نظام التحكم في إطلاق النار لمدفع السفينة

أدركت البحرية الملكية البريطانية تراجع ميزة رصد القذائف في إطلاق النار المتزامن من خلال عدة تجارب أُجريت في وقت مبكر من عام 1870، عندما قام القائد جون أ. فيشر بتركيب نظام كهربائي يمكّن من إطلاق النار المتزامن من جميع مدافع سفينة إتش إم إس أوشن  ، السفينة الرئيسية لمحطة الصين ، بصفته ثاني أعلى رتبة. ^{[ أ ]} ومع ذلك، لم تكن المحطة أو البحرية الملكية قد طبقت النظام على مستوى الأسطول بالكامل في عام 1904. اعتبرت البحرية الملكية روسيا خصمًا محتملاً من خلال "اللعبة الكبرى" ، فأرسلت الملازم والتر ليك من قسم المدفعية البحرية والقائد والتر هيو ثرينغ ^{[ 3 ]} من خفر السواحل والاحتياط، وكان الأخير يحمل نموذجًا مبكرًا من نظام دوماريسك ، إلى اليابان خلال الحرب الروسية اليابانية . تمثلت مهمتهم في توجيه وتدريب أفراد المدفعية البحرية اليابانية على أحدث التطورات التكنولوجية، ولكن الأهم بالنسبة للبحرية الإمبراطورية اليابانية ، أنهم كانوا على دراية تامة بهذه التجارب.

خلال معركة البحر الأصفر في 10 أغسطس 1904 ضد الأسطول الروسي في المحيط الهادئ ، زُوِّدت البارجة اليابانية " أساهي "، التي بُنيت في بريطانيا ، وسفينتها الشقيقة "ميكاسا" ، سفينة القيادة ، بأحدث أجهزة تحديد المدى من شركة "بار آند ستراود" على جسر القيادة، إلا أن السفينتين لم تُصمَّما للتصويب وإطلاق النار بشكل منسق. وقد جرَّب هيروهارو كاتو ، كبير ضباط المدفعية في " أساهي " (والذي أصبح لاحقًا قائد الأسطول المشترك )، أول نظام توجيه للتحكم في إطلاق النار، مستخدمًا أنبوبًا صوتيًا وهاتفًا للاتصال من المراقبين الموجودين أعلى الصاري إلى موقعه على جسر القيادة حيث كان يُجري حسابات المدى والانحراف، ومن موقعه إلى أبراج المدافع عيار 12 بوصة (305 ملم) في المقدمة والمؤخرة. ^{[ 4 ]} 

مع إطلاق وابل شبه متزامن من القذائف بناءً على أوامره الصوتية من الجسر، تمكن المراقبون الذين يستخدمون ساعات الإيقاف على الصاري من تحديد وابل الارتطام البعيد الناتج عن قذائف سفينتهم بكفاءة أكبر من محاولة تحديد ارتطام واحد وسط العديد من الارتطامات. ^{[ ب ]} كان كاتو يُصدر أمر إطلاق النار باستمرار في لحظة محددة من دورات التمايل والتأرجح للسفينة، مما سهّل مهام إطلاق النار والتصحيح التي كانت تُؤدى سابقًا بشكل مستقل وبدقة متفاوتة باستخدام مقاييس الأفق الاصطناعية في كل برج. ^{[ ج ] [ 4 ]} علاوة على ذلك، وعلى عكس ما هو الحال في أبراج المدافع، كان على بُعد خطوات من قائد السفينة يُصدر الأوامر بتغيير المسار والسرعة استجابةً للتقارير الواردة عن تحركات الهدف.

تم نقل كاتو إلى سفينة القيادة ميكاسا كرئيس ضباط المدفعية، وكان نظام التحكم البدائي الخاص به قيد التشغيل على مستوى الأسطول بحلول الوقت الذي دمر فيه الأسطول المشترك أسطول البلطيق الروسي (الذي أعيد تسميته بالأسطول الثاني والثالث للمحيط الهادئ) في معركة تسوشيما خلال الفترة من 27 إلى 28 مايو 1905.

طُوّرت أنظمة التحكم النيراني البحرية المركزية لأول مرة تقريبًا في فترة الحرب العالمية الأولى . ^{[ 7 ]} وكان التحكم المحلي مُستخدمًا حتى ذلك الحين، وظلّ مُستخدمًا على متن السفن الحربية الصغيرة والسفن المساعدة خلال الحرب العالمية الثانية. وُضعت المواصفات النهائية لسفينة إتش إم إس دريدنوت  بعد أن قدّم المراقب الرسمي للبحرية الإمبراطورية اليابانية على متن سفينة أساهي ، الكابتن باكنهام (الذي أصبح لاحقًا أميرالًا)، تقريرًا عن معركة تسوشيما ، حيث شاهد بنفسه كيفية عمل نظام كاتو. ومنذ ذلك التصميم، زُوّدت السفن الحربية الكبيرة بتسليح رئيسي من نوع واحد من المدافع موزعة على عدد من الأبراج (مما سهّل عمليات التصحيح)، مما سهّل التحكم النيراني المركزي عبر التشغيل الكهربائي.

أنشأت المملكة المتحدة أول نظام مركزي لها قبل الحرب العالمية الأولى. وكان جوهر هذا النظام حاسوبًا تناظريًا صممه القائد (لاحقًا الأدميرال السير) فريدريك تشارلز دراير، والذي كان يحسب معدل تغير المدى، أي معدل تغير المدى نتيجة الحركة النسبية بين السفينة المُطلقة والسفينة المستهدفة. ^وقد جرى تحسين جدول دراير واستُخدم خلال فترة ما بين الحربين، حيث استُبدل في السفن الجديدة والمُعاد بناؤها ^{بجدول التحكم} الناري للأميرالية .

أدى استخدام نظام إطلاق النار المُتحكم به بواسطة جهاز التوجيه، بالإضافة إلى حاسوب التحكم في النيران، إلى نقل التحكم في توجيه المدافع من الأبراج الفردية إلى موقع مركزي (عادةً في غرفة تخطيط محمية أسفل الدروع)، مع إمكانية احتفاظ حوامل المدافع الفردية والأبراج متعددة المدافع بخيار تحكم محلي لاستخدامه عندما تمنع أضرار المعركة جهاز التوجيه من ضبط المدافع. وبذلك، أمكن إطلاق المدافع في وابلات مُخططة، حيث يُعطي كل مدفع مسارًا مختلفًا قليلاً. وكان تشتت الطلقات الناتج عن الاختلافات بين المدافع الفردية، والقذائف الفردية، وتسلسل اشتعال البارود، والتشوه المؤقت لهيكل السفينة، كبيرًا بشكل غير مرغوب فيه في نطاقات الاشتباك البحري المعتادة. وكان لدى أجهزة التوجيه الموجودة في أعلى البنية الفوقية رؤية أفضل للعدو من منظار مثبت على البرج، وكان الطاقم الذي يُشغلها بعيدًا عن صوت المدافع وصدمتها.

تطلّبت عوامل المقذوفات غير المقاسة والتي لا يمكن التحكم بها، مثل درجة الحرارة والرطوبة والضغط الجوي واتجاه الرياح وسرعتها على ارتفاعات عالية، ضبطًا نهائيًا من خلال مراقبة سقوط القذيفة. كان قياس المدى البصري (للهدف وتناثر القذائف) صعبًا قبل توفر الرادار. فضّل البريطانيون أجهزة تحديد المدى بالتزامن، بينما فضّل الألمان والبحرية الأمريكية النوع المجسم. كان النوع الأول أقل قدرة على تحديد المدى لهدف غير واضح، ولكنه أسهل على المستخدم على المدى الطويل، بينما كان النوع الثاني عكس ذلك.

