坦克火控可不是瞄準鏡那麼簡單：出身高貴來自於海軍戰列艦！

早期的坦克火控系統是從艦艇火控系統改進而來的，與其稱其為火控系統，不如根據其早期只具有較為單一的功能，稱其為單自由度垂直穩定系統。

要談火控系統，首先離不開的便是慣性測量單元，其核心就是陀螺儀。歷史上第一個已知的單自由度類陀螺儀的裝置由約翰·塞森於1743年發明，它最早用於航海時海霧天氣確定地平線的位置。根據動量矩定理，當作用於質點繫上對該定點的合外力矩為零時，該定點轉動質點系對該定點的角動量和保持不變，陀螺儀內轉子自轉軸向相對慣性空間恆定不變，所以陀螺儀具有定軸性。依據這個性質，陀螺儀工作時高速自轉產生必要的角動量，內外環平衡軸可用於測量角度偏差。

圖片：二自由度陀螺儀示意圖

在真正參加實戰的大遊民坦克誕生以前，火控系統最先是被用在艦炮上，一戰時期的艦艇在射擊時，為了克服艦船的顛簸對火炮射擊的影響，往往在火炮俯仰方向上俯仰角機械修正裝置，其核心部件是壓敏陀螺儀，用來指引抵抗參考坐標系（船）相對於絕對坐標系（海洋）的運動。由於艦船的質量遠大於地面載具，所以慣性也遠大於它們，在運動時速度和方向的改變都是相當緩慢的，所以艦船運動對其載有的火炮方向角產生的誤差微乎其微，即便是有誤差，需要調整火炮方位角，鑒於其變化相對平緩，足以通過炮手的計算而手動修正。早期的艦炮火控系統一般是俯仰向上的一維修正裝置。

圖片：俯仰角與方位角的示意圖，yaw表示方位角，pitch表示俯仰角，roll表示橫滾角但這裡用不到。

一體化的艦炮火控系統由英國皇家海軍於1912年發展起來，為便於指揮與控制，整艘艦的所有火炮都受控於艦橋上的陀螺儀機械慣性單元，倘若艦炮於船上均勻放置，當所有火炮均朝向同一目標射擊時，則不能獲得一個統一的方位角，所以我們可以看到相當多的二戰及其前期的艦艇，尤其是戰列艦，艦炮都是儘可能地靠近中央位置進行布置，而高高的艦橋則有利於看得更遠，從而進行跨射修正，舊日本海軍的中央放置寶塔式一體化桅杆則將這種艦炮火控系統發揮到了極致。

圖片：扶桑級戰列艦中央的一體化桅杆

由於在海上，艦艇的命中率受海平面到高空的溫度差異、溫濕度、氣壓、風向風速等多因素影響，是多因一果的。在1916年日德蘭海戰期間，英國擁有被認為當時最好的的艦炮火控系統，根據戰役後統計，卻只有3%的命中率。而到了陸地上，影響坦克炮命中率的因素少了很多，也面臨著很多新問題，但原理上和艦炮火控系統是並行不悖的。

自一戰以來，代表坦克誕生的英國「大遊民」坦克參加實戰以來，坦克炮火控系統的設計便步履蹣跚，難有進步，其原因有三，一是艦艇上有足夠的空間安裝修正裝置，但因為機電技術的局限，難以做到降艦炮火控系統小型化放到坦克上；二是由於地面裝甲車輛的運動要比海上艦艇的運動要快得多，其靈活的機動性對火控系統反應的要求也更高；三由於交戰距離遠小於海上，且坦克炮口徑相對於艦炮來說較小，近失彈很難造成殺傷，帶來的就是較高的控制精度要求。但人們對坦克穩定射擊的探索從未止步，直到二戰末期才誕生了可以使命中率提高一個數量級的坦克火控系統。

