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The British High Angle Control System (HACS)
英国高角度控制系统
by Tony DiGiulian
Updated 10 May 2009
译者:dydg2022 2024年7月14日
译者前言：
关于二战各国高炮火控系统，精华区已有JeanBart坛友关于九四式高射装置与Mk37火控系统的设计原理与简介，但似乎没有HACS相关完整的中文资料。a5mg4n坛友有关于二战英国火控计算机概述部分翻译。本人才疏学浅，故仅作拙译，并且不会与相关原创内容造成冲突。
本文原文见诸NavWeaps镜像海军技术(Naval Technology)栏，简明扼要论述HACS相关设计与操作，提及HACS诸多有限改进并在结尾处将HACS与Mk37进行简要比较，并以事后角度着重批判英国海军高层的短视与HACS系统的固有缺陷，尽管原文在注释内容中为英方决策作出有限辩护。注意，原文作者观点不完全代表译者观点，译者将对原文逻辑论证漏洞提出怀疑与异议，并附有相关论证。
为避免读者受到不必要的干扰，在疑义和术语等重要内容处附有英文原文。译者异议与补充不会以注释形式插入正文内容，而是与原文注释进行整合，并以不同颜色（蓝色和红色）标出。译文与补充不妥处敬请斧正，欢迎各位提出相关疑问并补充缺失资料。
本文仅供论坛内部交流探讨，谢绝转载。
1.背景
一战结束后不久，英国当局成立一个专门委员会（帝国防卫委员会防空小组委员会：Imperial Defense Committee on Anti-aircraft Defense）负责研究并提出防御来袭敌机的建议措施。1926年，该委员会得出一份报告，指出只有当来袭敌机以恒定速度笔直水平飞行时，才有可能对船只进行精确轰炸，并推测了敌机飞行时可能性最大的飞行高度和飞行速度。在20世纪20年代末的英国皇家空军（Royal Air Force）和英国皇家海军(Royal Navy)联合会议上这一观点得到进一步强化，在此次会议中，英国皇家空军淡化了俯冲轰炸机的威胁，并重申了对水平轰炸威胁的警告【1】。
1931年，海军防空炮术委员会(NAAGC：Naval Anti-Aircraft Gunnery Committee)对防空能力进行了重大审查。该委员会重申，对船只进行空袭的主要方法是使用高空水平轰炸机（high level bombers ），并得出结论，驱逐舰“不太可能成为高空轰炸或鱼雷袭击的对象”，而俯冲轰炸不太可能构成太大威胁。这些结论得到了英国皇家空军的支持，英国皇家空军在1931年的想法是，除了特种飞机外任何常规飞机（any but purposed-built aircraft）都很难进行有效的俯冲轰炸，并得出结论，这意味着这种单用途飞机不太可能被大量采用。
31年委员会关于驱逐舰的主要结论是，高空水平轰炸机只会在攻击主力舰的途中经过驱逐舰，而不太可能会直接攻击驱逐舰。本报告中的一项分析表明，在高度5000英尺（1525米）和距离5000码（4570米）外飞行的敌机只会高出地平线18度。出于这个原因，委员会得出结论，“未来驱逐舰无需配备高平两用主炮（dual-purpose）”，并建议主炮的最大仰角仅设为40度。【2】此外，委员会强烈建议远程防空火力应优先于近距离防空能力——因为人们认为近距离防空只对个别船只有用，因此“对攻击整个舰队的高空水平轰炸飞机用处不大”。这些结论导致20世纪30年代建造的所有英国驱逐舰都配备了低角度或单用途主炮(LA)，并且几乎没有近距离自动武器来防御飞机。最后，因为经研究被认为实施成本太高，预测性（predictive）或“测速”（tachymetric）防空控制系统被排除在外。【3】而此时此刻，是美国采用Mark 19系统的三年之后，Mark 19则是非常成功的Mark 37火控系统（GFCS：Gunfire Control System）的直系祖先，Mark37系统则安装于20世纪30年代末和40年代建造的几乎所有驱逐舰大小和更大的美国军舰（以及几艘辅助舰艇）。
这种有致命缺陷的防空作战观点导致皇家海军在二战初期，防空水准可以说是所有大国中最差的（arguably the worst）。【4】在这种情况下令人奇怪的一点是，尽管防空系统性能处于初级阶段，但很多海军高层军官对防空炮火击落敌机的能力充满信心。时任第一海务大臣（兼海军参谋长），海军上将阿尔弗雷德·查特菲尔德在1936年告知时任海军大臣温斯顿·丘吉尔，即便商船上只有一门高射炮，就有几率迫使敌机不得不提高飞行高度，从而使得敌机轰炸命中率大幅下降。这或许可以很好地概括这种过于乐观的态度。【5】
作为把高空水平轰炸作为主要威胁的应对对策，英国海军部（ British Admiralty）在20世纪20年代末向维克斯有限责任公司（Vickers LTD）订购了一种“高角度控制系统”（HACS）以装备主力舰、航空母舰和巡洋舰。该系统的设计被描述为“试图克服在运动中的船上操作不稳定的火炮和不稳定的指挥仪的固有问题，而不会产生开发高性能伺服系统（high-powered servos）和所有相关组件所预期的成本和延误，这些组件需要从源头上消除目标跟踪数据中的船舶运动影响，并大大减少人为干预。”第一个接受服役的版本型号被命名为HACS Mark I，并于1930年在直布罗陀附近的勇士号战列舰（HMS Valiant）上进行了试验。1931年，据估计，训练有素的成员使用该系统每击落一架敌机需178轮4英寸炮弹。1932年，这一估计减少到每击落一架敌机仅需136轮4英寸炮弹。【6】
直到战争爆发，HACS一直在进行改进，而HACS Mark IV是1939年服役的最新型号。在这个型号和所有早期型号中，HACS在假设目标的高度、速度和航向恒定并且目标的速度被正确估计的情况下，计算出所需的“前置量”（aiming-off）。很容易得出结论，除了高空水平轰炸外，这种设计理念在任何其他类型的空袭中都很难行得通。此外，该系统固有的滞后时间意味着反应过慢而难以应对20世纪30年代末开始投入使用的高速敌机。
由于这些固有的缺陷，为应对俯冲轰炸与投掷鱼雷的敌机，只能在敌机到达船只的必经之路采用通过HACS采用弹幕射击方式进行防御。在这种情况下，防空炮可以发射引信设置为1500码（1370米）的弹幕，并由指挥官使用高角度前方区域瞄准具（HADFAS：High Angle Direct Forward Area Sight）得出前置量。在这种模式下，控制军官直视俯冲轰炸机，并使用垂直和横向偏转手轮对目标进行“水管”式点射（hose-pipe burst）。这种防御形式曾被寄予厚望，但英国（和所有其他国家一样）在付出沉重代价后发现，一队精英飞行员驾驶的敌机可以花非常小的代价穿过这样的点射弹幕。例如，在关于1941年1月光辉号航母（HMS Illustrious）遭受敌机攻击的防空炮术报告中指出，HADFAS（甚至可以推测HACS本身）对俯冲轰炸机没有太大用处。应该强调的是，在遭受攻击的过程中，光辉号航母以平均每分钟每门炮12轮的射速消耗了大约3000发4.5英寸高爆弹，依然被命中8枚炸弹。这个示例可能有助于读者理解为什么她和当时的其他英国船只在空袭中遭受了如此严重的打击，而没有使敌机付出应有的代价。【7】
几乎所有配备4.7英寸火炮的驱逐舰都配备了能手动设置时间引信的高爆弹。这不仅导致引信时间设置本身影响射击方案，而且使得引信设置器本身也成为关键时间要素。无论防空炮的射击速度或者弹药供应速度如何，即使是训练有素的引信设置人员也需要大约4到5秒时间来处理并正确设置弹药引信。更快的速度必然会导致引信设置不当和失效。这些因素促成弹幕射击模式，因为这意味着所有引信都设置相同，因此减少了手动引信设置器所需时间。大多数较大的军舰可以使用引信设置机，但所有这些机器每次只能处理每一炮管中的单发炮弹（handle one round per barrel at a time），从而减缓了实际射击速度。这些引信设置系统的一个值得注意但不幸的副作用是，从炮弹离开引信设置机到炮弹被发射出膛间的“滞后时间（dead time）” 即炮弹从引信设置到实际出膛间的时间，需要根据船上速度最慢的炮组成员来计算。由于防空炮是通过远程控制（remote control）发射的，这实际上意味着所有齐射（salvos）都只有一个时间设置。这再次减缓了防空炮实际的射速。
由于驱逐舰上的4.7英寸火炮中很少有超过40度的仰角，许多舰队驱逐舰都拆除了一座鱼雷发射管，取而代之的是一门单装3英寸或4英寸的防空（HA）炮，而较大的“部族”级驱逐舰（Tribal class destroyers）则用一座双联4英寸HA炮架取代了其中一座双联4.7英寸炮架（X炮位）。较新式的驱逐舰上的4英寸火炮通常与舰上的防空火控系统相连，并使用引信设置机，但较旧式驱逐舰的防空火炮只有本地控制（local control），因此几乎不可能对抗来袭的新式敌机。【10】
一个值得注意却容易忽视的问题是，HACS与防空炮组训练时的战前英国飞机速度比战时轴心国飞机慢得多。因此，防空炮组在战前的经验几乎毫无用处，这一事实在战争早期的战斗中得到了证实，战争早期很少有飞机被HACS控制的防空火炮击毁【11】。
