艦砲射撃管制システム

イギリス海軍は、1870 年という早い時期に、ジョン A. フィッシャー司令官が中国艦隊の旗艦であるHMSオーシャン にすべての砲を同時に発射できる電気システムを設置した際に、斉射の観測優位性の低下をいくつかの実験を通して認識していた。 ^{[ a ]}しかし、1904 年になっても、艦隊全体またはイギリス海軍はこのシステムをまだ導入していなかった。イギリス海軍は、グレート ゲームを通じてロシアを潜在的な敵とみなし、日露戦争中に海軍砲術部のウォルターレイク中尉と沿岸警備隊および予備役のウォルター ヒュー スリング司令官^{[ 3 ]}を日本に派遣した。後者は初期のデュマレスクを携えていた。彼らの任務は、日本の海軍砲術要員を最新の技術開発について指導および訓練することであったが、大日本帝国海軍(IJN)にとってより重要なのは、彼らがこれらの実験をよく知っていたことである。

1904年8月10日の黄海海戦でロシア太平洋艦隊と交戦した際、イギリスで建造された日本海軍戦艦あさひとその姉妹艦で艦隊旗艦の三笠は、艦橋に最新のバール・アンド・ストラウド測距儀を装備していたが、これらの艦は協調照準と射撃のために設計されたものではなかった。あさひの砲術長である加藤博治（後の連合艦隊司令官）は、マストの高いところにいる観測員から艦橋の自分の位置まで伝声管（ボイスパイプ）と電話通信を用いて距離と偏角の計算を行い、自分の位置から艦首と艦尾の12インチ（305mm ）砲塔まで通信を行う、最初の射撃指揮システムを実験した。^{[ 4 ]} 

艦橋からの彼の声による命令で半同期斉射が行われると、マスト上のストップウォッチを使用する観測員は、多数の飛沫の中から単一の飛沫を識別するよりも、自艦から遠く離れた砲弾の飛沫をより効果的に識別することができた。^{[ b ]}加藤は、艦のローリングとピッチングのサイクルの特定の瞬間に一貫して射撃命令を出したため、以前は各砲塔の人工水平儀を使用してさまざまな精度で独立して行われていた射撃と修正の任務が簡素化された。^{[ c ] [ 4 ]}さらに、砲塔とは異なり、彼は目標の動きに関する報告に応じて針路と速度を変更する命令を出す艦長から数歩の距離にいた。

加藤は艦隊旗艦三笠に砲術長として転属し、彼が開発した原始的な制御システムは、1905年5月27日から28日にかけての対馬沖海戦で連合艦隊がロシア・バルト艦隊（後に第2・第3太平洋艦隊と改称）を壊滅させる頃には、艦隊全体で運用されていた。

中央集中型の海軍射撃管制システムが初めて開発されたのは第一次世界大戦の頃である。^{[ 7 ]}それまでは局所的な制御が用いられており、第二次世界大戦中も小型軍艦や補助艦艇で使用され続けた。HMSドレッドノートの仕様は、対馬海戦の報告書が朝日艦に乗艦し ていた日本海軍の公式オブザーバー、パケナム艦長（後に提督）によって提出された後に最終決定された。パケナム艦長は加藤のシステムがどのように機能するかを直接観察していた。この設計以降、大型軍艦は複数の砲塔にわたって同じサイズの砲を主砲として搭載し（修正がさらに簡単になった）、電気トリガーによる中央射撃管制を容易にした。

イギリスは第一次世界大戦前に最初の中央システムを構築した。その中核を成していたのは、フレデリック・チャールズ・ドライヤー司令官（後に海軍提督）が設計したアナログコンピュータで、射撃艦と標的艦の相対運動による射程の変化率、すなわち射程変化率を計算した。ドライヤー表は改良され、戦間期まで使用され、その後、新造艦や改修艦では海軍本部射撃管制表に取って代わられた。^{[ d ]}

射撃管制コンピューターと併用した射撃管制により、砲の照準制御は個々の砲塔から中央の位置（通常は装甲の下に保護された作戦室）に移されたが、個々の砲架や多連装砲塔は、戦闘による損傷で射撃管制官が砲を設置できない場合に備えて、ローカル制御オプションを保持することができた。その後、各砲がわずかに異なる弾道で計画された斉射を行うことができた。個々の砲、個々の砲弾、火薬の点火順序、および艦構造の一時的な歪みによる散弾は、典型的な海戦距離では望ましくないほど大きかった。上部構造の高い位置にある射撃管制官は、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、操作する乗員は砲の音と衝撃から遠かった。

高高度の気温、湿度、気圧、風向、風速といった測定不可能で制御不能な弾道要因は、弾丸の落下を観測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、（標的と砲弾の着弾の両方の）目視による距離測定は困難であった。イギリスは同時計数式測距儀を好んだが、ドイツとアメリカ海軍は立体視式測距儀を好んだ。前者は不明瞭な標的に対する測距能力は劣るものの、長時間の使用において操作者の負担は少なく、後者はその逆であった。

ユトランド沖海戦では、当時イギリス軍は世界最高水準の射撃管制システムを備えていると一部で考えられていたが、実際に目標に命中したのはわずか3%だった。当時、イギリス軍は主に手動の射撃管制システムを使用していた。^{[ 8 ]}この経験が、コンピューター式射撃管制官が標準装備となる一因となった。^{[ e ]}

アメリカ海軍で初めてレンジキーパーが配備されたのは、 1916年のUSSテキサス でした。当時の技術の限界から、初期のレンジキーパーは粗雑なものでした。例えば、第一次世界大戦中、レンジキーパーは必要な角度を自動的に生成しましたが、水兵はレンジキーパーの指示に手動で従わなければなりませんでした。この作業は「ポインター追従」と呼ばれていましたが、長時間の戦闘で疲労すると乗組員は意図しないミスを犯しがちでした。^{[ 9 ]}第二次世界大戦中、サーボ機構（アメリカ海軍では「パワードライブ」と呼ばれていました）が開発され、手動の介入なしに砲がレンジキーパーのコマンドに自動的に操舵できるようになりましたが、自動制御が失われた場合でもポインターは機能しました。Mark 1およびMark 1Aコンピュータには、計算機構へのトルク負荷を最小限に抑えるために、主に位置サーボである約20個のサーボ機構が搭載されていました。^{[ 10 ]}

