|
| |
|
Слаботочка Книги заряда в момент наиболее вероятного поражения цели з. Из неконтактных взрывателей наибольшее применение получили те, что работают в радиотехническом и инфракрасном диапазонах волн. Радио-и инфракрасные взрыватели - это разомкнутые радиотелемеханические системы, т. е. устройства для подачи команд на расстоянии без обратной связи. Основные требования к радиовзрывателям: - возможность определения угловых координат и дальности или скорости цели в системе координат, связанной с УС; это требование определяется тем, что наивыгоднейший момент подрыва заряда 3 Автодин Усилитель
Рис, 9.16. Функциональная схема радиовзрывателя зависит от взаимного расположения векторов скоростей цели и УС, зоны наибольшей плотности осколков снаряда и радиуса эффективного действия осколков; - безопасность эксплуатации; - высокая механическая прочность и надежность; - помехоустойчивость, достаточная для исключения подрыва заряда от помех; - минимальное время срабатывания. Малая дальность действия и невысокая точность измерений позволяют во многом упрощать радиолокационные взрыватели. Например, нередко отказываются от определения угловых координат и измеряют лишь скорость сближения УС с целью или расстояние между УС и целью. Радиолокационные взрыватели разделяются на неавтономные и автономные, с непрерывным (немодулированным или с ЧМ) и импульсным излучением. Неавтономные, взрыватели получают команду на подрыв с КП. Из автономных наибольшее применение получили радиовзрыватели с активным самонаведением, тем более, что малая дальность действия взрывателя позволяет ограничиться малой мощностью передатчика. Такой передатчик не увеличивает существенно вес и габариты бортовой аппаратуры. В радиолокационном взрырателе допплеровского типа (рис. 9.16) антенна А излучает непрерывцые немодулированные колебания necyj щей частоты /о. которые возбуждаются автодином. Это нелинейный каскад, совмещающий функции автогенератора и преобразователя частоты. При сложении в автодине колебаний, генерируемых автодином  Рис. 9.17. Диаграмма направленности антенны радиовзрывателя. С частотой /о и отраженных от цели с частотой /о± доп получаются колебания, амплитуда которых изменяется с допплеровской частотой доп- Эта частота, пропорциональная радиальной скорости снаряда относительно цели (f = 2v/K), выделяется автодином в процессе преобразования. Полученные колебания частотой f доп детектируются, усиливаются и накапливаются (в интеграторе). Затем следует электронное реле с электродетонатором. Если бы боевой заряд был незаправленным и цель поражалась в то же мгновение, когда подрывался заряд, то наибольщий эффект подрыва был бы при минимальном расстоянии между снарядом и целью, - т. е. при Fn = О-В реальных условиях оптимальному моменту подрыва 3 соответствует допплеровская частота, не равная нулю, хотя бы потому, что антенна радибвзрыва-теля обладает направленностью. Диаграмма направленности антенны радиовзрывателя (ДН) показана на рис. 9.17. Значит, большое усиление должно быть в некоторой области допплеровских частот и соответствующих им скоростей сближения УС с целью, где наиболее вероятно поражение цели. Для этого в усилитель вводится фильтр нижних частоте соответствующей граничной частотой. Фильтр одновременно снижает вероятность срабатывания взрывателя от помех. Помехоустойчивость дополнительно повышается интегратором в виде детектора допплеровских колебаний и /?С-фильтра нижних частот: в интеграторе отраженные сигналы накапливаются значительно дольше, чем короткие импульсы помех. Если проинтегрированное напряжение превышает порог (/ ор. то с электронного реле на электродетонатор подается команда подрыва. § 69. Радиотехнические системы контроля и управления движением космических аппаратов 69.1. Траектории космических аппаратов (КА). Большинство КА совершает движение в центральном поле земного тяготения, в связи с чем на их траекторию влияет соотношение между кинетической Wу, л потенциальной энергиями КА. Отношению WIW = 0,5 соответствует первая космическая скорость v\. Если такую скорость со-.общить ракете в направлении, параллельном горизонту, то орбита КА будет круговой (рис. 9.18). Радиус орбиты Ro равен радиусу Земли Rg, когда v\ = 7,9 км/с, а круговой орбите с радиусом Ro = R3 + 4- 200 км соответствует скорость Vi = 7,79 км/с. Баллистическая ракета (БР) стартует вертикально вверх, но затем с-помощью автономной инерциальной системы управления угол тан- гажа уменьшается и в граничной точке двигатель выключается. Наступает пассивный (свободный) полет БР по незамкнутой эллиптической траектории (замыканию препятствует Земля). При скорости объекта у > fi размеры эллипса становятся достаточно большими, чтобы траектория замкнулась и КА стал искусственным спутником Земли (ИСЗ). Точка эллипса, наиболее удаленная от центра Земли, называется апогеем, а наименее удаленная - перигеем. Круговая орбита - частный случай эллиптической, когда Гиперболическая орбита (--ш/ . Параболическая орбита (=-&ж) КригоВая орбита (9=1) Перигеи