W. P l ET ROW l. S l CZ l Wl O·
KIERDWAJilE RAKIETAMI
BIBLIOTEKA
WIEDZY
WOJSKOWEJ
SERIA VII
W.
P l E T R OW
A...
17 downloads
667 Views
16MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
W. P l ET ROW l. S l CZ l Wl O·
KIERDWAJilE RAKIETAMI
BIBLIOTEKA
WIEDZY
WOJSKOWEJ
SERIA VII
W.
P l E T R OW
A.
S O C Z l WKO
KIEROWANIE RAKIETAMI
W A RSZ A W A
1965
W.
P l E T R O W A. S O C Z l W K O
KIEROWANIE RAKIETAMI
WYDAWNICTWO
MINISTERSTWA
OBRONY
NARODOWEJ
TytuŁ oryginaŁu:
Wiktor PawŁowicz Pietrow Arkadii Arkadjewicz Socziwko .,UPRA WLENIJE RAKIETAMI" Wojenizdat, Moskwa 1963
z rosyjskiego MARIAN SZT ARSKI
TŁumaczyt
mgr
!nż.
* prof.
mgr
inż.
Recenzent: ZBIGNIEW PĄCZKOWSKI Redaktor: J. WITKOWSKI
BOGUSŁAW
* Obwolutę,
okŁadkę
i
strpnę tytułowq
projektowaŁ:
MIECZYSŁAW WISNIEWSKI
Redaktor techniczny: HELENA MALCZEWSKA
Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej Warszawa 1965. Wydanie I. Prlnted In Poland Nakład:
1.500 egz. Objętość: 15,16 ark. wyd., 15,75 ark. druk. Papler: druk. sat. IV kl. 65 g, format: 61 X86/16 ~ Fabryki Celulozy i Papieru im. J. Dąbrowskiego w Kluczach. Oddano do składu 24.VII.·1964 r. Podpis. do druku w styczniu 1965 r. Druk ukończono w lutym 1965 r. Zam. nr 864 z dnia 24.VII.19M r. Wojskowe Zakłady Graficzne w W-wie. Z-73. Cena zł 35.-
S Pl S
TREśCI
Str. 9. 11
Przedmowa do wydania radzieckiego Wstęp
R o z d z i .a
ł
R ozd zia
ł
I -
Krótka historia rozwoju broni rakietowej
II - Podstawy fizyczne ruchu pod odrzutu
wpływem
odrzutu
l.
Siła
2. 3. 4. 5. 6. 7.
Wzór Ciołkowskiego Rakiety wielostopniowe Siła ciągu rakiety . Ogólna sprawność silnika rakietowego Niektóre wielkości charakteryzujące silnik rakietowy Podstawowe wymagania stawiane paliwom rakietowym
Rozdział
III -
Podstawowe
wiadomości
o kierowaniu pociskami
1. Tory pocisków kierowanych 2. Zaburzenia działające na rakietę w locie 3. Stateczność rakiety 4. Współrzędne określające położenie rakiety w przestrzeni 5. Siły kierujące 6. Klasyfikacja systemów kierowania pociskami
R o z d z i a ł IV - Stabilizacja rakiet l. Właściwości swobodnego żyroskopu 2. Precesja żyroskopu 3. Pilot automatyczny Ciołkowskiego 4. Automatyczna stabilizacja rakiety V -2 5. Urządzenia wzmacniająco-przekształcające pochyleniem 6. Urządzenie sterujące rakietą V -2 7. Stery rakiety V -2 . 8. Vertikant R ozd zi a
ł
V -
Programowy system
l. Tor balistyczny
2. Korekcja znoszenia bocznego rakiety
24 24 25 27 29 31 32 34 36 36 37 38 42 43 50 53 53 55 57 58
sygnały
żyroskopowy
kietą balistyczną
13
sterowania 61 67 67 69
kierowania ra73 73 74
5
3. Całkowanie przyśpieszeń . 4. Integrator bocznych przyśpieszeń 5. Kierowanie pochyleniem osi rakiety . 6. Określenie prędkości lotu rakiety 7. Określenie prędkości rakiety za pomocą
76 78 80 żyroskopu
R o z d z i a ł VI - Programowy system kierowania, naziemne punkty orientacyjne
81 82
wykorzystujący
l. Samolot-pocisk 2. System kierowania samolotem-pociskiem V -l
85 85 86
Rozdział
VII - Radionawigacyjne systemy naprowadzania samolotów-pocisków l. Radionawigacja 2. Hiperboliczny system nawigacyjny naprowadzania samolotupocisku 3. Fazowy system nawigacji i naprowadzania . 4. Dopplerowskie systemy nawigacji i kontroli lotu rakiet
Rozdział
VIII -
Astronawigacyjne systemy naprowadzania
Współrzędne geograficzne i miejsce geograficzne ciała niebieskiego 2. Najprostszy system naprowadzania astronawigacyjnego 3. Określenie współrzędnych geograficznych za pomocą ciał niebieskich 4. Programowy astronawigacyjny system naprowadzania pocisków
90 90 94 98 105 111
l.
