Теплова голівка самонаведення

Теплова голівка самонаведення (Інфрачервона голівка самонаведення; англ. Heatseeker) — голівка самонаведення, належить до класу пасивних систем наведення і працює за принципом перехоплення інфрачервоного випромінення, що створює захоплена ціль.

Ракета IRIS-T класу повітря-повітря

Є оптоелектронним пристроєм, який призначено для ідентифікації цілі та видачі в автоматичний прицільний пристрій (АПП) сигналу захоплення, а також для вимірювання і видачі автопілоту сигналу кутової швидкості лінії візування.

Ракети, які використовують інфрачервоне випромінення для пошуку цілі часто називають «тепловими», оскільки значення частоти хвилі інфрачервоного випромінення нижче видимого спектра світла і випромінюється гарячими тілами. Багато об'єктів, наприклад люди, двигуни літаків і автомобілів генерують і утримують тепло, і завдяки цьому, особливо помітні в інфрачервоному діапазоні довжини світлових хвиль в порівнянні з об'єктами фонового середовища.

Типи теплових голівок

В інфрачервоних датчиках таких голівок використовуються в основному три матеріали сульфід свинцю (II) (PBS), антимонід індію (InSb) і Меркурій кадмій телурид (КРТ). Більш старі датчики, як правило, використовували PBS, нові датчики, як правило, використовують InSb або КРТ. Всі датчики працюють краще при охолодженні, оскільки вони стають більш чутливими і здатними до вияву порівняно більш холодних об'єктів.

Ранні інфрачервоні голівки були найбільш ефективними у виявленні інфрачервоного випромінювання з короткими довжинами хвиль, такими як 4.2 мікрон, які характерні для двоокису вуглецю, що є викидом реактивного двигуна. Такі голівки самонаведення, які найбільш чутливі до діапазону хвиль довжиною від 3 до 5 мікрон, зараз називаються "одноколірними" або однодіапазонними голівками. Сучасні інфрачервоні голівки самонаведення часто працюють в діапазоні довжин хвиль від 8 до 13 мікрон, які в найменшій мірі поглинаються атмосферою. Такі голівки називаються "двоколірними" або дводіапазонними системами. Ракети з таким діапазоном важче збити з цілі за допомогою засобів інфрачервоної протидії, таких як фальшиві теплові цілі.

Тим не менш, найбільш сучасні ракети з інфрачервоною голівкою самонаведення, наприклад, ASRAAM, мають інфрачервону матрицю, яка дозволяє сформувати інфрачервоне зображення цілі (як у тепловізорі), і це дозволяє ракеті відрізняти літальний апарат від точкових джерел випромінення теплових пасток [1][2][3]. Такі ракети називаються тепловізійними і мають ряд переваг, основною з яких є широкий кут огляду, завдяки якому пілоту не потрібно направляти свій літак строго на ціль для запуску ракети. [4] Пілоту сучасного винищувача достатньо поглянути на ціль, щоб використати нашоломну систему цілевказівки атакувати її ракетами з ІЧ голівкою самонаведення. На російських винищувачах МіГ-29 и Су-27 в додаток до РЛС використовується опто-електронна система цілевказівки, яка дозволяє визначати дальність до цілі і наводити ракети, не демаскуючи себе включеним радаром.

Траєкторії сканування і модуляція

Здатність ракети протидіяти фальшивим цілям залежіть від методу, за допомогою якого ракета сканує простір перед собою для пошуку і визначення цілей. Перші ракети використовувати так званий модулюючий диск або модулюючий растр, в яких перед детектором інфрачервоного випромінення розміщувалася прозора пластина з послідовністю прозорих і непрозорих сегментів на ній. Перші диски мали простий спицеподібний візерунок сегментів, але згодом почали використовувати більш складні способи виділення прозорих сегментів на диску для збільшення точності, роздільної здатності і відсіювання інфрачервоного випромінювання довколишнього середовища і засобів інфрачервоної протидії ракетам. Задачею цих барабанів було створення модуляції зображення для визначення відстані цілі від центру. Ця інформація використовувалась шукачем для вирівнювання ракети відносно цілі, а повороти модулюючого диску потім використовувались комп'ютером ракети для того, щоб направити ракету в сторону цілі.

Також були ракети, які використовували так звану розетку, метод сканування при якому не використовується модулюючий диск, а використовував оптичну схему для сканування поля зору по траєкторії, що схожа на пелюстки розетки.[5][6] Цей метод є проміжним кроком між ранніми системами сканування із застосуванням модулюючих дисків і сучасних тепловізійних систем, але він досі широко використовується в деяких ПЗРК.

