193. 太平洋戰爭制勝神器（2）——隨心所欲打飛機的利器——VT引信

本文是“燃燒的島羣”第193篇原創文章。全文共6628字，配圖36幅，閱讀需要15分鐘。本文曾於2019年9月18日首發。

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在太平洋戰爭中，日本鬼子一如既往地窮兇極惡，屬於“不見棺材不落淚”的主，尤其在戰爭初期日寇佔據上風，靠着一批精銳飛行員包打天下時，盟軍一時半會被打懵逼，不知要多久才能搞定這隻張牙舞爪的牲口，於是在實驗室中，一場看不見硝煙的戰鬥也在緊張進行中，並將在這場戰爭中發揮至關重要的作用，這就是制勝神器系列希望分享的故事。

圖1. 盟軍戰略轟炸是能釜底抽薪，可惜就是太慢了

自從日軍偷襲珍珠港、遠程空襲菲律賓美軍機場和以陸攻消滅英國遠東艦隊三大戰鬥後，美國人充分領教到這羣“空中飛賊”的厲害，同時也意識到發生在廣袤無際的太平洋上的這場戰爭將是一場比拼誰能夠更快更好“打飛機”的競賽。美國人想了很多方法，比如通過戰略轟炸把日本人的飛機消滅在工廠裏、比如轟擊機場把飛機消滅在地面上，但最直接的方式還是在空中直接擊墜，那麼除了造出更多更好的自己的飛機以外，就得靠千方百計提高防空炮的作戰效率了。

圖2. 一戰中的飛機又慢又低，的確有不少用步槍直接射擊的戰例

一戰時，飛機首次大規模出現在戰場上，各國只能將一些初速較高的火炮改爲防空炮充數。最初的防空炮彈只安裝碰炸引信，提高命中率的唯一方式就是增加炮火的密度和射速（現代的高速近防炮也是同樣的道理），隨着飛機性能的快速發展，飛行高度和速度都在迅速增加，防空炮需要對付的目標距離也越來越遠，命中率隨之低下。況且爲了避免自身受到傷害，最好能在遠距離就殺傷敵機，因此大口徑遠程防空炮也被陸續開發出來，但怎樣才能讓炮彈在最接近敵機的時機爆炸，科學家們動了腦子。

圖3. 二戰艦艇上的大量小口徑防空炮仍靠提高火力密度來殺傷敵機

防空炮彈出膛後，需要經過一段時間的飛行才能到達敵機的高度和位置，顯然防空炮彈需要帶有延時引信。最初的一種定時引信是通過燃燒藥盤來計時（類似蚊香的燃燒方式），可提前設定燃燒時間來設定起爆時間，

圖4. 一種通過火藥盤燃燒計時的定時爆炸引信

但在炮彈出膛後，由於高空中空氣密度和溫度的變化，藥盤燃燒的時間存在變數，效果不佳，爆炸時機的誤差很大。很快又出現了通過錶盤設定計時的引信（類似機械計時錶的原理），這種引信在西歐精良的製表技術的支撐下，成爲各國大口徑防空炮的標配引信。

圖5. 一種通過錶盤設定計時的定時引信

比如德國Flak 40型128毫米高射炮彈，可在1.5~29.5秒之間設定時間。炮手將彈頭插入引信測合機便可以自動設定，提高了速度和準確性。大名鼎鼎的88炮的本質工作也是一種防空炮，大量使用定時引信。

圖6. 一名德國炮手正在給炮彈設定引信定時時間

當發現轟炸機羣來襲時，首先需要用大型光學瞄準鏡搜尋目標，測定斜距、方向、速度和高度，射擊指揮儀計算諸元，通過電纜或口令傳到炮陣地。高射炮裝定諸元，設定引信，對着敵機航路上的某一點齊射。這個點需要包含提前量，炮彈飛到時正好與敵機相遇，然後產生漫天彈幕，等着飛機撞上火網。

圖7. 遭遇到漫天高射炮火攔截的盟軍重轟炸機羣

爲了提高防空效率，一個簡單的辦法就是通過增加炮管和射速來爭取多“蒙”中幾炮，另外一種思路是增大炮彈爆炸的準確度，比如說讓炮彈在最接近目標時自動爆炸？這個問題最早引起了德國人的注意，而這種能感應到目標並進而爆炸的引信，一般稱爲近炸引信。

圖8. 德軍著名的88炮主業其實是打飛機，注意旁邊使用測距儀的士兵

順便說一句，德國在基礎科學領域上的雄厚基礎和科研能力讓美國人一參戰就非常忌憚，頂着國內報復日本的巨大壓力也要調集資源優先擊敗德國，事實證明了這一戰略無比英明，如果戰爭再拖上一年半載，德國人的神器包括無線制導導彈、噴氣式戰鬥機、中遠程巡航導彈和21型潛艇都會大量出現，戰爭的天平又可能出現不確定性的傾斜，更別說核武器這種能夠扭轉乾坤的大殺器了。

