陀螺仪稳定瞄准镜：美国赢得二战的核心设备
陀螺仪稳定瞄准镜：美国赢得二战的核心设备
在第二次世界大战中，美国通过大规模生产陀螺仪稳定瞄准镜，不仅在轰炸、战斗机和防空等领域取得了压倒性优势，还彻底改变了战争的面貌。这种技术不仅提高了武器系统的精度，更重要的是大幅缩短了新兵的训练周期，使得他们能够迅速达到甚至超越对手老兵的水平。本文将详细探讨这种革命性技术在美国战场上的广泛应用及其深远影响。
想必现在所有的人对陀螺仪都不会陌生，我们的手机，游戏手柄和汽车车机里都有陀螺仪，能够很方便测量出当前的位置变化。陀螺仪的随时测量自身位移的优势使其可以作为瞄准镜和武器平台的稳定系统中枢，现代配备了陀螺仪的手机云台和无人机可以很容易稳定相机，使其在高速运动中仍能保持拍摄的清晰度，利用同等原理即可制造出陀螺仪稳定的瞄准镜。
在第二次世界大战中，虽然各国都或多或少研发了基于该原理的瞄准镜，但只有美国通过其强大的工业能力和近乎无限的资金预算，将陀螺仪稳定瞄准镜大量普及到水平轰炸、战机格斗、防空拦截乃至于坦克作战等所有的战场上，从而使得美国年轻的征召兵也能凭借这些“鹰眼”迅速捕捉对手，抹平自己和敌方老兵的差距，取得战争的压倒性主动权。今天，我们就来看看加速美国获取战场主动权，乃至于赢得战争的陀螺仪稳定瞄准镜。
诺顿瞄准镜——最为人所熟知的陀螺仪瞄准镜
诺顿瞄准镜是二战产量最大，最为知名（但并非是设计最优）的水平投弹瞄准镜
我们知道，水平轰炸是一项到现在都很难的基础战术能力。它的难点就在于，飞机投弹时炸弹并非是一经投出就直线下坠，而是在飞机水平运动的作用下具备了水平前进的惯性力，以及在重力作用下的自由下落的加速度，外加过程中受到摩擦阻力和外周风力影响。因此，炸弹的下落过程是非常复杂的，但大致会落到飞机投下时机下点沿着飞机行进方向前的一个点上。这样一来，为了打中目标，确定投下点就至关重要。但是，在飞机飞行途中，飞机自己也会受到很多干扰，比如飞机突然遭遇到的气流变化（包括自然气流和飞机编队的气流）、敌方炮击和飞机拦截导致飞机进行规避动作等，这样一来瞄准手就很难时刻保持瞄准目标。因此，二战前各国不约而同想到了一个有效的办法：
将陀螺仪系统应用于飞机投弹瞄准镜，以陀螺仪随时测量飞机运动姿态和标准姿态的变化值，从而驱动机械结构稳定光学镜头，使得投弹手能够不受干扰的瞄准目标。
1931年，美国海军将开发陀螺仪稳定的瞄准镜的重任交给了荷兰裔设计师卡尔·诺顿，日后诺顿瞄准镜便以他的名字命名。不过，日后将诺顿瞄准镜发扬光大的并非是美国海军——因为他们日后更多采用俯冲轰炸机来对抗日本——反而是美国海军的竞争对手，美国陆军航空队将其发扬光大。
现实中我们看到的美国陆军使用的诺顿瞄准镜，其实是1942年霍尼韦尔公司加以改进的诺顿瞄准镜，它由陀螺仪稳定瞄准镜、机电齿轮计算机和C-5飞机自动驾驶系统连锁构成，在飞机进入投弹航线时，轰炸机驾驶员将启动自动驾驶系统，此时飞机将自动转入平飞，由诺顿瞄准镜里的陀螺仪测量出飞机飞行误差，通过一套齿轮输入C-5自动驾驶仪，将飞机稳定飞行，轰炸瞄准手再操作瞄准镜对准需要攻击的目标，陀螺仪控制的瞄准物镜就会将目标锁定，自动保持在瞄准镜的中心。此时投弹手再根据实测天气情况，输入风速，自身飞行速度，投弹计算机就会自动启动，在计算机计算飞机飞到指定的投弹点后，自动投下炸弹。由于它可以规避人的影响稳定跟踪目标，并可以正确在计算投弹点投弹，命中率相比战前的靠光学瞄准镜和投弹手心算要大幅提升。
