בקרת אש ימית

מערכת בקרת אש (לפעמים נקראת - FCS) מורכבת ממספר רכיבים הפועלים יחד, והיא כוללת בדרך כלל מחשב נתוני תותח,  (Director - Military) ומכ"ם, אשר נועד לסייע למערכת נשק בבחירת המטרה ובביצוע טיווח, עקיבה אחר הירי על המטרה עד לפגיעה בה. המערכת מבצעת את אותה משימה כמו מפעיל תותח אנושי (תותחן) המכוון ידנית את זוויות הכיוון וההגבהה (ביחס למישור האופקי) לתותח ויורה בנשק, אך תפקידה לעשות זאת מהר יותר ומדויק יותר.

מערכת בקרת אש ימית

מקורות 
מערכות בקרת האש המקוריות בעבר פותחו עבור ספינות.

ההיסטוריה המוקדמת של בקרת האש הימית נשלטה על ידי העסקה באש תותחים של מטרות בטווח ראייה (המכונה גם אש ישירה ). למעשה, רוב ההעסקות הימיות באש תותחים לפני 1800 נערכו בטווחים של . אפילו במהלך מלחמת האזרחים האמריקאית, הקרב המפורסם בין ספינת הצפון - USS מוניטור  וספינת הדרום -  נערך לעיתים קרובות בטווח של פחות מ - .

שיפורים טכניים מהירים בסוף המאה ה-19 הגדילו מאוד את הטווח שבו היה אפשרי ירי יעיל. רובים עם קוטר גדול הרבה יותר גדול שיורים פגזי נפץ בעלי משקל יחסי קל יותר (בהשוואה לכדורי מתכת) הגדילו במידה רבה את טווח התותחים עד שהבעיה העיקרית הפכה לכוון אותם בזמן שהספינה נעה על הגלים. בעיה זו נפתרה עם הכנסת הגירוסקופ, שתיקן את התנועה הזו וסיפק דיוק של חלקי מעלה (בזוויות של , גילגול, ועילרוד). תותחים היו כעת חופשיים לגדול לכל גודל, ובמהירות עלו בקוטר מעל  עד תחילת המאה. תותחים אלו היו מסוגלים לירות לטווח כה גדול עד שהמגבלה העיקרית הייתה ראיית המטרה, מה שהוביל לשימוש בציוד המותקן על גבי תרנים גבוהים על ספינות להכוונת האש.

שיפור טכני נוסף היה הכנסת טורבינת הקיטור שהגדילה מאוד את ביצועי הספינות. ספינות מוקדמות יותר המונעות בבורג היו מסוגלות להגיע למהירות של 16 קשר, אבל ספינות הטורבינה הגדולות הראשונות היו מסוגלות להגיע ל-20 קשר. בשילוב עם הטווח הארוך של התותחים, משמעות הדבר היא שספינת המטרה יכלה לנוע מרחק ניכר, עד כדי מספר אורכי ספינה, בין מועד ירי הפגזים לנפילתם על או ליד המטרה. אי אפשר היה עוד לכוון עם העין (בראיה) אל המטרה עם שום תקווה לדיוק בפגיעה. יתרה מכך, בהעסקות ימיות יש צורך גם לשלוט בירי של כמה תותחים בו זמנית (מטח).

בקרת אש בתותחים ימיים עשויה להיות כרוכה בשלוש רמות מורכבות. רמה הראשונה היא, שליטה המקומית אשר מקורה בנשק של תותחים פרימיטיביים שכוונו על ידי צוותי התותחים הבודדים. ברמה השנייה, מכוון מרכזי מנהל ומכוון את כל התותחים על הספינה למטרה אחת. ברמה השלישית, מבוצע ירי מתואם ממערך של ספינות לעבר מטרה בודדת היה מוקד של פעולות צי ספינות הקרב. זאת יחד עם ביצוע תיקונים עבור מהירות רוח על פני השטח או הים, תיקון עבור גילגול ועילרוד יחד עם תיזמון רגע הירי של כל תותחי הספינה, טמפרטורת מחסני אבק השריפה, סחיפה של קליעים (בליסטיקה), קוטר קדח (קליבר) של כל קנה תותח בודד המותאם לשינוי בו לפי מספר הפגזים שנורו ממנו (אשר מומש גם על ידי מדידת מהירות הלוע של הקליע), וקצב שינוי הטווח יחד עם עם שינויים נוספים לפתרון דיוק הירי המבוסס בהתבוננות ותיקון עקב שגיאות בטווח וכיוון לפי תצפית ומדידת שגיאו של נפילות קודמות (טיווח).

תוצאת החישוב עם כל הנתונים המתקבלים עבור חישוב נקודת העתיד אליה יש לבצע את הירי, הידועה גם כפתרון משוואת הירי, יוזרמו בחזרה כנתונים פרטניים אל כל הצריחים לצורך הנחיה בדיוק הנדרש לפגיעה במטרה. אם הפגזים החמיצו את המטרה, צופה יכול לחשב כמה רחוק הוא החטיא ולאיזה כיוון, והמידע הזה יכול להיות מוזן חזרה למחשב יחד עם כל שינוי ביתר המידע לפני ניסיון ירייה נוספת.

