Наводимые объекты
К ним можно отнести: самолеты; искусственные спутники Земли; космические аппараты многоразового использования; ракеты; торпеды; воздушные, морские и наземные мишени. Ракеты как наводимые объекты. К классу ракет относят беспилотные летательные аппараты, движущиеся за счет реактивных сил тяги, создаваемых в процессе выбрасывания рабочего вещества их двигателями. Выбрасывание ведет к изменению массы и моментов инерции ракеты в процессе работы двигателей. Управление движением центра масс и ориентацией ракеты, аэродинамическое в воздушном пространстве и реактивное в безвоздушном.
Плоскокрылые ракеты. Иначе, крылатые ракеты или самолеты-снаряды. Рассчитаны на продолжительный горизонтальный полет. Управляются за счет воздействия аэродинамических сил, возникающих в процессе перемещения исполнительных устройств объекта управления, поворачивающих курсовые рули и рули тангажа, обдуваемые воздушным потоком. В управлении косвенно участвуют крылья, жестко связанные с осью ракеты и создающие основную подъемную силу. Под воздействием аэродинамических сил, возникающих в процессе управления, изменяется ориентация ракеты в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Управление креном, т.е. поворотом ракеты вокруг продольной оси, обеспечивается с помощью элеронов, совместно отклоняемых вокруг своих осей по или против часовой стрелки. Крестокрылые ракеты. Имеют развитое оперение в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Используются как высокоманевренные перехватчики в системах «поверхность-воздух» и «воздух-воздух». Наряду с «плюсобразной» ориентацией оперения возможна повернутая на 45° вокруг продольной оси «ик-собразная» его ориентация. Элевоны - это рули, способные перемещаться не только вокруг поперечных осей, но и вокруг продольной оси.
Баллистические ракеты. Для использования в безвоздушной среде требуют реактивного управления. Оно обеспечивается за счет создания моментов реактивных сил, разворачивающих ракеты в нужных направлениях и, в частности, путем установки:
• системы дополнительных малоразмерных реактивных двигателей управления;
• жаропрочных газовых рулей основных реактивных двигателей.
Автономное управление
Осуществляется без получения в процессе движения наводимого объекта какой-либо дополнительной информации от цели или с пункта управления. Информация, заложенная до старта объекта, используется при автоматическом управлении по заданной программе. Исключается воздействие внешних помех, хотя и наведение на маневрирующие цели также исключается. Информация об отклонениях от заданного закона движения поступает от бортовых инерциальных датчиков -гироскопов и акселерометров. Могут использоваться данные корреляционно-экстремальных систем. Автономное управление имеет важное значение при выводе на пассивную часть траектории ИСЗ, боевых блоков и боеголовок баллистических ракет, а также при выстреливании зенитных управляемых ракет. Вывод на пассивную часть траектории. Пассивной называют неуправляемую часть траектории наводимого объекта. До пуска учитывают вращение Земли за время полета, несферичность Земли и гравитационные аномалии. Первый, стартовый участок активной части траектории обычно вертикальный и рассчитан на придание наводимому объекту необходимой скорости движения, причем в условиях пониженных требований к прочности пусковой установки. В многоступенчатых ракетах скорость дополнительно возрастает по мере срабатывания ступеней. Для ИСЗ и КАМИ скорости придают значение, промежуточное между первой и второй космической. Для аппаратов, покидающих околоземное пространство, она должна превышать вторую космическую, а для боеголовок - быть менее первой космической. Приведенные к идеализированной шарообразной поверхности Земли с радиусом 6371 км космические скорости, вычисленные без учета влияния атмосферы, составляют: первая - 7,9 км/с, вторая -11,18 км/с, третья - 16,6 км/с. Участок выведения - второй участок активной части траектории - обеспечивает постепенное снижение угла между осью ракеты и горизонтальной плоскостью в месте запуска до установленного значения. При этом используется измерительная информация, поступающая от гироскопов. На третьем участке траектории объект управления выводится в примерно заданную точку пространства с примерно заданным вектором скорости. Для этого постепенно уточняются его абсолютное значение и ориентация, выдаются команды снижения тяги и выключения реактивных двигателей или же только последняя из этих команд. Точность наведения повышается при отсутствии полной автономности. Используя эффект Доплера для точного измерения скорости, переходят к радио- или оптико-инерциальному наведению.
