ケリソン予測器

ケリソンプレディクターは、初の完全自動化された対空射撃 管制システムのひとつです。イギリス陸軍のボフォース 40 mm 砲の照準を自動化し、3 つのメイン ハンドホイールへの簡単な入力で正確なリード計算を行うために使用されました。

予測装置は、観測された速度や目標に対する角度などの単純な入力に基づいて、航空機に砲を向けることができました。このような装置は、以前から艦船の砲術制御に使用されていましたが、ヴィッカース予測装置などのバージョンは、高高度爆撃機に対抗するための大型対空砲に使用できました。ケリソンのアナログ コンピューターは、非常に短い交戦時間と高い角速度を必要とする、要求の厳しい高速低高度任務に使用できるほど高速であった最初のコンピューターでした。

この設計は米国でも採用され、シンガー社によってM5対空指揮装置として生産され、後にM5A1およびM5A2に改良された。M6は機械的には同一であり、英国式の50 Hz電源で動作する点のみが異なっていた。

1930年代後半までに、ヴィッカースとスペリーは高高度爆撃機に対抗するための予測装置を開発していた。しかし、低空飛行する航空機は、交戦時間が非常に短く、運動角速度が高いという、まったく異なる問題を抱えていたが、同時に弾道精度の必要性は低かった。これらの標的に対しては、目で狙いを定めて手で振り回す機関銃が好まれたが、1930年代のより大型で高速な航空機に対処するのに必要な性能はもはやなかった。^[1]

イギリス陸軍の新しいボフォース40mm砲は、低高度対空兵器の標準として計画された。しかし、既存の砲術管制システムはその目的には不十分だった。射程距離が遠すぎて先導を「推測」できず、同時に射手が旋回ハンドルを回すよりも早く角度が変わるほど近かった。^[2]同時に照準器を操作しようとすると、射手にとって負担が増した。さらに悪いことに、これらの射程距離は、電撃戦で決定的な武器であることがすぐに証明されたドイツ空軍の急降下爆撃機が攻撃していたまさにその距離だった。

この問題は、1930年代を通じてテディントンの海軍本部研究所で陸軍との連絡係として働いていた イギリス陸軍のAVケリソン少佐によって取り上げられました。ケリソンはイギリス海軍の砲術用コンピュータのいくつかに携わっており、1930年代後半にこの問題に取り組みました。^[2]戦後、ケリソンはイギリス海軍本部の航空工学研究部長に就任しました。

彼の解決策は、高高度射撃を目的としたヴィッカース プレディクターのような装置に見られる多くの補正やタイミングの問題を省いた計算機だった。代わりに、オペレーターが提供する相対的な動きに基づいて、着弾点を比較的簡単に計算した。このコンセプトの鍵となるのは、この場合、一定の動きの速度を維持するために使用される 2 つのボールとディスクの積分器の使用だった。電動ディスクの上には 2 つの金属ボールがあり、1 つはもう 1 つの上に重ねられ、下側のボールはディスクに接触し、2 つ目はプレディクターの配置ハンドルを駆動する機構に接触していた。^[2]

2 つのボールはクラッチで固定されており、分離したり押し付けたりできる。最初のセットアップでは、操作者はボールのクラッチを外し、ハンドホイールを使用してプレディクターの望遠鏡をターゲットに近づける。これにより、2 つのボールはディスクの表面を移動するが、ディスクに接触していない。追跡を開始すると、クラッチが動かされて 2 つのボールがディスクに接触し、ディスクの回転によってボールが回転し、望遠鏡が自動的に移動してターゲットと一直線に並ぶ。^[2]

ハンドホイールからの最初の入力は完全に正確である可能性は低いため、システムは通常、ターゲットから「ドリフト」し始めます。その後、オペレーターはハンドホイールを動かしてターゲットを中央に戻します。これにより、ボールがディスク上の新しい位置に移動して回転速度が変わり、動きの速度が調整されて、ターゲットを適切に追跡できるようになります。ディスク上のボールの位置は、ターゲットの角運動速度を直接表します。クラッチの 3 番目の設定により、システムはリセットされ、別のターゲットの追跡が開始されます。^[2]

方位角と高度の2つの速度は、標的の角速度を計算するために使用され、そこから標的が砲に対して移動するベクトルが算出された。これは完全な解ではない。砲弾が標的まで飛ぶのには一定の時間がかかり、その間砲弾は移動する。この間の動きを考慮して砲は標的を「先導」する必要がある。標的までの距離は標的の動きとは無関係であるため、この値は別個に入力する必要があり、当初は別の乗組員が距離を単純に推定するか、何らかの光学距離計を使用していたが、^[3]第二次世界大戦中にこの作業用の小型の砲射撃レーダーが一般的になった。

この装置の「出力」は、改造されていないボフォース砲の旋回および仰角ギアに取り付けられた油圧サーボモーターを駆動し、手動介入なしに自動的に予測装置の指示に従うことを可能にした。砲手は砲に弾を装填したままにしておくだけでよく、3人の照準手は大きな三脚に取り付けられた予測装置を標的に向けるだけでよかった。ケリソン予測装置は、動作するように設計された40 mmボフォース砲から発射された砲弾が接触信管式であったため、信管設定を計算しなかった。^[4]

