射撃管制システム

射撃管制システム( FCS )は、通常は銃データ コンピュータ、指揮装置、レーダーなど、連携して動作する複数のコンポーネントで構成され、遠距離兵器システムが標的を狙い、追跡し、命中するのを支援するように設計されています。これは、人間の砲手が武器を発射するのと同じタスクを実行しますが、より速く、より正確に実行しようとします。

元々の射撃管制システムは船舶用に開発されました。

海軍の射撃管制の初期の歴史は、視界内の目標に対する交戦（直接射撃とも呼ばれる）が主流であった。実際、1800年以前のほとんどの海軍の交戦は、20〜50ヤード（20〜50メートル）の距離で行われた。^[1]アメリカ南北戦争 のときでさえ、USS モニターとCSS バージニアの有名な交戦は、100ヤード（90メートル）未満の距離で行われることが多かった。^[2]

19 世紀後半の急速な技術進歩により、砲撃の射程距離が大幅に延びた。大型のライフル砲が、全金属製の弾丸に比べて相対的に軽い炸薬を発射することで砲の射程距離が大幅に延びたため、船が波に乗っているときに砲を狙うことが主な問題となった。この問題は、この動きを修正して 1 度未満の精度を提供するジャイロスコープの導入によって解決された。砲は今やどんなサイズにも自由にできるようになり、1890 年代にはすぐに口径10 インチ (250 mm)を超えた。これらの砲は非常に長い射程距離をカバーできたため、主な制限は標的を視認することであったため、船には高いマストが使用されるようになった。

もう一つの技術的改善は、蒸気タービンの導入で、これによって船の性能が大幅に向上しました。初期のレシプロエンジン搭載の主力艦はおそらく 16 ノットの速度でしたが、最初の大型タービン船は 20 ノット以上の速度を出せました。砲の射程距離が長いことと相まって、砲弾が発射されてから着弾するまでの間に、標的の船はかなりの距離、つまり船の長さの数倍も移動する可能性があることを意味します。もはや、目視で狙いを定めることは、正確さを期待しては不可能でした。さらに、海戦では、複数の砲の発射を同時に制御する必要もあります。

海軍の砲火管制には、3 つのレベルの複雑さが伴う可能性があります。ローカル制御は、個々の砲手が照準を合わせる原始的な砲設備に由来しています。ディレクター制御は、船上のすべての砲を 1 つの目標に向けます。1 つの目標に対する艦隊編成からの協調射撃は、戦艦艦隊の作戦の焦点でした。表面風速、射撃中の船のロールとピッチ、火薬庫の温度、ライフル弾の偏流、射撃ごとの拡大に合わせて調整された個々の砲の砲身直径、および射程の変化率について補正が行われ、さらに、先行射撃の観察に基づいて射撃解に修正が加えられます。

結果として得られた方向は、射撃解として知られ、照準のために砲塔に送り返されます。弾丸が外れた場合、観測者は弾丸がどの方向にどれだけ外れたかを計算し、この情報を残りの情報の変更とともにコンピューターに送り返し、再度射撃を試みます。

当初、砲は砲兵の観測技術を使用して照準を合わせていました。これは、目標に向けて砲を発射し、砲弾の着弾点（砲弾の落下）を観察し、砲弾がどこに着弾したかに基づいて照準を修正することを伴いましたが、砲の射程距離が長くなるにつれて、ますます困難になりました。^{[1] [3]}

南北戦争から1905年までの間に、望遠照準器や光学距離計など、射撃管制の分野で数多くの小さな改良が行われた。また、交戦中に船の位置を手動で予測するための計画板の使用など、手順上の改良もあった。 ^[4]

その後、適切な砲の配置のために、ますます洗練された機械式計算機が使われるようになり、通常、さまざまな観測装置と距離の測定値が船内の奥深くにある中央計画ステーションに送られた。そこで射撃指揮チームは、船とその標的の位置、速度、方向、およびコリオリの力、大気への天候の影響、その他の調整に関するさまざまな調整を入力した。1905年頃、ドレイヤー表、デュマレスク（これもドレイヤー表の一部）、アルゴクロックなどの機械式射撃管制補助装置が利用可能になり始めたが、これらの装置が広く配備されるまでには数年を要した。^{[5] [6]これらの装置は}レンジキーパーの初期の形態であった。