Телеуправление
Предполагает передачу команд управления на наводимый объект. Обеспечивает наведение объекта на маневрирующую цель при простоте его аппаратуры. Различают телеуправление первого и второго рода. Наводимый объект в первом случае не используется для получения информации о цели, а во втором используется. Активный ответ обеспечивается установкой на ракете ответчика и повышает надежность получаемой о ней координатной информации. На основе данных о цели и ракете в ПУ вырабатываются команды управления при участии оператора или автоматически. Через шифратор и передатчик команд командной линии связи выработанные команды в виде сигналов передаются на ракету. Сигналы принимаются размещенным на ракете приемником командной линии связи, декодируются дешифратором и воздействуют на органы управления ракеты. Достоинством телеуправления первого рода является упрощение аппаратуры наводимых объектов. Дальнейшее совмещение аппаратуры локации цели и наводимого объекта в комбинации с аппаратурой ПУ, шифратором и передатчиком команд дополнительно упрощает систему наведения. Теленаведение — наиболее упрощенная разновидность телеуправления первого рода, в которой передатчик команд полностью сливается с локатором. Рассчитана на простейшие недорогие ракеты ближнего действия. В ПУ остается только общий приемопередатчик, на ракете -только приемник. Неравенство амплитуд принимаемых на ракете сигналов, передаваемых с ПУ по пересекающимся характеристикам направленности, свидетельствует о факте отклонения от равносигнальной зоны. Телеуправление второго рода. Отличается использованием аппаратуры наводимого объекта для получения в ПУ информации о цели. Получая телевизионную информацию о цели, оператор выполняет такие же действия, как и в случае ее визуального наблюдения. Ретрансляция вторичного излучения цели повышает дальность наведения. Ретрансляция собственного излучения цели обеспечивает ее корреляционно-базовую пассивную локацию.
Самонаведение
Предусматривает выработку команд управления на наводимом объекте с использованием локационной информации. В зависимости от физической природы используемых волн различают радиотехнические, оптические и акустические методы самонаведения. Необходимым элементом аппаратуры наводимого объекта является локационная головка самонаведения, включающая простейшие локатор и вычислительно-логические элементы контура управления. В зависимости от расположения источника энергии, используемого для получения локационной информации, различают активное, полуактивное и пассивное самонаведение.
Активное самонаведение. Источник первичной энергии расположен на наводимом объекте. Координатор головки самонаведения представляет собой активный совмещенный локатор с пассивным ответом, содержащий как приемную, так и передающую, усложняющую этот локатор аппаратуру.
Полуактивное самонаведение. «Подсвет» цели обеспечивается передающей частью, расположенной в ПУ или вблизи от него. Аппаратура ракеты упрощается, особенно в расчете на случай, когда ракета находится вблизи от цели, хотя и вдали от пункта управления.
Пассивное самонаведение. Реализуется приемной аппаратурой самонаведения, установленной на наводимом объекте - ракете. Природа собственного излучения цели, оптическая влияет на облик аппаратуры. Часто используется радио- и инфракрасная аппаратура.
Разновидности наведения по его кинематике
Методы и траектории наведения согласуют движение наводимого объекта с движением цели, обеспечивая точное попадание в нее этого объекта. Кинематические траектории строят без учета инерционности наводимого объекта, чтобы грубо оценить параметры управления и уточнить их затем путем расчета и моделирования. Методы наведения разделяют на двухточечные и трехточечные. Управляющие воздействия определяются взаимным расположением эффективных центров объекта наведения и наводимого объекта, в первом случае. Во втором, они дополнительно зависят от положения эффективного центра пункта управления.
