潜水艦は水中に隠れたまま攻撃できるため、敵を追跡する独自のソリューションが必要で、そこで潜望鏡の登場となった。 第二次世界大戦で使用された潜水艦潜望鏡の初期の設計は、基本的に2つの望遠鏡を互いに向けるという非常にシンプルなものでした。 第二次世界大戦中、水上艦は大口径の砲で撃ち合うように設計されていた。 駆逐艦は魚雷も搭載していたが、これは通常、駆逐艦の進路に対して90°の角度で発射された。 空母は、戦艦や巡洋艦が砲を使うのと基本的に同じように飛行機や爆弾を使ったが、明らかに射程と威力がかなり大きくなっている。
潜水艦は一般的に潜水中に攻撃する。 潜水艦は通常、水上軍艦よりも損傷しやすい。 潜水艦に装甲がある場合、大抵はコニングタワーと艦橋の周りに取り付けられており、機関銃のような軽口径の武器や、砲弾の破片から身を守るように設計されている。 水上軍艦は一般に、より広範囲な装甲を備えている。 潜水艦の場合、主な防御は重い鋼板ではなく、敵に見つからない水面下で活動できることである
軍事潜水艦の主な武器は魚雷である。 第二次世界大戦では、小型の「蒸気」タービンか電気モーターとバッテリーを動力源とする21インチ（533mm）魚雷が最も一般的なタイプであった。 電気魚雷は、蒸気魚雷の特徴である排気ガスの痕跡を残さないため、しばしば「無動力魚雷」と呼ばれた。 日本海軍は24インチ（610mm）の「酸素魚雷」を実戦配備していた。 この「長槍」魚雷は、他国の魚雷の約2倍の爆発力を持つ1000ポンド弾頭を搭載し、殺傷力という点では史上最も有効な魚雷として一般に認められています。 海軍によってその方法は様々に進化した。 戦間期、アメリカのドクトリンでは、目標の距離、方位、角度を決定するためにソナーを使用することが好まれた。 探知機や対潜兵器の進歩により、昼間に潜望鏡を露出させるのは自殺行為だと考えられていたのだ。 このため、米海軍は艦隊潜水艦に高度なソナーと水中聴音器を搭載し、さらに終戦後まで他のどの海軍のものよりはるかに高度な魚雷データ・コンピュータを搭載していた。 アメリカ海軍は、軍事的によくある誤謬に陥り、理論を構築し、その理論のレンズを通してテスト結果を見ました。 理論の裏付けとなるような結果が出た場合は、それを喜んで受け入れ、理論の裏付けとならないような結果は、「オペレーターのミス」とされた。 この傾向は戦争中も続き、実際には発射した魚雷が効かないことが問題なのに、「攻撃力不足」を理由に解任される指揮官が続出するほどでした。 (8726>
アメリカの上級指揮官はしばらく魚雷の問題を見過ごし続けたが、戦争が始まると潜水ソナー攻撃は非常に迅速に排除された。 艦長たち
は2つの事実を認識した。 第一に、ソナーだけでは何も当たらないということ。 そして、注意さえしていれば、理論家が信じている以上に攻撃用潜望鏡の頭を見ることは難しいということである。 光学マストの上部をできるだけ細くして、観測しにくくしたのである。 制限となるのは、昼間のまともな動作を確保するために必要な上部レンズの大きさと、上部プリズムとそのアライメント機構であった。 8726>
ペリスコープの設計者や採用した海軍が、航空捜索能力を捨てて固定式頭部のペリスコープを作ろうとすれば、直径はかなり小さくなる可能性があった。 場合によっては1/2インチにも満たない。 アメリカ海軍の潜水艦で使われていた標準的な攻撃用潜望鏡は、上端の直径が1～1/4インチであった。 夜間捜索用の潜望鏡は、集光力を高めるために頭部が大きくなっている。 8726>
一般的な用語として、スコープを水面上に伸ばすのに必要な深さとして定義される潜望鏡深度というものがある。
Periscope Controls
左の画像は、第二次世界大戦中にアメリカ艦隊の攻撃型潜水艦のほとんどで使われたものと同様のコルモルゲン攻撃型潜望鏡の接眼部と制御部を簡略化して示したものである。 潜望鏡のメインシャフトは、上部の重いリフティングカラーの中でボールベアリングの上に乗っている。 カラーに取り付けられた2本のホイストロッドは、コニングタワー上部の潜望鏡シアーに設置された油圧シリンダーに入る。 ペリスコープを上げるには、シリンダー内のピストンの底に油圧をかけます。 潜望鏡を下げるには、シリンダーから作動油を流出させ、リザーバーに戻す。 油圧が抜けると重力で潜望鏡が下がります。
