Наведение ракеты - Missile guidance

Смотрите также: Система наведения
Управляемая бомба поражает учебную цель

Наведение ракеты относится к разнообразным методам ведения ракета или управляемая бомба к намеченной цели. Точность цели ракеты является решающим фактором ее эффективности. Системы наведения повышают точность ракеты за счет повышения ее вероятности наведения (Pg)[1].

Эти технологии наведения обычно можно разделить на несколько категорий, причем самыми широкими категориями являются «активное», «пассивное» и «предустановленное» наведение. Ракеты и управляемые бомбы обычно используют схожие типы систем наведения, разница между ними заключается в том, что ракеты приводятся в движение бортовым двигателем, тогда как управляемые бомбы зависят от скорости и высоты запускаемого самолета для движения.

История

Концепция наведения ракет возникла, по крайней мере, еще в Первую мировую войну, с идеей дистанционного наведения бомбы самолета на цель.

Во время Второй мировой войны впервые были разработаны управляемые ракеты в составе немецких V-образное оружие программа.[2] Проект Голубь был американским бихевиористом Б.Ф. Скиннер Попытка разработать ракету с управляемым голубем.

Первой баллистической ракетой США с высокоточной инерциальной системой наведения была ракета малого радиуса действия Редстоун.[3]

Категории систем наведения

Системы наведения делятся на разные категории в зависимости от того, предназначены ли они для атаки неподвижных или движущихся целей. Оружие можно разделить на две большие категории: Идти на цель (GOT) и перейти на место в космосе (ГОЛИС) системы наведения.[3] Ракета GOT может нацеливаться как на движущуюся, так и на неподвижную цель, тогда как оружие GOLIS ограничено неподвижной или почти неподвижной целью. Траектория полета ракеты при атаке движущейся цели зависит от ее движения. Также движущаяся цель может представлять непосредственную угрозу для отправителя ракеты. Цель должна быть устранена своевременно, чтобы сохранить целостность отправителя. В системах GOLIS проблема проще, потому что цель не движется.

Системы GOT

В каждой целевой системе есть три подсистемы:

  • Целевой трекер
  • Ракетный трекер
  • Компьютер наведения

То, как эти три подсистемы распределены между ракетой и пусковой установкой, можно разделить на две разные категории:

  • Пульт дистанционного управления: Компьютер наведения находится на пусковой установке. На стартовой платформе также размещен целеуказатель.
  • Самонаведение: Компьютеры наведения находятся в ракете и в целеуказателе.

Пульт дистанционного управления

Эти системы наведения обычно требуют использования радаров и радио или проводной связи между пунктом управления и ракетой; Другими словами, траектория управляется информацией, передаваемой по радио или по проводам (см. Ракета с проводным наведением ). Эти системы включают:

  • Командное руководство - Ракетный трекер находится на стартовой площадке. Эти ракеты полностью контролируются стартовой платформой, которая передает все команды управления ракетой. Два варианта:
  • Команда на прямой видимости ' (ЗАКРЫТЬ)
  • Команда вне зоны видимости ' (COLOS)
  • Наведение по лучу прямой видимости (LOSBR) - Целеуказатель находится на борту ракеты. Ракета уже имеет возможность ориентирования, предназначенную для полета внутри луча, который пусковая платформа использует для освещения цели. Он может быть ручным или автоматическим.[4]

Команда для прямой видимости

Система CLOS использует только угловые координаты между ракетой и целью, чтобы гарантировать столкновение. Ракета должна находиться в прямой видимости между пусковой установкой и целью (LOS), и любое отклонение ракеты от этой линии корректируется. Поскольку многие типы ракет используют эту систему наведения, их обычно подразделяют на четыре группы: особый тип командного наведения и навигации, при котором ракете всегда приказывают находиться на линии прямой видимости (LOS) между устройством слежения и самолетом. известное как команда на линию прямой видимости (CLOS) или трехточечное наведение. То есть ракетой управляют так, чтобы она оставалась как можно ближе на прямой видимости к цели после того, как захват ракеты используется для передачи сигналов наведения от наземного контроллера к ракете. Более конкретно, если принять во внимание ускорение луча и добавить к номинальному ускорению, генерируемому уравнениями луч-наездника, то получится наведение CLOS. Таким образом, команда ускорения наездника луча модифицируется, чтобы включить дополнительный член. Таким образом, описанные выше характеристики перемещения балки могут быть значительно улучшены за счет учета движения балки. В основном наведение CLOS применяется в противотанковых и противовоздушных комплексах ближнего действия.