בתחילה כוונו התותחים בטכניקה של איתור ארטילריה. זהו כלל ירי בתותח לעבר המטרה, התבוננות בנקודת הפגיעה של הקליע (נפילת ירייה) ותיקון המטרה בהתבסס על המקום בו נצפתה הנחיתה של הפגז, דבר אשר הפך קשה יותר ויותר ככל שטווח התותח גדל.

בין מלחמת האזרחים האמריקאית ל-1905, נעשו שיפורים קטנים רבים, כגון כוונות טלסקופיות ומדי טווח אופטיים, במערכת בקרת האש. היו גם שיפורים נוהליים, כמו שימוש בלוחות או  תנועת ומיקום הספינות המעסיקות באש והמטרה/ות, כדי לחזות ידנית את מיקומה של כל ספינה בכל מהלך ההעסקה.

מלחמת העולם הראשונה 
לאחר מכן הופעלו מחשבונים מכניים מתוחכמים יותר ויותר להנחיית התותח מתאימה, בדרך כלל עם מבחנים שונים ואיתור מיקום (כיוון בעיקר) ומרחק שנשלחו לשולחן סימון ותכנון מרכזי עמוק בתוך הספינה. שם צוות בקרי האש הזינו את המיקום, המהירות והכיוון של הספינה והמטרה שלה, וכן התאמות שונות לאפקט קוריוליס, השפעות מזג האוויר באוויר והתאמות נוספות. בסביבות 1905 החלו להיות זמינים עזרי בקרת אש מכניים, כגון ,  (שהיה גם חלק משולחן דרייר), ושעון ארגו, אך למכשירים אלה נדרשו מספר שנים עד שנפרסו לשימוש באופן נרחב. מכשירים אלה היו תצורות מוקדמות של עוקביי טווח.

 וסר  פיתחו באופן עצמאי את המערכות הראשונות מסוג זה. פולן החל לעבוד על הבעיה לאחר שציין את הדיוק הגרוע של ארטילריה ימית באימון ירי ליד מלטה בשנת 1900.  לורד קלווין, הנחשב באופן נרחב כמדען המוביל בבריטניה, הציע לראשונה להשתמש במחשב אנלוגי כדי לפתור את המשוואות הנובעות מהתנועה היחסית של הספינות המעורבות בקרב וההשהיה בזמן של טיסת הפגז עד למטרה כדי לחשב את המסלול הנדרש כדי לתת את הכיוון והגבהה המתאימים לתותחים.

פולן התכוון לייצר מחשב מכני משולב ורישום אוטומטי של טווחים וקצבים לשימוש בבקרת אש מרכזית. כדי לקבל נתונים מדויקים של מיקום המטרה והתנועה היחסית, פולן פיתח יחידת רישום (או שרטוט) כדי ללכוד נתונים אלה. לכך הוא הוסיף גירוסקופ כדי לאפשר את התיקון עבור הסיבסוב של הספינה היורה. כמו יחידת הרישום, גם הגירוסקופ הפרימיטיבי של אותה תקופה דרש פיתוח משמעותי כדי לספק תפוקה רציפה ואמינה של הנתונים שלו.  למרות שהניסויים ב-1905 וב-1906 לא צלחו, הם הראו הבטחה. פולן זכה לעידוד במאמציו על ידי דמותם העולה במהירות של אדמירל ג'קי פישר, אדמירל  ומנהל החימוש הימי של תותחים והטורפדות (DNO), ג'ון ג'ליקו. פולן המשיך בעבודתו, כאשר מדי פעם בוצעו בדיקות בספינות מלחמה של הצי המלכותי.

בינתיים, קבוצה בראשות דרייר תכננה מערכת דומה. למרות ששתי המערכות הוזמנו עבור ספינות חדשות וקיימות של הצי המלכותי הבריטי, מערכת דרייר נמצאה בסופו של דבר מתאימה ביותר עבור הצי המלכותי עם דגם סימן IV* של המערכת. התוספת של בקרת מכוון הקלה על הפיכתה למערכת בקרת אש מלאה ומעשית עבור ספינות מלחמת העולם הראשונה, ורוב הספינות העקריות של הצי המלכות הותקנו כך עד אמצע 1916. המכוון היה גבוה מעל הספינה, שם למפעילים הייתה ראות מעולה על פני כל ציוד אשר בצריח או עליו. המערכת גם הצליחה לתאם את אש הצריחים כך שהאש המשולבת שלהם עבדה יחד. זה שיפר את הכיוון ויחד עם מדי טווח אופטיים גדולים יותר שיפרו את הערכת מיקומו של האויב בזמן הירי. המערכת הוחלפה בסופו של דבר ב- " המשופר עבור ספינות שנבנו לאחר 1927.

