V komentáři k mému nedávnému článku Ubohost, kam se podíváš čtenář J. Vosický napsal, že politika je ubohost (sama o sobě) a že dnes je Neviditelný pes samá politika, i když tomu tak nebývalo. Připomněl můj seriál o válečných lodích, který jsem zde uveřejňoval před 20 lety, a že mu dlužím odpověď, jak je možné na rozbouřeném moři trefit protivníka na 20 km. Pan Vosický má pravdu, jak autoři, tak čtenáři si potřebujeme odpočinout od přílivu politiky, který zvedly parlamentní volby a hospitalizace prezidenta, a proto přicházím se seriálem o zaměřování lodních děl, poněvadž, věřte, nevěřte, již na přelomu 19. a 20. století řešení tohoto problému pomocí modelování matematických operací a konstrukce mechanických kalkulátorů (jednoúčelových analogových počítačů) přivedly svět na cestu k dnešnímu digitálnímu věku. Je to úžasné, a přitom prakticky neznámé dobrodružství techniky, které, jak doufám, zaujme i další čtenáře.

Krize námořní dělostřelby na konci 19. století

Výroba kvalitní oceli a technologický pokrok umožnily v druhé polovině 19. století vyrábět těžká lodní děla s drážkovanými hlavněmi a nabíjená zezadu, jež byla schopná vést mířenou palbu na vzdálenost 10 km. Tato schopnost však zůstala nevyužita, neboť tehdejší doktrína námořního boje předpokládala, že nepřátelské bitevní linie se budou navzájem ostřelovat ze vzdálenosti dvou až tří mil (3,5–5 km) maximálně, takže dělostřelcům budou stačit vlastní oči a jednoduchá miřidla v podobě mušky a hledí. Dále představivost zkostnatělých admirálů, kteří zažili vrchol kariéry v plachetním loďstvu, nesahala. Iniciativa musela tedy přijít od mladších, progresivnějších dělostřeleckých důstojníků a lodních kapitánů. 

V Royal Navy k nim patřil i Percy Scott, který se roku 1896 dočkal velení na křižníku HMS Scylla a mohl uvést v život své teoretické představy o zaměřování děl. Nechal namontovat (za vlastní peníze) na jeho dvě šestipalcová děla souose umístěné dalekohledy a při manévrech v roce 1897 zaznamenala HMS Scylla senzační 80procentní úspěšnost palby na cvičný terč, zatímco průměr v britském loďstvu pro takovou střelbu na vzdálenost přes dvě míle činil 28 procent. Stal se tak průkopníkem v používání teleskopických zaměřovačů , ale v britské admiralitě pokládali výsledek za zfalšovaný, kapitán Scott byl obviněn z podvodu, zbaven velení a bez dalšího přidělení přinucen žít o polovičním platu. 

Nedal si však pokoj a předložil návrh na nové řešení v podobě vložné hlavně o ráži jeden palec, která by umožňovala cvičnou střelbu z velkých děl, aniž by se muselo střílet drahými granáty a opotřebovávalo se drážkování. Jeho návrh však admiralita v roce 1899 zamítla, protože vyžadoval zvětšit osádku děla o jednoho muže, a byl akceptován až v roce 1903, kdy se přece jen vedení admirality omladilo. Satisfakce se dočkal v roce 1905, když nastoupil do funkce Prvního mořského lorda admirál Fisher. Povýšil Scotta na kontradmirála a ten se snahám o zpřesnění palby lodních děl věnoval i za první světové války, kdy ho admirál Fisher, opět jako První mořský lord, povolal z penze znovu do aktivní služby.³⁹

Docílit přesné palby na vzdálenost osmi námořních mil a více znamenalo velký problém. Dělo se zaměřuje na cíl pomocí dvou úhlů – svislého, kterému se říká náměr nebo také elevace, a vodorovného, jemuž se říká odměr. Náměr se obvykle počítá od vodorovné roviny, odměr na lodích pak od podélné osy plavidla a říká se mu odchylka (declination). Stanovení posledně jmenované veličiny je poměrně snadné, stačí jednoduché úhloměrné zařízení, podle něhož lze lafetu děla natočit do příslušného úhlu. Stanovení elevace je komplikovanější, neboť je dána vzdáleností od cíle, kterou je třeba co nejpřesněji změřit. Pak teprve mohou nastoupit dělostřelecké tabulky, které podle průběhu balistické křivky uvádějí pro tu kterou vzdálenost, danou ráži a úsťovou rychlost velikost náměru. Proto se jako první pomůcky pro řízení palby objevily na válečných lodích optické dálkoměry.

