Выстрел в 3-х измерениях

Инж. З. МУРИН

1848 год. В самом разгаре восстание Венеции против австрийского владычества. Столица вновь провозглашенной «республики святого Марка» напряжена в борьбе с наступающим сильным врагам. В один из ясных дней над Венецией еще раз, как бывало и раньше, появился неприятельский воздушный шар. К этому привыкли: изобретение братьев Монгольфье уже давно применялось как прекрасное военно-разведывательное средство. Но вот от шара отделился какой-то темный предмет, упавший за городом; вслед за первым полетел второй и еще несколько.

Предметы эти оказались бомбами, снабженными часовыми механизмами.

Обычно изобретение нового эффективного оружия всегда влечет за собой изобретение противодействующего ему средства защиты. Затем эти орудия нападения и защиты развиваются одновременно, но не совсем синхронно. Защитные средства обычно отстают, так как их техника, как правило, равняется по уже выявившимся достижениям соответствующих средств нападения.

Привязной воздушный шар, широко применяемый как разведывательное средство, дающее его обладателю много ценнейших сведений о расположении противника, неизбежно должен был вызвать к жизни свое «противоядие». В битве при Флерюсе между австрийцами и итальянцами (в 60-х годах прошлого     столетия) обе столоны располагали привязными аэростатами, обе стороны стремились лишить друг друга этого разведывательного средства. Австрийцы оказались изобретательнее: учтя медленность подъема привязного аэростата, они вели обстрел из обыкновенных полевых орудий, или гаубиц, стремясь использовать короткий промежуток времени, пока шар, подымаясь, остается в пределах доступного этим орудиям угла возвышения. Конечно, австрийцам и их противникам было совершенно ясно, что как только шар подымится невредимым на такую высоту, которая для поражения требует большого угла возвышения, аэростат будет находиться в полной безопасности, а люди в нем сумеют проделать все необходимые наблюдения. Возникла потребность в таком артиллерийском орудии, которое могло бы менять угол возвышения в пределах от 0 до 90°, т. e. обстреливать любую точку, расположенную над горизонтам. Задача не была особенно трудной, так как для ее решения требовалось только усовершенствовать уже имеющиеся подъемные механизмы. В первом же крупном военном столкновении задача эта была решена.

Подъем и спуск военного привязного аэростата в конце XIX в. Тридцать солдат, уцепившись за тридцать концов, бегом увлекали за собой насаженный на канат блок: при подъеме — от шара к барабану, при спуске — от барабана к шару, Этим достигалось ускорение подъема и спуска.

В 1870 г. разразилась франко-прусская война. Одерживая победу за победой, прусская армия подошла к Парижу я осадила его. Осажденные были лишены всякой связи с внешним миром, в том числе и с командованием национальной обороны, находившимся вне Парижа. Пришлось прибегнуть к воздушным шарам. Французы очень энергично использовали это средство сообщения и связи, выпустив из Парижа за все время осады 64 аэростата. Чтобы лишить осажденных этой возможности, главнокомандующий прусской армией Мольтке заказал заводам Kpуппa специальное противовоздушное орудие, могущее разрушать аэростаты в любой точке над горизонтом. Такое орудие было изготовлено и доставлено под Париж. Оно представляло собой легкую пушку небольшого калибра, помещенную на тумбе таким образом, что можно было вращать его вокруг вертикальной оси для изменения направления в горизонтальной плоскости, а также менять угол возвышения в пределах до 90°. Орудие перевозилось двумя лошадьми на легкой четырехколесной повозке. Так появилось первое зенитное орудие, т. e. орудие, могущее обстрелять любую точку над горизонтом в пределах досягаемости своего огня.

     

Противовоздушное орудие, изготовленное заводом Kpуппa в 1870 г. для стрельбы по воздушным шарам, выпускаемым из осажденного пруссаками Парижа. (См. рисунок слева.)

Ночная стрельба по воздушному врагу.

Новое оружие должно было оказаться достаточно эффективным против аэростатов. Мы не располагаем сведениями о результатах стрельбы из него против парижских воздушных шаров. Скорее всего, последовавшая вскоре капитуляция Парижа сделала его излишним. Но через некоторое время в России, под Ижорой, были проделаны опыты стрельбы из пушки по воздушному шару «Ястреб»; понадобилось всего 11 выстрелов, чтобы повредить шар и заставить его спуститься на землю. Такой успех объяснялся малой подвижностью и небольшой скоростью подъема и снижения воздушных шаров.

