Los guardabosques eran computadoras electromecánicas de control de incendios utilizadas principalmente durante la primera parte del siglo XX. Eran sofisticados ordenadores analógicos cuyo desarrollo alcanzó su cenit tras la Segunda Guerra Mundial , concretamente el Computer Mk 47 en el sistema Mk 68 Gun Fire Control. Durante la Segunda Guerra Mundial, los guardabosques dirigieron disparos por tierra, mar y aire. Si bien los guardabosques estaban ampliamente desplegados, los más sofisticados estaban montados en buques de guerra para dirigir el fuego de los cañones de largo alcance. [1]
Estos dispositivos informáticos basados en buques de guerra debían ser sofisticados porque el problema de calcular los ángulos de los cañones en un enfrentamiento naval es muy complejo. En un enfrentamiento naval, tanto el barco que dispara el arma como el objetivo se mueven uno con respecto al otro. Además, el barco que dispara su arma no es una plataforma estable porque se balanceará , cabeceará y guiñará debido a la acción de las olas, el cambio de dirección del barco y el disparo de la tabla. El guardabosques también realizó los cálculos balísticos necesarios asociados con el disparo de un arma. Este artículo se centra en los guardabosques a bordo de la Marina de los EE. UU., pero los principios básicos de operación son aplicables a todos los guardabosques independientemente de dónde fueron desplegados.
Un guardabosques se define como un sistema de control de incendios analógico que realiza tres funciones: [2]
La historia temprana del control de fuego naval estuvo dominada por el enfrentamiento de objetivos dentro del alcance visual (también conocido como fuego directo ). De hecho, la mayoría de los enfrentamientos navales antes de 1800 se llevaron a cabo a distancias de 20 a 50 m (20 a 50 yardas). [3] Incluso durante la Guerra Civil estadounidense, el famoso enfrentamiento entre el USS Monitor y el CSS Virginia a menudo se llevaba a cabo a menos de 90 m (100 yardas). [4] Con el tiempo, los cañones navales se hicieron más grandes y tenían mayor alcance. Al principio, los cañones se apuntaban mediante la técnica de localización de artillería . La detección de artillería implicaba disparar un arma al objetivo, observar el punto de impacto del proyectil (caída del disparo) y corregir la puntería en función del lugar donde se observaba que aterrizaba el proyectil, lo que se hacía cada vez más difícil a medida que aumentaba el alcance del arma. [3] [5]
Entre la Guerra Civil estadounidense y 1905, se realizaron numerosas pequeñas mejoras en el control de fuego, como miras telescópicas y telémetros ópticos. También hubo mejoras de procedimiento, como el uso de tableros de trazado para predecir manualmente la posición de un barco durante un enfrentamiento. Alrededor de 1905, comenzaron a estar disponibles ayudas mecánicas para el control de incendios, como la Mesa Dreyer , Dumaresq (que también formaba parte de la Mesa Dreyer) y el Reloj Argo, pero estos dispositivos tardaron varios años en implementarse ampliamente. [6] [7] Estos dispositivos fueron las primeras formas de guardabosques.
La cuestión de dirigir disparos de largo alcance se puso de relieve durante la Primera Guerra Mundial con la Batalla de Jutlandia . Si bien algunos pensaban que los británicos tenían el mejor sistema de control de fuego del mundo en ese momento, durante la Batalla de Jutlandia solo el 3% de sus disparos alcanzaron sus objetivos. En aquel momento, los británicos utilizaban principalmente un sistema de control de fuego manual. El único barco británico en la batalla que tenía un sistema mecánico de control de fuego obtuvo los mejores resultados de tiro. [8] Esta experiencia contribuyó a que los guardabosques se convirtieran en un tema estándar. [9]
El primer despliegue de un guardabosques por parte de la Marina de los EE. UU. fue en el USS Texas en 1916. Debido a las limitaciones de la tecnología en ese momento, los guardabosques iniciales eran toscos. Durante la Primera Guerra Mundial, los guardabosques podían generar los ángulos necesarios automáticamente, pero los marineros tenían que seguir manualmente las instrucciones de los guardabosques (una tarea llamada "seguir el puntero" o "seguir el puntero"). El seguimiento de los punteros podía ser preciso, pero las tripulaciones tendían a cometer errores involuntarios cuando se fatigaban durante batallas prolongadas. [10] Durante la Segunda Guerra Mundial, se desarrollaron servomecanismos (llamados "impulsores de potencia" en la Marina de los EE. UU. y RPC en la Royal Navy) que permitían que las armas se dirigieran automáticamente a las órdenes del guardabosques sin intervención manual. El Mk. 1 y mk. Las computadoras 1A contenían aproximadamente 20 servomecanismos, en su mayoría servos de posición, para minimizar la carga de torsión en los mecanismos informáticos. La Royal Navy instaló RPC por primera vez, de forma experimental, a bordo del HMS Champion en 1928. En la década de 1930, RPC se utilizó para el control de reflectores navales y durante la Segunda Guerra Mundial se instaló progresivamente en soportes y directores de pompones , de 4 pulgadas , 4,5 pulgadas y 5,25 pulgadas. soportes de pistola en pulgadas . [11] [12]