Траектория  Эллиптическая орбита (&>-i}j:) Рис. 9.18. Траектории космических аппаратов- D = Di. При второй космической скорости uji ~ 11,2 км/с; когда = w, объект освобождается от силы земного тяготения и орбита его принимает форму параболы, а при v > Vu гиперболы. КА выводится на заданную орбиту с помош,ью ракет-носителей. Перед пуском ракеты ее ориентируют на стартовой пло1цадке и в бортевую систему управления вводят исходные данные. Бортовая система управления действует на всех стадиях активного полета, начиная с того момента, когда ракета приобретает скорость, достаточную для управления ее движением. По командам управления один за другим выключаются двигатели, и ступени, связанные с ними, отделяются. В интервалах между этими операциями производится стабилизация ракеты. После сброса последней ступени вступает в действие система управления движением собственно космического аппарата. Управление ориен-.тацией КА производится автономной системой, а управление движением центра масс КА - командной системой КУ-1. При стыковке космических аппаратов используется самонаведение. 69.2. Контроль траектории КА. Управление полетом космических аппаратов, в частности ИСЗ, корректирующее, т. е. оно кратковременное и основывается на длительном контроле траектории КА. Число контролируемых параметров устанавливается из следующих соображений. Невозмущенная орбита ИСЗ подчиняется закону Кеплера, выведенному в предположении, что на ИСЗ действует только сила земного тяготения, а Земля Амеет форму шара. В этих условиях положение ИСЗ на орбите полностью определяется тремя пространственными координатами, тремя проекциями вектора путевой скорости в граничной точке и временем свободного полета спутника. Удобно начинать отсчет времени от момента прохождения спутником перигея орбиты (в этой точке допплеровский сдвиг частоты равен нулю). Так как по закону Кеплера на один из пространственных параметров накладывается ограничение, то остается шесть независимых параметров. Отклонения возмущенной траектории от невозмущенной рассматриваются как изменения параметров кеплеровой орбиты. Возмущения вызываются сопротивлением атмосферы, сплюснутостью и неоднородностью Земли, неточностью запуска ИСЗ и др. Для траекторных измерений наиболее пригодны радиотехнические системы, содержащие средства радиолокации, радионавигации, радиоуправления и электронной цифровой вычислительной техники. Эти системы имеют свои особенности. 1. Радиолинии Земля-космос и космос-Земля пересекают тропосферу и ионосферу. Следовательно, затухание в тропосфере должно быть минимальным и нужно избежать отражения радиоволн от ионосферы. Этим требованиям удовлетворяют сантиметровые и дециметровые волны и коротковолновая часть метрового диапазона волн. 2. Очень большая протяженность космических радиолиний требует того, чтобы хотя бы в наземном комплексе были использованы весьма мощные передатчики, высокочувствительные приемники и остронаправленные антенны. 3. В связи с вращением Земли и движением КА необходимо автоматическое слежение антенн за радиолинией. 4. Большая скорость движения КА и высокие несущие частоты космических радиолиний связи являются причиной больших допплеровских смещений-частоты (до сотен тысяч герц). В таких условиях необходимы особые меры для быстрого вхождения в связь и слежения за сигналом с помощью систем автоподстройки по фазе (ФАП) или частоте (ЧАП). 5. Контроль траектории и управление движением КА облегчаются возможностью увеличения дальности радиолокации и опознабания КА благодаря применению бортовых ответчиков, а также наличием предварительных данных о расчетной траектории КА, это упрощает траек-торные измерения (определяются не абсолютные координаты КА, а их отклонения от расчетных) и облегчается вхождение в связь (приблизительно известно, как должны быть ориентированы антенны и на какую частоту должны быть настроены радиоприемники). 6. КА в процессе полета неоднократно оказывается за радиогоризонтом данной радиолинии, и тогда должны вступать в строй вторая. Третья и т. д. линии связи; для этого контрольно-измерительный ком- плекс должен включать в себя радиотехнические средства, расположенные на очень больших расстояниях один от другого. - 7. Исключительно большую роль играет математическая обработка многочисленной и сложной информации, связанной с полетом КА. Обработка осуществляется с помощью ЭЦВМ, входящих как в наземный, так и в бортовой комплекс аппаратуры. 8. Бортовая аппаратура КА должна быть весьма экономичной, минимальной по габаритам и весу и очень надежной в исключительно сложных условиях ее эксплуатации (космическая радиация, механические перегрузки при взлете и посадке, невесомость в космосе, большая длительность работы и т. д.). 