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民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含 7罐星圖膠卷與攜行箱,序號 AC 42 2190

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1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190

民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含 7罐星圖膠卷與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》


1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190

民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷罐與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》

1. 基本資料

  • 文物名稱: 民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷與攜行箱,序號 AC 42 2190

  • 英文名稱: 1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190

  • 文物序號: AC 42 2190

  • 製造年份: 民國31年(1942)

  • 製造單位: 伊士曼柯達公司(Eastman Kodak Company, Rochester, N.Y.)等

  • 研發單位: 英國皇家航空研究院(R.A.E.)與柯達公司(Kodak, Ltd.)跨國技術合作

  • 生產國家: 美國(Made in U.S.A.)

  • 館藏單位: 黑水博物館 (Black Water Museum)


2. 藏品說明

本件藏品為一套完整的二戰時期美國陸軍航空導航設備,包含天文導航儀主機及其專用木質攜行箱與完整的原裝配件,並附有極其珍貴的民國32年(1943)歷史文獻與民國96年(2007)的考證信件。


外部攜行箱: 箱體為厚實木質結構,外觀塗裝為標準軍用橄欖綠色。為適應嚴苛的戰地運輸,箱體八個邊角均配置厚重金屬包角,正面設有兩具金屬快拆卡扣,頂部配有堅固的皮革提把。箱頂中央釘有金屬銘牌,標示其美國陸軍財產身分與規格。此外,在木箱內側邊緣處,清晰印有一枚圓形的「AN X71」軍規檢驗章。


內部主機與工具: 打開箱蓋後,可見 A-1 型天文導航儀主機安裝於一塊與箱體絞鏈相連的木板上,可向外翻轉展開。本件 A-1 型實體主機配備有三具金屬固定掛鉤(Supporting Hooks),其設計與隨附英國文獻(Mark IA/IB 型)中標註的結構一致,用於將儀器懸吊於機艙內的安裝環上。然而,與英國皇家空軍版本文獻不同的是,此件美國陸軍 A-1 型實體並無配置文獻所述之「SORBO」海綿避震墊。主機為黑色金屬烤漆外殼,內部零件均經過「消光黑(Dull-blacked)」處理,將雜散光折射降至最低。

  • 高精度玻璃夾片機構: 為達到無透鏡投影的極致精準度,星圖膠卷被精密地夾在兩塊平坦的玻璃板之間。文獻揭露,這兩塊玻璃板是由厚度僅 0.012英吋(約0.3毫米)的鋼製薄墊片(Steel spacing shims)隔開,確保膠卷定位精度高達驚人的 0.005英吋(約127微米/)。

  • 精密的進片與阻尼系統: 機身頂部設有兩個微縮膠卷轉盤。轉盤採用電木(Bakelite)法蘭邊緣與中空鋁製軸心。為了防止膠卷過度捲動(Overrunning),系統內部巧妙地使用了軟木環(Cork rings)與天鵝絨包覆的平彈簧(Velvet-covered flat springs)來施加均勻的微小阻尼。透過彈簧加載的可伸縮手柄,領航員能快速抽換不同緯度的膠卷。

  • 中央控制旋鈕: 機身頂部中央的大型旋鈕為「光源滑軌控制鈕(Lamphouse Slide Control)」。領航員透過旋轉此鈕,可微調內部燈座的相對位置,使投影出的星圖時間軸精準對齊桌面底圖。


在機身旋鈕側的金屬外殼上,同樣打上了與木箱內側一致的「AN X71」圓形檢驗章,證明了主機與木箱的原始配套性。木板內側兩側,則設有原廠專用工具的收納夾具:右方妥善收納了一把原裝的金屬扳手;左方則固定有一支黃色金屬專屬調整工具。


運作原理與使用方式: 這套設備的誕生是為了解決高空夜間飛行時,領航員難以進行複雜球面三角學計算的困境。

  • 運作原理(無透鏡陰影投影): 儀器巧妙地捨棄了易產生光學變形的傳統透鏡,採用最純粹的「無透鏡陰影投影(Shadow Projection)」原理。利用內部僅 1毫米(1 mm) 燈絲的微型燈泡,直接將星圖膠卷的「放大陰影」投射在地圖桌上。只要投影高度正確,投射出的陰影星圖幾何比例就會絕對精確。

  • 實際使用流程:

    1. 裝載圖資: 領航員根據當前任務緯度,取出對應的星圖膠卷安裝於主機。

    2. 高度校準: 使用附帶的 U-8112 測高尺,精確校準儀器鏡頭到桌面的垂直高度(22.3英吋或16.3英吋),確保投影比例無誤。

    3. 時間設定: 將格林威治標準時間(G.M.T.)加上修正值,轉換為「天文導航儀平均時間(A.M.T.)」。轉動膠卷轉盤設定該時間,並微調光源滑軌使投影對齊底圖。

    4. 觀測定位: 領航員使用六分儀觀測兩顆特定恆星(如大角星與牛郎星)的高度角(仰角)。接著,直接在桌面投影的星系曲線上找出對應這兩個高度角讀數的曲線,兩曲線的交叉點即為飛機當下的精確座標。此舉徹底免除了繁瑣的數學計算,大幅提升戰時定位效率。


