Siccome un sottomarino può attaccare mentre è nascosto sott’acqua, ha bisogno di una soluzione unica per rintracciare il nemico ed è qui che entra in gioco il periscopio sottomarino. I primi disegni del periscopio sottomarino che furono usati nella seconda guerra mondiale erano molto semplici, avendo essenzialmente due telescopi che puntavano l’uno verso l’altro.
Forse la più grande differenza tra un sottomarino e una nave da guerra di superficie è il metodo di attacco preferito. Durante la seconda guerra mondiale, le navi di superficie erano progettate per sparare con cannoni di grosso calibro. I cacciatorpediniere portavano anche siluri, che normalmente venivano lanciati con un angolo di 90° rispetto alla rotta del cacciatorpediniere. Le portaerei usavano aerei e bombe essenzialmente nello stesso modo in cui le corazzate e gli incrociatori usavano i loro cannoni, anche se ovviamente con una portata e una potenza notevolmente maggiori.
I sottomarini generalmente attaccavano mentre erano sommersi. I sottomarini sono normalmente più vulnerabili ai danni delle navi da guerra di superficie. La maggior parte delle volte, se c’è una corazza su un sottomarino, è installata intorno alla torre di comando e al ponte, e progettata per la protezione da armi di calibro leggero, come le mitragliatrici, o da schegge di granata. Le navi da guerra di superficie hanno generalmente una protezione corazzata più estesa. Per il sottomarino, la protezione primaria non proviene da pesanti piastre d’acciaio, ma dalla capacità di operare sotto la superficie, dove il nemico non può trovarlo per sparargli contro.
L’arma principale di un sottomarino militare è il siluro. Nella seconda guerra mondiale, il tipo più comune era un siluro da 21 pollici (533 mm), alimentato da una piccola turbina “a vapore” o da motori elettrici e batterie. I siluri elettrici erano spesso chiamati “wakeless”, in quanto non lasciavano la scia visibile di bolle di scarico che era caratteristica dei tipi a vapore. La marina imperiale giapponese mise in campo un siluro “ad ossigeno” da 24 pollici (610 mm). Questo siluro “Long Lance”, che portava una testata di 1.000 libbre – quasi il doppio della potenza esplosiva di quelli di altre marine – è stato generalmente riconosciuto come il siluro più efficace mai costruito dal punto di vista dell’utilità come killer di navi.
Per far sì che un sommergibile della marina affondasse una nave nemica, era necessario qualche mezzo per puntare i siluri. Marine diverse hanno sviluppato metodologie diverse. Durante il periodo tra le due guerre, la dottrina statunitense favorì l’uso del sonar per determinare la distanza, la direzione e l’angolo del bersaglio. Si credeva che i progressi nel rilevamento e nelle armi di guerra antisommergibile avessero reso suicida esporre un periscopio alla luce del giorno. A questo scopo, la marina americana installò nei sottomarini della sua flotta un set di sonar e idrofoni molto avanzati, insieme a computer di dati sui siluri che rimasero significativamente più avanzati di qualsiasi altra marina fino a ben dopo la fine della guerra.
In effetti, gli attacchi sonar mentre erano sommersi si rivelarono notevolmente inefficaci in condizioni reali di guerra. Cadendo in una delle più comuni fallacie militari, la marina americana sviluppò una teoria, poi vide i risultati dei test attraverso la lente di quella teoria. Tutti i risultati che sembravano sostenere la teoria venivano accolti con entusiasmo, mentre i risultati che non riuscivano a sostenere la teoria venivano attribuiti ad un “errore dell’operatore”. Questa tendenza continuò fino alla fine della guerra, al punto che un certo numero di comandanti furono sollevati per “mancanza di aggressività” quando il vero problema era che i siluri che stavano lanciando non funzionavano. (Il Bureau of Ordinance disse che i siluri funzionavano, e dato che non potevano sbagliarsi su questo, dovevano essere i comandanti.)
