794.防空利器无线电近炸引信上

本文是“燃烧的岛群”第794篇原创文章，作者：阿登的苦林。

作者简介：阿登的苦林，山东人，喜欢二战及暗斗军事，尤其是宁靖洋战争、苏德战争和暗斗兵器设备，曾在“空军之翼”等网站颁发过多少文章。

全文共5314字，配图4幅，浏览必要14分钟， 2022年4月5日首发。

【注】本文编译自2020年9月刊的《军事汗青》（Military History）杂志上的一篇文章，原作者是迈克尔-罗宾斯（Michael W. Robbins）。罗宾斯曾担任过《军事汗青》和《军事汗青季刊》杂志的编纂。

“近炸引信是二战时代联盟国守旧得最好的机密——一个代价数十亿美元的机密。”

图1：作为战时严厉的保密轨制下研发出的一项工程技术杰作，近炸引信极年夜地晋升了防空火炮和野战火炮的杀伤力

1943年1月5日凌晨，四架日本爱知公司临盆的九九式舰载俯冲轰炸机（D3A）突然打击了美国水师的一支特混舰队，其时美军的这支特混舰队正在瓜达尔卡纳尔岛外海开展行为。只管飞行速率较慢且已经老旧过期，但日军的九九式俯冲轰炸机（盟军给其取的外号是“瓦尔”）仍旧是一年夜威逼，由于其投弹精度较高并且航程较远。在日军的这支飞行编队遭到美军射击并结束进击之前，此中一架“瓦尔”已经投弹射中了隶属于该特混舰队的皇家新西兰水师的“阿基里斯”号轻巡洋舰。对此，美国水师“海伦娜”号轻巡洋舰上的防空炮手们险些是不假思索地就朝着拜别的“瓦尔”射出了一片猛烈的弹幕。“海伦娜”号轻巡洋舰上的防空火力包含十余门5英寸（127毫米）口径的火炮，外加多门射程较近的20毫米口径和40毫米口径高射机关炮。两轮5英寸口径火炮的齐射敲失落了一架“瓦尔”，却不是经由过程直接射中而击落的。相反，在“海伦娜”号轻巡洋舰射出的炮弹中，至少有一枚是从间隔日军俯冲轰炸机足够近的间隔上飞曩昔的，近到其可以或许爆炸并发生足以给飞机造成致命损伤的破片。

只管这一变乱在其时并未引起公开的存眷，但此次征战标记着汗青上火炮和防空作战的一年夜变更时候：敌机初次可以被无准确对准射击的炮弹近炸而击落。

在战役中，“海伦娜”号轻巡洋舰的5英寸火炮初次射出了一种革命性的炮弹，这种炮弹安装有一种近炸引信，或者说，这种炮弹安装了一种名字带有诱骗性的引信——变时（variable time，VT）引信。“海伦娜”号上的炮手们取得的此次战役成功是一项为期数年的研讨的结果，这项研讨由技术、工业和军事方面的职员配合介入，并有美国全国规模内的浩繁研讨职员和一百多家工场投身此中。到战争停止时，美国的劳动年夜军已经组装和临盆了不下2200万枚这种新型引信，每枚引信包括约130个微电子元件（就其时的技术程度而言）；以20世纪40年月的美元币值计算，其消费跨越了10亿美元（依照2020年的币值计算年夜约为150亿美元）。

图2：5英寸近炸引信炮弹战役部的年夜小和一品脱牛奶瓶差不多。繁杂而又周详的VT引信是在一个基本不知道晶体管和集成电路为何物的年月诞生的

无论是用在防空射击的高射炮弹上，照样用在地面战役的野战火炮上，这种新型引信的战役效能都是直接和扑灭性的，并极年夜地袭击了仇人的士气。在战争时代，这一项目始终是被严厉守旧的秘密，是以遭遇这类火力袭击的日军和德军始终未能意识到为何盟军的炮火突然变得如斯残暴、精准和致命。

第一次天下年夜战已经证实了如许一个履历教训，即空中战争的威力和有用性。斟酌到航空技术的飞速成长，近炸引信的理念是很吸惹人的，并且许多人差错地以为研制如许一种引信是易如反掌的。早在20世纪30年月初，德国人就开端动手为火炮和炸弹研制如许一种引信，他们的这种尽力一直连续到了第二次天下年夜战时代，但终极德国人的结论是，这一理念是行欠亨的，近炸引信永久弗成能适用化。日本人也投入精神研发过这类引信，并且现实上他们研制出了一种可以事情的近炸引信，不外，他们将这种引信利用到战争中的光阴太晚了，以至于未能施展出决议性的作用，并且日本人对这种引信也仅仅实战运用了一次——安装在一枚投下的炸弹上。

20世纪30年月末，英国科学家也开端研制近炸引信，他们充足办理了一系列固有的问题，并对勉强有用的样机进行了测试。英国人的尽力终极受阻于本钱超支和两方面的挑战：一方面是元器件的微型化，另一方面是年夜范围批量临盆的可行性。当战火烧到英国人家门口之后，他们与美国人分享了本身的研讨结果，并开端与美国人其时正在进行的引信研讨项目睁开互助。