圖9. 德國噴氣式飛機雖然出現得晚了點，但充分說明了德國人強大的科技實力

日本人當時的科技實力就差遠了，雖然在諸如雷達研製上還算有點基礎，但是基礎科學底子薄（接受近代科技事件太短所致）、人才少（大量人才被軍隊吸納並終身服役）、資源缺、動力弱（“奇技淫巧”說並非只在中國流行），在二戰主要參戰列強中，日本的實力和後發力無疑是最弱的。當然還是要比蔣光頭領導下的分裂的中國要強得多，在堅持抗戰四年最終把鬼子拖下水之後，中國戰場的戰略意義就僅剩下牽制日本陸軍的一部分了。關於抗戰淪陷區，詳見同名公號搜索“淪陷區”。

圖10. 抗戰歷年淪陷區略圖，中國抗戰貴在堅持不懈

根據觸發物理條件不同，近炸引信可分爲聲、光、磁、靜電等多種類別，但是最爲成功的還是無線電波爲媒質的近炸引信。關於無線電波這種看不見摸不着的科技，在前文“制勝神器（1）——千里電眼”裏已有介紹，詳細可到同名公號搜索“制勝神器”。

圖11. 一套完整的SC-270型雷達系統，珍珠港部署的也是同類裝備

早在1940年，雷達裝備先驅國——英國就發展出與雷達原理類似的光學近炸引信Pistol-710，1941年底美國參戰後，英美軍事技術共享，美國人接手搞出了主動式無線電誘爆引信，當時稱爲“可變時（VT）引信”（Variable Time Fuse）。

VT引信這名字其實是相對於定時引信來起的，實質上就是近炸引信（Proximity Fuse），之所以取名VT引信是爲了掩飾這項技術的本質，不過保密工作做的實在太好，連自己人都騙過了，現在通常就用“VT引信”這個有點名不符實的名字來指代了。

圖12. 日本人的“甲型靶船”實際上是一種袖珍潛艇

類似這種換個名字來指代特種兵器的情況多了去了，典型的如日本人搞出來的袖珍潛艇“甲標的”，字面上的意思只是指代“甲型靶艦”（關於此祕密武器，詳到同名公號搜索“甲標的”），實際上卻是一款可攜帶兩條魚雷的水下殺手，是專門爲了日本海軍的“九段邀擊”計劃而準備的決戰兵器之一，可見軍隊裏的取名思路跟平民就是不一樣，怎麼低調怎麼來。

圖13. 日本投降時仍在工廠建造中的“甲標的”“海龍”特攻潛艇

VT引信工作的基本原理是通過引信內藏的真空管無線電波發射器向外放出180至220兆赫茲的無線電波，當彈體接近目標物時，部分無線電波將被反射並接收到，由於多普勒效應的存在，反射波和發射波之間將產生200-800赫茲的低頻訊號，距離目標越近訊號越強！

圖14. 奧地利科學家多普勒提出的“多普勒效應”最終成爲科學殺人的力量

關於多普勒效應（Doppler effect）有必要再科普幾句，這個效應是奧地利物理學家及數學家克里斯琴·約翰·多普勒於1842年率先提出的，當時歐洲人對波的研究正在熱潮之中，多普勒提出：運動中的波源將會導致觀測者接收到的波長及頻率發生變化，當波源朝向觀測者運動時，波會被壓縮，波長會變短，頻率會變高；如果波源正在遠離觀測者，波長會變長，頻率會降低，形似波被“拉長了”。

圖15. 火車汽笛發出的聲波感受可以形象地說明“多普勒效應”的效果

一個最容易理解的物理現象就是當一列拉着汽笛的火車正在進站時，鳴笛的聲波將因爲多普勒效應而被壓縮，頻率會變高，因此聽起來比靜止時更加“尖利刺耳”，而當拉着汽笛的火車或輪船正在離港時，汽笛聲會變得緩慢而低沉。

圖16. 汽車的探測雷達也是應用了多普勒效應的原理

因爲“多普勒效應”而造成發射端和接收端對波的頻率的感知差異就被稱爲“多普勒頻移”，更加值得注意的是，頻移的程度跟波源的移動速度緊密相關，可以反向推導出兩者之間的速度。簡單來說，移動速度越快，頻移程度越大，反之亦然。

