V druhé části naší pouti k počátkům digitálního věku se budeme věnovat prvním graficko-mechanickým kalkulátorům, jejichž vývoj, jak už to v dějinách bývá, hnaly vpřed námořní zbrojní závody mezi Velkou Británií a Německem (první v historii). Aby nebyl článek příliš rozsáhlý, bude popis prvního amerického počítače pro zaměřovaní lodních děl uveden až v další části, kde snad dojde i na gyroskopy.

Stůl pro řízení palby Dreyer

Nejpokročilejším a nejvšestrannějším graficko-mechanickým kalkulátorem na britských kapitálních lodích v období před první světovou válkou (a během ní) byl Dreyerův stůl pro řízení palby (Dreyer Fire Control Table). Frederic Charles Dreyer byl souputníkem kapitána Percyho Scotta a v letech 1900–1902 sloužil jako dělostřelecký důstojník na těžkých lodích Royal Navy. V roce 1907 se stal zkušebním dělostřeleckým důstojníkem na HMS Dreadnought a po návratu ze zkušební plavby zaujal místo náměstka ředitele Námořního výzbrojního úřadu kontradmirála Johna Jellicoea, za bitvy u Skagerraku velitele Grand Fleet. V témže roce Dreyer asistoval při zkouškách zaměřovacího přístroje Argo vynálezce Arthura Pollena, který byl namontován na křižník HMS Ariadne. Poté mu Jellicoe nabídl post vlajkového kapitána, napřed na HMS Prince of Wales (Atlantická flota) a poté na HMS Hercules (2. divize Domácího loďstva).

Po celou tu dobu se kapitán Dreyer zabýval problematikou zaměřování lodních děl a v roce 1911 předložil prototyp graficko-mechanického kalkulátoru, který měl podobu masivního stolu z traverz, takže oprávněně dostal název Dreyerův stůl pro řízení palby, později označený jako Mark II. Byl to vlastně jen pokusný vzorek, nicméně britská admiralita mu dala přednost před Pollenovým přístrojem. V podstatě Dreyer neudělal nic jiného, než že spřáhl dumaresq se zapisovači a podpůrnými mechanismy, jako byl gyrokompas.

Stůl pro řízení palby Dreyer Mk IV.

Dreyer Table Mark III, což byl první sériově vyráběný model zavedený do výzbroje v letech 1912–1913, měl čtyři základní části. Asi nejdůležitější byl vykreslovač vzdálenosti (range plot), vykreslující graf předpokládané vzdálenosti cíle na papír o šíři 46 palců, který se odvíjel před operátorem konstantní rychlostí a na němž se spojitě vykreslovaly korigované údaje z dálkoměru. Hodnoty vzdálenosti se pak vyčítaly na ryté stupnici, umístěné napříč nad posunujícím se papírem. Vykreslovač vzdálenosti se průběžně zdokonaloval, kupříkladu se zavedl děrovací kód, který udával, z kterého dálkoměru data pocházejí, a krátce po bitvě u Skagerraku se zkoušelo použít psací stroj.

Obdobnou konstrukci měl vykreslovač náměru (bearing plot), který však měl menší rozměry (používal papír o šířce 16 palců). Vykresloval velikost úhlu na cíl, korigovaného odklonem vlastního kurzu, ale podle připomínek po bitvě u Skageraku trpěl při manévrovém boji s častými obraty a změnami kurzu podstatnými nedostatky, takže byl v roce 1918 nahrazen zdokonaleným vykreslovačem Standard Bearing Plot.

Srdcem Dreyerova stolu pro řízení palby byl dumaresq, který sloužil jako zdroj dat pro vykreslovače. Samotný dumaresq sice zohledňoval vlastní manévrování, avšak mohl poskytnout spolehlivé palebné prvky jen proti nemanévrujícímu nepříteli, kdežto Dreyerovy stoly pro řízení palby zautomatizovaly celý proces do té míry, že se daly zaměřovat i manévrující cíle. Později přibyl druhý dumaresq, který korigoval vliv větru.

Čtvrtou podstatnou součástí byl elektricky poháněný hodinový strojek pro vzdálenost (range clock) jako důležitý nástroj pro snížení pracovní zátěže celého přístroje a jako prostředek, který umožňoval aproximovat výstupní údaje v případě, že se přechodně zhoršila viditelnost a tok dat z dálkoměrů se přerušil. Pozdější Dreyerovy stoly měly tyto „hodiny“ připojené přímo k dumaresqu, takže jejich chod byl ještě plynulejší.