底艙配件與膠卷庫: 掀開主機木板後,箱體底部設有精密的專屬木製分隔艙,內容物保存極度完整,包含:

  1. 特製低收縮星圖膠卷罐(Astrograph Film): 底艙的專屬木製分隔槽內,完整收納了 7 罐金屬製膠卷罐。內部採用的是寬度 4英吋(約10.16公分)、特製的「低收縮性(Special low shrinkage)」地形膠卷。

    ▪️ 外觀與包裝細節: 每個金屬罐身皆包覆著原裝的紙質標籤,上下清晰印有「AIR CORPS, U. S. ARMY」字樣及「ASTROGRAPH FILM」。

    ▪️ 收納與防護機制: 木箱底部的收納艙為每個膠卷罐量身打造了獨立的專屬隔層,並配備了一條帶有金屬按扣的特製皮革固定帶,將膠卷牢牢鎖緊於艙內以抗亂流顛簸。目前館方已為每個膠卷罐加上了現代透明塑膠保護套。

    ▪️ 全球導航(無縫銜接的緯度): 這 7 罐膠卷標示的緯度範圍完美拼湊出一套「從北緯 68.5 度至南緯 45 度」的連貫全球星空圖資。各膠卷之詳細說明如下:


    1. 北極圈與極地航線 (68½° N - 54½° N):主要涵蓋阿拉斯加、加拿大北部、格陵蘭、冰島及蘇聯北部。用於支援極危險的北極物資補給船團空中掩護及阿留申群島戰役。

    2. 北大西洋與歐洲北部 (60° N - 41° N):涵蓋英國全境、德國本土、北大西洋核心航線。是第八航空軍從英國起飛對納粹德國進行戰略轟炸最主要的圖資。

    3. 北美與歐洲中部 (55° N - 32½° N):涵蓋美國北部、英國南部至義大利北部。支援橫跨大西洋的戰略運輸及歐陸反攻任務。

    4. 地中海、中緬印戰區與臺灣北部 (41½° N - 23° N)本膠卷為支援二次大戰著名「駝峰航線」(The Hump)之核心圖資,涵蓋北非、地中海、印度、緬甸、中國南部及臺灣北部與中部(臺北、新竹、臺中、嘉義等地)

    5. 跨赤道、太平洋跳島與臺灣南部 (23½° N - 8° S):此罐為跨越赤道的關鍵。在北端銜接點涵蓋了臺灣南部(臺南、高雄、屏東、臺東及恆春半島),向南則包含夏威夷、菲律賓、東南亞及太平洋各跳島戰區。

    6. 南太平洋與澳洲北部 (7½° S - 37° S):涵蓋澳洲大陸大部分及南太平洋重要補給島鏈。支援美、澳洲聯軍在南太平洋的反攻。

    7. 南半球深處 (28° S - 45° S):涵蓋澳洲南部及塔斯馬尼亞海域,確保了南太平洋後方補給線與巡邏區域的完整導航覆蓋。


  2. 雙電壓模組化備用光源: 左上角配置了 6 具備用投影燈泡模組。文獻指出,這些燈泡為特製的「2.0 伏特、1.5 瓦微型燈絲燈泡」。金屬外殼採用波浪紋設計以利散熱與抓握;底部配有六角形金屬螺紋底座,可搭配原裝扳手進行替換。這些備用光源的玻璃球體必須極度純淨無瑕疵,以確保陰影投影的銳利度。透過儀器內建的電阻器與雙備用插座設計,領航員只需變換插頭位置,即可輕鬆相容美國與英國軍機標準 12V 或 24V 的機載電源。

  3. 原裝測高尺 (Height Gauge U-8112): 附有一把型號為 U-8112、由紐約 Master Rule Mfg. Co., Inc. 製造的專用木製測高尺。尺身精確標示了「22.3英吋(約56.6公分)」與「16.3英吋(約41.4公分)」。領航員裝設儀器時,必須依賴這把專用尺精確校準儀器到桌面的垂直高度,確保投影星圖的幾何比例完全正確無誤。

  4. 原裝清潔耗材 (DILL'S Pipe Cleaners): 左側邊緣保留了一包原裝的「DILL'S PIPE CLEANERS(菸斗清潔通條)」。由美國菸草公司製造,當時售價 5 美分(24 for 5¢)。包裝紙板上真實保留著一根橫跨背面的「白色純棉通條實體」。這種柔軟的棉質通條常被士兵用來溫和地清潔高精密度的夾片玻璃與機械縫隙。

  5. 原始歷史文獻 (《FLIGHT》雜誌剪報: 藏品中附有三頁完整的民國32年(1943)9月30日英國《飛行》(FLIGHT)雜誌剪報,標題為「柯達天文導航儀(The Kodak Astrograph)」。此外,還附有一張珍貴的打字文獻,標示該設備的技術原理因其革命性突破,隨後被正式收錄於民國33年(1944)10月出版的權威教科書《飛行手冊》(Flight Handbook)第四版中。這些極其珍貴的文獻詳細剖析了該設備的無透鏡投影原理、跨軍種電壓相容性、內部精密的高度定位與防腐蝕結構設計,是這套文物最重要的專業性學術佐證。