長い運用期間中、レンジキーパーは技術の進歩に伴い頻繁に更新され、第二次世界大戦までには統合射撃管制システムの重要な一部となっていた。第二次世界大戦初期にレーダーが射撃管制システムに組み込まれたことで、艦艇は悪天候や夜間でも長距離で効果的な砲撃作戦を実施できるようになった。^{[ f ]}

第二次世界大戦時の典型的なイギリス艦では、射撃管制システムは個々の砲塔を指揮塔（照準器が設置されている場所）と艦の中央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、操作員が望遠鏡を目標に向け、一方の望遠鏡で仰角を、もう一方の望遠鏡で方位を測定した。別の架台に設置された測距望遠鏡で目標までの距離を測定した。これらの測定値は射撃管制表によって砲の射撃方向となる方位と仰角に変換された。砲塔では、砲手が射撃管制表から送られてくる仰角を示す指示器に合わせて砲の仰角を調整し、砲塔砲手は方位についても同様の調整を行った。砲が目標に当たると、中央から砲撃された。^{[ 11 ]}

愛知時計株式会社は1932年に九二式測距盤（低角度アナログ計算機）を初めて製造した。米海軍のレンジキーパーとマーク38 GFCSは、操作性と柔軟性において大日本帝国海軍のシステムよりも優れていた。米国のシステムでは、作図室のチームが目標の動きの変化を迅速に特定し、適切な修正を適用することができた。大和型潜水艦に搭載された九八式測距盤や測距盤などの日本の新しいシステムはより最新鋭であり、測距盤は不要となったが、それでも7人のオペレーターに依存していた。

米国のレーダー支援システムとは対照的に、日本軍は平均光学式測距儀に頼り、水平線を感知するジャイロがなく、直射盤、射撃盤、砲盤、そして砲そのものの追撃を手動で操作する必要があった。これが、1944年10月のサマール沖海戦における中央部隊の戦艦の惨敗の一因となった可能性がある。^{[ 12 ]}

その戦闘では、アメリカの駆逐艦は世界最大の装甲戦艦と対峙し、巡洋艦は魚雷の射程圏内まで接近するのに十分な時間砲弾をかわしながら、数百発の正確な自動照準式5インチ（127mm ）砲弾を目標に撃ち込んだ。巡洋艦は、追撃を1時間かけて距離を5マイル（8.0km ）まで縮めた後になってようやく、着水後追撃する護衛空母に命中弾を与えた。日本軍は長距離砲撃で優位性を得るというドクトリンを追求したが、巡洋艦1隻は空母の単装5インチ砲の命中弾による二次爆発の犠牲となった。最終的に、数百機の空母艦載機の支援を受けて、損傷した中央部隊は、タフィー3の軽武装護衛艦と護衛空母の生き残りを全滅させる寸前に撃退された。それ以前のスリガオ海峡海戦では、夜間におけるアメリカのレーダー支援システムの明確な優位性が確立されていた。  

レンジキーパーの目標位置予測特性は、レンジキーパーを無力化するために利用される可能性がある。例えば、長距離砲撃を受けている多くの艦長は、「斉射を追う」ために激しい操艦を行う。斉射を追う艦は、最後の斉射が着弾した位置に向かって操艦する。レンジキーパーは常に目標の新しい位置を予測しているため、次の斉射が前の斉射の位置に命中する可能性は低い。^{[ 13 ]}敵のシステムによって予測されない限り、旋回方向は重要ではない。次の斉射の目標は、前の斉射が命中した時点の位置と速度の観測に依存するため、それが方向転換の最適なタイミングである。実際のレンジキーパーは、複雑さを許容範囲内に抑えるために、目標が一定速度で直線経路を移動していると仮定する必要があった。ソナーレンジキーパーは、一定の旋回半径で旋回する目標を含むように構築されたが、その機能は無効化されていた。

イギリス海軍^{[ 14 ]}とアメリカ海軍だけが、敵艦を目視で捕捉する必要のない「ブラインドファイア」レーダー射撃管制を実現した。枢軸国はすべてこの能力を欠いていた。アイオワ級やサウスダコタ級などの戦艦は、視界の水平線を超えて、暗闇の中、煙や天候を通して砲弾を発射することができた。アメリカのシステムは、同時代の多くの主要海軍と同様に、ジャイロスコープで安定した垂直要素を備えていたため、機動中であっても目標に対する解を維持することができた。第二次世界大戦の開始ま​​でに、イギリス、ドイツ、アメリカの軍艦は、ジャイロコンパスとジャイロレベル入力を組み込んだ高度なアナログ射撃管制コンピューターを使用して、射撃と機動の両方を行うことができた。^{[ 15 ]}マタパン岬沖海戦では、イギリス地中海艦隊がレーダーを使用してイタリア艦隊を待ち伏せして大損害を与えたが、実際の射撃はスターシェル照明を使用した光学制御で行われた。ガダルカナル海戦 において、 USSワシントンは 完全な暗闇の中、光学式およびレーダー式射撃管制を組み合わせて戦艦霧島に近距離から致命的な損傷を与えた。戦闘中の光学式およびレーダー式追跡の比較では、レーダー式追跡の精度が光学式追跡と同等であることが示され、レーダー測距は戦闘全体を通して使用された。^{[ 16 ]}

アナログ式レンジキーパーの最後の戦闘行動は、少なくともアメリカ海軍においては、1991年の湾岸戦争^{[ 17 ]}で、アイオワ級戦艦のレンジキーパーが戦闘で最後の砲弾を指揮した時だった。