Většina těchto kalkulátorů pak měla ještě „hodiny“ náměru, které pomáhaly doplňovat údaje o náměru na cíl získané z dumaresqu. (Je třeba odlišovat náměr (bearing) jako pojmenování vodorovného úhlu, pod nímž je, měřeno od přídě, vidět nějaký předmět z paluby lodě, od náměru (elevation),označujícího svislý úhel hlavně děla.) U prvních Dreyerových stolů tyto hodiny nahrazoval pevný údaj, který musel operátor ručně aktualizovat. Nakonec je třeba se zmínit o zařízení Spotting Corrector Gear, které ovládalo pisátka a upravovalo jejich pohyb, aby byly vykreslované grafy pokud možno plynulé. První modely Dreyerova stolu pro řízení palby obsluhovalo sedm operátorů, poslední, který byl osazen na bitevním křižníku HMS Hood, pak až 30 lidí (jak ukazuje přiložený půdorys vysílací stanice, Dreyerův stůl uprostřed obsluhovalo 10 operátorů, celou stanici pak 28 osob).

Půdorys pancéřované vysílací stanice na HMS Hood

Samozřejmě tento kalkulátor patřil ve své době k nejpřísněji střeženým vojenským tajemstvím, což se stále projevuje na nedostatku informací. Údaje, na kterých lodích, odkdy a jaké modely Dreyerova stolu byly osazeny, jsou neúplné. V červnu 1918 sice Dělostřelecký odbor britské admirality vydal příručku Handbook for Capt. FC Dreyer’s Fire Control Tables, kde je na str. 3 uveden seznam lodí, vybavených Dreyerovým stolem pro řízení palby, avšak i tento nejkompletnější zdroj obsahuje chyby a jeho údaje nejsou spolehlivé.⁴³

Argo Clock

Dreyerův graficko-mechanický kalkulátor nebyl jediný zaměřovací přístroj, který se před první světovou válkou britské admiralitě nabízel. Existoval konkurenční přístroj, zasluhující si už pojmenování analogový počítač, a to „hodiny“ Argo vynálezce Arthura Pollena. Pollen vlastnil továrnu na tiskařské stroje a kolem roku 1900 se na Maltě prostřednictvím příbuzného Williama Goodenougha, komandéra Royal Navy, seznámil se zoufalým stavem zaměřování lodních děl, neboť při cvičných střelbách nebylo výjimkou, že granáty míjely terče o více než kilometr. Pollen též znal práce lorda Kelvina o harmonickém analyzátoru a principy mechanického integrátoru.

Pro zaměření je nejpodstatnější znát pozici cíle a jeho relativní pohyb vzhledem ke střílející lodi. Pollen tedy vyvinul pro tato data záznamovou jednotku a přidal do systému gyroskop, který zachycoval odchylky kurzu střílející lodě. Přitom využil poznatků z konstrukce řádkových sázecích strojů, především zkušeností konstruktéra Harolda Isherwooda. Zkoušky z let 1905 a 1906 byly sice neúspěšné, ale ukázaly cestu, takže v roce1907 mohl být prototyp vyzkoušen na HMS Ariadne. Pollen v roce 1909 založil firmu Argo Company, do jejíhož držení přešla v roce 1910 společnost Thomas Cooke & Sons, jež začala vyrábět komponenty jeho přístroje.

Admiralita jeho snahy zpočátku podporovala, ale když se do projektu zaměřovacího kalkulátoru dal Dreyer, rozhodla se uspořádat v roce 1912 srovnávací test. Dva stoly Dreyer byly instalovány na bitevních křižnících HMS Lion a Princess Royal, zatímco HMS Queen Mary dostala přístroje Argo. Dreyerovy stoly sice měly přednost ve vykreslovačích, ale ve všech ostatních ohledech si byla obě zaměřovací zařízení rovna. Avšak „hodiny“ Argo byly pokročilejší, kompaktnější a všestrannější. Jejich výhodou též bylo, že dokázaly zachycovat dráhu cíle bez ohledu na změny kurzu vlastního plavidla, což se Dreyerův stůl „naučil“ až u pozdějších verzí. Přesto dala britská admiralita přednost Dreyerovi, neboť jeho zařízení bylo levnější a méně komplikované. A také zřejmě i proto, že Dreyer jako profesionální námořní důstojník a dělostřelecký odborník byl „její člověk“, kdežto Pollen jako civilista a maximálně nadaný amatér „vetřelec“. Nicméně britský námořní historik John Roberts v knize Battlecruisers soudí, že i přes všechny proklamované přednosti mělo zařízení Argo vážné nedostatky, neboť tvořilo pouze část většího systému ve větší míře závislého na vstupu přesných údajů o cíli než na vlastním zpracování.⁴⁸

Nicméně základní rozdíl mezi Dreyerovým a Pollenovým přístrojem spočíval v koncepci. Zatímco Dreyerův stůl zaznamenával odděleně oba palebné prvky, tedy vzdálenost a úhel cíle, v závislosti na čase, Pollenův Argo bral oba údaje z jednoho dálkoměru a současně vykresloval v půdorysu pohyb jak vlastní lodě, tak cíle. Původní Dreyerova konstrukce též postrádala gyroskop, avšak první sériový model Mark III ho již měl.