3. 技術規格

  • 型號: Astrograph Type A-1

  • 軍規編號: SPECIFICATION NO. 27404

  • 出廠序號: SERIAL NO. AC 42 2190

  • 訂單編號: ORDER NO. W 535 a.c. - 24011(「a.c.」為 Air Corps 航空隊之縮寫)

  • 軍規檢驗章: AN X71(標示於機身與木箱內側。「AN」為陸海軍通用標準,X71為檢驗代碼)

  • 運作原理: 無透鏡陰影投影系統(Shadow Projection),將 G.M.T. 轉換為 A.M.T. 時間進行星圖連動。

  • 主要組件: 雙玻璃板夾片機構(0.012英吋/約0.3毫米鋼墊片間隙,精度約為 0.005英吋/約127微米(μm))、天鵝絨與軟木環阻尼轉盤、光源微調滑軌旋鈕、固定安裝掛鉤(Supporting Hooks)、無縫銜接低收縮星圖微縮膠卷罐(7罐)、2.0V/1.5W 六角底座投影燈泡組(6具)、U-8112 專用測高尺、DILL'S 清潔通條、原始雜誌文獻。

  • 電力來源: 飛機機載直流電源(內建電阻器與雙插座,相容美國與英國軍機標準 12V 或 24V 供電)


4. 發展歷史

終結繁瑣計算的革命性發明: A-1 型天文導航儀的誕生,是為了解決高空夜間飛行時,領航員在極度疲勞下仍需進行複雜數學計算的困境。其設計的終極目標為:「免除球面三角學的複雜計算(complicated calculations in spherical trigonometry),直接從六分儀讀數得出所在位置」。

跨國技術合作: 這項設備的理論實際上是由英國皇家航空研究院(R.A.E.)導航部門所研發,隨後由英國柯達公司與 R.A.E. 合作完成機構設計。文中提及英國皇家空軍採用的型號為 Mark IA 與 IB,而美國陸軍則交由美國柯達總廠量產為 Type A-1 型,裝配於轟炸機群。這標誌了二戰期間英美兩國在高階導航技術上的深度技術轉移與合作。雖然兩者的運作原理相同,但本件實體顯示美國生產的 A-1 型並未配置英國皇家空軍版本標註之 SORBO 避震組件,且燈具安裝位置與內部電路設計有所調整。

這項技術在夜間飛越北大西洋、挑戰極地高緯度航線、支援地中海戰場、跨越赤道執行太平洋島鏈跨洋運補、支援「駝峰航線」物資運輸,或對歐洲與日本本土進行戰略轟炸時,皆扮演了指引航向重要的角色。特別是在針對台灣地區的飛行任務中,美國陸軍航空隊的 B-24(如第五、第十三航空隊)或 B-29(第二十航空隊)執行夜間火力偵巡與戰略轟炸時,該設備透過第 4 罐與第 5 罐膠卷的銜接,為全島範圍的跨區夜間導航提供了精確的星空指引,是二戰台灣空襲史中不可或缺的技術證物。


5. 製造商與相關單位沿革

本套藏品並非單一製造商的產物,而是完美結合了英美兩國的軍方研究機構與多間民間企業,精準展現了二戰時期跨國、跨產業的合作成果。以下為本物件牽涉之相關單位發展史:

1. 伊士曼柯達公司(Eastman Kodak Company)—— 主機與膠卷製造商

  • 創辦與崛起: 創立於清光緒14年(1888),由喬治·伊士曼(George Eastman)於美國紐約州羅徹斯特成立。憑藉「你按下快門,剩下的交給我們」的創新理念與量產膠卷,讓攝影技術正式走入大眾生活。

  • 戰時貢獻: 第二次世界大戰期間,柯達因美國政府動員,暫停部分民用相機生產,將龐大的生產線與光學專利轉向軍事用途。除了供應軍用底片與偵察相機,更發揮其在精密光學與低收縮微縮膠卷領域的深厚底蘊,為美國陸軍大量代工生產如本藏品「A-1型天文導航儀」、轟炸瞄準器等高精密度航空設備。

  • 現代發展: 戰後柯達持續稱霸全球底片市場,更於民國64年(1975)發明了全球第一台數位相機。然而在數位化浪潮下面臨嚴峻轉型困境,最終於民國101年(2012)聲請破產保護。經過重整,現今的柯達已轉型專注於商業印刷、數位包裝技術與先進化學材料領域。

2. 英國皇家航空研究院(Royal Aircraft Establishment, R.A.E.)—— 主要技術研發單位

  • 創辦與定位: 其前身可追溯至清光緒34年(1908)創辦的英國皇家氣球工廠,於民國7年(1918)正式更名為 R.A.E.,總部位於英國法恩堡(Farnborough),是20世紀英國最具權威的國家級航空與航太研究機構。