Фантастика конца XIX в. Так представляли себе будущий боевой управляемый воздушный корабль, вооруженный пушкой для уничтожения неприятельской армии.

*

В 19l4 г. разразилась мировая война. Это было крупнейшее военное столкновение, в котором неизбежно должны были выявиться все особые «достижения» длительной и напряженной подготовки к нему всех империалистов. Самолет как боевая летательная машина сразу же поразил неподготовленных и малоподготовленных противников.

Против этого нового оружия почти не оказалось «противоядия», и его приходилось спешно придумывать, организовывать, лихорадочно перевооружаясь на ходу. Русская армия оказалась наименее подготовленной, почти не располагающей специальными зенитными пушками. Пришлось поставить «на дыбы» обыкновенную полевую пушку, т. e. подпереть ее таким образом, чтобы она могла обстреливать высотные мишени. Расчет при этом был весьма простой: если орудие имело угол возвышения в пределах 0—30°, то, подняв его под углом в 60°, можно было из него обстреливать высотные мишени в пределах 60—90°. Пользы от такой стрельбы было мало: самолет легко ускользал из пределов досягаемости орудия.

На рисунке справа — русское специальное зенитное орудие времен мировой войны.

Какими путями пришли к зенитному орудию?

*

Если мы проследим развитие свойств подвижности ствола пopoхострельного орудия в отношении его станка, мы легко убедимся, что до появления крупповской «зенитки» оно пережило всего 2 этапа. В первое время после своего появления в Европе пушки были вовсе неподвижны в отношении своего «станка». Таким «станком» являлась либо земля, либо большая деревянная колода, на которую укладывался ствол. Угол возвышения, один раз установленный с помощью подложенных грубых клиньев, больше не менялся: орудие не имело никаких осей какого-либо поворота во время стрельбы. Уже в XV в., вместе с успехами в области бронзового литья, появились цапфы, т. e. два небольших металлических выступа цилиндрической формы по бокам ствола, около его середины. Эти цапфы входили в специальные цилиндрические ложа в станке и служили горизонтальной осью для поворота орудия вокруг нее в вертикальной плоскости. Благодаря цапфам орудие легко меняло во время стрельбы (с помощью специальных подъемных механизмов) свой угол возвышения соответственно положению мишени. В процессе развития и совершенствования артиллерии предел изменения углов возвышения установился: для полевых пушек от 0 до 30° и для мортир, стреляющих навесным огнем, от 0 до 65°. Чтобы превратить такие орудия в зенитные, нужно было прежде всего увеличить верхний предел углов возвышения до 90°, а нижний, по возможности, сделать меньше нуля (для стрельбы с возвышенных пунктов). Такое изменение не требовало особых конструктивных изменений в обычном устройстве станка орудия. Но скорость и маневренность воздушных мишеней заставили подумать о том, чтобы ствол сделать подвижным и в горизонтальной плоскости, т. e. сообщить ему в полной мере и вторую степень свободы в отношении своего станка. В орудиях для наземной стрельбы горизонтальный угол поворота обычно не превышал 8°, а уже в последнее время, когда была введена раздвижная станина, этот угол возрос до 60—80°. В зенитных орудиях нужно было довести этот угол до 360°, т. e. получить возможность кругового обстрела. Для выполнения этого условия пришлось пойти уже на коренное переустройство станка орудия, определившее третий этап развития подвижности ствола в отношении его станка: зенитное орудие получило вертикальную ось и ствол его получил возможность угловых перемещений в пределах 360° в горизонтальной плоскости. Конструктивно это нововведение было выполнено путем изменения устройства станка, которому придали форму тумбы с вращающейся внутри него опорной деталью — «вертлюгом». В некоторых конструкциях вместо тумбы с вертлюгом применен шестеренный механизм, управляющий круговым движением ствола.

Углы горизонтального и вертикального обстрелов различных видов артиллерийских орудий. Слева: углы горизонтального обстрела обыкновенной полевой пушка и пушки с раздвижными станинами. Справа: различные углы вертикального обстрела.

Русское полевое орудие, поставленное "дыбом" для стрельбы по самолетам (в мировую войну 1914—1918 гг.).