מלחמת העולם השנייה 
במהלך חיי השירות הארוכים שלהם, עוקבי הטווח עודכנו לעיתים קרובות ככל שהטכנולוגיה מתקדמת, ובמלחמת העולם השנייה הם היו חלק קריטי ממערכת בקרת אש משולבת. שילוב המכ"ם במערכת בקרת האש בתחילת מלחמת העולם השנייה סיפק לספינות את היכולת לבצע פעולות ירי יעילות לטווח ארוך במזג אוויר גרוע ובלילה. למערכות בקרת אש של חיל הים האמריקני, ראה .

השימוש בירי מבוקר מכוון, יחד עם מחשב בקרת האש, הוציא את השליטה על הנחיית התותח מהצריחים הבודדים למיקום מרכזי; אם כי מוצבי תותחים בודדים וצריחים מרובי-תותחים נשמרת בהם אפשרות שליטה מקומית כאשר נזקי קרב מגבילים העברת מידע של מכוון (אלה יהיו גרסאות פשוטות יותר המכונות "טבלאות צריחים" בצי המלכותי). תותחים יכולים לירות במטחים מתוכננים, כאשר כל תותח נותן מסלול מעט שונה. פיזור הירי שנגרם על ידי הבדלים בין תותחים בודדים, קליעים בודדים, רצפי זמן הצתת אבקה ועיוות חולף של מבנה הספינה משפיעים בצורה בלתי רצויה על דיוק הירי בטווחי העסקה ימיים טיפוסיים. למכוונים גבוהים, המותקנים במבנה העילי של הספינה הייתה ראות טובה יותר של האויב מאשר כוונת אשר מותקנת על גבי הצריח, והצוות שהפעיל את המכוונים היה מרוחק מהקול וההלם של התותחים. המכוונים של התותחים היו בראש ובראשונה בחשיבותם עבור מערכת בקרת האש, וקצוות מודדי הטווח האופטיים שלהם בלטו מצידיהם, והעניקו להם מראה ייחודי.

גורמים בליסטיים בלתי מדודים ובלתי נשלטים, כמו טמפרטורת בגובה רב, לחות, לחץ ברומטרי, כיוון רוח ומהירות, דרשו התאמה סופית באמצעות התבוננות במיקום נפילת הירייה. מדידת טווח ראייה (של מטרה וגם של נתזי מים מנפילות הפגז) היה קשה לפני זמינות המכ"ם. הבריטים העדיפו  בעוד שהגרמנים העדיפו את הסוג הסטריאוסקופי. הסוג הראשון היו מסוגל פחות לטווח על מטרה לא ברורה, אך קל יותר למפעיל לאורך תקופת שימוש ארוכה, הסוג השני הופך בתכונותיו.

גם צוללות צוידו במחשבי בקרת אש מאותן סיבות, אך הבעיה שלהן הייתה בולטת אף יותר; ב"ירייה" טיפוסית, ייקח לטורפדו דקה עד שתיים להגיע ליעדו. חישוב ה"נקודת עתיד" הנכונה בהתחשב בתנועה היחסית של שני הכלים היה קשה מאוד, ולכן בצוללות נוספו מחשבי נתונים ירי טורפדו כדי לשפר באופן דרמטי את מהירות החישובים הללו.

בספינה בריטית טיפוסית למלחמת העולם השנייה מערכת בקרת האש חיברה את צריחי התותחים הבודדים למגדל המכוון (שם היו מכשירי הראייה) והמחשב האנלוגי בלב הספינה. במגדל המכוון, מפעילים צודדו את הטלסקופים שלהם לעבר הכיוון של המטרה; טלסקופ אחד מדד גובה והשני כיוון. טלסקופים של מודדי טווח על מתקן נפרד מדדו את המרחק למטרה. מדידות אלה הומרו על ידי טבלת בקרת האש לכיוון והגבהה עבור ירי של התותחים על המטרה. בצריחים, צוותות מפעילי התותחים התאימו את הגובה של התותחים שלהם כך שיתאים למחוון לגובה המשודר משולחן טבלת בקרת האש יחד עם אותו הנתון עבור הכיוון. כאשר התותחים היו על נתוני המטרה כולם קיבלו פקודת ירי. 

אפילו עם מיכון רב של התהליך, הוא עדיין דרש אלמנט אנושי גדול; תחנת שידור נתוני הירי (החדר ששיכן את שולחן דרייר) עבור התותחים הראשיים של אה"מ הוד הייתה מאוישת על ידי 27 אנשי צוות.

המכוונים לא היו מוגנים במידה רבה מאש האויב. היה קשה לשים משקל רב של שריון כל כך גבוה על הספינה, וגם אם השריון אכן יעצור ירייה, כנראה שהפגיעה לבדה תגרום להרס או לכל הפחות ליציאה מאיפוס של המכשירים מהפילוס שלהם. שריון קל יותר, אשר מספיק כדי להגן מפני פגזים ורסיסים קטנים יותר מפגיעות בחלקים אחרים של הספינה היו הגבול של המיגון שניתן היה לבצע במכוון.

