Dirección de tiro: Sistemas aliados de Preguerra y Evolución durante la guerra
La descripción de una estación directora artillera es un tema complejo que intentaremos simplificar y explicar con muchas imágenes para mejor comprensión de los lectores. Básicamente es una estructura construida que contiene todos los mecanismos ópticos o por otro método para lograr eliminar a distancia un blanco en movimiento.
La estación es ocupada por un oficial u oficiales directores de tiro artillero, quienes mediante los sistemas de alzas directoras, telémetros y otros dispositivos graduaban la distancia del blanco y transmitían esta información a la central de tiro artillero quienes a su vez calculaban el grado de elevación y azimut de las piezas artilleras.
Esquema del ángulo de elevación y azimut respecto al observador.
Estos eran cálculos complejos pues a su vez había que tener en cuenta la fuerza y dirección del viento, la humedad, presión atmosférica, el calibre de cada pieza así como el tipo de proyectil utilizado. Ni que decir tiene que hay que tener en cuenta el movimiento del objetivo y del observador. Todas estas variables eran calculadas por unos computadores electromecánicos y la solución de fuego era enviada a las piezas artilleras. Las observaciones eran ópticas basadas en telémetros y corregidas según la deriva del tiro y el movimiento del buque. Los telémetros de gran amplitud (en el Musashi y Yamato podían tener 15 m de ancho) les daban un aspecto distintivo.
La solución de fuego eran las coordenadas de tiro convertidas a elevación o alza de la pieza, ángulo de giro o azimut y enviadas automáticamente a las torres de artillería donde los artilleros ajustaban el cañón a las coordenadas enviadas. A pesar de ser un proceso bastante mecanizado se necesitaba mucho personal. El crucero de batalla HMS Hood tenía una estación transmisora con 27 hombres.
Imagen de una estación típica de control de tiro británica naval. En la parte superior la estación de observación. La sala de cálculo se encontraba o bien en el interior del buque o en el caso de una instalación terrestre en un búnker subterráneo para protegerlo. Todos los datos y órdenes se transmitían eléctricamente.
Esta práctica daba un control centralizado sobre las torres de artillería por parte de la estación directora artillera si bien algunas torres con múltiples cañones y piezas importantes individuales podían optar al control individual si los daños del combate dañaban o destruían la transferencia de datos de la estación directora central. Normalmente los cañones se disparaban en salvas predeterminadas y la deriva era analizada por los directores de tiro que normalmente se encontraban elevados sobre las torres artilleras. La deriva era producto de factores balísticos incontrolables y casi imposibles de medir y se corregía mediante la observación de la caída o impacto del proyectil. El cálculo visual tanto del objetivo como de la caída del proyectil era visual y tenía que tener en cuenta el movimiento del buque propio y el contrario, incorporando esos datos al cálculo de la solución de fuego. Era un proceso muy complejo. Y se agravaba en condiciones nocturnas, de niebla, etc. El radar fue el que cambió radicalmente la dinámica ya que permitía calcular datos en ausencia de visibilidad hacia finales de la guerra.(14)
Eran sistemas extremadamente costosos. ¡Los sistemas de dirección de tiro con sus computadoras electromecánicas en el acorazado HMS King George V costaban £ 213.000, o sea el coste de 22 cazas Spitfires ! (15) El sistema Mark 37 norteamericano costaba la friolera de $ 353.000 más $ 32.500 de instalación.(16)
La dirección de tiro antiaérea tenía que resolver un problema parecido pero en el aire en vez de sobre el mar. Con el agravante de que los objetivos se movían a gran velocidad y a bastante más altura que los aeroplanos de la I Guerra Mundial. Para hacernos una idea, un retraso en el disparo de 0.1 segundos daba una desviación de al menos 15 m sobre un avión que volara a 540 km/h en línea recta y una variación en el ángulo de elevación de tan sólo 10 ´de grado podía suponer varios metros de desviación del objetivo teórico. De hecho, algo que se comprobó al poco de comenzar la guerra es que las miras simples era inútiles para aviones que se movieran a 360 km/h o más.
Las direcciones de tiro navales japonesas estaban basadas en las británicas Vickers de los años veinte. Como veremos a continuación los japoneses basaban gran parte de su tecnología en sistemas británicos y en menor medida franceses. En 1930 la Royal Navy comenzó a equipar sus buques con el HACS (High Angle Control System) que era un sistema no taquimétrico que calculaba la solución de fuego y el tiempo de ajuste de las espoletas para destruir el objetivo. Era un sistema donde se estimaban la dirección del avión, velocidad y se combinaba con la distancia y la cota al objetivo -que también había que estimar- Era un sistema bastante imperfecto, la velocidad del avión se estimaba según el modelo del avión, y la dirección se estimaba bastante crudamente alineando el fuselaje observado en la retícula de los binoculares. Estas estimaciones había que corregirlas mediante la recepción de datos del computador lo cual retrasaba la generación de la solución de fuego correcta reduciendo mucho la exactitud del fuego.