111 114 117 122
R o z d z i a ł IX - Bezwładnościowy system naprowadzania nawigacji l. Zasada działania naprowadzania bezwładnościowego nawigacji 2. Podstawowe zespoły systemów bezwładnościowych 3. Żyroskopy i akcelerometry 4. Przeliczniki pokładowe 5. Bezwładnościowy system kierowania rakietą balistyczną 6. Bezwładnościowy system nawigacji
124 12'6 130 136 140 142
R o z d z i a ł X - System sygnałów kierujących naprowadzania kierowanych pocisków odrzutowych
147
· l. 2. 3. 4. 5. 6.
6
Zalety i wady systemu sygnałów kierujących Podstawowe wiadomości o telekierowaniu Selekcja rozdzielcza Selekcja jakościowa Zasada stanowiska dowodzenia i wykonawczego Kombinowana zasada selekcji
124
147 149 150 152 155 159
7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.
Selekcja kodowa i kodowania sygnałów elektrycznych Lampowy szyfrator kodowy Lampowy deszyfrator impulsów kodowanych Wizualne metody naprowadzania Termonamierzanie i radiolokacja Radiolokacyjna stacja śledząca Stanowisko dowodzenia z radiolokacyjną linią kontroli Wielokanałowe systemy kontroli ruchu pocisku i celu . Zautomatyzowany system naprowadzania radiolokacyjnego
R ozdzi a l.
ł
XI -
Wiązka
System kierowania w
wiązce prowadzącej
.
prowadząca
2. System naprowadzania w wiązce prowadzącej 3. Detektor współrzędnych 4. System kierowania rakietą Derlikon-54 R ozd zi a wych l.
2. 3. 4. 5.
ł
XII -
podstawowe o systemach samonaprowadzania Wybór metody naprowadzania pocisków Radiolokacyjne systemy samonaprowadzania Termiczna głowica samonaprowadzania . Zapalniki zbliżeniowe i samolikwidatory pocisków odrzutowych
R o z d z i a ł XIII - Kierowanie sztucznymi satelitami i pojazdami kosmicznymi l. Prędkości kosmiczne 2. Kierowanie sztucznymi satelitami i pojazdami kosmicznymi w początkowym odcinku ich lotu 3. Kierowanie połażeniem satelitów w okresie lotu swobodnego 4. Nawigacja w przestrzeni kosmicznej ł
XIV -
Zakończenie
L i t er a
tura
183 183 185 186 190
Systemy samonaprowadzania pocisków odrzuto-
Wiadomości
Rozdzi a
161 162 163 165 168 169 174 177 180
Klasyfikacja broni odrzutowej
195 195 198 202 206 213 221 221 229 232 239 243 248 250
OD REDAKCJI WYDANIA POLSKIEGO
Praca Pietrowa i Socziwki je~t udaną próbą popularnego przedstawienia zagadnień kierowania pociskami odrzutowymi. Jest ona zwięzłym i usystematyzowanym przeglądem różnych metod i systemów kierowania. Wiadomości zawarte w książce mają postać opisową, przy czym do niezbędnego minimum ograniczono posłu giwanie się analizą matematyczną. W wystarczający sposób naświetlono podstawowe zjawiska fizyczne, na których oparte jest działanie różnych współcześnie stosowanych układów kierowania. Podano charakterystyki zasadniczych systemów kierowania. Po krótkim wprowadzeniu historycznym rozpatruje się główne problemy ruchu odrzutowego, kierowania i stabilizacji pocisków odrzutowych (rozdz. I-IV). Opisane są współczesne systemy kierowania pociskami odrzutowymi, a mianowicie: systemy programowe, radionawigacyjne, astronawigacyjne, bezwładnościowe, dowódcze i samonaprowadzania (rozdz. V-XII). Omówione są podstawowe zagadnienia kierowania sztucznymi satelitami i pojazdami kosmicznymi (rozdz. XIII) oraz podana jest współczesna klasyfikacja broni odrzutowej (rozdz. XIV) Takie caloksztaltowe, a jednocześnie dość przystępne, omówienie metod i systemów kierowania pociskami odrzutowymi stało się bezpośrednim powodem włączenia niniejszej książki do Biblioteki Wiedzy Wojskowej. Książka niewątpliwie stanowić będzie cenną pomoc w pracy oficera-dowódcy. Niezwykle bowiem burzliwy rozwój techniki wojennej wymaga stalego śledzenia postę pów osiągnięć technicznych.