הביצועים של המחשב האנלוגי היו מרשימים. ספינת הקרב  במהלך ניסוי ב-1945 הצליחה לשמור על פתרון ירי מדויק על מטרה במהלך סדרה של פניות במהירות גבוהה. זה יתרון גדול לספינת מלחמה להיות מסוגלת לתמרן תוך כדי העסקת המטרה.

העסקות לילה ימיות לטווחים ארוכים הפכו לאפשריות כאשר ניתן היה להזין נתוני מכ"ם לעוקב הטווח. היעילות של שילוב זה הוכחה בנובמבר 1942 בקרב השלישי על האי סאבו כאשר  העסיקה את ספינת הקרב היפנית Kirishima בטווח של  בלילה. קירישימה הוצתה, ספגה מספר פיצוצים, והצוות שלה הטביעה על ידי פתיחת שסתומי הצפה. היא נפגעה על ידי לפחות תשעה קליעים של  מתוך 75 אשר נורו (שיעור פגיעה של 12%). ההריסות של קירישימה התגלו ב-1992 והראו שכל קטע החרטום של הספינה חסר. היפנים במהלך מלחמת העולם השנייה לא פיתחו מכ"ם או בקרת אש אוטומטית לרמת הצי האמריקאי והיו בעמדת נחיתות משמעותית.

לאחר 1945 
עד שנות ה-50 צריחי תותחים היו יותר ויותר בלתי מאוישים, כאשר הנחיית הנשק נשלטת מרחוק ממרכז הבקרה של הספינה באמצעות נתוני מכ"ם ומקורות אחרים.

פעולת הלחימה האחרונה עבור עוקבי הטווח האנלוגיים, לפחות עבור הצי האמריקני, הייתה במלחמת המפרץ הפרסי ב-1991 כאשר עוקבי הטווח בספינת המערכה איווה כיוונו בפעם האחרונה את הקליעים האחרונים שלהם בקרב.

בקרת אש יבשתית תומכות

בקרת אש של ארטילריה חופית 
ב,  החלו להתפתח בסוף המאה ה-19 והתקדמו לאורך מלחמת העולם השנייה. 

מערכות מוקדמות עשו שימוש במספר  (ראה איור 1 ) כדי למצוא ולעקוב אחר מטרות אשר תוקפות נמלים אמריקאים. נתונים מתחנות אלה הועברו לאחר מכן לחדרי רישום וסימון, שם נעשה שימוש במכשירים מכניים אנלוגיים, כגון לוח הרישום, כדי להעריך את מיקומי המטרות ולהפיק נתוני ירי עבור סוללות של תותחי חוף שהוקצו להעסיק אותן.

  גודשו במגוון חימוש, החל ממרגמות הגנה חופיות בגודל 12 אינץ', דרך ארטילריה בינונית בקוטר 3 אינץ' ו-6 אינץ' ועד למוצב תותחים גדולים יותר, שכללו תותחים בקוטר 10 אינץ' ו-12 אינץ' וותותחי נגררים שהלכו ונעלמו עם הזמן, ארטילריה על רכבת עם תותחים בקוטר 14 אינץ' ו-16 אינץ' שהותקנו ממש לפני ובמשך מלחמת העולם השנייה.

בקרת האש בתותחי החופים השתכללה יותר ויותר במונחים של שימוש ב אשר ביצעה תיקון נתוני ירי עבור גורמים כמו תנאי מטאורולוגיה, מצב האבקה בשימוש או סיבוב כדור הארץ. כמו כן, נקבעו הוראות טיווח להתאמת נתוני הירי לתצפית של נפילת הפגזים. כפי שמוצג באיור 2, כל הנתונים הללו הוחזרו לחדרי הרישום והסימון בלוח זמנים מתוזמן היטב שנשלט על ידי מערכת של פעמוני מרווחי זמן שצלצלו בכל מערכת הגנת הנמל. 

רק מאוחר יותר במלחמת העולם השנייה החלו , המחוברים למכ"מים להגנת החוף, להחליף את שיטות התצפית האופטית והרישום הידני בשליטה בארטילריית החוף. גם אז, השיטות הידניות נשמרו כגיבוי עד סוף המלחמה.

מערכות בקרת אש ישירה ועקיפה 
מערכות בקרת אש יבשתיות יכולות לשמש כדי לסייע הן בהפעלת  והן בהפעלת נשק . ניתן למצוא מערכות אלו על כלי נשק החל מאקדחים קטנים ועד כלי נשק ארטילריים גדולים.

