付けられた単一の俯角測距装置(DPF) を使用しました。これらは同様の英国の装置から派生​​したもので、1896 年から採用されました。標的の方位角とともに、機器から標的までの垂直角度を測定しました。機器の水面からの高さがわかれば、これで標的の距離を決定できました。砲の射程距離が伸びるにつれて、水面から徐々に高くする必要があったため、DPF には厳しい制限要因があり、通常は水平ベース システムによって補完されました。砲の射程距離が伸び続けると、1920 年代には、ポーツマス(ニューハンプシャー州)の港湾防衛施設やデラウェアの港湾防衛施設など、いくつかの場所の高い射撃管制塔に、追加の水平ベース システムと垂直ベース システムが設置されました。^[3]

第二次世界大戦までに、レーダーは目標の位置を決定するより優れた方法となった。^{[2] [4]}しかし、 1942年6月21日の日本軍潜水艦によるスティーブンス砦の砲撃では、アメリカ本土の沿岸防衛施設が攻撃された唯一の機会であったが、砦の司令官はDPFを使用して潜水艦が射程外にあると判断したため、反撃しなかった。^[5]

作戦室は沿岸砲兵隊が沿岸砲兵中隊の砲の射撃管制に従事する兵士のチームを収容するために使用されました。作戦室は1895年頃から第二次世界大戦の終わりまで使用され、その時点で米国沿岸砲兵隊は解散しました。第二次世界大戦中の新しい沿岸砲兵中隊では、これらの部屋は作戦室、配電盤室、無線室 (PSR) と呼ばれ、多くの場合 (常にではありませんが) 砲兵中隊の掩蔽壕と統合されていました。この掩蔽壕は弾薬庫、発電機、その他の支援機能にも使用されていました。16インチ砲の場合、PSR掩蔽壕は砲兵中隊掩蔽壕から少し離れており、射撃の衝撃が作戦室の設備に干渉するのを避けていました。^[3]

作戦室は電話線（時には無線）で基地のエンドステーションと接続され、基地のエンドステーションは敵艦の位置を観察し、作戦室の兵士にデータを送信した。作戦室の兵士は作戦盤などの機器を使用して、砲をどこに向け、いつ発射すべきかを計算した。作戦室から砲まで電話線も引かれ、射撃データを中継するために使用された。作戦室では、「距離補正盤」や「偏向盤」などの他の装置が使用され、補正射撃データ（後述）を計算したり、遠隔観測所の観測員が以前の砲弾の落下位置を観察した後、距離と方位を調整したりした。^[4]

作戦室はコンクリートで造られ、（防御のため）地中に埋められたり、沿岸砲兵隊の鉄筋コンクリート製の砲郭内に設置されたりすることもあった。また、作戦室は、低い塔や1階建てまたは2階建ての木造および漆喰造りの建物など、独立した構造物に設置された。こうした建物には、兵舎のような構造物の中に複数の砲兵隊のための施設が隣接して設置されることもあった。こうした複数の砲兵隊を収容する施設の近くには、寝室やトイレ施設もあることがあった。作戦室は、支配する砲兵隊から数百ヤード離れた場所に設置されることもあった。また、近くの丘や尾根の上に設置されることも多かった。^[3]

砲データコンピュータは電気機械式コンピュータで、1940年代に沿岸砲兵に導入され、特にその時期に運用が開始された新しい100シリーズおよび200シリーズの16インチおよび6インチ砲台に導入されました。これらのコンピュータの一部は、射撃管制所の観測機器に接続された通信機や沿岸砲兵のレーダー装置から直接データを受信しました。^[6]

簡単に言うと、1900年頃から第二次世界大戦まで使用されていた射撃管制システムでは、観測員が基地の末端のステーションや他の射撃管制塔に配置され、光学機器（方位望遠鏡や俯角位置測定器など）を使用して標的（通常は移動中の船舶）の方位や距離を測定していました。^{[注 2]}水平および垂直の両方の基地測距システムが使用されました。^{[7]これらの観察結果は砲台}計画室の人員に伝えられ、彼らは計画板と呼ばれる機械装置を使用して、そのエリアの地図上に標的の観測位置を示しました。右の図の赤い「1」は、射撃管制プロセスのこの最初の段階を示しています。

ターゲットの位置がいくつかプロットされると (図 1 の左側の青い円)、プロット ボードのオペレーターは、砲台から発射された一斉射撃が着弾すると予想される瞬間のターゲットの位置を推定しました。この位置は、「セット フォワード ポイント」(図 1 の緑の四角) と呼ばれました。これは、2 つの時間間隔 ((1) 観測が行われた時間と砲が実際にそのターゲットに向けて発射された時間の間の「デッド タイム」と (2)「飛行時間」(ターゲットに命中する前に発射体が空中にいた時間)) の間にターゲットの予想位置を「前方に設定する」ことが含まれるためです。セット フォワード ポイントは、射撃データ、つまり、ターゲットに命中するために砲手が砲を向けるべき 距離 (ヤード単位) と方位角 (度単位のコンパス方位) ^{[注 3]で表されました。}