圖17. 一種基於多普勒頻移效應的無線感應門磁

今天的日常生活中我們仍經常會遇到類似的設備，比如通過微波感應人體物體的自動門感應器就是利用了這個原理。電磁波同樣存在多普勒效應，在高速運動的物體上（例如高鐵）進行無線通信會出現信號質量下降等現象，就是電磁波存在多普勒頻移現象的實例。但是軍事用途的VT引信需要經受火炮射擊時超過20,000倍地球重力的加速，及每秒500轉的自轉，同時還必須小得可以安放在炮彈的彈頭之內，這個開發難度就比自動感應器大多了。

圖18. 還有一項令人深惡痛絕的多普勒效應產品——雷達測速儀

最終，由約翰·霍普金斯大學的墨勒·圖瓦博士帶領的團隊實現的設計是這樣的：在VT引信內置一個裝有電解液的小玻璃瓶，當炮彈發射時，衝擊力將該玻璃瓶震碎釋放出電解液。由於炮管膛線的作用，炮彈開始高速旋轉，電解液被離心力甩向周圍的電極板上產生電流，該電流馬上給一個電容A充電，同時電流啓動一個無線電真空管，真空管作用發射出無線電電波。

圖19. 看似不起眼的電子管實際上是VT引信的最大祕密

一個振盪器負責接收目標物體反射的電波，接收電波和發射電波之間會因爲多普勒效應而產生一個“波紋”電子脈衝。這個脈衝經過一個無線電真空管放大，當炮彈飛到離目標21米以內時，脈衝足夠大到啓動一個電子閘流管，儲存在之前所述的電容A的電流瞬間被釋放，引爆一個電子雷管，然後又連帶引爆主雷管。

圖20. 一種無線點近炸引信的結構示意圖

簡單來說，VT引信裏面就是一堆這樣那樣的小管子，通過相互之間精巧的作用產生電流和無線電波，並最終引爆主雷管。實際上由於發射時產生的巨大過載以及炮彈飛行途中各種未知的無線電波干擾，VT引信的起爆率一直是個問題。美軍測試過1942年生產的T3型VT引信只有52%的可靠性，但即便只有一半能按預期爆炸，所帶來的防空效率的提升也是革命性的，美國人迫不及待地開始射擊靶機的實驗。

圖21. 裝備有VT引信的5英寸MK 16炮彈

1942年8月，就在瓜島戰役展開的同時，一艘新銳的輕巡洋艦克利夫蘭號（CL-55）使用裝有VT引信的防空炮，在東海岸的海軍主要基地切薩皮克灣進行了靶機射擊實驗，實驗大獲成功，所有靶機均被擊落。

圖22. 被裝有近炸引信的炮彈在近距離爆炸燬傷的飛機

數月後，VT引信有了首次的參戰記錄。一艘布魯克林級輕巡洋艦“海倫娜”號（CL-50）曾在珍珠港被來自蒼龍號上的一架原計劃攻擊航母的魚雷機盯上，對其發射了一條91式航空魚雷，該雷穿過停靠在“海倫娜”號外側的佈雷艦“奧格拉拉”號命中了本艦右舷艦體中部裝甲帶下方第75號肋骨，距離水線約18英尺處，造成一個輪機艙和一個鍋爐房大量進水。幸好損管得力，所有水密艙都被及時關閉，避免了該艦的沉沒。

圖23. 最後一艘布魯克林級輕巡“海倫娜”號，裝有SG雷達並取得首次VT引信戰果

也許是因禍得福，“海倫娜”號反而有機會優先進入造船廠接受修理，並順便加裝了新式的SG型水面和防空搜索雷達，這件裝備反而爲其隨後的優異表現創造了條件。1943年1月5日，正在南太平洋巡航的“海倫娜”號以配有VT引信的5英寸防空炮，成功擊落一架日機，成爲首個VT引信的確定戰果。

圖24. 美艦大量裝備的5英寸高平兩用艦炮，VT引信的大客戶

此後，美軍艦艇大量裝備這一大殺器，美艦的防空炮火逐漸成爲日本航空兵的噩夢。在戰爭末期中遠程距離上對抗“神風”也是依靠這種炮彈，此時的美軍已經在防空上研究出一套完整而科學的方案，雷達發現日機羣后，首先引導戰鬥機進行遠程攔截，當日機進入10公里以內後，由5英寸防空炮發射帶VT引信的炮彈攔截，當目標進入最後俯衝階段時，再以大量的40毫米“博福斯”和20毫米“厄立孔”速射高射炮進行火力覆蓋。能熬過這種立體化多層次防空打擊的日機已經屈指可數了。

圖25. 正在突擊美艦的“巴嘎”彈

按照美軍戰後的統計，太平洋戰場中一共發射帶有VT引信的5英寸（127毫米）炮彈11萬發，擊落約300架，發射40毫米炮彈127萬發，擊落748架，發射20毫米炮彈326萬發，擊落618架。三種主要口徑的防空炮擊落一架日機平均所需的彈藥分別是366發、1698發和5275發。這其中帶有VT引信的5英寸炮彈的擊落效率比之前足足提升了四倍。