Ручная команда для прямой видимости
Основная статья: Ручная команда прямой видимости

Как сопровождение цели, так и сопровождение и управление ракетами выполняются вручную. Оператор наблюдает за полетом ракеты и использует систему сигнализации, чтобы дать команду ракете вернуться на прямую линию между оператором и целью («линия прямой видимости»). Обычно это полезно только для более медленных целей, где не требуется значительного «опережения». MCLOS - это подтип систем, управляемых командами. В случае планирующих бомб или ракет против кораблей или сверхзвуковых Wasserfall против тихоходных Б-17 Летающая крепость Для бомбардировщиков эта система работала, но по мере увеличения скорости MCLOS быстро стал бесполезным для большинства задач.

Полуавтоматическая команда для прямой видимости

Сопровождение цели осуществляется автоматически, а слежение за ракетой и управление ею - вручную.

Полуавтоматическая команда для прямой видимости
Основная статья: Полуавтоматическая команда прямой видимости

Сопровождение цели осуществляется вручную, но слежение за ракетой и управление ею происходит автоматически. Он похож на MCLOS, но некоторые автоматические системы позиционируют ракету в зоне прямой видимости, а оператор просто отслеживает цель. SACLOS имеет то преимущество, что позволяет ракете стартовать из положения, невидимого для пользователя, а также значительно упрощает управление. Это наиболее распространенная форма наведения против наземных целей, таких как танки и бункеры.

Автоматическая команда для прямой видимости

Слежение за целями, сопровождение ракет и управление ими осуществляется автоматически.

Команда вне зоны видимости

Эта система наведения была одной из первых, которая использовалась и до сих пор находится на вооружении, в основном в зенитных ракетах. В этой системе трекер цели и ракетный трекер могут быть ориентированы в разных направлениях. Система наведения обеспечивает перехват цели ракетой, размещая обе цели в космосе. Это означает, что они не будут полагаться на угловые координаты, как в системах CLOS. Им понадобится другая координата - расстояние. Для этого должны быть активны и цели, и ракетные трекеры. Они всегда автоматические, и радар использовался как единственный датчик в этих системах. SM-2MR Standard управляется по инерции на промежуточном этапе, но ему помогает система COLOS через радиолокационную связь, обеспечиваемую радаром AN / SPY-1, установленным на стартовой платформе.

Наведение по лучу прямой видимости

Основная статья: Луч езда

LOSBR использует своего рода "луч", обычно радио, радар или же лазер, который направлен на цель, а детекторы на задней части ракеты удерживают ее в центре луча. Системы управления лучом часто SACLOS, но не обязательно; в других системах луч является частью автоматизированной радиолокационной системы слежения. Речь идет о более поздних версиях RIM-8 Talos Ракета, используемая во Вьетнаме - луч радара использовался для выведения ракеты на большой дуговой полет, а затем постепенно сбивал в вертикальной плоскости самолета-цели, более точный SARH самонаведение используется в последний момент для нанесения фактического удара. Это давало вражескому пилоту наименьшее возможное предупреждение о том, что его самолет освещается радаром наведения ракет, а не поисковым радаром. Это важное различие, так как характер сигнала различается, и он используется в качестве подсказки для уклонения.

LOSBR страдает от присущей ему неточности при увеличении дальности по мере распространения луча. Наездники с лазерным лучом более точны в этом отношении, но все они работают на малом расстоянии, и даже лазер может испортиться из-за плохой погоды. С другой стороны, SARH становится более точным с уменьшением расстояния до цели, поэтому две системы дополняют друг друга.[4]

Самонаведение

Пропорциональная навигация

Основная статья: Пропорциональная навигация

Пропорциональная навигация (также известная как «PN» или «Pro-Nav») - это закон руководства (аналогично пропорциональное управление ) используется в той или иной форме большинством самонаводящихся воздушных целей ракеты.[5] Он основан на том, что два объекта находятся на траектория столкновения когда направление их прямого Поле зрения не меняется. PN требует, чтобы вектор скорости ракеты вращался со скоростью, пропорциональной скорости вращения линии визирования (скорость прямой видимости или LOS-скорость), и в том же направлении.