虽然美国对诺顿瞄准镜高度保密——甚至要求飞行员迫降后必须要破坏它才能投降，但不代表其他国家就没有诺顿瞄准镜，德国人凭借自己的特工，早在1938年就偷到了诺顿瞄准镜的实物，并仿制出更紧凑的Lotfe 7瞄准镜，而英国、苏联和日本也有自己类似的产品。但是，相比其他的国家，美国诺顿瞄准镜的最大优势是它惊人的产量，美国陆军先后委托6家工厂代工，以单价8200美元（注意，二战美国谢尔曼坦克只有50000美元，P-47战斗机也不过70000美元，B-17轰炸机才13万美元，而一把加兰德步枪仅40美元）的造价，生产了超过72000台之多！要知道，除了美国外，苏联，英国，德国，日本的双引擎轰炸机及以上的轰炸机总产量，也不过这个数字！因此，在除了美国之外的国家，陀螺仪稳定瞄准镜因产量有限仅能在少量飞机运用，只能优先配发轰炸机队领队机，其他飞机跟随领队投弹，而美国却能将其轻松普及到任何一款可以水平轰炸的飞机——自然也包括美国海军的TBD,TBF鱼雷机，这种数量上压倒性的优势，最终让美国轰炸机彻底摧毁了陆地和海上的所有的目标。
Lotfe 7瞄准镜比原版诺顿精简很多，但是产量完全无法媲美美国
二战日本大多数水平轰炸机仍只能使用光学瞄准系统
在美国之外的大部分国家，除了领队机和较高等级的大型轰炸机，一般的飞机配备都是如二战日本陆攻采用的光学瞄准镜，它没有陀螺仪稳定，也没有联动自动驾驶仪，因此日本飞行员只能依托长期的训练，靠人工将飞机稳定平飞，然后投弹手使用瞄准镜观察下方目标，瞄准镜中央的刻度可以用来估算飞机投弹的中点和目标的距离，而气泡则用来指示飞机此时的姿态，只有飞机保持水平飞行，气泡才会在横轴和纵轴的交点中心，以此来确定飞行姿态是水平的。然后，瞄准手靠心算估测出来投弹点，并按动电门释放炸弹。由于整个过程没有计算机和陀螺仪干预，因此只能依托和平时代大量的训练，根据《炎之翼》一书对于日本702航空队1943年进驻拉包尔后首次热身训练的记录，全队12架一式陆攻，在高空水平投弹科目时，只有1人成功命中地面长一百米，宽30米的无人岛椰子林，取得优胜成果。这样一来，当美国和日本互相进行消耗战，双方老兵都迅速折损时，美军新兵仍可以凭借较强的瞄准仪确保自己的投弹不至于太过离谱，而日本新兵就完全只能向天照大神祈祷了。
美国著名的孟菲斯美女号机组都是1942年应征入伍，在1943年第一个完成25次实战部署后凯旋归国，整体训练和战斗只有一年时间，但美国这些新兵仍凭借装备的绝对优势取得了战场的主动权
战机陀螺仪瞄准镜——取得空战压制性胜利的鹰眼
既然陀螺仪瞄准镜能稳定水平投弹的视场，那么在角度变化更为剧烈的战斗机上，它的效能就更强大了。
在二战初期，各国的战斗机普遍开始从早期的望远镜式光学瞄准镜过渡到反射瞄准镜。所谓的反射式瞄准镜，就是通过一个投影仪，将一个瞄准环透过反射镜反射到驾驶员的眼睛，后来枪械的红点镜就是利用这种原理，这样使得飞行员不必开着飞机时把眼睛凑到光学瞄准镜筒上，更有利于做高G机动。但是，这种瞄准镜也有一个缺点，那就是投出的瞄准环仍然是相对飞机机动方向静止，在飞行员和对方狗斗时仍只能靠心算计算开火提前量。
因此，在美国空军在欧洲部署，和英国同行相互交流后，美国决定为自己的战斗机配备陀螺仪稳定光圈的自动光学瞄准镜，在引进了英国费伦梯（Ferranti）公司的技术后，开发出了决定性的K-14陀螺仪稳定自动瞄准镜，它通过将陀螺仪、机电计算机和反射瞄准镜结合起来，首先驾驶员根据识别手册的数据，将敌方飞机的翼展设置为光圈宽度，这样敌机被光圈套上时正好就是最优开火距离；飞机起飞后，只要驾驶员激活瞄准镜，瞄准镜的陀螺仪就会自动跟踪飞机姿态，并将光圈位置向飞机行进的反方向挪动，以体现飞机机动时炮弹实际上会“稍稍落后”机体方向的特点，这样就能将光圈中心和实际的炮弹轨迹相互对应。
这样一来，当敌我飞机遭遇时，驾驶员只需要将晃动的光圈压在敌机身上，按动电钮即可将子弹射向敌人，不再需要靠心算估计提前量，这样命中效率就会成倍提高，同时也大大降低了合格飞行员的培养周期，任何一个能够熟练掌握这样瞄准器的飞行员，只需要在和敌人战斗时保持冷静，发扬P-51优良的飞行性能，将敌人套入光圈就可以击落任何敌人。因此，当同时具备了良好飞行性能，较大的航程和精准的火力的P-51D出现在战场上后，无论是西方的德国，还是东方的日本，都同时哀叹“末日到来”了。
陀螺仪稳定高射炮瞄准镜——马里亚纳猎火鸡大赛的“鹰眼”