PRZEDMOWA DO WYDANIA RADZIECKIEGO
upłynęły od chwili ukończenia II wojny światowej, charaknadzwyczaj burzliwym rozwojem techniki. Właśnie w tym okresie zbudowano pierwsze elektrownie atomowe i atomowy lodołamacz. Uczeni uważają, że doniosłość wykrycia i wykorzystania energii atomowej można porównać w historii ludzkości z doniosłością odkrycia ognia. Osiągnięcia ostatnich 10-15 lat w dziedzinie radioelektroniki oraz konstrukcja szybko działających maszyn obliczeniowych nie dają się nawet porównać z osiągnięciami na przestrzeni historii techniki. Niezwykły rozwoJ automatyki i telemechaniki, ostatnie osiągnięcia w dziedzinie chemii i biologii, konstrukcje potężnych rakiet kierowanych, wystrzelenie sztucznych satelitów Ziemi i Słońca, loty automatycznych stacji w kierunku Księżyca, Wenus i Marsa, triumfalne obloty Ziemi przez radzieckich kosmonautów - wskazują, że przy współczesnym poziomie nauki i techniki możliwa jest reali'zacja śmiałego marzenia ludzi o lotach międzyplanetarnych. XXII Zjazd KPZR postawił przed radziecką nauką i techniką gigantyczne zadanie - zająć przodującą pozycję w świecie, we wszystkich podstawowych dziedzinach. I te wskazania partii są z honorem wykonywane. Jeśli do II wojny światowej, XX wiek nazywano wiekiem elektryczności, to w rezultacie nowego przewrotu technicznego, jaki nastąpił w latach powojennych, wiek nasz można nazwać wiekiem energii atomowej, radioelektroniki i lotów kosmicznych. W wojsku zawsze wykorzystywano. najnowsze osiągnięcia nauki i techniki. Ponadto rozwój wielu dziedzin techniki był spowodowany dążeniem do utworzenia i udoskonalenia najnowszych środków bojowych o charakterze ofensywnym i defensywnym. Burzliwy rozwój wszystkich dziedzin nauki spowodował przewrót i w technice wojskowej, w środkach obrony i ataku. Rola nauki i techniki we współczesnej wojnie wymaga dużej znajomości zagadnień technicznych przez cały skład osobowy woj-
Lata, jakie
teryzują się
ska, a szczególnie korpusu oficerskiego. Wiadomości techniczno-wojskowe są ważnym czynnikiem określającym cechy bojowe, zarówno każdego żołnierza, jak i całych sił zbrojnych. Autorzy tej książki postawili sobie za zadanie zapoznanie czytelnika z zasadami fizycznymi działania współczesnej odrzutowej broni kierowanej. Siły Zbrojne ZSRR dysponują różnorodnymi rodzajami doskonałych kierowanych broni odrzutowych, a w tej liczbie najgroźniejszymi rodzajami - rakietami międzykontynentalnymi i kosmicznymi. Nie ma wątpliwości, że jeśli agresywne koła imperialistyczne rozpętają trzecią wojnę światową, to odrzutowa broń kierowana będzie szeroko stosowana, zarówno w celach strategicznych, jak i taktycznych. W książce zwrócono uwagę głównie na zasady fizyczne kierowania bronią odrzutową. Celem zapoznania się z innymi zagadnieniami zwią zanymi z kierowaną bronią odrzutową (na przykład z silnikami rakietowymi i ich paliwami), a także celem bardziej szczegółowego poznania problematyki kierowania rakietami, można wykorzystać literaturę podaną na końcu książki.
WSTĘP
W XIX wieku rakiety hojowe weszły na uzbrojenie wielu armii świata, jednak 'przed I wojną światową zostały one wycofane z uzbrojenia wszystkich armii. Wyjaśnia się to tym, że wówczas w technice ·rakietowej nie rozwiązano ważnych problemów balistyki rakiet oraz zadań związanych ze zwiększe niem dokładności, gęstości i mocy ognia oraz zwiększeniem manewr·owości rakiet. Brak ·było opracowanych 'podstaw naukowych do wytwarzania paliw i konstruowania si'lników rakietowych. W tych czasach osiągnięto duży postęp w dziedzinach nauki i techniki, od których zależał rozwój artylerii lufowej. W końcu XIX wieku rozwiązano niektóre zagadnienia zewnę trznej i wewnętrznej baHstyki pocisków, osiągnięto znacme sukcesy w metalurgii i mechanizacji procesów produkcji uzbrojenia artyleryjskiego. W rezultacie broń rakietowa nie mogła wytrzymać konkurencji z artylerią 'lufową, w szylbkostrzelnośd i zasięgu oraz dokładności i gęstości ognia. Dzięki sukcesom radzieckiej nau'ki i technrki Armia Czerwona już na początku Wielkiej Wojny Narodowej otrzymała doskonałą broń rakiety M-13, znane powszechnie pod nazwą Katiusze. Pojawienie się Katiusz umożliwiło znaczne zwiększenie mocy ognia artylerii, co odegrało dużą rolę w wojnie. Hosnące techniczne nasycenie wojsk i zwiększenie głębokości obrony nieprzyjaciela wymagało od artylerii znacznego wzrostu mocy ognia, zmasowanego zastsowania, dużej manewrowości i szybkostrzelności. Artyleria rakietowa bardziej odpowiadała tym wymaganiom niż artyleria lufowa z ciężkimi lawetami i dużym zapleczem. Jeszcze przed Wielką Wojną Narodową wykazano, że przy zmasowanych zastosowaniach artylerii, strzelanie do odpowiednich powierzchni jest bardziej efektywne niż ogień docelowy. Katiusze posiadały dużą szybkostrzelność. Cechując się dużą manewrowością powodowały one niespodziane 11
i zmasowane uderzenia na nieprzyjaciela. Dlatego Katiusze
były
bronią współczesną.