  • 戰時貢獻: A-1 型天文導航儀「無透鏡陰影投影」與「星圖連動」的核心理論,正是由 R.A.E. 導航部門的科學家為了減輕領航員負擔所研發,隨後才交由柯達公司進行硬體設計與量產,是二戰英美技術共享的典範。

  • 現代發展: 隨著冷戰結束與國防機構整併, R.A.E. 於民國80年(1991)被併入英國國防研究局(DRA)。時至今日,其主要技術與部門已拆解,分別歸屬於英國國防部的「國防科學技術實驗室(Dstl)」以及民營化的頂尖航太防務公司「奎奈蒂克(QinetiQ)」。

3. Master Rule Mfg. Co., Inc. —— U-8112 測高尺製造商

  • 創辦與背景: 位於美國紐約的專業量測工具製造商,在20世紀初期至中期以生產高品質的折疊尺、捲尺、滑尺與精密木工量具聞名。

  • 戰時貢獻: 由於天文導航儀的「陰影投影」極度仰賴光源到地圖桌面的絕對精準距離,柯達並未自行生產測高尺,而是將此關鍵量測工具(U-8112)委託給量具專業廠 Master Rule 公司代工,確保了 0.005英吋(約0.13毫米)等級的光學幾何比例不失真。

  • 現代發展: 隨著戰後測量工具材質的演進(如雷射測距、廉價塑膠/金屬捲尺的普及),這類傳統精密木製量測工具廠逐漸式微並退出市場。然而,這把留存至今的木尺,成為了戰時美國中小企業提供關鍵精密零組件的絕佳歷史見證。

4. 美國菸草公司(United States Tobacco Company)—— DILL'S 清潔通條製造商

  • 創辦與背景: 成立於清宣統3年(1911),其誕生源自美國政府援引反托拉斯法,將原本壟斷市場的美國菸草公司(American Tobacco Company)強制拆分後成立的新企業。其生產的「DILL'S BEST」菸斗絲在當時廣受歡迎,並附帶生產純棉的菸斗清潔通條。

  • 戰時巧合: 在二戰期間,這種原本用於清潔菸斗的純棉通條,因為具備強韌、吸水性高且「絕不刮傷表面」的特性,意外被廣泛應用於軍事領域(如清潔槍械死角、保養極度脆弱的光學儀器玻璃),成為戰場上不可或缺的民生物資。

  • 現代發展: 該公司在戰後數十年轉型成為美國無煙菸草(如口含菸、嚼菸)的最大製造商,並更名為 UST Inc.。最終於民國98年(2009)被全球菸草巨頭奧馳亞集團(Altria Group,萬寶路母公司)斥資百億美元收購。


6. 藏品價值

  1. 歷史見證價值: 本藏品完整保留了二戰「美國陸軍航空隊」的裝備特徵(AC 42 序號)。隨附的民國32年(1943)《FLIGHT》雜誌完整原版剪報與《飛行手冊》紀錄,具體證實了這套導航儀是「英國 R.A.E. 研發理論、美英柯達公司跨國合作量產」的歷史結晶,並被正式編入當年的航空教科書中。 此外,機身與木箱配套的「AN X71」軍規章,以及涵蓋北緯 68.5 度至南緯 45 度無縫銜接的 7 罐全球星圖膠卷,是盟軍執行全球越洋戰略打擊及「駝峰航線」、以及對台灣實施夜間空襲任務的最具體物證。

  2. 科技工藝價值: 完美展現了民國30年代(1940年代)終結「三角函數人工計算」的智慧結晶。其捨棄透鏡、採用無變形「陰影投影技術」的大膽光學設計令人嘆為觀止。結合厚度僅 0.012英吋(約0.3毫米)的精準鋼製墊片玻璃夾具、天鵝絨與軟木環微細阻尼系統、以及與英國皇家空軍版本相同的掛鉤安裝結構,配合相容 12V/24V 雙電壓的微型燈絲模組與專用測高尺,體現了嚴謹無比且不妥協的航空工業設計思維。

  3. 展示與保存價值: 儀器主機與原裝攜行木箱成套保存,附有「AN X71」跨軍種品管章。底艙完整保存了 7 罐無縫連貫全球緯度的特製低收縮星圖膠卷罐、6 具特製光源模組、極罕見的木製測高尺、帶有原裝純棉實體的 DILL'S 清潔通條。再加上解構其工程原理的原始雜誌剪報與《飛行手冊》紀錄,以及民國96年(2007)收藏家戴夫·戴維斯(Dave Davis)留下的考證信函。在軍史文物中,這是一套同時具備「完美硬體配件」、「極具專業深度的原始文獻解碼」與「近代收藏流傳軌跡」的博物館級頂級藏品,擁有無可估量的展示與學術研究價值。


1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190

民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷罐與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》
1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190 | 民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷罐與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》