РЛС самонаведения

Активное наведение
Основная статья: активное радиолокационное наведение

Активное самонаведение использует радиолокационную систему на ракете для подачи сигнала наведения. Обычно электроника в ракете направляет радар прямо на цель, а затем ракета смотрит на этот «угол» своей центральной линии, чтобы направить себя. Радар разрешающая способность зависит от размера антенны, поэтому в меньшей ракете эти системы полезны для атаки только крупных целей, например, кораблей или больших бомбардировщиков. Активные радиолокационные системы по-прежнему широко используются в противокорабельных ракетах, а также в "выстрелил и забыл "ракетные системы класса" воздух-воздух ", такие как AIM-120 AMRAAM и R-77.

Полуактивное самонаведение
Основная статья: Полуактивная радиолокационная система самонаведения

Полуактивные системы самонаведения сочетают в себе пассивный радиолокационный приемник на ракете с отдельным радар наведения что «освещает» цель. Поскольку ракета обычно запускается после того, как цель была обнаружена с помощью мощной радиолокационной системы, имеет смысл использовать эту же радиолокационную систему для отслеживания цели, что позволяет избежать проблем с разрешением или мощностью и снизить вес ракеты. Полуактивная радиолокационная система самонаведения (SARH) на сегодняшний день является наиболее распространенным решением "всепогодного" наведения для зенитных систем, как наземного, так и воздушного базирования.[6]

Для систем воздушного запуска он имеет недостаток, заключающийся в том, что самолет-носитель должен продолжать движение к цели, чтобы поддерживать радар и блокировку наведения. Это может привести к тому, что самолет окажется в пределах досягаемости ракетных систем меньшей дальности с ИК-наведением (инфракрасным наведением). Сейчас важно учитывать, что «всесторонние» ИК-ракеты способны «убивать» с головы, чего не было на заре создания управляемых ракет. Для кораблей и мобильных или стационарных наземных систем это не имеет значения, поскольку скорость (а часто и размер) стартовой платформы исключает «убегание» от цели или открытие дальности, чтобы атака противника не удалась.

SALH похож на SARH, но в качестве сигнала использует лазер. Другое отличие состоит в том, что в большинстве вооружений с лазерным наведением используются установленные на турели лазерные целеуказатели, которые повышают способность запускающего самолета маневрировать после запуска. Степень маневрирования, которую может совершить управляющий самолет, зависит от поля обзора башни и способности системы удерживать синхронизацию во время маневрирования. Поскольку большинство авиационных боеприпасов с лазерным наведением применяется против надводных целей, целеуказатель, обеспечивающий наведение ракеты, не обязательно должен быть самолетом-пускателем; Обозначение может быть предоставлено другим самолетом или полностью отдельным источником (часто наземные войска оснащены соответствующим лазерным целеуказателем).

Пассивное самонаведение

Смотрите также: пассивный радар

Инфракрасное наведение это пассивная система, которая поглощает тепло, выделяемое целью. Обычно используется в зенитный Роль для отслеживания нагрева реактивных двигателей, он также с некоторым успехом использовался в качестве противотранспортного средства. Этот способ наведения иногда также называют «поиск тепла».[6]

Искатели контраста использовать телевизионная камера, как правило, черно-белое изображение, чтобы отобразить поле обзора перед ракетой, которое предоставляется оператору. При запуске электроника в ракете ищет место на изображении, где контраст меняется быстрее всего, как по вертикали, так и по горизонтали, а затем пытается удержать это место в постоянном месте в поле зрения. Искатели контраста использовались для ракет класса "воздух-земля", включая AGM-65 Maverick, потому что большинство наземных целей можно распознать только визуально. Однако они полагаются на сильные изменения контраста для отслеживания и даже на традиционные камуфляж может сделать их неспособными "зафиксироваться".

