Ракета с лазерным наведением

<час />

Фон

Ракеты отличаются от ракет системой наведения, которая направляет их к заранее выбранной цели. Неуправляемые или летящие в свободном полете ракеты оказались полезным, но зачастую неточным оружием при стрельбе с самолетов во время Второй мировой войны. Эта неточность, часто приводившая к необходимости запускать множество ракет для поражения единственной цели, привела к поиску средств, позволяющих направить ракету к цели. Одновременный взрыв радиоволновых технологий (таких как радары и устройства обнаружения радиоволн) предоставил первое решение этой проблемы. Несколько воюющих стран, в том числе США, Германия и Великобритания, объединили существующие ракетные технологии с новыми системами наведения на основе радио или радаров, чтобы создать первые в мире управляемые ракеты. Хотя эти ракеты не были развернуты в достаточном количестве, чтобы радикально изменить ход Второй мировой войны, достигнутые ими успехи указали на методы, которые изменили бы ход будущих войн. Так началась эра высокотехнологичных войн, эпоха, которая быстро продемонстрировала свои проблемы, а также свои перспективы.

Проблемы заключались в ненадежности новых радиоволновых технологий. Ракеты не могли поражать цели меньшие, чем фабрики, мосты или военные корабли. Цепи часто оказывались непостоянными и вообще не работали при неблагоприятных погодных условиях. Еще один недостаток возник в связи с расцветом технологий создания помех в связи с успехом радаров. Станции постановки помех противнику стало все проще перехватывать радио- или радиолокационные передачи запускаемых самолетов, тем самым позволяя этим станциям посылать противоречивые сигналы на одной и той же частоте, создавая помехи или «сбивая с толку» ракету. Применение управляемых ракет на поле боя, особенно тех, которые предполагали атаки по более мелким целям, требовало более надежного метода наведения, который был менее уязвим для создания помех. К счастью, этот метод стал доступен в результате независимых исследований эффектов усиления света.

Доктор Теодор Майман построил первый лазер (усиление света за счет вынужденного излучения) в исследовательских лабораториях Хьюза в 1960 году. Военные осознали потенциальные возможности применения лазеров почти сразу после того, как их первые лучи прорезали воздух. Снаряды с лазерным наведением прошли боевое крещение в продолжительной серии воздушных налетов, которые подчеркнули усилия Америки во Вьетнамской войне. За точность этого оружия они получили известное прозвище «умное оружие». Но даже это новое поколение современного вооружения не могло принести победу силам США в этой ожесточенной и дорогостоящей войне. Однако сочетание опыта, накопленного во Вьетнаме, усовершенствований лазерных технологий и аналогичных достижений в области электроники и компьютеров, привело к созданию более сложных и смертоносных ракет с лазерным наведением. Наконец, они получили широкое распространение в операции «Буря в пустыне», где их точность и надежность сыграли решающую роль в решительном поражении вооруженных сил Ирака. Таким образом, ракета с лазерным наведением зарекомендовала себя как ключевой компонент современной высокотехнологичной военной техники.

Сырье

Ракета с лазерным наведением состоит из четырех важных компонентов, каждый из которых содержит различное сырье. Эти четыре компонента Корпус ракеты отлит под давлением пополам:расплавленный металл (алюминий или сталь) заливается в металл. умирают и охлаждают для придания правильной формы. Затем две половинки свариваются.
Основные компоненты лазера - датчик фотодетектирования и оптические фильтры - собираются в ходе ряда операций, отдельных от остальной конструкции ракеты. Затем схемы, поддерживающие лазерную систему, припаиваются к печатным платам. Платы электронного блока также собираются независимо от остальной части ракеты. Если это предусмотрено конструкцией, в это время на платы добавляются микрочипы. корпус ракеты, система наведения (также называемый набором лазеров и электроники), пропеллент, и боеголовка . Корпус ракеты изготовлен из стальных сплавов или высокопрочных алюминиевых сплавов, которые часто покрывают хромом вдоль полости корпуса для защиты от чрезмерного давления и тепла, сопровождающих запуск ракеты. Система наведения содержит различные типы материалов - некоторые базовые, другие высокотехнологичные, - которые разработаны для обеспечения максимальных возможностей наведения. Эти материалы включают датчик фотодетектирования и оптические фильтры, с помощью которых ракета может интерпретировать длины волн лазера, посылаемые с базового самолета. Наиболее важной частью фотодетекторного датчика является его чувствительный купол, который может быть изготовлен из стекла, кварца и / или кремния. Комплект электроники ракеты может содержать полупроводники на основе арсенида галлия, но некоторые комплекты по-прежнему полагаются исключительно на медную или серебряную проводку. В качестве источника топлива управляемые ракеты используют твердое топливо на основе азота. Некоторые добавки (такие как графит или нитроглицерин) могут быть включены для изменения характеристик пропеллента. Боевая часть ракеты может содержать взрывоопасные смеси на основе азота, топливно-воздушные взрывчатые вещества (ТВС) или соединения фосфора. Боевая часть обычно имеет стальной корпус, но иногда вместо нее используются алюминиевые сплавы.