アーサー・ポーレンとフレデリック・チャールズ・ドレイアーは、独立してこのようなシステムを初めて開発しました。ポーレンは、1900年にマルタ島近海で行われた砲撃演習で海軍の砲兵の精度が低いことに気付き、この問題に取り組み始めました。 ^{[7]英国を代表する科学者として広く知られる} ケルビン卿は、戦闘に参加している船の相対運動と砲弾の飛行時間遅延から生じる方程式をアナログコンピュータで解き、必要な軌道、つまり砲の方向と仰角を計算することを初めて提案しました。

ポーレンは、集中射撃管制に使うために、機械式コンピュータと距離と速度の自動プロットを組み合わせた装置を作ろうとした。標的の位置と相対運動の正確なデータを得るために、ポーレンはデータを取り込むプロット装置（またはプロッター）を開発した。これに、射撃船のヨーを考慮に入れるジャイロスコープを加えた。プロッターと同様に、当時の原始的なジャイロスコープも、継続的で信頼性の高い誘導を行うためには大幅な開発が必要だった。^[8] 1905年と1906年の試験は失敗に終わったが、有望な結果を示した。ポーレンは、急速に台頭しつつあったジャッキー・フィッシャー提督、アーサー・クニヴェット・ウィルソン提督、海軍兵器および魚雷部長（DNO）のジョン・ジェリコーに勇気づけられ、努力を続けた。ポーレンは研究を続け、時折イギリス海軍の軍艦でテストを行った。

一方、ドレイアー率いるグループも同様のシステムを設計した。両システムはイギリス海軍の新造船および既存船向けに発注されたが、最終的に海軍に最も支持されたのはドレイアーのシステムで、その最終形態であるマーク IV* であった。指揮官制御の追加により、第一次世界大戦の艦艇に完全で実用的な射撃管制システムを容易に提供することができ、1916 年半ばまでにほとんどのイギリス海軍主力艦に装備された。指揮官は艦艇の上空高くに設置され、砲塔内の砲手を見下ろすことができた。また、砲塔の射撃を調整して、砲塔の射撃が連動するようにすることもできた。この改良された照準と大型の光学測距儀により、射撃時の敵の位置の推定精度が向上した。このシステムは、1927 年以降に建造された艦艇では、改良された「海軍本部射撃管制表」に置き換えられた。 ^[9]

長い耐用年数の間に、レンジキーパーは技術の進歩に合わせて頻繁に更新され、第二次世界大戦までに統合射撃管制システムの重要な部分となっていた。第二次世界大戦初期に射撃管制システムにレーダーが組み込まれたことで、艦艇は悪天候や夜間でも長距離から効果的な砲撃作戦を遂行する能力を得た。^{[10]米海軍の砲射撃管制システムについては、}艦艇の砲射撃管制システムを参照。

指揮制御射撃と射撃管制コンピュータの使用により、砲の照準制御が個々の砲塔から中央の位置に移されました。ただし、個々の砲架と多連砲塔は、戦闘による損傷で指揮情報伝達が制限された場合に使用するローカル制御オプションを保持していました (これらは、イギリス海軍で「砲塔テーブル」と呼ばれるより単純なバージョンでした)。その後、砲は計画された一斉射撃で発射され、各砲はわずかに異なる軌道を描きました。個々の砲、個々の発射体、火薬点火シーケンス、および船体構造の一時的な歪みの違いによって引き起こされる射撃の分散は、一般的な海軍の交戦距離では望ましくないほど大きかったです。上部構造の高い位置にある指揮装置は、砲塔に取り付けられた照準器よりも敵をよく見ることができ、それらを操作する乗組員は砲の音と衝撃から遠ざかっていました。砲指揮装置は最上部にあり、光学距離計の端が側面から突き出ているため、独特の外観になっています。