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1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190 | 民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷罐與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》
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The film of the Astrograph passes between two flat glasses to keep it in its correct position between the electric bulb and the navigator's plotting chart. The apparatus is slung to an overhead mounting by spring-loaded hooks. | 天文導航儀(Astrograph)的膠卷在兩片平坦玻璃之間通過, 以確保其在電燈泡與領航員繪圖圖表之間維持正確位置。 此儀器透過彈簧掛鉤(spring-loaded hooks)懸掛於頭頂安裝架上
The film of the Astrograph passes between two flat glasses to keep it in its correct position between the electric bulb and the navigator's plotting chart. The apparatus is slung to an overhead mounting by spring-loaded hooks. | 天文導航儀(Astrograph)的膠卷在兩片平坦玻璃之間通過, 以確保其在電燈泡與領航員繪圖圖表之間維持正確位置。 此儀器透過彈簧掛鉤(spring-loaded hooks)懸掛於頭頂安裝架上
1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190 | 民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷罐與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》
 《飛行》雜誌 (FLIGHT) 民國 32 年(1943) 9 月 30 日 柯達天文導航儀 (The Kodak Astrograph) 從六分儀讀數到定位,無須三角學計算:將星圖投影至領航員繪圖板上的裝置


在戰爭期間,軍用飛機引入了許多節省時間與勞力的裝置,而在這方面最令人感興趣的設備之一便是柯達天文導航儀,其首批細節將於下文公布。這台儀器在高空飛行時具有卓越的實用價值,因為在那樣的環境下,領航員在夜間飛行中已無餘力去進行複雜的天文球面三角學計算;或是在敵軍行動干擾而難以集中精神的情況下,它也能發揮極大功用。

眾所周知,只要具備日期、觀測時間及特定的天文圖表,且觀測者有能力進行某些複雜的三角學計算,就能透過恆星的位置來確立觀測者的方位。一般而言,觀測者必須經過適當的訓練才能進行此類計算。而天文導航儀的主要目的,便是提供一種儀器:在取得兩顆特定恆星的六分儀讀數後,能夠免除繁雜的計算工作,將觀測者定位所需的工作量降至最低;更重要的是,當觀測者乘坐高速飛行的飛機時,它能迅速產出結果。


實現此一目標的方法,是將特定恆星的高度數據複製在特製的長條底片星圖上,底片安裝在卷軸中,其運作方式與普通相機非常相似。在底片上方,同時也位於裝載卷軸的合金外殼中央,有一枚小型電燈泡,負責將星圖的影像投影到飛機內領航員桌上的導航繪圖板上。燈泡、底片與導航圖之間的距離經過精確校準,確保投影出來的星圖影像在某些重要的方面,能與領航員桌上的航圖精確吻合。


只要星圖在天文導航儀中設定正確,飛機的位置就能透過領航員用六分儀測得的兩顆恆星之角高度線的交點來判定。因此,舉例來說,若這兩顆恆星是大角星 (Arcturus) 與牽牛星 (Altair),且高度分別為 23 度與 40 度,飛機的位置就會由投影在繪圖板上的 X 點來代表。在大多數的航圖上,每一度都會細分為多個刻度;當讀數涉及幾分之幾度時,通常會以目測方式進行內插法定位。不同的緯度區域會需要使用不同的底片圖表。


天文導航儀的基本原理是由皇家航空研究院 (Royal Aircraft Establishment, R.A.E.) 導航部門的人員所構思,但該設備的最終設計是由柯達有限公司 (Kodak, Ltd.) 與 R.A.E. 人員密切合作開發完成的。


格林威治標準時間加成 (G.M.T. Plus)

底片星圖的中央線為時間刻度,標示為天文導航儀基準時 (A.M.T.)。A.M.T. 等於格林威治標準時間 (G.M.T.) 加上一個根據觀測日期與時間而變動的微小修正值。天文導航儀圖表的設計,使這個被稱為「時間加成」(M) 的修正值成為整數(或在某些情況下是半整數)的小時單位;在實務操作上,當正確的 A.M.T. 數值對準某個特定經度 (l) 時,天文導航儀就設定完成了。一旦針對這個經度設定好,所有其他經度皆會隨之正確吻合,這個特定的經度被稱為「設定經度 (Setting Longitude)」。構建天文導航儀曲線的過程,會得出一系列相對應的 M 與 l 數值。


因此,天文導航儀的實際操作包含三個主要步驟:

  1. 將 G.M.T. 加上 M 以轉換為 A.M.T.(如前所述,M 是整數或半整數)。

  2. 從簡易表格中取得正確的 l 值(在實務上,M 與 l 的數值會在每次飛行前先寫在繪圖板上),並將 A.M.T. 的數值設定對準繪圖板上的 l 值。

  3. 根據星圖上顯示的兩顆特定恆星的六分儀觀測讀數,即可得出所在位置。


1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190 | 民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷罐與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》

(投影原理與機型差異) 當了解這台儀器後,就會明白為何要使用微小光源將星圖的放大陰影投影到繪圖板上。與較傳統的透鏡投影法相比,此方法具有某些重要的優勢,因為它消除了由透鏡像差引起的誤差。只要燈泡在平行於星圖的平面上移動,且繪圖板也平行於此平面,投影在繪圖板上的星圖影像在幾何上便是精確的,且放大倍率保持恆定。


