日本海军的FCS

本文译者：CC-1_Lexington

日本海軍のFCS——そに技術的回想

FIRE CONTROL SYSTEMS OF IMPERIAL JAPANESE NAVY by Koichi Takasu

长门号战列舰的前桅。新造时的状态，上部安装了七年式10米测距仪。

舰炮用的FCS被翻译为射击指挥装置，但在旧日本海军中并没有射击指挥装置之类的多设备系统集合体的称呼。

在旧海军解决射击指挥问题的装置中，测量目标现在所处位置时使用的是「测的武器」，计算发射炮弹命中目标所需的发射诸元（俯仰角、旋转角、引信定时）并指挥火炮指向的武器被称为「指挥武器」。但是这种区别并没有明确的定义，只是方便而已。明治时代的测的武器主要是方位盘和测距仪，而方位盘从大正时代开始反而成为了指挥武器。测的盘作为作为计算出目标航向角和航速的装置出现了，与其说这是测的武器，不如说是是属于指挥武器。在指挥武器方面，出现了计算提前量的射击盘。

这些是水面炮战用的，昭和时代作为对空指挥武器而开发了高射装置。这（高射装置）里面不包括测距仪，但不久就分离为高射机和高射射击盘，高射机和测距仪整合在一起。

在此仅叙述水面舰艇搭载火炮用的FCS，但似乎并没有留下搭载舰和型号名的一览表。只是防卫研究所图书馆收藏了战争结束后占领军要求制作的火炮武器一览表，其中一部分摘要如第一表所示。但这份资料似乎是仓促制作的，遗漏了扶桑级战列舰、神鹰级航空母舰和千岁级航空母舰，还有一部分写的换装前的型号名称。但是，这是旧海军亲手制作的，而且也是唯一现存的，在这里，我决定按照原始资料进行记载。

注：①四式射是四式射击装置，本来是对空用的；

②一三方是一三式方位盘；

③航母的测距仪装备位置是舰桥顶部。

舰内通信装置

关于舰内的命令、报告等的传达，传统上使用的是传声管，还需要传令员四处奔走，但到了战斗时，由于炮声、中弹等原因，传达受到了阻碍。

为此，1891年开始服役的严岛号装备了距离通信器。这是英国海军的劳埃德少校设计的装置，转动发信器的把手，将指针调到某一距离，由于电磁铁的作用，火炮位置的接收器指针就会指向同一距离。距离达到了4000码（3650米）。

之后，朝日号战列舰从司令塔向火炮位置传递距离，装备了武式通报器。武式是巴尔&斯特劳德公司的产品。另外，当时还设置了操舵相关的通信系统。

1903年7月，军舰通信装置调查委员会决定对初濑号的通信装置进行改装，在炮战方面推荐设置第一图所示的高声电话，并对副炮传声管进行细分。但是该舰似乎在改装还没完成的情况下就战沉了。

在日俄战争爆发时，只在敷岛号、八云号、磐手号、音羽号四艘舰艇上装备了高声电话器，但根据日俄黄海海战和蔚山海战的经验，认为炮战指挥的通信上不可欠缺，因此紧急装备到其余的战列舰和装甲巡洋舰等舰艇上。

武式距离通报器后来出现了改良型，另外明治40年代（1907~1912）又装备了改良自德国西门子式的四十年式通报器。

1913年回航的金刚号配备了追踪式距离苗头通信装置。采用的是发令所等发出的指令传达到火炮位置接收器的基针上，通过追针对准基针，使炮按照指令来指向的方式。

以此为开端，推进了开火诸元传递的自动化。在上述的劳埃德式中，距离是以每50码或100码（45.72米、91.44米）为单位阶段性指示的，但到了昭和时代，引入了同步装置，距离被连续地传递。

测的武器

明治10年代（1877~1887年），由于开炮后火炮方面的滚滚浓烟，下一次发射时无法瞄准，所以将英国海军的Gun Director设置在舰桥上，称为大炮方位盘，以此来确定敌舰的方向角，另外在航海用的六分仪上应用三角定律来求出距离，所谓的方位盘射击开始了。但是在明治30年代（1897~1907年），随着使用无烟火药的火炮的增加，方位盘射击改为后部的305mm炮。