Durante su larga vida útil, los guardabosques se actualizaban con frecuencia a medida que avanzaba la tecnología y, en la Segunda Guerra Mundial, eran una parte fundamental de un sistema integrado de control de incendios. La incorporación del radar al sistema de control de incendios a principios de la Segunda Guerra Mundial proporcionó a los barcos la capacidad de realizar operaciones efectivas de disparos a larga distancia con mal tiempo y de noche. [13]
Durante la Segunda Guerra Mundial, las capacidades de los guardabosques se ampliaron hasta el punto de que el nombre "guardabosques" se consideró inadecuado. El término "computadora", que había estado reservado para calculadoras humanas, pasó a aplicarse al equipo del guardabosques. Después de la Segunda Guerra Mundial, las computadoras digitales comenzaron a reemplazar a los guardabosques. Sin embargo, los componentes del sistema analógico de telémetro continuaron en servicio en la Marina de los EE. UU. hasta la década de 1990. [14]
El rendimiento de estas computadoras analógicas fue impresionante. El acorazado USS North Carolina durante una prueba de 1945 pudo mantener una solución de disparo precisa [15] sobre un objetivo durante una serie de giros a alta velocidad. [16] Es una gran ventaja para un buque de guerra poder maniobrar mientras se enfrenta a un objetivo.
Los enfrentamientos navales nocturnos a larga distancia se volvieron factibles cuando se pudieron ingresar datos de radar al guardabosques. La eficacia de esta combinación quedó demostrada en noviembre de 1942 en la Tercera Batalla de la Isla de Savo, cuando el USS Washington se enfrentó al crucero de batalla japonés Kirishima a una distancia de 8.400 yardas (7,7 km) por la noche. El Kirishima fue incendiado, sufrió varias explosiones y su tripulación lo hundió. Había sido alcanzada por nueve proyectiles de 16 pulgadas (410 mm) de 75 disparados (tasa de acierto del 12%). [3] Los restos del Kirishima fueron descubiertos en 1992 y mostraron que faltaba toda la sección de proa del barco. [17] Los japoneses durante la Segunda Guerra Mundial no desarrollaron radares ni control de fuego automatizado al nivel de la Marina de los EE. UU. y estaban en una desventaja significativa. [18] La Royal Navy comenzó a introducir la estabilización giroscópica de sus miras directoras en la Primera Guerra Mundial y, al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, todos los buques de guerra equipados con control director tenían miras controladas giroscópicamente. [19]
La última acción de combate de los guardabosques analógicos, al menos para la Marina de los EE. UU., fue en la Guerra del Golfo Pérsico de 1991 [14] cuando los guardabosques de los acorazados clase Iowa dirigieron sus últimas rondas en combate.
Los guardabosques eran muy grandes y los diseños de los barcos necesitaban hacer provisiones para acomodarlos. Por ejemplo, la computadora Ford Mk 1A pesaba 3150 libras (1430 kg) [20] La computadora Mk. Las placas de soporte del mecanismo de 1/1A, algunas tenían hasta 1 pulgada (25 mm) de espesor, estaban hechas de aleación de aluminio, pero aun así, la computadora es muy pesada. En al menos un barco museo reflotado, el destructor USS Cassin Young (ahora en Boston), es muy probable que la computadora y el Stable Element todavía estén debajo de la cubierta, porque son muy difíciles de quitar.
Los guardabosques necesitaban una gran cantidad de cables de señales eléctricas para enlaces de transmisión de datos sincronizados, a través de los cuales recibían información de los distintos sensores (p. ej. director de armas, pitómetro , telémetro, girocompás) y enviaban comandos a las armas.
Estas computadoras también tenían que ser formidablemente resistentes, en parte para resistir los impactos creados al disparar los propios cañones del barco y también para resistir los efectos de los ataques enemigos hostiles en otras partes del barco. No sólo necesitaban seguir funcionando, sino también mantener su precisión.