プレディクターは、直線飛行するあらゆる物体を撃墜できることが証明され、特に急降下爆撃機に対して効果的でした。また、非常に複雑で、1,000 個を超える精密部品で構成され、重量を減らすためにその多くがアルミニウムで作られていたにもかかわらず、重量は 500 ポンド (230 kg) を超えました。イギリス空軍がほぼすべての軽金属と機械工を要求したため、プレディクターを陸軍が大量に製造するのは非常に困難でした。

プレディクターはボフォース砲の優れた追加装備であることが証明されましたが、欠点がないわけではありませんでした。主な問題は、砲を駆動するためにかなり大きな発電機が必要であり、発電機に燃料を供給するための物流負荷が増大したことです。システムのセットアップもかなり複雑な作業であり、「オンザフライ」で実行できるものではありませんでした。最終的に、プレディクターはほぼ完全に固定式設置に使用され、野戦部隊は元のアイアン サイトまたは 1943 年後半に導入されたシンプルなスティフキー スティック サイトに依存し続けました。

ケリソンが設計したNo.7対空複合予測装置もいくつかの点で類似している。これはもともと6ポンド艦砲用に開発されたもので、近距離防御と6,000～14,000フィート（1,800～4,300メートル）の中高度の目標に対する防御を目的としていた。後に40mmボフォース砲用に改造された。^[3]

ケリソン予測装置よりも精度は高かったが、スペリーはより高価で複雑なM-7指揮装置の生産に追いつくことができなかった。^[5] 1940年9月、ジョージ・C・マーシャル将軍はイギリスに、テスト用にケリソン予測装置を備えたボフォース40mm砲4門の貸与を要請した。

テスト中、ケリソン プレディクターは 1,500 メートル (4,900 フィート) を超える距離で正確な射撃管制を提供し、ボフォース砲は信頼性がありました。1940 年秋、兵器局はケリソン プレディクターを 37 mm 砲で使用するために標準化しました。1941 年 2 月までに、米国海軍は艦船での使用にボフォースを採用しました。生産上の問題を緩和するため、陸軍は 1941 年 2 月に渋々 40 mm に標準化しました。米国はレンドリース計画に基づいて英国向けにボフォースを製造していたからです。

プレディクターの設計図はスペリー社に渡されたが、スペリー社は自社の複雑な高高度システムであるM7コンピューティングサイトの生産を開始したばかりで、新しい設計を製造する余力はなかった。その代わりに、スペリー社はプレディクターを米国生産に適合させるために必要な変更を完了し、他の場所での生産のために設計図を陸軍に送り返した。1940年12月、シンガー社は陸軍の既存の37mm砲に装備するため、毎月1,500台のプレディクターを製造する契約を結び^[6] 、40mmボフォース砲の生産が拡大された。当初は2つのモデルが製造され、米国標準の115V 60Hz電源で動作するM5と、50V 50Hz電源で動作するイギリス向けのM6であった[ ^{7 ]} 。オリジナルのM5は外部トルク増幅器を使用するように設計されていたため、複雑さが増した。この問題はM5A1で解決され、より強力なボールとディスクのシステムを採用し、外部増幅器の必要性を排除しました。^[8]

シンガー社は、この装置を迅速に生産するために、新工場の建設や鋳造所の鋼鉄からアルミニウムへの切り替えなど、社内で大規模な改革を実施した。生産は1943年1月まで開始されなかったが、1944年半ばまでにすべての注文が満たされた。しばらくの間、米軍のボフォース砲の一部にスペリーM7が装備されていたが、M5が利用可能になるとすぐに戦場で交換された。^{[5] [9]}

戦争中、航空機の速度は劇的に上昇し、ケリソン予測器の速度ですら、戦争の終わりには不十分であることが判明しました。しかし、予測器は、効果的な砲撃には、ある程度強力なコンピュータのサポートが必要であることを実証し、1944年にベル研究所は電子アナログコンピュータをベースにした新しいシステムの提供を開始しました。タイミングは絶好でした。その年の夏の終わりに、ドイツ軍は低高度を高速で飛行するV-1飛行爆弾でロンドン攻撃を開始しました。ドイツ軍に対する1か月間の限定的な成果の後、利用可能なすべての対空砲がロンドンへの接近路の細長い土地に移動され、新しい照準器がドイツ軍に対して十分に有効であることが判明しました。昼間の攻撃はすぐに中止されました。

戦後かなり経った1950年代後半、アメリカのM5が余剰品店に並び始めた。ジョン・ホイットニーは1丁（後にスペリーM7も）を購入し、電気出力を小さな照明付き標的と電球の位置を制御するサーボに接続した。その後、彼はシステムの「数学」を改良し、標的を数学的に制御されたさまざまな方法で動かすようにした。この技術を彼は増分ドリフトと呼んだ。システムの性能が増すにつれ、最終的にはモーションコントロール写真へと進化し、特殊効果撮影で広く使用される技術となった。^[10]

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