然而，在战争期间，HACS系统不断得到改进，主要是通过安装远程动力控制（RPC：Remote Power Control）使得防空炮能自动跟随指挥仪，并增加了285型雷达。通过在新型和改进型HACS上安装雷达可以进行精确的距离和速度测量，更重要的是，可以更准确地计算这些要素的变化率。雷达测距仪被用来驱动第三个绘图刺针（plot pricker），这枚绘图刺针能在平面图上打出一系列连续的小孔。其他重要的战时升级包括安装陀螺速率装置（GRU）和陀螺速率装置箱（GRUB），它们是模拟计算机和相关的陀螺稳定器，用于计算速度和方向的变化率。
这些加装使得观察到的呈现角度和目标地速能够直接应用于高角度工作台（HA Table）即模拟计算机，从而提高了对来袭敌机路径的测量精度【12】。不幸的是，即使是GRUB也没有对风速进行校正，这要求在风速高于微风的任何情况下，控制军官都要重新手动修正其输出。GRUB也假设敌机以直线水平飞行，但能被控制军官为弥补敌机爬升和俯冲的较小角度而输入修正的速度和方向信息（false speed and direction information）所“欺骗（spoofed）”。控制军官还必须通知GRUB操作员观察到的目标航向的任何变化，并提醒他们必须更改GRUB上的手轮设置。显然，控制军官估计这些要素数据的本领对所在军舰能否成功与来袭敌机交战有很大影响。应该指出即使增加了这些战时数据，高角度工作台中的许多输入数据仍然基于人工猜测和估计，而不是基于实际测量的“测速”数据。【13】
大多数战列舰和航空母舰都有四个高角度指挥仪，除了欧若拉号（HMS Aurora）和所有黛朵/贝罗娜级（Dido/ Bellona class cruisers）巡洋舰只有两个外，大多数巡洋舰有三个高角度指挥仪。早期的“战斗”级驱逐舰（Battle class cruiser）则有一个。从“部族”级开始的较旧驱逐舰以及一些较小的船只使用了一个引信协调仪表（FKC: Fuze Keeping Clock），工作原理和目标假设与HACS工作台相同，但这种更简单的系统不能绘图。FKC通常不是一个独立的单位，而是高/低角度组合指挥仪（HA/LA）的一部分，可同时用于海面以及防空火力控制。由于无法绘图，引信设置取决于FKC中的速率仪表，后者计算预期的敌机距离。
2.HACS Mark IV 操作
图1 HACS组成及军舰防空 G.A.=Gunnery Aircraft Radar Set 防空炮术雷达组 W.A.=Warning of Aircraft Radar Set防空预警雷达组 B.R.224/45草图 二战期间的防空火力控制需要大量训练有素的人员和专业设备（见图1）。
H.A.指挥仪组员（见图2）是HACS的主要组成部分。俯仰操作员（layer）和回旋操作员（trainer）都有不受干扰（非陀螺补偿）的视线的望远镜，能将指挥仪的俯仰数据和回旋数据（setting and training data）传输到高角度工作台（HA Table）。指挥仪的回旋采用液压驱动，如果失效，可以通过手轮驱动。指挥仪的升降通过手轮驱动，并辅以来自水平校正器的液压驱动。测高仪可以独立于俯仰员（layer）移动。通过俯仰员（layer）和回旋员（trainer）操作，控制军官可以保持对目标的追踪。他的双筒望远镜里有一个需要对准目标飞机机身的十字叉线。控制军官还要估计目标的速度。所有这些信息都被传输到高角度工作台。
图2: Mark IV HACS指挥仪特写 请注意，对于这个时代的大多数指挥仪来说，工作空间都很狭小 IWM照片 高角度工作台使用上述信息来确定目标飞机的当前位置。从本质上讲，该系统的计算始于对目标速度、高度和航向的估计。这些是手动输入到工作台中的，工作台根据这些数据生成了目标的位置。当测距仪组员测量斜距、方位角和仰角以及航向角度时，工作台数据被手动修正，直到观测数据和计算数据相匹配。仰角根据船的横摇进行了调整，但这是一个不完美的修正。最初使用的是液体摆，但这会引起几度的误差。后来，引入了陀螺仪驱动的横摇校正器，但这仍然可能在计算中引入高达2度的动态误差。工作台输出包括发送到炮架指针的方位和仰角信息。工作台还制作了一张由两个刺针绘制的平面图。第一个刺针每半秒生成一个点，表明指挥仪（Director）生成的当前距离。第二个刺针代表高角度工作台(HA Table)计算生成的距离，每1.5秒在纸上划一个破折号。当285型雷达被添加后，第三个刺针将连续的测距绘制成一系列小孔。这些标示有些冲突和冗余，训练有素的操作员应该根据自己的经验决定这些线中的哪一条或这些线的组合代表了实际距离。然后，他用手轮移动线的两端，使其看起来像是继续绘制的线。这反过来又驱动了另一个计算设备，该设备负责接收弹道信息、飞行时间和滞后时间（dead time）即炮弹引信设置到实际出膛的时间，并确定引信设置。然后，数据会自动传输到防空炮位，然后引信设置器将炮弹引信调整到匹配的位置。