خلال معركة يوتلاند ، ورغم أن البريطانيين كانوا يعتقدون آنذاك أن لديهم أفضل نظام للتحكم في إطلاق النار في العالم، إلا أن 3% فقط من طلقاتهم أصابت أهدافها. في ذلك الوقت، كان البريطانيون يعتمدون بشكل أساسي على نظام التحكم اليدوي في إطلاق النار. ^{[ 8 ]} وقد ساهمت هذه التجربة في جعل أجهزة قياس المدى الحاسوبية جزءًا أساسيًا من المعدات العسكرية. ^{[ هـ ]}

كان أول استخدام لنظام تحديد المدى في البحرية الأمريكية على متن السفينة يو إس إس تكساس  عام 1916. ونظرًا لمحدودية التكنولوجيا في ذلك الوقت، كانت أنظمة تحديد المدى الأولية بدائية. فعلى سبيل المثال، خلال الحرب العالمية الأولى، كان النظام يُولّد الزوايا اللازمة تلقائيًا، لكن كان على البحارة اتباع توجيهاته يدويًا. عُرفت هذه المهمة باسم "تتبع المؤشر"، إلا أن الطواقم كانت تميل إلى ارتكاب أخطاء غير مقصودة عند إرهاقها خلال المعارك الطويلة. ^{[ 9 ]} خلال الحرب العالمية الثانية، طُوّرت آليات مؤازرة (تُسمى "محركات الطاقة" في البحرية الأمريكية) سمحت للمدافع بالتوجيه تلقائيًا وفقًا لأوامر نظام تحديد المدى دون أي تدخل يدوي، مع العلم أن المؤشرات ظلت تعمل حتى في حال فقدان التحكم التلقائي. احتوت حواسيب مارك 1 ومارك 1A على ما يقارب 20 آلية مؤازرة، معظمها محركات مؤازرة لتحديد الموضع، وذلك لتقليل عزم الدوران على آليات الحوسبة. ^{[ 10 ]}

خلال فترة خدمتها الطويلة، جرى تحديث أجهزة تحديد المدى بشكل متكرر مع تطور التكنولوجيا، وبحلول الحرب العالمية الثانية أصبحت جزءًا أساسيًا من نظام متكامل للتحكم في النيران. وقد مكّن دمج الرادار في نظام التحكم في النيران في وقت مبكر من الحرب العالمية الثانية السفن من تنفيذ عمليات إطلاق نار فعالة على مسافات بعيدة في الأحوال الجوية السيئة ^{وفي الليل .}

في سفينة بريطانية نموذجية من سفن الحرب العالمية الثانية، كان نظام التحكم بالنيران يربط أبراج المدافع الفردية ببرج التوجيه (حيث توجد أجهزة التصويب) والحاسوب التناظري الموجود في قلب السفينة. في برج التوجيه، كان المشغلون يوجهون مناظيرهم نحو الهدف؛ يقيس أحد المناظير الارتفاع والآخر الاتجاه. أما مناظير تحديد المدى، المثبتة على حامل منفصل، فكانت تقيس المسافة إلى الهدف. ثم يقوم نظام التحكم بالنيران بتحويل هذه القياسات إلى اتجاهات وارتفاعات لتتمكن المدافع من إطلاق النار عليها. في الأبراج، كان رماة المدافع يضبطون ارتفاع مدافعهم ليطابق مؤشر الارتفاع المُرسل من نظام التحكم بالنيران، وكان رامي البرج يقوم بالمثل بالنسبة للاتجاه. وعندما تكون المدافع موجهة نحو الهدف، يتم إطلاق النار عليها مركزياً. ^{[ 11 ]}

أنتجت شركة آيتشي للساعات أول حاسوب تناظري منخفض الزاوية من طراز شاغيكيبان 92 عام 1932. تفوق نظاما رينج كيبر التابع للبحرية الأمريكية ومارك 38 GFCS على أنظمة البحرية الإمبراطورية اليابانية من حيث سهولة التشغيل والمرونة. سمح النظام الأمريكي لفريق غرفة التخطيط بتحديد تغيرات حركة الهدف بسرعة وتطبيق التصحيحات المناسبة. كانت الأنظمة اليابانية الأحدث، مثل هويبان وشاغيكيبان من طراز 98 على متن سفن فئة ياماتو، أكثر تطورًا، مما أدى إلى الاستغناء عن سوكوتيكيبان ، ولكنه ظل يعتمد على سبعة مشغلين.

على عكس النظام الأمريكي المدعوم بالرادار، اعتمد اليابانيون على أجهزة تحديد المدى البصرية، وافتقروا إلى الجيروسكوبات لاستشعار الأفق، واحتاجوا إلى معالجة يدوية لعمليات المتابعة على مدافع سوكوتيكيبان وشاغيكيبان وهويبان ، بالإضافة إلى المدافع نفسها. ربما لعب هذا دورًا في الأداء البائس لسفن القوات المركزية في معركة سامار في أكتوبر 1944. ^{[ 12 ]}

في تلك المعركة، واجهت المدمرات الأمريكية أكبر البوارج الحربية المدرعة في العالم، وتفادت الطرادات القذائف لفترة كافية للاقتراب إلى مدى إطلاق الطوربيدات، بينما كانت تطلق مئات القذائف الدقيقة عيار 127 ملم (5 بوصات) الموجهة آليًا على أهدافها. لم تُصب الطرادات حاملات الطائرات المرافقة التي كانت تطاردها إلا بعد ساعة من المطاردة التي قلصت المسافة إلى 8 كيلومترات (5 أميال) . ورغم أن اليابانيين اتبعوا مبدأ تحقيق التفوق في المدى البعيد، إلا أن إحدى الطرادات سقطت ضحية انفجارات ثانوية ناجمة عن إصابات من مدافع حاملات الطائرات الوحيدة عيار 127 ملم. في النهاية، وبمساعدة مئات الطائرات المحمولة على حاملات الطائرات، تم صد قوة الوسط المنهكة قبل أن تتمكن من القضاء على الناجين من قوة المهام الخفيفة التسليح المكونة من سفن الحماية وحاملات الطائرات المرافقة التابعة لفرقة تافي 3. وقد أثبتت معركة مضيق سوريجاو السابقة التفوق الواضح لأنظمة الرادار الأمريكية في الليل.  

يمكن استغلال خصائص نظام تحديد المدى في التنبؤ بموقع الهدف للتغلب عليه. على سبيل المثال، يلجأ العديد من القادة الذين يتعرضون لهجوم مدفعي بعيد المدى إلى مناورات عنيفة "لملاحقة وابلات القذائف". فالسفينة التي تلاحق وابلات القذائف تُناور للوصول إلى موقع سقوط آخر وابل. ولأن أنظمة تحديد المدى تتنبأ باستمرار بمواقع جديدة للهدف، فمن غير المرجح أن تصيب وابلات القذائف اللاحقة موقع الوابل السابق. ^{[ 13 ]} لا يُعد اتجاه الانعطاف مهمًا، طالما لم يتنبأ به نظام العدو. وبما أن هدف الوابل التالي يعتمد على رصد الموقع والسرعة وقت إصابة الوابل السابق، فإن ذلك هو الوقت الأمثل لتغيير الاتجاه. كان على أنظمة تحديد المدى العملية أن تفترض أن الأهداف تتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة، للحفاظ على التعقيد ضمن حدود مقبولة. وقد صُمم نظام تحديد المدى بالسونار ليشمل هدفًا يدور بنصف قطر دوران ثابت، ولكن تم تعطيل هذه الوظيفة.

لم ينجح سوى الأسطول الملكي البريطاني ^{[ 14 ]} والبحرية الأمريكية في تحقيق نظام التحكم الناري الراداري "العمى"، دون الحاجة إلى تحديد موقع السفينة المعادية بصريًا. افتقرت دول المحور جميعها إلى هذه القدرة. كانت فئات مثل البوارج "أيوا" و "ساوث داكوتا" قادرة على إطلاق القذائف فوق الأفق المرئي، في الظلام، عبر الدخان أو الأحوال الجوية. امتلكت الأنظمة الأمريكية، كما هو الحال في العديد من القوات البحرية الكبرى المعاصرة، عناصر رأسية ثابتة جيروسكوبية، مما مكنها من الحفاظ على دقة تحديد الهدف حتى أثناء المناورات. مع بداية الحرب العالمية الثانية، أصبحت السفن الحربية البريطانية والألمانية والأمريكية قادرة على إطلاق النار والمناورة باستخدام حواسيب متطورة للتحكم الناري التناظري، والتي تضمنت مدخلات بوصلة جيروسكوبية ومستوى جيروسكوبي. ^{[ 15 ]} في معركة رأس ماتابان، نصب الأسطول البريطاني في البحر الأبيض المتوسط ​​كمينًا للأسطول الإيطالي باستخدام الرادار، وألحق به خسائر فادحة، على الرغم من أن النيران الفعلية كانت تحت سيطرة بصرية باستخدام إضاءة القذائف النجمية. في معركة غوادالكانال البحرية، ألحقت المدمرة الأمريكية واشنطن  ، في ظلام دامس، أضرارًا جسيمة بالبارجة كيريشيما من مسافة قريبة باستخدام مزيج من أنظمة التحكم النيراني البصرية والرادارية؛ وأظهرت المقارنات بين التتبع البصري والراداري، أثناء المعركة، أن دقة التتبع الراداري تضاهي دقة التتبع البصري، في حين تم استخدام نطاقات الرادار طوال المعركة. ^{[ 16 ]}

كان آخر عمل قتالي لحراس المدى التناظريين، على الأقل بالنسبة للبحرية الأمريكية، في حرب الخليج الفارسي عام 1991 ^{[ 17 ]} عندما قام حراس المدى على متن البوارج من فئة أيوا بتوجيه آخر جولاتهم في القتال.