Mentre gli alti comandanti americani continuarono a trascurare i problemi dei siluri per qualche tempo, l’attacco Sonar sommerso fu eliminato molto rapidamente una volta iniziata la guerra. I comandanti 
riconobbero due fatti. Primo, non colpivano nulla usando solo il Sonar. E, secondo, finché si stava attenti era molto più difficile vedere la testa del periscopio d’attacco di quanto credevano i teorici. La sezione superiore dell’albero ottico fu fatta il più sottile possibile per ridurre l’osservabilità. I fattori limitanti erano le dimensioni della lente superiore, che doveva essere abbastanza grande da garantire un funzionamento decente alla luce del giorno, e il prisma superiore e il suo meccanismo di allineamento. Il prisma superiore poteva essere inclinato dalla torre di comando, per permettere al campo visivo di essere elevato per la ricerca aerea, o depresso per guardare da vicino.
Se il progettista del periscopio – e la marina che lo impiegava – era disposto a rinunciare alla capacità di ricerca aerea e costruire un periscopio con una testa fissa, il diametro poteva essere abbastanza piccolo. In alcuni casi non molto più di 1/2 pollice. Il periscopio d’attacco standard usato nei sottomarini della marina americana era di 1-1/4 pollici di diametro all’estremità superiore. Periscopi di ricerca o “notte” hanno una testa più grande per una maggiore capacità di raccolta della luce. I periscopi di ricerca americani della tarda guerra incorporavano una guida d’onda radar nella testa.
Un termine comune è la profondità del periscopio che è definita come la profondità necessaria per estendere il cannocchiale sopra la superficie dell’acqua.
Comandi del periscopio
L’immagine a sinistra mostra una vista semplificata dell’oculare e dei comandi di un periscopio d’attacco Kollmorgen, simile al tipo usato nella maggior parte dei sottomarini d’attacco della flotta americana durante la seconda guerra mondiale. L’albero principale del periscopio poggia su cuscinetti a sfera nel pesante collare di sollevamento in alto. Le due aste di sollevamento attaccate al collare entrano in cilindri idraulici situati nelle cesoie del periscopio sopra la torre di comando. Per sollevare il periscopio, la pressione idraulica è applicata alla parte inferiore dei pistoni all’interno dei cilindri. Per abbassare il periscopio, il fluido idraulico può uscire dai cilindri e tornare nel serbatoio. La gravità abbassa il periscopio una volta che la pressione idraulica viene rilasciata.
La manopola in alto a destra del periscopio è usata per regolare la messa a fuoco. La piastra nera, con l’oculare nella sua metà superiore, è il gruppo del filtro a raggi. Questo contiene un disco con tre filtri colorati – e uno trasparente – che possono essere ruotati davanti all’oculare per aiutare la visibilità in diverse condizioni di luce. I filtri sono di colore rosso, verde e giallo. Quando il periscopio è in uso, viene montato un doppio oculare in gomma. Un lato dell’oculare è bloccato, e solo un occhio è effettivamente utilizzato. L’oculare è reversibile, per permettere al capitano di usare il suo occhio dominante. (Oltre ad essere destri o mancini, le persone hanno anche l’occhio destro o sinistro, anche se la maggior parte probabilmente non ha idea di quale.)
La parte esterna della maniglia sinistra ruota, permettendo al prisma superiore di alzarsi o abbassarsi. Il pulsante sulla parte interna della maniglia è un fermo. Questo permette alla maniglia rotante di scattare in posizioni preimpostate in modo che, iniziando con il prisma in piena elevazione e spostandosi verso il prossimo fermo al completamento di una spazzata completa dell’orizzonte, il capitano può abbassare il prisma alla posizione successiva al tatto. Tre corse complete coprono tutte le posizioni.
La maniglia destra regola la potenza ottica del periscopio, che è anche, otticamente, un telescopio. L’impostazione bassa è 1,5 potenza, e l’impostazione alta è 6 potenza.
La manopola sotto la maniglia destra è il controllo stadimetro. Lo stadimetro è un dispositivo di ricerca della distanza, che permette al capitano di tracciare il suo attacco con una precisione molto maggiore rispetto al semplice tentativo di indovinare quanto lontano si trova il bersaglio. La distanza dal bersaglio, in iarde, viene letta dal grande quadrante nero in fondo al periscopio. Questo quadrante è duplicato sul retro del periscopio, in modo che la lettura possa essere effettuata anche dall’ufficiale di avvicinamento senza che il capitano debba togliere l’occhio dall’oculare. Sempre sul retro del periscopio, nel collare di sollevamento, si trova l’anello di supporto. Quando il periscopio è puntato direttamente sulla prua del sottomarino, il rilevamento è zero, poiché i rilevamenti del bersaglio sono dati in relazione alla direzione del sottomarino.