目标的预期位置由偏转屏幕决定（见图4）。偏转屏幕在屏幕中心投影了一个带有箭头型指针圆环的图像。指针代表飞机的预期航向，圆环代表当前位置区域。箭头指向的方向代表了目标的航向。从预期的视角驱动倾斜圆环，屏幕上的图像给出所需椭圆图形。可以通过将投影单元移动目标速度除以炮弹速度平均值计算出的单位量来调整椭圆的大小。
在椭圆圆周上的当前位置和中心的预期位置的情况下，垂直和横向偏转由当前位置与中心的距离给出，该距离是平行于椭圆轴测量的。屏幕操作员不断移动一对相互垂直的线，使得线的交点与指针和椭圆的交点重合。这些信息，连同对舰船自身运动、辐合和偏航的信息，被输入到高角度工作台（HA Table）中，然后高角度工作台能够计算火炮的方位角。
工作台计算了弹道高度与初速、炮弹型号、空气温度和密度的关系。风校正只能由控制人员通过双筒望远镜中的十字线来实现抵消。弹道高度被转化为防空炮弹的引信设置。发条时间引信的设置按以下顺序工作：预期范围、高度、飞行时间、回位校正、引信编号。通过绘制预设距离与时间加上滞后时间的相加图来得出预期射程，以便将信息传输到防空炮。引信设置被持续传输到防空炮旁边的引信设置站。
通过陀螺速率装置，工作台将继续估计目标的预期位置，并在测高仪发生故障或目标暂时被云层或烟雾遮挡的情况下继续生成图表。
从上述描述中可以看出，控制军官正确估计目标速度、风向和风速的技能对所在军舰能否成功与来袭敌机交战至关重要。
285型雷达的加入在一定程度上缓解了这些问题。这种雷达可以比控制军官更准确地确定目标飞机的距离、速度和航向，从而能够为工作台提供更准确的数据。然而，HACS工作台仍然只能计算出保持稳定航向、高度和速度的目标的射击解；换句话说，HACS对第二次世界大战期间发生的最不成功的攻击类型最有用。
为了提高成功的机会，从1942年初开始，HACS系统中增加了自动弹幕装置（ABU：Auto Barrage Unit）。该装置与285M型雷达系统相连，当目标到达选定距离，通常在1000码（900米）到5000码（4600米）之间可以自动齐射出密集弹幕。当目标处于5000码（4600米）范围内军舰必须保持持续防空火力，并且在敌机进入进攻状态前只有一次击毁敌机的机会。
2.HACS型号简述
(1)HACS工作台型号
到1935年，HACS Mark I工作台已安装在大多数较新的主力舰上。该系统初始工作台最大目标速度输入上限为200节。到1940年，改进后的速度已提高到约250节，当时计划将最大速度进一步提高到350节，并安装陀螺横摇校正器。 HACS Mark II工作台在设计上与Mark I相似，但有一些细微的改进，并应用于利安德级轻巡洋舰（Leander class cruiser）和反击号战列巡洋舰（HMS Repulse）。与Mark I类似的改进是在大约相同的时间范围内完成的。
HACS Mark III工作台安装在1925年至1935年间建造的巡洋舰以及一些较旧的战列舰和航空母舰上。与早期的型号相比，这款工作台有很大的改进，因为它更容易操作，并配备了用于指挥仪回旋和俯仰的液压动力、传动系统以及陀螺横摇校正器。战争期间，与工作台配套的指挥仪增加了横摇补偿（roll compensation）。
HACS Mark IV工作台被安装在“城”级（Town class cruiser）和后续的巡洋舰、英王乔治五世级战列舰前四艘以及新的航空母舰上。与Mark III类似，但使用磁滑数据传输器（magslip datatransmitters）取代了步进电机（stepper motors）。提供了横摇补偿（roll compensation），稍后又添加纵摇补偿（cross-roll compensation）。HACS Mark IV*工作台是一种修改型号，可以更方便地输入雷达信息。配备5.25英寸火炮军舰的高角度工作台进行了特殊改装，以适应这些火炮与较小口径相比较慢的射速。
(2)HACS指挥仪型号
Mark I至Mark III的指挥仪原则上与Mark IV的指挥仪相似，但它们最初都只能依靠人力旋回。