高高度の気温、湿度、気圧、風向、風速など、測定も制御もできない弾道要因については、砲弾の落下を観察して最終調整する必要があった。レーダーが利用可能になる前は、目視による距離測定（標的と砲弾の飛沫の両方）は困難だった。イギリス軍は一致測距儀を好み、ドイツ軍は立体測距儀を好んだ。前者は不明瞭な標的の距離測定には適さなかったが、長期間の使用で操作者の負担が軽減され、後者はその逆であった。

潜水艦にも同様の理由で射撃管制コンピュータが搭載されていましたが、問題はさらに顕著でした。典型的な「射撃」では、魚雷が目標に到達するまでに 1 ～ 2 分かかります。2 隻の船舶の相対的な動きを考慮して適切な「リード」を計算するのは非常に困難であり、魚雷データ コンピュータが追加され、これらの計算速度が劇的に向上しました。

第二次世界大戦時の典型的なイギリス艦艇では、射撃管制システムは個々の砲塔を指揮塔（照準器が置かれている）と艦艇の中心部にあるアナログ コンピュータに接続していた。指揮塔では、オペレーターが望遠鏡を標的に向け、1 つの望遠鏡で仰角を、もう 1 つの望遠鏡で方位を測定した。別のマウントにある測距望遠鏡は、標的までの距離を測定した。これらの測定値は、射撃管制台によって砲が射撃する方位と仰角に変換された。砲塔では、砲手が砲の仰角を、射撃管制台から送信される仰角の指標に合わせて調整した。砲塔手は方位についても同様に調整した。砲が標的に当たると、中央から砲撃された。^[11]

プロセスがかなり機械化されていたにもかかわらず、依然として多くの人的要素が必要でした。HMSフッドの主砲用の送信所 (ドレイヤー テーブルが設置されていた部屋) には27 人の乗組員がいました。

指揮官は敵の砲火からほとんど無防備だった。船のこれほど高い位置に重い装甲を積むのは困難で、装甲が砲弾を防いだとしても、衝撃だけで計器の位置がずれてしまう可能性が高かった。船の他の部分に命中した小さな砲弾や破片から守るのに十分な装甲が限界だった。

アナログコンピュータの性能は印象的でした。 1945年のテスト中、戦艦USS ノースカロライナは一連の高速旋回中に目標に対する 正確な射撃ソリューション^{[12]を維持することができました[13]} 。軍艦にとって、目標と交戦しながら操縦できることは大きな利点です。

レーダーのデータをレンジキーパーに入力できるようになり、長距離での夜間の海軍交戦が可能になった。この組み合わせの有効性は、  1942年11月の第三次サボ島海戦で実証された。このとき、USSワシントンは夜間に8,400ヤード（7.7 km）の距離で日本の戦艦霧島と交戦した。霧島は炎上し、数回の爆発に見舞われ、乗組員によって自沈した。霧島は、発射された75発のうち少なくとも9発の16インチ（410 mm）砲弾（命中率12％）を受けていた。^[1]霧島 の残骸は1992年に発見され、船首部分全体が失われていたことが判明した。^[14] 第二次世界大戦中の日本は、米海軍ほどのレーダーや自動射撃管制を開発しておらず、大きな不利を被っていた。^[15]

1950 年代までに砲塔はますます無人化され、レーダーやその他の情報源からの入力を使用して、艦艇の管制センターから遠隔で砲の配置が制御されるようになりました。

アナログレンジキーパーの最後の戦闘行動は、少なくとも米海軍においては、1991年の湾岸戦争^{[16] [より詳細な情報源が必要]で、}アイオワ級 戦艦のレンジキーパーが戦闘で最後の砲撃を指揮したときであった。

火器管制システムの初期の使用例は爆撃機で、高度と対気速度の情報を受け取り、その時点で投下された爆弾の着弾地点を予測して表示する計算爆撃照準器が使用されていました。米国の最も有名な装置はノルデン爆撃照準器です。