Il rilevamento del bersaglio non deve essere confuso – come è successo in molti film e spettacoli televisivi – con “l’angolo sulla prua”. Il rilevamento del bersaglio è il rilevamento relativo dal sottomarino al bersaglio. L’angolo sulla prua è l’angolo con cui il bersaglio sta attraversando, si sta avvicinando o si sta allontanando dal sottomarino. Se il bersaglio si sta dirigendo direttamente verso il sottomarino, l’angolo sulla prua è zero. Se si sta dirigendo direttamente lontano, l’angolo sulla prua è uno-otto-zero. (Orate e velocità sono sempre date come cifre singole per chiarezza.) Se il bersaglio sta attraversando ad angolo retto da destra a sinistra l’angolo sulla prua è 90° a sinistra. Essenzialmente, l’angolo sulla prua è il rilevamento del sottomarino dal bersaglio.
Questa immagine mostra la vista attraverso il periscopio con lo stadimetro in uso. Un prisma diviso è usato per sovrapporre una seconda immagine del bersaglio sopra l’immagine attuale. Il capitano regola il prisma 
in modo che la linea di galleggiamento della seconda immagine sia posta sulla testa d’albero dell’immagine reale del bersaglio. L’altezza della testa d’albero dall’acqua viene inserita sul quadrante e si ottiene la lettura. Lo stadimetro misura effettivamente gli angoli, non la distanza. Se l’altezza della testa d’albero è inserita accuratamente, la gamma sarà corretta. Sbagliando l’altezza della testa d’albero si ottiene una portata errata. (Lo stesso principio è usato dai topografi, anche se hanno l’ovvio vantaggio di basare le loro distanze su un’asta graduata di lunghezza nota tenuta da un assistente). In pratica, le portate più accurate erano sempre ottenute durante le esercitazioni, dato che i sottomarini operavano contro unità della loro stessa flotta, e le altezze di testa d’albero erano sempre note. Le navi da guerra nemiche e le navi da carico spesso comportavano una certa quantità di congetture, anche se i libri di riconoscimento erano attenti ad elencare le altezze delle teste d’albero quando erano note.
Procedura di avvicinamento
Una volta che un sottomarino trova un obiettivo, l’avvicinamento e l’attacco è essenzialmente un esercizio di geometria. Il capitano deve determinare l’angolo preciso in cui lanciare il suo siluro in modo che colpisca il bersaglio.
In oggetti stazionari, questo è facile. Basta puntare il siluro direttamente sul bersaglio e, finché viaggia in linea retta, lo colpirà. Il problema con questo, ovviamente, è che né il sottomarino né il bersaglio è probabile che siano effettivamente stazionari. Con la rara eccezione di attacchi a navi ancorate – l’attacco di Prien alla HMS Royal Oak a Scapa Flow è, forse, l’esempio più noto – i sottomarini normalmente incontrano i loro obiettivi in mare, dove sia il sottomarino che l’obiettivo sono quasi certamente in movimento.
In questa situazione, non si può sparare dove si trova l’obiettivo. Invece, devi sparare dove il bersaglio sarà quando il siluro lo raggiungerà.
Cuscinetto
In questo grafico, l’approccio è iniziato. Il sottomarino si sta muovendo verso nord a 2 nodi. Il bersaglio si sta muovendo verso ovest a 6 nodi e si trova attualmente ad est del percorso del sottomarino, ad una distanza di quattro miglia nautiche. (Per inserire tutto nel grafico, le distanze e le dimensioni delle navi non sono in scala. Inoltre, il sottomarino è mostrato in superficie per chiarezza – sarebbe sommerso se questo stesse realmente accadendo.
Prima, il capitano centra il mirino del periscopio sul centro del bersaglio, o sul punto dello scafo dove vuole che il siluro colpisca, chiamando, “Bearing”. Nel momento in cui ha centrato esattamente il bersaglio, chiama: “Mark!”