Mark I指挥仪的设计是为了更好地适应伊丽莎白女王级（Queen Elizabeth class battleship）和皇家君权级（Royal Sovereign class battleship）现有的高角度控制阵位（HACP：High Angle Control Position）。 Mark II指挥仪有计划准备安装动力驱动器，但直到一段时间后才实际安装。Mark I/II和Mark III之间的主要区别在于测距仪基线长度从12英尺（3.7米）增加到15英尺（4.6米），Mark IV延续了这一更长的长度。与皇家海军大多数测距仪一样，它们是合像式。应该指出的是，与体视式测距仪相比，合像式测距仪在处理飞机目标方面存在一些困难，因为重合型测距仪依赖于匹配目标两个视图的边缘来得到拼图（make a cut），这在快速移动的飞机上较难实现。 Mark III指挥仪的设计目的是使用液压动力进行旋回和俯仰，但所有这些装置并非都有内置的驱动器。Mark III*指挥仪增加了横摇校正液压驱动装置（roll correction hydraulic drive）。Mark III指挥仪在战争期间增加了雷达，如图3所示。
图3 添加雷达后的HACS Mark III指挥仪
Mark IV HA/LA指挥仪是战前的最后一个型号，与Mark III*相似，但使用磁条来控制俯仰、旋回和横摇校正。一些单元由用于俯仰和旋回的本地电源控制。随着GRU的增加，指挥仪被重新归类为Mark IVG，随着液压横向稳定的进一步增加，他们被重新归类于Mark IV（GB）HA指挥仪。“B”改进型允许在盲射模式下从工作台远程驱动控制指挥仪。如上所述，大多数Mark IV指挥在战争期间都增加了雷达天线，通常是285型。这个安装设备的重量造成了一些问题，因为它可能会使驱动装置过载。增加285型雷达后，这些指挥仪的重量约为5.5吨（5.6公吨）。到战争结束时，大多数Mark IV指挥仪已经升级到Mark IV（GB）标准。
Mark V指挥仪的不同之处仅在于测距仪的位置，旨在为指挥仪组员提供更开阔的空间。它们受益于设计之初就准备接受雷达，从而缓解改装Mark IV时遇到的一些问题。
Mark VI指挥仪是一种合并275型雷达的全面重新设计。这种设计使雷达操作员能够跟踪新的目标，而指挥仪则保持对正在交战的敌机目标的追踪。Mark VI有一定的有限盲射能力。但是，高角度工作台（HA Table）与之前的版本没有区别，测速仪配件也存在一些问题。这种新式指挥仪确实具有横摇和纵摇稳定功能（have level and cross level stabilization），由微场扩流发电机（Metadyne）提供动力，配有踏板控制（scooter control）和速度辅助（rate aiding），可用于俯仰和旋回。在战争结束之前，只有安森号战列舰（HMS Anson）配备了完整的系统，但安大略号轻巡洋舰（HMCS Ontario）和华丽号轻巡洋舰（HMCS Superb）以及首批八艘“战斗”级驱逐使用引信协调仪表（FKC）而不是高角度工作台（HA Table）进行了改装。这种新系统明显比Mk IV要重，安森号上的Mk VI指挥仪重约12.5吨（12.7公吨）。
3.B.R.224/45对一艘英国大型军舰上防空炮组运作的描述
组员位置及总平面布置见图1 正如在低角度射击中一样，在高角度射击中，只有通过良好的团队合作，并辅以不断的训练和每个成员对彼此工作的困难和复杂性的理解，才能成功防御敌机。高角度控制团队如下：
（1） 防空军官（ADO：Air Defense Officer） 他是防空团队的领导，他有责任确保在未交战的情况下没有敌机接近。防空军官从舰桥后端的防空阵位上选择要攻击的敌机，并通过防空军官瞄准具（sight）向任何一座他所期望的高角度指挥仪指示正在接近的敌机。
（2）助理防空军官（Assistant Air Defense Officer） 协助防空军官并操作防空军官在防空阵位另一侧的瞄准具。
（3）远程预警雷达装置操作员（Long Range Warning Radar Set Operator）： 这套雷达装置的设计目的是探测远程单独或编队飞行的敌机。它收到的信息将被传递给作战情报中心（AIC：Action Information Centre），然后传递给防空军官（ADO）。
（4）空中瞭望组员（Air Lookouts） 他们都是团队中非常重要的成员。防空阵位两侧共有六名空中瞭望员，每侧各三名，他们坐在装有双筒望远镜的专门的空中瞭望座位上。每个瞭望员都有一个负责的天穹区域。一但发现敌机，他就用双筒望远镜不断地扫过他所负责的天穹区域。在望远镜中看到敌机后，他必须保持对敌机的跟踪，直到收到防空军官的下一步命令。
（5）高角度控制军官（High Angle Control Officer） 他坐在高角度指挥仪中，在防空军官命令下负责处理要交战的敌机，向经计算得到的方位发出必要的开火指令，随后观察敌机附近发生的爆炸情况。
