| Е. Кузнецов, Бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС), применяемые в образцах вооружений и военной техники (ВВТ), предназначены для получения информации о координатах, скорости, угловом положении и угловой скорости движущихся объектов (самолетов, ракет, снарядов, бомб, беспилотных аппаратов). Ключевыми элементами БИНС (датчиками) являются кольцевые лазерные гироскопы (КЛГ), служащие для измерения угловой скорости и угла поворота, и акселерометры, измеряющие линейное ускорение. В комплексе датчики представляют единый инерциальный измерительный модуль (ИИМ), а вместе с бортовым компьютером – БИНС. На протяжении многих лет функции измерителей угловых скоростей и углов поворота выполняли механические гироскопы. С 80-х годов ХХ века в связи с развитием лазерной техники широкое распространение получили КЛГ, основанные на эффекте Саньяка – чувствительности кольцевых интерферометров к вращению. В них используется кольцевой оптический резонатор, образованный тремя или четырьмя зеркалами, расположенными по углам контура так, что образуется замкнутая траектория (кольцо) для светового луча. В резонаторе с гелий-неоновой активной средой генерируются две встречные световые волны. В неподвижном КЛГ частоты этих волн одинаковы, а при его вращении они изменяются из-за изменения длины проходимого ими пути, при этом для одной из волн он увеличивается, а для другой – уменьшается. Это приводит к изменению частот встречных волн – уменьшению частоты одной из них и увеличению частоты другой. Разность частот пропорциональна скорости вращения резонатора, так что по частоте биений встречных волн можно определить угловую скорость КЛГ и объекта, на котором он установлен.
КЛГ в отличие от механических гироскопов имеют более низкую стоимость изготовления и эксплуатации, а также цифровой выход информации, что делает их идеально подходящими для применения в БИНС с высокоскоростными бортовыми компьютерами. Это сыграло главную роль в замене традиционных систем лазерными, первыми из которых стали поставленные в 1980 году для самолетов Боинг 757/767 навигационные системы компании Honeywell на трех КЛГ модели GG1342 с периметром резонатора 32 см, массой 2,7 кг (в металлическом корпусе) и дрейфом нуля 0,01 °/ч. Старт применения КЛГ в самолетных БИНС стал революционным прорывом в гироскопии. Успешные результаты применения лазерных технологий в инерциальной навигации инициировали инвестиции и заказы от крупных гражданских компаний и военных ведомств, позволившие компании Honeywell* разработать семейство новых КЛГ с последовательно сокращаемыми массо-габаритными характеристиками: GG1328 (периметр 21,5 cм, масса 1 кг в корпусе); GG1320 (периметр 15 cм, масса 0,5 кг в корпусе); GG1308 (периметр 6 см, масса 65 г без корпуса). В короткие сроки компания Honeywell стала ведущим производителем КЛГ. В настоящее время она продолжает лидировать на мировом рынке гироскопов. Ее доход достигает 3,24 млрд долларов США, занимая около 40% рынка. КЛГ применяются в составе БИНС на многих военных самолетах (например, F-16), на кораблях, в подводных лодках и других образцах ВВТ. Важным достижением компании Honeywell явилась разработка миниатюрного КЛГ для тактического диапазона точностей – модели GG1308 с дрейфом нуля 1–5 °/ч. Включение в программы ряда военных ведомств США, заинтересованных в оснащении ракет, снарядов, бомб, беспилотных аппаратов компактным лазерно-гироскопическим навигационным оборудованием, имеет принципиальные для данного применения преимущества перед традиционным по времени готовности, надежности и устойчивости к ударно-вибрационным воздействиям. Компания Honeywell в сжатые сроки разработала промышленную технологию масштабного производства GG1308 и ИИМ на их основе HG1700. Конструкция GG1308 в общих чертах соответствует базовой концепции построения КЛГ компании Honeywell: резонатор представляет собой треугольный моноблок с просверленными в нем тонкими каналами для гелий-неоновой активной среды, в вершинах которого установлены лазерные зеркала, образующие замкнутую траекторию для красного лазерного луча с длиной волны 0,63 мкм. Информация о параметрах вращения выводится через одно из частично прозрачных зеркал, снабженное призмой для смешения встречных лучей, образующих при этом интерференционную картину, полосы которой перемещаются со скоростью, пропорциональной угловой скорости поворота КЛГ в плоскости резонатора. Далее фотоприемниками движущиеся полосы трансформируются в электрические импульсы, подсчитав количество которых, определяют угол поворота КЛГ, а поделив полученную величину на время измерений – угловую скорость. Для столь миниатюрного КЛГ производства компании Honeywell наряду с использованием своей базовой концепции пришлось разработать специфические и вместе с тем достаточно простые конструктивно-технологические решения, чтобы предотвратить утечку гелий-неоновой смеси из очень малого внутреннего объема GG1308 через места соединений зеркал и других деталей с корпусом резонатора. Замена материала резонатора (вместо экзотических стеклокерамик Cer-Vit или Zerodur – недорогое оптическое стекло ВК-7 с высокой температурой плавления) позволила применить технологию стеклопайки с добавлением стеклянной крошки (фритты) для обеспечения герметичных соединений деталей с корпусом. В результате был достигнут рекордный 20-летний срок сохраняемости GG1308. В состав HG1700 входят три КЛГ GG1308, три акселерометра и электроника. Первое успешное внедрение КЛГ GG1308 в ракетную технику началось в 1994 году при установке их на ПЗРК "Стингер" в качестве датчиков крена RFS (Roll Frequency Sensor).
