Наведение ракеты - Missile guidance

Управляемая бомба поражает учебную цель

Наведение ракеты относится к различным методам наведения ракеты или управляемой бомбы к намеченной цели. Точность цели ракеты является решающим фактором ее эффективности. Системы наведения повышают точность ракеты за счет повышения ее вероятности наведения (Pg).

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 действие бортовым двигателем, тогда как управляемые бомбы зависят от скорости и высоты запускаемого самолета для движения.

История

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

Во время Второй мировой войны управляемые ракеты были впервые разработаны в рамках немецкой программы V-оружия . Проект Pigeon был попыткой американского бихевиориста Б. Ф. Скиннера разработать ракету, управляемую голубем.

Первой баллистической ракетой США с высокоточной инерционной системой наведения была ракета малого радиуса действия Редстоун.

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 широкие категории: системы наведения на цель (GOT) и наведения в космосе (GOLIS). 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:

  • Управление дистанционным управлением : компьютер управления находится на пусковой установке. На стартовой платформе также размещен целеуказатель.
  • Самонаведение : компьютеры наведения находятся в ракете и в системе слежения за целями.

Пульт дистанционного управления

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

  • Командное наведение - ракетный трекер находится на стартовой платформе. Эти ракеты полностью контролируются пусковой 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) - трекер цели находится на борту ракеты. Ракета уже имеет некоторую возможность ориентации, предназначенную для полета внутри луча, который пусковая платформа использует для освещения цели. Он может быть ручным или автоматическим.

Команда для прямой видимости

Система CLOS использует только угловые координаты между ракетой и целью для обеспечения столкновения. 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, они обычно подразделяются 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. называется командованием линии прямой видимости (CLOS) или трехточечным наведением. То есть ракетой управляют так, чтобы она оставалась как можно ближе к цели в зоне прямой видимости после того, как захват ракеты используется для передачи сигналов наведения от наземного контроллера к ракете. В частности, если принять во внимание ускорение луча и добавить к номинальному ускорению, создаваемому 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. Система наведения CLOS применяется в основном в противотанковых и противотанковых системах ближнего действия.

Ручная команда для 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 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 сверхзвукового « Вассерфалла» против медленно движущихся бомбардировщиков B-17 Flying Fortress эта система работала, но по мере увеличения скорости MCLOS быстро становился бесполезным для большинства задач.

Полуавтоматическая команда для прямой видимости

Слежение за целями происходит автоматически, а слежение за ракетой и управление ею - вручную.

Полуавтоматическая команда для 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, в то время как оператор просто отслеживает цель. SACLOS имеет то преимущество, что позволяет ракете стартовать в позиции, невидимой для пользователя, а также в целом значительно проще в эксплуатации. Это наиболее распространенная форма наведения по наземным целям, таким как танки и бункеры.

Автоматическая команда для прямой видимости

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

Командование 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

LOSBR использует своего рода «луч», обычно радио , радар или лазер , который направлен на цель, а детекторы на задней части ракеты удерживают его в центре луча. Системы управления лучом часто представляют собой SACLOS , но это не обязательно; в других системах луч является частью автоматизированной радиолокационной системы слежения. Речь идет о более поздних версиях ракеты RIM-8 Talos, которая использовалась во Вьетнаме - луч радара использовался для выведения ракеты на большой дуговой полет, а затем постепенно сбивал в вертикальной плоскости самолета-цели, тем более точное самонаведение SARH используется в последний момент для нанесения 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 как сигнал для уклонения.

LOSBR страдает от присущей ему неточности с увеличением дальности по мере распространения луча. Наездники с лазерным лучом более точны в этом отношении, но все они работают на коротком 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.

Самонаведение

Пропорциональная навигация

Пропорциональная навигация (также известная как «PN» или «Pro-Nav») - это закон наведения (аналогичный пропорциональному управлению ), используемый в той или иной форме большинством самонаводящихся ракет с воздушной целью . Он основан на том факте, что два объекта движутся по курсу столкновения, когда направление их прямой видимости не меняется. PN диктует, что вектор скорости ракеты должен вращаться со скоростью, пропорциональной скорости вращения линии визирования (скорость прямой видимости или LOS-скорость) и в том же направлении.

РЛС самонаведения

Активное 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. Разрешение радара 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 и ​​в ракетных системах «воздух-воздух» типа « выстрелил и забыл », таких как AIM-120 AMRAAM и R-77 .

Полуактивное самонаведение

Полуактивные системы самонаведения сочетают в себе пассивный радиолокационный приемник на ракете с отдельной РЛС целеуказания, которая «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, тем самым избегая проблем с разрешением или мощностью и уменьшая 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.

Недостатком систем воздушного запуска является то, 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 инфракрасным наведением. Сейчас важно учитывать, что «всесторонние» ИК-ракеты способны «убивать» с головы до ног, 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) пусковой платформы исключает «убегание» от цели или увеличение дальности действия, чтобы атака противника не удалась.

SALH похож на SARH, но использует лазер в качестве сигнала. Другое отличие состоит в том, что в большинстве вооружений с лазерным наведением используются установленные на башне лазерные целеуказатели, которые повышают способность запускающего самолета маневрировать после пуска. Степень маневрирования, которую может выполнить направляющий самолет, зависит от поля обзора башни и способности системы удерживать синхронизацию во время маневрирования. Поскольку большинство авиационных боеприпасов с лазерным наведением используется 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

Инфракрасное самонаведение - это пассивная система, которая учитывает тепло, выделяемое целью. Обычно используется в зенитных ракетах для отслеживания нагрева реактивных двигателей, но с некоторым успехом он также использовался в противотранспортных средствах. Это средство наведения иногда также называют «поиском тепла».

