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从“不着边际”到“百步穿杨”,坦克火炮瞄准进化史
发布时间:2023-06-16     作者:   来源:科普中国   分享到:

在残酷的一战堑壕战中,协约国和同盟国都进行了自己的坦克设计和实验,也爆发了人类历史上第一次坦克间的战斗。坦克,作为相当有效的反坦克武器进入了各国的视野。然而,受到地心引力的影响,坦克主炮的弹道必然是弯曲的,弹药飞行越慢的火炮,弹道就会愈发弯曲。在支援步兵的任务上,首发不中尚且可以进行第二次校准射击。而在残酷的坦克战中,坚固的坦克随时会变成“钢铁棺材”,对于距离的精准测量就非常有必要。

视力!关键是视力!

作为早期坦克的解决方案,对目标的大小记忆和比对成为了重要的解决方式。早在中世纪,攻城机械的使用者们就已经学会了使用大拇指概略测量目标距离,这套系统随后被更为精准的密位测距所取代,也一直沿用到现代的所有军用望远镜中。想要实现密位测距,需要测量出目标在视野中的宽度有多大,再对比已知的目标实际尺寸,就能大概估测出一个距离。这种观测方式被炮兵广泛应用,也自然而然的被应用到坦克上。然而,在狭小的坦克内伸直手臂自然不易,使用望远镜测距既需要背下目标的尺寸,又需要在颠簸的坦克中进行精确的测量,难度很大。

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(图为M2/M3步兵战车的测距分划 图片来源:专家资料图)

为了解决这些问题,分划线测距应运而生。作为密位测距的替代,分划线测距选择了一个常见的目标尺寸:例如针对人体头顶到脚底的1.7米,亦或是坦克的高度3米,划出一道地线和一道斜线,分别用来对准目标的底部和顶部。如果目标的底部和地线重合,顶部又恰好和斜线的某一点处于同一高度,就可以读出上方的读数,用作射击的参考。这种测距方式应用非常广泛,制造相当简单,测距也较为精确,使用起来也很方便。二战期间的大部分坦克都使用了这种测距方式,可以较为快速和精确的获取目标坦克的距离。

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(图为游戏中的1P59瞄准镜,通过调整倍率实现测距 图片来源:哔哩哔哩)

而随着光学技术的进步,也产生了一些更加先进的分划线测距手段。一些坦克和反坦克炮使用了倍率可调的光学瞄准镜,可以缩放目标在视野中的大小。在这种情况下,可以使用一块不会缩放的目镜板,上面绘制有一个圈,当目标坦克刚好可以被套进圈里,缩放的倍率就刚好对应正确的距离。通过这种手段,瞄准镜也会处于一个比较适合瞄准的倍率,甚至可以设置另外一块分划板和倍率调整联动,一旦目标被套进圈里,圈的正中心就刚好是抛物线弹道的预瞄点,可以直接发射,反应速度快得多。

机器!用机器解决问题!

然而,无论是缩放倍率还是一般的分划线,都面临着同一个问题:只能对“恰好”的目标坦克射击。如果分划线针对高大的“虎王”坦克设计,却需要打击仅有人高的94式“豆战车”,测距就非常容易出现误差,并且修正起来较为困难。同时,分划线测距的精度也较为有限,对于初速较高的穿甲弹来说,外弹道趋近于直线,计算难度偏低,命中率尚可。如果发射的是威力较大的榴弹,其精度几乎不具备实战使用价值,为此,各国纷纷展开了针对测距仪上车的研究。

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(图为日军“大和”号上的15米基线测距仪,远距离测距精度较好 图片来源:搜狐)

机械测距仪的历史由来已久,从甲午战争时期的手持式测距仪到一战期间的合像式、体视式测距仪,已经经历了半个世纪。在二战期间,还出现了对空测距仪等一系列反应速度较快的机械测距仪,在海军中大量装备。然而,无论是体视式测距仪还是合像式测距仪,都要求两个观测点之间应该有相当的的距离,才可以通过镜头的角度差距计算出距离。对于海军来说,前后桅杆距离自然足够,直接安装一台超宽的设备也不是什么问题。但是对于陆军来说,坦克就不到4米宽度,即便在坦克两端布置测距仪,精度也不甚理想。

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(图为光学测距仪测距方式,上为合像式,下为体视式 图片来源:知乎)