美国国防研讨委员会（U.S. NDRC）成立于1940年夏，该委员会作为沟通美国科学院与美国国防部之间的一条纽带而施展作用。其时，执掌国防研讨委员会年夜权的是在麻省理工学院上过学的有名电气工程师暨创造家万纳瓦尔-布什（Vannevar Bush），恰是此人向富兰克林-罗斯福总统提出了成立国防研讨委员会的建议。听说，罗斯福总统险些是不假思索地就同意了布什的发起。

为相识决各个军军种所面对的无数军事问题，国防研讨委员会成立了多个分外部分。此中，T部分卖力研制一种可用的近炸引信，供年夜口径火炮使用。荣幸的是，在1940年8月，该部分获得了梅尔-图夫（Merle Tuve）的有力指示。梅尔-图夫是华盛顿卡内基研讨所的一名物理学家，他学养深挚且富有立异精力。在图夫睿智的引导下，好几位科学家和工程师开端摸索该若何设计如许一种装备（近炸引信）并将其投入临盆。该研讨项目很快就超越了卡内基研讨所的才能规模，在这种环境下，一家新的研发机构——在约翰-霍普金斯年夜学名下成立的利用物理试验室（APL）参加了进来。该项研讨的主要军事用户是美国水师，由于美国水师异常担忧其舰艇在面临空袭时的懦弱性。在1941年日军对夏威夷群岛珍珠港动员的扑灭性狙击中，美国水师的这一担忧获得了血淋淋的证实。

图3：美国华盛顿卡内基研讨所的物理学家梅尔-图夫

很显著，对每位认识传统高射炮的缺陷的人来说，研制一种适用的、不必要“计算并设准时间到目的高度爆炸”的，乃至不必要与目的有物理打仗的火炮引信是件异常紧急的义务。其时的高射炮手们认可，要想击落一架体积小、高速活动并且高空飞行的飞机险些是一件完全凭命运运限的事。在此时代进行的研讨注解，据统计，均匀每发射年夜约1200发高炮炮弹，才可能会有1发炮弹直接射中目的。这确切是一件凭命运运限的事。

宁靖洋战争停止后，曾于1942年至1943年间在所罗门群岛战斗中批示过一支美军驱赶舰编队的阿利-伯克水师大将曾撰文描写过防御日军空袭的艰苦，分外是在天黑后。“就我们一直在使用的机器设准时间的引信而言，我们用其在夜间仅击落过一架飞机，并且是不测击落的”，伯克大将如许回忆道，“（机器设准时间的引信）在夜间吓跑敌机方面确切表示得很好，但它们能做的也只有这些了。”

在相关职员研发一种适用的VT引信的尽力进程中，T部分的科学家、工程师和军工专家们面对着一长串的挑战，诸如：

（1）必要发明一种光学、磁场或电子反馈的机制，经由过程旌旗灯号引爆一枚以2600英尺/秒（约合800米/秒）的速率活动的炮弹，并且是在其靠近一架以300英里/小时（约合134米/秒）的速率活动着的敌机的那一刻引爆。

（2）在一枚直径5英寸（127毫米）、长20.75英寸（约52.7厘米）的弹体内安装一套相似雷达的无线电装配（有发射机和接管机），并且弹体内已经容纳有7磅（约3.18千克）重的高爆火药。

（3）必要将如许一套电子装备最小化，以便安装在1品脱（约合0.473升）牛奶瓶年夜小的体积内，并且在谁人年月还没有晶体管，更没有集成电路。

（4）必要研发一种电池为这套引信供电，电池的功率要足够年夜，事情光阴要足够长，并且在从零下50度到零上100度的温度规模内都要能施展作用。

（5）研发的引信要可以或许蒙受住5英寸火炮开仗射击时的伟大过载冲击——其加快度相称于20000倍重力加快度，并且炮弹的自转速率高达500转/秒，是以引信要蒙受伟大的离心作用。

（6）引信必需采取足够的平安步伐以便可以或许平安地操作，同时防止不测引爆。

（7）这种引信要能实用于多种型号的美国和英国兵器。

（8）对工程师们来说，这种引信采纳的设计要可以或许敏捷、高质量地年夜范围临盆，最好可以或许以百万为单元进行临盆，其零部件来自为数浩繁的美国工场。

斟酌到以上这些需求，难怪前文提到的很多多少国度都废弃了研制近炸引信的设法主意，并将其视为一个技术上的妄想——这种引信超越了他们的研讨和临盆才能。只管终极的事实证实，办理上述挑战的办法并未超越美国科学家、工程师、创造家、技术员、军工专家和年夜范围批量临盆商的才能规模，他们确切把近炸引信酿成了实际。

图4：约翰-霍普金斯年夜学的顶级秘密机构——位于马里兰州银泉市（Silver Spring）的利用物理试验室（APL），其地点的这座建筑物之前是家不起眼的汽车经销店