潜望鏡の右上にあるノブでピントを調節します。 上半分が接眼レンズになっている黒い板は、レイフィルター・アセンブリです。 この中には3枚の色付きフィルター（1枚は透明）とディスクが入っており、接眼レンズの前で回転させることにより、さまざまな照明条件下での視界を確保することができます。 フィルターは、赤、緑、黄の3色です。 ペリスコープ使用時には、ダブルラバー接眼レンズが装着される。 接眼レンズの片側は塞がれており、実際に使用するのは片目だけである。 接眼レンズはリバーシブルで、船長が利き目を使うことができるようになっている。 (8726>
左のハンドルの外側が回転し、上部のプリズムを上下させることができます。 ハンドルの内側にあるボタンはディテント（戻り止め）になっています。 プリズムが完全に上昇した状態からスタートし、水平線を一巡したところで次のデテントに移動することで、船長が感覚で次の位置までプリズムを下げることができるように、回転ハンドルがプリセットポジションにクリックできるようになっています。
右のハンドルはペリスコープの光学力を調整するもので、光学的には望遠鏡でもある。 低は1.5パワー、高は6パワーです。
右ハンドルの下のノブはスタディメーター・コントロールです。 スタジメーターは測距儀で、機長は単に目標との距離を推測するよりもはるかに正確に攻撃のプロットを立てることができる。 潜望鏡の下部にある大きな黒い文字盤から、目標までの距離（ヤード）を読み取ることができる。 この文字盤は潜望鏡の裏側に複製されており、船長が接眼レンズから目を離すことなく、接近士官が読み取ることができるようになっています。 また、ペリスコープ後部のリフティングカラーには、ベアリングリングがあります。 潜望鏡が潜水艦の艦首に直接向けられている場合、目標方位は潜水艦の方位に対して与えられるため、方位はゼロとなる。
映画やテレビ番組で多く見られるように、目標方位を「艦首の角度」と混同しないこと。 ターゲットベアリングは、潜水艦からターゲットまでの相対的な方位である。 船首角とは、目標が潜水艦と交差したり、接近したり、遠ざかったりする角度のことである。 ターゲットが潜水艦に直接向かっている場合、船首の角度はゼロである。 ターゲットが潜水艦から離れる方向にある場合、船首の角度は1-8-0となる。 (目標が右から左へ直角に横切る場合、船首角度は左舷90°となる（わかりやすいように方位と速度は常に一桁で表す）。 本来、船首の角度は目標から潜水艦への方位である。
この画像はスタジメーターを使用した潜望鏡を通した様子である。 スプリットプリズムは、実際の画像の上に目標の第二の画像を重ねるために使用されます。 船長はプリズム
を調節して、第二の画像の水位線が実際の目標画像のマストヘッドに当たるようにする。 マストヘッドの水面からの高さを文字盤に記入し、読み取り値を得る。 スタジメーターは距離ではなく、角度を計測するものです。 マストヘッドの高さが正確に入力されていれば、レンジは正しくなります。 マストヘッドの高さを間違えると、測距点が正しくありません。 (測量士も同じ原理を使いますが、測量士には助手が持つ既知の長さの目盛り付きポールを使って測量を行うという明らかな利点があります)。 潜水艦は自国艦隊の部隊を相手に作戦を行うので、マストヘッドの高さが常に分かっているため、実際には演習中に最も正確な射程を得ることができた。 敵の軍艦や貨物船は、ある程度の推測が必要なことが多いが、認識書にはマストヘッドの高さがわかっている場合は、慎重に記載されていた。
接近手順
潜水艦が目標を見つけたら、接近と攻撃は基本的に幾何学の訓練となる。 艦長は魚雷を発射する角度を正確に決め、目標に命中させる必要がある。
静止した物体では、これは簡単だ。 魚雷を目標に直接向けるだけで、魚雷が直線的に進む限り、目標に命中します。 これの問題は明らかに、潜水艦も目標も実際には静止している可能性が低いということです。 停泊中の艦船への攻撃（スカパフローでのHMSロイヤルオークへのプリエンの攻撃が最も有名な例です）を例外として、潜水艦は通常海上で目標に遭遇しますが、そこでは潜水艦も目標もほぼ確実に移動しているはずです。
Bearing
この図では、接近が始まっている。 潜水艦は2ノットで真北に移動しています。 目標は真西に6ノットで移動中で、現在潜水艦の軌道の東側、距離4カイリに位置している。 (図にすべてを収めるため、艦艇の距離と大きさは縮尺通りではない。
まず艦長は潜望鏡の十字線を目標の中央、つまり魚雷を命中させたい船体のポイントに合わせ、「ベアリング」と呼びかける。 目標の中心を正確に合わせた瞬間に「マーク！」と声をかける。