Mark 33 GFCS は動力駆動の射撃管制指揮装置で、Mark 37 より性能が劣っていた。Mark 33 GFCS はアナログ射撃管制コンピュータ Mark 10 Rangekeeperを使用していた。レンジキーパー全体が RN HACS や後の Mark 37 GFCS のように独立したプロット室ではなく、開放型の指揮装置内に設置されていたため、Mark 33 GFCS のアップグレードが困難だった。^{[ 19 ]}最高320 ノット (590 km/h; 370 mph)で移動する目標、または急降下時の400 ノット (740 km/h; 460 mph)の目標に対する射撃ソリューションを計算することができた。その設置は 1930 年代後半に駆逐艦、巡洋艦、航空母艦に始まり、艦橋の前後に 2 台の Mark 33 指揮装置が設置された。当初は射撃管制レーダーはなく、目視のみで照準を合わせていた。 1942年以降、これらの射撃指揮装置の一部は密閉され、射撃指揮装置の屋根にマーク4射撃管制レーダーが追加されましたが、他のものは開放型の射撃指揮装置の上にマーク4レーダーが追加されました。マーク4では、最大40,000ヤードの大型航空機を標的にすることができました。低空飛行する航空機に対する射程は短く、大型水上艦艇は30,000ヤード（27,000メートル）以内にいる必要がありました。レーダーを使用すると、夜間や悪天候でも目標を視認して正確に命中させることができました。^{[ 20 ]}マーク33および37システムは、タキメーターによる目標運動予測を使用しました。^{[ 19 ]}米海軍はマーク33を満足のいくシステムとは考えていませんでしたが、戦時中の生産上の問題、およびマーク37の重量とスペースの要件の増加により、マーク33を段階的に廃止することはできませんでした。     

レンジキーパー（[Mark 10]）内の計算機構は、旧式の機器よりは優れていたものの、目標を最初に捕捉した際の初期解の取得と、目標の動きによって生じる解の頻繁な変更への対応の両方において、処理速度が遅すぎた。そのため、[Mark 33]は明らかに不十分であり、これは戦闘開始前の模擬航空攻撃演習で一部の観察者によって指摘された。しかし、この欠陥の深刻さの最終的な認識と交換計画の開始は、[Mark 28]の交換に関連して言及された甲板下のスペースの問題によって遅れた。さらに、混雑した戦時生産計画において、旧式で効果の低い指揮システムの交換が優先されたことが、[Mark 33]の運用が戦闘終結まで延長された原因となった。^{[ 21 ]}

マーク33は、一部の駆逐艦では主射撃指揮装置として、大型艦では副砲/対空射撃指揮装置として使用されました（つまり、後のマーク37と同じ役割）。この装置で制御される砲は、通常5インチ砲、すなわち5インチ/25または5インチ/38でした。

マーク34は大型砲艦の主砲を制御するために使用されました。その前身には、Mk18（ペンサコーラ級）、Mk24（ノーサンプトン級）、Mk27（ポートランド級）、Mk31（ニューオーリンズ級）などがあります^{[ 32 ] [ 33 ]。}

アメリカ海軍兵器局によると、

欠陥は致命的なものではなく、マーク33は第二次世界大戦のかなり終盤まで生産され続けたが、マーク33が最初に搭載されてからわずか2年後の1936年に、設計局は改良型射撃指揮装置の開発に着手した。結果として得られた射撃指揮システムは、交換予定だった装置よりも約8,000ポンド（3,600kg ）重かったため、軽量化の目標は達成されなかったが、この計画から生まれた射撃指揮装置マーク37は、その重量増を補って余りある利点を備えていた。マーク37が提供した砲撃命令はマーク33と同じであったが、信頼性が向上し、水上用か対空用かを問わず、 5インチ（13cm ）砲の砲台で全体的に性能が向上した。さらに、安定装置とコンピューターは、射撃指揮装置の筐体内に収容されるのではなく、攻撃を受けにくく、艦の安定性を損なう危険性が少ない甲板下に設置された。設計では、最終的にレーダーを追加することが想定されており、これにより後に射撃指揮装置による盲目射撃が可能になった。実際、マーク37システムはほぼ継続的に改良された。1945年末までに、この装置は92回の改良を受けており、これは1941年12月7日に艦隊にあった同タイプの射撃指揮装置の総数のほぼ2倍である。調達は最終的に841ユニットに達し、1億4800万ドルをはるかに超える投資となった。駆逐艦、巡洋艦、戦艦、空母、および多くの補助艦艇が射撃指揮装置を使用し、個々の設置数は駆逐艦の1基から各戦艦の4基まで様々であった。射撃指揮装置マーク33および37の開発により、米国艦隊は攻撃機に対する優れた長距離射撃管制が可能になった。しかし、この装置が開発段階に入った当時はそれが最も差し迫った問題と思われたが、これは防空全体の問題の一部に過ぎなかった。近距離では射撃指揮装置の精度は急激に低下した。中距離でも、それらは多くの点で不十分だった。装備の重量とサイズは迅速な移動を妨げ、ある目標から別の目標への移動を困難にした。したがって、その効率は危険の近さに反比例した。^{[ 44 ]}  

このコンピュータは、1935年までにフォード・マーク1コンピュータとして完成した。高度変化のレート情報により、時速400マイル（640 km/h）を超える航空機目標に対する完全な解法が可能になった。シムズ級駆逐艦から始まり、戦艦には最大4基のこのコンピュータが搭載された。航空機の速度が上がるにつれて、このシステムの航空機に対する有効性は低下したが、第二次世界大戦末期にはマーク37システムが改良され、タイマーや高度ではなく目標に近づくと爆発するVT（可変時限）近接信管の開発に対応できるようになり、1発の砲弾で目標を破壊できる確率が大幅に向上した。 