由於不同飛機的可用空間各異,因此設計了兩款天文導航儀型號:Mark IA 與 Mark IB。這兩款儀器的主要差異在於燈泡與星圖之間的距離,Mark IA 為 3.75 英寸,而 IB 型則為 2.74 英寸。這兩種型號的星圖與繪圖板之間距離也不同,其設定是為了確保兩款儀器都能獲得相同的放大倍率。因此,IA 型設備的總高度約為 27.5 英寸,而 IB 型設備則為 21.5 英寸。理所當然地,後者體積的縮小勢必會犧牲些許影像清晰度,並因尺寸較小而增加了製造上的困難。


燈泡規格要求 (Lamp Requirements)

對燈泡的基本要求是其燈絲必須夠小以提供良好的清晰度,且玻璃燈泡必須清澈,無氣泡、雜質與條紋。除非嚴格遵守適用於玻璃的規格,否則這些外殼瑕疵的影像在高度放大後會出現在成像面上,使得星圖影像變得相當難以判讀。

使用的燈泡為 2.0 伏特、1.5 瓦特的閃光燈泡類型,具備直徑 15 毫米或 11 毫米的球形外殼;燈絲的有效長度為 1 毫米。它採用微型螺口燈帽,在旋入燈座的正確位置後,燈座底座與固定座會焊接在一起,以確保原始設定保持不變並維持良好的電氣接觸。由於英國與美國飛機的標準供電為 12 或 24 伏特,因此在燈泡電路中加入了一個可在兩個位置分接的電阻器,使得無論使用 12 或 24 伏特電源,燈泡兩端的電壓降皆為 1.6 伏特。天文導航儀後方設有兩個插頭(為了便於識別,一個為紅色,另一個為黑色);這些插頭分別對應 12 伏特與 24 伏特電路,在兩種電壓間切換的操作既簡單又迅速。

燈泡安裝在一個三針燈座中,該燈座插在安裝於燈室側面的插座上。其中兩個插腳用於導電。儀器後方配備了一個調整妥當的備用燈泡與插座;一旦燈泡故障,應將其拔出、丟棄並更換為備用品。

燈室安裝在天文導航儀主體中央的滑軌上。儀器前方的一個中央旋鈕可控制燈室與燈泡進行與星圖長度呈直角方向的移動。這種移動是透過固定在控制旋鈕上的雙線螺紋 (two-start screw) 來實現的,該螺紋與連接在燈室下方的螺帽相互嚙合。因此,星圖影像可在繪圖板上前後移動,使領航員能將星圖的時間刻度線與繪圖板上的對應線精確對齊,同時也能將繪圖板向前拉近約 9 英寸,以便於舒適地判讀圖表頂部區域,並再次對齊兩條時間刻度線。



圖解標籤與圖說翻譯

1. 右上方圖解 (投影前的星圖)

  • 投影至繪圖板或領航員航圖之前的星圖。此星圖顯示了兩顆主要恆星:大角星 (Arcturus) 與牽牛星 (Altair)。沿著中央的是位於北緯 57 度的時間刻度,而在該刻度上方與下方的則分別是北緯 59 度與 55 度的緯線。

2. 左下方圖解 (投影在繪圖板上的星圖與定位範例)

  • 【圖內標籤】 POSITION OF AIRCRAFT:飛機位置

  • 投影至領航員桌上繪圖板的星圖,兩份圖表的北緯 59 度、57 度與 55 度緯線已對齊。領航員已從其六分儀取得兩個讀數:大角星 23 度與牽牛星 40 度,而在星圖上對應這些讀數的曲線相交處,即標示出飛機在繪圖板上的位置。可透過六分儀進行頻繁觀測,以作為對先前確認位置的核對。

1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190 | 民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷罐與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》

星圖印製於感光底片(地形圖),具有特殊的低收縮特性,並以卷軸形式發行,適用於飛機作業所在的緯度。涵蓋的緯度帶包括:

  1. 北緯 68.5 度 至 北緯 54.5 度

  2. 北緯 60 度 至 北緯 41 度

  3. 北緯 55 度 至 北緯 32.5 度

  4. 北緯 41.5 度 至 北緯 23.5 度

  5. 北緯 23.5 度 至 南緯 8 度

  6. 南緯 7.5 度 至 南緯 37 度

  7. 南緯 28 度 至 南緯 45 度


長度不超過 50 英尺的底片上印有兩到三個緯度帶,標準寬度為 4 英寸。

底片安裝在兩個相同的卷軸上,每個卷軸都有光滑的模製電木法蘭(bakelite flanges)與空心鋁製軸心,並設有凹槽以固定底片呈三角旗狀的末端。兩個帶彈簧的可伸縮手柄,各透過一組三滾子離合器,連接至兩個卷軸的一端,卷軸的另一端則由安裝在合適軸承中的兩個支軸支撐。