El mecanismo Ford Mark 1/1A se montó en un par de piezas de fundición grandes aproximadamente cúbicas con aberturas muy anchas, estas últimas cubiertas por piezas de fundición con juntas. Los mecanismos individuales se montaron sobre gruesas placas de aleación de aluminio y, junto con los ejes de interconexión, se instalaron progresivamente en la carcasa. El montaje progresivo significó que el acceso futuro a gran parte de la computadora requería un desmontaje progresivo.
La computadora Mk 47 supuso una mejora radical en accesibilidad con respecto a la Mk 1/1A. Se parecía más a un gabinete de almacenamiento alto y ancho, con la mayoría o todos los diales en la superficie vertical frontal. Su mecanismo estaba construido en seis secciones, cada una montada sobre guías extraíbles de alta resistencia. Detrás del panel normalmente había una placa de montaje horizontal y vertical, dispuestas en forma de T.
La artillería de largo alcance es una combinación compleja de arte, ciencia y matemáticas. Existen numerosos factores que afectan la ubicación final de un proyectil y muchos de estos factores son difíciles de modelar con precisión. Como tal, la precisión de los cañones de los acorazados era ≈1% del alcance (a veces mejor, a veces peor). La repetibilidad entre carcasas fue ≈0,4% del rango. [dieciséis]
Un disparo preciso a larga distancia requiere que se tengan en cuenta una serie de factores:
Los cálculos para predecir y compensar todos estos factores son complicados, frecuentes y propensos a errores cuando se hacen a mano. Parte de la complejidad provino de la cantidad de información que se debe integrar de muchas fuentes diferentes. Por ejemplo, se debe integrar información de los siguientes sensores, calculadoras y ayudas visuales para generar una solución:
Para aumentar la velocidad y reducir los errores, los militares sintieron la imperiosa necesidad de automatizar estos cálculos. Para ilustrar la complejidad, la Tabla 1 enumera los tipos de entrada para el Ford Mk 1 Rangekeeper (ca 1931). [3]
Sin embargo, incluso con todos estos datos, las predicciones de posición del guardabosques no eran infalibles. Las características de predicción del guardabosques podrían usarse en su contra. Por ejemplo, muchos capitanes bajo ataque con armas de largo alcance harían maniobras violentas para "perseguir salvas" o "dirigir la caída del tiro", es decir, maniobrar hasta la posición de la última salva. Debido a que los guardabosques predicen constantemente nuevas posiciones para el objetivo, era poco probable que las salvas posteriores alcanzaran la posición de la salva anterior. [21] [ cita completa necesaria ] Los guardabosques prácticos tenían que asumir que los objetivos se movían en línea recta a una velocidad constante, para mantener la complejidad dentro de límites aceptables. Se construyó un detector de rango de sonar para rastrear un objetivo que gira en círculos en un radio de giro constante, pero esa función estaba desactivada. [ cita necesaria ]
Los datos se transmitían mediante ejes giratorios. Estos se montaron en soportes con rodamientos de bolas fijados a las placas de soporte. La mayoría de las esquinas estaban en ángulo recto, facilitadas por engranajes de inglete en una proporción de 1:1. El Mk. 47, que se modularizó en seis secciones sobre guías de alta resistencia, conectó las secciones con ejes en la parte posterior del gabinete. Un diseño inteligente significó que los datos transportados por estos ejes no requerían puesta a cero o alineación manual; sólo importaba su movimiento. La salida de seguimiento asistido de un rodillo integrador es un ejemplo de ello. Cuando la sección se deslizó nuevamente a su posición normal, los acoplamientos de los ejes se acoplaron tan pronto como los ejes giraron. [ cita necesaria ]
Mecanismos comunes en el Mk. 1/1A incluía muchos diferenciales de engranajes de inglete, un grupo de cuatro levas 3-D, algunos integradores de rodillos de bolas y servomotores con su mecanismo asociado; todos estos tenían formas voluminosas. Sin embargo, la mayoría de los mecanismos informáticos eran delgadas pilas de placas anchas de diversas formas y funciones. Un mecanismo determinado podía tener hasta 25 mm (1 pulgada) de espesor, posiblemente menos, y más de unos pocos tenían quizás 36 cm (14 pulgadas) de ancho. El espacio era escaso, pero para cálculos de precisión, una mayor anchura permitía un mayor rango total de movimiento para compensar ligeras imprecisiones derivadas de la holgura de las piezas deslizantes.