梅尔-图夫的研讨团队最初是在卡内基-梅隆年夜学组建的，其时团队的事情所在位于马里兰州银泉市邻近新成立的利用物理试验室。他们评估了各类选项，并终极决议开发一种相似雷达的无线电装备。不外，怎样制作出一种足够小的这种装备呢。在其时，并没有诸如固态集成电路一类的器械，无线电装备都是由相似灯胆一样的真空电子管组装的。只管其时已经在助听器上使用了小型化的真空电子管，但这些平易近用的小型化真空电子管绝对不得当安装到炮弹上。

于是，对物理学家詹姆斯-范-艾伦（James van Allen，他后来发现了用他的姓氏定名的地球辐射带）来说，研制军用级其余小型玻璃真空电子管就成了当务之急，这种电子管要求可以或许蒙受从火炮中发射出膛时的伟大加快度。这消费了人们快要一年的光阴进行研讨、实验和野外测试，并动用了一系列年夜威力火炮和火药。

与此同时，利用物理试验室的研讨职员们也在对最初由英国科学家创造的发射/接管电路的设计进行优化，美国国度碳资料公司（National Carbon Co.）也在研发一种可以或许在这种工况下正常事情的电池——美国国度碳资料公司其时是干电池制作范畴的一家前锋企业，厥后来被拆分成了美国结合碳化物公司和劲量（Energizer）公司等一系列企业。对其他电子元器件和装备的优化事情也在继续，贯串了1941年的整个炎天和秋日，诸如西凡尼亚（Sylvania）公司、美国无线电公司（RCA）等技术企业都介入了进来。

在T部分，卖力人梅尔-图夫以毫无废话和长进心很强而著称，他在试验室墙壁上张贴的一系列指导明白地表达出了该引信研发项目事情职员的战时紧急感：

“在这个试验室里，我不必要哪个活该的傻瓜节俭经费，我只要他加速速率以节俭光阴。”

“朝着让引爆率到达百分之八十的目的去事情吧，我们弗成能提供百分之百完善的产物。”

“不要试着到达‘A’，在战时‘D’才是必须的并且够用了，但‘F’则会要人命。”

“倘使完成得太晚的话，那么天下上最好的事情也会酿成一场彻底的失败。”

“我们在道德方面的责任一直贯串到该引信终极在部队里的战役使用；引信的失败便是我们的失败，无论是谁，都对失败的缘故原由负有技术上的责任。实现谁人终极成果恰是我们的事情。”

终极，在T部分及其互助机构的尽力下，经由过程使用一套小型化的无线电发射机和接管机（带有放年夜器），这种引信被研制了出来。引信中包括一个晶闸管触发器和一个充斥气体的电子管，该电子管在此施展的作用相似一个电子开关。引信还采纳了电池供电的保险机构，以防被不测引爆。一旦炮弹被发射出去，引信中的无线电发射机就开端发射一组持续的无线电旌旗灯号，电波遇到活动着的目的会被反射回来，整个进程相似雷达的事情原理。接管机接管到反射回来的无线电旌旗灯号后，倘使炮弹正朝着目的飞去，那么二者之间的间隔越近，接管到的电波“密度”也就越年夜。一旦接管到的旌旗灯号强度跨越某个特定的临界值，就会引发晶闸管触发器，开释预先在一个电容器中存储的电荷。开释出的电荷将触发一个电雷管，电雷管再引爆炮弹内的主装药。在5英寸口径的防空炮弹中，主装药是苦味酸铵，兵工专家们将这种装药称为“爆炸物D”。

对这种小型电子元器件和干电池组的初期测试之一是在1942年1月29日进行的。这一天，研讨职员将这一套装备装进了数发5英寸口径的炮弹，并用一门尺度的防空高射炮发射了这些炮弹。在射出的引信中，有52%胜利引爆。只管间隔图夫要求的80%的目的还有不小的间隔，但这一引爆的胜利率已经足够好了，以至于美国水师军火局指导位于俄亥俄州辛辛那提市的克罗斯利（Croslry）公司开端测验考试着年夜范围临盆这种引信。为了掩饰笼罩这一设备的紧张性，美国水师军火局将其隐约地定名为“变时引信”，缩写为“VT引信”。

在接下来的一个月里，国度碳资料公司研制出了一种改良后的湿电池，这种湿电池的年夜小和外形相似一支自来水笔。因为这种湿电池是将电解液零丁盛放在一个玻璃安瓿瓶中，是以其具备了更好的稳固性，并且寿命也更长。炮弹出膛时的伟大冲击力会震碎玻璃安瓿瓶，开释出电解液，在扭转弹丸离心力的作用下，电解液会流入堆叠的碳板（正极）和锌板（负极）中，从而发生电流，这是一个颇为巧妙的办理计划。图夫部下的研讨职员不知疲惫地事情着，以探求改进这种引信的办法。就尺度的5英寸口径防空炮弹而言，为了确保“一击必杀”，这种引信必需在目的间隔弹丸70码（约64米）的规模内时引爆，由于70码是这种炮弹的有用爆炸杀伤半径。

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