كان نظام التحكم في إطلاق النار Mark 33 GFCS نظامًا يعمل بالطاقة، وهو أقل تطورًا من Mark 37. استخدم Mark 33 GFCS حاسوبًا تناظريًا للتحكم في إطلاق النار من طراز Mark 10 Rangekeeper . تم تركيب Rangekeeper بالكامل في وحدة تحكم مفتوحة بدلًا من غرفة تخطيط منفصلة كما في نظام HACS التابع للبحرية الملكية، أو نظام Mark 37 GFCS اللاحق، مما صعّب ترقية Mark 33 GFCS. ^{[ 19 ]} كان بإمكانه حساب حلول إطلاق النار للأهداف المتحركة بسرعة تصل إلى 320 عقدة (590 كم/ساعة؛ 370 ميل/ساعة) ، أو 400 عقدة (740 كم/ساعة؛ 460 ميل/ساعة) أثناء الغطس. بدأ تركيبه في أواخر الثلاثينيات على المدمرات والطرادات وحاملات الطائرات، حيث تم تركيب وحدتي تحكم Mark 33 في مقدمة ومؤخرة الهيكل. لم تكن هذه الأنظمة مزودة برادار للتحكم في إطلاق النار في البداية، وكان التوجيه يتم بالنظر فقط. بعد عام 1942، تم تغليف بعض هذه الموجهات وإضافة رادار تحكم نيران من طراز مارك 4 إلى سقفها، بينما أُضيف رادار مارك 4 إلى موجهات أخرى مكشوفة. وبفضل رادار مارك 4، أصبح بالإمكان استهداف الطائرات الكبيرة على مسافة تصل إلى 40,000 ياردة. إلا أن مداه كان أقل ضد الطائرات منخفضة التحليق، وكان على السفن السطحية الكبيرة أن تكون على مسافة لا تتجاوز 30,000 ياردة (27,000 متر) . وبفضل الرادار، أصبح بالإمكان رصد الأهداف وإصابتها بدقة في الليل وفي مختلف الأحوال الجوية. ^{[ 20 ]} استخدم نظاما مارك 33 و37 تقنية التنبؤ بحركة الهدف باستخدام مقياس سرعة الدوران. ^{[ 19 ]} لم تعتبر البحرية الأمريكية نظام مارك 33 نظامًا مُرضيًا، ولكن مشاكل الإنتاج في زمن الحرب، بالإضافة إلى الوزن الزائد ومتطلبات المساحة الإضافية لنظام مارك 37، حالت دون التخلص التدريجي من نظام مارك 33.     

على الرغم من تفوقها على المعدات القديمة، كانت آليات الحوسبة داخل جهاز تحديد المدى (مارك 10) بطيئة للغاية، سواء في الوصول إلى الحلول الأولية عند رصد الهدف لأول مرة، أو في استيعاب التغييرات المتكررة في الحل الناتجة عن مناورات الهدف. ولذلك، كان جهاز مارك 33 غير كافٍ بشكل واضح، كما أشار بعض المراقبين في تدريبات محاكاة الهجوم الجوي قبل بدء العمليات القتالية. ومع ذلك، تأخر الإدراك النهائي لخطورة هذا القصور وبدء خطط الاستبدال بسبب صعوبة المساحة أسفل سطح السفينة، والتي ذُكرت فيما يتعلق باستبدال جهاز مارك 28. علاوة على ذلك، كانت أولويات استبدال أنظمة التوجيه القديمة والأقل فعالية في برنامج الإنتاج الحربي المزدحم هي السبب في تمديد خدمة جهاز مارك 33 حتى انتهاء العمليات القتالية. ^{[ 21 ]}

استُخدم جهاز مارك 33 كجهاز توجيه رئيسي على بعض المدمرات، وكجهاز توجيه ثانوي للبطارية/الدفاع الجوي على السفن الأكبر حجماً (أي بنفس دور جهاز مارك 37 اللاحق). وكانت المدافع التي يتحكم بها عادةً من عيار 5 بوصات: 5 بوصات/25 أو 5 بوصات/38 .

استُخدم نظام مارك 34 للتحكم في البطاريات الرئيسية للسفن الحربية الكبيرة. ومن بين الأنظمة السابقة له: مارك 18 ( فئة بينساكولا )، ومارك 24 ( فئة نورثهامبتون )، ومارك 27 ( فئة بورتلاند )، ومارك 31 ( فئة نيو أورليانز ) ^{[ 32 ] [ 33 ].}

بحسب مكتب الذخائر التابع للبحرية الأمريكية ،

على الرغم من أن العيوب لم تكن جوهرية، واستمر إنتاج نظام مارك 33 حتى أواخر الحرب العالمية الثانية، بدأ المكتب تطوير نظام توجيه محسّن عام 1936، بعد عامين فقط من تركيب أول نظام مارك 33. لم يتحقق هدف تقليل الوزن، إذ بلغ وزن نظام التوجيه الناتج حوالي 3600 كيلوغرام (8000 رطل) أكثر من النظام الذي كان من المقرر أن يحل محله، إلا أن نظام توجيه المدفع مارك 37، الذي انبثق عن البرنامج، تميز بمزايا عوضت وزنه الزائد. فرغم أن أوامر إطلاق النار التي كان يوفرها كانت مماثلة لتلك التي يوفرها نظام مارك 33، إلا أنه كان يوفرها بموثوقية أكبر، وحقق أداءً أفضل بشكل عام مع بطاريات مدافع عيار 13 سم (5 بوصات) ، سواءً استُخدمت للمدفعية السطحية أو المضادة للطائرات. علاوة على ذلك، تم تركيب عنصر التثبيت والحاسوب أسفل سطح السفينة، بدلاً من وضعهما داخل هيكل نظام التوجيه، حيث كانا أقل عرضة للهجوم وأقل تهديدًا لاستقرار السفينة. وقد أتاح التصميم إمكانية إضافة الرادار لاحقًا، مما سمح بإطلاق النار بشكل أعمى باستخدام نظام التوجيه. في الواقع، خضع نظام مارك 37 لتحسينات شبه مستمرة. وبحلول نهاية عام 1945، كان النظام قد خضع لـ 92 تعديلاً، أي ما يقارب ضعف العدد الإجمالي لأجهزة التوجيه من هذا النوع التي كانت في الأسطول في 7 ديسمبر 1941. وبلغ إجمالي المشتريات 841 وحدة، ما يمثل استثمارًا يزيد عن 148 مليون دولار. استخدمت المدمرات والطرادات والسفن الحربية وحاملات الطائرات والعديد من السفن المساعدة أجهزة التوجيه هذه، حيث تراوحت التركيبات الفردية من جهاز واحد على متن المدمرات إلى أربعة أجهزة على كل سفينة حربية. وقد وفر تطوير أجهزة توجيه المدفعية مارك 33 و37 للأسطول الأمريكي تحكمًا جيدًا في إطلاق النار بعيد المدى ضد الطائرات المهاجمة. ولكن على الرغم من أن هذه المشكلة بدت الأكثر إلحاحًا في وقت تطوير هذه الأجهزة، إلا أنها لم تكن سوى جزء واحد من مشكلة الدفاع الجوي الشاملة. ففي المدى القريب، انخفضت دقة أجهزة التوجيه بشكل حاد؛ وحتى في المدى المتوسط، كانت دقتها دون المستوى المطلوب. كان وزن وحجم المعدات يعيقان الحركة السريعة، مما يجعل نقلها من هدف إلى آخر أمراً صعباً. وبالتالي، كانت كفاءتها تتناسب عكسياً مع قرب الخطر. ^{[ 44 ]}  

اكتمل تطوير الحاسوب ليصبح حاسوب فورد مارك 1 بحلول عام 1935. وقد مكّنت معلومات معدل تغير الارتفاع من إيجاد حلول كاملة لاستهداف الطائرات التي تتحرك بسرعة تزيد عن 640 كم/ساعة . استخدمت المدمرات، بدءًا من فئة سيمز ، أحد هذه الحواسيب، بينما استخدمت البوارج ما يصل إلى أربعة منها. تضاءلت فعالية النظام ضد الطائرات مع ازدياد سرعتها، ولكن مع اقتراب نهاية الحرب العالمية الثانية، أُجريت تحسينات على نظام مارك 37، وجُعل متوافقًا مع تطوير صمام التقارب ذي التوقيت المتغير (VT) الذي ينفجر عند اقترابه من الهدف، بدلًا من الاعتماد على المؤقت أو الارتفاع، مما زاد بشكل كبير من احتمالية تدمير أي قذيفة للهدف. 