マーク37ディレクター

銃ではなく「耳」が付いた銃架に似たマーク37ディレクターの機能は、目標の現在位置を方位、仰角、距離で追跡することだった。そのために、光学照準器（前面の長方形の窓またはハッチ）、光学距離計（両側から突き出ているチューブまたは耳）、そして後のモデルでは射撃管制レーダーアンテナを備えていた。長方形のアンテナはマーク12 FCレーダー用で、左側の放物面アンテナ（「オレンジの皮」）はマーク22 FCレーダー用である。これらは航空機の追跡を改善するためのアップグレードの一部だった。^{[ 1 ]}

ディレクターには、ディレクターオフィサー、アシスタントコントロールオフィサー、ポインター、トレーナー、レンジファインダーオペレーター、レーダーオペレーターの6名のクルーが配置されていた。^{[ 45 ]}

指揮官には、指揮装置を新しい目標に素早く向けるための旋回照準器も備えられていた。[ 46] 戦艦には最大4基のマーク37砲射撃管制システムが搭載されていた。戦艦では、指揮装置は1 + 1/2^{インチ（38} mm）の装甲で保護されており、重量は21トンである。USSジョセフ・P・ケネディ・ジュニアに搭載されているマーク37指揮装置は、1/2インチ（13 mm）の装甲板で保護されており、重量は16トンである。   

安定要素からの安定化信号により、光学照準望遠鏡、測距儀、レーダーアンテナは甲板の傾きの影響を受けずに済んだ。測距儀の軸を水平に保つ信号は「クロスレベル」と呼ばれ、仰角の安定化は単に「レベル」と呼ばれた。安定要素は、マーク1/1Aコンピュータの隣にあるPlotの甲板下にあったが、その内部ジンバルは方位と仰角における射撃指揮装置の動きに追従し、レベルとクロスレベルのデータを直接提供した。これを正確に行うため、射撃管制システムが最初に設置されたとき、測量士は複数の段階を経て射撃指揮装置の位置をPlotに転送し、安定要素自身の内部機構が射撃指揮装置に適切に位置合わせされるようにした。

距離計はかなりの質量と慣性を持っていたが、クロスレベルサーボにかかる負荷は通常軽かった。なぜなら、距離計自体の慣性によって、距離計はほぼ水平に保たれていたからである。サーボの役割は通常、距離計と照準望遠鏡が水平に保たれるようにすることだけであった。

マーク37の指揮装置（ベアリング）と昇降装置は、アンプリダイン社製の回転式電力増幅発電機から給電される直流モーターによって駆動されていた。列車のアンプリダイン社製発電機は最大出力が数キロワットと定格されていたが、入力信号は6L6オーディオビーム四極管（英国では真空管）のペアから供給されていた。

フォード マーク1A 火器制御コンピューター

マーク1A 射撃管制コンピュータは、電気機械式のアナログ弾道計算機でした。当初はマーク 1 と命名されていましたが、設計変更が広範囲に及んだため「マーク 1A」に変更されました。マーク 1A は第二次世界大戦後に登場し、ベル研究所のマーク 8 射撃管制コンピュータ用に開発された技術が組み込まれていた可能性があります。^{[ 47 ]}船員は、 62 x 38 x 45 インチ (1.57 x 0.97 x 1.14 m)の箱の周りに立っていました。厚い内部機構支持板を含むアルミニウム合金のフレームワークを多用し、計算機構のほとんどがアルミニウム合金で作られていましたが、車と同じくらいの重さで、約3,125 ポンド (1,417 kg)あり、スター シェル コンピュータ マーク 1 がさらに215 ポンド (98 kg)追加されました。115 ボルト AC、60 Hz、単相を使用し、通常は数アンペア以下でした。最悪の故障条件下では、そのシンクロ機構は最大140アンペア、つまり15,000ワット（オーブンを使用している3軒の家とほぼ同じ電力）もの電流を消費する可能性がある。コンピュータの入出力のほぼすべては、シンクロトルク送信機と受信機によって行われていた。    

その機能は、発射された砲弾が目標に衝突するように砲を自動的に照準することであった。^{[ 1 ]}これは、Mark 38 GFCS で使用された主砲の Mark 8レンジキーパーと同じ機能であるが、Mark 1A が対処しなければならなかった目標の中には、仰角も移動し、しかもはるかに速いものもあった。水上目標の場合、副砲の射撃管制の問題は、入力と出力のタイプが同じであるため、主砲の問題と同じである。2 つのコンピュータの主な違いは、弾道計算である。5インチ (130 mm)砲弾を9 海里 (17 km)まで飛ばすのに必要な砲の仰角は、16 インチ (41 cm)砲弾を同じ距離まで飛ばすのに必要な仰角とは大きく異なる。   

運用中、このコンピュータは射撃指揮装置から目標までの距離、方位、仰角を受信しました。射撃指揮装置が目標を捉えている間は、コンピュータ内のクラッチが閉じられ、射撃指揮装置の動き（および距離の変化）によって、コンピュータは目標の動きに関する内部値を目標の動きと一致する値に収束させました。収束中、コンピュータは補助追跡（「生成」）による距離、方位、仰角を射撃指揮装置に送りました。目標が一定速度で直線コースを進み続ける場合（航空機の場合は、一定の高度変化率（「上昇率」））、予測は正確になり、さらに計算を行うことで、砲のリード角と信管設定の正しい値が得られました。

標的の動きはベクトルであり、そのベクトルが変化しない限り、生成される距離、方位、仰角は最大30秒間正確であった。標的の動きのベクトルが安定すると、コンピュータ操作員は射撃指揮官に「解図！」と伝え、射撃指揮官は通常、発砲開始の命令を下した。しかし、標的の動きのベクトルを推測するこのプロセスには通常数秒かかり、時間がかかりすぎる場合があった。

ターゲットの動きベクトルを決定するプロセスは、主に高精度定速モーター、ディスクボールローラー積分器、非線形カム、機械式レゾルバ、および差動装置を使用して行われました。それぞれ従来のコンピューターマウスに似た機構を備えた4つの特殊な座標変換器が、受信した補正値をターゲットの動きベクトル値に変換しました。Mark 1コンピューターは、直交座標から極座標への変換器を使用して（部分的に）座標変換を試みましたが、期待どおりには機能しませんでした（ターゲットの速度を負の値にしようとすることもありました！）。Mark 1Aを特徴づける設計変更の一部は、これらの特殊な座標変換器を最適に使用する方法を再考することであり、座標変換器（「ベクトルソルバー」）は廃止されました。