*

Является ли предельная величина углов вертикального и горизонтального обстрелов исчерпывающей характеристикой, определяющей принадлежность пушки к зенитной артиллерии? Оказывается, нет, не является! Самоходная пушка на гусеничном ходу также обладает полным углом горизонтального обстрела. Существуют пушки с подкладными платформами и дугами, позволяющими осуществлять полный круговой обстрел. Однако, эти орудия не пригодны для успешной стрельбы по самолетам: операции наводки, т. e. изменение величины углов, протекают в них с недостаточной быстротой. Самолет же представляет собой мишень, очень быстро перемещающуюся по направлению своего движения. Нетрудно понять, что скорость изменения горизонтального угла определяет степень пригодности орудия для зенитной стрельбы.

"Мертвый цилиндр" зенитного орудия. Самолет, идущий со скоростью V на расстоянии X от орудия, не может быть обстрелян, если частное от деления V на X больше величины угловой скорости (в секунду), которой располагает пушка. Пространство, ограниченное цилиндром с основанием радиуса X, увеличивается вместе со скоростью самолета и является не поражаемым.

Но и скорость наводки не исчерпывает всех качеств, необходимых зенитной пушке. Современные скоростные самолеты представляют собой нечто вроде маленьких метеоров, проносящихся с невероятной быстротой. Промежуток времени, в течение которого они находятся в радиусе действия зенитной артиллерии, весьма непродолжителен. Поэтому зенитное орудие должно еще отличаться значительной скорострельностью, которая характеризуется количеством выстрелов в минуту. B мировую войну зенитные пушки давали до 15 выстрелов в минуту. Современные конструкции стреляют чаще, давая около 25 выстрелов в минуту, а специальные зенитные пулеметы выпускают очереди в сотни выстрелов в минуту. Скорострельность зенитного орудия достигается полной автоматизацией процесса заряжания: подача патрона, закрывание затвора, накол капсюля, открывание затвора после выстрела, выбрасывание капсюля и подача нового патрона из магазина или ленты — все это осуществляется без воздействия человека, автоматически работающими механизмами затвора и подачи.

И, наконец, последняя особенность, отличающая зенитное орудие от обычной пушки и, так сказать, увенчивающая «зенитные» качества его стрельбы, — это специальный зенитный прицел, очень сложный по устройству, принципиально отличный (по содержанию решаемых им задач) от нормальных прицельных приспособлений. Для создания противовоздушной пушки не потребовалось никаких особых изобретений, кроме рационализации конструкций поворотных механизмов и станка. Но для вооружения ее быстрым и метким глазам, нащупывающим точку поражения врага в воздухе, пришлось изобрести совершенно новый прицел, который так и назван «зенитным». В чем заключается разница между обычным и зенитным прицелами? При наводке в цель обыкновенной пушки определяется расстояние до точки прицела; затем из таблиц узнают необходимый для данной дистанции угол возвышения; чтобы найти направление, определяют угол, образуемый прямой, взятой за основу, и воображаемой линией, соединяющей мишень с точкой расположения пушки. Если же цель движется в определенном направлении, то определяется еще и так называемый «угол упреждения», т. e. прицеливаются не в ту точку, где в данное мгновение находится мишень, а в некоторую другую, расположенную впереди нее по направлению движения, с расчетом на то, что движущаяся мишень и снаряд должны в этой новой точке встретиться.

Все эти задачи решаются в одной горизонтальной плоскости, т. e. в 2 измерениях, и специальные прицельные механизмы, созданные для быстрого их решения, не очень сложны в эксплуатации и легко доступны для освоения. Совсем по другому обстоит дело в зенитном прицеле. Его задача очень усложняется новым обстоятельством: мишень всегда находится в воздухе. Кроме направления и дистанции, приходится определять еще и высоту, т. e. решать задачу в двух плоскостях и трех измерениях. Прибавляется новый угол (местности), образуемый прямой (воображаемой), соединяющей точку прицеливания с орудием, и горизонтальной плоскостью. Самолет движется в несколько раз скорее самой быстрой наземной мишени, поэтому тот же угол упреждения приходится определять с огромной быстротой. Для преодоления всей трудности зенитного прицеливания изобретены очень сложные, точные оптические приборы со своего рода счетными машинами, которые в кратчайший срок, измеряемый долями секунды, решают поставленную трудную задачу. Далеко не сразу эти приборы оказались достаточно эффективными. Будучи изобретенными в мировую войну, они совершенствовались на всем ее протяжении, с 1914 по 1918 г. Об этом очень ярко свидетельствует статистика зенитной стрельбы войны 1914—1918 гг.