L’ufficiale di avvicinamento legge il rilevamento sull’anello di rilevamento situato sull’asta del periscopio. Questo rilevamento dà l’angolo relativo dal sottomarino al bersaglio. In questo caso, 45°. Per chiarezza, l’ufficiale di avvicinamento annuncia il rilevamento come “rilevamento zero-quattro-cinque”. (I rilevamenti del bersaglio sono sempre dati come tre numeri, e le cifre sono sempre date separatamente. È meno probabile che “zero-quattro-cinque” venga frainteso rispetto a “quarantacinque gradi”. Questo è particolarmente vero perché le vedette chiamano i rilevamenti come “dritta quattro-cinque”, usando due cifre e riferendosi sempre al lato della nave su cui si trova l’avvistamento. Alcune marine usano il “rosso” per babordo e il “verde” per tribordo nei rapporti di avvistamento, essendo questi i colori delle luci di navigazione su quei lati)
Una volta che il rilevamento del bersaglio è stato determinato, viene inserito nel Torpedo Data Computer (TDC). Questo è un computer analogico elettromeccanico altamente sofisticato. Due tipi di base sono stati utilizzati durante la seconda guerra mondiale. Nella maggior parte delle marine, il TDC era solo un risolutore di angoli, che avrebbe dato la corretta impostazione del giroscopio per il siluro sulla base dei dati inseriti al momento della lettura, o in un dato momento nel futuro, sulla base della migliore ipotesi del capitano di dove sarebbe stato il bersaglio. La versione americana aggiunse un indicatore di posizione, che era in grado di tenere traccia della rotta del bersaglio in tempo reale. Questo fu un progresso significativo rispetto ai sistemi più vecchi e rese molto più accurate le soluzioni del bersaglio, eliminando la maggior parte delle congetture.
Il TDC conoscerà sempre la rotta e la velocità del sottomarino, poiché queste sono costantemente aggiornate dalla bussola giroscopica principale e dal registro del Pitometro. (Questo registro è il tachimetro del sottomarino, a proposito, e non il libro che il capitano usa per tenere traccia degli eventi quotidiani). Il TDC ora ha anche il rilevamento del bersaglio, ma non ha ancora abbastanza informazioni per elaborare una soluzione del bersaglio.
Range to Target
Ora il capitano deve determinare la distanza dal bersaglio. Per fare questo, deve prima sapere qual è il bersaglio. Guardando attraverso il periscopio può vedere che si tratta di una grande nave da carico. I sottomarini trasportano libri di riconoscimento che elencano tutte le navi da guerra e i mercantili nemici sui quali sono disponibili informazioni. Guardando in questo libro il capitano trova la Oyama Maru, una nave da carico giapponese di 4.750 tonnellate, che sembra essere la nave che ha nel suo periscopio. Dato che siamo a metà del 1944, e la seconda guerra mondiale è in corso, decide che questo è un obiettivo legittimo, quindi continua l’avvicinamento.
Ora che sa – o, almeno, crede di sapere – l’identità dell’obiettivo, guarda l’altezza della testa d’albero. Questa è la distanza dalla linea di galleggiamento al punto più alto della nave. Secondo il libro di riconoscimento, questa è di 100 piedi. Questa cifra viene inserita nello stadimetro del periscopio.
La distanza può anche essere determinata usando il sonar attivo sull’impostazione a singolo ping. Questo è uno dei due metodi più accurati, in quanto non dipende dalla conoscenza dell’altezza della testa d’albero del bersaglio. I sottomarini americani della tarda guerra incorporavano anche una minuscola antenna radar nel periscopio di ricerca, che forniva anche una distanza esatta, a rischio di sollevare più spruzzi del più sottile periscopio di attacco.
Questo grafico mostra ciò che il capitano vede attraverso lo stadimetro del periscopio. Un prisma diviso viene utilizzato per posizionare un’immagine fantasma del bersaglio in modo che la sua linea di galleggiamento sia seduta proprio in cima alla testa d’albero dell’immagine “vera”. Lo stadimetro registra effettivamente l’angolo sopra l’orizzontale rispetto alla testa d’albero, non la distanza. Viene poi eseguita una matematica di base che traduce quell’angolo in una cifra di distanza.
Il modo in cui funziona è che visto da qualsiasi distanza particolare, un oggetto di una data altezza sarà ad un angolo particolare. Se si sa che l’angolo di vista è di 1°, per esempio, e l’oggetto è alto 100 piedi, si può calcolare che l’angolo di vista e la cima dell’oggetto si toccheranno solo ad una distanza di un miglio nautico. Lo stadimetro fa semplicemente i conti per voi.