מערכות בקרת אש מודרניות 
 
מחשבי בקרת אש מודרניים, כמו כל המחשבים בעלי הביצועים הגבוהים, הם ספרתיים. הביצועים הנוספים מאפשרים בעצם להוסיף כל קלט, מצפיפות אוויר ורוח, ועד לבלאי של קני התותח ועיוותים עקב חימום. תופעות מסוג זה מורגשות עבור כל סוג של כלי נשק, ומחשבי בקרת אש החלו להופיע בפלטפורמות קטנות יותר ויותר. טנקים היו אחד השימושים המוקדמים שהיה להנחיית תותחים אוטומטית, באמצעות מד טווח לייזר ומד עיוות קנה. מחשבי בקרת אש אינם שימושיים רק עבור תותחים גדולים. ניתן להשתמש בהם לכוון מקלעים, תותחים קטנים, טילים מונחים, רובים, רימונים, רקטות - כל סוג של נשק שנתוני השיגור ומסלול הירי שלהם יכולים להשתנות עד לפגיעה במטרה. הם מותקנים בדרך כלל על ספינות, צוללות, מטוסים, טנקים ואפילו על כמה כלי נשק קלים - למשל, משגר הרימונים שפותח לשימוש על רובה סער בול-גרופ Fabrique Nationale F2000. מחשבי בקרת אש עברו את כל שלבי הטכנולוגיה שיש למחשבים, עם כמה עיצובים המבוססים על טכנולוגיה אנלוגית ומאוחר יותר שפופרות ריק שהוחלפו מאוחר יותר בטרנזיסטורים ומעגלים משולבים. כיום במערכות בקרת אש יש בדרך כלל ממספר מחשבים זהים או שונים, לפי הצרכי העיבוד, הבנויים בטכנולוגיה של "מחשב על גבי כרטיס יחיד" או לעיתים ממיני-מחשבים מוקשחים לרמה צבאית.

מערכות בקרת אש משולבות לעיתים קרובות עם חיישנים (כגון סונאר, מכ"ם, חיפוש ועקיבה של תמונת אינפרא אדום, מודדי טווח לייזר, מד רוח, שבשבת רוח, מדי חום, ברומטרים וכו') על מנת לצמצם או לבטל את כמות מידע שיש להזין ידנית על מנת לחשב פתרון יעיל. סונאר, מכ"ם, IRST ומודדי טווח יכולים לתת למערכת את הכיוון ו/או המרחק של המטרה. חיישן עיקרי של מערכת בקרת האש הוא המכ"ם. בדור של מלחמת העולם השנייה המכ"ם היה בדרך כלל על המכוון או על צריח התותח במוצב בודד ואז סיפק רק כיוון וטווח למטרה. מאוחר יותר נעשה שימוש במכ"ם אשר מוקם כך שיהיו לו מעט הפרעות לקו הראייה ככל האפשר. המכ"ם היה מסוגל עתה גם לחפש, לרכוש ולנעול על המטרה תוך כדי מתן נתוני כיוון, הגבהה וטווח באופן שוטף למערכת החישוב ולמפעילים. התפתחויות נוספות באנטנות ובעיבוד אותות המכ"ם מאפשר כיום לתת לבקרת האש את כל הנתונים הדרושים לה, ובדיוק כמו מכ"ם עקיבה עצמאי לפחות, לצורך הנחיית טילים ו/או תותחים תוך כדי סריקה של כל המרחב בהסתברות גילוי ודיוק נתונים אשר נדרשים על ידי מערכת הנשק. מכ"ם חיפוש ועקיבה ומערכת בקרת אש מודרנית פתח אפשרויות חדשות, מעבר להעסקת ים - ים וים - אוויר, נוספה גם יכולת להעסקמדויקת של מטרות בחוף על ידי ספינות, על ידי נעילה על נקודה בחוף אשר עליה ניתן היה לבצע נעילת מכ"ם בקרת האש בקרבת המטרה להעסקה. במצב זה הוזנו נתוני מיקום המטרה למערכת בקרת האש אשר ביצעה חישוב של נתוני הירי אל המטרה בהתחשב בנתוני נעילת המכ"ם ומיקום המטרה ביחס למיקום המטרה לשם חישוב ההסטה שנדרשה בנתוני הירי לתותחים לעומת נתוני הנעילה של המכ"ם. שיטה זאת השיגה ירי ארטילרי מדויק יותר מספינה לחוף, מאשר ירי דומה שבוצע על סמך המיקום הגאוגרפי של הספינה ושל המטרה על בסיס של מיקומים גאוגרפיים אשר סבל מאי דיוק גדול יותר מזה של המכ"ם.  
 

לחלופין, ניתן לספק כוונת אופטית שמפעיל יכול פשוט להצביע על המטרה, וזה קל יותר מאשר שמישהו יזין את הטווח בשיטות אחרות ונותן למטרה פחות אזהרה על כך שעוקבים אחריה. בדרך כלל, כלי נשק הנורים לטווחים ארוכים זקוקים למידע סביבתי - ככל שתחמושת נורתה רחוק יותר, כך הרוח, הטמפרטורה, צפיפות האוויר וכו' ישפיעו על מסלולו, כך שמידע מדויק הוא חיוני לפתרון טוב. לפעמים, עבור רקטות ארוכות טווח מאוד, יש לקבל נתוני מזג אוויר סביבתיים בגובה רב או בין נקודת השיגור למטרה. לעיתים קרובות משתמשים בלוויינים או בלונים לאיסוף מידע זה.