Повторная передача самонаведения

Основная статья: Путь через ракету

Самонаведение с ретрансляцией, также называемое "управляемая ракета "или" TVM ", гибрид между командование, полуактивная радиолокационная система самонаведения и активное радиолокационное наведение. Ракета улавливает излучение, передаваемое радаром слежения, который отражается от цели, и передает его на станцию ​​слежения, которая передает команды обратно ракете.

Системы ГОЛИС

Израиля Стрелка 3 ракеты используют подвешенный ищущий для полушарный покрытие. Измеряя искателя распространение по прямой видимости относительно движения транспортного средства они используют пропорциональная навигация отклонить их курс и точно соответствовать траектории полета цели.[7]

Каким бы ни был механизм, используемый в системе наведения «перейти к определению местоположения в космосе», он должен содержать заранее заданную информацию о цели. Основная характеристика этих систем - отсутствие целеуказателя. Компьютер наведения и ракетный трекер расположены в ракете. Отсутствие сопровождения цели в ГОЛИС обязательно подразумевает наведение.[6]

Навигационное наведение - это любой тип наведения, выполняемый системой без целевого трекера. Два других блока находятся на борту ракеты. Эти системы также известны как автономные системы наведения; однако они не всегда полностью автономны из-за используемых ракетных трекеров. Они подразделяются по функциям ракетного трекера следующим образом:

  • Полностью автономные - системы, в которых ракетный трекер не зависит от какого-либо внешнего источника навигации и может быть разделен на:
  • Инерционное наведение
  • Предустановленное руководство
  • Зависит от естественных источников - системы наведения, в которых ракетный трекер зависит от естественного внешнего источника:
  • Небесное руководство
  • Астро-инерциальное наведение
  • Наземное наведение
  • Топографическая разведка (Пример: ТЕРКОМ )
  • Фотографическая разведка (Пример: DSMAC )
  • Зависит от искусственных источников - системы наведения, в которых ракетный трекер зависит от искусственного внешнего источника:
  • Спутниковая навигация
  • Спутниковая система навигации (GPS )
  • Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС )
  • Гиперболическая навигация

Предустановленное руководство

Предустановленное наведение - это простейший тип наведения ракеты. По дальности и направлению до цели определяется траектория полета. Перед выстрелом эта информация запрограммирована в систему наведения ракеты, которая во время полета маневрирует, чтобы ракета следовала по этому пути. Все компоненты наведения (включая датчики, такие как акселерометры или же гироскопы ) содержатся внутри ракеты, и никакая внешняя информация (например, радиоинструкции) не используется. Примером ракеты с предустановленным наведением является Ракета Фау-2.[8]

Инерционное наведение

Основная статья: Инерционное наведение
Осмотр системы наведения ракеты MM III

В инерционном наведении используются чувствительные измерительные устройства для расчета местоположения ракеты из-за ускорения, прикладываемого к ней после выхода из известной позиции. Ранние механические системы были не очень точными и требовали какой-то внешней регулировки, чтобы позволить им поражать цели даже размером с город. Использование современных систем твердое состояние кольцевые лазерные гироскопы с точностью до метров на расстоянии 10 000 км и больше не требуют дополнительных входных данных. Развитие гироскопа завершилось ВОЗДУХ найденный на ракете MX, позволяющий обеспечить точность менее 100 м на межконтинентальных дистанциях. Многие гражданские самолеты используют инерциальное наведение с помощью кольцевого лазерного гироскопа, который менее точен, чем механические системы межконтинентальных баллистических ракет, но обеспечивает недорогие средства для достижения довольно точного определения местоположения (когда большинство авиалайнеров, таких как Boeing 707 и 747, были спроектированы , GPS не был широко доступным средством отслеживания, как сегодня). Сегодня управляемое оружие может использовать комбинацию INS, GPS и радиолокационного картографирования местности для достижения чрезвычайно высокого уровня точности, такого как в современных крылатых ракетах.[3]

Инерциальное наведение является наиболее предпочтительным для начального наведения и возвращаемых аппаратов. стратегические ракеты, потому что он не имеет внешнего сигнала и не может быть заклинило.[2] Кроме того, относительно низкая точность этого метода наведения менее важна для больших ядерных боеголовок.

