Наведение ракеты относится к различным методам наведения ракеты или управляемой бомбы на намеченную цель. Точность наведения ракеты является критическим фактором ее эффективности. Системы наведения повышают точность ракеты за счет повышения вероятности наведения (Pg). [1]
Эти технологии наведения можно разделить на несколько категорий, причем наиболее 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 полагаются на скорость и высоту самолета-носителя для приведения в движение.
Концепция беспилотного наведения возникла, по крайней мере, еще во времена Первой мировой войны, когда возникла идея дистанционного наведения авиабомбы на цель, подобно системам, разработанным для первых беспилотных летательных аппаратов Арчибальдом Лоу (отцом радионаведения). [ необходима цитата ]
Во время Второй мировой войны управляемые ракеты были впервые разработаны в рамках немецкой программы создания оружия V-Wapon . [2] Проект Pigeon был попыткой американского бихевиориста Б. Ф. Скиннера разработать бомбу, управляемую голубями.
Первой американской баллистической ракетой с высокоточной инерциальной системой наведения стала ракета малой дальности PGM-11 Redstone . [3]
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: системы наведения Go-onto-target (GOT) и go-onto-location-in-space (GOLIS). [3] Ракета GOT может быть нацелена как на движущуюся, так и на неподвижную цель, тогда как оружие GOLIS ограничено неподвижной или почти неподвижной целью. Траектория, которую принимает ракета при атаке движущейся цели, зависит от движения цели. Движущаяся цель может представлять непосредственную угрозу для пусковой установки ракеты. Цель должна быть быстро устранена, чтобы сохранить пусковую установку. В системах GOLIS проблема проще, поскольку цель не движется.
В каждой системе «выход на цель» есть три подсистемы:
Распределение этих трех подсистем между ракетой и пусковой установкой приводит к образованию двух различных категорий:
Эти системы наведения обычно требуют использования радаров и радио- или проводной связи между точкой управления и ракетой; другими словами, траектория управляется с помощью информации, передаваемой по радио или проводам (см. Проводная управляемая ракета ). Эти системы включают в себя:
Система CLOS использует только угловые координаты между ракетой и целью для обеспечения столкновения. Ракета должна находиться на линии визирования между пусковой установкой и целью (LOS), и любое отклонение ракеты от этой линии корректируется. Поскольку так много типов ракет используют эту систему наведения, их обычно подразделяют на четыре группы: Конкретный тип командного наведения и навигации, при котором ракете всегда приказано находиться на линии визирования (LOS) между блоком слежения и самолетом, известен как командное наведение на линию визирования (CLOS) или трехточечное наведение. То есть ракета управляется так, чтобы оставаться как можно ближе к цели на линии визирования после захвата ракеты, используется для передачи сигналов наведения от наземного контроллера к ракете. Более конкретно, если ускорение луча учитывается и добавляется к номинальному ускорению, генерируемому уравнениями наездника луча, то получается наведение CLOS. Таким образом, команда ускорения наездника луча изменяется, чтобы включить дополнительный член. Таким образом, описанные выше характеристики наездника луча могут быть значительно улучшены, если учесть движение луча. Система наведения CLOS в основном используется в системах ПВО ближнего действия и противотанковых системах.
Как отслеживание цели, так и отслеживание и управление ракетой выполняются вручную. Оператор наблюдает за полетом ракеты и использует сигнальную систему, чтобы отдать команду ракете вернуться на прямую линию между оператором и целью («линия визирования»). Обычно это полезно только для более медленных целей, где не требуется значительного «упреждения». MCLOS — это подтип систем командного наведения. В случае планирующих бомб или ракет против кораблей или сверхзвуковых Wasserfall против медленно движущихся бомбардировщиков B-17 Flying Fortress эта система работала, но с ростом скорости MCLOS быстро становилась бесполезной для большинства задач.
Сопровождение цели осуществляется автоматически, а сопровождение и управление ракетой — вручную.
Отслеживание цели осуществляется вручную, но отслеживание и управление ракетой происходит автоматически. Это похоже на MCLOS, но некоторые автоматические системы позиционируют ракету на линии прямой видимости, в то время как оператор просто отслеживает цель. SACLOS имеет преимущество в том, что позволяет ракете стартовать в позиции, невидимой для пользователя, а также в целом значительно проще в эксплуатации. Это наиболее распространенная форма наведения на наземные цели, такие как танки и бункеры.