現代坦克炮作現代為坦克主要武器，面對的主要目標為敵方裝甲目標，一般以採用發射動能彈丸的彈道低伸的高膛壓加農炮為主。一戰時期，英國的「大遊民」坦克剛列裝時，只有部分MK1到MK3安裝了的哈奇開斯6磅57mm低倍徑速射炮，餘下的雌型甚至只有機槍，從MK4開始便大量安裝，該型坦克炮的膛口初速僅441m/s，可以想到它並不是以反裝甲為初衷的。作為劃時代的坦克炮和反坦克炮，該型火炮設計於1883年，原本是作為艦載的火炮或岸防炮使用的，它的射擊方式仍然停留在停車，使用光學瞄具視場的視距法，通過瞄具的分劃板和炮兵的密位制，估算目標的距離等信息，得出火炮瞄準的俯仰角與偏航角，並換算出手動裝定諸元進行射擊，並通過夾差法等方法修正彈著點。這種停車射擊的方式一直持續到了二戰中後期才得以稍微改善。

所以早期大部分坦克炮的瞄準方式並無火控系統可言，它們的瞄準方式，反應時間，首發命中率等性能與普通炮兵無異，且只能停車射擊，隨著目標距離的增加，其精度呈指數般下降。

隨著到二戰前機械的發展，目前在維基上能查到最早的火控系統是來自於前蘇聯T-28中型坦克1938型，其使用了低倍徑的L-10 76.2mm短身管火炮，並安裝了火炮穩定系統。由於資料短缺，其性能有待考證。

而在大洋彼岸的美國，M3格蘭特·李是最早使用穩定火控系統坦克，不過它的火炮穩定系統的動力來源卻和炮塔方位向的液力傳動系統的動力來源是同一個電機，其穩定效果可想而知。美軍1943年在北非突尼西亞參加戰鬥後，由於M3坦克炮使用的75mmM3火炮短缺，很多M3坦克炮被質量較大且身管較短的M2 75mm坦克炮代替，由於早期的一維垂直穩定系統質量較大，其顯著特徵就是在炮口配一個補償穩定器帶來的配重物，用以保持炮身的平衡，而非炮口制退器。

圖片：裝備75mm M2主炮的M3格蘭特·李型坦克，其身管前端的配重非常顯眼，根據其螺栓連接方式可以看出它是配重，而不是制退器

M3斯圖亞特輕型坦克從1941年開始量產，到1942年5月，換成了去除了車長塔，並安裝了配有壓敏陀螺儀的俯仰向穩定器的新炮塔的M3A1輕型坦克開始量產，但其37mm M6火炮的移動射擊依舊靠的是射手的經驗。

圖片：換了新炮塔的M3A1輕型坦克左剖視圖，可以清晰地看見炮身上部的垂直穩定單元

在二戰期間發展的較為成熟的火控系統，來自於美國的M4謝爾曼的火炮液壓垂直穩定系統。其俯仰調節精度最小調整角可達到1/8°或者在15英里/小時為2密位，在300碼至1200碼的範圍內，對裝甲目標的命中率能達到70%，但穩定的效果依舊是值得商榷的。M4相比於M3火控上的改變便是有更大的車內空間，來進行俯仰向穩定控制，原理雖然簡單，但卻是最早較為成熟的具有負反饋功能的液壓閉環穩定控制系統。

其身管後部有單自由度陀螺儀。在火炮的俯仰向上各有一個可變阻值的電阻，分別與兩個線圈以串聯的方式接入12V的直流電源，電阻上以間隔相同距離引出很多銀質接觸件，而身管上則引出一絕緣滑塊。以身管向下偏離瞄準線為例，此時陀螺儀里的轉子產生剛體進動，帶動絕緣滑塊，碰擊抬高電阻的多片銀質接觸件，不同的偏轉角帶來的是不同數量的接觸件的接觸，以不同阻值接入線圈串聯電路產生不同的安培力來改變液壓泵中出油閥的開度，推動液壓缸向下運動，補償瞄準線往下偏離身管軸線的偏移量，使瞄準線抬高與身管軸線趨於重合。向下修正身管方法同理。

圖片：M4謝爾曼坦克單自由度火控穩定系統示意圖

但由於二戰時技術的局限性，單自由度垂直穩定系統，只能帶來停車射擊時，反應時間縮短的改觀，並不能做到移動射擊。而同時期德國的坦克的交錯負重輪設計，也大大改善了停車射擊的反應時間。

到了二戰後期，冷戰初期，諸多國家的坦克設計者們都意識到了火控系統重要性，催生了諸如百夫長等眾多具有優良火控系統的坦克，儘管其命中率在今天看來不足掛齒，但武器設計者們的勞作卻從未停歇。（文/貧化鈾）

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