לאחר חישוב פתרון הירי, מערכות בקרת אש מודרניות רבות מסוגלות גם לכוון ולירות את הנשק/ים. שוב, זה לטובת המהירות והדיוק, ובמקרה של רכב כמו מטוס או טנק, על מנת לאפשר לטייס/תותחן/וכו'. לבצע פעולות אחרות בו-זמנית, כגון עקיבה אחר המטרה או הטסת המטוס. גם אם המערכת לא מסוגלת לכוון את הנשק עצמו, למשל את התותח הקבוע במטוס, היא מסוגלת לתת למפעיל הוראות כיצד לכוון. בדרך כלל, התותח מצביע ישר קדימה והטייס חייב לתמרן את המטוס כך שיכוון נכון לנקודת העתיד של המטרה. ברוב המטוסים הוראת הכוונה לובשת צורה של סמן מוגדר ("פיפר") אשר מוקרן על תצוגה עילית (HUD). הפיפר מראה לטייס היכן המטרה צריכה להיות ביחס לכלי הטיס כדי לפגוע בה. ברגע שהטייס מתמרן את המטוס כך שהמטרה והפיפר יהיו מונחים אחד מעל השני, הוא יורה את הנשק, או במטוס כלשהו הנשק יורה אוטומטית בשלב זה, על מנת להתגבר על העיכוב של הטייס. במקרה של שיגור טיל, מחשב בקרת האש עשוי לתת לטייס משוב לגבי האם המטרה נמצאת בטווח של הטיל ומה הסיכוי שהטיל יפגע אם ישוגר בכל רגע מסוים. לאחר מכן הטייס ימתין עד שקריאת ההסתברות תהיה גבוהה באופן משביע רצון לפני שיגור הנשק.

מערכת בקרת אש למערכת נשק אוטונומית 
קיימות גם מערכות נשק מודרניות אוטונומיות אשר מורכבות ממוצב נשק או צריח ממוגן, הכולל בסיס ומנשא מצטודד לכלי הנשק והתחמושת או טילים, חיישנים לגילוי ועקיבה, בסיס חיבור לפלטפורמה עליה הוא מותקן וכבלי חיבור לאספקת כוח (חשמל, תעבורת נתונים ופיקודים דו-כיוונית ואחר) ולתקשורת עם הפלטפורמה לקביעת אופן העבודה אוטונומי או הפעלה מרחוק (כולל ציון מטרות להעסקה). מוצב כזה יכול לפעול אוטומטית על סמך נתוני החיישנים שלו או לפי ציון מטרה ממערכת שליטה ובקרה של הפלטפורמה. בכל מקרה סביר להניח כי מערכת השליטה של הפלטפורמה קובעת את אופן הפעולה של המערכת, כולל הפעלה, כיבוי, אופן הפעולה, מלאי תחמושת/חימוש, בדיקה עצמית והרשאות להעסקה. המערכת גם מדווחת על מצבה באופן שוטף לפלטפורמה בזמן פעולתה. הנשק של המערכת בדרך כלל הוא מקלע כבד בקוטר 0.5 אינץ' או אחר הקטן מ־20 מ"מ רגיל או מסוג גאטלינג, או תותח בקוטר 20 עד 57 מ"מ, טילי נ"ט או נ"מ לטווחים קצרים. 

החיישנים של המערכת כוללים בדרך כלל חיישני גילוי ועקיבה אחר תנועת המטרה הכוללים את המכ"ם, מערכת תצפית FLIR (ראייה יום ולילה), מד-טווח לייזר, מערכת ייצוב אינרציאלית בשלושה צירים עבור חישובי מערכת הירי של הנשק. תת-מערכת מיחשוב המנהלת את כל המוצב והתקשורות בינו והפלטפורמה, החיישנים, הנשק, והחשוב מכל בקרה, הפעלה והנחיית הנשק אל המטרה יחד עם בדיקה עצמית ברקע בזמן פעולה מבצעית, וכזאת לשם בדיקת תקינות מקיפה באופן פעולה המיוחד, למטרת אימות תקינות המערכת. אפשר גם להשתמש במערכת זאת לגיבוי מערכת הגילוי והסריקה של הפלטפורמה למטרות בטווחים קרובים העשויות לסכן את בטיחות השיט או ביטחון מפני אויב. מערכות כאלו שימשו בתחילה, החל משנות ה-70 של המאה העשרים, כמערכות הגנה נקודתית לספינות מכל הסוגים כנגד טילי ים-ים ואוויר-ים שהופעלו כנגד כלי שיט צבאיים, כגון מערכת וולקן-פאלנקס של צי ארצות הברית שכללה תותח גאטלינג 20 מ"מ ומכ"ם בלבד. כיום מערכות אלו מוחלפות בספינות על ידי מערכות טילים ליירוט טילים. 