Dálkoměry

V roce 1888 založili vývojoví inženýři Archibald Barr a William Stroud, kteří vyučovali na universitě v Leedsu, mechanicko-optickou firmu. O tři roky později již mohli nabídnout britské admiralitě přístroj pro určování dálky – koincidenční dálkoměr. Využíval paralaxu a tvořila jej trubice s objektivy a natáčecími zrcadly na koncích a s okulárem uprostřed. Pozorovatel musel natočit zrcadla tak, aby odrazy cíle splynuly v okuláru v jeden ostrý obraz. Na základě známé vzdálenosti mezi zrcadly a jejich úhlů se dala trigonometricky spočítat vzdálenost (výška rovnoramenného trojúhelníku o základně rovné délce trubice). Natočení zrcadel se dalo přímo ocejchovat jako vzdálenost a údaj promítat do okuláru, takže vyčítání bylo rychlé a jednoduché. 

Admiralita nabídku přijala a v roce1892 objednala prvních šest dálkoměrů Barr and Stroud. V roce 1895 následoval model FA2 a v roce 1903 model FA3, který též zavedlo japonské námořnictvo. To už firma B&S přešla na modernější řadu FQ se základnou šest (1,8 m) a dvanáct stop (3,6 m),neboť přesnost dálkoměru roste s délkou základny.

Model raného dálkoměru B&S FQ 2

Německé námořnictvo dalo přednost stereoskopickým dálkoměrům firmy Zeiss. Též využívaly princip paralaxy, ale měly dva okuláry, takže obraz splýval až v očích pozorovatele. Pomáhala mu pohyblivá značka, která buď vystupovala z cíle, nebo se do něj nořila. Jakmile vnímal značku v ploše cíle, měl adjustovanou správnou vzdálenost. Oproti koincidenčním britským měly německé stereoskopické dálkoměry výhodu v tom, že dokázaly stanovit vzdálenost cíle v oblaku kouře, ale vyžadovaly vycvičenější obsluhu s dobrým prostorovým viděním, nicméně i tak na vzdálenost 20 000 metrů mohla činit chyba až 400 metrů. Podle pozdějších rozborů měly německé dálkoměry o základně 3 m na vzdálenost 20 000 yardů tutéž chybu jako britské devítistopé dálkoměry B&S na vzdálenost 16 000 yardů, takže se nedá říci, že by některá strana měla v tomto ohledu nějakou výraznou převahu.

Zpočátku se dálkoměry umísťovaly na otevřené můstkové a stěžňové plošiny, později tvořily integrální součást centrálních zaměřovačů (direktorů palby) a jako záloha se osazovaly přímo do dělových věží.

První mechanické kalkulátory

Narozdíl od statických pozemních bitev bylo zapotřebí při námořním boji z děla pohybujícího se rychlostí přes 35 km/hod, zasáhnout obdobně rychle se pohybující cíl, navíc libovolným kurzem. To znamenalo, že dělo se nesmělo zamířit podle okamžitých hodnot náměru a odměru, ale v závislosti na hodnotách, které budou odpovídat pozici děla v době výstřelu a pozici cíle v okamžiku dopadu granátu. 

Vzhledem k tomu, že přebíjení dvanáctipalcového děla trvalo asi minutu a půl a granát letěl k cíli přes minutu, znamenalo to vyřešit komplikovanou úlohu se změnou polohy jak střílejícího děla v době o minutu a půl později a cíle v době o tři minuty později. A to všechno muselo proběhnout v reálném čase a neustále se kontinuálně přepočítávat v intervalu devadesáti sekund, respektive v jiném intervalu odpovídajícímu opětovnému nabití děla. Jako vstupní data se musela použít nejen rychlost a kurz vlastní lodě, ale také rychlost a kurz cíle, respektive úhel, jaký oba kurzy svíraly. 

K tomu přistupovaly ještě vedlejší vlivy, ovlivňující balistickou křivku, jako třeba Coriolisova síla, směr a síla větru, tlak a teplota vzduchu a teplota děla. S nimi se však začalo kalkulovat až později.

Pokud pomineme vedlejší vlivy, dalo se zaměření lodního děla řešit matematicky, za použití goniometrie a integrálního počtu. K tomu by se ideálně hodil samočinný elektronický počítač, jenže kolem roku 1900 žádné takové počítače neexistovaly, a pokud si je nějaký matematik dovedl představit, tak jen hypoteticky.