مارك 37 المخرج

كانت وظيفة جهاز التوجيه مارك 37، الذي يشبه قاعدة مدفع مزودة بـ"أذنين" بدلاً من المدافع، تتبع الموقع الحالي للهدف من حيث الاتجاه والارتفاع والمدى. ولتحقيق ذلك، زُوّد الجهاز بمناظير بصرية (النوافذ أو الفتحات المستطيلة في المقدمة)، وجهاز تحديد مدى بصري (الأنابيب أو الأذنين البارزتين من كل جانب)، وفي الطرازات اللاحقة، بهوائيات رادار للتحكم في إطلاق النار. الهوائي المستطيل مخصص لرادار مارك 12 FC، والهوائي المكافئ على اليسار ("الذي يشبه قشر البرتقال") مخصص لرادار مارك 22 FC. وقد كانت هذه الأجهزة جزءًا من عملية تطوير لتحسين تتبع الطائرات. ^{[ 1 ]}

كان جهاز التوجيه يعمل بطاقم مكون من 6 أفراد: ضابط التوجيه، ومساعد ضابط التحكم، ومؤشر، ومدرب، ومشغل جهاز تحديد المدى، ومشغل الرادار. ^{[ 45 ]}

كان لدى ضابط التوجيه أيضًا منظار توجيه يُستخدم لتوجيه جهاز التوجيه بسرعة نحو هدف جديد. ^{[ 46 ]} تم تركيب ما يصل إلى أربعة أنظمة تحكم في إطلاق النار من طراز مارك 37 على البوارج. في البارجة، كان جهاز التوجيه محميًا بدرع سمكه 38 ملم (1.5 بوصة ) ، ويزن 21 طنًا. أما جهاز التوجيه مارك 37 على متن حاملة الطائرات الأمريكية جوزيف بي. كينيدي جونيور، فهو محمي بدرع سمكه 13 ملم (نصف بوصة) ويزن 16 طنًا.   

حافظت إشارات التثبيت الصادرة من العنصر الثابت على سلامة مناظير الرؤية البصرية، وجهاز تحديد المدى، وهوائي الرادار من تأثيرات ميل سطح السفينة. سُميت الإشارة التي تُبقي محور جهاز تحديد المدى أفقيًا "المستوى العرضي"، بينما سُميت إشارة تثبيت الارتفاع ببساطة "المستوى". على الرغم من أن العنصر الثابت كان موجودًا أسفل سطح السفينة في موقع "بلوت"، بجوار حاسوب مارك 1/1A، إلا أن محاوره الداخلية تتبعت حركة جهاز التوجيه في الاتجاه والارتفاع، مما وفر بيانات المستوى والمستوى العرضي مباشرةً. وللقيام بذلك بدقة، عند تركيب نظام التحكم في إطلاق النار في البداية، قام مساح، يعمل على عدة مراحل، بنقل موضع جهاز توجيه المدفع إلى موقع "بلوت" بحيث تتم محاذاة الآلية الداخلية للعنصر الثابت بشكل صحيح مع جهاز التوجيه.

على الرغم من أن جهاز تحديد المدى كان يتمتع بكتلة وقصور ذاتي كبيرين، إلا أن محرك المؤازرة ذو المستوى المتقاطع كان عادة ما يكون محملاً بشكل خفيف فقط، لأن القصور الذاتي لجهاز تحديد المدى نفسه أبقاه أفقيًا بشكل أساسي؛ كانت مهمة محرك المؤازرة عادة هي ببساطة ضمان بقاء جهاز تحديد المدى وتلسكوبات الرؤية أفقية.

كانت محركات التوجيه (المحامل) والرفع في قطار مارك 37 تعمل بمحركات تيار مستمر تُغذى من مولدات تضخيم الطاقة الدوارة من نوع أمبليداين . على الرغم من أن قدرة خرج قطار أمبليداين القصوى كانت عدة كيلوواط، إلا أن إشارة دخله كانت تأتي من زوج من أنابيب تفريغ رباعية الأقطاب الصوتية 6L6 (صمامات، في المملكة المتحدة).

كمبيوتر التحكم في الحرائق فورد مارك 1A

كان حاسوب التحكم بالنيران مارك 1A حاسوبًا باليستيًا تناظريًا كهروميكانيكيًا. سُمّي في الأصل مارك 1، ولكن أُجريت عليه تعديلات تصميمية واسعة النطاق غيّرت اسمه إلى "مارك 1A". ظهر مارك 1A بعد الحرب العالمية الثانية، وربما دُمجت فيه تقنية طُوّرت لحاسوب التحكم بالنيران مارك 8 من مختبرات بيل . ^{[ 47 ]} كان البحارة يقفون حول صندوق أبعاده 1.57 × 0.97 × 1.14 متر (62 × 38 × 45 بوصة ) . على الرغم من بنائه باستخدام هيكل من سبائك الألومنيوم على نطاق واسع (بما في ذلك ألواح دعم آلية داخلية سميكة) وآليات حسابية مصنوعة في معظمها من سبائك الألومنيوم، إلا أنه كان يزن ما يعادل وزن سيارة، حوالي 1417 كيلوغرامًا (3125 رطلاً) ، مع إضافة حاسوب ستار شيل مارك 1 وزنًا إضافيًا قدره 98 كيلوغرامًا (215 رطلاً) . كان يعمل بجهد 115 فولت تيار متردد، 60 هرتز، أحادي الطور، وبتيار كهربائي لا يتجاوز بضعة أمبيرات. في أسوأ حالات الأعطال، يبدو أن أجهزة التزامن الخاصة بها قد تستهلك ما يصل إلى 140 أمبير، أو 15000 واط (أي ما يعادل تقريبًا استهلاك 3 منازل أثناء تشغيل الأفران). وكانت جميع مدخلات ومخرجات الكمبيوتر تقريبًا تتم عبر أجهزة إرسال واستقبال عزم التزامن.    

كانت وظيفتها توجيه المدافع تلقائيًا بحيث تصطدم القذيفة المُطلقة بالهدف. ^{[ 1 ]} هذه هي نفس وظيفة نظام Mark 8 Rangekeeper الخاص بالبطارية الرئيسية والمستخدم في نظام Mark 38 GFCS، باستثناء أن بعض الأهداف التي كان على نظام Mark 1A التعامل معها كانت تتحرك أيضًا في الارتفاع - وبسرعة أكبر بكثير. بالنسبة للأهداف السطحية، فإن مشكلة التحكم في إطلاق النار للبطارية الثانوية هي نفسها مشكلة البطارية الرئيسية، مع نفس نوع المدخلات والمخرجات. الفرق الرئيسي بين الحاسوبين هو حسابات المقذوفات. فمقدار ارتفاع المدفع اللازم لإطلاق قذيفة عيار 5 بوصات (130 مم) لمسافة 9 أميال بحرية (17 كم) يختلف تمامًا عن الارتفاع اللازم لإطلاق قذيفة عيار 16 بوصة (41 سم) لنفس المسافة.   

أثناء التشغيل، كان هذا الحاسوب يتلقى بيانات المدى والاتجاه والارتفاع للهدف من جهاز توجيه المدفع. وطالما كان جهاز التوجيه مُصوّباً على الهدف، كانت قابضات الحاسوب مُغلقة، وكان تحرك جهاز توجيه المدفع (بالإضافة إلى تغيرات المدى) يُؤدي إلى تقارب قيم حركة الهدف الداخلية في الحاسوب لتُطابق قيم حركة الهدف. أثناء التقارب، كان الحاسوب يُزوّد ​​جهاز توجيه المدفع ببيانات المدى والاتجاه والارتفاع المُولّدة بواسطة نظام التتبع المُساعد. إذا بقي الهدف على مسار مستقيم بسرعة ثابتة (وفي حالة الطائرات، بمعدل تغير ثابت في الارتفاع ("معدل الصعود"))، أصبحت التوقعات دقيقة، ومع إجراء المزيد من الحسابات، أعطت قيماً صحيحة لزوايا تقدم المدفع وإعدادات الصمامات.

كانت حركة الهدف عبارة عن متجه، وإذا لم تتغير، فإن المدى والاتجاه والارتفاع المُولَّدة كانت دقيقة لمدة تصل إلى 30 ثانية. بمجرد استقرار متجه حركة الهدف، يُبلغ مشغلو الحاسوب ضابط توجيه المدفع ("تم تحديد الحل!")، الذي يُصدر عادةً أمر بدء إطلاق النار. لسوء الحظ، تتطلب عملية استنتاج متجه حركة الهدف بضع ثوانٍ في العادة، وهو ما قد يستغرق وقتًا طويلاً.