アプローチ・オフィサーは潜望鏡の軸にあるベアリング・リングからベアリングを読み取る。 この方位は潜水艦から目標までの相対的な角度を示している。 この場合、45°です。 分かりやすくするために、Approach Officerは “Bearing-zero-four-five “と方位をアナウンスする。 (目標の方位は常に3つの数字で示され、桁は常に別々に示される。 “0-four-five “の方が “forty-five degrees “よりも誤解されにくい。 特に、見張りは “starboard four-five “のように2桁の数字を使い、常に目視した船の側を指して方位を呼び出すので、このようになります。
目標方位が決まると、それを魚雷データ・コンピュータ(TDC)に入力する。） これは高度に洗練された電気機械式のアナログコンピュータである。 第二次世界大戦中は、基本的に2つのタイプが使用された。 ほとんどの海軍では、TDCは角度ソルバーだけで、読み取り時に入力されたデータに基づいて、または将来のある時点で、目標がどこにあるかという艦長の最善の推測に基づいて、魚雷の正しいジャイロ設定を与えるものであった。 アメリカ仕様では、目標の進路をリアルタイムで把握できるポジションキーパーが追加された。 8726>
TDCは常に潜水艦のコースと速度を把握しており、これらはマスタージャイロコンパスとピトメーターのログから常に更新されているからである。 (ちなみにこのログは潜水艦の速度計であり、艦長が日々の出来事を記録するために使う本ではありません)。 TDCはこれで目標方位も得たが、まだ目標解を求めるには十分な情報がない。
Range to Target
ここで艦長は目標までの距離を決定する必要がある。 そのためには、まず目標が何であるかを知る必要がある。 潜望鏡を覗くと、大きな貨物船であることがわかります。 潜水艦には、敵の軍艦や商船の情報が載っている認識書が搭載されている。 潜望鏡に映っているのは、大山丸（4,750トン）であろう。 8726>
さて、目標の正体がわかったので、あるいは少なくともわかったと思ったので、彼はマストヘッドの高さを調べます。 これは喫水線から船で一番高いところまでの距離です。 認識本によると、これは100フィートである。 この数値は潜望鏡のスタジメーターに入力される。
また、アクティブソナーをシングルピン設定で使用することによっても範囲を決定することができる。 これは、目標のマストヘッドの高さを知ることに依存しないので、最も正確な2つの方法のうちの1つである。
この図は、潜望鏡のスタジメーターを通して艦長が見ているものを示している。 スプリットプリズムを使用して、目標の水位線が「真の」画像のマストヘッドの上部に位置するように、目標のゴースト画像を配置することができる。 スタジメーターは、距離ではなく、マストヘッドに対する水平からの角度を記録します。
この仕組みは、特定の距離から見ると、特定の高さのオブジェクトは特定の角度になる、というものです。 例えば、画角が1°で、物体の高さが100フィートだとすると、画角と物体の上部が接するのは1海里の距離であると計算できます。
この欠点は、もちろん、正確さは対象物の正しい高さを知っているかどうかに完全に依存していることです。 (この場合、ターゲットのマストヘッドの高さです。) この例では、船が実際の視界よりもかなり近くにあるため、マストヘッドの高さは水平より 1/4° であることがわかりますが、この図ではそうではありません。 R=h/tan(q)の式で計算すると、潜水艦から4海里の距離にあることになります。
この数値は潜望鏡の底部にあるダイヤルで読み取られ、TDCに入力され、解のもう一つの部分を提供する。
船首角
射撃解を算出するために、船長は目標に対する船首角も知る必要がある。 これは、いくつかの映画や小説から想像されるかもしれませんが、ターゲットベアリングと同じものではありません。 ターゲットベアリングは、潜水艦との関係でターゲットの位置を教えてくれます。
この例では、目標が潜水艦の艦首の真横を東から西に通過しているので、艦首の角度は左舷90°となる。 つまり、目標の左舷は潜水艦の方向であり、潜水艦の進路に対して90°の角度をなしているのです。 もし、目標が潜水艦に直接向かってくるなら、船首の角度はゼロになります。 もし、目標が直接遠ざかっていくのであれば、船首の角度は180°となる。
目標速度
最後に必要な要素は、目標の速度である。 これを求める方法はいくつかあるが、100％正確とは言い切れない。