Средний расход снарядов на уничтожение одного неприятельского самолета составлял во Франции 11 тыс. в 1916 т. и 7 тыс. в 1918 г., а из специальных зенитных орудий — только 3200; в Англии до 1917 т. — 8 тыс., в начале 1918 г. — 4500, а в конце войны — только 1600. Американцы к концу войны довели расход до 600 снарядов на 1 сбитый самолет.

Зенитный крупнокалиберный пулемет с 2 стволами калибром в 20 мм (Эрликон). Смонтированный на тумбообразном лафете и установленный на автомобиле ила на корабле, этот пулемет предназначен для обстрела наземных и воздушных мишеней со скорострельностью в 280 выстрелов в минуту.

*

Устройство современного противовоздушного орудия прежде всего зависит от высоты и характера движения мишени.

Самолеты, которые предназначены для полета на высоте выше 1000— 1500 м (с целью разведки, наблюдения или бомбежки), следуют обыкновенно по большой прямой или описывают большие круги. Самолеты, предназначенные для преследования противника или выполняющие сложное и быстрое оперативное маневрирование на высоте ниже 1 тыс. м, отличаются менее постоянным характером полета, часто изменяя его скорость и направление.

В зависимости от такого разделения самолетов существуют 2 вида противовоздушного орудия: зенитные пушки, предназначенные для обстрела высот свыше 1000—1500 м, и крупнокалиберные зенитные пулеметы (или мелкокалиберные зенитки) для обстрела быстро маневрирующих самолетов на небольших высотах.

Современное дальнобойное американское зенитное орудие. Орудие калибра 105 мм имеет дальность боя по вертикали 12 км и по горизонтали 19 км. Скорость стрельбы порядка 20 выстрелов в минуту.

Чтобы не переполнять артиллерийские парки орудиями специального назначения, в последнее время выявилась тенденция строить универсальные орудия, пригодные и для наземной и для зенитной стрельбы. Почти все новые модели зениток приспособлены для наземного применения. Калибр крупных зенитных пушек колеблется в пределах 75—105 мм при горизонтальной дистанции обстрела до 16000 м и зенитной — до12 тыс. м. Калибр зенитных пулеметов колеблется в пределах 13,2—37 мм, причем большинство конструкций снабжается 2, а некоторые даже 4 стволами для усиления мощности эффекта выстрела. Дистанция высотного огня зенитного пулемета достигает 3 тыс. м.

Одна из последних моделей зенитных орудий американского завода "Дависон". Орудие соединяет в себе возможности полевой пушки, гаубицы и зенитки. Калибр — 75 мм, длина — 3150 мм. Для передвижения орудие устанавливается на низкую двухколесную повозку, буксируемую трактором. Общий вес орудия — 2800 кг, установка его длится 9—10 минут.
1. Орудие на повозке. 2. Орудие на позиции. 3. Орудие в положении для зенитной стрельбы.

Следует отметить, что из зенитного оружия только пулеметы стреляют снарядами-пулями, рассчитанными на прямое ударное попадание в самолет. Зенитные пушки стреляют снарядами с дистанционной трубкой. Трубки заключают в себе две проходные дуги и шкалу, по которой отмечается, как эти дуги совмещены перед выстрелом. Совмещением этих дуг можно получить общую дугу различной длины. Время горения такой дуги заранее известно. Установив по шкале трубки определенную длину пороховой дуги, получают горение в течение того промежутка времени, которое необходимо для полета снаряда на заданную дистанцию. Пороховая дуга служит детонатором для взрывчатой начинки снаряда, который поэтому разрывается в заданной точке. Разлетающиеся осколки поражают значительное пространство вокруг точки разрыва.

Существуют 2 способа зенитной стрельбы, в зависимости от которых меняется содержание работы прицеливания. Наиболее старый способ ведения зенитного огня изучен еще в течение мировой войны. Каждое орудие ведет огонь почти совершенно самостоятельно. Извне, с поста управления, оно получает только исходные данные, которые не поддаются определению силами наводчиков: высоту положения цели, скорость ее и направление. Остальные данные определяются приборами, установленными на пушке. Два наводчика с помощью специальных визирных (оптических) приборов наблюдают за самолетом: один следит за углом направления, другой — за углом местности. Затем оба наводчика совмещают линии обоих углов, следя таким образом за мишенью. Ряд вспомогательных малых приборов, смонтированных на основных, определяет необходимые поправки к уже полученным основным, а специальный прибор дает установку дистанционной трубки снаряда. Всего имеется до 11 визиров, наблюдающих за самолетом (8 на пушке, 3 на посту управления).