تمت عملية تحديد متجه حركة الهدف بشكل أساسي باستخدام محرك دقيق ثابت السرعة، ومكاملات قرصية كروية أسطوانية، وكامات غير خطية، ومحللات ميكانيكية، وتفاضلات. قامت أربعة محولات إحداثيات خاصة، كل منها مزود بآلية مشابهة جزئيًا لآلية فأرة الحاسوب التقليدية، بتحويل التصحيحات المُستلمة إلى قيم متجه حركة الهدف. حاول حاسوب Mark 1 إجراء تحويل الإحداثيات (جزئيًا) باستخدام محول من الإحداثيات المستطيلة إلى الإحداثيات القطبية، لكن ذلك لم يُؤدِّ الغرض المطلوب (إذ كان يُحاول أحيانًا جعل سرعة الهدف سالبة!). كان من بين التغييرات التصميمية التي ميّزت حاسوب Mark 1A إعادة النظر في كيفية الاستخدام الأمثل لمحولات الإحداثيات الخاصة هذه؛ حيث تم الاستغناء عن محول الإحداثيات ("محلل المتجهات").

كان العنصر الثابت، الذي يُعرف في المصطلحات المعاصرة باسم الجيروسكوب العمودي، يُثبّت أجهزة التصويب في جهاز التوجيه، ويُوفّر بيانات لحساب تصحيحات التثبيت لأوامر المدفع. ونظرًا لاختلاف زوايا تقدم المدفع، كانت أوامر تثبيت المدفع تختلف عن تلك اللازمة للحفاظ على ثبات أجهزة التصويب في جهاز التوجيه. وقد تطلّب الحساب الأمثل لزوايا تثبيت المدفع عددًا كبيرًا من الحدود في الصيغة الرياضية، لذا كان الحساب تقريبيًا.

لحساب زوايا التوجيه وضبط الصمام الزمني، تم دمج مركبات متجه حركة الهدف، بالإضافة إلى مداه وارتفاعه، واتجاه الرياح وسرعتها، وحركة السفينة نفسها، للتنبؤ بموقع الهدف عند وصول القذيفة إليه. وقد أُجري هذا الحساب بشكل أساسي باستخدام محللات ميكانيكية (محللات المركبات)، ومضاعفات، وتفاضلات، بالإضافة إلى استخدام إحدى أربع كاميرات ثلاثية الأبعاد.

وبناءً على التوقعات، قدمت الكاميرات الثلاث الأخرى ثلاثية الأبعاد بيانات عن المقذوفات الخاصة بالبندقية والذخيرة التي صُمم الكمبيوتر من أجلها؛ ولا يمكن استخدامها لحجم أو نوع مختلف من البنادق إلا من خلال إعادة بناء قد تستغرق أسابيع.

قامت المحركات المؤازرة في الحاسوب بتعزيز عزم الدوران بدقة لتقليل الحمل على مخرجات آليات الحوسبة، مما قلل الأخطاء، كما قامت بتحديد موضع المزامنات الكبيرة التي تنقل أوامر المدفع (الاتجاه والارتفاع، وزوايا توجيه المنظار، وضبط الصمام الزمني). كانت هذه المحركات تعمل بنظام "التشغيل/الإيقاف" الكهروميكانيكي، ومع ذلك تميزت بأداء ممتاز.

كانت مشكلة التحكم في نيران المدفعية المضادة للطائرات أكثر تعقيدًا نظرًا لضرورة تتبع الهدف في الارتفاع والتنبؤ به في ثلاثة أبعاد. كانت مخرجات مدفع مارك 1A هي نفسها (اتجاه المدفع والارتفاع)، باستثناء إضافة زمن التفجير. كان زمن التفجير ضروريًا لأن الهدف المثالي المتمثل في إصابة الطائرة سريعة الحركة مباشرةً بالقذيفة كان غير عملي. مع ضبط زمن التفجير في القذيفة، كان يُؤمل أن تنفجر بالقرب من الهدف بما يكفي لتدميره بموجة الصدمة والشظايا. مع اقتراب نهاية الحرب العالمية الثانية ، أدى اختراع صمام التقارب VT إلى إلغاء الحاجة إلى استخدام حساب زمن التفجير وما يترتب عليه من خطأ. وقد زاد هذا بشكل كبير من احتمالات تدمير الهدف الجوي. لم تدخل أجهزة الكمبيوتر الرقمية للتحكم في النيران الخدمة حتى منتصف سبعينيات القرن العشرين.

يُعدّ التوجيه المركزي من خلال جهاز توجيه المدفع أمرًا معقدًا بعض الشيء، إذ غالبًا ما تكون المدافع بعيدة بما يكفي عن جهاز التوجيه لتتطلب تصحيحًا لاختلاف المنظر لضمان دقة التصويب. في نظام التحكم الأرضي مارك 37، كان جهاز مارك 1/1A يرسل بيانات اختلاف المنظر إلى جميع قواعد المدافع؛ وكان لكل قاعدة عامل قياس خاص بها (وقطبية) مضبوطة داخل وحدة التحكم في محرك الطاقة (المؤازر) وجهاز الاستقبال.

تم تغيير عوامل المقياس الداخلي مرتين في تاريخها، على الأرجح عن طريق تغيير نسب التروس. كانت السرعة المستهدفة ذات حد أقصى ثابت، تم تحديده بواسطة مانع ميكانيكي. كانت في الأصل 300 عقدة (350 ميلاً في الساعة؛ 560 كم/ساعة) ، ثم تضاعفت في كل عملية إعادة بناء.  

صُنعت هذه الحواسيب بواسطة شركة فورد للأجهزة ، في لونغ آيلاند سيتي ، كوينز، نيويورك. سُميت الشركة تيمناً بهانيبال سي. فورد ، المصمم العبقري والمدير الرئيسي فيها. استخدمت الشركة أدوات آلية خاصة لتصنيع أخاديد الكامات الأمامية ونسخ الكامات الباليستية ثلاثية الأبعاد بدقة متناهية.

بشكل عام، كانت هذه الحواسيب مصممة ومبنية بشكل ممتاز، ومتينة للغاية، وخالية من الأعطال تقريبًا. تضمنت الاختبارات المتكررة إدخال القيم عبر ذراع التدوير اليدوي وقراءة النتائج على المؤشرات، مع إيقاف محرك التوقيت. كانت هذه اختبارات ثابتة. أُجريت الاختبارات الديناميكية بطريقة مماثلة، ولكن باستخدام تسارع يدوي لطيف لـ "خط التوقيت" (المكاملات) لمنع أخطاء الانزلاق المحتملة عند تشغيل محرك التوقيت؛ تم إيقاف محرك التوقيت قبل اكتمال التشغيل، وسُمح للحاسوب بالتباطؤ. أدى التدوير اليدوي السهل لخط التوقيت إلى وصول الاختبار الديناميكي إلى نقطة النهاية المطلوبة، حيث تمت قراءة المؤشرات.

وكما هو معتاد في هذه الحواسيب، فإن قلب ذراع على دعامة ذراع التدوير يُمكّن من استقبال البيانات تلقائيًا ويفصل ترس ذراع التدوير. وعند قلبه في الاتجاه المعاكس، يتعشق الترس، ويتم قطع الطاقة عن محرك المؤازرة الخاص بجهاز الاستقبال.

تم وصف الآليات (بما في ذلك المحركات المؤازرة) في هذا الكمبيوتر بشكل رائع، مع العديد من الرسوم التوضيحية الممتازة، في منشور البحرية OP 1140 .

توجد صور للجزء الداخلي من الكمبيوتر في الأرشيف الوطني؛ بعضها موجود على صفحات الويب، وبعضها الآخر تم تدويره ربع دورة.

عنصر مستقر

تؤدي وحدة التثبيت Mark 6 ( الموضحة في الصورة ) في نظام التحكم بالنيران هذا نفس وظيفة وحدة التثبيت الرأسية Mark 41 في نظام المدفعية الرئيسي. وهي عبارة عن جيروسكوب رأسي (يُعرف اليوم بالجيروسكوب الرأسي) يزود النظام باتجاه رأسي ثابت على متن سفينة متأرجحة. في وضع السطح، تحل هذه الوحدة محل إشارة الارتفاع الصادرة من جهاز التوجيه. ^{[ 1 ]} كما أنها مزودة بمفاتيح إطلاق النار في وضع السطح.