El sistema HACS británico con toda la estructura, sala de cálculo, sala de radar, observadores, piezas artilleras, etc. Lo interesante de esta imagen es que puede ser aplicable por entero a una instalación naval o terrestre. Muestra las mediciones actuales y como el computador lo convertía en mediciones futuras según el movimiento, velocidad, etc para dar la solución de fuego.
A partir de 1937 la Royal Navy introdujo sistemas giroscópicos (GRUB o Gyro Rate Unit Box) pues el computador HACS no podía realizar cambios de altitud. El GRUB calculaba la altura o cota del objetivo, la dirección y la velocidad aparente durante un breve espacio de tiempo, tenía en cuenta el tiempo de carga de los cañones predecía la posición del avión en un breve intervalo llevando estos datos al HACS para que calculara la solución de fuego correcta. De esta manera el GRUB convirtió al HACS en un sistema de dirección de tiro taquimétrico. No obstante a pesar de la mejora, estos sistemas aunque efectivos contra aviones volando a cotas altas tenían sus limitaciones contra aviones en picado a gran velocidad y especialmente aviones que realizaran cambios bruscos de rumbo. Finalmente se integrarían las lecturas de radar en el sistema lo que permitió mejorar el desempeño del sistema.(17)
Esquema de un giroscopio
Una estación directora de fuego para cañones antiaéreos británicos en el HMS King George V. La caja suspendida junto a la cabeza del marino del centro es la unidad giroscópica. Aunque en pequeño se distinguen dos telémetros y un marino con binoculares.
Como veremos a continuación tanto británicos como norteamericanos mejoraron sus sistemas considerablemente durante la guerra. Los japoneses como veremos más tarde se quedaron anclados en los sistemas de los años veinte y treinta. Se realizaron intentos de mejorar los sistemas copiando sistemas británicos capturados y con algo de invención propia pero lo cierto es que la inmensa mayoría de esos prototipos no llegaron a ser operacionales antes del final de la guerra.
El
Predictor Kerrison fue un aparato diseñado a finales de los años 30 en Gran Bretaña para operar los cañones Bofors de 40 mm. El Predictor resolvía el problema haciendo todos los cálculos mediante un complejo sistema de engranajes. Se ponían los valores de la velocidad del viento, la balística del cañón (calibre, tipo de proyectil, etc) ángulo al objetivo en azimut, altitud y una velocidad estimada del avión objetivo. Estos valores se alimentaban mediante unos diales que movían los engranajes que proporcionaban la solución de fuego que era transmitida mediante unos servomotores hidraulicos a los engranajes de elevación y rotación del cañón Bofors sin necesidad de intervención manual. Los artilleros simplemente mantenían el cañón cargado y los apuntadores apuntaban el Predictor, montado sobre un gran trípode, al objetivo. Los proyectiles no llevaban espoletas de tiempo sino que detonaban por contacto.
El Predictor era muy efectivo contra aviones que volaran en línea recta y en particular contra aviones en picado. Sin embargo era muy complejo, incluyendo 1.000 piezas de precisión y pesaba 230 kg a pesar de estar fabricado en aluminio para reducir peso. Dadas las demandas de la RAF para aleaciones ligeras, el Predictor era demasiado complicado para ser fabricado en gran cantidad.
Además y a pesar de sus virtudes tenía sus fallos. El principal problema era que el Sistema requería un generador eléctrico bastante grande para dirigir el cañón, incrementando la carga logística. La preparación del sistema era una tarea compleja y tediosa. Finalmente fueron usados casi exclusivamente en emplazamientos estáticos utilizando las unidades de campaña las miras originales o las simples miras Stiffkey-Stick que fueron introducidas a finales de 1943.(18)
El Predictor compuesto Nº 7 antiaéreo, también diseñado por Kerrison era similar de varias formas. Fue inicialmente diseñado para el cañón naval de 6 libras (57 mm) que se utilizaría como antiaéreo a altitudes intermedias (1.800 a 4.300 m). Fue readaptado más tarde para ser usado con 40 mm Bofors.