Стереоскопический высотодальномер зенитной установки.

Недочеты этого способа очевидны. Основная его отрицательная черта — распыленность действия орудий; артиллеристы всех стран стремятся по возможности добиться максимальной концентрации огня. Огневая единица — батарея — должна давать сосредоточенный огонь 4 орудий. При децентрализованном способе стрельбы неизбежны ошибки, так как работа наводчиков очень сложна. Неизбежный разнобой в наводке и вычислениях по каждому орудию еще больше уменьшает шансы на сосредоточенный огонь, который рассеивается и снижает свою эффективность.

Современное решение задачи ведения зенитной стрельбы состоит в централизованной подготовке всех данных на центральном посту. Орудие получает готовые величины углов направления и местности, а также установку дистанционной трубки в виде команды. Пушки батареи не имеют ни оптических приборов, ни счетных машин. Наводчики при орудиях не следят за самолетом. Приборы наводки состоят из 3 шкал, и работа наводчиков заключается в установке на них полученных данных, что автоматически обеспечивает правильную наводку орудия.

Обслуживание орудия очень просто. Расчет орудия сведен до минимума, т. e. работа орудия сводится только к установке шкал. Никаких расчетов делать не приходится, их производит центральный пост управления. Иногда центральный пост состоит из 2 отдельных приборов: из стереоскопического дальномера и прибора для подготовки данных стрельбы. В некоторых системах дальномер соединен с приборами подготовки данных.

Схематическое изображение выстрела из зенитного орудия при централизованном управлении огнем. Углы показаны в отношении точка действительного положения самолета в момент попадания.

Централизованное управление позволяет добиться наилучшей концентрации огня 4 орудий; работа всех специалистов заменяется глазом стреляющего; ведущий стрельбу может в любую минуту вмешаться в ее подготовку; чувствительные и точные приборы удалены с батареи. Таким образом, «мозг» батареи менее подвержен разрушению. Централизованный способ стрельбы принят во всех странах после войны. Благодаря использованию электрической связи и передачи достигнута значительная степень совершенства в технике подачи команды с поста управления на батарею.

В наше время управление огнем зенитной батареи уже не ведется голосовой командой, так как выстрелы ее заглушают; применяются специальные телефоны, дающие орудийной прислуге возможность работать совершенно свободно обеими руками. У орудий не слышно никаких голосов. Орудийные номера — наводчики направления, наводчики угла возвышения и установщик трубки — производят свою работу молча, выполняя команду, передаваемую им по телефону. У центрального поста 3 человека стоят у микрофонов и непрерывно передают слова команды вполголоса. Все расчеты производятся автоматически. Участие человека, если оно нужно, происходит совершенно тихо; сводится оно к совмещению стрелок, к установке стрелки против определенного деления на графике высоты. Однако, телефон требует много людей, и поэтому к приборам предъявляются еще большие требования автоматизации передачи. На помощь приходит синхронная передача. На центральном приборе управления указатель отмечает на круговой шкале угол направления (направление стрельбы). Это направление должно быть передано орудию. Вместо того чтобы считывать его со шкалы и передать по телефону, указатель направления включается в систему электрической передачи; с помощью этой передачи установка передается на такие же указатели, помещенные на каждом орудии. Они движутся синхронно движению указателя направления на центральном приборе. Наводчик, получив эту «немую» команду, исполняет ее, совмещая стрелку, управляющую наводкой ствола, с указателем на командной шкале. Вся эта операция чрезвычайно проста.

Схема передачи "немой" команды. Наводчик у орудия совмещает стрелку 3, управляющую движениями ствола, с указателем 2, который переместился на угол а по "немой" электрокоманде, переданной с поста управления.

Схема централизованного управления огнем.

Командующий централизованной стрельбой управляет всем сложным процессом прицеливания и стрельбы.

Пост управления зенитным огнем (с дальномером).

Для этого он должен быть хорошо подготовлен: он должен понимать всю стрельбу и объяснять ее, он должен уметь изменять траекторию, которая не может догнать самолет, меняющий направление, он должен уметь принимать решение о перерыве или начале стрельбы и быстро ориентироваться в меняющейся обстановке противовоздушного боя.