Самі сучасні ракети з тепловим наведенням використовують тепловізійні системи, в яких ІЧ/УФ датчики представлені у формі матриць в фокальній площині, які здатні "бачити" в інфрачервоному діапазоні, аналогічно тому як працюють матриці ПЗЗ в цифрових камерах. Це ускладнює процедуру обробки сигналу, але дозволяє створити більш точну систему, яку важко обманути неправильними цілями. В додаток до того, що такі ракети складніше обманути тепловими пастками, їх так само з меншою імовірністю можна ввести в оману направивши проти сонця, що є ще одним відомим засобом як можна збити ракету з тепловим наведенням з курсу. Використовуючи вдосконалені технології обробки зображень, інформація про форму цілі може бути використана для того, щоб визначити саму вразливу її частину, на яку скеровується ракета.

Відстежування цілей

Коли ракета запускається, вона не може завжди точно бути спрямованою на ціль. Більшість ракет з тепловим наведенням використовують карданний підвіс для фіксації шукача (камери). Це дозволяє спрямовувати датчик на ціль, навіть якщо ракета направлена в іншу сторону. Зазвичай, пілот або оператор вказує координати точки цілі шукачу фіксуючи її за допомогою радару, системи зору на шоломі пілота, оптичного прицілу, або можливо наведенню носа літака або ракетної пускової установки безпосередньо на ціль. Коли шукач ракети бачить і впізнає ціль, вона повідомляє про це оператору за допомогою сигналу, який як правило підтверджує її (дозволяє ракеті слідувати за ціллю). Після того як ракета починає стежити за ціллю, вона може діяти самостійно, куди б не рухався літак чи установка. Одразу після запуску, ракета не в змозі контролювати напрямок руху доки не заведеться двигун і не набере досить високої швидкості для того, щоб її крила могли контролювати траєкторію польоту. До тих пір, камера на карданному підвісі повинна мати змогу відстежувати ціль самостійно.

Нарешті, навіть у той період, коли ракета знаходиться під позитивним контролем і прямує по напряму для перехоплення цілі, вона, ймовірно не буде вказувати точно на неї; хіба що ціль не буде прямувати прямо на зустріч чи від установки запуску. Найкоротший шлях для виходу на ціль не буде знаходитись по прямій, оскільки ціль зазвичай рухається в бічному напрямку по відношенню до ракети. Перші теплові ракети просто направлялись на знайдену ціль переслідували її, але це було не ефективно. Новітні ракети стали розумнішими і використовують карданні підвіси і метод, відомий як пропорційна навігація для того, щоб уникати відхилень і летіти до цілі по найкоротшій, найоптимальнішій траєкторії.

Охолодження

Всеракурсні голівки самонаведення як правило потребують охолодження, що допомагає підвищити її чутливість до необхідного значення для захоплення сигналів більш низького рівня, які реєструються з переду чи збоку літака. Фонове тепло всередині датчика, чи аеродинамічно підігріте вікно сенсора, можуть перекривати слабкий сигнал, який надходить до сенсору від цілі. (ПЗЗ матриці в камерах мають ті самі проблеми; вони утворюють набагато більше «шуму» працюючи при високих температурах.) Сучасні всеракурсні ракети такі як AIM-9M Sidewinder і FIM-92 Stinger використовують для охолодження сенсорів стислий газ, такий як аргон, щоб мати можливість фіксувати ціль на великих відстанях в будь-яких діапазонах. Деякі ракети такі як AIM-9J і ранні моделі R-60 використовували термоелекричний охолоджувач Пельтьє.

Сучасні тепловізійні матриці і технології створення мікроболометричних датчиків дозволяють створювати ІЧ детектори для ракет, які не потребують спеціального охолодження. Це дозволяє здешевити розробку ракет з тепловими голівками самонаведення.[7] Наприклад, така технологія була використана для модернізації ракети комплексу FGM-148 Javelin модифікації G. Створення нової ГСН, в якій використаний новий комерційний інфрачервоний прилад, що не потребує охолодження, дозволило скоротити вартість на 40 % в порівнянні з охолоджуваними інфрачервоними технологіями.[8]

Моделі теплових голівок самонаведення

36Т

Є всеракурсною ГСН, що призначена для використання в ракетах класу "повітря-повітря". Застосовується в складі ракети Р-27Т, що знаходиться на озброєнні літаків МіГ-29 та Су-27. Захоплює ціль по її інфрачервоному випромінюванні в двох діапазонах ІЧ випромінювання (має два спектральні канали). Захищена від дії природних та штучних перешкод.

  • Дальність захоплення цілі на висоті 10 тис. км. становить 15-50 км.
  • Поле захоплення - ±1 градус.
  • Кут супроводу цілі - ±60 град.
  • Кутова швидкість супроводу - не менше 15 град./с.