Двухточечные методы наведения
Изменение абсолютного значения скорости при этом не предполагается. Разновидности методов пропорционального сближения соответствуют выбору в различных значений k и детализируются ниже. При любом k кинематическую траекторию сближения легко построить графически. Задаваясь начальными положениями и векторами скоростей сближаемых объектов, для малого интервала At находят изменение углового положения линии визирования в отсутствие управления. По нему подсчитывают требуемый поворот вектора скорости наводимого объекта в процессе управления. Тем самым находят новые положения и векторы скорости сближаемых объектов. Методы пропорционального сближения не являются единственными представителями двухточечных методов. В задачах «мягкой» посадки используют методы логарифмического сближения, когда скорость сближения снижается постепенно до нуля. Практически то же самое наблюдается при ненулевом, но малом угле упреждения. При больших же углах упреждения, но непредусмотренном уменьшении скорости цели возможен пролет ракеты перед целью. Метод параллельного сближения. Соответствует заданию в коэффициента пропорциональности, т.е. сведению к нулю угловой скорости поворота линии визирования, а значит к постоянству угла Рцн- При равномерном движении цели и принятой безынерционное управления траектория наводимого объекта спрямляется. Линия визирования перемещается параллельно своему начальному положению.
Варианты пропорционального сближения. Учитывают возможные изменения скорости, маневр цели, инерционность управления наводимыми объектами. С учетом всего этого применительно к системам самонаведения и телеуправления ЗУР рекомендуют значения к = 4...6.
Комбинированное наведение
Реализовано в большинстве практически используемых систем наведения. Предусматривает последовательную, параллельную или последовательно-параллельную комбинацию указанных методов. Так, в системах телеуправления «поверхность-воздух» грубая ориентация пусковых установок по азимуту и углу места означает уже проведение автономного управления, предшествующего телеуправлению. После выстреливания наводимого объекта на начальном этапе предпочтение отдают телеуправлению первого рода, поскольку точность измерения координат последним выше точности бортового координатора. В конце наведения используют бинарное управление, или телеуправление второго рода, или самонаведение. При самонаведении используют лишь двухточечные методы наведения. При телеуправлении используют как трехточечные, так и двухточечные методы наведения. При бинарном наведении с самонаведением на последнем этапе также используют лишь двухточечный метод, поскольку смена варианта наведения приводит к «изломам» кинематических траекторий с длительными процессами их отработки.
Решение целевых задач наведения
К этим задачам относят:
• подрыв боевых частей ракет, торпед и т.д.;
• самоликвидацию не подорванных зарядов;
• посадку управляемых аппаратов на поверхность;
• стыковку космических аппаратов. Для решения этих задач привлекают:
> радиовзрыватели для подрыва или самоликвидации зарядов;
> посадочные радио- и лазерные высотомеры;
> стыковочные и посадочные измерители скорости сближения.
Радиовзрыватели. Принадлежат к числу неконтактных взрывателей, срабатывая без соприкосновения с целью. Срабатывание их, в отличие же от дистанционных, осуществляется независимо от времени, прошедшего после выстрела, на расстояниях от цели, близких к наивыгоднейшим. Они представляют собой миниатюрные активные радиолокаторы с предельно малой дальностью действия. Используя эффект направленного разлета осколков, момент подрыва устанавливают ранее момента достижения минимума расстояния ракета-цель. В качестве критериев срабатывания используют эффекты снижения доплеровской частоты отраженного сигнала и возрастания его амплитуды по мере приближения к цели. В системах телеуправления этому может предшествовать команда взведения радиовзрывателя. Радиовзрыватели срабатывают также под воздействием команды самоликвидации, если наведение не состоялось. «Эквивалентный радиус» поражения цели за счет фугасного воздействия и осколков не превышает 10...15 м. Цель поражают «краевые» осколки, случайно воздействующие на ее уязвимые отсеки.
Возможности повышения точности наведения
Целесообразность разработки методов точного наведения обусловлена ограниченными возможностями поражения при неточном наведении, даже для описанного использования эффекта направленного разлета осколков. Широкие возможности повышения точности наведения открываются при использовании:
• антенных решеток, позволяющих учитывать маневр цели в процессе наведения;
• широкополосных сигналов и синтеза апертур, позволяющих получать сведения о координатах и производных координат центра масс, ориентации и о структуре цели;
• методов наведения на маневрирующие цели, основанных на новых вариантах следящего измерения с учетом маневра.
Все это повышает вероятность поражения цели одной ракетой или боеголовкой, уменьшает габариты и вес боевой части ракеты.