縮回手柄即可快速拆卸底片卷軸。底片從其中一個卷軸發出,經過一個平滑的導引滾輪,穿過一對由 0.012 英寸厚鋼製墊片隔開的平行玻璃板,接著經過第二個導引滾輪,最後由第二個卷軸捲起。此系統為可逆式設計,每個卷軸皆可視底片移動方向作為供片軸或收片軸之用。手柄離合器分為右旋與左旋設計,確保底片只有在手柄往正確方向旋轉時才會捲起,進而防止底片堆疊。這對玻璃板充當片門,僅將夾在板間的底片影像投影到繪圖板上。

為了確保精確度,底片在儀器中的定位精密度必須極高(約 0.005 英寸),因此與底片移動相關的機械零件必須運作極其平順。同時也必須防止底片過度轉動;為了達到此目的,儀器透過環形軟木圈對卷軸法蘭施加輕微且均勻的摩擦力,並利用覆蓋絲絨的扁平彈簧,以及覆蓋輕質軟木的扁平彈簧來壓緊底片捲,這些彈簧在底片與導引滾輪接觸的位置對其施加壓力。

底片卷軸連同其相關零件與片門玻璃板,均安裝在一塊沖壓鋼製底板上,該底板帶有加強肋以提高剛性,並用六顆螺絲固定在儀器主體上。

天文導航儀的側面與末端均裝有橡膠化氈墊作為防護,卷軸與燈源調整手柄也包覆有相同材質。內部零件在可行範圍內均進行了消光黑處理,以將光線折射降至最低;外部表面則塗成灰色,或經過電鍍處理以防止鏽蝕。

整台裝置由三個易於拆卸的彈簧掛鉤支撐,可直接扣在安裝於領航員艙室牆壁或頂棚的固定環上。


1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190 | 民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷罐與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》

The following article appeared in "Flight Handbook", 4th edition, October 1944 published by Flight Publishing Co., Ltd, Dorset House, Stamford Street, S.E.1.


THE KODAK ASTROGRAPH


Many time and labour saving devices have been introduced in military aircraft during the war, and one of the most interesting is the Astrograph. This apparatus is of outstanding service during night flights under conditions where enemy action interferes with concentration or at high altitudes, where navigators have little energy to spare for complicated calculations in spherical trigonometry. Briefly, the Astrograph projects on to the navigator’s chart the altitude values of various stars, and when the altitude of two stars is obtained by sextant readings, the intersection of their altitude values on the chart determines the aircraft’s position. The star altitudes are printed on spools of film 4¾" wide by approximately 50 feet long, together with parallels of latitude in increments of a deg. Running down the centre of the star chart is a time scale marked in Astrograph Mean Time (A.M.T.) which is Greenwich Mean Time plus a small correction which varies according to the date and time of observation. Two or three latitude bands are printed on each spool so that the area covered is commensurate with extended flights in any direction. The star-chart film is carried on two spools in much the same manner as in an ordinary film camera. Above the film and in the centre of the casing carrying the spools is a small electric bulb which projects the image of the star-chart on to the navigation and plotting chart.


The distances between the bulb, film and navigation chart are accurately adjusted so that the projected image of the star-chart registers exactly in certain critical respects with the navigator’s chart. The lamp is carried in a three-pin holder which plugs into a socket mounted on the side of the lamphouse. Two of the pins are used to carry the current. A spare lamp and plug-hall, correctly adjusted, are carried at the back of the apparatus and, in the event of the lamp failing, it can be withdrawn, discarded, and replaced by the spare one. The lamphouse is mounted on a central slide on the main body of the Astrograph. A central knob, mounted at the front of the instrument, controls the movement of the lamphouse and the lamp in a direction at right angles to the length of the star-chart. Thus the image of the star-chart can be moved backwards and forwards across the plotting chart, enabling the navigator to register accurately the time-scale line of the star-chart with the corresponding line of the plotting chart.


Two spring-loaded retractable handles, each acting through a three-roller clutch, engage at one end of each of two film spools, the other end of the spools being carried by spigots in suitable bearings. Retraction of the handles allows quick removal of the spools. The film passes from one of the spools, under a smooth guide roller, through a pair of parallel glass plates separated by steel spacing shims 0.012 in. thick, under a second guide roller, and finally is taken up by the second spool. The system is reversible, each spool being either a "feed" or a "take-up", depending on the direction of travel of the film. The handle clutches, one right-hand and the other left-hand, are such that the film takes up only when the rotation of the handle is in the right direction, and so prevents "piling-up" of the film. The pair of glass plates act as a film gate, and only the image of the film between these plates is projected on to the navigator’s plotting chart. As it is essential that, in order to obtain accuracy, the film is positioned in the apparatus to a high order of accuracy (about 0.005"), it is necessary that the mechanical parts connected with the film movement should work smoothly. It is also necessary that over-running is not permitted, and in order to prevent this, light even friction is applied to the spool flanges by means of annular cork rings, and to the film rolls by light velvet-covered, end light cork-covered flat springs, which bear against the film where it is in contact with the guide rollers. Protection pads of rubberised felt are fitted to the sides and ends of the Astrograph, and the spool and lamp adjuster handles are covered with similar material. Internal parts are dull-blacked where possible to reduce light refraction to a minimum, and external surfaces are painted grey, or plated as a protection against corrosion. The complete apparatus is supported by three easily detachable spring-loaded hooks which clip on to a mounting ring fitted to the wall or roof of the navigator's compartment. Any further information to clarify the actual use would be appreciated.