El
Mark 33 era el director de fuego standard de la US Navy y se comenzó a instalar en 1934. A pesar de todo no se le juzgó una solución satisfactoria y al poco de se comenzó a desarrolla el sistema Mark 37 en 1936. El Mark 33 al principio se guiaba sólo por observaciones ópticas, se logró dotarlo de mediciones de radar durante la guerra. Aunque se pretendía retirarlo la urgente necesidad de directores de fuego durante la guerra hizo que se siguiera fabricando durante una buena parte de la misma y que coexistiera con su sucesor más avanzado.
Imagen: el equipo de un director de tiro (en este caso un Mark 37) sin la estructura blindada que los protege. Se aprecia el gran tamaño del telémetro.
El
Mark 37 norteamericano fue un modelo de predicción de objetivos en movimiento taquimétrico que proveía la solución de fuego desarrollado hacia 1936. Se pretendía sustituir al Mark 33 que se juzgaba demasiado lento. El computador electromecánico (el Mark 1) pesaba más de 1.400 kg y se encontraba en una estancia en las profundidades del buque para protegerlo al máximo del daño en combate. Este computador se encontraba unido por cables eléctricos a las monturas de artillería y al director de fuego Mark 37. La propia estación directora Mark 37 se encontraba sobre la superestructura para darle el máximo alcance visual y de radar.
El computador Mark 1
El director de fuego estaba equipado con telémetros ópticos y cálculo de distancia por radar. La estructura podía rotar sobre una especie de barbeta. Utilizando los telémetros, el director podía producir una serie de datos que se denominaban línea de vista (LOS) que eran transmitidos eléctricamente al computador Mark 1. El LOS presentaba los datos del objetivo en función de altitud, distancia y azimut actual. Adicionalmente se enviaban datos de los giroscopios que medían la inclinación y balanceo del buque y datos correspondientes a la velocidad del buque mientras los anemómetros proporcionaban la velocidad y dirección del viento.
En la sala de cálculo un equipo atendía las operaciones del computador Mark 1 que tenía 1.2 m de alto. Este personal era el que tenía que entrar delos datos de velocidad media de salida de los proyectiles antes de disparar. La velocidad dependía del proyectil utilizado, el propelente, temperatura, peso y el número de proyectiles disparados por los cañones hasta la fecha.
Imagen: esquema y conexiones del Mark 37, computador Mark 1 y torre artillera. Se advierten los extremos del telémetro que le dan el aspecto de unas pequeñas "orejas" a la estructura.
Con todos estos datos el Mark 1 computaba los ángulos (elevación y azimut) de la posición futura del objetivo añadiendo correcciones para la gravedad, viento, el efecto Magnus de un proyectil giratorio y el paralelaje. El efecto Magnus es el fenómeno físico por el cual la rotación de un objeto afecta a la trayectoria del mismo a través de un fluido. Un objeto en rotación crea un flujo rotacional a su alrededor. El error de error de paralaje se produce cuando se utiliza un visor que no está montado en el mismo eje que el objetivo Es decir, el visor no previsualiza la propia imagen que le ofrece el objetivo. Todos estos datos se añadían a los datos de LOS para dar la solución de fuego (LOF o Line of Fire) que se enviaba eléctricamente a los servomotores de las torres de artillería para apuntar los cañones.
Fue en el rol antiaéreo donde hicieron su mayor contribución y de hecho permanecieron en servicio hasta 1969, nada menos que treinta años cuando la gran velocidad de los aviones a reacción hizo imposible al computador reaccionar con la suficiente velocidad para producir soluciones de fuego exactas.(19)
Imagen: la fotografía muestra el Mark 37 sin mostrar la antena de radar hacia 1941. Este fue el director de fuego para piezas de 5” (122 mm) de uso dual (naval y antiaéreo) para numerosos acorazados, destructores y algunos cruceros ligeros norteamericanos. Contaba con seis escotillas de observación y tres aperturas para telescopios.
Notas:
(14)
https://en.wikipedia.org/wiki/Fire-cont ... rld_War_II
(15) Bromley, Allan G. (January 1984). "British Mechanical Gunnery Computers Of World War II" Technical Report 223. University of Sydney
(16) Fotos proporcionadas por la US Navy en
http://www.ibiblio.org/hyperwar/USN/GSBO/GSBO-10.html
(17)
https://military.wikia.org/wiki/Gyro_rate_unit(17)
(18)
https://en.wikipedia.org/wiki/Kerrison_Predictor
(19)
https://en.wikipedia.org/wiki/Ship_gun_ ... rk_37_GFCS