从甲午战争开始引进了测距仪。这以后在求距离成像的方法上出现了各种型号，日本海军几乎进口或者试制了各种型号，但实际上是单筒正分像合像式，带分像合像式、双筒正/倒分像体视式、游标体视式等。

长期以来的测的武器都是光学武器，1932年左右开始研究雷达。但是，直到最后都没有实用化，只有搜索用的二式二号雷达一型等在实战中使用过。

费斯克式测距仪

1891年，英国海军部悬赏征集海军用测距仪时，美国海军的费斯克上尉（布莱德利·A·费斯克/Bradley Allan Fiske）提出了两人式测距仪。顺带一提，当时采用的是下文所述的巴尔&斯特劳德式测距仪，即日本称为武式的测距仪。虽然费斯克的作品没有被采用，但它具有即使用旧式望远镜也能制作的特点。因此，被日本海军采用，称为费斯克式测距仪。该技术运用了惠斯通电桥原理，由电桥电路组成，在舰上相隔较远的两处架台上设置望远镜，分别在下方设置与望远镜角度相同的指针和圆形可变电阻器。

其原理如图二所示。当望远镜A、B指向目标T时，由于方向角不同，电桥中央的电流表偏转，蜂鸣器发出声音。将望远镜A转动到与B平行的AE时，电流表指向零，蜂鸣器停止，将此时得到的角度数据套用以下公式，就可以得到距离。

∠ADE=b

∠CBF=a

AT=AB sin a cosec b

这也得到了敌舰的方向角。基线长度（A和B的间隔）越大，误差越小。美国海军在芝加哥号巡洋舰上进行的实用实验中，基线长89米的情况下，在1500米的测距误差在0.6%以下。

1904年1月，作为武式测距仪损坏时的备用设备，费斯克测距仪被配给给所有未装备的军舰。

武式测距仪

由1894年回航的吉野号，武式测距仪被引入了日本海军。这叫单筒正分像合像式，移动距离棱镜，使上下正立分像一致来求距离。明治时代的正式名称是距离测量仪，测距仪只是简称。

采用时测距仪不是武器，而是测量仪器。在吉野号上，由于安装在后甲板上，随着主机转速的提高，振动剧烈，导致成像摇晃，无法测距，所以不怎么用于炮战，反而用于航海。在之后的军舰上，测距仪被设置在罗经舰桥上，1904年1月开始成为兵器。

当时拥有53台测距仪，除开12艘战列舰和装甲巡洋舰各2台外，包括镇远号、春日号等在内各1台。因战争向巴尔&斯特劳德公司紧急订购了10台，除在现有舰上增加搭载外，还安装在未装备的金刚号、比叡号（初代的铁甲舰）等舰上。

它们的基线长均为4.5英尺（1.4米），称为1.5米型。当时正在建造的香取号和鹿岛号采用了实际9英尺（2.7米）的2.5米测距仪。装备数量又增加到3台。

随着炮战距离的增加，测距仪开始分化为航海用和炮战用，航海用的测距仪停留在1.5米以下，而炮战用的测距仪则从2.5米型逐渐增大，光学系统的倍率从初期的15倍提高到30倍。大尺寸化是为了减小远距离的误差，但实际读取误差还取决于测量者的操作技术。

1913年服役的金刚号战列巡洋舰的舰桥为12英尺型（称为3.5米型），炮塔为15英尺型（4.5米型）。这就是炮塔测距仪的起源。比叡号也从武社进口了同型号，不过由于战争爆发，榛名号的测距仪被英国海军买走了，因此该舰装备了最早的国产品四年式1.5米型。

榛名号战列巡洋舰。本舰服役时，搭载了国产的武式1.5米型测距仪。

战争期间，将进口改为美制，炮塔上装备了武式系列的6米型，但由于质量不佳，战后又换装了武式的6米型和8米型。后来，武式系列的国产品装备各舰。

双筒合像式测距仪

双筒合像式也叫正分像体视式。日本在大战前夕引进了这种型号的德国产品，并以此作为参考，为八八舰队制造了五年式。五年式以1918年在山城号上装备4.5米型开始，制造了2.5~6米型。