Сопровождение цели, сопровождение ракеты и управление ею осуществляются автоматически.
Эта система наведения была одной из первых, которая использовалась и до сих пор находится в эксплуатации, в основном в зенитных ракетах. В этой системе отслеживание цели и отслеживание ракеты могут быть ориентированы в разных направлениях. Система наведения обеспечивает перехват цели ракетой, определяя их местоположение в пространстве. Это означает, что они не будут полагаться на угловые координаты, как в системах CLOS. Им понадобится еще одна координата — расстояние. Чтобы это стало возможным, должны быть активны как отслеживатели цели, так и отслеживатели ракеты. Они всегда автоматические, и радар использовался в качестве единственного датчика в этих системах. SM-2MR Standard наводится инерциально на среднем участке траектории, но ему помогает система COLOS через радиолокационную связь, обеспечиваемую радаром AN/SPY-1, установленным на пусковой платформе.
LOSBR использует некий «луч», обычно радио , радар или лазер , который направлен на цель, а детекторы на задней части ракеты удерживают ее в центре луча. Системы управления лучом часто являются SACLOS , но не обязательно; в других системах луч является частью автоматизированной системы радиолокационного слежения. Характерным примером являются более поздние версии ракеты RIM-8 Talos , которые использовались во Вьетнаме — радиолокационный луч использовался для вывода ракеты на высокую дугу полета, а затем постепенно снижался в вертикальной плоскости самолета-цели, более точное самонаведение SARH использовалось в последний момент для фактического удара. Это давало пилоту противника наименьшее возможное предупреждение о том, что его самолет освещается радаром наведения ракеты, в отличие от поискового радара. Это важное различие, поскольку характер сигнала отличается и используется в качестве подсказки для уклонения.
LOSBR страдает от присущей ему слабости неточности с увеличением дальности по мере распространения луча. Лазерные лучевые наездники более точны в этом отношении, но все они имеют малую дальность, и даже лазер может быть деградирован из-за плохой погоды. С другой стороны, SARH становится более точным с уменьшением расстояния до цели, поэтому эти две системы являются взаимодополняющими. [4]
Пропорциональная навигация (также известная как «PN» или «Pro-Nav») — это принцип наведения (аналогичный пропорциональному управлению ), используемый в той или иной форме большинством самонаводящихся ракет воздушного поражения . [5] Он основан на том факте, что два объекта находятся на встречных курсах, когда направление их прямой линии визирования не меняется. PN предписывает, что вектор скорости ракеты должен вращаться со скоростью, пропорциональной скорости вращения линии визирования (скорости прямой визирования или LOS-скорости) и в том же направлении.
Активное самонаведение использует радарную систему на ракете для подачи сигнала наведения. Обычно электроника в ракете удерживает радар, направленный прямо на цель, и затем ракета смотрит на этот «угол» своей собственной центральной линии, чтобы наводить себя. Разрешение радара основано на размере антенны, поэтому в меньшей ракете эти системы полезны для атаки только крупных целей, например, кораблей или больших бомбардировщиков. Активные радарные системы по-прежнему широко используются в противокорабельных ракетах и в ракетных системах класса «воздух-воздух» типа « выстрелил и забыл », таких как AIM-120 AMRAAM и R-77 .
Полуактивные системы самонаведения объединяют пассивный радиолокационный приемник на ракете с отдельным радаром наведения , который «подсвечивает» цель. Поскольку ракета обычно запускается после того, как цель была обнаружена с помощью мощной радиолокационной системы, имеет смысл использовать ту же самую радиолокационную систему для отслеживания цели, тем самым избегая проблем с разрешением или мощностью, а также уменьшая вес ракеты. Полуактивное радиолокационное самонаведение (SARH) является, безусловно, наиболее распространенным «всепогодным» решением наведения для зенитных систем, как наземного, так и воздушного базирования. [6]
Недостатком для систем воздушного базирования является то, что самолет-носитель должен продолжать двигаться к цели, чтобы поддерживать радиолокационную связь и захват наведения. Это может привести к попаданию самолета в зону действия ракетных систем с инфракрасным наведением (IR-наведением) меньшей дальности. Сейчас важно учитывать, что «всеракурсные» ИК-ракеты способны «убивать» с лобовой атаки, чего не было в первые дни 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 открытие дальности, чтобы сделать атаку противника неудачной.