В тот же период в США интенсифицировались работы по созданию нового поколения управляемого авиационного вооружения. Свободнопадающие авиабомбы имеют невысокую точность, что приводит к большим расходам боеприпасов и повышенным рискам для экипажей самолетов-бомбардировщиков. Кроме того, появление более совершенной зенитной артиллерии вынуждает проводить бомбометание с больших высот с еще меньшей точностью поражения целей. Решение этой проблемы на первом этапе нашли в создании управляемых авиабомб с лазерной подсветкой цели от самолета-носителя, но этот подход создает опасность обнаружения самолета. На следующем этапе в рамках программы разработки путей повышения точности управляемого оружия и обеспечения его автономности были созданы "умные" (smart) бомбы, способные изменять траекторию своего падения и самостоятельно наводиться на цель. Для реализации этой задачи стандартные бомбы оснащаются комплектом управления полетом, состоящим из комбинированного электронного блока IMU(ИИМ)/GPS, а также хвостового оперения. В составе комбинированного блока используется HG1700 на трех КЛГ GG1308. Циклограммой полета предусматривается автономное наведение в начальный период с помощью ИИМ и добавление спутниковой коррекции на втором этапе полета. С 1995 года компания Honeywell начала поставки HG1700 для "умных" авиабомб JDAM (Joint Direct Attack Munitions – Единый для разных видов вооруженных сил боеприпас для прямой атаки цели), которые представляли собой стандартные авиабомбы, оснащенные комплектом управления полетом. Это позволило реализовать принцип "сбросил – забыл", обеспечивающий не только высокую точность наведения "умных" бомб на цель, но и бóльшую безопасность летчиков, а также возможность применения их в любое время суток в любых климатических условиях. Точность наведения при нормальной работе GPS – 5 м и лучше; в случае сбоя в работе GPS при полностью автономном инерциальном самонаведении – 10 м за 30 с полета. Дооснащение бомб JDAM полуактивной лазерной головкой самонаведения повышает точность поражения цели до 1 м. Если управляемое оружие изменило характер войны в мире, то "умные" бомбы оказались настолько эффективными и одновременно дешевыми боеприпасами, что стали конкурировать с ракетами класса "воздух – земля". Впервые в боевых условиях "умные" бомбы JDAM были применены в 1999 году при бомбардировках Югославии, когда на республику были сброшены порядка 650 таких авибомб, 87% которых поразили назначенные цели. В дальнейшем боеприпасы JDAM широко применялись при проведении операций в Ираке и в Афганистане. С 1997 года компания Honeywell поставляет ИИМ HG1700 для комплектов управления полетом авиабомб WCMD (Wind Corrected Munitions Dispenser – "Дозатор или распределитель боеприпасов с поправкой на ветер") – дооснащаемых кассетных бомб серии CBU. Одна из известных областей применения HG1700 – управляемые ракеты GMLRS (Guided Multiple Launch Rocket System – русский аналог РСЗО) калибра 227 мм с дальностью стрельбы 84 км, которыми оснащаются установки "Хаймарс", поставляемые на Украину. Ракета управляется компактной интегрированной инерциальной навигационной системой ИНС/GPS, в состав которой входят: ИИМ HG1700 на трех GG1380 и трех кварцевых акселерометрах Honeywell RBA-500, GPS-приемник NavStrike с погрешностью определения местоположения 2–3 м, бортовой компьютер и плата питания в едином блоке размером 15×15 см, массой 4 кг и потребляемой мощностью менее 25 Вт. Лазерно-гироскопические системы установлены и непосредственно в пусковых установках РСЗО "Хаймарс". Это высокоточные системы определения местоположения и навигации PNU (Position Navigation Unit) с тремя КЛГ RL-34 производства компании "Бендикс". Системы PNU поставляются американскими компаниями "L3Харрис текнолоджиз" и "Инжиниринг межементс компани" (Engineering Measurements Company – ЕМСО). Повышенная точность достигается прежде всего благодаря использованию КЛГ RL-34 существенно бóльших размеров и массы, чем GG1308. PNU имеют точностные и габаритно-массовые характеристики, типичные для навигационных высокоточных систем. Предусмотрена синхронизация работы двух систем PNU и HG1700, размещенных соответственно на пусковой установке и в ракетах. Согласование алгоритмов их функционирования позволяет реализовать принцип "стреляй и беги" (shoot and scoot), что обеспечивает безопасность личного состава РСЗО "Хаймарс". Практически все современные интеллектуальные боеприпасы оснащены интегрированной ИНС с комплектом IMU(ИИМ)/GPS – от крылатых ракет, ракет класса "воздух – воздух", "воздух – земля", зенитных ракет до управляемых авиабомб и артиллерийских снарядов. При этом даже в случае потери GPS-сигнала из-за непогоды, сбоев в работе спутника или приемника, а также в условиях интенсивного радиоэлектронного подавления использование автономной системы навигации позволяет боеприпасу по-прежнему с высокой точностью поражать цели, причем лазерно-гироскопические ИИМ обеспечивают наибольшую точность.