يعتمد هذا النظام على جيروسكوب يُنصب بحيث يكون محور دورانه عموديًا. يدور غلاف دوار الجيروسكوب بسرعة منخفضة، حوالي 18 دورة في الدقيقة. يوجد على جانبي الغلاف خزانان صغيران مملوءان جزئيًا بالزئبق، ومتصلان بأنبوب شعري. يتدفق الزئبق إلى الخزان السفلي، ولكن ببطء (عدة ثوانٍ) بسبب ضيق الأنبوب. إذا لم يكن محور دوران الجيروسكوب عموديًا، فإن الوزن الزائد في الخزان السفلي سيؤدي إلى سقوط الغلاف لولا دوران الجيروسكوب والغلاف. تتضافر سرعة الدوران ومعدل تدفق الزئبق لوضع الخزان الأثقل في أفضل وضعية لجعل الجيروسكوب يترنح نحو الوضع العمودي.

عندما تُغير السفينة مسارها بسرعة، قد يكون التسارع الناتج عن الانعطاف كافيًا لإرباك الجيروسكوب وانحرافه عن الوضع الرأسي الحقيقي. في مثل هذه الحالات، تُرسل بوصلة السفينة إشارة تعطيل تُغلق صمامًا لولبيًا لمنع تدفق الزئبق بين الخزانات. يكون انحراف الجيروسكوب ضئيلاً لدرجة لا تُؤثر على الأداء لفترات قصيرة؛ وعندما تستأنف السفينة إبحارها المعتاد، يُصحح نظام الرفع أي خطأ.

دوران الأرض سريع بما يكفي ليتطلب تصحيحًا. يقوم ثقل صغير قابل للتعديل مثبت على قضيب ملولب، ومقياس خط العرض، بجعل الجيروسكوب يدور حول محوره بمعدل الدوران الزاوي المكافئ للأرض عند خط العرض المحدد. يُثبّت الثقل ومقياسه وإطاره على عمود مستقبل عزم الدوران المتزامن، الذي يُغذّى ببيانات مسار السفينة من بوصلة الجيروسكوب، ويُعوَّض بواسطة متزامن تفاضلي يُدار بواسطة محرك الدوران الموجود داخل الهيكل. يكون المعوض الصغير قيد التشغيل موجهًا جغرافيًا، بحيث يشير قضيب دعم الثقل إلى الشرق والغرب.

في أعلى مجموعة الجيروسكوب، فوق المعوض، في المنتصف تمامًا، يوجد ملف إثارة يُغذى بتيار متردد منخفض الجهد. وفوقه وعاء خشبي ضحل مطلي باللون الأسود، مقلوب. مُطعّم في سطحه، في أخاديد، ملفان يشبهان شكل الرقم 8، لكنهما أقرب إلى شكل حرف D وصورته المعكوسة، مُشكلين دائرة بتقاطع قطري. أحد الملفين مُزاح بزاوية 90 درجة. إذا لم يكن الوعاء (المسمى "المظلة") متمركزًا فوق ملف الإثارة، فإن أحد الملفين أو كليهما يُخرج إشارة تمثل الإزاحة. يتم الكشف عن طور هذه الإشارة وتضخيمها لتشغيل محركي سيرفو يعملان بالتيار المستمر لوضع المظلة في خط مستقيم مع الملف.

تدور محاور تثبيت المظلة في اتجاه محور توجيه المدفع، وتُولد محركات المؤازرة إشارات تثبيت أفقية وعمودية. يقوم محرك المؤازرة الخاص بمستقبل محور التوجيه في نظام Mark 1A بتحريك إطار محور التثبيت في العنصر الثابت عبر عمود بين الجهازين، وتُعيد محركات المؤازرة الأفقية والعمودية للعنصر الثابت هذه الإشارات إلى الحاسوب عبر عمودين إضافيين.

(كان حاسوب التحكم في إطلاق النار بالسونار الموجود على متن بعض المدمرات في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي يتطلب إشارات الدوران والانحراف لتحقيق الاستقرار، لذلك قام محول إحداثيات يحتوي على مزامنات ومحللات ومحركات مؤازرة بحساب الأخيرة من اتجاه موجه المدفع والمستوى والمستوى العرضي.)

كان نظام التحكم في إطلاق النار من طراز مارك 38 (GFCS) يتحكم في مدافع البطاريات الرئيسية الكبيرة للسفن الحربية السريعة. وكانت أنظمة الرادار المستخدمة في نظام مارك 38 أكثر تطورًا بكثير من أجهزة الرادار البدائية التي استخدمها اليابانيون في الحرب العالمية الثانية. وشملت المكونات الرئيسية جهاز التوجيه، وغرفة التخطيط، ومعدات نقل البيانات المتصلة. وكان النظامان، الأمامي والخلفي، متكاملين ومستقلين. وكانت غرف التخطيط الخاصة بكل منهما معزولة لحمايتها من انتقال أضرار المعركة بينهما.

مخرج

كان جهاز التوجيه الأمامي مارك 38 ( في الصورة ) مثبتًا أعلى برج مراقبة النيران. زُوّد الجهاز بمناظير بصرية، وجهاز تحديد المدى البصري مارك 48 (الصناديق الطويلة الرفيعة البارزة من الجانبين)، وهوائي رادار مراقبة النيران مارك 13 (الشكل المستطيل الموجود في الأعلى). ^{[ 1 ] [ 68 ]} كان الغرض من جهاز التوجيه هو تتبع اتجاه الهدف ومداه الحاليين. كان بالإمكان القيام بذلك بصريًا بواسطة الأفراد الموجودين بالداخل باستخدام المناظير وجهاز تحديد المدى، أو إلكترونيًا باستخدام الرادار . (كان رادار مراقبة النيران هو الطريقة المفضلة). يُطلق على الموقع الحالي للهدف اسم خط الرؤية (LOS)، وكان يُرسل باستمرار إلى غرفة التخطيط بواسطة محركات متزامنة . عندما لا يستخدم جهاز التوجيه شاشة الرادار لتحديد المواقع، كان بمثابة محطة رصد بصرية. ^{[ 1 ]}

غرفة التخطيط

كانت غرفة تخطيط البطارية الرئيسية الأمامية تقع أسفل خط الماء وداخل الحزام المدرع. ^{[ 1 ]} وقد احتوت على نظام الرادار الأمامي: جهاز تحديد المدى مارك 8، وجهاز الرادار العمودي الثابت مارك 41، وجهاز التحكم في الرادار مارك 13، وأجهزة تصحيح اختلاف المنظر ، ولوحة مفاتيح التحكم في النيران، ولوحة مفاتيح الهاتف القتالي، ومؤشرات حالة البطارية، ومساعدي ضباط المدفعية، وموظفي التحكم في النيران (بين عامي 1954 و1982، كان يُطلق على موظفي التحكم في النيران اسم فنيي التحكم في النيران). ^{[ 1 ] [ 68 ]}

كان جهاز Mark 8 Rangekeeper حاسوبًا تناظريًا كهروميكانيكيًا ^{[ 1 ] [ 68 ]} ، وتتمثل وظيفته في حساب اتجاه وارتفاع المدفع، أي خط إطلاق النار (LOF)، بشكل مستمر، لإصابة موقع الهدف المستقبلي. وقد قام بذلك من خلال تلقي معلومات تلقائية من جهاز التوجيه (LOS)، ورادار FC (المدى)، وبوصلة السفينة الجيروسكوبية (المسار الحقيقي للسفينة)، ومقياس سرعة السفينة (سرعة السفينة)، والميل الرأسي الثابت (ميل سطح السفينة، مُقاسًا كمستوى أفقي ومستوى أفقي مائل)، ومقياس سرعة الرياح (سرعة الرياح واتجاهها النسبيين). أيضًا، قبل بدء الاشتباك السطحي، كان ضباط FT يُدخلون يدويًا متوسط ​​السرعة الابتدائية للقذائف المُطلقة من فوهات مدافع البطارية، وكثافة الهواء. وباستخدام كل هذه المعلومات، كان جهاز Rangekeeper يحسب الحركة النسبية بين السفينة والهدف. ^{[ 1 ]} ثم يُمكن حساب زاوية الإزاحة وتغير المدى بين الموقع الحالي للهدف (خط الرؤية) وموقعه المستقبلي عند نهاية زمن تحليق القذيفة. ويُضاف إلى إزاحة الاتجاه والمدى هذه تصحيحات للجاذبية والرياح وتأثير ماغنوس الناتج عن دوران القذيفة وإشارات التثبيت الناشئة عن الوضع الرأسي الثابت وانحناء الأرض وتأثير كوريوليس . وكانت النتيجة أوامر اتجاه وارتفاع البرج. ^{[ 1 ]} أثناء العمليات السطحية، يتم إدخال نقاط المدى والانحراف وارتفاع الهدف (ليس صفرًا أثناء دعم نيران المدفعية) يدويًا.

