Ekelund Range กับการหาระยะเป้าด้วยวิธี Passive ของเรือดำน้ำ

ในการใช้อาวุธทางเรือ การติดตามเรือเป้าเพื่อรวบรวมข้อมูลสำหรับการใช้อาวุธจำเป็นต้องใช้ข้อมูลเกี่ยวกับพิกัดของเป้า ประกอบด้วยแบริ่งและระยะทางจากเรือยิง, ข้อมูลการเคลื่อนที่ของเป้า ประกอบด้วยเข็มและความเร็วของเรือเป้า และข้อมูลการเคลื่อนที่ของเรือยิง ประกอบด้วยเข็มและความเร็วของเรือยิง ซึ่งข้อมูลของเรือยิงสามารถวัดได้จากอุปกรณ์บนเรือ เช่น เข็มทิศและเครื่องวัดความเร็วเรือ ส่วนข้อมูลของเรือเป้า ซึ่งประกอบด้วยแบริ่ง ระยะ เข็ม และความเร็วของเรือป้า จำเป็นต้องใช้การวัดข้อมูลจากเป้า ซึ่งเรือผิวน้ำสามารถใช้เรดาร์วัดแบริ่งและระยะของเรือเป้า เพื่อนำไปคำนวณเข็มและความเร็วของเรือเป้าได้ โดยเมื่อได้ข้อมูลที่จำเป็นครบถ้วนแล้วก็จะสามารถนำไปคำนวณหา Fire Control Solution สำหรับการใช้อาวุธได้ต่อไป

เรดาร์ใช้หลักการสะท้อนของคลื่นในการวัดระยะเป้า

อย่างไรก็ดี การตรวจจับเป้าของเรือดำน้ำขณะดำอยู่ใต้น้ำไม่สามารถใช้เรดาร์ในการวัดข้อมูลเป้าได้ เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงที่ใช้ในเรดาร์สามารถเดินทางผ่านน้ำได้เป็นระยะสั้นๆ เท่านั้น นอกจากนี้ เรือดำน้ำมีข้อได้เปรียบในการซ่อนพราง ดังนั้นการตรวจจับเป้าของเรือดำน้ำจึงไม่ใช้วิธีที่เปิดเผยตนเอง เช่นการใช้โซนาร์ Active ซึ่งส่งคลื่นเสียงไปหาเป้าเพื่อวัดข้อมูลในลักษณะเดียวกับเรดาร์ ทำให้วิธีการตรวจจับเป้าของเรือดำน้ำเหลือเพียงการใช้โซนาร์ภาครับหรือโซนาร์ Passive ในการดักฟังเสียงของเรือเป้าเท่านั้น

แต่การฟังเสียงของเรือเป้าอย่างเดียวทำให้ทราบแค่แบริ่งหรือทิศทางของเป้า แต่ไม่สามารถวัดระยะเป้าได้

ในช่วงสงครามโลก เรือดำน้ำยังใช้ตอร์ปิโดระยะใกล้แบบยิงตรง (ไม่มีระบบนำวิถี) โดยใช้วิธีดำเข้าใกล้เรือเป้าจนสามารถมองเห็นด้วยกล้องตาเรือได้ และใช้ขนาดและมุมหันของเป้าจากการมองด้วยสายตาเพื่อคำนวณมุมยิงตอร์ปิโดดักหน้า ประกอบกับการยิงตอร์ปิโดหลายลูกในทิศทางใกล้เคียงกัน (การยิงแบบ Spread) เพื่อช่วยเพิ่มโอกาสในการยิงถูกเป้า แต่หลังจากสงครามโลกสิ้นสุดลงได้มีการพัฒนาขีดความสามารถของเรือดำน้ำให้ตรวจจับเป้าได้ไกลขึ้น ตอร์ปิโดมีระยะยิงไกลขึ้นและมีระบบนำวิถี รวมทั้งเรือปราบเรือดำน้ำสามารถตรวจจับเรือดำน้ำได้ไกลขึ้นและมีอาวุธปราบเรือดำน้ำที่สามารถยิงได้ในระยะไกล จนทำให้เรือดำน้ำไม่สามารถใช้ยุทธวิธีแบบเดิมได้อีกต่อไป แต่ในสมัยนั้นก็ยังไม่มีวิธีหาระยะเรือเป้าได้อย่างแม่นยำโดยไม่ต้องใช้โซนาร์ Active เนื่องจากข้อมูลที่มีอยู่เพียงอย่างเดียวคือแบริ่งเป้า ไม่เพียงพอที่จะนำไปใช้คำนวณหาตัวแปรอื่นๆ ที่มีอยู่เป็นจำนวนมากด้วยสมการการเคลื่อนที่เพียงสมการเดียวได้ (เรือดำน้ำสามารถใช้วิธีคาดเดาเข็มของเรือเป้าเพื่อนำไปประมาณระยะเป้า แต่ผลที่ได้ก็ยังมีส่วนที่ต้องคาดเดาอยู่)