УА-96

Призначення для ракет "повітря-повітря" малої дальності стрільби: Р-60, Р-60М, які знаходяться на озброєнні літаків МіГ-21, Міг-23МЛ, Міг-25ПД, Міг-29, Міг-29С, Міг-31, Су-17М3,М4, Су-25. Наведення на ціль здійснюється по методу пропорційної навігації. Головка створена в Києві на підприємстві ЦКБ "Арсенал".

  • Дальність захоплення цілі в передній полусфері - від 0,3 до 10 км.
  • Пеленгування цілі - ±44 град.
  • Кут ціле-вказання - ±60 град.
  • Кутова швидкість супроводу - не менше 30 град./с.
  • Висота застосування - до 20 км.
  • Робочий діапазон - ІЧ, середні хвилі.

МК-80

Є всеракурсною ГСН, що призначення для ракет "повітря-повітря" малої дальності стрільби, наприклад для ракети Р-73, яка знаходяться на озброєнні літаків МіГ-21, Міг-23МЛ, Міг-29С, М, Су-25, Су-27, Су-30МК, Су-32, Су-33, Су-35. Наведення на ціль здійснюється по методу пропорційної навігації. Головка створена в Києві на підприємстві ЦКБ "Арсенал".

  • Дальність захоплення цілі в передній полусфері - від 0,3 до 10-15 км.
  • Пеленгування цілі - ±75 град.
  • Кут ціле-вказання - ±45(±60) град.
  • Кутова швидкість супроводу - 60 град./с.
  • Висота застосування - до 25 км.
  • Робочий діапазон - ІЧ, середні хвилі.

ММ-2000

Використовується в нових авіаційних ракетах малої дальності і ближнього маневрового повітряного бою. Типи цілей, які вражає ракета: літаки, вертольоти, крилаті ракети, БПЛА. Наведення на ціль здійснюється по методу пропорційної навігації. Голівка є всеракурсною і працює при температурі довколишнього середовища від -50 до +60°C. Використовує високочутливий двоспектральний пиймач ІЧ випромінювання. Головка створена в Києві на підприємстві ЦКБ "Арсенал".

  • Робочий діапазон - ІЧ, середньохвильовий двохспектральний.
  • Дальність захоплення цілі в передній полусфері - від 15 до 20 км.
  • Ймовірність селекції цілі в умовах активних перешкод - > 0,9
  • Поле зору - 5 град.
  • Поле огляду - ±75 град.
  • Кут ціле-вказання - ±60 град.
  • Максимальна кутова швидкість автосупроводу цілі - 60 град./с.

Ракети, що оснащено інфрачервоними голівками самонаведення

Наведений нижче список не є повним та вичерпним.

Примітки
  1. MBDA ASRAAM (AIM-132)(англ.). Архів оригіналу за 2 травня 2011. Процитовано 10 листопада 2014.
  2. AIM-132 ASRAAM. «Уголок неба».
  3. Управляемая ракета малой дальности AIM-9X «Sidewinder». «Ракетная техника»
  4. Головки самонаведения перспективных зарубежных управляемых ракет и авиабомб, Полковник Р. Щербинин, 2009 р.
  5. US Patent 6121606 - Multi Detector Close Packed Array Rosette Scan Seeker
  6. Ali Sadr ; Amirkeyvan Momtaz Sampling and clustering algorithm for determining the number of clusters based on the rosette pattern, 2011
  7. R.K. Bhan, R.S. Saxena, C.R. Jalwania, and S.K. Lomash, Uncooled Infrared Microbolometer Arrays and their Characterisation Techniques, Defence Science Journal, Vol. 59, No. 6, November 2009, pp. 580—589
  8. Missile seeker delivers more bang for less bucks theredstonerocket.com
  9. Andreas Parsch. MBDA (BAe Dynamics/Matra) AIM-132 ASRAAM. www.designation-systems.ne (англ.). Архів оригіналу за 30 січня 2012. Процитовано 20 лютого 2011.
  10. Управляемая ракета малой дальности IRIS-T. Авиационная энциклопедия «Уголок неба». Архів оригіналу за 30 січня 2012. Процитовано 20 лютого 2011.
  11. Широкорад А. Б. Энциклопедия отечественного РО. — С. 314.
  12. Широкорад А. Б. Энциклопедия отечественного РО. — С. 316-317.
  13. Andreas Parsch. Raytheon (Philco/General Electric) AAM-N-7/GAR-8/AIM-9 Sidewinder. www.designation-systems.net (англ.). Архів оригіналу за 30 січня 2012. Процитовано 12 лютого 2011.
  14. Управляемая ракета малой дальности R 550. Авиационная энциклопедия «Уголок неба». Архів оригіналу за 30 січня 2012. Процитовано 20 лютого 2011.

Література
  • Авиационное вооружение и авионика. Энциклопедия XXI век. Оружие и технологии России. Под ред. МО РФ С.Иванова, 2005, ISBN 5-93799-016-1


This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.