鉛計算照準器として知られる単純なシステムも、戦争後期に航空機内にジャイロ照準器として登場した。これらの装置はジャイロスコープを使用して旋回速度を測定し、これを考慮して照準器の照準点を動かし、照準点は反射照準器を通して示された。照準器への唯一の手動「入力」は目標までの距離であり、これは通常、既知の距離での目標の翼幅のサイズをダイヤルで入力することで処理された。戦後、この入力さえ自動化するために小型レーダー装置が追加されたが、パイロットが完全に満足できるほど高速になるまでにはしばらく時間がかかった。量産機で集中火器管制システムが初めて実装されたのは、B-29であった。^[17]

ベトナム戦争が始まる頃には、低高度爆撃システム(LABS) と呼ばれる新しいコンピュータ化された爆撃予測装置が、核兵器を搭載する航空機のシステムに統合され始めた。この新しい爆弾コンピュータは、爆弾の投下命令がパイロットではなくコンピュータによって出されたという点で革命的だった。パイロットはレーダーまたはその他の照準システムを使用して標的を指定し、爆弾の投下を「承諾」すると、コンピュータは数秒後に計算された「投下地点」で爆弾を投下した。これは、以前のシステムとは非常に異なる。以前のシステムもコンピュータ化されていたが、その時点で爆弾が投下された場合にどこに落ちるかを示す「着弾地点」を計算していた。重要な利点は、飛行機が操縦しているときでも正確に爆弾を投下できることである。この時点までのほとんどの爆撃照準器では、飛行機が一定の姿勢 (通常は水平) を維持することが必要であったが、急降下爆撃照準器も一般的であった。

LABS システムは、もともとトス ボミングと呼ばれる戦術を容易にし、航空機を兵器の爆風半径の範囲外にとどまらせるために設計された。しかし、投下点を計算する原理は、最終的には後の爆撃機や攻撃機の射撃管制コンピュータに統合され、水平、急降下、トス ボミングが可能になった。さらに、射撃管制コンピュータが兵器システムと統合されるにつれて、コンピュータは発射される兵器の飛行特性を考慮に入れることができるようになった。

第二次世界大戦が始まる頃には、航空機の高度性能が大幅に向上したため、対空砲も同様の予測上の問題を抱え、射撃管制コンピュータの装備が進むようになった。これらのシステムと艦船のシステムとの主な違いは、サイズと速度である。英国海軍の高角管制システム（HACS）の初期バージョンは、砲弾の信管にかかる時間と砲弾が目標に到達するまでの時間から成る予測サイクルの間、目標の速度、方向、高度が一定であるという仮定に基づいて予測を行うシステムの例である。米海軍のMk 37システムも同様の仮定を行っていたが、高度の変化率が一定であると仮定して予測できる点が異なっていた。ケリソン・プレディクターは、単に標的にディレクターを向け、その指示するポインターに砲を向けるだけで、照準を「リアルタイム」で解決するように構築されたシステムの例である。また、このシステムは、使用する砲とともに簡単に移動できるように、意図的に小型軽量に設計されていた。

レーダーベースのM-9/SCR-584対空砲システムは、 1943年以来防空砲の指揮に使用されていました。MIT放射線研究所のSCR-584は自動追尾機能を備えた最初のレーダーシステムであり、ベル研究所のM-9 ^[18]は複雑で製造が困難な機械式コンピュータ（スペリーM-7や英国のケリソン予測装置など）に代わる電子アナログ射撃管制コンピュータでした。VT近接信管と組み合わせたこのシステムは、 1機あたり100発未満の砲弾でV-1巡航ミサイルを撃墜するという驚くべき偉業を成し遂げました（以前の対空システムでは数千発が一般的でした）。 ^{[19] [20]}このシステムは、V-1に対するロンドンとアントワープの防衛に役立ちました。

対空射撃管制システムは、陸上射撃管制セクションに記載されていますが、海軍システムや航空機システムにも存在します。

アメリカ陸軍沿岸砲兵隊では、19世紀末に沿岸砲兵射撃管制システムの開発が始まり、第二次世界大戦を通じて進歩しました。 ^[21]

