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叶明忽然道:“杨监正,您既精于算学,可知如何测算炮弹落点?”
杨监正一怔:“这……需知炮口角度、火药量、炮弹重量……”
“若不知这些呢?”叶明追问,“只听炮声,能否判断炮弹来向、落点?”
殿内众人皆愣。只听炮声?
叶明从袖中取出一个小陶罐,罐口蒙着薄牛皮,罐侧开一小孔,孔内插根细铜管。
“此物名‘地听瓮’。将瓮埋入地下,人耳贴铜管,可听十里外地表震动。军中斥候早有此法,但只能辨马蹄方向、人数多寡。”
他顿了顿:“若改良此法,设多个地听瓮,按三角布阵,根据各瓮听到炮声的时间差,用算学计算,或可定位炮位。”
杨监正眼睛亮了:“此法……可行!只需知道声速,测量时间差,确能算出来源方位、甚至距离!”
徐寿激动道:“对!声在地下传播快且稳,比在空中更准!瓮可做得更大,埋得更深,听得更远!”
李君泽目光炯炯:“需要多久?”
“一月!”徐寿抢道,“地听瓮简单,难在布阵算法。杨监正,咱们合作?”
“老朽义不容辞!”杨监正难得激动。
“好!”皇帝拍案,“一月后,朕要看实测。”
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接下来的日子,格物院与钦天监前所未有地密切合作。杨监正带着三个最得意的学生搬进了格物院西厢,与徐寿的弟子们同吃同住。
地听瓮很快制出第一批:陶瓮高一尺,口阔八寸,瓮壁特意烧得薄而匀,以利传声。
蒙瓮口的牛皮需绷紧,松了不响,紧了易破。胡师傅亲自调试,找到最佳松紧度。
布阵是关键。杨监正用算筹推演:至少需三个瓮,呈等边三角形布置,间距百丈。听到炮声后,记录各瓮震动的时间差,通过三角测算,可定位炮位。
但实际操作问题重重。首先是如何精确计时——沙漏太糙,日晷夜间无用。
叶明想起前世摆钟的原理:“用‘擒纵器’加摆锤,可制精确计时器。”
擒纵器格物院已有基础——怀表上就在用。徐寿带着吴铭,五日内做出个大型“秒摆钟”:摆长三尺,每摆一次恰为一秒。配以齿轮计数,可精确到十分之一秒。
其次是如何传递信号。三个地听瓮相距百丈,如何让值守者知道该瓮已听到炮声?
“用琉璃电线!”林致远提议,“每个瓮旁设小铃,瓮内震动触发铜片接触,电流通,铃响。三个瓮的铃声传至中央观察站,记录时间差。”
这方案可行,但琉璃电线埋设费时。最后折中:先做一套试验系统,埋设在京郊西山——那里有炮兵营,可试射配合测试。
八月初,试验开始。
西山脚下,三个地听瓮呈三角埋入深坑,瓮口与地面平齐,覆草伪装。观察站设在三百丈外的土堡内,三根琉璃电线从土堡拉出,分别连接三个瓮的触发铃。
炮兵营在山谷另一端架起三门旧式火炮,准备试射。
叶明、徐寿、杨监正都在土堡内。杨监正的学生负责记录,每人盯一个秒摆钟——那是三个同步校准的钟,误差不超过百分之一秒。
“预备——放!”远处旗语挥下。
“轰!”
炮声传来。几乎同时,三个地听瓮的铜铃“叮叮”作响!学生们紧盯秒摆钟,快速记录:“甲瓮——三秒二!”“乙瓮——三秒五!”“丙瓮——三秒一!”
杨监正立刻演算。他在地上画三角形,标出时间差,用自创的“差分法”计算。半盏茶功夫,他抬头:“炮位在……东南偏东十五度,距离四百七十丈!”
旗语兵挥旗询问。片刻,炮兵营回旗:炮位在东南偏东十四度,距离四百六十五丈。
误差仅一度、五丈!
“成了!”土堡内爆发出欢呼。杨监正老泪纵横:“老朽研究算学五十年,从未想过能如此实用!”
徐寿激动地拍着地听瓮:“此物若布在边关,狄族红夷炮再无隐蔽可言!他们开炮,我们就知道炮在哪儿,可提前躲避,可发兵端掉炮位!”
叶明却冷静道:“还不够。需训练专门的‘地听兵’,要耳力敏锐,要懂算学基础。还要研制更灵敏的瓮,能分辨炮声、马蹄声、脚步声……”
“对!对!”徐寿连连点头,“瓮可做成大小套叠,增强共鸣。触发装置也可改进,不用铜铃,用光线——瓮内震动使小镜偏转,反射烛光,观察站用望远镜看光点位置……”
思路一旦打开,改进方案源源不断。
八月十五中秋,第一套实用化“地听预警系统”制成。系统包括:大中小三套地听瓮,可根据需要埋设;精钢擒纵计时器,带发条,可持续运行十二时辰;光学信号传输装置——用琉璃镜片反射烛光,夜间可视三里。