מערכות אוטנומיות המתוארות לעיל משמשות היום לחימוש כלי שיט צבאיים קטנים עם דחי של 20 עד 100 טון בערך וכן כמוצב נשק משני או סוללה משנית של כלי שיט גדולים יותר כמו קורבטות לפעולה במי חופים ועד לנושאות מטוסים. התפקיד העיקרי של מוצב נשק בכלי שיט גדולים הוא להגן מפני תקיפות של סירות וכלי שיט קטנים ומהירים מטווחים קצרים (ק"מ בודדים). דוגמה אופיינית למערכות מסוג זה הוא מוצב הטייפון מתוצרת רפא"ל אשר משרת ציים שונים ובתצורות מגוונות. מערכות נשק אטומטיות מופיעות בתצורות שונות לפי דרישות המשתמש הסופי מהיצרן שלה. לכן ניתן למצוא מערכות נשק המצוידות בסוגי נשק שונים יחד עם סוגי חיישנים (יותר מסוג אחד לרוב) מתוך האפשרויות המופיעות לעיל.

מערכות בקרת אש בחיל הים הישראלי 
מערכות בקרת אש בחיל הים הישראלי הן חלק בלתי נפרד מכלי השיט שהיו ונמצאים בשירות. לפיכך הטכנולוגיות והיכולות שלהן היו בהתאם לסוגי כלי השייט והטכנולוגיות אשר היו זמינות  בתקופות שירות השונות שלהם כמתואר להלן.

הקמת המדינה ועד מלחמת ששת הימים 
הקורבטות והפריגטות שהיו בשירות בחיל הים הישראלי, מהקמת המדינה, מבצע סיני, ועד לאחר מלחמת ששת הימים, היו מצוידות בתותחי שטח בקוטר 102 או - 120 מ"מ שהיו נשקן העיקרי. הספינות היו מצוידות במערכות בקרת אש מהדור בין מלחמת העולם הראשונה וקרוב יותר לתקופה שלפני פרוץ מלחמת העולם השנייה. כלומר, המערכות היו מורכבות משולחן רישום/סימון בטכנולוגיה של מחשב בקרה מכני וחשמלי אנלוגי עם העברת הנחיות בקרה לתותחים על יד מצייני כיוון בצידוד והגבהה על ידי מחוון מול מחוון שעון (חשמלי). למערכות היה מכוון אופטי טלסקופי מכ"ם חיפוש שטח בלבד. בנוסף היו תותחי 20 ו -40 מ"מ לשטח ונ"מ לטווחים קצרים, עד כ-1000 מטר, אשר השתמשו בכוונת שעון פתוחה.

לפני מבצע סיני חיל הים הישראלי הצטייד בשתי משחתות בריטיות מדגם Z (אח"י יפו ואח"י אילת) ובסיומה נוספה לסדר הכוחות המשחתת המצרית "איברהים אל אוול" (אח"י חיפה, גם מתוצרת בריטית) אשר שופצה לאחר הקרב בו נכנעה בתחילת מבעע סיני וצורפה לחיל הים. לאחר מבצע סיני נגרעו מסדר הכוחות של חיל הים הפריגטות שהיו עדיין בשירות ונשתיים מהן נמכרו לצי של ציילון, כיום סרי לנקה. המשחתות יפו, אילת וחיפה היו מצוידות ב ארבעה תותחי 4.5 אינץ' ו - 4 אינץ דו-קני בהתאמה. מערכת בקרת אש שלהן הייתה מדור של אמצע וסוף מלחמת העולם השנייה. המערכות היו מורכבות משולחן בקרה בטכנולוגיה של מחשב מכני וחשמלי אנלוגי עם העברת הנחיות בקרה לתותחים על ידי מצייני כיוון בצידוד והגבהה על ידי מחוון מול מחוון שעון (חשמלי). למערכות כבר היה מכוון אופטי עם מכ"ם בקרת אש. כיוון שמכ"ם בקרת האש לא היה אמין במיוחד, בשנות ה-60 של המאה ה - 20, מערכת המכ"ם שודרגה והוחלפה  במכ"ם אשר סיפק למערכת הבקרה עבור המטרה טווח שוטף וכן אפשרות לראות ולשערך נפילות לצורך טיווח כאשר הכיוון הוזן מהמכוון. לספינות הייתה סוללה משנית לשטח ונ"מ של תותחי 40 מ"מ אשר פעלה בלי בקרת אש מרכזית אלא עם כוונות פתוחות שהיו לכל צריח של 40 מ"מ. בנוסף היו מקלעי 0.5 אינץ' על הסיפון ובמבנה העילי לשטח ונ"מ לטווחים קצרים, של עד כמה מאות מטר, אשר השתמשו בכוונת שעון פתוחה.

לספינות הטורפדו (טרפדת) של חיל הים בתקופה הזאת לא היו מערכות בקרת אש וירי הטורפדו בוצע בעזרת כוונת מכנית פשוטה שהייתה מותקנת בחזית גשר הפיקוד של הספינה והזנה ידנית של נתוני הירי. נתוני הירי התקבלו באופן בו הטווח למטרה נמדד על ידי מכ"ם הספינה ונתוני התנועה של המטרה חושבו על גבי שולחן סימון ושורטטו ידנית במרכז ידיעות הקרב שלה. באחת הספינות, ט-204, הותקן מכ"ם תנועה אמיתית אשר חישב את נתוני התנועה של המטרות.