（6）高角度指挥仪组员（High Angle Director's Crew） 首先介绍俯仰操作员（layer）和回旋操作员（trainer），他们不断地保持对敌机的追踪。一旦追上敌机，俯仰员（layer）开始通过踏板操作视角切割。这时计算阵位和防空阵位开始亮灯，告诉这些阵位的成员他已在追踪敌机(he is on the aircraft)。在开火警铃响起期间，指挥仪俯仰员（layer）还通过扳机实现开火（fires the guns electrically by means of a trigger）。 另一位成员是测距员（rangetaker）。一旦俯仰员（layer）和回旋员（trainer）保持追踪，他就会不断平移目镜图像错位以得到完整图像（get a “cut”）进行测距，随后不断地重新调整使目镜中图像分离并再次拼合错位得到完整图像，以获得尽可能准确的读数。
（7）测距雷达装置操作员（Radar Ranging Set Operators） 这套雷达天线安装在指挥仪上，当指挥仪进行俯仰和旋回以追踪目标敌机时，天线会跟随移动。因此，它们能够不断指向敌机，雷达测距面板操作员将雷达测距数据传递给高角度控制系统阵位（H.A.C.S.Plot）。
（8）处于高角度计算阵位的组员（Crew in the High Angle Calculating Position） 控制军官向高角度工作台（HA Table）的操作员提供了敌机的估算航向和速度数据，并根据这些信息，结合指挥仪跟随目标时的测量距离和运动，计算得到火炮仰角、回旋角度和引信标号。这些信息不断地被传递给防空火炮。高角度工作台（HA Table）也会定期自动鸣响开火警铃告诉指挥仪俯仰员（layer）何时开火。
（9）高角度防空炮组（High Angle Guns' Crews） 俯仰炮手和回旋炮手必须跟随仰角和回旋接收仪中电子指针的移动。同样极其重要的是，防空炮组组员应按照正确的顺序设置引信并将装有引信的炮弹装入炮膛，因为每枚炮弹都携带一个仅在特定时刻正确的引信。决不能为了获得更高的射速而忽视这些注意事项。
4.B.R.224/45偏转屏说明
图4 HACS Mark IV偏转屏幕 B.R.224/45草图
在图4中，将看到一张显示Mark IV工作台偏转屏幕的图片。工作台内的光学系统将刻在圆盘上的圆形图像投射到屏幕上。这个圆形图像可以根据视角通过一种机械装置进行倾斜，从而在屏幕上显示为椭圆，其形状会根据视角而变化。工作台内的光学单元根据[u/a.p.v.]进行移动，因此这些变化将在屏幕上显示为椭圆正弦的变化。敌机的轨迹也通过一根线显示在偏转屏幕上，该线以一点为中心旋转，并与控制军官的双筒望远镜中的箭头转动一致。高角度指挥仪内的控制军官将箭头沿着敌机机身移动，从而将正确的航向发送到偏转屏幕。
偏转屏幕操作员面对屏幕坐着，看着椭圆。他有两个手轮，分别位于屏幕的两侧，标有“垂直偏转”和“横向偏转”。这些连接到可以在屏幕表面移动的线上。偏转屏操作员的职责是将这些偏转线保持在标记敌机航向的线和椭圆的交点上。通过将偏转线从椭圆中心移动到交点，偏转屏操作员测量飞机的垂直和横向偏转(Vertical Deflection and Lateral Deflection），并将其传输到高角度火炮的俯仰和旋回接收仪上的红色指针，从而为防空火炮提供必要的“提前量”（aim-off），以进行俯仰和旋回。
图5 HACS Mark IV型285雷达指挥仪 尼日利亚号，1943年6月 雷达天线被称为“八木”（鱼骨）阵列 图6 引信协调仪表（FKC）Mark 3 注意缺少绘图仪 科林伍德号
5.Mark 37火控系统简述
如果不简要提及当时美国的Mark 37火控系统（GFCS：Gun Fire Control System），对HACS的分析就不完整，其中一些系统也提供给了皇家海军。用英国的话说，这些是“高角度/低角度（HA/LA）”系统，也就是说，它们旨在打击飞机和水面目标。该系统于1940年初首次在西姆斯号驱逐舰（USS Sims：DD-409）上投入使用，并迅速被用于所有驱逐舰尺寸及以上的美国建造的新型军舰。战前建造的一些辅助船只也配备了这种系统。Mark 37 GFCS与之前的美国指挥仪不同，它配备模拟计算机和安装在甲板下方的垂直稳定仪，以减小指挥仪的本身尺寸和重量。