КЛГ производства компании Honeywell нашли применение в противоспутниковых ракетах воздушного базирования ASM-135. Успешными стали разработки этой компанией широкого спектра ИИМ для применения в рамках программ Пентагона: в ЗУР "Пэтриот" ПАК-3 (Patriot Advance Capability – "Пэтриот с расширенными возможностями"), в противоракетах комплекса "Тхаад" (Theater High Altitude Area Defense) и др. ИИМ компании Honeywell применяются в крылатых ракетах JASSM (Joint Air-to-Surface Standoff Missile – "Единая для разных родов войск противоракета "воздух – земля"), получивших обозначение AGM-158. КЛГ нашли широкое применение в крупногабаритных беспилотных летательных, надводных и подводных аппаратах. КЛГ GG1308 и ИИМ HG1700 были включены в программы по созданию БПЛА (в том числе "Игл Ай"), используются в беспилотных надводных и подводных аппаратах. HG1700 выпускается более чем в 30 различных модификациях, отличающихся по точности и по конфигурации крепежной рамы. Многообразие вариантов HG1700 связано с высоким спросом на него для самых разных изделий благодаря его точности, компактности, небольшой потребляемой мощности и устойчивости к широкому спектру механико-климатических воздействий и облучений. Несмотря на появление новых типов гироскопов – волоконно-оптических, твердотельных волновых и микроэлектромеханических, HG1700 на GG1308 активно применяются в ходе модернизации и разработки новых образцов ВВТ, превосходя другие гироскопы и ИИМ на их основе по комплексу параметров. По оценкам экспертов, другие гироскопы принципиально не способны достичь уровня КЛГ по стабильности масштабного коэффициента, которая и определяет точность измерения угловых параметров. По дрейфу нуля (стабильности смещения нуля) КЛГ также демонстрируют высокий уровень, уступая только прецизионным механическим гироскопам, в то же время опережая их по ряду других параметров (время готовности, устойчивость к внешним воздействиям, стоимость). На рынке гироскопов максимальная доля (49%) принадлежит КЛГ, причем эта ситуация сохранится и в перспективе. В рекламе 2015 года указано, что начиная с 1997 года компания Honeywell поставила заказчикам уже более 350 тыс. ИИМ HG1700. На сайте компании в 2021 году сообщалось о поставке миллионного ИИМ тактического класса. В общий объем поставок включены помимо HG1700 также ИИМ на МЭМС гироскопах для применений, где их более низкая точность не является критичной. Таким образом, компания Honeywell создала за счет оптимальных конструктивно-технологических решений миниатюрный кольцевой лазерный гироскоп GG1308, который превосходит другие по комплексу параметров, а также наладила масштабное производство этих КЛГ и инерциальных измерительных модулей HG1700 на их основе. Они являются самыми востребованными среди инерциальных датчиков подобного класса и находят применение в ракетах разного типа, управляемых авиабомбах и артиллерийских снарядах, в беспилотных летательных, подводных и надводных аппаратах, потребность в которых увеличивается в результате постоянных локальных вооруженных конфликтов. По оценкам зарубежных экспертов, активный спрос на модули HG1700 сохранится на многие годы. * Honeywell ( Honeywell) – американская компания, производящая электронные системы управления и автоматизации. Смотрите также | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Просмотров: 675 | | | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Всего комментариев: 0 | |