現代の用語で言えば垂直ジャイロと呼ばれる安定要素は、射撃指揮装置の照準を安定させ、砲撃命令に対する安定化補正を計算するためのデータを提供した。砲のリード角によって、砲を安定させるための命令は、射撃指揮装置の照準を安定させるために必要な命令とは異なっていた。砲の安定化角を理想的に計算するには、数式に非現実的な数の項が必要となるため、計算は近似的なものであった。

リード角と信管の作動時間設定を計算するために、目標の運動ベクトルの成分、距離と高度、風向と風速、そして自艦の動きを組み合わせて、砲弾が目標に到達したときの位置を予測した。この計算は主に機械式レゾルバ（「成分ソルバー」）、乗数、および微分を用いて行われたが、4つの3次元カムのうちの1つも使用された。

予測に基づくと、他の3つの3次元カメラは、コンピューターが設計された銃と弾薬の弾道に関するデータを提供した。異なるサイズや種類の銃には、数週間かかる可能性のある再構築を行わない限り、使用することはできなかった。

コンピュータ内のサーボ機構は、演算機構の出力にかかる負荷を最小限に抑えるためにトルクを正確に増幅し、それによって誤差を低減するとともに、砲の指令（方位角、仰角、照準リード角、時限信管設定）を伝達する大型シンクロの位置を制御した。これらは電気機械式の「バンバン」方式であったが、優れた性能を発揮した。

対空射撃管制の問題は、目標を仰角で追跡し、3次元で目標を予測するという追加要件があったため、より複雑でした。Mark 1A の出力は、信管時限が追加されたことを除いて、同じ (砲の方向と仰角) でした。信管時限が必要だったのは、高速で移動する航空機に砲弾を直接命中させるという理想が非現実的だったためです。砲弾に信管時限を設定することで、目標に十分近い場所で爆発し、衝撃波と破片で目標を破壊することが期待されました。第二次世界大戦末期には、VT近接信管の発明により、信管時限の計算とその誤差の可能性が不要になりました。これにより、航空目標を破壊する確率が大幅に向上しました。デジタル射撃管制コンピュータが実用化されたのは、1970 年代半ばになってからです。

砲指揮装置による中央照準には、砲が指揮装置から十分に離れている場合が多く、正確に照準を合わせるために視差補正が必要となるという小さな問題があります。Mark 37 GFCSでは、Mark 1/1Aがすべての砲架に視差データを送信しました。各砲架は、列車（ベアリング）動力駆動装置（サーボ）受信機レギュレータ（コントローラ）内部で、独自のスケール係数（および「極性」）を設定していました。

その歴史の中で、内部スケール係数は2度変更されたが、おそらくギア比の変更によるものと思われる。目標速度には機械的なストッパーによって設定された厳密な上限があり、当初は300ノット（時速350マイル、時速560キロ）であったが、その後、改修のたびに倍増された。  

これらのコンピュータは、ニューヨーク州クイーンズ区ロングアイランドシティにあるフォード・インストゥルメント社によって製造されました。社名は、天才設計者であり同社の主要人物であったハンニバル・C・フォードにちなんで名付けられました。特殊な工作機械を用いて、カム溝を加工し、3次元弾道カムを正確に複製しました。

一般的に言って、これらのコンピュータは非常に優れた設計と製造がなされており、非常に頑丈で、ほとんど故障がありませんでした。頻繁に行われたテストには、手回しクランクを使って値を入力し、タイムモーターを停止させた状態でダイヤルから結果を読み取るという静的テストが含まれていました。動的テストも同様に行われましたが、タイムモーターをオンにしたときに発生する可能性のあるスリップエラーを防ぐために、「タイムライン」（積分器）を手動でゆっくりと加速させました。実行が完了する前にタイムモーターをオフにし、コンピュータを惰性で停止させました。タイムラインを手動で簡単に回すことで動的テストを目的の終了点まで進め、そこでダイヤルを読み取りました。

こうしたコンピュータによく見られるように、手回しクランクの支持部にあるレバーを反転させると、データの自動受信が可能になり、手回しクランクのギアが解除された。反対方向に反転させるとギアが噛み合い、受信機のサーボモーターへの電力供給が遮断された。

このコンピュータの機構（サーボ機構を含む）については、海軍刊行物OP 1140に、多くの優れた図解とともに非常に詳しく解説されている。

国立公文書館には、そのコンピュータの内部を写した写真が保管されている。一部はウェブページにも掲載されているが、それらの写真の中には4分の1回転させたものもある。

安定要素

この射撃管制システムにおけるマーク6安定要素（図参照）の機能は、主砲システムのマーク41安定垂直要素の機能と同じです。これは、ローリングやピッチングする艦船に対して、システムに安定した上方向を提供する垂直方向追従ジャイロスコープ（現代の用語では「垂直ジャイロ」）です。水上モードでは、指揮官の仰角信号を置き換えます。^{[ 1 ]}また、水上モードの発射キーも備えています。

これは、回転軸が垂直になるように直立するジャイロスコープに基づいています。ジャイロローターのハウジングは、毎分約18回転という低速で回転します。ハウジングの両側には、水銀が部分的に満たされた2つの小さなタンクがあり、毛細管で接続されています。水銀は下側のタンクに流れますが、毛細管の制限のため、ゆっくりと（数秒かけて）流れます。ジャイロの回転軸が垂直でない場合、ジャイロとハウジングの回転がなければ、下側のタンクの重量によってハウジングが倒れてしまいます。この回転速度と水銀の流れの速度が組み合わさることで、より重いタンクがジャイロを垂直方向に歳差運動させるのに最適な位置に配置されます。