しかし、これらの射撃データは、銃に送られる前に、温度（火薬の爆発力に影響）や風の強さと方向（発射体の飛行に影響）など、さまざまな「非標準条件」に合わせて補正された。右の図の赤い「2」は、射撃制御プロセスのこの段階を示している。補正された射撃データを生成するために、「偏向板」（方位角の補正用）や「距離補正板」（距離の補正用）などの特別な装置が使用された（以下で説明）。^{[注 4] [8]}

最終段階（右図の赤い「3」）は、砲兵隊の観測員からのフィードバックを利用することと関係していた。観測員は砲弾の落下（射程距離のオーバーかアンダーか、方位角の左か右か、あるいは目標上か）を観測し、そのデータを作戦室に電話で送信して、将来の一斉射撃に備えて砲の狙いを修正した。^{[注 5] [9]}

沿岸砲兵隊の射撃管制には、標的を追跡して射撃している間、何度も繰り返される一連の手順が含まれていました。まず、観測員が標的を視準し、その観測結果を作戦室に送信しました。次に、作戦室長が標的の位置と予想される今後の動き、および距離と方位角 (方向) の調整を計算しました。その後、射撃データが砲台に送信され、砲兵が砲を向けるために使用しました。砲が発射されました。最後に、観測員が砲弾の落下を観測し、この情報を作戦室に送り返して射撃を修正するために使用しました。その後、観測員が標的の (新しい) 位置を視準し、次のサイクルが開始されました。観測員による連続的な視準の間隔は、「観測間隔」と呼ばれていました。^[10]口径3 インチを超える砲の砲台を制御する場合、通常 20 秒に設定されていました。

射撃管制システムに関わる全員が同期を保つ必要があっただけでなく（例えば、一連の射撃管制データのうちどのデータを使用しているかを常に把握する）、システムの精度を維持するためには、特定の機能（特に観測員による標的の視認と砲兵による砲の発射）を正確な間隔で実行する必要がありました。

砲兵隊の全員が同期を保つために、砲兵隊を担当するすべての観測所または偵察所、作戦室、各砲で「時間間隔ベル」（またはブザー）が鳴らされた。ベルまたはブザーは中央のマスタークロックと配線されている。^{[注 6] [11]}次のサイクルの開始 5 秒前にベルが鳴る。1 秒遅れて再び鳴る。そしてさらに 1 秒の間隔を置いて 3 回目のベルが鳴り、この 3 回目のベルで再び観測が行われ、砲が発射された。

よく訓練された砲兵隊は、次の 20 秒のベルが鳴る前に、射撃データを観察、計画、調整し、砲に伝達し、砲弾を装填して配置することができました。その時点で砲は射撃されました。^{[注 7]}何らかの理由で射撃データが砲に間に合わなかった場合、または砲の停止や不発が発生した場合は、次の間隔の終了時に射撃が行われました。このような場合、砲兵隊に「Relay! (再射撃)」という命令が出されました。^{[注 8]}

補正射撃データとは、1890年から1945年頃、沿岸砲兵隊で射撃管制の目的で使われていた用語である。これは、さまざまな「非標準条件」に合わせて補正された射撃データ（目標に対する距離と方位角（方位角または偏向角ともいう））を指す。沿岸砲兵の用語では、「補正」という用語は通常、射撃前に行われた推定距離または偏向角（方向）の変更を指す。「調整」という用語は通常、射撃後に行われた変更を指し、次の射撃のために砲の照準を変更するために使用された。調整は通常、射撃された砲弾の落下（飛沫）を観察してプロットし、方位角がどれだけ左または右にずれたか、または射程がどれだけ上または下にあったかを報告することによって行われた。^[12]

次の要因について修正を行うことができます。

1. 銃口速度の変化（火薬温度の変化による影響を含む）
2. 大気密度の変化
3. 気温の変化
4. 敷地の高さ（潮位を考慮）
5. 発射体の重量の変化
6. 発射体の飛行時間中の標的の移動
7. 風
8. 地球の自転（長距離砲用）
9. ドリフト^{[注9] [13]}

このような補正が適用された未補正の射撃データは、例えば、プロッティングボードを使用して観測目標（船舶など）の位置と、砲台からその目標までの距離と方位を追跡することで得られたデータです。