接着，七年式10米型在1919年被采用为长门号的舰桥测距仪。它被安装在测距塔内，通过电动机在轨道上改变位置，依靠人力转向瞄准。双筒望远镜左右相反方向的分像是单筒望远镜的两倍，理论精度应该提高一倍，但由于制造中央棱镜特别困难，所以产品得不到良好的精度，它们不久就被改造为单筒，或者成为废品。将七年式8米型双筒改造成单筒的被称为一三式8米测距仪。

双重测距仪

战列舰改造后炮战距离增大，为了提高测距精度，计划采用在一个筒内安装两台光学装置的双重测距仪，1926年在榛名号的炮塔上安装了一三式8米双重测距仪，第二年重巡的炮塔上装备了一四式6米双重测距仪。一三式的两名测距手位于测距仪的两侧，而两名测距手并列测量的三式10米双重测距仪完成于1931年，1933年时雾岛号舰桥顶部测距塔采用了三式测距仪，取代了以往的武式6米型测距仪。1935年，长门号也用三年式替代了七年式。测距塔被改进为利用电动油压式整动机在轨道上移动并瞄准的方式。这种环形测距塔也被后来的改造舰和大和级所采用。

另外，大和级的副炮装备了九三式8米双重测距仪。

高射测距仪

1920以后从巴尔&斯特劳德公司购买了用于飞机测距的带分像合像式。这种测距仪上中下三个分像，中间为带状倒像，使中部与上或下方的立像吻合来求出距离。另外还配备了通过对数计算求解H=Rsin6的差动齿轮机构作为测高装置。

在这种型号上，巴尔&斯特劳德公司生产的UB6型被广泛使用，后来从德国购买了游标体视式，这种型号被认为在对空方面更好，因此决定进行国产化。在游标式中，如第三图所示，有主标和副标，为了使目标看起来与主标距离相同，移动距离棱镜求出距离。

国产高射测距仪方面，在试制出一五式1.5米型测距仪后，九三式4.5米型测距仪也已投入使用。

三重测距仪

为了准确捕捉水平线上出现的目标，日本决定在大和级计划搭载的460mm炮的测距仪上采用倒分像体视式。此前有消息称，蔡司公司生产的同一型号测距精度是正分像合像式的16倍，连短的非垂直目标也能很好地测量。主炮塔用称为光39金物，舰桥用称为光48金物，从1936年开始进行了双重测距仪的试制研究。

同年购买了蔡司公司的6米型测距仪，在山城号上进行测试的结果是，上层直接采用倒分像合像式测距仪，下层修改为正分像合像式双重测距仪，并于1937年6月完成了三重测距仪的设计。

主炮塔用九八式测距仪一型，前舰桥用二型，均为15米型；后舰桥用九八式三型，为10米型，均装备于大和号和武藏号。

水上炮战用指挥武器

19世纪速射炮和无烟火药出现后，先进的海军国家掀起了通过更好的射击指挥方法来改善有效炮战距离的浪潮。换句话说，就是通过训练方法或者装置，探求更快、连续地获得命中弹的手段。但实际上，由于日俄战争的结果，炮战距离增大，日本海军的火炮无法准确瞄准，因此引进了英国海军方式的指挥武器。

大正时代开始了方位盘的国产化，进入昭和时代，大规模的计算机构被用于计算敌舰的未来位置。但与今天不同，当时以机械模拟方式为主，数据凭借轴的旋转角度来输入，必要时转换成直线运动。加减运算采用了角度不变的差动齿轮机构，乘除运算则通过相似三角形定理的应用，积分采用摩擦积分器，微分采用逆探法或根据绘制器上的曲线求倾斜度等方法。但是，还没能将射表储存在计算装置中。

在此，以方位盘瞄准装置为中心叙述各时期的指挥武器。

射击指挥用具的导入

日俄战争后陆续引进了射击指挥用具。

最初的是双筒弹着观测镜，1907年左右开始引进了滑动式模拟计算装置。其中包括绘制各测距仪的测距值来求出平均测距值和变距的距离曲线盘；用自尺和的尺设置航向交角，读取变距和风力修正等的变距率盘；调节从测距仪和变距率盘得到的距离和变距；还有调定从测距仪和变距率盘得到的距离和变距，就能求出时时刻刻的距离的距离钟。另外，变距和变距率是同义词，是指与敌舰的距离随时间的变化率。