Uno svantaggio di questo, naturalmente, è che la precisione dipende completamente dal conoscere l’altezza corretta dell’oggetto. (In questo caso, l’altezza della testa d’albero del bersaglio.) Nel nostro esempio – ma non nel grafico, dove la nave è considerevolmente più vicina di quanto sarebbe in una vista reale – l’altezza della testa d’albero risulta essere 1/4° sopra l’orizzontale. Usando la formula R=h/tan(q) questo significa che il bersaglio è a quattro miglia nautiche dal sottomarino. Lo stadimetro lo fa internamente, senza che il capitano o l’ufficiale di avvicinamento debbano calcolarlo, e indica che il bersaglio è a 8.100 iarde.
Questa cifra viene letta da un quadrante alla base del periscopio e inserita nel TDC, fornendo un’altra parte della soluzione.
Angolo di prua
Per elaborare una soluzione di tiro, il capitano deve anche conoscere l’angolo di prua del bersaglio. Questa non è la stessa cosa del rilevamento del bersaglio, nonostante quello che si potrebbe pensare da alcuni film e romanzi. Il rilevamento del bersaglio ti dice dove si trova il bersaglio in relazione al sottomarino. L’angolo sulla prua ti dice dove sei visto – cosa che ovviamente speri di non essere – dal bersaglio.
Nel nostro esempio, dove il bersaglio sta passando da est a ovest direttamente attraverso la prua del sottomarino, l’angolo sulla prua è 90° a sinistra. Cioè, il lato sinistro del bersaglio è verso il sottomarino, ed è ad un angolo di 90° rispetto alla sua rotta. Se il bersaglio venisse direttamente verso il sottomarino, l’angolo sulla prua sarebbe zero. Se si stesse allontanando direttamente, l’angolo sulla prua sarebbe di 180°. Se il bersaglio era su una rotta sud-ovest, l’angolo sulla prua sarebbe 45° a sinistra, ecc.
Velocità del bersaglio
Il fattore finale necessario è la velocità del bersaglio. Ci sono diversi metodi per ottenerla, anche se nessuno può essere definito accurato al 100%.
Primo, l’osservazione del periscopio. Le ottiche del periscopio sono segnate in gradi sia sull’asse verticale che su quello orizzontale. Se la distanza dal bersaglio è nota, è possibile determinare la velocità cronometrando il tempo trascorso necessario per percorrere un dato numero di gradi. Il problema con questo metodo è, naturalmente, che dipende da una portata accurata, poiché si sta misurando il tempo che il bersaglio impiega per attraversare un numero noto di gradi, e significa anche esporre il periscopio mentre lo si fa, il che è potenzialmente pericoloso se il nemico lo individua. (I mercantili giapponesi non solo portavano cannoni sul ponte, spesso con equipaggi che sapevano davvero cosa stavano facendo, ma anche bombe di profondità, e non esitavano ad usarle)
In secondo luogo, conoscenza generale. Alcuni tipi di navi sono note per viaggiare abitualmente a certe velocità. Questa sarà di solito la velocità di crociera più economica. Tuttavia, poiché il capitano dell’obiettivo può avere fretta, o può muoversi più lentamente del solito, questo tenderà ad essere il metodo meno accurato per determinare la velocità. Un capitano esperto può spesso fare un’ipotesi abbastanza accurata della velocità di un bersaglio dall’aspetto dell’onda di prua. (Una delle cose che i modelli di mimetizzazione delle navi da guerra sono destinati a fare è rendere difficile per il nemico essere in grado di vedere chiaramente l’onda di prua)
In terzo luogo, contare le rivoluzioni. L’operatore del sonar può ascoltare il suono delle eliche del bersaglio e determinare il numero di giri al minuto. Se il capitano del sottomarino conosce il passo (la distanza percorsa in una rivoluzione) delle eliche del bersaglio, può fare una stima abbastanza accurata della velocità. Per esempio, una vite con un passo di 24 piedi dovrebbe spostare la nave in avanti di 24 piedi per ogni rivoluzione. Cento giri al minuto dovrebbero quindi far avanzare la nave di 2.400 piedi, o 800 iarde. Questo darebbe una distanza approssimativa di 1 miglio nautico (2.025 iarde) ogni 2-1/2 minuti o una velocità di circa 23,7 nodi. Questo tipo di velocità indica generalmente