美国和纳粹德国在二战期间都进行这方面的尝试,试图为坦克安装一台测距仪以保障远距离交战的能力,或者更进一步,让测距读数直接联动到火炮的俯仰控制,自动装订标尺用于远距离射击。这样的设计在二战后更为普及,苏联曾经在Su-122-54自行火炮上为车长安装了一部独立的合像式测距仪,用于在交战时车长专门负责测距并且报给炮手。美国则在M48坦克上使用过体视式测距仪,但是虽然体视式相较于合像式精度较高,但是需要训练更多,也更容易出现视觉疲劳,在随后的改进型中又换为了合像式。法国则在AMX-30坦克的炮塔两端设置了测距仪的镜头位置,让测距仪贯穿整个炮塔,实现最大的测距基线长度。

回波!回波测距才是正解!

虽然冷战早期各国都在试图为坦克安装光学测距仪,但是光学测距仪的自动化水平太低,射击精度主要取决于人的熟练程度。在静对静射击中尚且能起到不错的效果,但是面对存在高低差的目标和射击移动目标时效果很差。同时,光学测距仪的测距精度较低,1-1.5米基线的合像式测距仪,6千米内的误差能达到正负7%,如果目标和坦克存在高度差,就很容易出现脱靶。为了解决这个问题,各国的科学家选择了先“击中”敌方坦克,再获取距离的解决方案。

最早拿来“击中”敌方坦克的是机枪子弹。英国在火炮附近同轴固定了一挺12.7毫米重机枪,使用专用的子弹,弹道和火炮弹道较为接近。发射的专用测距弹会在特定的距离发光,可以通过计算弹药命中前发光了几次,来获取大概的距离,也可以用机枪的弹道估计火炮瞄准点是偏低还是偏高。如果机枪弹能刚好命中坦克,那么炮弹弹道也会大差不差。这样的设计还被用在了步兵的无后坐力炮上,使用12.7毫米测距枪发射,如果能够命中坦克,则意味着弹道准确,否则需要进行调整。但是12.7毫米机枪发射的声音不小,命中后更是绝对会暴露目标,敌方会竭尽所能进行规避,炮手反而要重新瞄准才有可能用主炮命中目标。

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(图为安装雷达测距仪的T-62式坦克 图片来源:百度贴吧)

在用“子弹”击中目标的尝试之后,则是试图用雷达波“击中”目标。苏联实验性的改装了几辆T-62坦克,安装了庞大的雷达发射天线,理论上只要雷达对准敌方坦克,金属制坦克的回波就会反射到发射源,根据回波需要的时间去计算坦克和目标之间的距离。应该来说,苏联人的尝试几乎成功,雷达测距的坦克拥有远超光学测距仪的测距速度,理论上可以将雷达测距仪直接联动到坦克火炮上,很方便的进行弹道计算和火炮姿态调整。但是,雷达测距仪的体积相当庞大,生产成本也很高。暴露的雷达天线非常容易被重机枪甚至步枪摧毁,是完全不可能作为消耗品使用的。

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(图为安装在T-72坦克上的昼间炮长镜,整合了激光测距仪功能 图片来源:知乎)

最终,激光成为了最实用的快速测距手段。由于激光发射源的体积小,测距激光的功率相对较低,可以很容易的整合进坦克的火控系统里。坦克向目标发射一束激光,目标自然会产生激光反射,并且被测距仪的接收端捕获,根据激光“命中”目标需要的时间计算和目标之间的距离。虽然光的传播速度极快,对于冷战的电子技术来说已经不是难题。但是,激光测距仪也并非完美,由于坦克的激光终究存在散射,如果途径树叶和草丛,草丛上也会产生激光回波,并且被测距仪所捕获。在面对较为复杂的环境时,需要坦克炮手正确的选择回波。例如在面对密林中的敌方坦克可以选用第二道回波,从而过滤掉树叶和地障反射的激光,获得正确的距离坦克的参数。同时,由于激光测距的速度极快,如果测距精度存在问题,也可以再次测距,直到获得可信的距离值。

坦克的测距的问题通过近百年来新技术的不断发明最终解决。在火炮垂直姿态的调整上,坦克终于拥有了自动计算提前量的能力。然而,在水平方向上计算提前量,则要难得多。


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