初期のシステムでは、複数の観測局または基地エンドステーション（図 1を参照）を使用して、アメリカの港を攻撃する目標を発見して追跡していました。これらのステーションからのデータは、作戦室に渡され、作戦盤などのアナログ機械装置を使用して目標の位置を推定し、目標を阻止するために割り当てられた沿岸砲の砲列の射撃データを導き出しました。

アメリカの沿岸砲兵要塞^[22]には、12インチの沿岸防衛用迫撃砲から、3インチと6インチの中距離砲、さらに10インチと12インチのバルベット砲や消失砲、14インチの鉄道砲、第二次世界大戦の直前から戦時中まで配備された16インチ大砲など、さまざまな兵器が備え付けられていた。

沿岸砲兵の射撃管制は、気象条件、使用火薬の状態、地球の自転などの要因に応じて射撃データを修正する点でますます洗練されていった。また、観測された砲弾の落下に合わせて射撃データを調整する規定も設けられた。図2に示すように、これらのデータはすべて、各港湾防衛システム全体に鳴らされた時間間隔ベルのシステムによって制御された細かく調整されたスケジュールで作戦室にフィードバックされた。^[23]

第二次世界大戦後期になってようやく、沿岸防衛レーダーに接続された電気機械式砲データ コンピュータが、沿岸砲兵の制御における光学観測と手動の計画方法に取って代わり始めました。その後も、手動の方法は戦争の終わりまでバックアップとして保持されました。

陸上射撃管制システムは、直接射撃と間接射撃の両方の武器交戦を支援するために使用できます。これらのシステムは、小型拳銃から大型砲兵兵器までさまざまな武器に搭載されています。

現代の射撃管制コンピュータは、他の高性能コンピュータと同様、デジタル式である。性能が向上したことで、空気の密度や風から、銃身の磨耗や加熱による歪みまで、基本的にあらゆる入力を追加できるようになった。こうした影響はどんな銃でも顕著であり、射撃管制コンピュータはますます小型のプラットフォームに搭載されるようになっている。自動射撃管制が最初に使用されたのは戦車で、レーザー距離計と銃身歪み計が使用されていた。射撃管制コンピュータは、大型大砲の照準だけでなく、機関銃、小型大砲、誘導ミサイル、ライフル、手榴弾、ロケットなど、発射パラメータを変更できるあらゆる種類の兵器の照準にも役立つ。通常、船舶、潜水艦、航空機、戦車、さらには一部の小火器、たとえばFabrique Nationale F2000ブルパップ式突撃銃用に開発されたグレネードランチャーにも搭載されている。射撃管制用コンピュータは、コンピュータが持つ技術のあらゆる段階を経てきました。アナログ技術をベースにした設計や、後にトランジスタに置き換えられた真空管を採用した設計もありました。

射撃管制システムは、効果的な解決策を計算するために手動で入力しなければならない情報の量を削減または排除するために、センサー（ソナー、レーダー、赤外線捜索追跡装置、レーザー距離計、風速計、風向計、温度計、気圧計など）とインターフェースされることがよくあります。ソナー、レーダー、 IRST、距離計は、システムにターゲットの方向や距離を提供します。または、オペレーターがターゲットに向けるだけの光学照準器を提供することもできます。これは、誰かが他の方法で距離を入力するよりも簡単で、ターゲットが追跡されているという警告をあまり与えません。通常、長距離で発射される兵器には環境情報が必要です。弾薬の移動距離が長くなるほど、風、温度​​、空気密度などが弾道に与える影響が大きくなるため、正確な情報を得ることが適切な解決策には不可欠です。非常に長距離のロケットの場合、高高度や発射地点と目標地点の間で環境データを取得しなければならないことがあります。多くの場合、この情報を収集するために衛星や気球が使用されます。