Analogový počítač pro řízení palby Argo Clock

Kolem roku 1910 vyvinul Pollen celý zaměřovací systém Argo sestávající z analogového počítače Argo Range Clock, vykreslovacího stolu Argo Plotter a gyroskopem stabilizovaného dálkoměru Argo Rangefinder. (Prozraďme dopředu, že to byl jeden z prvků jak se vyrovnat s problémem palby z kolébající se lodě.) Celý systém pracoval automaticky, ale právě to hodnotila admiralita negativně, kdežto u Dreyerova stolu oceňovala, že se do něho dají ručně vkládat korekce a že bere data z několika dálkoměrů.

Zdrojem dat Pollenova systému byl optický dálkoměr Argo Rangefinder, který souběžně podával data jak o vzdálenosti, tak o náměru na nepřítele. Zatímco tehdejší systémy potřebovaly dva přístroje se dvěma operátory – jeden stanovoval vzdálenost a druhý náměr na cíl (v dělostřeleckém názvosloví odměr) – Pollen díky tomu, že spřáhl s dálkoměrem gyroskop, který zachycoval změny kurzu vlastní lodě, mohl použít jediný přístroj. Okamžitá hodnota obou údajů se fixovala sešlápnutím pedálu, z něhož šel pomocný signál do počítače, že právě vysílaná data jsou aktuální, což vykreslovač označil pomocnou značkou pisátka. Spolu se vzdáleností a odměrem se fixační signál přenášel po drátech a k vysílání sloužily asynchronní vysílače.

Vykreslovač Argo Plotter vykresloval skutečný kurz, nikoli změny záměrného úhlu, jak tomu bylo u Dreyeru, a tudíž vlastně poskytoval grafický záznam bitvy. To sice byl významný příspěvek k zadokumentování boje, avšak takový záznam jen málo přispíval ke zpřesnění palby.

Jinak tomu bylo s analogovým mechanickým počítačem Argo Clock, jenž tvořil jádro systému. Jednalo se o kompaktní celek s velmi dobře navrženým ovládacím panelem, který jakoby předběhl dobu. Měl knoflíky pro vložení počátečních údajů, které se poté průběžně přepočítávaly podle měnící se palebné situace. Z přehledných indikátorů se dala snadno odčítat vzdálenost, odměr, odklon a další prvky pro řízení palby, ale jednalo se spíše o kontrolu, neboť výstupní hřídele umožňovaly přímý přenos vzdálenosti a odchylek do dělových věží a k dělům.⁴⁴

Zaměřovací systém Argo nebyl nikdy v úplnosti použit, britská admiralita upřednostnila Dreyerův stůl, nicméně převzala 45 Pollenových gyroskopem stabilizovaných dálkoměrů Argo Rangefinder a jeho analogový počítač Argo Clock si našel cestu do modelu Dreyer Table Mark II, kde nahradil elektrické dumaresqy. Uvolnila celý zaměřovací systém pro export, takže se Pollenovi podařilo prodat své přístroje do Ruska a před vypuknutím války do Rakouska-Uherska, ale tam nikdy nedošly – údajně se ztratily na poště, ale spíše v tom měla prsty britská námořní zpravodajská služba. Pro Pollena též bylo zadostiučiněním, že se jeho počítač Argo stal základem amerického zaměřovacího systému Ford a vůbec všech analogových dělostřeleckých zaměřovačů, kdežto Dreyerovo řešení vyústilo do slepé uličky. 