一般的な補正のいくつかは気象データに依存していた。このため、各沿岸砲兵の要塞または射撃指揮部は独自の気象観測所を維持し、射撃が予想されるときはいつでも指揮部全体に1時間ごとの気象メッセージ^[14]を送信していた。このメッセージには、特定の高度での気温を報告する5桁と7桁のデータブロックが含まれており、その後に地表から30,000フィート(9,100メートル)までの11の異なる高度帯のそれぞれでの風速、風向、空気の弾道密度が続いた。より高高度の測定値は、砲弾を非常に高い軌道で発射する12インチ(305 mm)沿岸防衛用迫撃砲の発射に必要であった。

風速と風向のデータが入手できるようになると、風成分表示器と呼ばれる円形の計算尺のような装置 (下の画像を参照) を使用して、発射された砲弾の射程距離または偏向 (方位角) に影響を与える風成分を計算しました。この装置から生成されたインデックス番号は、作図室に送られて作図板の読み取り値を修正するために使用されたり、「偏向板」(下を参照) への入力として使用されたり、砲兵隊に電話で伝えられて砲兵が砲自体の射程ホイールまたは照準器に直接オフセットを加えるために使用されました。

距離補正ボードは下の写真のとおりです。これは卓上装置で、1940 年代のワイド キャリッジ機械式加算機に似ており、側面に操作アームがありません。これは、上記の要素 #1 から #7 に必要な個々の補正を計算し、それらを累積するために使用されました。距離補正ボードの結果は、"パーセンテージ補正器" と呼ばれる計算尺のような装置に送られ、銃に送信される補正 (ある場合) を取得します。距離補正ボードは、作業面に巻き付けられ、補正を読み取るための非標準曲線を提供する紙のチャートを使用しました。このチャートは、当時使用されていた銃、パワー チャージ、および発射体の組み合わせに固有のものでなければなりませんでした。個々の要素 (上記の #1 から #7) の値は、砲兵隊の将校からプロット室の担当者に、または 1 時間ごとの気象メッセージから取得する必要がありました。銃口速度（要因1）の正確な測定は不可能な場合が多かったため、発射される火薬の量と使用される個々の銃の特性に基づいた推定値が使用されました。^[15]

また、下の写真には、上記の 6 番目から 9 番目の要素のいずれかを修正するために使用される「偏向板」も示されています。モデル 1905 の板は、下の 2 つの画像に示されています。^{[注 10]}この装置には、可動式の T 定規と可動式の真鍮製フレーム (またはプラテン) があり、どちらも、ベース全体に渡る 3 つの目盛りを前後に独立してスライドできます。プラテンの分度器のような部分には「乗算目盛り」があり、バッテリーが適切な間隔で発砲する機会を逃し、次の間隔まで待たなければならない場合に使用されました。また、ボードのベースには、ボードの左側に切り取られた円弧 (「風の円弧と目盛り」) が取り付けられており、気象メッセージで報告された風速と風向に合わせてボードを設定するために使用されました (上記を参照)。

相互に関連するスケールとアームを適切に配置および回転させることにより、ボードの下部に水平に走る 3 つの異なるスケール (移動スケール、偏向スケール、方位補正スケール) から補正値を読み取ることができました。ただし、それでもこの装置の使用は複雑でした。これは、ガンに送られる前に、プロッティング ボードの操作者に返送する必要のある参照数値が生成されたためです。

沿岸砲兵隊の他の射撃管制装置と同様に、偏向板は機械式アナログコンピュータであり、類似三角形法を使用して、観測間隔中の風速と風向、発射体のドリフト、および標的の角度移動に応じて射撃を修正する問題を解決しました。^[16]

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  風速と風向のデータを沿岸砲の射程距離と偏向（方位角）補正値に変換するために使用される風成分インジケーター。
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  テーブルの上に置かれ、沿岸砲の射撃距離の補正を累積する機械的なアナログ装置である距離補正ボードの表面のレンダリング。
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  この 1910 年の写真には偏向板M1905が示されており、その多くのコンポーネントにラベルが付けられています。
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  1940 年の偏向板M1905のこの図面には、板に使用されている目盛りの一部がはっきりと示されています。
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  1941年後半または1942年初頭に沿岸砲兵将校が使用していた偏向板
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  使用中の俯角測定器（左）と方位測定器（右）
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  オランダのオーバーローンにある軍事博物館にある一致距離計（CRF）。米国の沿岸砲兵のCRFによく似ている。
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  1904 年、マサチューセッツ州フォート アンドリュースの東側にある消防管制所
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  マサチューセッツ州フォート・アンドリュースの東側にある消防管制所の平面図
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  この巨大なコンクリート製の砲郭には、ボストン港のフォート・アンドリュースのホイットマン砲台の 12 インチ迫撃砲の地下作戦室がありました。

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• 米陸軍の射撃管制および照準器の供給カタログ指定別リスト

• 沿岸砲兵：沿岸防衛研究グループのウェブサイトの射撃管制