จนกระทั่งในปี ค.ศ.1956  ร.อ.John Ekelund ได้คิดค้นวิธีที่สามารถคำนวณระยะเป้าได้จากการใช้เพียงโซนาร์ Passive ขณะที่มีตำแหน่งเป็นครูสอนยุทธวิธีเรือดำน้ำในโรงเรียนเรือดำน้ำของ ทร.สหรัฐอเมริกา โดยก่อนหน้าที่จะเป็นครูในโรงเรียนเรือดำน้ำ ร.อ.Ekelund เคยปฏิบัติงานในเรือดำน้ำ ๒ ลำ รวมทั้งเคยปฏิบัติงานในฝ่ายอำนวยการด้านเรือดำน้ำของกองเรือภาคพื้นแปซิฟิก ซึ่งนับเป็นโอกาสในการการสะสมประสบการณ์เกี่ยวกับยุทธวิธีและการปฏิบัติการของเรือดำน้ำได้เป็นอย่างดี อย่างไรก็ดีการประมาณระยะเป้าด้วยวิธี Passive ในสมัยนั้นก็ยังเป็นสิ่งที่ ร.อ.Ekelund รู้สึกว่าน่าจะมีวิธีที่ดีกว่า จึงได้ใช้เวลาว่างที่พอมีอยู่ในการคิดหาวิธีที่สามารถคำนวณระยะเป้าด้วยข้อมูลจากโซนาร์ Passive โดยไม่ต้องใช้การคาดเดา

ร.อ.Ekelund ใช้แนวคิดที่ต่างจากแนวคิดทั่วไปในสมัยนั้น คือการใช้ข้อมูลอัตราเปลี่ยนแบริ่งของเรือเป้า ประกอบกับการเปลี่ยนเข็มของเรือดำน้ำ เพื่อนำมาคำนวณระยะเป้า เนื่องจากอัตราเปลี่ยนแบริ่งของเรือเป้าเป็นค่าที่สามารถคำนวณได้จากการวัดค่าแบริ่งเป้าอย่างต่อเนื่อง โดย ร.อ.Ekelund ใช้หลักการของการเคลื่อนที่สัมพันธ์ ตรีโกณมิติ และพีชคณิต ประกอบกับการตั้งสมมุติฐานพื้นฐานว่าระยะเป้าที่ตรวจจับได้จะไกลมากพอที่จะสามารถประมาณได้ว่าเมื่อเรือดำน้ำเปลี่ยนเข็มไปแล้วจะไม่ทำให้ระยะเปลี่ยนไป ซึ่งการตั้งสมมุติฐานดังกล่าวทำให้สามารถแก้สมการเพื่อหาระยะเป้าได้ดังนี้

สมการ Ekelund Range

โดยที่ Rek คือระยะเป้า ส่วน SSalos1 และ SSalos2 คือเวคเตอร์ความเร็วเรือดำน้ำที่ตั้งฉากกับแบริ่งเป้า (Submarine Speed across line of sight) ก่อนและหลังการเปลี่ยนเข็มของเรือดำน้ำ กับ Brate1 และ Brate2 คืออัตราเปลี่ยนแบริ่งเป้า (Bearing rate) ก่อนและหลังการเปลี่ยนเข็มของเรือดำน้ำ

การหาระยะเป้าจากการเปลี่ยนเข็มเรือดำน้ำ 2 เข็ม ด้วยวิธีการของ ร.อ.Ekelund

ร.อ.Ekelund ได้นำวิธีนี้ไปปรึกษากับเพื่อนที่เป็นครูในโรงเรียนเรือดำน้ำด้วยกัน และได้ใช้เครื่องฝึกจำลองของโรงเรียนเรือดำน้ำเพื่อยืนยันความถูกต้องของวิธีการดังกล่าว โดยได้ทำการทดลองภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ซ้ำแล้วซ้ำเล่าจนมั่นใจว่าสามารถใช้สมการนี้มาคำนวณหาระยะเป้าได้อย่างถูกต้อง

จุดที่น่าสนใจอีกประการหนึ่ง คือการที่ ร.อ.Ekelund ต้องการที่จะเผยแพร่วิธีการที่ตนเองคิดค้นขึ้นมาได้ด้วยการทำหนังสือชี้แจงวิธีการคิดแบบใหม่พร้อมรายละเอียดในการคำนวณถึง ผบ.กองเรือดำน้ำ จากโรงเรียนเรือดำน้ำ อย่างไรก็ดี ผบ.โรงเรียนเรือดำน้ำมีภารกิจอื่นมากมายจนไม่มีเวลาสนใจหนังสือที่ ร.อ.Ekelund ได้ร่างไว้ จนกระทั่งในที่สุด ร.อ.Ekelund จึงได้นำหนังสือฉบับดังกล่าวมาแก้ไขชื่อผู้ส่งเป็นชื่อตนเอง และส่งหนังสือฉบับนั้นด้วยชื่อของตนเองโดยตรงถึง ผบ.กองเรือดำน้ำ ซึ่งทำให้วิธีดังกล่าวได้ลงตีพิมพ์ในวารสารของกองเรือดำน้ำ และถูกบรรจุลงในหลักสูตรโรงเรียนเรือดำน้ำในที่สุด

ระยะที่ได้จากวิธีการนี้มีชื่อเรียกว่า Ekelund Range ตามชื่อของ ร.อ.Ekelund และเป็นวิธีการหาระยะเป้าแบบ Passive ที่ยังคงมีสอนในโรงเรียนเรือดำน้ำสหรัฐอเมริกามาจนถึงปัจจุบัน โดยถึงแม้ว่าเรือดำน้ำสมัยใหม่จะมีเครื่องคอมพิวเตอร์และ Algorithm ที่สามารถคำนวณข้อมูลเป้าจากการตรวจจับด้วยโซนาร์ Passive ได้อย่างต่อเนื่องและแม่นยำ แต่วิธีการหา Ekelund Range ก็ยังเป็นวิธีที่สามารถนำมาใช้เพื่อตรวจสอบและยืนยันข้อมูลที่ได้จากเครื่องคอมพิวเตอร์ได้อย่างรวดเร็ว

Credit:

The Ekelund Range: A Story of a JO Innovation, Determination and Communication

Target Motion Analysis from a Diesel Submarine’s Perspective

http://www.online-utility.org/image/gallery.jsp?title=Weather+radar

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s