まず、潜望鏡による観測。 潜望鏡の光学系は縦軸、横軸ともに度数で表示されています。 目標までの距離がわかっていれば、与えられた度数を移動するのに必要な経過時間を計ることで速度を求めることができる。 この方法の問題点は、目標が何度移動するのにかかる時間を測定するため、もちろん正確な射程距離に依存すること、また潜望鏡を露出させながら行うため、敵に発見されると危険であることだ。 (日本の商船は甲板砲だけでなく、深海棲艦も搭載しており、実際に何をしているかを知っている乗組員もいて、それを使うことを躊躇しなかった）
第二に、一般知識である。 艦艇の種類によっては、ある速度で日常的に航行することが知られています。 これは通常、最も経済的な巡航速度であろう。 しかし、ターゲットの船長は急いでいるかもしれないし、いつもよりゆっくり動いているかもしれないので、これは速度を決定する最も正確でない方法になりがちである。 経験豊富な船長は、船首の波の様子から、目標の速度をかなり正確に推測できることが多い。 (軍艦の迷彩柄が意図していることの一つは、敵に船首波がはっきり見えないようにすることである)
第三に、回転数を数えることである。 ソナーオペレーターはターゲットのプロペラ音を聞いて、1分間に何回転しているかを判断することができます。 潜水艦の艦長がターゲットのプロペラのピッチ（1回転で進む距離）を知っていれば、かなり正確に速度を推定することができる。 例えば、24フィートピッチのスクリューは、1回転するごとに船を24フィート前進させるはずである。 したがって、1分間に100回転すると、船は2,400フィート（約800ヤード）前進することになる。 つまり、2分半で1海里（2,025ヤード）、23.7ノットの速度が進むことになる。 このくらいの速度は、一般に大型の軍艦か定期船のものであろう。 貨物船は通常もっと遅く、最も速いものでも16ノット程度が限界だった。 (高速船は燃料を大量に消費するため、高速航行で追加料金を取ることができる客船、バナナボートのように荷物が腐る前に届けなければならない特殊な貨物船、コストをあまり考慮しない軍艦などに多く見られた（燃費は大きな要因である。 いずれにせよ、スクリューのピッチがわかり、正確なカウントができれば、かなり良い速度の目安になる。 また、船のスクリューは100％効率的とは言い難く、これを実現しているのは、大きな海水圧で航跡やキャビテーションが抑制される、かなりの深さの潜水艦だけである）
目標速度が決まると、これもTDCに入力する。 この時、全員が数分間待機し、再度観測を行う。 データがすべて正しければ、ターゲットはTDCのポジションキーパーが予測する位置にあるはずだ。 そうでない場合は、さらに観測を重ね、TDCに修正を加えていきます。 10～15分程度の観測で誤差がなくなるか、少なくとも外れるより当たる可能性が高くなる程度まで誤差が小さくなるはずです。 ジャイロ誘導によって、魚雷が特定のコースを進むように設定されます。これは、直線的にしか進めない初期の魚雷設計で必要だった、艦長が魚雷を進めたい場所に潜水艦を向けることではありません。 このターゲットは喫水38フィートで、魚雷は喫水線よりかなり下で爆発するよう25フィートの深さで発射されるよう設定されています。
この図は、解決策を考え、艦長が魚雷を発射する準備ができたときの潜水艦と標的を示している。 (目標は現在、潜水艦の真正面、距離1,400ヤードにある。 マーク14の魚雷がこの距離を移動するには、46ノットの速度で1分かかる。 この1分間で10分の1海里、つまり約200ヤード前進したことになる。
言い換えれば、魚雷を真正面に発射すれば、魚雷が到着したときにはもう目標はそこになく、魚雷は後方を通過することになるのである。 TDCの計算では、このことを考慮して、魚雷は350°の相対コースを走行するように設定されています。これは、魚雷が目標との相対方位を一定に保つように角度をつけて走行することを意味します。 交差する状況下で方位を一定に保つ2つの物体は、いずれはぶつかるものです。 魚雷が目標を「リード」することで、目標の中心近くに命中し、沈没する確率が高くなります。
魚雷を発射したら、潜水艦は結果を観察するためにその場に留まることができます。 または、目標に護衛艦がいる場合は、離れて水中聴音器の音を聞く方が賢明かもしれない。 後者は沈没の確認が難しいという欠点があるが、潜水艦が生き残って手柄を立てる可能性が高くなるという利点もある
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