Создание системам управління балістичні ракети підводних човнів

Создание системам управління балістичні ракети підводних лодок Н. А. Семихатов академік. Герой Соціалістичної Праці, лауреат Ленінської й підрозділи Державної премій, В. В. Чеботарьов кандидата технічних наук Проектирование системам управління балістичні ракети, стартующими з підводних човнів (БРПЛ), всіх етапах було з рішенням цілого ряду великих науково-технічних проблем, в частности:

— з забезпеченням постійної готовності до старту балістичної ракети (БР) з заздалегідь невідомої точки Світового океану, у час року й діб малим часом передстартової підготовки й високої точністю стрільби;

— з міським управлінням стартом БР з хитного підстави;

— зі стабілізацією руху БР на початковому, зокрема на підводному і перехідному ділянках руху ракети;

— з передстартової орієнтацією комплексу командних приладів (ККП) системи управління по азимуту і обрію й у з цим — узгодження координатних систем навігаційного комплексу підводного човна (ПЛ) і системи управління (СУ) БР;

— з визначенням початковій швидкості БР на даний момент пуску з що просувалася ПЛ;

— з мінімізацією обсягу рассчитываемых перед стартом вихідних даних керувати польотом з метою забезпечення можливості оперативного розрахунку перед стартом політних завдань всім ракет залпу;

— з забезпеченням гранично малого гнучкого часу передстартової підготовки й інтервалів між пусками ракет залпу для оптимізації загального часу стрільби з метою забезпечення безпеки ПЛ.

Следует особливо відзначити складність виконання системою управління вимог щодо високої точності стрільби, враховуючи такі факторы:

— точність стрільби БРПЛ повинна забезпечуватися з урахуванням помилок навігаційного комплексу ПЛ в знанні координат, напрями меридіана і швидкості ПЛ у точці старту;

— стрілянина по заздалегідь невідомим трасам має, зазвичай, підвищення помилки геодезичного забезпечення у точці старту і з траєкторії польоту;

— жорсткі вимоги до массогабаритным характеристикам (МГХ) командних приладів створюють складнощі у забезпеченні їх прецизійної точності;

— передстартова орієнтація, періодичні й передстартові тарировки ККП проводять у умовах качки ПЛ, що потребує компенсації відповідних динамічних помилок систем приведення і тарировки ККП.

Стрельба БРПЛ із заздалегідь невідомим трасам, впровадження двигунів на твердому паливі з нерегульованої тягою, перехід до многоэлементной бойової навантаженні, несприятливі характеристики БРПЛ як об'єкта управління змусили розробників СУ синтезувати досконаліші алгоритми самонаведення мінімізації похибки розрахунку відпрацювання прогнозованого промаху у польоті ракети. Вимоги точності стрільби всім ракетних комплексів БРПЛ задавалися лише на рівні максимально можливих для відповідного етапу розвитку вітчизняної науку й техніки, у результаті при розробках СУБРПЛ за останні 20лет точність стрільби знадобилося покращувати понад порядок. Жорсткі обмеження з габаритам і масі апаратури СУБРПЛ, високі вимоги за надійністю, відсутність доступу до бортовий апаратурі під час експлуатації зажадали розвитку нових оригінальних методів і технології виготовлення бортових приладів СУ. Значні складнощі у забезпеченні працездатності й прецизійної точності приладів СУ викликали некомфортные умови при поділі щаблів, зумовлені обмеженнями МГХ БРПЛ і застосуванням цієї мети піротехнічних коштів. Обмеження за довжиною БРПЛ зумовили істотну аероі гидродинамическую нестійкість БРПЛ як наслідок, викликали значні науково-технічні складності під час вирішення завдань стабілізації їх руху на підводному і повітряному ділянках полета.

Анализ напрямів робіт зі створення перших зразків СУБРПЛ показав, що у принципам управління і забезпечення точності стрільби варто виокремити такі етапи розробки СУ.

I етап — використання чутливих елементів (ЧЭ) инерциальной навігації, жорстко встановлених на борту БРПЛ, найпростіших функционалов управління польотом, реалізованих электромеханическими устройствами.