SALH похож на SARH, но использует лазер в качестве сигнала. Другое отличие заключается в том, что большинство лазерно-управляемых орудий используют установленные на турели лазерные целеуказатели, которые повышают способность запускающего самолета маневрировать после запуска. То, насколько маневрирует управляющий самолет, зависит от поля зрения турели и способности системы удерживать захват цели во время маневра. Поскольку большинство запускаемых с воздуха боеприпасов с лазерным наведением применяются против наземных целей, целеуказатель, обеспечивающий наведение ракеты, не обязательно должен быть запускающим самолетом; целеуказание может быть предоставлено другим самолетом или совершенно отдельным источником (часто войсками на земле, оснащенными соответствующим лазерным целеуказателем).
Инфракрасное самонаведение — это пассивная система, которая наводится на тепло, выделяемое целью. Обычно используется в противовоздушной обороне для отслеживания тепла реактивных двигателей, а также с некоторым успехом применяется в противотранспортной обороне. Этот способ наведения иногда также называют «тепловым наведением». [6]
Контрастные искатели используют видеокамеру , как правило, черно-белую, для формирования поля зрения перед ракетой, которое предоставляется оператору. При запуске электроника в ракете ищет точку на изображении, где контрастность меняется быстрее всего, как по вертикали, так и по горизонтали, а затем пытается удерживать эту точку в постоянном положении в поле зрения. Контрастные искатели использовались для ракет класса «воздух-земля», включая AGM-65 Maverick , поскольку большинство наземных целей можно различить только визуально. Однако они полагаются на сильные изменения контрастности для отслеживания, и даже традиционный камуфляж может сделать их неспособными «захватить цель».
Ретрансляционное самонаведение, также называемое « track-via-missile » или «TVM», представляет собой гибрид между командным наведением , полуактивным радиолокационным самонаведением и активным радиолокационным самонаведением . Ракета улавливает излучение, передаваемое радаром сопровождения, которое отражается от цели и ретранслирует его на станцию сопровождения, которая ретранслирует команды обратно на ракету.
В 2017 году российский производитель оружия Корпорация «Тактическое ракетное вооружение» объявила, что разрабатывает ракеты, которые будут использовать искусственный интеллект для выбора собственных целей. [7] В 2019 году армия США объявила, что разрабатывает аналогичную технологию. [8]
.jpg/1280px-Arrow-3_Jan-03-2013_(c).jpg){kind=icon}
Какой бы механизм ни использовался в системе наведения go-onto-location-in-space, он должен содержать предустановленную информацию о цели. Главной характеристикой этих систем является отсутствие трекера цели. Компьютер наведения и трекер ракеты находятся в ракете. Отсутствие отслеживания цели в GOLIS обязательно подразумевает навигационное наведение. [6]
Навигационное наведение — это любой тип наведения, выполняемый системой без трекера цели. Два других блока находятся на борту ракеты. Эти системы также известны как автономные системы наведения; однако они не всегда полностью автономны из-за используемых трекеров ракет. Они подразделяются по функции трекера ракеты следующим образом:
Предварительное наведение — это простейший тип наведения ракеты. Траектория полета определяется по расстоянию и направлению цели. Перед выстрелом эта информация программируется в систему наведения ракеты, которая во время полета маневрирует ракетой, чтобы следовать по этому пути. Все компоненты наведения (включая датчики, такие как акселерометры или гироскопы ) содержатся внутри ракеты, и никакая внешняя информация (например, радиоуказания) не используется. Примером ракеты, использующей предварительное наведение, является ракета V-2 . [10]
Инерциальное наведение использует чувствительные измерительные приборы для расчета местоположения ракеты из-за ускорения, приложенного к ней после выхода из известного положения. Ранние механические системы были не очень точными и требовали некоторой внешней регулировки, чтобы позволить им поражать цели даже размером с город. Современные системы используют твердотельные кольцевые лазерные гироскопы , которые имеют точность в пределах метров на расстоянии 10 000 км и больше не требуют дополнительных входных данных. Развитие гироскопов достигло кульминации в AIRS , обнаруженном на ракете MX, что обеспечивает точность менее 100 м на межконтинентальных расстояниях. Многие гражданские самолеты используют инерциальное наведение с использованием кольцевого лазерного гироскопа, который менее точен, чем механические системы, обнаруженные в МБР, но который обеспечивает недорогое средство достижения довольно точного определения местоположения (когда разрабатывалось большинство авиалайнеров, таких как Boeing 707 и 747, GPS не был широко распространенным коммерчески доступным средством отслеживания, как сегодня). Сегодня управляемое оружие может использовать комбинацию ИНС, GPS и радиолокационного картографирования местности для достижения чрезвычайно высокого уровня точности, подобного тому, который наблюдается у современных крылатых ракет. [3]
Инерциальное наведение является наиболее предпочтительным для начального наведения и боеголовок стратегических ракет , поскольку оно не имеет внешнего сигнала и не может быть заглушено . [2] Кроме того, относительно низкая точность этого метода наведения не является проблемой для больших ядерных боеголовок.