Podcza's l'I wojny światowej niekierowam.e pociski odrzutowe stosowane na okrętach marynarki wojennej. Do odpalenia nie wymagały one ciężkich dział, lecz prostych i lekkich urządzeń startowych, przez co można było znacznie zwiększyć moc ogniową lekkich okrętów. Pociski odrzutowe stosowane były także w lotnictwie. \ Nadzwyczaj ważne znaczenie dla rwoj'ska miało pojawienie się kierowanej broni odrzutowej. Kierowany pocisk odrzutowy jest !bezpilotowym obiektem latającym, dysponującym urządzenia mi do kierowania lotem według załdżonego toru. Kierowanie ruchem pocisku odrzutowego w znacznym stopniu zmniejsza błę dy celowani'a, a taiide !błędy wynrkające ze zmienności wiatru, zmiany gęstości powietrza, niedokładności produkcji pocisków i manewrowości 'Celu. Zautomatyzowane systemy kierowania i samonaprowadzania pozwalają pociskom odrzutowym na dokonywanie bardziej szybkich i dokładniejszych manewrów niż manewry pilotowanych obiekt6w latających. Kier,owany pocisk odrzutOfWy jest skuteczną lbronią, przeznaczoną do rażenia zarówno celów nieruchomych, jak i ruchomych. Obecnie są konstruowane kierowane podski odrzutowe o zasięgu od kilku kilometrów do kilku tysięcy kilometrów. Podski takie po wyposażeniu w ładunek termojądrorwy mogą dostarczać na dowolną odległ,ość środki zniszczenia o praktycznie nieograniczonej mocy. Współczesny odrzutowy pocisk kierowany stanowi swego rodzaju syntezę najnowszych osiągnięć nauk i techniki. Nad utworzeniem i doskonaleniem tej broni pracuje duża liczba specjalistów w wielu krajach świata. były także
Rozdział
l
KRÓTKA HISTORIA ROZWOJU BRONI RAKIETOWEJ
Uważa się, że rakiety pojawiły się w różnych krajach tuż po wynalezieniu w tych krajach ;prochu. W Chinach proch i rakiety były znane około 3 tysięcy lat temu. Storsowane one były do ogni sztucznyoh w dni świąteczne. Około tysiąc lat temu Chińczycy zaczęli stosować rakiety jako broń. Pierwsza rakieta bo}owa wyglądała prawie jak raca ogni sztucznych, jednak zamiast drewnianej tyczki przywiązywano rdo niej strzałę, dzięki czemu zasięg jej lotu znacznie wzrósł (rys. 1). Oprócz "strzał ognistych" w Chinach :stosowano "lata-
Rys. l.
"Strzała
ognista"
jące noże", "}atają'ce włócznie" i "latające miecze". Bardziej skuteczną bronią były rakiety kombinowane, stanowiące 1dużą ilość oddzielnych rakiet ułożonych w jeden podsk. Zapł~on ich był równoczesny. Przy zapłonie jednocz·eśnie odpalane były
wszystkie rakiety. Kombinowana rakieta pod nazrwą "rpsżczoły jednego ula" wyrzucała jednocześnie 32 rakiety. Stosowana też była "strzała rozsiewająca 49 strzał", "rakieta strzelają·ca meteorytami", z której wylatywało 10 rakiet, "łuk ze stu strzała mi" itp. W Chinach stosowano do celów woj•skowych także ·rakietypociski. Wybuchały one wówczas, jak wypalał się "proch wysyłający" i zaczynał działać "'proch zapalający". Pod.ski takie nazywano "latającą błyskawicą poci'skiem niszczą'cym" i "świętym ognistym krukiem latającym". W jednej z chińskich legend opisuje się pierwszą pró'bę uniesienia się człowieka w powietrze za pormocą rakiety. Próba ta 13
jednak zakończyła się niepowodzeniem, ponieważ wybuchła jedna rakie•ta, porwstał pożar i w ogniu zginął sam wynalaz·ca latającego aparatu mandaryn Wan-Hu. W Europie rakiety poznano od Arabów stosunkowo dawno. Rzymski poeta Klaudjan opisał święto w 399 r. w Mediolanie, podczas którego zapalono ognie sztuczne. Jednak mieszanka pirotechniczna takich rakiet 'była bardzo zła i jej receptura nie przetrwała do czasów dzisiejszych. W Europie rakiety pojawiły się znów dopiero w XIV 'Wieku, po wynalezieniu prochu. Początek bojowego zastosowania rakiet w Europie zaczyna się w XV wieku. W 1421 r. wykorzystano zapalające "rakiety-gołębie" przy oblężeniu husytów w mieście Saaz. W Europie jednak wkrótce zapomniano o broni rakietowej, Europejczycy zwrócili na nią uwagę dopiero przy końcu XVIII wieku, gdy w walce przeciw angielskim kolonizatorom Hindusi zastosowali broń rakietową. Za pomocą rakiet spalono dużo angie'l'Siki:ch okrę tów i zniszcz.ono szereg garnizonów. W skład hinduskich wojsk walczących z Anglikami wchodził korpus :strzel'ców rakietowych. Był on zorganizowany w 1766 r. przez księcia Haider-Alikhana i składał się początk·owo z 1200 osób. Syn księcia Tippo-Sahib w 1782 r. ·zwiększył liczbę strzelców do 5000 osób. Bronią strzelców rakietowych była rakieta prochowa o wadze 3--;- 6 kG, rwyrposażona
'w
bambusową żerdź •stabilizującą.