船が高速で急激に針路を変えると、旋回による加速度がジャイロを誤作動させ、真の垂直位置からずれてしまうことがあります。このような場合、船のジャイロコンパスは無効化信号を送信し、ソレノイドバルブを閉じてタンク間の水銀の流れを遮断します。ジャイロのドリフトは短時間であれば問題にならないほど小さく、船が通常の巡航に戻ると、姿勢制御システムが誤差を補正します。

地球の自転は補正が必要なほど速い。ねじ棒に取り付けられた小さな調整可能な重りと緯度目盛により、ジャイロは指定された緯度における地球の等価角速度で歳差運動する。重り、目盛、およびフレームは、ジャイロコンパスからの船の針路データを受け取るシンクロトルク受信機のシャフトに取り付けられ、ハウジング回転モーターによって駆動される差動シンクロによって補正される。動作中の小型補正器は地理的に方向付けられているため、重りを支えるロッドは東西を向いている。

ジャイロ機構の最上部、補償器の真上、中央には、低電圧交流が供給される励振コイルがあります。その上には、黒く塗られた浅い木製のボウルが逆さまに置かれています。ボウルの表面の溝には、基本的に2つの8の字のような形をした2つのコイルが埋め込まれていますが、実際には文字のDとその鏡像のような形をしており、直径方向に交差する円を形成しています。一方のコイルは90度ずれています。ボウル（「傘」と呼ばれる）が励振コイルの真上に中心が合っていない場合、どちらか一方、または両方のコイルから、ずれを表す出力が得られます。この電圧は位相検出され、増幅されて2つのDCサーボモーターを駆動し、傘をコイルと一直線になるように位置合わせします。

傘型支持ジンバルは砲指揮装置と連動して回転し、サーボモーターが水平およびクロスレベル安定化信号を生成する。Mark 1Aの指揮装置ベアリング受信サーボは、2つの装置間のシャフトを介して安定要素内のピックオフジンバルフレームを駆動し、安定要素の水平およびクロスレベルサーボは、さらに2本のシャフトを介してこれらの信号をコンピュータにフィードバックする。

（1950年代後半の一部の駆逐艦に搭載されていたソナー射撃管制コンピュータは、安定化のためにロール信号とピッチ信号を必要としたため、シンクロナイザー、レゾルバ、サーボを含む座標変換器が、砲の射撃方向、水平度、横傾斜角から後者を計算した。）

マーク38砲撃管制システム（GFCS）は、高速戦艦の大型主砲を制御するシステムであった。マーク38 GFCSで使用されたレーダーシステムは、第二次世界大戦中に日本軍が使用した原始的なレーダー装置よりもはるかに高度なものであった。主要構成要素は、射撃指揮装置、測量室、および相互接続データ伝送装置であった。前部と後部の2つのシステムは、それぞれ独立した完全なシステムであった。各測量室は、戦闘による損傷が一方のシステムから他方のシステムに伝わるのを防ぐため、隔離されていた。

監督

前方のマーク 38 ディレクター(写真) は、射撃管制塔の頂上に設置されていました。ディレクターには、光学照準器、光学式マーク 48 レンジファインダー (両側から突き出ている細長い箱)、およびマーク 13 射撃管制レーダー アンテナ (上部に置かれている長方形の形状) が装備されていました。^{[ 1 ] [ 68 ]}ディレクターの目的は、目標の現在の方位と距離を追跡することでした。これは、内部の兵士が照準器とレンジファインダーを使用して光学的に行うことも、レーダーを使用して電子的に行うこともできました。(射撃管制レーダーが推奨される方法でした。) 目標の現在の位置は視線 (LOS) と呼ばれ、シンクロ モーターによって継続的にプロット室に送信されました。レーダーのディスプレイを使用してスポットを決定しない場合、ディレクターは光学式スポッティング ステーションでした。^{[ 1 ]}

プロット室

前部主砲のプロット室は喫水線より下、装甲帯の内側に位置していた。^{[ 1 ]}そこには前部システムのマーク8レンジキーパー、マーク41安定垂直レーダー、マーク13 FCレーダー制御装置と表示装置、視差補正器、射撃管制交換機、戦闘電話交換機、砲兵状態表示器、砲術士官補佐、射撃管制員（FC）（1954年から1982年の間は、FCは射撃管制技術者（FT）と呼ばれていた）が収容されていた。^{[ 1 ] [ 68 ]}

マーク 8 レンジキーパーは、目標の将来の位置に命中させるために、砲の方向と仰角、射線 (LOF) を継続的に計算する電気機械式アナログ コンピュータでした^{[ 1 ] [ 68 ]。}これは、指揮装置 (LOS)、FC レーダー (距離)、艦のジャイロ コンパス(艦の真針路)、艦のピトメーター ログ(艦の速度)、安定垂直 (艦の甲板の傾斜、水平と横傾斜として検出)、および艦の風速計 (相対風速と風向) から情報を自動的に受信することによって行われました。また、水上戦闘が始まる前に、FT は砲台の砲身から発射される砲弾の平均初速と空気密度を手動で入力しました。レンジキーパーは、これらのすべての情報を使用して、艦と目標の間の相対運動を計算しました。^{[ 1 ]}すると、目標の現在位置 (LOS) と、発射体の飛行終了時の将来位置との間のオフセット角度と距離の変化を計算できた。この方位と距離のオフセットに、重力、風、回転する発射体のマグナス効果、安定垂直から発生する安定化信号、地球の曲率、およびコリオリ効果の補正を加えた。その結果が砲塔の方位と仰角命令 (LOF) であった。^{[ 1 ]}地上での戦闘中は、距離と偏向スポット、および目標高度 (砲撃支援中はゼロではない) を手動で入力した。

マーク41安定垂直装置は垂直方向を追尾するジャイロスコープであり、その機能は、揺れやピッチングする艦船においてどちらが上かをシステムの他の部分に伝えることであった。また、バッテリーの発射キーも搭載していた。^{[ 1 ]}