很多历史爱好者都会有一个奇怪的问题，为什么日本二战时大和号装备了150门25mm高射炮，仍然只能在飞机围殴下被打成漏勺；而美国战舰在面对马里亚纳海战数十飞机的围攻时，却能将其歼灭大半，让日本的进攻化为乌有呢？其实，这背后同样也有陀螺仪稳定高射炮瞄准镜的巨大功劳。
1942年，美国在“惯性导航之父”查尔斯·斯塔克·德雷珀博士的组织下，为海军研发了MK-14陀螺感测自动提前角瞄准具。
MK14瞄准镜的原理和K-14瞄准镜操作原理就像它们的代号一样很相似，首先在战斗前要启动陀螺仪预热30分钟，让陀螺仪转速达到规定的转速后，机电计算机就可以自动根据高炮和船舶的移动计算出炮弹的预计落点，然后炮手将光圈尺寸设置为和对方战斗机机翼宽度相当的大小，就可以在将敌人套入后确保自己在最优的开火距离，之后就是扣动扳机击毁敌机。由于这套系统相当容易学习，加上它可以安装在任何的高射炮之上，包括美国博福斯40mm高射炮和厄利空20mm高射炮，因此美国所有的战舰高射炮都如同长了鹰眼，可以捕捉到任何突破远程防空网（战斗机和装备近炸引信的127mm雷达制导高射炮）的漏网之鱼，因此日本后期参与进攻的飞机虽然数量繁多，但在美国有效的防空拦截下只会白白的损失，最后只能靠自杀战术进攻美军（反正投弹后也几乎无法回去）。
日本海军的FCS
USS_1914 · 479阅读
相比之下，日本的高射炮操作设备就惨淡得多，且不说日本大口径高射炮始终没法得到雷达制导，也没有研发和大规模生产近炸引信的能力，也没有好用的机载无线电协调空中拦截机，而且就算是日本的工业结晶——大和级战列舰，所配备的代表日本最尖端的98式方位盘和94式高射指挥仪，也没配备陀螺仪稳定的光学系统，只能靠防震台些微减弱舰船摇摆时对于成像的干扰，甚至大和号的主炮齐射也不是靠陀螺仪稳定的射击控制器在战舰横摇归零时发射，而是靠炮手经验自行判断开火时机，这种技术的绝对差距使得就算是大和号在萨马岛海战目视到了美国护航航母舰队，也难以发挥460mm舰炮的压倒性优势将其全歼。
日本高射装置的测距仪没有陀螺仪稳定，难以在剧烈摇摆下稳定追踪敌机
代表日本最尖端技术的九八式方位盘，由于没有陀螺仪稳定，而是安装在了防震台上。讽刺的是，这套精密的光学系统在武藏号被鱼雷击中时就直接损坏，彻底丧失了指挥主炮射击能力，这使得舰长猪口敏平死前仍耿耿于怀
至于日本大和号被击沉前临时加装的25mm机炮，那就只能更加惨淡，由于只有简陋的铁圈式瞄准镜，射击的一切都需要射手凭借心算完成，再加上96机炮射击震动大，弹匣容量低等先天劣势，几乎难以击落美国后期越来越快的轰炸机和鱼雷机，以至于大和号被击沉前仅换掉了10架美国飞机，这还是大和号和第二水雷战队合作的全部成果。
25mm机炮没有任何光学瞄准镜，只能靠射手心算开火
因此，美国二战能够在舰队防空取得了远远超越日本对手的战绩，并非是某些人一直鼓吹的“日本因短缺优秀飞行员”导致的，而是美国在全作战系统的压倒性优势，雷达火控系统、陀螺仪稳定射击瞄准镜和无线电近炸引信，加上护航战斗机强大的性能，这些都是日本人无论如何靠“个人能力”无法超越的不可逾越之壁。
陀螺仪除了在轰炸，战机和防空瞄准镜上大量运用外，还在鱼雷、潜艇、飞机自动驾驶系统方面广泛运用，在此不一一列举。但是，陀螺仪并非是只有美国一国的专利，各国实际上都有生产陀螺仪的能力，美国真正的可怕之处在于二战巨大的扩产能力，能够将别的国家视为极度精密而不适合大量生产的陀螺仪稳定系统进行巨大的规模生产，仅诺顿瞄准镜就产量超过70000台，算上本文其他的陀螺仪稳定瞄准镜则超过10万台，如此巨大的产量造就了它们铺开列装的广度，使得陆军，海军的新兵经过短期培训后，就能轻易达到甚至凌驾于德国日本的老兵才具备的打击精度，完全弥补了美国参战晚，人员培训周期短的天然劣势，进而迅速将胜利天平扭向同盟国一侧。这也充分告诉我们，在大规模战争下，不仅是要大量生产武器，大量培养人员，关键是大量生产技术先进的武器，大量培养合格的专业人员，这才能够以更少的人员伤亡，更高的作战效率，大幅度加快胜利的进程。