Дизайн

На современном поле боя существуют два основных типа ракет с лазерным наведением. Первый тип «считывает» лазерный свет, излучаемый запускающим самолетом / вертолетом. Электронный блок ракеты выдает команды на стабилизаторы (так называемые поверхности управления) . на его теле, чтобы держать его на курсе с помощью лазерного луча. Этот тип ракеты называется лучом наездника . поскольку он стремится направить лазерный луч к своей цели.

Ракеты второго типа используют бортовые датчики для улавливания лазерного света, отраженного от цели. Пилот самолета / вертолета выбирает цель, поражает цель лазерным лучом из целеуказателя, а затем запускает ракету. Датчик ракеты измеряет ошибку между траекторией полета и траекторией отраженного света. Затем сообщения о коррекции передаются на управляющие поверхности ракеты через блок электроники, направляя ракету на цель.

Независимо от типа, разработчик ракеты должен запустить компьютерное моделирование в качестве первого шага процесса проектирования. Это моделирование помогает проектировщику выбрать правильный тип лазера, длину корпуса, конфигурацию сопел, размер полости, тип боеголовки, массу пороха и управляющие поверхности. Затем проектировщик собирает пакет, содержащий все необходимые инженерные расчеты, в том числе произведенные с помощью компьютерного моделирования. Затем комплект электроники разрабатывается с учетом возможностей лазера и управляющих поверхностей. Чертежи и схемы всех компонентов теперь могут быть завершены; Технология CAD / CAM (автоматизированное проектирование / производство) оказалась полезной в решении этой задачи. Затем проектируются электронные системы с учетом возможностей лазера самолета и управляющих поверхностей ракеты. Следующий шаг состоит в создании необходимых схематических чертежей для выбранной системы электроники. Еще одно компьютерное исследование всей управляемой ракетной системы представляет собой заключительный этап процесса проектирования.

Производственный
процесс

Построение тела и прикрепление плавников

• 1 Стальной или алюминиевый корпус отлит под давлением пополам. Литье под давлением включает заливку расплавленного металла в стальную матрицу желаемой формы и ее затвердевание. По мере охлаждения металл принимает ту же форму, что и матрица. В это время можно нанести дополнительное хромовое покрытие на внутренние поверхности половин, которые соответствуют полости готовой ракеты. Затем половинки свариваются вместе, и сопла добавляются в хвостовой части корпуса после того, как он был сварен.
• 2 подвижных плавника теперь добавлены в заранее определенных точках вдоль корпуса ракеты. Ребра могут быть прикреплены к механическим соединениям, которые затем привариваются к внешней стороне корпуса, или их можно вставлять в углубления, специально вырезанные в корпусе.

Заливка пороха

• 3 Горючее необходимо аккуратно нанести в полость ракеты, чтобы обеспечить однородное покрытие, поскольку любые неровности приведут к ненадежной скорости горения, что, в свою очередь, ухудшит характеристики ракеты. Лучшим способом достижения равномерного покрытия является нанесение пороха с помощью центробежной силы. Это приложение, называемое кастингом, выполняется в промышленной центрифуге, которая хорошо защищена и расположена в изолированном месте в качестве меры предосторожности против пожара или взрыва.

Сборка системы наведения

• 4. Основные компоненты лазера - датчик фотодетектирования и оптические фильтры - собираются в серии операций, которые не связаны с остальной конструкцией ракеты. Затем схемы, поддерживающие лазерную систему, припаиваются к печатным платам; в настоящее время дополнительное внимание уделяется оптическим материалам, чтобы защитить их от чрезмерного нагрева, так как это может изменить длину волны света, которую ракета сможет обнаружить. Собранная лазерная подсистема отложена до окончательной сборки. Платы электронного блока также собираются независимо от остальной части ракеты. Если это предусмотрено конструкцией, в это время на платы добавляются микрочипы.
• 5 Теперь можно интегрировать систему наведения (лазерные компоненты и комплект электроники), соединив необходимые печатные платы и вставив весь узел в корпус ракеты через панель доступа. Поверхности управления ракетой затем соединяются с системой наведения серией релейных проводов, которые также вводятся в корпус ракеты через панели доступа. Датчик фотодетектирования и его корпус, однако, добавляются на этом этапе только для ракет, движущихся по лучу, и в этом случае корпус аккуратно привинчивается к внешнему диаметру ракеты рядом с ее задней частью, обращенной назад, чтобы интерпретировать лазерные сигналы от родительской ракеты. самолет.