كان جهاز Mark 41 Stable Vertical عبارة عن جيروسكوب للبحث عن الاتجاه الرأسي، وكانت وظيفته إخبار باقي النظام باتجاه الأعلى على متن سفينة تتأرجح وتتمايل. كما كان يحتوي على مفاتيح إطلاق البطارية. ^{[ 1 ]}

وفّر رادار مارك 13 إف سي معلومات دقيقة عن مدى الهدف، وعرض مسار القذائف حوله، مما مكّن ضابط المدفعية من تصحيح دقة التصويب باستخدام نقاط المدى والانحراف المُدخلة في جهاز تحديد المدى. ^{[ 1 ]} كما كان بإمكانه تتبع الهدف تلقائيًا من خلال التحكم في محرك توجيه الرادار. ^{[ 1 ]} وبفضل الرادار، أصبحت أنظمة التحكم في النيران قادرة على تتبع الأهداف وإطلاق النار عليها من مدى أبعد وبدقة أعلى ليلاً ونهارًا وفي الأحوال الجوية السيئة. وقد تجلى ذلك في نوفمبر 1942 عندما اشتبكت البارجة الأمريكية "يو إس إس واشنطن"  مع الطراد الحربي "كيريشيما" التابع للبحرية الإمبراطورية اليابانية على مسافة 18,500 ياردة (16,900 متر) ليلاً. ^{[ 69 ]} أسفر الاشتباك عن اشتعال النيران في "كيريشيما" ، وقام طاقمها بإغراقها في نهاية المطاف. ^{[ 70 ]} منح هذا الاشتباك البحرية الأمريكية ميزة كبيرة في الحرب العالمية الثانية، حيث لم يطور اليابانيون الرادار أو أنظمة التحكم الآلي في النيران بمستوى البحرية الأمريكية، مما وضعهم في وضع غير مواتٍ. ^{[ 69 ]} 

تُعدّ مصححات اختلاف المنظر ضرورية لأن الأبراج تقع على بُعد مئات الأقدام من جهاز التوجيه. يوجد مصحح واحد لكل برج، ويتم ضبط المسافة بين كل برج وجهاز التوجيه يدويًا. تتلقى هذه المصححات تلقائيًا اتجاه الهدف النسبي (الاتجاه من مقدمة السفينة) ومدى الهدف. كما تُصحّح ترتيب الاتجاه لكل برج بحيث تتقارب جميع الطلقات المُطلقة في وابل واحد على نفس النقطة.

لوحة التحكم في إطلاق النار هي التي تُهيئ البطارية. ^{[ 1 ]} وبواسطتها، يستطيع ضابط المدفعية دمج وتنسيق الأبراج الثلاثة مع نظامي التحكم في إطلاق النار. ويمكنه جعل جميع الأبراج تُتحكم بواسطة النظام الأمامي، أو جميعها بواسطة النظام الخلفي، أو تقسيم البطارية لإطلاق النار على هدفين.

كان مساعدو ضباط المدفعية وفنيو التحكم بالنيران يشغلون المعدات، ويتواصلون مع الأبراج وقيادة السفينة عبر الهاتف الصوتي ، ويراقبون مؤشرات جهاز مراقبة المدى وحالة النظام بحثًا عن أي مشاكل. وفي حال حدوث أي مشكلة، كان بإمكانهم إصلاحها أو إعادة تهيئة النظام للتخفيف من آثارها.

كانت مدافع بوفورز المضادة للطائرات عيار 40  ملم ، بلا شك، أفضل سلاح خفيف مضاد للطائرات في الحرب العالمية الثانية، ^{[ 71 ]} حيث استُخدمت على جميع السفن الحربية الرئيسية تقريبًا في الأسطول الأمريكي والبريطاني خلال الحرب العالمية الثانية من حوالي عام 1943 إلى عام 1945. ^{[ 71 ]} وكانت أكثر فعالية على السفن الكبيرة مثل سفن مرافقة المدمرات أو أكبر منها، وعند اقترانها بمحركات كهربائية هيدروليكية لزيادة السرعة، وبجهاز التوجيه مارك 51 ( في الصورة ) لتحسين الدقة،  أصبح مدفع بوفورز عيار 40 ملم خصمًا مرعبًا، حيث ساهم في إسقاط ما يقرب من نصف جميع الطائرات اليابانية بين 1 أكتوبر 1944 و1 فبراير 1945. ^{[ 71 ]}

كان نظام التحكم في إطلاق النار هذا (GFCS) نظامًا متوسط ​​المدى للتحكم في إطلاق النار المضاد للطائرات. ^{[ 72 ]} صُمم للاستخدام ضد الطائرات دون سرعة الصوت. ^{[ 72 ]} كما يمكن استخدامه ضد الأهداف السطحية. ^{[ 72 ]} كان نظامًا باليستيًا مزدوجًا. ^{[ 72 ]} وهذا يعني أنه كان قادرًا على إصدار أوامر إطلاق نار متزامنة لنوعين مختلفين من المدافع (مثل: عيار 38 بوصة/5 بوصات وعيار 50 بوصة/3 بوصات) ضد الهدف نفسه. كان راداره من طراز Mark 35 قادرًا على التتبع التلقائي في الاتجاه والارتفاع والمدى بدقة تضاهي أي تتبع بصري. ^{[ 72 ]} يمكن التحكم في النظام بأكمله من غرفة التخطيط الموجودة أسفل سطح السفينة، سواء بوجود مشغل أو بدونه. ^{[ 72 ]} سمح هذا بتحديد الهدف بسرعة عند اكتشافه وتحديده بواسطة رادار البحث الجوي للسفينة، قبل أن يكون مرئيًا من سطح السفينة. ^{[ 72 ]} كان زمن تحديد الهدف أقل من ثانيتين بعد أن يقوم رادار Mark 35 بتثبيت الهدف. ^{[ 72 ]} صُمم هذا النظام قرب نهاية الحرب العالمية الثانية، على ما يبدو ردًا على هجمات طائرات الكاميكازي اليابانية. وقد ابتكره إيفان جيتينج ، المذكور قرب نهاية تاريخه الشفوي ، وصمم حاسوبه المتصل أنتونين سفوبودا . لم يكن موجه المدفع على شكل صندوق، ولم يكن مزودًا بمحدد مدى بصري. وكان النظام يُدار بواسطة طاقم مكون من أربعة أفراد. ^{[ 72 ]} على الجانب الأيسر من الموجه، كانت قمرة القيادة حيث يقف ضابط التحكم خلف مشغل الموجه (المعروف أيضًا باسم مؤشر الموجه). ^{[ 73 ]} أسفل سطح السفينة في بلوت، كانت وحدة تحكم الرادار مارك 4 حيث يجلس مشغل الرادار ومتتبع الرادار. ^{[ 74 ]} كانت حركة الموجه في الاتجاه غير محدودة لوجود حلقات انزلاق في قاعدته. ^{[ 75 ]} (كان لجهاز توجيه مدفع مارك 37 وصلة كابل بالهيكل، وكان من الضروري فكها من حين لآخر). يوضح الشكل 26E8 في هذه الصفحة الإلكترونية جهاز التوجيه بتفصيل كبير. تُظهر الرسومات التوضيحية للنظام كيفية عمله، لكنها تختلف اختلافًا كبيرًا في المظهر الخارجي عن الآليات الداخلية الفعلية، ربما عن قصد. ومع ذلك، فهي تُغفل أي وصف مهم لآلية حاسوب الربط. يُعد هذا الفصل مرجعًا تفصيليًا ممتازًا يشرح الكثير من تصميم النظام، الذي يتميز ببراعته ونظرته المستقبلية في عدة جوانب.

في عملية التحديث التي أُجريت عام 1968 على حاملة الطائرات يو إس إس نيو جيرسي  للخدمة قبالة سواحل فيتنام، تم تركيب ثلاثة أنظمة تحكم في إطلاق النار من طراز مارك 56. اثنان على كل جانب أمام المدخنة الخلفية مباشرةً، وواحد بين الصاري الخلفي وبرج التوجيه الخلفي من طراز مارك 38. ^{[ 76 ]} وقد عزز هذا من قدرة نيو جيرسي على الدفاع الجوي، لأن نظام مارك 56 كان قادرًا على تتبع الطائرات الأسرع وإطلاق النار عليها.