69.3. Неавтономные радиотехнические средства контроля траектории КА. Эти средства рассчитываются на непосредственный или косвенный контроль. При непосредственном контроле все параметры траектории измеряются непосредственно, а при косвенном- измерению подвергаются параметры одного вида (дальности, углы), остальные же вычисляются. В аппаратуре космических измерений непрерывное излучение-ис-пользуется больше, чем импульсное; это позволяет добиться большей точности совместного измерения дальности, направления и радиальной скорости КА и получить большую энергию сигнала за данное время наблюдения [35]. Результаты измерений представляются в цифровой форме и вводятся в ЭЦВМ. Угловые координаты КА сравнительно просто измеряются фазовыми радиопеленгаторами. Бортовое передающее устройство малой мощности излучает непрерывные немодулированные колебания, которые принимаются на Земле с помощью разнесенных приемных антенн, ориентированных попарно в направлениях юг-север, запад-восток. Фазовые сдвиги принятых волн выявляются фазометрами и регистрируются в цифроЕОй тформе. Неоднозначность отсчета устраняется многошкальной системой пеленгации. Антенная пара для точного отсчета имеет базу порядка десятков длин волн, а для среднего и грубого отсчета достаточно значительно меньшей базы. В 1959 г. для наблюдения за советскими ракетами был впервые при-, менен пеленгатор ФИАН. Его данные: длина волны А, = 1,63 м, база d = 176 м, точность измерения 1-2. Мощность бортового маяка небольшая - 0,03 Вт, но этого было достаточно для пеленгации КА, находившегося около Луны. Измерение дальности КА имеет некоторые особенности: с одной стороны, нет ограничений, связанных с разрешением целей а с другой- из энергетических и других соображений дальномер должен быть рассчитан на непрерывное излучение. Дальномер строится по такому принципу: несущее колебание модулируется по фазе, реже - по частоте или амплитуде дальномерным сигналом низкой частоты. Модулированные колебания посылаются на борт и на другой несущей частоте ретранслируются ответчиком. В наземной станции эти колебания демодулируются, выделяется дальномбр-ный сигнал и с помощью цифрового измерителя определяется его запаздывание относительно запросного сигнала. Радиальная скорость К А измеряется по допплеровскому сдвигу частоты с применением беззапросного или запросного метода. При без-аапросном методе на КА находится передающая часть, а в наземной РЛС - приемная часть измерителя радиальной скорости ид. С КА излучаются колебания строго стабильной частоты /о. а в РЛС они принимаются с допплеровским сдвигом частоты на ± Уд/с. Этот сдвиг, а следовательно, и скорость ид выявляются смесителем приемника с помощью местного гетеродина такой же эталонной частоты /о- При запросном методе передающее устройство РЛС посылает колебания эталонной частоты /з, на КА они принимаются и ретранслируются на частоте /з ± Vjjc и возвращаются в наземную РЛС, имея частоту /отв /з ± 2уд/с. Эти колебания смешиваются с исходными колебаниями частотой /з, в результате чего на выходе преобразователя приемника выявляется допплеровский сдвиг частоты f доп = /отв - /з = = 2уд/с. Для того чтобы сохранить информацию о знаке сдвига, т. е. о направлении движения КА, к допплеровской частоте прибавляют частоту подставки. Так же поступают и при беззапросном методе. Как видно, беззапросный метод проще в осуществлении, но он требует строгого равенства частот эталонных генераторов передатчика КА и приемника наземной РЛС. При запросном методе эталонный генератор не нужен, но система усложняется за счет дополнительной аппаратуры (передатчика РЛС и приемника ответчика) и схем, обеспечивающих развязку передающего и приемного каналов (эти схемы несколько смещают частоты запросного и ответного каналов). Выходным устройством служат цифровые измерители, построенные по принципу частотомера или периодомера (см. § 53). Такие измерители дают малую погрешность и легко сопрягаются с ЭЦВМ. 69.4. Автономные радиотехнические средства контроля. Для пилотируемых КА представляет интерес автономный контроль элементов орбиты КА, поскольку автономные средства контроля могут быть использованы и в Отсутствие радиосвязи с наземным комплексом. Основными радиотехническими средствами автономного контроля траектории КА являются радиовысотомеры, допплеровские или корреляционные измерители скорости и радиовертиканты [20]. Радиовысотомеры с ЧМ измеряют малые высоты - от 1 м до 10- .15 км, а импульсные радиовысотомеры - до нескольких сотен километров. Отраженные сигналы подвергаются длительной статистической обработке, и это способствует высокой точности измерений: даже импульсные высотомеры дают погрешность менее. ± 15-20 м. Допплеровские измерители скорости определяют с точностью до десятых долей процента все три составляющие вектора скорости. Радиовертиканты определяют направление местной вертикали к поверхности ближайшей планеты. Точность измерения должна быть не хуже десятых долей,градуса. Заметим, что в условиях невесомости и шести степеней свободы гировертикаль очень сложна и это дает преимущества радиовертиканту. Перечисленные средства автономного контроля траектории КА применяются при высотах полета, не превышающих нескольких сотен ки- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 [45] 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 |