该系统的一个重要特征是，AA时间引信在提弹机中自动“连续”设置，这不仅消除了人为误差来源，而且意味着射击速度不受人工引信设置员的技能和速度的影响，从而实现更快的射击速度。这一功能允许军舰防空炮无论炮膛内是否装有炮弹都能直接开火（无需人工设置引信准备），再次促成了明显更快的射击速度。这种连续的引信设置也意味着这些军舰可以在敌机目标在天空中移动时采用“滚动弹幕（rolling barrage）”模式，这与带有ABU的HACS Mark IV的“一次性弹幕（once and done）”模式不同。根据诺曼·弗里德曼博士在《美国海军武器》一书中的说法，尽管海军军械局的文件中没有明确说明，但Mark 37关键的进步似乎与系统远程安装元件之间可靠的数据自动传输技术的发展有关。弗里德曼博士进一步指出，海军军械局的文件确实声称，Mark 37是第一个从一开始就打算使用雷达的指挥仪，其开阔平坦的顶部是专门为安装雷达设计的。另一个重要的进步是5英寸炮架的RPC（“远程动力控制”）设备。RPC（Remote Power Control）允许火炮自动跟随GFCS的方位和仰角方向，无论船舶是否发生倾斜、偏航和翻转，而不是像早期系统那样让炮手手动“跟随指针”。
与HACS不同，Mark 37是一个三轴稳定系统，在很大程度上使用基于主动测量的计算数据，而不是构成HACS很大一部分数据的猜测。这种“测速”设计使Mark 37在对抗俯冲轰炸机和鱼雷机方面比HACS具有固有优势，而这些是二战期间最有可能和最危险的飞机攻击类型。1941年版本的Mark 37可以处理高达400节的飞机水平速度和250节的垂直速度，这足以应付二战时期的飞机，除了战争后期的樱花型（八嘎）神风特攻队火箭飞机（Ohka (Baka) kamikaze rocket-plane）。事实证明，Mk37对神风特攻队来说是不够的，尤其是在他们执行自杀攻击时。但是，使用整体式旋转瞄准器和引入近炸引信（VT）弹药在一定程度上提高了Mk37对抗神风特攻的性能。
1941年底，旧D级巡洋舰德里号（HMS Delhi）在纽约海军造船厂重新武装，Mark 37 GFCS被引入皇家海军，配备了五门5英寸/38 Mark 12火炮和两座Mark 37 GFCS。基于预测的Mark 37 GFCS和快速射击的5英寸火炮的结合给皇家海军观察员留下了深刻的印象，英国海军部又订购了82套Mark 37系统。不幸的是，1942年至1944年期间，美国海军的迅速扩张排除了对英国皇家海军提供任何额外交付的可能性，战争期间也没有更多的英国船只有机会配备这些系统。
战争结束后，前卫号战列舰（HMS Vanguard）、鹰号(HMS Eagle)和皇家方舟号(HMS Royal Ark)航母以及最后八艘“战斗”级驱逐舰都配备了Mark 37GFCS。这些部队调整了模拟计算机，以适应美国和英国武器之间的差异。这些战后船只配备了英国275型雷达系统，比HACS重得多，前卫号（HMS Vanguard）上使用的Mark 37重约16.5吨，而安森号（HMS Anson）上使用的HACS Mark VI重约12.5吨。
Mark 37是战争中最好的重型防空火控系统，皇家海军认为它远优于他们自己的任何HACS系统。但对此不应过分吹嘘，因为即使是这个系统也有其局限性。例如，特种防御作战研究小组（SpecORG：Special Defense Operations Research Group）的一项分析表明，即使是战争后期的美国海军航母特遣部队，每击落一架飞机也要花费大约1000发Mark 37制导的5英寸AA 通常弹（机械时间引信）。使用近炸引信确实大大减少了这一数字。 命名说明：由于Mk37包含了许多远离实际旋转指挥仪本身的单元，它被认定为“火力控制系统（GFCS：Gun Fire Control System）”，而不是单纯的“指挥仪（director）”。
6.注释与补充：
【1】这种想法并不像事后看来那样错误。从当时角度来看，自1924年以来，美国海军一直在开发俯冲轰炸作为支持海军陆战队登陆行动的一种手段。这主要是由战斗机携带小型轻量炸弹完成的，英国皇家空军认为其对军舰没有太大威胁本身没有错误。然而，在1930年，美国海军测试了能够携带1000磅（454千克）炸弹的俯冲轰炸机，该炸弹大到足以击沉一艘驱逐舰并严重损坏更大的船只。1931年5月，美国海军开始大量采购马丁BM系列俯冲轰炸机，这些轰炸机可以携带1000磅（454千克）的炸弹，航程约400海里。截至1933年6月，共有32架此类飞机交付使用。这足以装备一个中队，即轰炸一队（VB-1），该中队被分配给列克星敦号航母（CV-2）。不久之后，德国空军（luftwaffe）认识到俯冲轰炸机的潜力并开始大规模采购容克Ju87“斯图卡”俯冲轰炸机。日本紧随其后，于1936年开始研制高效的爱知D3A“瓦尔”俯冲轰炸机。因此，尽管英国皇家空军在1931年对俯冲轰炸机的评估中部分正确，但严重误导了对俯冲轰炸机未来实际情况的估计。