マーク13 FCレーダーは、目標までの距離を供給し、目標周辺の弾道落下を表示したため、砲術士官はレンジキーパーに入力された距離と偏向スポットを使用してシステムの照準を修正することができた。^{[ 1 ]}また、ディレクターのベアリングパワー駆動を制御することで、目標を自動的に追跡することもできた。^{[ 1 ]}レーダーのおかげで、射撃管制システムは、昼夜を問わず、悪天候でも、より遠距離の目標を追跡し、より高い精度で射撃することができるようになった。これは、1942年11月に戦艦USSワシントンが 夜間に18,500ヤード（16,900メートル）の距離で大日本帝国海軍の巡洋戦艦霧島と交戦した際に実証された。 ^{[ 69 ]}この交戦により霧島は炎上し、最終的に乗組員によって自沈させられた。^{[ 70 ]}これにより、第二次世界大戦においてアメリカ海軍は大きな優位性を得た。日本はアメリカ海軍と同じレベルのレーダーや自動射撃管制を開発しておらず、著しく不利な立場にあったからである。^{[ 69 ]} 

砲塔は射撃指揮装置から数百フィート離れた場所に配置されているため、視差補正器が必要となります。各砲塔に1つずつ設置され、それぞれ砲塔と射撃指揮装置の距離が手動で設定されます。これらの補正器は、目標に対する相対方位（自艦の艦首からの方位）と目標までの距離を自動的に取得します。そして、斉射されたすべての砲弾が同じ一点に着弾するように、各砲塔の方位順序を補正します。

射撃管制スイッチボードは砲台を構成した。^{[ 1 ]}砲術士官はこれを使って、3 基の砲塔を 2 基の GFCS に組み合わせることができた。砲塔をすべて前方システムで制御したり、すべて後方システムで制御したり、砲台を分割して 2 つの目標を射撃したりできた。

砲術士官補佐と射撃管制技術者は、機器の操作、音声式電話による砲塔や艦長との連絡、そして測距儀のダイヤルやシステム状態表示器の異常監視を行った。異常が発生した場合は、問題を修正するか、システムを再構成して影響を軽減した。

ボフォース40mm 対空砲は、第二次世界大戦中、おそらく最高の軽対空兵器であった^{[ 71 ]。}第二次世界大戦中、1943年から1945年頃まで、アメリカとイギリスの艦隊のほぼすべての主要な軍艦に搭載された^{[ 71 ]。}駆逐艦護衛艦以上の大型艦艇に搭載すると、速度向上のための電気油圧駆動装置と精度向上のためのマーク51射撃指揮装置（写真）を組み合わせることで、ボフォース40mm 砲は恐るべき敵となり、1944年10月1日から1945年2月1日までの間に撃墜された日本軍機の約半分を占めた^{[ 71 ]。}

この GFCS は中距離対空砲射撃管制システムでした。^{[ 72 ]}高速亜音速航空機に対する使用を想定して設計されました。^{[ 72 ]}水上目標に対しても使用できました。^{[ 72 ]}二重弾道システムでした。^{[ 72 ]}これは、同じ目標に対して 2 種類の異なる砲 (例えば 5 インチ/38 口径と 3 インチ/50 口径) の砲撃命令を同時に出すことができることを意味します。その Mark 35 レーダーは、方位、仰角、距離の自動追跡が可能で、光学追跡と同等の精度でした。^{[ 72 ]}システム全体は、指揮官がいてもいなくても、甲板下の作図室から制御できました。^{[ 72 ]}これにより、目標が艦の対空捜索レーダーによって最初に探知され、指定され、まだ甲板から見えない場合でも、迅速な目標捕捉が可能になりました。^{[ 72 ]} Mark 35 レーダーが「ロックオン」してから目標解決時間は 2 秒未満でした。^{[ 72 ]}これは第二次世界大戦末期に、日本の特攻機の攻撃に対応して設計されたようです。これはイヴァン・ゲッティングによって考案され、彼の口述歴史の最後の方で言及されています。リンクコンピュータはアントニン・スヴォボダによって設計されました。その砲指揮装置は箱型ではなく、光学式測距儀もありませんでした。このシステムは4人の乗組員によって操作されました。^{[ 72 ]}指揮装置の左側には操縦席があり、操縦士は座っている指揮装置操作員（指揮ポインタとも呼ばれる）の後ろに立っていました。^{[ 73 ]}プロットのデッキ下には、レーダー操作員とレーダー追跡員が座るマーク4レーダーコンソールがありました。^{[ 74 ]}指揮装置の台座にスリップリングがあったため、方位方向の動きは無制限でした。^{[ 75 ]} (マーク 37 砲指揮装置は船体とケーブルで接続されており、時折「巻き戻す」必要があった。)このWeb ページの図 26E8 には、指揮装置がかなり詳細に示されている。システムの説明図は、その動作原理を示しているが、実際の内部機構とは外観が大きく異なっており、おそらく意図的にそうしたのだろう。しかし、リンク コンピュータの機構に関する重要な説明は省略されている。その章は、システムの設計の多くを説明する優れた詳細な参考資料であり、いくつかの点で非常に独創的で先見性のあるものである。

1968年にベトナム沖での任務のためにUSSニュージャージーが改修された際、3基のマーク56砲射撃管制システムが設置された。2基は後部煙突のすぐ前方の両舷に、1基は後部マストと後部マーク38指揮塔の間に設置された。  ^{[ 76 ]}これにより、マーク56システムはより高速の航空機を追跡して射撃できるため、ニュージャージーの対空能力が向上した。

Mark 63は、1953年に連装QF 4インチ艦砲Mk XVIとMk.33連装3インチ/50口径砲用に導入されました。GFCSはAN/SPG-34レーダートラッカーとMark 29照準器で構成されています。^{[ 77 ] [ 78 ]}