Астроинерциальное наведение , или звездно-инерциальное наведение , представляет собой слияние датчиков - информационное слияние инерциального наведения и небесной навигации . Обычно применяется на баллистических ракетах, запускаемых с подводных лодок . В отличие от межконтинентальных баллистических ракет шахтного базирования , точка запуска которых не перемещается и, таким образом, может служить точкой отсчета , БРПЛ запускаются с движущихся подводных лодок, что усложняет необходимые навигационные расчеты и увеличивает круговую вероятную ошибку . Звездно-инерциальное наведение используется для исправления небольших ошибок положения и скорости, которые возникают из-за неопределенностей условий запуска из-за ошибок в навигационной системе подводной лодки и ошибок, которые могли накопиться в системе наведения во время полета из-за несовершенной калибровки приборов .
ВВС США искали высокоточную навигационную систему для поддержания точности маршрута и отслеживания целей на очень высоких скоростях. [ требуется ссылка ] Nortronics, подразделение по разработке электроники Northrop , разработало астроинерциальную навигационную систему (АНС), которая могла бы исправлять ошибки инерциальной навигации с помощью астрономических наблюдений , для ракеты SM-62 Snark , и отдельную систему для злополучной ракеты AGM-48 Skybolt , последняя из которых была адаптирована для SR-71 . [11] [ требуется проверка ]
Он использует позиционирование по звездам для точной настройки точности инерциальной системы наведения после запуска. Поскольку точность ракеты зависит от знания системой наведения точного положения ракеты в любой момент полета, тот факт, что звезды являются фиксированной точкой отсчета , от которой можно вычислить это положение, делает это потенциально очень эффективным средством повышения точности.
В ракетной системе Trident это достигалось с помощью одной камеры, которая была обучена обнаруживать только одну звезду в ее ожидаемом положении (считается [ кто? ] , что ракеты с советских подводных лодок отслеживали две отдельные звезды, чтобы достичь этого), если она не была точно выровнена с тем местом, где должна была быть, это означало бы, что инерциальная система не была точно наведена на цель, и производилась бы коррекция. [12]
TERCOM , для «соответствия контуру местности», использует карты высот полосы земли от места запуска до цели и сравнивает их с информацией от бортового радиолокационного высотомера . Более сложные системы TERCOM позволяют ракете лететь по сложному маршруту по полной трехмерной карте, вместо того, чтобы лететь прямо к цели. TERCOM является типичной системой наведения крылатых ракет , но ее вытесняют системы GPS и DSMAC , цифровой коррелятор области сопоставления сцен, который использует камеру для просмотра области земли, оцифровывает вид и сравнивает его с сохраненными сценами в бортовом компьютере, чтобы направить ракету к цели.
Считается, что DSMAC настолько ненадежен, что разрушение заметных зданий, отмеченных на внутренней карте системы (например, предыдущей крылатой ракетой), нарушает ее навигацию. [3]
Медиа, связанные с наведением ракет на Wikimedia Commons