【3】当时，美国正在设计具有最大仰角为85度的高平两用主炮的新型驱逐舰，而日本正在设计具有最高仰角为75度的高平两用主炮的新型驱逐舰。
【5】 “测速（tachymetric）”字面意思是测量，但在这种情况下，它的意思是控制系统进行一系列测量，从中可以计算出真正的飞行路线。掌握了这一点，然后可以使用与该飞行线的测量角度偏差来计算飞机的未来位置。虽然这在理论上听起来很简单，但对于防空系统来说，这意味着光学测距仪系统必须稳定，因为船的任何横摇或俯仰都会破坏测量角度的准确性。接着，数据必须快速可靠地传输到模拟计算机（英国术语“Table”），该计算机必须快速工作以求解未来的位置方程。接着，就火炮仰角、方位和引信设置而言，计算出的输出数据必须准确快速地传输到火炮，而火炮又必须能够根据传输的信息迅速对齐并设置炮弹引信。用更现代的术语来说，HACS没有采用可靠的稳定、远程动力控制（RPC）或自动数据传输，而是取代了猜测和手动操控，以实现同样的目标。
【6】在1937年的一次射击演习中，一架无线电控制的蜂王无人机（一架改装的“虎蛾”），能够以85节的速度绕整个地中海舰队直线飞行一个多小时，而没有被一枚炮弹击中，这可能是英国战前防空能力最恶名远扬的例子。
【7】并非所有皇家海军高层军官都如此无视空袭的危险。其中一位是海军少将雷金纳德·G·H·亨德森爵士，他在1932年写道：“舰队抵御空袭（防空炮火）的主要防御措施没有数据或经验支持。自一战结束以来，还没有对飞机进行过实际的射击，在我看来，我们对自己的高角度控制系统Mk I的期望太高了。与其他国家一样，我们倾向于在和平时期高估自己武器性能”。亨德森少将的观点在1939年1月得到了战前的一些验证，此时的海军部轰炸和防空炮火实验小组委员会估计，在每架敌机被舰艇炮火击落前，就会有一艘巡洋舰或两艘航母被击中。小组委员会进一步指出，驱逐舰如今几乎没有能力抵御空袭。
【8】这些低弹药支出数字表明，HACS性能在和平时期受到严重高估。战争时期的实践截然不同。对战争头几年防空行动的分析表明，每击落一架飞机消耗2000至10000发（取决于射程）炮弹是更现实的数字。
【9】英国声称光辉号和勇士号在防空作战中击落了8架Ju-87，其中3架由防空火力击落，5架由空中掩护的管鼻燕（Fulmar）战斗机击落。然而，德国的报告显示，来自I和II/St.G2的约32架Ju-87参加了这次行动，其中只有3架在袭击中损失，另有一架被英国战斗机严重击损，在基地坠毁后被销毁。
【10】战争后期，随着20毫米厄利孔和40毫米博福斯自动武器等短程和中程武器的广泛使用，一些驱逐舰的3英寸和4英寸防空炮被拆除，鱼雷发射管被重新安装。战争后期建造的驱逐舰配备了4.5英寸和4.7英寸的主炮，其仰角已增加到55度，但这仍然被认为不足以对抗俯冲轰炸机等飞机。“战斗”级驱逐舰上的4.5英寸火炮的最大仰角为80度，但其中只有一艘及时完工并被派往远东舰队，但她来得太晚，无法参加二战的任何最后一场战斗。
【11】在Z部队遭受攻击期间，威尔士亲王号和反击号未能用HACS控制的大口径防空炮击落任何一架飞机。值得注意的是，第一次袭击是由八架高空水平轰炸机发动的，这正是HACS旨在对抗的威胁。部分原因是菲利普斯海军上将对舰队的指挥管控不力，英国船只花了很长时间才测得日本飞机的距离，这使得日本飞行员几乎没有受到任何阻碍。在此次袭击中，威尔士亲王号的5.25英寸火炮发射了108轮炮弹，反击号的4英寸火炮发射了36轮炮弹。五架飞机受损，其中两架严重到不得不返回基地，而没有投下第二枚炸弹。作为回击，日本人的一枚250公斤(550磅)重的高爆炸弹击中了反击号。在接下来的战斗中，实际被击落的三架日本鱼雷轰炸机中，一架最有可能被威尔士亲王号的20毫米厄利孔机炮击中，另外两架被反击号的2磅砰砰炮击落。然而，这三架飞机已经向这些船只投掷了鱼雷。
【12】“航向角度”是指控制人员用双筒瞄准镜看到的目标飞机机身相对于垂直方向的角度。这是由控制军官通过将瞄准具中的箭头与飞机机身对齐来测量的。这一测量值并不能直接指示目标的进程，但可以与其他数据一起被HACS工作台用于计算。
【13】本段文字显示HACS的一些基本局限性，以及如何用“猜测”代替测量数据。例如，真实的风速和风向可以通过一个简单的三角公式精确计算出来，该公式使用船的速度和航向以及相对风速和风向，并且自动执行此类计算的仪器很容易装备，但英国设计师却选择给HACS控制军官的工作量增加另一个负担，就好像指挥官除了玩猜谜游戏外别无选择，同时试图将视线对准接近的敌机。 | 
发表于 2024-7-31 22:19
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发表于 2024-8-1 11:55