1916年左右，日本购买了将这些装置整合在一起的坡伦式FCS，装备于扶桑号，称为亚式炮战通信装置。亚式是阿尔戈公司生产的意思，由矩式测距仪、航迹自动绘制装置、亚式距离方位钟、陀螺控制装置组成。

矩式测距仪是坡伦委托库克公司制造的，因此被命名为矩式。在武式2.5米型的基础上，增加了方向角测量器和距离方位发信器。

航迹自动绘制装置安装在发令处，通过测距仪接受到的距离方位和自舰航速航向自动描绘出彼此的航迹。如果将由此产生的诸元调到亚式距离方位钟上，射击距离就会通过线路传送至火炮处，如果同时使用追踪式通信器，就可以调定照尺指针。陀螺控制装置具备与鱼雷相同的陀螺仪，在转舵时自动将自舰航向传递给航迹自动绘制装置。还尚不清楚亚式是否被装备在扶桑号以外的地方，但其射击思想被应用到后来的指挥武器中。

方位盘瞄准装置

1913年，斯科特上校设计的方位盘在英国海军得到公认后，日本海军也试制了主炮方位盘，并在1915年装备在榛名号的前桅顶端。

这个方位盘的形状如图五所示，已经脱离了测量武器的范畴。读取另一装置的距离、苗头接收机的刻度，将其调到方位盘上，旋转手旋转整个方位盘，将加上苗头的转向角发往火炮处。射手仰视望远镜，向火炮处发出加入了照尺角的仰角，在指挥官的命令下开火。

由于榛名号的研究射击的好成绩，1917年以后的金刚级和扶桑级也装备了方位盘，方位盘射击复活了。同时制造了中口径炮方位盘，于1918年率先装备于天龙号。它也用于战列舰的副炮，安装在左右舷高的两处以上的位置。此后中口径炮用方位盘装备于巡洋舰以下的舰艇。迅鲸级潜水母舰和睦月级驱逐舰只有旋转方位盘。

榛名号改造时对主炮方位盘也进行了改造，除了修改望远镜外，还追加了炮轴角计算调定机构和各种修正机构，命名为一三式方位盘。一三式也装备在妙高级上，但从高雄级开始变成了对空兼用的一四式，现有的重巡也换成了它。

大正初期在引进追踪式通信装置和方位盘的同时，也对明治末期的射击指挥用具进行了改良，使其能够直接发送算出的值。

1921年，日本从英国进口了倾角测量仪，装备在长门号上，同时试制出了倾角方式的一零式变距盘，接着实用化了可对苗头进行定偏修正的一一式变距率盘。倾角是指敌舰现在位置上的瞄准线的垂线和敌舰航向所成的角度。

距离钟方面，继可线路传输的一零式后，配备变距接收器的一一式距离钟，以及改良电气通信装置的九零式距离钟也被实用化了。

在此之前，在国产的目标航向测定镜的同时，又开发出了多齿轮和凸轮的一二式测的盘，以及整合了须式从罗经仪的一三式测的盘。

1924年从武社购买FCS并装备在金刚号上，调查了其构成机器的中枢盘，1929年试制出临时标角测定盘并装备在北上号上，起飞观测机进行联合实验后，经过一番努力，终于在1931年试制出了140mm炮用的九一式射击盘，次年临时装备在木曾号上进行了实验射击。射击盘是一种通过输入测距仪、方位盘、测的盘等的当前量来计算未来位置，并向指挥所等发出射击信号的装置。

根据九一式计算结果的发现，在1933年制式化了203~410mm炮用的九二式射击盘，继榛名号之后，装备在陆奥号以及其他的战列舰和重巡上。该射击盘是从「九二式测的盘改一」得到的目标航向航速来计算诸元的。

为了缩短所需时间和提高精度，不断地改良测的盘和射击盘，后来在九二式射击盘上整合了九二式测的盘的部分计算器，使两者的操作更加紧密，1935年装备于最上号，之后装备于利根号、加古号等。

另一方面，作为驱逐舰主炮用的简化型射击盘，1934年以后开始装备九二式距离苗头盘一型和二型，1938年开始装备对空兼用的九四式距离苗头盘。

九四式方位盘

到昭和初期为止的方位盘瞄准装置，由于是在射击盘出现之前的计划，因此直接组合的话会存在不协调的地方。为此，研究了与射击盘配合的方位盘，1934年完成了九四式方位盘，战列舰主炮用方位盘换装为该型号，以下各级新造的巡洋舰和驱逐舰也装备了：