una grande nave da guerra o di linea. Le navi da carico erano di solito più lente, con le più veloci generalmente limitate a circa 16 nodi. (Il risparmio di carburante era il fattore principale – le navi veloci usano molto carburante, così l’alta velocità si trovava soprattutto nelle navi passeggeri, dove la linea poteva far pagare un extra per un passaggio veloce, nelle navi da carico specializzate come le bananiere, che dovevano consegnare il loro carico prima che si rovinasse, e nelle navi da guerra, dove il costo non era una considerazione importante. In ogni caso, se il passo delle viti è noto, e si ottiene un conteggio accurato, questo può dare una stima abbastanza buona della velocità. Inoltre, le viti di una nave sono ben lungi dall’essere efficienti al 100% – le uniche navi che ci riescono sono i sottomarini ad una profondità considerevole, dove la grande pressione del mare sopprime la scia e la cavitazione)
Una volta determinata la velocità del bersaglio, anche questa viene inserita nel TDC. A questo punto, tutti aspettano qualche minuto e poi fanno un’altra osservazione. Se i dati erano tutti corretti, il bersaglio si troverà dove il TDC ha previsto la sua posizione. Se non lo è, si fanno altre osservazioni e si inseriscono le correzioni nel TDC. Diverse osservazioni su un periodo di 10-15 minuti dovrebbero eliminare l’errore o almeno ridurlo al punto in cui un colpo è più probabile di un fallimento.
Mentre il TDC elabora queste soluzioni, gli angoli giroscopici che genera sono automaticamente programmati nei siluri. La guida giroscopica permette al siluro di essere impostato per percorrere una particolare rotta, piuttosto che dover puntare il sottomarino dove il capitano vuole che il siluro vada, cosa che era stata necessaria con i primi progetti di siluri, che potevano viaggiare solo in linea retta.
Mentre tutto questo avviene, viene impostata anche la profondità di corsa del siluro. Per questo particolare bersaglio, che ha un pescaggio di 38 piedi, il siluro è impostato per andare ad una profondità di 25 piedi, in modo che esploda ben al di sotto della linea di galleggiamento. Se si usa una spoletta a influenza magnetica – cosa che, a questo punto della seconda guerra mondiale, non sarebbe stata possibile, dato che a quel punto anche il Bureau of Ordinance aveva finalmente riconosciuto che erano inaffidabili in condizioni di campo – la profondità di corsa sarebbe stata impostata a 43 piedi, in modo che la testata esplodesse direttamente sotto la chiglia, dove avrebbe fatto il maggior danno.
Questo grafico mostra il sottomarino e il bersaglio nel momento in cui è stata trovata una soluzione e il capitano è pronto a lanciare un siluro. (Il bersaglio si trova ora di fronte al sottomarino, ad una distanza di 1.400 metri. Ad una velocità di 46 nodi, il siluro Mark 14 impiegherà un minuto per percorrere quella distanza. In quel minuto, la nave si sarà spostata in avanti di un decimo di miglio nautico, o di circa 200 iarde.
In altre parole, se il siluro viene sparato dritto, il bersaglio non sarà più lì quando il siluro arriverà e il siluro passerà a poppa. I calcoli del TDC tengono conto di questo e impostano il siluro su una rotta relativa di 350°, il che significa che il siluro viaggia con un angolo tale che il suo rilevamento relativo rispetto al bersaglio rimane costante. Qualsiasi due oggetti che mantengono un rilevamento costante in una situazione di incrocio alla fine si colpiranno a vicenda. Facendo in modo che il siluro “guidi” il bersaglio, dovrebbe colpire vicino al centro del bersaglio e avere una buona possibilità di affondarlo.
Una volta che i siluri sono stati lanciati, il sottomarino può rimanere nei paraggi per osservare il risultato. Oppure, se ci sono navi di scorta con il bersaglio, può essere più prudente tentare di scivolare via e ascoltare eventuali colpi sugli idrofoni. Quest’ultima soluzione ha lo svantaggio di rendere difficile la conferma dell’affondamento, ma ha anche il vantaggio di rendere più probabile che il sottomarino sopravviva per prendersi il merito.