Podle třídění zaměřovacích přístrojů, později zavedeného v US Navy, představovaly Dreyerovy stoly vrcholné řešení tzv. analytického přístupu, který vyvozoval vzdálenost cíle primárně z pozorování, kdežto Pollenův Argo Clock byl prvním přístrojem, který využíval syntetický přístup, tj. začínal s nějakou předpokládanou hodnotou, kterou upřesňoval srovnáváním s měřenými údaji. Analytický přístup je sice přímočařejší a na první pohled logičtější, avšak nedovede si poradit s chybami pozorovatelů. Oproti tomu syntetický přístup vede ke snadnějšími odfiltrování chybných údajů.⁴⁹

Po bitvě u Skagerraku Pollen veřejně vystoupil s kritikou admirála Jellicoea, snad v odvetě za to, že právě on se nejvíce stavěl proti jeho systému. Když se během války část dělostřeleckých důstojníků vyjádřila kriticky k Dreyerově stolu a požadovala zavedení Pollenova systému, vydal Jellicoe jako vrchní velitel Grand Fleet rozkaz, v němž důstojníky varoval, že pokud budou v kritice pokračovat, budou suspendováni. Otázka, zda měly být britské dreadnoughty a superdreadnoughty vybaveny Pollenovým systémem místo Dreyerových stolů, zda by pak bitva u Skagerraku dopadla jinak, je mezi experty a badateli stále živá.⁴⁵

Řízení palby u HMS Dreadnought

Pro představu, jak ucelené byly první systémy pro řízení palby, si uveďme, jakým systémem disponovala britská bitevní loď HMS Dreadnought z roku 1906, která dala název celé nové třídě revolučních plavidel jen s velkými děly, pohonem parními turbínami a právě komplexním zaměřovacím systémem, takže všechny bitevní lodě staré konstrukce s dělostřelectvem dvojí ráže a pohonem parními stroji rázem měly cenu starého železa.

Dreadnought byl jedním z prvních plavidel Royal Navy, u nichž se palebná data přenášela do dělových věží elektricky. Stanoviště se zaměřovacími přístroji pro hlavní baterii se nacházela na vršku předního stěžně (který byl trojnožkový, aby odolal poškození v boji a nepřenášel vibrace) a na střeše signální věže nad můstkem. Údaje z dálkoměrů FQ-2 Barr & Stroud o základně 2,7 m se vkládaly do mechanického kalkulátoru Dumaresq a elektricky přenášely do nového prvku zaměřovacího systému, do tzv. vysílacích stanic v podpalubí, jak se nazývaly nově uspořádané lodní centrály, kde ciferníkové přístroje pro korekci vzdálenosti (hodiny) Vickers přepočítávaly data na výsledné hodnoty elevace a odměru pro děla. Jako záloha elektrického přenosu zůstaly osazeny mezi zaměřovacími stanovišti a vysílacími stanicemi zvukovody. Data o cíli se též graficky zanášela na vykreslovací stoly, aby dělostřelecký důstojník mohl aproximovat kurz a rychlost cíle. Dělové věže, vysílací stanice a zaměřovací stanoviště se daly propojit téměř ve všech kombinacích.

Dělostřelecké zkoušky v roce 1907 prokázaly, že zaměřovací systém Dreadnoughtu je náchylný na poškození vlastní palbou (tlakovými vlnami) a navíc zaměřovací stanoviště na předním stěžni oslepoval dým z předního komínu. V letech 1912–1913 došlo k modernizaci zaměřovacího systému, dálkoměr na signalizační věži obdržel gyroskopickou základnu Argo a věže A a Y výbavu jako záložní zaměřovací stanoviště. Na kompasové plošině přibyl další dálkoměr 2,7 m a hlavní vysílací stanice obdržela stůl pro řízení palby Dreyer Mark I, který spojoval funkci mechanického kalkulátoru Dumaresq, ciferníkového přístroje Vickers a vykreslovacího stolu.

Vývojový model ústředního zaměřovače podle Scotta

V roce 1905, kdy se HMS Dreadnought teprve projektovala, navrhl kontraadmirál Percy Scott pro tuto loď též revolučně nové řízení palby založené na ústředním zaměřovači (fire director), avšak to bylo pro britskou admiralitu příliš novinek najednou, takže direktor palby dostala HMS Dreadnought později. (Na přiložené ilustraci není kvůli přehlednosti zobrazen dálkoměr.)

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

Odkazy:
43. http://dreadnoughtproject.org/tfs/index.php/Dreyer_Fire_Control_Table
44. http://www.dreadnoughtproject.org/tech/essays/FireControl/ArgoAimCorrector/
45. https://www.tapatalk.com/groups/warships1discussionboards/argo-clock-vs-dreyer-table-t30278.html
48. John Roberts, Battlecruisers, Chatham Publishing 1997, str.92
49. Norman Friedman, Naval Firepower, Battleship Guns and Gunnery in the Dreadnought Era, Seaforth Publishing 2008, str. 40

Příště: Rangekeeper Hannibala Forda, řízení palby v Kaiserliche Marine a ústřední zaměřovací systémy.