一型：战列舰和最上以后的重巡用。动摇、占位修正在方位盘处进行；

二型：战列舰副炮用，一部分副炮也使用一型。动摇修正在方位盘处进行，占位差修正在射击盘进行；

三型：驱逐舰主炮用。与距离苗头盘组合使用；

四型：轻巡主炮用。由射击盘进行部分功能。

这些射击盘使用的是九二式射击盘，后来又进一步研究角速度式射击盘，1937年完成了九四式射击盘，装备用于战列舰的副炮，以及轻巡和青叶级（除加古号）的主炮。日进号水上飞机母舰的140mm炮用的被称为九四式射击盘2号2型。

九八式方位盘

出于大和号和武藏号的防毒防空考虑，在1938年完成了外罩密闭固定式的九八式方位盘，第二年安装在比叡号的舰桥顶部。

比叡号在1939年装备了改良之后的九二式射击盘改一、融入了九四式优点的九八式射击盘、以及作为测的盘编入了速度矢量法这一划时代的光学计算结构的九八式的针的速盘。由于是光学式，所以没有机械式特有的摩擦、游隙、扭曲等引起的误差。最重要的是，为了对矢量进行逆正弦变换，也使用了函数齿轮。

这些达到了日本海军最高水平的指挥武器在比叡号上经过了细致的实验，结果进一步改良，称为九八式改一，装备于大和级。第七图为其方位盘塔，望远镜都是潜望式的。

对空指挥武器

1929年，继长门号以后，加贺号、赤城号的高炮也装备注方位盘，这是对空指挥武器的开端。接着又制造出了八九式高射射击盘以及与之相适应的方位盘，依次装备于各舰。

另一方面，1926年正式着手对空指挥武器的研究。由于与水上用型号不同，没有可参考的外国产品，所以从能进行对高角、方向角和距离的三元联立微分方程求解，进而根据动摇角进行坐标变换的计算器的研究开始。经过6年的努力，完成了高射装置，上述的指挥武器也被换成了这一系列。

九一式高射装置

1931年5月，以控制位于同一侧的120mm高炮为目标的指挥武器完成试制，该武器装备在大型舰的下部舰桥两侧。在炮术学校进行陆上试验后，在山城号上进行实验射击，但是机构复杂，操作起来很困难。根据这一意见，进行了相应的改进，在重新设计的基础上，于1933年制式化了能控制127mm高炮的九一式高射装置。

其配置方式如第八图所示，可从基线长为4.5米的高射测距仪接收距离信息，又从测距仪罗经仪处接收舰艏动摇角。用高角和方向角两个瞄准望远镜追踪来袭敌机，用纵横两个动摇望远镜瞄准水平线。计算部接收这些信息后，加上射表值和各种修正，计算预想弹着位置，再加减集中角修正，向火炮处发出发射诸元。摆好阵势，拉起高射装置的枪把开火。

九四式高射装置

九一式的瞄准部和计算部虽然是一体化的，但是测距仪是设置在单独的架台上的，所以使用时发现捕捉航空目标很耗时间，另外由于军舰的动摇，经常发生指针追踪等操作难以进行的情况。为此，决定与水上用一样，将计算部移至下部舰桥内，于1937年完成了九四式高射装置。

如第九图所示，由设置在高处的高射机和发令所内的高射射击盘组成。高射机将瞄准部和测距仪一体化，设置在防震台上。虽然瞄准望远镜和测距仪与九一式相同，但已经能够准确地测量同一目标。高射射击盘的计算原理与九一式几乎相同，但计算机采用的是光学式。

九四式最初用于127mm高炮，后来也生产高初速的76mm和100mm高炮用的。

四式射击装置

计划用于小舰艇的四式射击装置与上述高射装置不同，诸元计算方式采用了线速度式。它由简化式瞄准装置、炮轴角度修正装置、发信装置等组成，瞄准装置是一种简易的装置，射手的右侧为的针盘，左侧为瞄准器。附带俯仰旋转追踪装置和自动修正装置一体的追踪盘。

一型~四型实现了装备化，其中三型用于陆地，四型用于喷进炮。

（终）