Zbadaniem i udoskonaleniem 'broni rakietowej zajął się angielski i:nż)'lilier wojskowy William Congreve. Rakiety Congreve'a zostały przyjęte na uLibrojenie angielskiej armii i marynarki wojennej. Podczas wojny z Napoleonem za pomocą raikiet Anglicy spalili w 1806 r. francuski port Boulogne, a w 1807 r. sto'licę Danii. W Rosji* już w XV wieku rwytwarzano duże ilości prochu
*
Interesujące są wzmianki o rakietach w źródłach polskich. Pierwsze
poj~wiają się
w trzy wieki po bitwie pod Legnicą, tj. w 1569 r. w dziele Marcina Bielskiego (1495 -1575) pt. "Sprawa rycerska według postępku zachowania starego obyczaju Rzymskiego", gdzie rakiety nazywane są racami. W 1650 r. w Amsterdamie ukazuje się słynne dzieło pt. "Artis magnae artilleriae pars prima" (Nauki wielkiej artylerii część pierwsza), napisane przez polskiego inżyniera wojskowego, pułkownika królewskiej artylerii polskiej, Kazimierza Siemienowicza. W dziele tym opisane są różne typy rakiet oraz wysunięte są idee wielostopniowości rakiet i zastosowanie w rakietach stateczników w kształcie delta. Dzieło to zostało przetłumaczone na język francuski, angielski, niemiecki i holenderski i przez 150 lat uważane było za najlepszą książkę z dziedziny artylerii. Interesował się rakietami również generał Józef Bem (1794 -1850), który swoje spostrzeżenie opublikował w książce pt. "Uwagi o rakietach zapalających". W bitwie pod Olszynką Grochowską (25.Il.1831 r.) wojska polskie z powodzeniem używały rakiet typu Congreve (przyp. tłum.).
14
-- --
-
-~-~~a~~~~--~~--:::::_-~
-
-
-
-=----___ --====-----
~
--~-=-=-
-----
Rys. 2. Łódź podwodna A. SzUdera z wyrzutniami rakietowymi
dobrej Jakości. W "Regulaminie wojskowym dotyczącym spraw artyleryjskich i inny.ch spraw związanych z nauką wojenną", napisanym w 1607 -16'21 r. przez rosyjiskiego ogniomistrza Onisima Michajłowa, ·znajduje się opis rakiet rosyjskich, czyli "kul, które biegają i palą się". ·W 1680 r. car Piotr I otworzył ,;zakład rakietowy", w którym produkowano głównie rakiety do ogni sztucznych. W 1717 r. na uzbrojenie armii rosyj-skiej weszła sygnalizacyjna rakieta oświe tlająca, która ;przetPwała do końca XIX wieku lbez zasadniczych zmian. Zasługa zbudowania 1pie1.'!Wszych rosyjskich rakiet hojowych należy do bohatera wojny 1812 r. A. Zarsialdko, artylerzysty :szkoły suworowskiej i kutuzowskiej. Opracował on nowy system rakiet zapalających, burzących, 'Wyrzutnie dla tych rakiet oraz taktykę hojowego zasto'sowania utworzonej broni. Rosyjskie urządzenia rakietowe już wówczas swymi własnościami bojowymi i manewrowośdą przewyższały urządzenia zagraniczne. ·W 1826 r. bojowe rakiety A. Zasiadko zaczęły masowo produkować specjalne "Zrakłady -Rakietowe", wybudowane na Polu W ołkowym w .pob'liżu Peterslburga.
15
W 1834 r. na Newie opodal IPeters'burga zademonstrowano opancerzoną łódź podwodną, :skonstruowaną przez generała rosyjskiej armii A. Szildera i Z'budowaną w Zakładach Ale'ksandroW'skich. Uzlbr·ojeniem tej łodzi (rys. 2) była mina i sześć rakiet, które mo·żna 1było odpalać spod wody do celów nawodnych
i podwodnych. W łodzi tej, po raz pierwszy na świecie, wykorzystano energię elektryczną do zapłonu rakiet i wysadzenia miny. Idea wykorzystania elektryczności w technice rakieto:wej oraz uzbrojenia okrętów podwodnych w rakiety została obecnie szeroko rozpowszechniona. Oprócz A. Zasiadko i A. Szildera konstruowaniem i udoskonaleniem rosyjskich rakiet zajmowali się W. Wnukow, P. Kcwalewski i inni, jednak rakiety ich posiadały szereg wad. Było to spowodowane tym, że wynalazcy posiadali zaledwie ·począt kowe wiadomości o sile ciągu i zachowaniu •się rakiet w locie, zaś jakość prtem prędk·ości lotu pojawiają się coraz wyraźniej balistyczne właściwości obiektu latającego, tj. właściwości wykorzystania jego energii kinetycznej. Przy dostatecznie dużej prędkośei, lot obiektu latającego określa się głównie jego wł·a ściwościami balistycznymi. Dlatego wraz ze wzrostem pręd kości lotu odpada konieczność wyposażenia rakiety w duże i 'Ciężkie skrzydła, wytwarzające siłę wznoszenia. Rozmiary uskrzydlenia rakiet wraz ze wzrostem ich prędkości zmniejsza się, przy czym do uzyska1nia dużej siły kierującej wykonuje się usterzenie rakiety całk·owicie obrotowe. W rakietach o dużej prędkości stosowane jest zazJwyczaj usterzenie już nie samolotowe, a rozmieszczone nawzajem prostopadle. W ·takim przypadku kon!strukcja i ~harakter pracy usterzenia poziomego i pionowego jest anaaogiczny. Obecnie roz45
powszechnione są rakiety z ruchomymi skrzydłami kierujący mi i nieruchomym usterzeniem ogonowym. Na przykład układ typu "kaczka" ma stery umieszczone :przed środkiem ciężko ści rakiety oraz istnieje układ z nieruchomymi skrzydłami i odchylanym usterzeniem ogonowym (rys. 22). Samolotowy układ aerodynamiczny różni się od rakiety czteroskrzydłowej tym, że wykorzystuje się w nim zazwyczaj koordynowany a obrót: przy zmianie kierunku lotu za pomocą lotek w określony sposób przechyla się obiekt latający. Jednak to komplikuje układ stabilizacji. W rakietach czteroskrzydłowych przez proste odchyRys. 22. Aerodynamiczne układy lenie sterów można wykonać rakiet, ze wzajemnie prostopadły obrót w dowolnym kierunku. mi powierzchniami kierującymi: Lot rakiet balistycznych a - ruchome skrzydła kierujące, b - układ "kaczka", c - odchylaodbywa się w zasadzie poza ne usterzenie ogonowe gęstymi. warstwami atmosfery. Rakiety te nie wymagają do swego lotu siły nośnej powietrza i dlatego nie posiadają skrzydeł. Atmosfera tylko przeszkadza im w locie, powodując stratę energii kinetycznej. Momenty kierujące w rakietach balistycznych wytwarzane są tylko przez siły odrzutu. Celem stabilizacji niezbędna jest mo~liwość ·obrotu rakiety balistycznej wokół jej środka ciężkości. Bardzo często do wykonania takich o'br-ot&w wykorzystuje się niewielkie silni·czki odrzutowe. Takie silnicZ'ki nazywane kor·~kcyjnymi mogą 1być zasilane z butli ze sprężonym powietrzem lub z generatora gaz·awego. Dwie pary takich •silni·czków nie·ruchomo .połączonych z rakietą (rys. 23,a) mogą wytwarzać momenty ustawiające wzdłużną oś rakiety w żą•danym 'kierunku. W celu zli'kwi:dowania obrotu rakiety w-okół osi wzdłużnej konieczna jest możliwość odchylania takich silników parami w przeciwnych kierunkach i wtedy wytwarza się moment obrotowy (rys. 23b). W dużych rakietach ·zamiast tego rodzaju silniczków wytkorzystuje się ·czę •sto dodatkowe Olbracają'ce się dysze silnika głównego. Oprócz stalbilizacji rakiety silniczki te mają za zadanie korygowanie •prędkości rakiety.
·---~
46
Do kierowania położ·eniem wzdłużnej osi ·~aikiety •stosuje się obrót komory •spalania o niewielki kąt (rys. 23c). W tym przypadku siłę ciągu R silnika można rozłożyć na dwie skła dowe, wykorzystując znaną metodę równo•ległoboku sił. Skła-
także
l\\~ l
~
a
c
-
---'\.._.....-,' 3
l
l
; )
/l--
L
+
l
l
e
Rys. 23. Metody otrzymywania
f sił kierujących:
a - nieruchome silniki dodatkowe s, - s, (D - dysza silnika głównego), b - obrotowe silniki dodatkowe (1 - dysza silnika głównego; strzałki wskazują kierunki możliwych odchyleń osi silnika dodatkowego), c obrót komory spalania silnika głównego, d przegubowe połączenie dyszy z komorą spalania (2 - ślizgające się powierzchnie), e - deflektor utworzony z dwóch przegubowo połączonych pierścieni (3 - napęd przesuwania deflektorów, 4 - punkty obrotu), f - zmiana ciągu silników w wiązce
dowa siły ciągu wzdłuż osi rakiety (rzeczywrsta siła ciągu) równa jest R • cosfJ. Składowa, skierowana prostopadle do osi rakiety (siła kierująca), ·równa jest R ·sin fJ. Komora posiada gięt-
47
połączenie ze zbiornikami paliwowymi. Potrzebny moment kierują>cy uzyskuje s•ię przez obrócenie k·Oilllory w odpowiednim kierunku i odchylenie jej o określony kąt.
kie
Ocz)liwiste jest, że taki efekt można uzyskać odchylając nie komorę spalania, a jedYIIlie dyszę silnika odrzutowego (rys. 23c). Pomimo technicznej złożoności utworzenia ob!'otowej dyszy metodę tę stosuje się także w rakietach na paliwo stałe. Silnik rakietowy na paliwo stałe ma dużą !kommę spalania, napełnioną paliwem. Znacznie mniejsza siła jest potrzelbna do obrócenia dyszy niż taki·ej komory. Przy obrocie dyszy lub komory, mającym na celu uzyskanie stabilizacji przechylenia rakiety, niezbędne jest zainstalowanie ąilniczków korekcyjnych. Żaroodporne (np. grafitowe) stery gazowe wykorzystywane są Vf rakietach, w których •silnik pra,cuj-e 'przez krótki okres czasu. Spowodowane to jest zarówno szybkim zużyciem się sterów, znajdujących się w •strumieniu rozpaLonych gazów obdarzonych ogromną prędkością, jak i znaczną stratą siły ciągu silnrka. W niemieckiej rakiecie V -2 strata siły dą·gu wynosiła 160 kG •na każdy ster gazowy i wzrastała proporcjonalnie do jeg•o obrotu. W rakietach na paliwo stałe mogą być stosowane deflektory - odbijacze strumienia odrzutowego. Na rysunku 23e przedstawiony jest deflektor, składają,cy się. ·z dwóch przegubowo połączonych pierścieni, wykonanych z materiału żaroodpornego. Deflektory instalowane są na !końcu dyszy. Za pomocą czterech dźwigni można oibródć pierścienie w dowolnym kierunku, a tym samym wytworzyć niezbędny moment kierujący. Na rakiecie można zainstalować kilka silniczków (rys. 23f). W tym przypadku ·otrzymujemy moment kierują·cy przez zmianę siły ciągu jednego z silniczków, ponielważ kierunek działania k·ażdego z nich nie przechodzi przez środek ciężkośd rakiety. Jeśli lot rakiety odbywa się nad atmosferą, na przykład lot sztucznego sa:telity Ziemi, to można kierować położeniem rakiety silnikami strumieniowymi .Jub za pomocą ma•s szybko obracających się. 'Stosowanie mas szybko oibracających się do k-ierowania stacją międzyplanetarną zaiprOipOnował K. Cioł kowski. Wykorzystanie mas szybko obracających się oparte jest na :prawie mechaniki, o zachowaniu momentu ilości ruchu* ciała całą
* Moment terą
48
ilości ruchu nazywany jest K (przyp. red.).
także
krętem
i oznacza
się
li-
stałego, jeśli nire działają na nie siły zewnętrzne. Momentem ilości ruchu dała nazywa~ny jest iloczyn jego momentu bez~ władnośd rprzez ·bezwzględną prędkość kątową (tj. prędkość liczoną w stosunku do nieruchomej "przestrzeni światowej").
Wy01braźmy solbie w swobodnej przestrzeni. układ składający się z dwóch ciał: stacji międzyplanetarnej A i masy szybko obra·cającej się B (rys. 24). Oznarczymy I1 moment bezwładności ciała A względem osi jego obrotu, a I2 moment bezwładno ści ciała B względem osi jego obrotu. Prędkości kątowe tych ciał ozna-
czymy odpowiednio literami w1. i Wz. Jeśli oba ciała nie obracają się, to moment ilości ruchu tych ciał jest równy zeru
l
~(J2
\ ł
\
~ 1=::
f ],GJ,
; A
(21)
Rys. 24. kieruje
Ciałem swobodnym obracające się koło
w tym przypadku pręd zamachowe w1 i w2 równe są zeru. Jeśli w jaki!kolwi~k sposób · zaczniemy obracać masę B ze stałą prędkością wz, to stacja międzyplanetarna będzie się ' .·· ..· -~ /
(,"
•••
~-.>
~\i
~~
Q~-s-q; \i
. ce\u
dtefilo ·o s\e
\..if\\
o~~ o'f-
l'q}
Stacja radiolokacyJna wykrywania celu Stacja radiolokacyjna sledzaca cel
/]H I:H l lIT
Rys. 107. Ogólny schemat stanowiska dowodzenia przy radiolokacyjnej kontroli lotu pocisku i celu
to poprawki są równe zeru. Kiedy cel (i wiązka radiolokacyjnej stacji śledzącej) porusza się, to poziome i pionowe współrzędne osi rakiety opóźniają się w stosunku do ruchomych osi celowania. Następuje jakby skręcanie, obrót osi celowania i rakiety. Dlatego poprawki, wytwarzane w przeliczniku, nazywane są uwzględnieniem kąta skręcania osi współrzędnych. 14 .. Wielokanałowe systemy kontroli ruchu pocisku i celu
Stacje radiolokacyjne ze stożkowym przeszukiwaniem przestrzeni mają pewne wady. Praca takich stacji oparta jest na porównaniu amplitud sygnałów odbitych od celu, odbieranych przez stację w różnych chwilach i przy różnych położeniach wiązki. Ponieważ w czasie przesuwania się wiązki z jednego punktu stożka do drugiego cel porusza się, to zmienia się i amplituda odbitego sygnału. Amplituda odbić od celu nie jest jednakowa, na przykład przy napromieniowaniu celu wiązkami znajdującymi się wyżej i niżej, niż oś anteny, choć sam cel pozostaje na osi śledzenia. W rezultacie odbierany sygnał ulega wahaniom. Wahania te powodują pojawienie się fałszywego napięcia błędu, które nieprzerwanie i chaotycznie zmienia się, powodując przypadkowe
drgania anteny. Wady tej nie posiadają systemy automatycznego śledzenia celu, wykorzystując porównywanie sygnałów przyjętych w tej samej chwili przez kilka anten, tak zwane systemy wielokanałowe. W rozdziale VII omówione były dwa rodzaje systemów wielokanałowych, które mogą w sposób ciągły określać współ rzędne obiektu ruchomego, mierząc odległość do niego na pod,stawie zjawiska Dopplera lub na podstawie różnicy faz sygnałów. Istnieją tąkże systemy wielokanałowe, które określają współ rzędne kątowe celu (azymut i kąt wzniesienia), spełniają więc to samo zadanie, co i system śledzenia ze stożkowym obrotem wiązki. Praca tych systemów może być oparta na porównaniu wielkości sygnałów przychodzących od celu (amplitudowe systemy wielokanałowe) lub na porównaniu faz odebranych sygnałów. Pomimo to, że kątowe systemy wielokanałowe wymagają bardziej złożonego wyposażenia, niż systemy ze stożkowym obrotem wiązki, są one szeroko stosowane, ponieważ dokładność śledzenia celu jest kilkakrotnie większa. Systemy wielokanałowe mogą pracować zarówno na fali cią głej, jak i impulsowo, przy czym w tym ostatnim przypadku 12 -
Kierowanie rakietami
177
do określenia wszystkich współrzędnych celu wystarczy jeden promieniowany impuls i dlatego systemy te nazywane są monoimpulsowymi. Pracę monoimpulsowego systemu automatycznego śledzenia kątowego rozpatrzymy na przykładzie systemu fazowego, zapewniającego największą dokładność śledzenia. Na rysunku 108 przedstawiony jest schemat blokowy systemu automatycznego śledzenia jednej współrzędnej. Źródłem sygnałów przy śledzeniu własnej rakiety jest nadajnik małej mocy, zainstalowany w rakiecie. Przy śledzeniu celu niepromieniującego, "naświetla się" go za pomocą naziemnego nadajnika radiowego. Niewidoczny na rysunku 108 nadajnik spowodował wysłanie w przestrzeń impulsu radiowego i po pewnym czasie do stacji przychodzi odbita fala radiowa. Prosta B 1 B2 oznacza czoło fali, to znaczy część przestrzE:ni, w której w danej chwili obserwuje się jednakową
fazę
drgań
pola elektromagnetyczRys. 108. Schemat blokowy monoimpulsonego. Jeżeli kierunek wego systemu automatycznego śledzenia na cel tworzy kąt a z celu we współrzędnej kątowej osią anten, to taki sam kąt tworzy czoło fali z prostą A1A2, łączącą anteny. Przychodząca fala najpierw trafia do anteny A1 i po pewnym czasie, niezbędnym qo przebycia drogi B2A2, osiąga antenę A2. Drgania wielkiej częstotliwości w antenie A2 są przesunięte w stosunku do drgań w antenie A1 o czas (38) gdziec-prędkość światła.
Opóźnienie się jednego drgania, w stosunku do drugiego o tej samej częstotliwości, tworzy różnicę faz. Z trójkąta A1B2A2 wynika, że B2A2 =d sina i dlatego róż nica faz
d . t 1 = -sma c
178
Korzystając
w jednostkach
•
ze wzoru (28) wyrazimy
przesunięcie
fazowe
kątowych
f{J = 2n
d . 2 'Jtd . 2 'Jt d sin a f -sina= --sina=
c
;,
eT
skąd
.
fPA
sina=--
2nd
(39)
W ten sposób zmierzywszy przesunięcie fazowe cp można okrekierunek celu a. Charakterystyka promieniowania anteny nie wpływa na kształtowanie różnicy faz sygnałów i dlatego można wykorzystać nieruchome anteny kierunkowe. Radiostacja śledząca jest więc przyrz~dem mierzącym różnicę faz dwóch sygnałów radiowych metodą kompensacyjną. Z anten sygnały doprowadzane są do odbiornika 1 i 2, przy czym sygnał z anteny A 2 przechodzi poprzez przesuwnik fazowy PF. Wzmocnione sygnały doprowadzone są do detektora fazoczułego DF, a wytwarzane w nim napięcie porusza wirnik silnika elektrycznego S. Oś silnika jest sprzężona poprzez reduktor z przesuwnikiem fazowym i dlatego będzie się obracała do chwili, dopóki fazy sygnałów na wyjściu odbiornika nie będą jednakowe. Wówczas sygnał na wyjściu detektora fazoczułego bę dzie równy zeru. Z kąta obrotu osi silnika można. określić kierunek celu. Jeśli w odstępie czasu, jaki upłynął między kolejnymi impulsami, cel przesunął się, to silnik obróci się w odpowiednią stronę porównując znowu fazy sygnałów doprowadzonych do anten. Taki system śledzenia celu charakteryzuje się małą bezwład nością, ponieważ nie ma potrzeby obracania masywnych urzą dzeń antenowych. Pozwala to na śledzenie z dużą dokładnością szybko poruszających się celów. Celem usunięcia niejednoznaczności w określeniu kierunku, niezbędne jest wybranie bazy d pomiędzy antenami tak, ażeby przy przechodzeniu celu w strefie obserwacji stacji, odcinek B2A2 był mniejszy, niż jedna długość fali. Jeśli strefa obserwacji jest równa 2agr, to oczywiście długość bazy określona jest warunkiem (40) d sinagr