تم تقديم نظام مارك 63 في عام 1953 للمدفع البحري المزدوج QF عيار 4 بوصات من طراز Mk XVI والمدفعين المزدوجين Mk.33 عيار 3 بوصات/50 . يتكون نظام التحكم الأرضي (GFCS) من جهاز تتبع رادار AN/SPG-34 ومنظار بندقية من طراز مارك 29. ^{[ 77 ] [ 78 ]}

طُرح نظام مارك 68 في أوائل خمسينيات القرن العشرين، وكان تطويرًا لنظام مارك 37، فعالًا ضد الأهداف الجوية والسطحية. جمع هذا النظام بين جهاز توجيه علوي مأهول، ورادار مسح مخروطي لاكتساب البيانات وتتبعها، وحاسوب تناظري لحساب مسارات المقذوفات، ووحدة تثبيت جيروسكوبية. رُكّب جهاز التوجيه في حامل كبير، وثُبّت الجهاز بأكمله في مستوى رأسي (محور ارتكاز الحامل). يقع هذا المحور في مستوى رأسي يشمل خط الرؤية.

في عام 1958 على الأقل، كان الحاسوب هو مارك 47، وهو نظام هجين إلكتروني/كهروميكانيكي. يشبه إلى حد ما مارك 1A، إذ كان مزودًا بمحولات كهربائية عالية الدقة بدلًا من المحولات الميكانيكية في الأجهزة السابقة، ومضاعفات باستخدام مقاييس جهد خطية دقيقة. مع ذلك، احتوى على مُكاملات قرصية/أسطوانية بالإضافة إلى أعمدة لربط العناصر الميكانيكية. في حين أن الوصول إلى معظم أجزاء مارك 1A كان يتطلب تفكيكًا دقيقًا ومُستهلكًا للوقت (قد يستغرق أيامًا في بعض الحالات، وربما أسبوعًا للوصول إلى الآليات المدفونة في أعماق الجهاز)، فقد بُني مارك 47 على ألواح دعم سميكة مثبتة خلف اللوحات الأمامية على منزلقات تسمح بسحب أقسامه الستة الرئيسية من غلافه للوصول بسهولة إلى أي من أجزائه. (عند سحب الأجزاء، كانت تتحرك للأمام والخلف؛ وكانت ثقيلة، وليست متوازنة. عادةً، تميل السفينة بزاوية أكبر بكثير من زاوية ميلها.) من المحتمل أن يكون لدى مارك 47 كاميرات ثلاثية الأبعاد للباليستيات، ولكن يبدو أن الحصول على معلومات عنها أمر صعب للغاية.

كانت الوصلات الميكانيكية بين الأجزاء الرئيسية تتم عبر أعمدة في أقصى الخلف، مع وصلات تسمح بالفصل دون أي تدخل، وربما نوابض تخفيف الضغط لتسهيل إعادة التوصيل. قد يظن المرء أن تدوير عمود الإخراج يدويًا في قسم مسحوب سيؤدي إلى اختلال محاذاة الحاسوب، لكن نوع نقل البيانات عبر هذه الأعمدة لا يمثل مقدارًا؛ بل إن الدوران التدريجي لهذه الأعمدة هو ما ينقل البيانات، ويتم جمعها بواسطة الفروق عند الطرف المستقبل. أحد هذه الأنواع من الكميات هو خرج أسطوانة المُكامل الميكانيكي؛ فموضع الأسطوانة في أي لحظة معينة غير مهم؛ المهم هو الزيادة والنقصان فقط.

في حين أن حسابات Mark 1/1A للمكون المثبت لأوامر المدفع كانت تقريبية، إلا أنها كانت دقيقة نظريًا في جهاز الكمبيوتر Mark 47، الذي تم حسابه بواسطة سلسلة محلل كهربائي.

استند تصميم الكمبيوتر إلى إعادة التفكير في مشكلة مكافحة الحرائق؛ حيث تم النظر إليها بشكل مختلف تمامًا.

استمر إنتاج هذا النظام لأكثر من 25 عامًا. توفرت نسخة مطورة رقميًا من عام 1975 إلى عام 1985، وظلت قيد الاستخدام حتى العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. وقد طُورت هذه النسخة المطورة رقميًا لاستخدامها في مدمرات فئة أرلي بيرك . ^{[ 79 ]}

كان رادار AN/SPG-53 رادارًا للتحكم في إطلاق النار تابعًا للبحرية الأمريكية، ويُستخدم بالتزامن مع نظام التحكم في إطلاق النار Mark 68. وقد استُخدم مع نظام المدفع Mark 42 عيار 5 بوصات/54 على متن طرادات من فئة Belknap ، ومدمرات من فئة Mitscher ، ومدمرات من فئة Forrest Sherman ، ومدمرات من فئة Farragut ، ومدمرات من فئة Charles F. Adams ، وفرقاطات من فئة Knox ، بالإضافة إلى سفن أخرى.

في عام 1961، رغبت البحرية الأمريكية في نظام تحكم رقمي محوسب لإطلاق النار لتحسين دقة قصف الشواطئ. أنتجت شركة لوكهيد إلكترونيكس نموذجًا أوليًا مزودًا بنظام التحكم الناري الراداري AN/SPQ-9 في عام 1965. إلا أن متطلبات الدفاع الجوي أخرت إنتاج نظام AN/SPG-60 حتى عام 1971. ولم يدخل نظام مارك 86 الخدمة إلا عند دخول الطراد الصاروخي الذي يعمل بالطاقة النووية الخدمة في فبراير 1974، ثم تم تركيبه لاحقًا على الطرادات الأمريكية وسفن الإنزال البرمائي. وكانت آخر سفينة أمريكية تتلقى هذا النظام هي يو إس إس بورت رويال  ، التي دخلت الخدمة في يوليو 1994. ^{[ 80 ]}

يتحكم نظام مارك 86 الموجود على سفن فئة إيجيس في مدافع مارك 45 عيار 5 بوصات/54، ويمكنه الاشتباك مع هدفين في وقت واحد. كما يستخدم نظام رؤية بصري عن بعد يعتمد على كاميرا تلفزيونية مزودة بعدسة تقريب بصري مثبتة على الصاري، بالإضافة إلى كل رادار من رادارات الإضاءة.

يتوفر نظام المدفعية مارك 34 بإصدارات متعددة. وهو جزء لا يتجزأ من نظام إيجيس القتالي على مدمرات الصواريخ الموجهة من فئة أرلي بيرك والطرادات المعدلة من فئة تيكونديروجا . يجمع هذا النظام بين حامل المدفع مارك 45 عيار 5/54 أو 5/62، ونظام الرؤية البصرية مارك 46 أو نظام الرؤية الكهروضوئي مارك 20، ونظام التحكم في إطلاق النار مارك 160 مود 4-11 / نظام حاسوب المدفع. تستخدم قوات بحرية أجنبية، بالإضافة إلى خفر السواحل الأمريكي، إصدارات أخرى من نظام المدفعية مارك 34، حيث يتميز كل تكوين بنظام كاميرا و/أو مدفع خاص به. يمكن استخدامه ضد السفن السطحية والطائرات المعادية القريبة، وكذلك في دعم نيران المدفعية البحرية ضد الأهداف الساحلية. ^{[ 81 ]}

تمت الموافقة على نظام التحكم بالنيران مارك 92، وهو نسخة أمريكية من نظام WM-25 المصمم في هولندا، للاستخدام في الخدمة عام 1975. ويُستخدم هذا النظام على متن الفرقاطة الصغيرة نسبيًا من فئة أوليفر هازارد بيري للتحكم في مدفع مارك 75 البحري ونظام إطلاق الصواريخ الموجهة مارك 13 (تم سحب الصواريخ منذ ذلك الحين بعد إيقاف استخدام النسخة الخاصة به من صاروخ ستاندرد). يستطيع نظام مود 1، المستخدم في سفن PHM (المتقاعدة) وسفن WMEC وWHEC التابعة لخفر السواحل الأمريكي، تتبع هدف جوي أو سطحي واحد باستخدام جهاز التتبع أحادي النبضة، وهدفين سطحيين أو ساحليين. أما فرقاطات فئة أوليفر هازارد بيري المزودة بنظام مود 2، فتستطيع تتبع هدف جوي أو سطحي إضافي باستخدام رادار الإضاءة المنفصلة للمسار (STIR). ^{[ 82 ]}

يحتوي نظام الحوسبة الخاص بالبندقية مارك 160 (GCS)، المستخدم في نظام سلاح البندقية مارك 34، على حاسوب وحدة تحكم البندقية (GCC)، ووحدة عرض حاسوبية (CDC)، ومسجل/مشغل أشرطة مغناطيسية ، وخزانة محكمة الإغلاق تحتوي على محول بيانات الإشارة ومعالج دقيق مثبت على البندقية ، ولوحة تحكم مثبتة على البندقية (GMCP)، ومقياس سرعة . ^{[ 83 ] [ 84 ]}