Dave Davis 3rd December, 2007


1942 U.S. Army Air Corps Type A-1 Astrograph with 7 Star Chart Film Canisters and Carrying Case, SN: AC 42 2190 | 民國31年(1942),美國陸軍航空隊 A-1 型天文導航儀含7 罐星圖膠卷罐與攜行箱,序號 AC 42 2190《Black Water Museum Collections | 黑水博物館館藏》

天文導航儀 (The Kodak Astrograph) 完整技術譯稿

【第一部分:文獻來源與原理】 以下文章刊載於民國 33 年(1944) 10 月由 Flight Publishing Co., Ltd 出版的《飛行手冊》(Flight Handbook)第四版。

在戰爭期間,軍用飛機引入了許多節省時間與勞力的裝置,其中最令人感興趣的設備之一便是天文導航儀。這台儀器在夜間飛行中具有卓越的實用價值,特別是在因敵方行動干擾而難防集中精神,或是在高空飛行、領航員已無餘力處理複雜球面三角學計算的情況下。簡而言之,天文導航儀能將各種恆星的高度值投影到領航員的航圖上;當領航員透過六分儀觀測得到兩顆恆星的高度後,這兩組高度值在航圖上的交點即可判定飛機的位置。

【第二部分:底片規格與時間系統】 恆星高度數據印在寬度 4.75 英寸、長度約 50 英尺的底片卷軸上,並附有以一度為增量的緯度平行線。貫穿星圖中央的是一條時間刻度線,以「天文導航儀基準時」(A.M.T.)標示;此時間為格林威治標準時間(GMT)加上一段根據觀測日期與時間而變化的微小修正值。每個卷軸上印有兩到三個緯度帶,使其覆蓋範圍足以因應任何方向的長途飛行。天體導航底片安裝在兩個卷軸上,運作方式與普通相機非常相似。

【第三部分:投影與照明系統】 在底片上方且位於卷軸外殼中央處,裝有一個小型電燈泡,負責將星圖影像投影到導航繪圖板上。燈泡、底片與導航圖之間的距離經過精確校準,確保投影出的星圖影像在某些關鍵維度上能與領航員的地圖完全吻合。燈座為三針式設計,插在燈室側面的插座中,其中兩針負責導電。儀器後方配備了一個調整妥當的備用燈泡與插頭組;一旦燈泡故障,即可將其拆卸、丟棄並更換備用件。

【第四部分:位置調整機構】 燈室安裝在天文導航儀主體中央的滑軌上。儀器前方的一個中央旋鈕可控制燈室與燈泡進行與底片長度呈直角方向的移動。藉此,星圖影像可在繪圖板上前後移動,使領航員能將底片的時間刻度線與繪圖板上的對應線精確對齊。

【第五部分:底片傳動與精密度機制】 兩個帶彈簧的可伸縮手柄各透過一組三滾子離合器,連接至兩個底片卷軸的一端,卷軸另一端則由安裝在合適軸承中的支軸支撐。縮回手柄即可快速拆卸卷軸。底片從其中一個卷軸發出,經過一個平滑的導引滾輪,穿過一對由 0.012 英寸厚鋼製墊片隔開的平行玻璃板,接著經過第二個導引滾輪,最後由第二個卷軸捲起。

此系統為可逆式,每個卷軸皆可視底片移動方向作為「供片」或「收片」之用。手柄離合器分為右旋與左旋設計,確保底片只有在手柄往正確方向旋轉時才會捲起,進而防止底片堆疊(piling-up)。這對玻璃板充當「片門」,僅將夾在板間的底片影像投影到領航員的繪圖板上。

【第六部分:運作平順性與防護措施】 為了確保精確度,底片在儀器中的定位精密度必須極高(約 0.005 英寸),因此與底片移動相關的機械零件必須運作極其平順。同時也必須防止過度轉動(over-running);為了達到此目的,儀器透過環形軟木圈對卷軸法蘭施加輕微且均勻的摩擦力,並利用覆蓋絲絨與軟木的扁平彈簧壓緊底片捲,這些彈簧在底片與導引滾輪接觸的位置對其施加壓力。

【第七部分:外觀處理與機艙安裝】 天文導航儀的側面與末端均裝有橡膠化氈墊(rubberised felt)作為防護,卷軸與燈源調整手柄也包覆有類似材質。內部零件在可行範圍內均進行了消光黑處理,以將光線折射降至最低;外部表面則塗成灰色,或經過電鍍處理以防止鏽蝕。整台裝置由三個易於拆卸的彈簧掛鉤支撐,可直接扣在安裝於領航員艙室牆壁或頂棚的固定環上。若有任何能進一步釐清其實際用途的資訊,將不勝感激。

Dave Davis,民國 96 年(2007) 12 月 3 日

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