II етап — використання ЧЭ, стабілізованих в инерциальном просторі, рішенням СУ з їхньої показанням завдань инерциальной навігації, використанням складних, які мають малими методичними похибками функционалов управління. Рішення всіх таких завдань зажадало розробки та використання у складі СУБРПЛ, вперше у вітчизняному ракетобудуванні, бортових обчислювальних комплексов.

Анализ результатів проектування, льотних випробувань, і експлуатації БРПЛ з СУ IIэтапа показав, що через дію специфічних для морських ракет чинників, впливають на точність стрільби (помилки навігаційних комплексів (НК) ПЛ у визначенні координат та напрями меридіана у точці старту, помилки передстартової орієнтації ККП СУ за умов рушійної і хитного підстави), подальше розвиток інерціальних СУ не дозволить виконати зростаючі вимогами з точності стрільби. У зв’язку з цим у 1960;1970гг. Науково-виробничим об'єднанням автоматики (НПОА) що з Конструкторським бюро машинобудування (КБМ) і суміжними організаціями було проведено дослідження, створені задля розробку концепції забезпечення вимог щодо точності стрільби для розроблюваних і найперспективніших БРПЛ. З досліджень дотримувався принциповий висновок у тому, що під час польоту морської балістичної ракети необхідна корекція траєкторії з допомогою природничих чи штучно створених навігаційних полей.

К основним особливостям обрану концепцію относились:

Использование в польоті корекції траєкторії за результатами виміру координат навігаційних зірок (астрокоррекции), що дозволяє компенсувати впливом геть точність стрільби основних специфічних для БРПЛ чинників.

Коррекция траєкторії польоту за результатами навігаційних вимірів параметрів руху БР щодо штучних супутників Землі, які входять у єдину космічну навігаційну систему.

Внедрение так званих прямих методів визначення у польоті ракети поточного прогнозованого промаху, з урахуванням розрахунку пролонгованої траєкторії до точки падіння, що дозволило знизити методичні помилки управління і применшити обсяг розрахунків при передстартової підготовці.

Использование термінальних (граничних) способів управління, де серед кінцевих умов управління БР, поруч із традиційними критеріями (відхилення точок падіння від мети), задаються додаткові умови (повне вигоряння палива, час польоту, кут входу у повітря тощо.).

Внедрение тарировок точностных параметрів ККП СУ при постійному їх залученні або за періодичних включеннях, що дозволило зменшити впливом геть точність стрільби зміни параметрів ККП під час експлуатації БРПЛ й тимчасово підвищити точність стрільби переважають у всіх режимах роботи СУ.

Использование статистики оптимальних систем в обробці всієї навігаційної інформації, як при передстартової підготовці, і під час польоту.

Принятие особливих заходів, які забезпечують підвищення точності стрільби инерциальном режимі (ІР) роботи СУ, як найбільш захищеному від зовнішніх й міністром внутрішніх специфічних збурюючих факторів.

Реализация цих положень привела, вперше у світовій практиці створення СУБР, до розробки починаючи з 1960;х років високоточних інерціальних СУБРПЛ, корректируемых на активній ділянці польоту ракети по астроспутниковой інформації. Розробленим у НПОА і впроваджені під час проектування сучасних СУ високоточні прямі методи визначення термінальних параметрів стали основою способів управління БРПЛ з многоэлементной корисним навантаженням, управління БРПЛ при побудові різного виду нетрадиційних траєкторій польоту і особливо управління польотом методом «гнучких» траекторий.

Использование астроі радиокоррекции не знімає потреби у систематичному проведенні робіт з вдосконаленню точностных характеристик СУ в инерциальном режимі її роботи. У аналізований період ці роботи проводили у основному напрямі зниження тих похибок, які найбільшим чином впливають на точностные параметри БРПЛ. У цих напрямах усіма розробниками проведено дуже серйозні серйозні роботи, що призвели до конкретних позитивним результатам. Удосконалення тактико-технічних характеристик СУ проводилося в нерозривний зв’язок з поліпшенням точностных і експлуатаційних параметрів комплексу командних приладів. Почавши 50−60-ті роки з використання так званої «розсипний» структури ККП — гирогоризонтов, гировертикантов для кутовий і лінійної стабілізації вироби і гироинтеграторов керувати дальністю польоту, розробники вже у 60-ті роки перейшли на гиростабилизаторы. Поруч із тривало вдосконалення гіроскопів з опорами на шарикоподшипниках, впроваджувалися прогресивніші типи подвесов гироузлов — поплавковые (НИИАП), газостатические (НИИКП), дають додаткових резервів для підвищення точності роботи гироскопических приборов.