圖26. 德國V-1導彈，堪稱巡航導彈的鼻祖，可惜飛行速度太慢

VT引信的良好效果使得美軍自然也將其應用到了陸軍高炮部隊，不過美軍規定只准在海上和英國境內的防空火炮使用，以免未爆炸的引信隨炮彈一起落到敵人手中而泄露祕密。到歐戰後期，德國人雖無力再象不列顛空戰一樣出動大量的轟炸機，但是發明了早期巡航導彈V-1火箭來空襲英國，英國防空火炮配備了火控雷達和VT引信後，擊落一枚V-1火箭平均只需要150發炮彈，如果使用普通的炮彈需要約2800發，可以說是效率驚人了。

圖27. 被德軍圍困在巴斯托捏的美國101空降師，美劇《兄弟連》裏也有表現

據說這種引信唯一一次在歐洲大陸使用是在比利時的巴斯托捏，當美軍101空降師被德軍包圍並有被全殲危險時，美軍在1944年12月8日使用帶有VT信管（陸軍稱其爲“POZIT”）的榴霰彈轟擊德軍步兵，造成德軍的慘重傷亡，事後統計說炮火威力增加了7倍。當然由於戰爭後期德國空軍基本上已經轉入本土防空，沒能力調集大量轟炸機空襲盟軍，因此VT引信的主要“客戶”還是日本人。

圖28. 德國人最著名的防空利器還是巨型防空堡壘，盟軍飛機都是繞道走

歐洲科技的扛把子德國也沒有錯過對近炸引信的研究，他們考慮的媒介是靜電，最初的實驗型作用效果只有1-2米，但是可靠性達到了80%，在項目最終被德國軍方取消時，德國的靜電型近炸引信作用距離已經達到了10-15米，接近美軍VT引信的效果，而且體積小不易受干擾。但是，項目被取消了，德國戰敗了。

圖29. 日本人的神風一度逼得美國人要放大招，用天皇照片來抵擋了

美國海軍部長弗雷斯特曾稱讚無線電近炸引信的使用令美國在太平洋戰場上得以大量減少人員及裝備的傷亡，二戰期間，美國一共生產了大約2200萬個VT引信，總價值約10.1億美元。軍方有評價說“在摧毀敵機的效果上，近炸引信是定時引信的三倍”。

圖30. 馬里亞納海戰中被大量防空炮火覆蓋的日本機羣

日本人在防空上也有自己的獨門兵器——“三式彈”（可能是按照定型時間皇紀2603年來命名，類似“零戰”，詳見同名公號搜索“零戰”）。這是一種燃燒榴彈（燃燒彈和高爆彈的結合），彈體內帶許多可燃燒的小型彈包。三式彈又細分爲對地射擊的三式燒霰彈（普通彈）及三式對空彈。

圖31. 三式彈發射後的在空中自曝並釋放出大量的小型燒夷彈

三式燒霰彈發射出去後會在空中爆炸成數百個小型燒夷彈，可用來轟炸機場、輕型艦艇和一些陸上設施，引起嚴重火災。三式燒霰彈曾在炮擊瓜島機場時使用過，戰列艦“金剛”、“榛名”兩艦一共發射了104枚三式燒夷彈、189枚零式彈和625發一式彈，嚴重破壞了瓜島亨德森機場，被第17軍軍長百武晴吉中將肉麻地吹噓爲“兩門戰列艦的大炮勝過野炮千門”（“野炮1000門に匹敵す！”）。

圖32. 1942年日軍對三式彈防空射擊時產生錐形殺傷區的測量數據

三式對空彈衍生自三式通常彈，採用延時引信，爆炸後其內部的小型破片彈和小型燒夷彈會在空中炸開，形成一大團錐形的殺傷覆蓋區，小型燒夷彈的材料具有黏性，一旦飛散到戰機的身上可使金屬蒙皮變形或融化，對自封式油箱的橡膠也有破壞能力。

圖33. 日本電影《男人的大和》有個鏡頭反應“大和”號發射三式對空彈的場景

由於三式彈就是偏向大型化的子母彈結構，所以通常裝備在重巡洋艦的203毫米（8英寸）口徑以上的主炮（也有數據說日軍制造了5英寸即127毫米口徑的三式彈），金剛級的356毫米、長門級的410毫米和大和級的460毫米主炮均有裝備。以大和的18英寸主炮爲例，其裝備的三式彈長1.6米，重1.36噸，彈中有996～1200個子彈藥。