Астро-инерциальное наведение

Смотрите также: Инерциальная навигационная система и Небесная навигация

Астро-инерциальное наведение - это сенсор слияния -слияние информации из инерционное наведение и небесная навигация. Обычно используется на баллистические ракеты подводных лодок. В отличие от силосных межконтинентальные баллистические ракеты, точка запуска которого не перемещается и, таким образом, может служить ссылка, Запуск БРПЛ с движущихся подводных лодок усложняет необходимые навигационные расчеты и увеличивает круговая вероятная ошибка. Это звездно-инерциальное наведение используется для исправления небольших ошибок положения и скорости, которые возникают из-за неопределенностей условий запуска из-за ошибок в системе навигации подводной лодки и ошибок, которые могли накопиться в системе наведения во время полета из-за несовершенного калибровка прибора.

ВВС США искали систему точной навигации для поддержания точности маршрута и отслеживания цели на очень высоких скоростях.[нужна цитата ] Nortronics, Northrop подразделение разработки электроники разработало астроинерциальная навигационная система (ANS), который мог бы исправить инерциальная навигация ошибки с небесные наблюдения, для СМ-62 Снарк ракета, и отдельная система для злосчастных AGM-48 Skybolt ракета, последняя из которых была адаптирована для СР-71.[9][требуется проверка ]

Он использует звездное позиционирование для точной настройки инерциальной системы наведения после запуска. Поскольку точность ракеты зависит от системы наведения, которая знает точное положение ракеты в любой момент во время ее полета, то факт, что звезды являются фиксированными ориентир , из которого можно рассчитать эту позицию, делает это потенциально очень эффективным средством повышения точности.

в Ракетный комплекс Trident это было достигнуто с помощью единственной камеры, которая была обучена обнаруживать только одну звезду в ее ожидаемом положении (считается[ВОЗ? ] что ракеты с советских подводных лодок будут отслеживать две отдельные звезды, чтобы достичь этого), если бы она не была точно выровнена по тому месту, где она должна была бы быть, это означало бы, что инерциальная система не была точно на цели, и было бы сделано исправление.[10]

Наземное наведение

Основные статьи: ТЕРКОМ и TERCOM § DSMAC

ТЕРКОМ для «сопоставления контуров местности» использует карты высот полосы земли от места запуска до цели и сравнивает их с информацией из радиолокационный высотомер на борту. Более совершенные системы TERCOM позволяют ракете лететь по сложному маршруту по всей трехмерной карте, вместо того, чтобы лететь прямо к цели. TERCOM - типичная система для крылатая ракета руководство, но заменяется GPS систем и DSMAC, цифровой коррелятор области согласования сцен, который использует камеру для просмотра области суши, оцифровывает изображение и сравнивает его с сохраненными сценами в бортовом компьютере, чтобы направить ракету к цели.

Считается, что DSMAC настолько не надежен, что разрушение видных зданий, отмеченных на внутренней карте системы (например, предыдущей крылатой ракетой), нарушает ее навигацию.[3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Констан, Джеймс Н. (27 сентября 1981 г.). Основы стратегического оружия: системы нападения и защиты. ISBN  9024725453.
  2. ^ а б Сиурис, Джордж. Системы наведения и управления ракетами. 2004
  3. ^ а б c d Зарчан, П. (2012). Тактическое и стратегическое ракетное наведение (6-е изд.). Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики. ISBN  978-1-60086-894-8.
  4. ^ а б [1] В архиве 9 января 2007 г. Wayback Machine
  5. ^ Янушевского, стр.3.
  6. ^ а б c «Глава 15. Руководство и контроль». Федерация американских ученых.
  7. ^ Эшель, Дэвид (12 февраля 2010 г.). «Израиль модернизирует свои противоракетные планы». Авиационная неделя и космические технологии. Получено 2010-02-13.
  8. ^ Глава 15 Руководство и контроль
  9. ^ Моррисон, Билл, участники SR-71, колонка отзывов, Неделя авиации и космической техники, 9 декабря 2013 г., стр.10
  10. ^ «Баллистическая ракета флота Trident II D-5». Получено 23 июня, 2014.