射撃解が計算されると、多くの最新の射撃管制システムは武器の照準と発射も行えます。これもまた、速度と精度のためであり、航空機や戦車などの乗り物の場合は、パイロットや砲手などがターゲットの追跡や航空機の操縦などの他の操作を同時に実行できるようにするためです。航空機の固定砲のように、システムが武器自体の照準を合わせることができない場合でも、オペレーターに照準の指示を与えることができます。通常、砲はまっすぐ前を向いており、パイロットは発射前に航空機を操縦して正しい方向に向ける必要があります。ほとんどの航空機では、照準の指示はヘッドアップ ディスプレイ(HUD)に投影される「ピッパー」の形をとります。ピッパーは、ターゲットを命中させるためにターゲットが航空機に対してどこに位置する必要があるかをパイロットに示します。パイロットが航空機を操縦してターゲットとピパーが重なったら、武器を発射します。一部の航空機では、パイロットの遅れを補うために、この時点で武器が自動的に発射されます。ミサイル発射の場合、射撃管制コンピューターは、ターゲットがミサイルの射程内にあるかどうか、および特定の瞬間に発射された場合にミサイルが命中する可能性についてパイロットにフィードバックする場合があります。パイロットは、確率の測定値が十分に高くなるまで待ってから、武器を発射します。

• ターゲット獲得
• 対砲兵レーダー
• ディレクター（軍事）
• 射撃管制レーダー
• 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
• 予測される衝突地点
• 艦砲射撃管制システム
• タータール誘導ミサイル射撃管制システム

• バクスター、ジェームズ・フィニー（1946年）。『時間に抗う科学者たち』リトル・ブラウン社。ISBN 0-26252-012-5。
• キャンベル、ジョン（1985年）。第二次世界大戦の海軍兵器。海軍研究所出版。ISBN 0-87021-459-4。
• フェアフィールド、AP（1921年）。海軍兵器。ロード・ボルティモア・プレス。
• フリーデン、デビッド・R.（1985年）。海軍兵器システムの原理。海軍研究所出版。ISBN 0-87021-537-X。
• フリードマン、ノーマン（2008年）。海軍の火力：ドレッドノート時代の戦艦の砲と砲術。シーフォース。ISBN 978-1-84415-701-3。
• ハンス・モート、タラノビッチ、スティーブ（2012年12月10日）。「第二次世界大戦の爆撃機の尾部銃手の位置から見た設計の反省、パート1」EDN 。 2020年8月18日閲覧。
• ポレン、アントニー（1980年）。『大砲撃スキャンダル ユトランド沖の謎』コリンズ。ISBN 0-00-216298-9。
• ロッシュ、アクセル。「射撃管制と人間とコンピュータの相互作用：コンピュータマウスの歴史に向けて（1940-1965）」スタンフォード大学。2020年2月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年8月18日閲覧。
• シュライハウフ、ウィリアム（2001）。「デュマレスク号とドレイヤー号」。ウォーシップインターナショナル。XXXVIII （1）。国際海軍研究機関：6–29。ISSN 0043-0374  。
• シュライハウフ、ウィリアム (2001)。「デュマレスク号とドライヤー号、第2部」。ウォーシップインターナショナル。XXXVIII (2)。国際海軍研究機関: 164–201。ISSN 0043-0374  。
• シュライハウフ、ウィリアム (2001)。「デュマレスク号とドライヤー号、第3部」。ウォーシップインターナショナル。XXXVIII (3)。国際海軍研究機関: 221–233。ISSN 0043-0374  。
• ライト、クリストファー C. (2004)。 「米国海軍戦艦砲術の有効性に関する疑問: 米国海軍砲射撃管制システム射程キーパーの起源に関する注記」。ウォーシップ インターナショナル。XLI (1): 55–78。ISSN 0043-0374  。

ウィキメディア・コモンズには、射撃管制システムに関連するメディアがあります。

• 人間と機械の間: サイバネティクス以前のフィードバック、制御、コンピューティング – Google ブックス
• 戦艦および対空砲の射撃管制のための BASIC プログラム 2012-10-03 にWayback Machineでアーカイブされました
• 全国消防管理シンポジウム