מלחמת ששת הימים ועד מלחמת יום הכיפורים ולאחריה 
החל מדצמבר 1967 חיל הים התחיל להצטייד בספינות טילים אשר היו מצוידות בטילי ים-ים, טילים נגד טילים, טילי נ"מ וגם בתותחי 40 מ"מ בספינות מסוג סער 1, תותח 76 מ"מ בספינות סער 3, סער 4,  סער 4.5, סער 5, וסער 6. כל סוגי הנשק הללו הופעלו על ידי מערכות בקרת אש.

בקרת האש בספינות סער 1 לתותחי 40 מ"מ כללה מחשב אלקטרו-מכני משולב אשר הוחלף במחשב ספרתי משולב עם מכ"ם בקרת אש ומכוון אופטי. מערכת בקרת אש זאת שירתה גם את טילי הגבריאל.

בקרת האש בספינות סער 2 לתותחי 40 מ"מ כללה מחשב אלקטרו-מכני משולב אשר הוחלף במחשב ספרתי משולב עם מכ"ם בקרת אש ומכוון אופטי. מערכת בקרת אש זאת שירתה גם את טילי הגבריאל. בספינות שהוסבו ללוחמת נצ"ל נוספה גם מערכת שיגור ובקרת אש לירי טורפדו נגד צוללות אשר שולבה עם סונר נגרר .

בקרת האש בספינות סער 3 לתותח 76 מ"מ כללה מחשב אלקטרו-מכני משולב אשר הוחלף במחשב ספרתי משולב עם מכ"ם בקרת אש ומכוון אופטי. מערכת בקרת אש זאת שירתה גם את טילי הגבריאל.

בקרת האש בספינות סער 4 לתותחי 76 מ"מ כללה מחשב מחשב ספרתי משולב עם מכ"ם בקרת אש ומכוון אופטי. מערכת בקרת אש זאת שירתה גם את טילי הגבריאל. ב - 1982 תותח החרטום הוחלף במערכת נשק אוטונומית מסוג וולקן פאלנקס. בספינות שהוסבו ללוחמת נצ"ל נוספה גם מערכת שיגור ובקרת אש לירי טורפדו נגד צוללות אשר שולבה עם סונר נגרר .

בקרת האש בספינות סער 4.5 לתותחי 76 מ"מ כוללת מחשב מחשב ספרתי משולב עם מכ"ם בקרת אש ומכוון אופטי. מערכת בקרת אש זאת שירתה גם את טילי הגבריאל. ב - 1982 תותח החרטום הוחלף במערכת נשק אוטונומית מסוג וולקן פאלנקס. מערכת וולקן פאלנקס הוחלפה במערכת טילים נגד טילים ברק עם מערכת בקרת אש משלה.

בקרת האש בספינות סער 5 כוללת מערכת נשק אוטונומית מסוג וולקן פאלנקס. מערכת וולקן פאלנקס הוחלפה במערכת טילים נגד טילים ברק עם מערכת בקרת אש משלה. בספינה קיימת גם מערכת לוחמת נצ"ל שכוללת מערכת שיגור ובקרת אש לירי טורפדו נגד צוללות אשר שולבה עם סונר קוער.

ספינות זיוונית (סנפירית), כללו שני אבות-טיפוס אשר לא הגיעו לכלל שירות מבצעי, וכללו מוצב נשק נשלט מרחוק עם תותח 30 מ"מ דו-קני ומערכת נשק שכוללת תת-מערכת בקרת אש ספרתית ומכ"ם.

ספינות סער 6 תכלול כנראה מערכת נשק משולבת אשר תבצע בקרת אש לכל מערכות הנשק אשר יכללו תותח 76 מ"מ, טילי ים-ים וטילי נ"מ (ים-אוויר) ממשפחות הברק, הגרסה הימית של כיפת ברזל, עם מכ"ם 3D כחיישן עיקרי. כמו כן תהיה סוללה משנית של עמדות טייפון עם תותח אוטומטי 25 מ"מ. מערכת לוחמת נצ"ל שכוללת מערכת שיגור ובקרת אש לירי טורפדו נגד צוללות אשר משולבת עם סונר קוער.

כל סוגי הספינות שלעיל כוללים מערכת נשק של טילי ים-ים מסוג הרפון מונחי מכ"ם. יש לה מערכת בקרת אש עצמאית המשולבת עם מערכות הלחימה והחיישנים הישימים עבורה של הספינה.

ראו גם
 מכ"ם בקרת אש

לקריאה נוספת

קישורים חיצוניים 
 בין אדם למכונה: משוב, בקרה ומחשוב לפני קיברנטיקה - Google Books
 תוכניות בסיסיות לבקרת אש בספינות מערכה ותותחים נגד מטוסים
 סימפוזיון לאומי לבקרת אש

הערות שוליים 

דפים עם תרגומים שלא נסקרו