Princip analyzátoru bratří Thompsonových

Nicméně již v 18. století se vědělo, že pákové převody a soustavy ozubených kol mohou imitovat matematické úkony a v roce 1888 k tomu přibyla znalost, jak mechanicky modelovat integrování. Tehdy vznikl spoluprací bratří Jamese a Williama Thomsonových (ten druhý se zapsal do dějin vědy jako lord Kelvin) mechanický harmonický analyzátor, který počítal koeficienty Fourierova rozvoje. Tvořil jej konstantní rychlostí rotující disk, jehož horní plochy se dotýkala kulička na posuvném rameni. Čím dále byla kulička od středu disku, tím rychleji se odvalovala, čím blíže byla ke středu, tím nižší byly její otáčky. Pokud bereme polohu kuličky na rameni jako vstupní veličinu, pak počet jejích otáček je „integrálem“ jejího posuvu. Tato konstrukce se pak v předvečer první světové války stala základem všech mechanických kalkulátorů pro vypočet palebných prvků.⁴⁰

S prvním kalkulátorem přišel v roce 1902 poručík Royal Navy John Saumarez Dumaresq. Jednalo se o graficko-mechanický přístroj s otočným ciferníkem, po němž se odvalovaly tyčky, jejichž otáčky měly tutéž integrující roli jako kulička přístroje bratří Thomsonových. Dumaresq, jak se tomuto kalkulátoru říkalo, používal jako vstup rychlost a kurz jak vlastní lodě, tak cíle, výstupem pak byl relativní pohyb cíle ve dvou souřadnicích, které se daly použít ke korekci náměru a odchylky děla. 

Na ciferníku byl předtištěn graf, přes něj vedla příčka orientovaná v ose lodě, po níž se posunovalo po vyryté rychlostní stupnici v uzlech klouzátko. Na něm byla zavěšena další tyčka, který posunem a rotací na obdobné stupnici zaznamenávala pohyb nepřátelské lodě. Toto uspořádání řešilo vektorovou výslednici obou pohybů a z grafu na ciferníku se pak odečetly dvě opravné hodnoty – „míra“ vzdálenosti a „příčná“ rychlost. První sloužila ke korekci náměru, druhá ke korekci odchylky (natočení děla k podélné ose lodě).

Graficko-mechanický kalkulátor Dumaresq VI

Dumaresqy Mark I začala vyrábět firma Elliot Brothers v srpnu 1904 a do roku 1913 bylo Royal Navy dodáno asi 1 000 přístrojů v hodnotě 10 000 liber. V roce 1907 následoval větší Dumaresq Mark II, který se dal nasadit na náměrový kompas. Po vylepšené verzi Mark III vznikl v roce 1910 model Mark IV, určený pro řízení palby jednotlivých věží v případě, že by bylo zničeno centralizované řízení. Stál pouhé 4,5 libry. V roce 1908 Frederic Dreyer navrhl vylepšení, které umožňovalo, aby si „tyčka“ nepřátelské lodě držela automaticky směr, i když se ciferník přístroje otáčel. Následovalo doplnění o gyrokompas, který automaticky zaznamenával kurz vlastní lodě, a takto vylepšeny dumaresq se stal součástí Dreyerových stolů pro řízení palby Mark III a III*.⁴¹

Se svým kalkulátorem též přišla firma Vickers. Konstrukce vycházela z návrhu kapitána Percyho Scotta, který jej předložil v roce 1903. Vzniklé zaměřovací hodiny Vickers měly opravdu vzhled hodin a sloužily k průběžnému počítání vzdálenosti nepřítele. Přístroj sestával z kruhového ciferníku s jednou centrální ručičkou, stupnice na obvodu udávala vzdálenost v yardech a elektromotorek poháněl ručičku konstantní rychlostí, nastavitelnou na pravé straně přístroje. Ovládání rychlosti mělo vlastní stupnici, na níž se dal nastavit poměr změny vzdálenosti. Ten bylo zapotřebí zjistit z jiného přístroje, nejčastěji prostřednictvím dumaresqu. Další klička byla umístěna na levé straně Vickersových hodin a spojena s ciferníkem, kterým se dalo otáčet, přičemž každá otáčka kličky odpovídala vzdálenosti 100 yardů. Hodiny tedy sloužily k průběžné korekci vzdálenosti nepřítele a vkládání oprav při zastřelování. V roce 1913 byl přístroj doplněn o další, červenou ručičku, která udávala skutečnou vzdálenost, zatímco původní černá ručička vzdálenost korigovanou či zastřelovací.⁴²

Rozložené schéma zaměřovacích hodin Vickers

Z chystané knihy autora Od děla k řízené střele, námořní konflikty XX. století.

Odkazy:
39. https://en.wikipedia.org/wiki/Percy_Scott
40. https://en.wikipedia.org/wiki/Ball-and-disk_integrator
41. https://en.wikipedia.org/wiki/Dumaresq

Příště: Stůl pro řízení palby Dryer Fire Control Table, kalkulátor Argo Clock a a merický Rangekeeper Hannibala Forda