El Mk. 47 era un híbrido, hacía algunos cálculos eléctricamente y el resto mecánicamente. Tenía engranajes y ejes, diferenciales e integradores de discos, bolas y rodillos totalmente cerrados. Sin embargo, no tenía multiplicadores ni solucionadores mecánicos ("solucionadores de componentes"); Estas funciones se realizaron electrónicamente, y la multiplicación se realizó mediante potenciómetros de precisión.
En el Mk. 1/1A, sin embargo, a excepción de los servos de accionamiento eléctrico, toda la informática era mecánica. [22] : Capítulo 2
Los métodos de implementación utilizados en las computadoras analógicas fueron muchos y variados. Las ecuaciones de control de fuego implementadas durante la Segunda Guerra Mundial en guardabosques analógicos son las mismas ecuaciones implementadas más tarde en las computadoras digitales. La diferencia clave es que los guardabosques resolvieron las ecuaciones mecánicamente. Si bien hoy en día las funciones matemáticas no suelen implementarse mecánicamente, existen métodos mecánicos para implementar todas las operaciones matemáticas comunes. Algunos ejemplos incluyen:
Las cuatro levas del Mk. La computadora 1/1A proporcionó la configuración del fusible de tiempo mecánico, el tiempo de vuelo (este tiempo es desde el disparo hasta la explosión en el objetivo o cerca de él), el tiempo de vuelo dividido por el alcance previsto y el peralte combinado con la corrección de paralaje vertical. (El peralte es esencialmente la cantidad que se debe elevar el cañón del arma para compensar la caída de la gravedad).
Las computadoras Mk.1 y Mk.1A eran electromecánicas y muchos de sus cálculos mecánicos requerían movimientos de accionamiento a velocidades precisas. Utilizaron motores de inducción reversibles de dos fases accionados por condensadores con contactos de tungsteno. Estos se estabilizaban principalmente mediante embragues deslizantes de arrastre magnético giratorio (corrientes parásitas), similares a los velocímetros de imán giratorio clásicos, pero con un par mucho mayor. Una parte del arrastre estaba engranada al motor y la otra estaba limitada por un resorte bastante rígido. Este resorte compensa la posición nula de los contactos en una cantidad proporcional a la velocidad del motor, proporcionando así retroalimentación de velocidad. Los volantes montados en los ejes del motor, pero acoplados por arrastres magnéticos, evitaban la vibración del contacto cuando el motor estaba en reposo. Desafortunadamente, los volantes también debieron ralentizar un poco los servos. Un esquema más elaborado, que colocaba un volante bastante grande y un diferencial entre el motor y el arrastre magnético, eliminaba el error de velocidad en datos críticos, como las órdenes de armas.
El Mk. 1 y mk. Los discos integradores de computadoras 1A requerían un sistema particularmente elaborado para proporcionar velocidades de transmisión constantes y precisas. Usaron un motor con su velocidad regulada por un escape de reloj, contactos operados por leva y un diferencial de engranajes rectos con joyas. Aunque la velocidad oscilaba ligeramente, la inercia total lo convertía efectivamente en un motor de velocidad constante. En cada tic, los contactos encendían la potencia del motor y luego el motor volvía a abrir los contactos. En efecto, se trataba de una modulación lenta por ancho de pulso de la potencia del motor según la carga. Cuando estaba en funcionamiento, la computadora emitía un sonido único a medida que la potencia del motor se encendía y apagaba con cada tictac: docenas de engranajes dentro de la carcasa de metal fundido de la computadora extendían el tictac en un sonido de "chunk-chunk".
Una descripción detallada de cómo desmantelar y volver a ensamblar el sistema estaba contenida en el Folleto de Artillería de la Marina OP 1140 de dos volúmenes con varios cientos de páginas y varios cientos de fotografías. [22] Al volver a ensamblar, las conexiones de los ejes entre los mecanismos debían aflojarse y los mecanismos debían moverse mecánicamente para que la salida de un mecanismo tuviera la misma configuración numérica (como cero) que la entrada del otro. Afortunadamente, estas computadoras estaban especialmente bien hechas y eran muy confiables. [ cita necesaria ]
Durante la Segunda Guerra Mundial, todas las principales potencias en guerra desarrollaron guardabosques en diferentes niveles. [10] Los guardabosques eran sólo un miembro de una clase de computadoras electromecánicas utilizadas para el control de incendios durante la Segunda Guerra Mundial. El hardware informático analógico relacionado utilizado en los Estados Unidos incluye: