ATGM Javelin 개발에 중요한 기술적 어려움. 2의 일부
원점 복귀 헤드 (GOS)
스팅거 (Stinger)처럼 창 던지기 로켓은 "슛 - 포겟"시스템에 속합니다. 일단 시작되면 운영자 또는 다른 외부 소스에 의한 추가 개입없이 목표를 추적하고 파괴 할 수 있어야합니다. "총격탄"시스템의 필요성에 대한 결정은 육군과 해병대가 공동으로 수행했으며 IR 탐지기와 최신 온보드 추적 시스템을 통해 구현되었습니다.
전술 한 바와 같이, 작업자는 IR PBC 시스템을 사용하여 표적을 검출하고 식별한다. 그런 다음 그는 적외선 미사일 시스템으로 전환하여 표적에 표식을 설정하고 "수정"합니다. 작업자는 대상 이미지 주위에 프레임을 설정하고 가능한 한 대상이 프레임 사이 공간을 채우도록 프레임을 "고정"합니다. GOS의 임무는 본질적으로 목표 이미지에 초점을 유지하고, 목표물이 움직일 때조차도 인식을 계속하고, 150 m / s 이상의 속도로 비행하는 로켓의 궤도가 GOS의 관점을 바꿀 때 로켓이 접근 할 때 대상의 이미지 크기를 변경할 때 GOS의 많은 세부 사항은 적절하게 기능해야하지만 검출기, 냉각 및 교정 시스템 및 안정화 시스템과 같은 세 가지 구성 요소가 특히 중요합니다.
GOS는 검출기에서 사용되는 장파 적외선 복사에 투명 한 황화 아연으로 만든 반구형 캡 아래에 있습니다. 적외선은 캡을 통과 한 다음 게르마늄과 황화 아연으로 만들어진 초점 투명한 렌즈를 통과합니다. 연마 된 알루미늄 거울에 의한 IR 에너지가 검출기에 반영됩니다. 창 던지기 로켓의 GOS는 초점 평면에 64 요소의 64 크기의 2 차원 행렬이 장착되어 있습니다. 검출기는 카드뮴 - 텔루 라이드와 수은 - 텔루 라이드의 합금 (카드뮴 - 수은 텔루 라이드 또는 HgCdTe라고 함)으로 만들어집니다. 스캐닝 선형 어레이 인 PBC 검출기 IR과는 달리 GOS 검출기는 센서의 신호를 처리하고 신호를 로켓 추적 시스템에 전송합니다.
초점 평면에서 2 차원 매트릭스의 개발은 매우 어려웠다. Texas Instruments는 들어오는 광자가 초기에 축적 된 전하의 형태로 검출기에있는 전자를 자극하는 광 용량 성 장치를 사용하여 PBC 및 GOS를위한 초점면 배열을 개발했습니다. 판독 집적 회로의 전류가 검출기의 후면으로 통과함에 따라 전자는 픽셀 단위로 방전된다. 그러한 접근법이 PBC 매트릭스에서 입증되었다는 사실에도 불구하고, 미사일 시커가 초점 평면에서 작동하는 2 차원 매트릭스를 만드는 것이 매우 어렵다는 것이 증명되었다. Texas Instruments는 수용 가능한 광 용량 성 공정에 요구되는 HgCdTe 품질을 얻을 수 없었고, 2 차원 매트릭스는 충분한 전자 용량을 갖지 못했다. Texas Instruments는 경쟁에서 이기기에 충분한 2 차원 행렬을 만들 수 있었지만 양산 과정이 품질 및 결혼 표준을 충족시키지 못했습니다. 생성 된 행렬의 0,5 %에서 2 %까지만 요구 사항을 완전히 충족합니다. 생산 문제로 인해 개발 비용이 두 배로 증가하고 일반적으로 창 던지기 프로그램의 존재 자체가 위태로워졌습니다.
이 문제의 긴급 성은 1991-92에서 나타납니다. 미 국방부, 육군 부 및 미컴 (MICOM)은이 문제를 다루기 위해 특별 팀을 구성했습니다. 그녀는 자신의 기술 경험에 의지하여 텍사스 인스트루먼츠가 단순히 필요한 양으로 개발할 수 없다고 결론 내렸다. 군대는이 프로그램의 성공이 GOS 기술에 달려 있으며 매트릭스 생산을위한 대안적인 원천을 발견했다고 인정했다. 그들은 LORAL이라는 회사가되었으며, 이는 또한 매트릭스 생산에 어려움을 겪었습니다. 다행히 해결책은 가까웠습니다 : DARPA와의 협약에 따라 SBRC Research Center의 Hughes 'Santa Barbara Research Center는 초점면에서 다른 매트릭스 디자인을보다 효율적으로 만들 수있었습니다. Hughes의 설계는 전압 신호가 광자의 영향으로부터 직접 생성되고 전하 축적이 판독기 집적 회로 자체에서 발생하고 검출기 재료에서는 발생하지 않는 광전 메커니즘을 사용했습니다. 프로그램 관리는 텍사스 인스트루먼트 서비스를 리드 계약자로 거부했으며 대체 소스로 LORAL 서비스를 거부했으며 SBRC를 GPS의 핵심 평면에서 매트릭스 제공 업체로 선택했습니다. 그 결과, SBRC의 개발은 요구되는 사양, 공급 물량 및 스크랩 수를 충족 시켰습니다. Texas Instruments는 CPB 용 스캐너를 계속 생산했습니다.
GOS를 최적으로 작동시키기 위해서는 초점 평면의 매트릭스를 냉각하고 보정해야합니다. PBC IR 검출기는 Dewar 용기와 폐 루프 스털링 엔진을 사용하여 냉각됩니다. 이 디자인을 사용하기에 충분한 공간이 로켓에 없습니다. 시작하기 전에 전원 및 냉각 장치가 런치 캐니스터 외부에 설치됩니다. 그것은 로켓의 전기 시스템을 공급하고 줄리 톰슨 스로틀을 통해 냉각 가스를 로켓의 GOS에 제공하지만 로켓 자체는 아직 발사 용기에 있습니다. 로켓이 발사되면이 외부 연결이 끊어지고 냉각 가스가 가스 실린더에서 아르곤이 로켓에 내장되어 공급됩니다. 가스는 약 420 kg / cm2의 압력으로 작은 실린더에 담겨있다. 19 초 정도의 로켓 비행 중 GOS를 냉각시키기에 충분합니다. 외부 전원 공급 장치 및 냉각 장치는 원위치 장치가 작동되고 4 분 이내에 어떤 이유로 든 로켓이 발사되지 않은 경우 교체해야합니다.
이 냉각 시스템은 또한 집적 회로를 제공합니다. 처음에는 집적 회로가 냉각 된 영역 외부에 배치되었으므로 많은 수의 와이어가 대형 어레이에 사용되었습니다. 제조업체는 마이크로 프로세서를 감지기 뒤쪽의 냉각 된 영역에 놓았습니다. 따라서 마이크로 프로세서의 와이어 만 냉각 된 영역의 바깥 쪽을 향합니다. 따라서 와이어 수는 크게 줄어 들었습니다 : 200에서 25로.
GOS Javelina는 소위 "헬리콥터"휠을 사용하여 보정됩니다. 이 장치는 본질적으로 6 블레이드가있는 팬입니다. 5 검정 블레이드는 매우 낮은 IR 방사와 반 반사 블레이드를 가지고 있습니다. 이 블레이드는 GOS의 광학계 앞에서 동기화 된 순서로 회전하기 때문에 초점면의 매트릭스에는 관찰 된 목표 이외에 항상 경계표 (참조 점)가 제공됩니다. 이 가이드 라인은 검출기의 개별 요소의 다양한 감도로 도입되는 일정한 노이즈를 줄이기위한 매트릭스 역할을합니다.
GOS가 지속적으로 냉각되고 보정되어야한다는 것 외에도 GOS가있는 플랫폼은 로켓 본체의 움직임과 관련하여 안정되어야하며 GOS는 항상 목표 위에 있어야합니다. Stinger와는 달리 Javelina 선체는 비행 중에 회전하지 않지만 안정화 시스템은 날카로운 상승과 가파른 급강하와 같은 날카로운 가속도, 위 / 아래 움직임 및 측면 이동 및 로켓의 궤도의 다른 요구 사항을 처리 할 수 있어야합니다. 이는 플랫폼의 위치 변화를 제어하기위한 2 축 카단 시스템, 가속도계, 자이로 스코프 및 모터에 의해 달성됩니다. 자이로 스코프로부터 수신 된 정보는 안내 시스템의 전자 장치에 공급되며, 안내 시스템은 GOS 플랫폼에 장착 된 엔진을 제어하여 GOS가 목표에 남아 있도록합니다. GPS와 나머지 로켓을 연결하는 전선은 마찰을 일으키지 않도록 특별히 설계되었으므로 GPS 플랫폼은 정확히 균형을 유지할 수 있습니다. GOS Javelina는 10-20 마이크로 러디언 중 하나를 G로 빗나가며 우수한 격리 수준을 나타냅니다.
유도 및 제어 시스템
추적 장치 Javelina는 안내 및 제어 시스템의 필수 요소입니다. GOS 검출기의 4000 개 요소들 각각으로부터의 신호는 추후 처리를 위해 추적 장치에 전송 된 단일 채널 비디오 신호를 생성하는 판독 집적 회로에 전송된다. 추적 장치는 개별 프레임을 비교하고 목표물에 로켓을 유지하는 데 필요한 조정을 계산합니다. 이 작업을 수행하려면 추적 장치가 전체 이미지의 어느 부분이 대상 자체를 나타내는지를 결정할 수 있어야합니다. 처음에는 대상이 조작자에 의해 지정되고 대상에 목표 표시가 있습니다. 그 후 추적 장치는 알고리즘을 사용하여 GPS의 이미지와 프레임의이 부분 (이미지, 기하 데이터, 대상 이동 데이터)을 비교합니다. 각 프레임의 끝에서 링크가 업데이트됩니다. 추적 장치는 비행 중에 GOS의 시점이 급격하게 변하는 경우에도 목표물에 로켓을 유지할 수 있습니다.
미사일 유도를 위해, 추적 장치는 현재 프레임에서 표적의 위치를 결정하고 표적 지점과 비교한다. 목표물의 위치가 중앙에 있지 않으면 추적 장치는 보정 값을 계산하여 미사일 유도 시스템으로 전송하고 미사일 유도 시스템은 해당 보정 값을 제어 표면으로 전송합니다 (창 던지기에는 4 개의 움직이는 꼬리 플랩뿐만 아니라 선체 중간 부분의 여섯 개의 고정 날개가 있음) ). 시스템의이 부분을 자동 조종 장치라고합니다. 그것은 피드백 제어 시스템을 사용하여 미사일을 유도합니다. 즉, 시스템은 센서를 사용하여 조종면의 위치를 결정합니다. 거부 된 경우 컨트롤러는 추가 조정을위한 신호를받습니다.
크루즈 엔진 발사 직후의 초기 단계, 비행의 주요 부분 및 추적 장치가 목표물에서 패배를위한 "쾌적한 장소"를 선택하는 최종 단계 등, 전체 비행 궤적에 걸쳐 로켓 제어의 3 가지 주요 단계가 있습니다. 자동 조종 장치는 GOS의 유도 알고리즘과 데이터를 사용하여 로켓이 비행의 한 단계에서 다른 단계로 이동하는시기를 결정합니다. 비행 프로필은 선택한 공격 모드에 따라 크게 달라질 수 있습니다 : 직선 또는 최상 (기본 모드). 공격 모드가 로켓 위에있을 때, 발사 후 고도가 급격히 증가하고 150 미터 정도의 고도에서 크루즈 비행을 한 후 표적의 상부로 급습합니다. 직접 공격 모드에서 로켓은 45 미터 정도의 고도에서 계속 비행합니다. 타겟까지의 거리를 고려한 정확한 비행 경로는 포인팅 유닛에 의해 계산됩니다.
Javelina 추적 장치의 개발은 업계 자체와 Redstone 무기고에 의해 생산되었습니다. 텍사스 인스트루먼트는 프로토 타입을 설계 및 제조했으며 Redstone은 추적 장치의 성능을 업그레이드하고 독립적으로 평가했습니다. GOS 및 추적 장치의 향상된 정적 테스트를 통해 추적 장치 개발자는 비행 테스트를 시작하기 전에 알고리즘을 테스트, 수정 및 업데이트 할 수있었습니다. 정적 테스트 프로그램은 또한 통합 비행 시뮬레이션 개발자에게 귀중한 데이터를 제공했습니다. 추적 디자인 프로그램은 아직 완료되지 않았습니다.
추진 시스템과 탄두
스팅거와 마찬가지로 창 던지기는 소프트 스타트 시스템을 사용합니다. 즉, 출발 엔진에서 시동 엔진이 시동되고 로켓이 컨테이너를 떠나기 전에 작동을 멈추게하여 작동자가 고온 가스의 영향을받지 않게합니다. 소프트 스타트는 어깨에서 총격을 할 때 반동이 약하고 건물이나 덮힌 플랫폼에서 대전차 시스템을 시작할 수 있습니다. 로켓이 발사관을 나와 안전한 거리로 이동 한 후 로켓의 주 엔진이 시동되고 날개와 플랩이 열린다. 로켓은 아음속 속도로 표적으로 이동합니다. 소프트 스타트 요구 사항, 운전자 안전 및 저중량으로 인해 그 당시의 가장 현대적인 업적은 고유의 창 던지기 ATGM 엔진을 개발하는 데 사용되었습니다. Javelin 프로그램의 엔지니어는 업계의 성과와 더불어 중요한 기술적 진보를 이루어 회사가 모든 엄격한 요구 사항을 충족하는 엔진을 개발할 수있게했습니다. ATGM Javelin 엔진은 현재 Aerojet 인 Atlantic Research Company (ARC)에서 개발했습니다. ARC는 Alliant Technology가 개발 한 설계를 채택했습니다. 스팅거 (Stinger)와 마찬가지로 창 던지기 (Javelin)에는 시작과 중간 비행 엔진이 내장되어 있습니다. 다른 장점들 중에서도이 통합 디자인은 시스템 무게를 최소화합니다.
엔진은 다음과 같이 작동합니다. 시동 장치의 점화 장치는 인화성 충전을 시작하여 차례로 시동 장치 자체를 구동합니다. 시동 엔진의 고체 추진제 충전은 내부와 외부뿐만 아니라 양쪽 끝에서 연소됩니다. 연소 생성물은 시동 기관의 노즐을 통해 빠져 나온다. 얼마 후 신호는 주 엔진의 연료 분사 장치에 도달하여 점화 충전을 시작하여 주 엔진의 고체 연료 충전을 활성화합니다. 연소실에 충분한 가스 압력이 생성되면, 시동 및 유지 엔진을 분리하는 막이 파손되고, 유지 엔진의 가스가 연소 챔버 및 시동 엔진의 노즐을 버린다. 운전자 안전은 창 던지기 프로그램의 핵심 요소 중 하나였습니다. 미사일에는 압력 해제 시스템이 장착되어 무단으로 시동 엔진을 시동 할 경우 폭발로 이어지지 않습니다. 시동 용 엔진에는 정부와 산업계가 공동으로 개발 한 전단 핀이 장착되어있어 시동기가 과압되면 엔진이 충돌하여 발사체 뒤쪽에서 떨어질 수 있습니다.
ARC는 또한 인화성 스타터 챠지를 개발했습니다. 링 모양의 디자인은 시스템의 핵심 부분이되어 시작 엔진과 주 엔진을 통합하는 역할을합니다. 시동 엔진의 점화 충전은 노즐에 놓여 야했지만, 운전자 안전의 관점에서 볼 때 받아 들일 수없는 가스 분사로 간단히 버릴 수 있습니다. 링 점화 장치를 사용하면 가스가 링을 통과 할 때이 문제가 해결되었습니다. 또한 고온의 가스가 고체 연료 충전량 360도까지 통과하도록하여보다 안정적인 점화를 제공합니다. 엔진 설계의 또 다른 중요한 요소는 파열 디스크이며, 시동 및 유지 엔진을 분리합니다. ARC에 의해 개발 된이 구성 요소는 시동 엔진으로부터의 압력에 대한 임계 한계가 높고 주 엔진에서 더 낮습니다. 이것은 멤브레인이 주 엔진을 시동기 엔진의 영향으로부터 보호 할 수있게하지만, 반면에 주 엔진에 의한 충분한 과압을 생성 할 때 멤브레인을 떼어 내고 메인 엔진의 가스를 지나가고 출발 엔진 챔버를 통과하게합니다.
Javelina 엔진은 이전에 다른 미사일을 위해 개발 된 기술을 기반으로합니다. 시동 엔진의 고체 추진 제 충전은 다른 미사일에 사용 된 것과 동일합니다. 주 엔진의 고체 추진제 충전은 TOW와 Hellfire 미사일에서 빌려 왔으며 미국 정부와 업계의 공동 노력으로 창 던지기에 적합했습니다.
엔진 개발과 마찬가지로 창 던지기 ATGM 탄두의 성공적인 개발을 위해서는 공동 노력이 중요했습니다. 프로그램 리더십, 군대, 해병대 및 업계 간의 협력은 탄두 탄두의 특성을 최적화하는 데 특히 성공적이었습니다. 탠덤 전투 유닛 자벨 리나는 누적 대전차 탄약입니다. 이 탄약은 깔때기 모양의 금속 코팅으로 형성된과 성형 변형 된 금속의 제트를 만들기 위해 성형 된 전하를 사용합니다. 결과적으로 견고한 갑옷을 동적으로 통과 할 수있는 고속 제트 (끝 부분 10 km / s 및 꼬리 부분 2-5 km / s)가 발생합니다.
누적 청구의 기본 개념은 1880 이후로 알려져 있지만, 미 육군의 연구소는이 기술과 무기 시스템에서의 적용을 향상시키기위한 중요한 작업을 수행했습니다. 탄도 연구실은 특히 모델링 분야의 기초 연구에 기여했으며 Picatinny Arsenal은 설계 및 시연 성능 테스트를 담당했습니다. 레드 스톤 계약하에 일하는 피직스 인터내셔널 (Physics International)은 창 던지 (Javelina) 탄두의 주요 누적 충전량을 만들었습니다. 누적 된 충전 효율의 발전은 역동적 인 보호 기능의 출현으로 이어진다. 다이내믹 한 보호 장치는 차량의 주요 갑옷에 위치하고 탄약이 도착하면 폭발합니다. 폭발은 차량의 주요 갑옷에 해를 끼치 지 않지만, 동시에 발사 된 금속판은 누적 된 탄약을 파괴합니다. 역동적 인 보호를 극복하기 위해 창 던지기는 직렬 형태의 누적 탄두를 사용합니다. 선행 요금은 동적 보호를 유발하고 주 요금은 파괴력을 잃지 않습니다. 이 개념은 TOW 로켓에 처음 적용되었으며 Ballistic Research Laboratory와 Picatinny Arsenal이 수행 한 작업을 기반으로했습니다.
개발자 Javelina는 처음에 직렬 탄두 기능을 만들려고했습니다. 구리 코팅을 사용하여 침투 제트를 형성 한 Physics International이 개발 한 주요 충전재는 좋은 결과를 보여 주었지만 구리 코팅을 사용한 주요 충전은 동적 보호를 거의 극복하지 못했습니다. 탄두 개발에 참여한 경쟁 업체는 Conventional Munitions Systems Inc. (CMS)는 올랜도 테크놀로지 (Orlando Technology Inc.)라는 회사를 인수했다. 이 회사는 자체 컴퓨터 모델을 보유하고 있으며 2 층 몰리브덴 코팅을 사용하여 성공적인 선도 설계를 개발했습니다. 그 결과, CMS의 수석 비용 설계 및 Physics International의 주요 담당 부서가 Javelina에서 사용되었습니다.
Javelina 탠덤 탄두 개발의 또 다른 문제점은 목표물에 대한 미사일 공격의 결과 또는 선도 혐의 (뇌진탕, 충격파, 미사일 조각)의 폭발로 가능한 한 주요 혐의를 보호하는 것이 었습니다. 로켓의 단편과 충격파는 주전원의 제트의 형성에 악영향을 미칠 수 있습니다. 선행과 메인 차지 간의 간섭을 제한하기 위해 Redstone Arsenal이 디자인 한 보호 스크린이 배치되었습니다. 그것은 최초의 복합 방폭 스크린이었고 누적 제트를 보호하기 위해 구멍을 중간에서 만들어 첫 번째로 통과했습니다.
Javelina 탄두를 업그레이드하는 다음 단계에는 더 높은 속도의 제트기를 얻기 위해 주요 충전재의 코팅을 변경하는 것이 포함됩니다. 이러한 변화는 침투성 측면에서 탄두를보다 효율적으로 만들 것이고, 따라서 충전량을 줄이고 빈 공간을 사용하여 고체 연료 엔진의 크기를 증가 시키며 따라서 미사일의 범위를 증가시킬 것이다. 이 단계의 기술 작업은 Physics International의 일부 작업을 인수 한 Picatinny Arsenal 및 General Dynamics Ordnance 및 Tactical Systems에서 수행되었습니다.
Javelin ATGM 시스템 개발 중에 퓨즈 영역과 탄두를 전투 소대에 배치하는 등의 주요 개선 사항이 구현되었습니다. Javelina 이전에는 퓨즈가 주로 기계, 로터, 수표 등으로 이루어져있었습니다. 그러나 하나의 로켓에 여러 탄두가 출현하면서 가변 시간 지연, 무게 및 부피 제한, 엄격한 안전 요구 사항 등으로 창 던지기 및 기타 미사일에 기계식 퓨즈를 설치하는 것은 용납 될 수없는 상황이되었습니다. 결과적으로, 퓨즈의 전자 시스템과 탄두를 전투 소대에 배치하는 것은이 미사일에 사용되었습니다. 이 개념은 Sandria와 Los Alamos에서 수행 된 핵탄두 결과에 기반을두고 1980의 중간에있는 Redstone Arsenal의 엔지니어가 구현했습니다. ESAF (Electronic Safe Arming and Firpe, 전자 보호 시스템, 핵탄두 발사 및 발사)라는 이름을 받았다. 최초의 ESAF 시스템은 너무 성가신 것으로 밝혀졌지만, 마이크로 전자 공학의 개발은 창 던지기뿐만 아니라 지옥 미사일과 같은 다른 시스템에서도 사용할 수있었습니다.
ESAF 시스템은 미사일의 안전과 관련한 특정 조건에 따라 탄두를 전투 소대에 배치하고 발사하는 것을 허용합니다. 운전자가 방아쇠를 잡아 당긴 후, ESAF는 엔진이 시동하도록 명령합니다. 로켓이 특정 가속도에 도달하면 (로켓이 발사 컨테이너를 떠났고 운영자로부터 안전한 거리로 은퇴했다는 신호를 보임) ESAF는 다른 요소와 함께 "지속 소대를 발사하는 데 필요한 두 번째 탄두"를 생산합니다. 관련 조건 (예 : 포착 된 표적의 존재 여부)을 다시 확인한 후 ESAF는 "최종 전투 소대"를 시작하여 탄두가 표적을 때릴 때 폭발시킬 수 있습니다. 따라서 로켓이 목표를 공격하면 ESAF는 직렬 탄두의 기능을 시작하여 주요 혐의와 주요 혐의의 폭발 사이에 필요한 시간 간격을 제공합니다.
- 존 라이 언스, 던컨 롱, 리차드 트
- 스팅거와 창 던지기 미사일 시스템
- ATGM Javelin 개발에 중요한 기술적 어려움. 1의 일부
ATGM Javelin 개발에 중요한 기술적 어려움. 2의 일부
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