Окончательная сборка

• 6 Установка боеголовки является завершающим этапом сборки управляемой ракеты. Современные ракеты с лазерным наведением работают одним из двух способов. Первый тип, «наездник луча», считывает лазерный свет, излучаемый запускающим самолетом, и направляет луч к цели. Второй тип использует бортовые датчики, чтобы улавливать лазерный луч, посланный самолетом и отраженный от цели. Датчики измеряют погрешность между траекторией полета ракеты и траекторией отраженного света, а блок электроники изменяет управляющие поверхности по мере необходимости, чтобы направить ракету к цели. Конструкция. Во время этого процесса необходимо проявлять большую осторожность, поскольку могут возникнуть ошибки привести к катастрофическим авариям. Простые методы крепления, такие как болты или заклепки, служат для прикрепления боеголовки без риска для безопасности. Для систем наведения, которые ориентируются на отраженный лазерный свет, датчик фотодетектирования (в его корпусе) прикручивается на место в кончик боеголовки. По завершении этого заключительного этапа сборки производитель успешно сконструировал самые сложные, изощренные и потенциально опасные детали. оборудования, используемого сегодня.

Контроль качества

Перед сборкой каждый важный компонент подвергается строгому контролю качества. Во-первых, топливо должно пройти испытание, в ходе которого эксперты воспламеняют образец топлива в условиях, имитирующих полет ракеты. Следующее испытание - это упражнение в аэродинамической трубе с использованием модели корпуса ракеты. Этот тест оценивает воздушный поток вокруг ракеты во время полета. Кроме того, несколько ракет, предназначенных для испытаний, запускаются для проверки летных характеристик. Дальнейшая работа включает в себя проведение серии испытаний электронного блока для определения скорости и точности, с которой команды передаются на управляющие поверхности ракеты. Затем компоненты лазера проверяются на надежность, и запускается тестовый луч, чтобы позволить исследователям записать способность фотодетекторного датчика «считывать» правильную длину волны. Наконец, определенное количество готовых управляемых ракет проходит испытания с самолетов или вертолетов на полигонах, усеянных учебными целями.

Побочные продукты / отходы

Топливо и взрывчатые вещества, используемые в боеголовках, токсичны при попадании в воду. Остаточные количества этих материалов должны быть собраны и отправлены на специально отведенное место для захоронения для сжигания. Каждый штат придерживается собственной политики в отношении утилизации взрывчатых веществ, а федеральные правила требуют, чтобы места захоронения периодически проверялись. Стоки (жидкие побочные продукты) процесса хромового покрытия также могут быть опасными. Лучше всего решить эту проблему, храня сточные воды в герметичных контейнерах. В качестве дополнительной меры предосторожности весь персонал, участвующий в обращении с опасными отходами, должен быть снабжен защитной одеждой, в которую входят дыхательные устройства, перчатки, обувь и комбинезон.

Будущее

Будущие ракетные системы с лазерным наведением будут иметь на борту собственный миниатюрный лазер, что устранит необходимость в лазерах для целеуказания на самолетах. Эти ракеты, которые в настоящее время разрабатываются в нескольких странах, называются «выстрелил и забыл», потому что пилот может запустить одну из этих ракет и забыть о ней, полагаясь на внутренний лазер ракеты и датчик обнаружения, чтобы направить ее к цели. Дальнейшее развитие этой тенденции приведет к созданию ракет, которые могут самостоятельно выбирать и атаковать цели. Как только их потенциал будет реализован, поля сражений мира будут ощущать смертельный яд этих «блестящих ракет» на долгие годы. Еще более продвинутая концепция предусматривает боевую винтовку для пехоты, которая также может стрелять небольшими ракетами с лазерным наведением. Операция «Буря в пустыне» ясно показала необходимость в точности с лазерным наведением, и в результате военные учреждения, занимающиеся выполнением своих задач, несомненно, будут изобретать и развертывать все более смертоносные версии ракет с лазерным наведением.