平凡的猎人射击过程隐含了一个并不平凡的系统工程:“猎人”是雷达、信息传输链路、火控计算机和射击控制部件共同组成的一个整体。有经验的猎人要完成眼睛、大脑和手臂的协同工作并不困难,但是让机器自动完成这件事情则是一项重大的工程挑战。当时用于防空的最先进的计算机是斯佩里公司研制的机械化火控计算机“ M-7”,实际上它只是一台没有计算功能的机械化搜索装置,仅能孤立地处理整个系统工程中的一小部分工作。此时,研制出一款能够搜索敌机、实时计算射击位置、控制武器射击的全套火控系统已经是迫在眉睫的工作。
战争以极大的力量推动着科学研究的发展,只过了不到一年时间,贝尔实验室的工程师大卫·帕金森(David Parkinson)就在“ M-7”的基础上成功研制出了“ M-9”瞄准计算机(Range Computer),这台计算机能够进行四则运算和数学函数计算,借助电阻器、电位器、伺服电动机和弧刷等工具计算正弦和余弦函数。M-9 计算机还能够从雷达处获取敌机的位置和速度数据,通过运算后,结果经放大电路放大,可直接驱动一台 90 毫米的重型高射炮自动进行拦截。M-9 计算机出现后,才算是把整套工程的各个部分初步地连接起来,形成了一个反馈闭环,把防空过程中完全依赖人类操控的不确定性降低下来。
由机器代替人类控制防空系统的效果是立竿见影的,到了 1944 年夏天,英国已经有大约 500 门高射火炮装备了这套系统,此时地面防空炮火对纳粹空军飞机的威胁已经提升到了令德国无法忍受的地步,也倒逼着德国不能再单纯地依赖轰炸机来进攻,转而研发出了一种全新的武器—一种无人驾驶的飞行器,通过自身撞向目标代替高空投掷炸弹,这就是世界上出现的首枚弹道导弹—“V-1”导弹(V-1 是复仇者 -1 型导弹的简称),如图 5-2 所示。
1944 年 6 月,V-1 导弹首次出现在二战战场上,可是到了 7 月,就已经有79% 穿越英吉利海峡的 V-1 导弹被地面防空炮火击落。8 月,德军发射的 105枚 V-1 导弹仅有 3 枚能够命中目标,这个数据相比四年前没有实现自动化或半自动化的防空火炮的战绩,发生了翻天覆地的变化。
二战战场是控制科学最早崭露头角的舞台,今天,控制科学在军事上的重要性已经无可替代。笔者想起 2018 年春节期间公映的由中国海军投资的电影《红海行动》中的一个场面(见图 5-3):中国护卫舰临沂号上的舰载 1130 近防炮在不到 5 秒的时间内无一漏网地击毁了 6 枚以超音速飞行且同时攻向舰体的火箭弹,很多观众对近防炮能够如此快速而精准地击中火箭弹这种小而高速的运动物体感到不可思议,甚至认为这纯属为了电影效果而胡编乱造,但军事专家指出此处并不存在夸张的成分,是完全符合我国现代防空武器性能的。
第 5 章 行为主义学派
145