1950年代初頭に導入されたマーク68は、マーク37の改良型で、空中および水上目標に対して有効であった。有人の上部射撃指揮装置、円錐走査式捕捉・追跡レーダー、弾道計算を行うアナログコンピュータ、およびジャイロ安定化装置が組み合わされていた。射撃指揮装置は大型のヨークに取り付けられ、指揮装置全体はクロスレベル（ヨークの旋回軸）で安定化されていた。この軸は、視線を含む垂直面内にあった。

少なくとも1958年当時、このコンピュータはMark 47というハイブリッド電子/電気機械システムでした。Mark 1Aに多少似ていましたが、初期の機種の機械式レゾルバの代わりに電気式の高精度レゾルバを備え、高精度リニアポテンショメータで乗算していました。しかし、ディスク/ローラー積分器と、機械要素を相互接続するためのシャフトも備えていました。Mark 1Aの大部分にアクセスするには、時間のかかる慎重な分解が必要でしたが（場合によっては数日、奥深くにある機構にアクセスするには1週間かかることもありました）、Mark 47は、前面パネルの後ろにスライドで取り付けられた厚い支持板の上に構築されており、6つの主要セクションを筐体から引き出すことで、どの部品にも簡単にアクセスできました。（セクションを引き出すと、前後に動きました。重く、バランスは取れていませんでした。通常、船はピッチングよりもローリングの方がはるかに大きな角度で動きます。）Mark 47には弾道計算用の3Dカムが搭載されていたと思われますが、その情報は非常に入手困難のようです。

主要セクション間の機械的接続は、最後尾のシャフトを介して行われ、カップリングにより注意を払うことなく切断でき、おそらく再接続を容易にするためのリリーフスプリングが備えられていた。引き抜かれたセクションで出力シャフトを手で回転させるとコンピュータの位置がずれると思うかもしれないが、そのようなシャフトのデータ伝送方式は大きさを表すものではなく、そのようなシャフトの増分回転のみがデータを伝達し、受信側で差分によって加算された。そのような量の1つが機械式積分器のローラーからの出力である。任意の時点でのローラーの位置は重要ではなく、重要なのは増分と減分だけである。

マーク1/1Aでは砲撃命令の安定化要素の計算は近似値にならざるを得なかったが、マーク47コンピュータでは電気的レゾルバチェーンによって計算され、理論的には正確な値が得られていた。

そのコンピュータの設計は、射撃管制の問題を再考することに基づいており、全く異なる視点から捉えられていた。

このシステムの生産は25年以上続いた。1975年から1985年にかけてデジタルアップグレードが提供され、2000年代まで運用された。デジタルアップグレードはアーレイ・バーク級駆逐艦での使用のために開発された。^{[ 79 ]}

AN /SPG-53は、アメリカ海軍の砲撃管制レーダーで、マーク68砲撃管制システムと併用して使用されました。ベルナップ級巡洋艦、ミッチャー級駆逐艦、フォレスト・シャーマン級駆逐艦、ファラガット級駆逐艦、チャールズ・F・アダムス級駆逐艦、ノックス級フリゲート艦などに搭載された5インチ/54口径マーク42砲システムで使用されました。

米海軍は、より正確な沿岸砲撃のために、1961年にデジタルコンピュータ化された砲撃管制システムを求めた。ロッキード・エレクトロニクスは、 1965年にAN/SPQ-9レーダー射撃管制を備えた試作機を製造した。防空要件により、AN/SPG-60の生産は1971年まで遅れた。マーク86は、原子力ミサイル巡洋艦が1974年2月に就役するまで運用されず、その後、米国の巡洋艦や強襲揚陸艦に搭載された。このシステムを搭載した最後の米艦は、1994年7月に就役したUSSポートロイヤルである。  ^{[ 80 ]}

イージス級艦艇に搭載されているマーク86は、艦艇の5インチ/54口径マーク45砲を制御し、一度に最大2つの目標を攻撃できる。また、マストに搭載された望遠ズームレンズ付きテレビカメラと各照明レーダーを用いた遠隔光学照準システムも搭載している。

Mark 34 砲兵器システムにはさまざまなバージョンがあります。これは、アーレイ バーク級誘導ミサイル駆逐艦および改良型タイコンデロガ級巡洋艦のイージス戦闘兵器システムの不可欠な部分です。Mark 45 5インチ/54 または 5インチ/62 口径砲架、Mark 46 光学照準システムまたは Mark 20 電気光学照準システム、および Mark 160 Mod 4-11 射撃管制システム/砲コンピュータ システムを組み合わせています。Mark 34 GWS の他のバージョンは、米国沿岸警備隊だけでなく外国海軍でも使用されており、それぞれの構成には独自のカメラおよび/または砲システムがあります。水上艦艇や近接敵機に対して使用でき、また、沿岸目標に対する艦砲射撃支援 (NGFS)のように使用できます。^{[ 81 ]}

オランダで設計されたWM-25システムの米国版であるMark 92射撃管制システムは、1975年に運用が承認されました。比較的小型で簡素なオリバー・ハザード・ペリー級フリゲートに搭載され、Mark 75艦砲とMark 13誘導ミサイル発射システム（スタンダードミサイルの同型機が退役したため、ミサイルはその後撤去されました）を制御します。PHM （退役）および米国沿岸警備隊のWMECおよびWHEC艦艇で使用されているMod 1システムは、モノパルストラッカーを使用して1つの空中または水上目標と2つの水上または沿岸目標を追跡できます。Mod 2システムを搭載したオリバー・ハザード・ペリー級フリゲートは、分離追跡照明レーダー（STIR）を使用して追加の空中または水上目標を追跡できます。^{[ 82 ]}

Mark 34 ガンウェポンシステムで使用されるMark 160 ガンコンピューティングシステム (GCS) は、ガンコンソールコンピュータ(GCC)、コンピュータディスプレイコンソール (CDC)、磁気テープレコーダー再生装置、信号データコンバータとガンマウントマイクロプロセッサを収容する防水キャビネット、ガンマウントコントロールパネル (GMCP)、および速度計で構成されています。^{[ 83 ] [ 84 ]}