Искатели контраста используют телевизионную камеру , обычно черно-белую, для изображения поля зрения перед ракетой, которое предоставляется оператору. При запуске электроника в ракете ищет место на изображении, где контраст изменяется 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 , поскольку большинство наземных целей можно различить только визуально. Однако они полагаются на сильные изменения контраста для отслеживания, и даже традиционный камуфляж может сделать их неспособными «зафиксироваться».

Повторная передача самонаведения

Самонаведение с ретрансляцией, также называемое « отслеживание через ракету » или «TVM», представляет собой гибрид между командным наведением , полуактивным радиолокационным самонаведением и активным радиолокационным самонаведением . Ракета улавливает излучение, передаваемое радаром слежения, который отражается от цели, и передает его на станцию ​​слежения, которая передает команды обратно ракете.

Системы ГОЛИС

В израильских ракетах Arrow 3 для охвата полушария используется искатель на подвесе . Измеряя расстояние прямой видимости искателя относительно движения транспортного средства, они используют пропорциональную навигацию для изменения своего курса и точного совпадения с траекторией полета цели.

Каким бы ни был механизм, используемый в системе наведения «перейти к определению местоположения в космосе», он должен содержать предустановленную информацию о цели. Главная особенность этих систем - отсутствие целеуказателя. Компьютер наведения и ракетный трекер расположены в ракете. Отсутствие слежения за целями в ГОЛИС обязательно подразумевает наведение.

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 (Ex: TERCOM )
  • Фотографическая разведка (Пример: DSMAC )
  • Зависит от искусственных источников - системы наведения, в которых ракетный трекер зависит от искусственного внешнего источника:
  • Спутниковая навигация
  • Система глобального позиционирования ( GPS )
  • Глобальная навигационная спутниковая система ( ГЛОНАСС )
  • Гиперболическая навигация

Предустановленное руководство

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

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 они могли поражать цели даже размером с город. В современных системах используются твердотельные кольцевые лазерные гироскопы с точностью до нескольких метров на дальности до 10 000 км и больше не требующие дополнительных входов. Кульминацией развития гироскопа стала система AIRS, установленная на ракете MX, обеспечивающая 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 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 ИНС, GPS и радиолокационного картографирования местности для достижения чрезвычайно высокого уровня точности, такого как в современных крылатых ракетах.

Инерциальное наведение является наиболее предпочтительным для начального наведения и средств возврата стратегических ракет , поскольку оно не имеет внешнего сигнала и не может быть заблокировано . Кроме того, относительно низкая точность этого метода наведения менее важна для больших ядерных боеголовок.

Астро-инерциальное наведение

Astro-инерционное руководство представляет собой слитый датчик - информация слитый из инерционного руководства и небесной навигации . Обычно он используется на баллистических ракетах подводных лодок . В отличие от межконтинентальных баллистических ракет шахтного базирования , точка пуска которых не перемещается и, таким образом, может служить ориентиром , БРПЛ запускаются с движущихся подводных лодок, что усложняет необходимые навигационные расчеты и увеличивает вероятность круговой ошибки . Это звездно-инерциальное наведение используется для исправления небольших ошибок положения и скорости, которые возникают из-за неопределенностей условий запуска из-за ошибок в подводной навигационной системе и ошибок, которые могли накапливаться в системе наведения во время полета из-за несовершенной калибровки инструмента .

ВВС США искали систему точной навигации для поддержания точности маршрута и отслеживания цели на очень высоких скоростях. Nortronics , подразделение разработки электроники Northrop , разработало астроинерциальную навигационную систему (ANS) , которая могла исправлять ошибки инерциальной навигации с помощью наблюдений за небом, для ракеты SM-62 Snark и отдельную систему для злополучной AGM- 48 Skybolt , последняя из которых была адаптирована для SR-71 .

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 данный момент во время полета, тот факт, что звезды являются фиксированной точкой отсчета для расчета этого положения, делает это потенциально очень эффективным средством повышение точности.

В ракетной системе « Трайдент» это было достигнуто с помощью одной камеры, которая была обучена обнаруживать только одну звезду в ее ожидаемом положении (считается, что ракеты с советских подводных лодок будут отслеживать две отдельные звезды для достижения этого), если она не была точно совмещена там, где она должна быть, это будет означать, что инерциальная система не была точно нацелена, и будет произведена коррекция.

Наземное наведение

TERCOM , для «сопоставления контуров местности», использует карты высот полосы земли от места запуска до цели и сравнивает их с информацией с бортового радиовысотомера . Более совершенные системы TERCOM позволяют ракете лететь по сложному маршруту по всей трехмерной карте, вместо того, чтобы лететь прямо к цели. TERCOM - это типичная система наведения крылатых ракет , но ее заменяют системы GPS и DSMAC , цифровой коррелятор области согласования сцен, который использует камеру для просмотра участка земли, оцифровывает изображение и сравнивает его с сохраненными сценами в бортовой компьютер для наведения ракеты на цель.

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

Смотрите также

Рекомендации