Для забезпечення роботи ККП у складі СУ здійснено поетапний перехід від аналогового взаємодії з апаратурою системи управління до цифровому, розроблено високоточні датчики команд, вихідні датчики гироинтеграторов позиційного типу, дозволяють вирішити завдання захисту вихідний інформації з ДІ за умов можливих збоїв електронної апаратури СУ, істотно поглиблено знання з математичну модель похибок у заданих умовах експлуатації, які дозволяли впровадити періодичні й передстартові тарировки приладів, тощо. Запровадження астроинерциального режиму роботи СУ зажадало розміщення на гиростабилизированной платформі телеблока астровизира з азимутально-высотным підвісом, що створило додаткових труднощів забезпечивши високих точностных характеристик ККП і за мінімізації їх массогабаритных характеристик. В усіх життєвих режимах роботи СУ (инерциальный, астроинерциальный, радиоинерциальный) вплив інструментальних помилок ККП на точність стрільби було определяющим.

С тарировками ККП в морських ракетних комплексах, наявних на що просувалася підводного човна, було виявляється значно складнішим. Загальновідомо, що сигнали, пропорційні систематичної частини похибок ККП, становлять дуже малу величину, яку треба виділення з загального сумарного сигналу, в численні тисячі разів переважає корисну інформацію. З кинематической схеми руху видно, що сумарні сигнали визначаються двухкомпонентной качкою ПЛ, її подовжнім рухом, параметрами орбітального переміщення кораблі та взаємним розташуванням центру ваги, центру обсягу підводного човна і установкою шахт з ракетами. Аби вирішити цієї складної й принципово нової науково-технічної проблеми для ракетних комплексів ВМФ було залучено відповідні інститути Академії наук СРСР, представники передових провідних ВНЗ країни й сама кваліфікована група учених й інженерів з розроблювачів СУБРПЛ. Спільно фахівців цього великого колективу вперше у вітчизняної практиці розробили кошти та алгоритми динамічної компенсації «заважаючих» сигналів, викликаних рухом ПЛ.

Реализация заходів підвищення точності навігаційного забезпечення стрільби БРПЛ, ККП, системи орієнтації ККП і формування початкових умов, і навіть впровадження скоєних алгоритмів управління і тарировки точностных параметрів ККП дозволили забезпечити підвищення точності стрільби БР в инерциальном режимі на кілька десятків разів, і виконати запропоновані генеральним замовником вимогами з рівню точності відповідних ракетних комплексів ВМФ.

Для досягнення заданих характеристик в Науково-виробничому об'єднанні автоматики (НПОА), як головний організації СУ, разом з суміжними організаціями були розроблені і впроваджені на відповідні комплекси БРПЛ алгоритмічні, аппаратурные й програмні вирішення, щоб забезпечити реалізацію заданих вимог щодо точності стрільби сучасних і найперспективніших ракетних комплексів. Ці рішення пройшли повний обсяг наземної відпрацювання. Льотні випробування і експлуатація СУБРПЛ підтвердили очікувану ефективність відповідних комплексов.

Характерными особливостями БРПЛ як об'єктів стабілізації була їх висока аеродинамічна нестійкість, підвищені розкидання параметрів та наявність несприятливого впливу пружних коливань у робочому діапазоні частот. Це зажадало розроблення та впровадження спеціальних удосконалених методів стабілізації, в тому числі:

— гнучких методів настройки параметрів АС у польоті у функції параметрів руху (прискорення, швидкості) БРПЛ;

— автоматичної самонастройки параметрів АС у польоті у функції внутрішніх параметрів АС (амплітуди і частоти автоколебаний поблизу верхньої межі стійкості системи);

— настройки параметрів АС у польоті й формування управляючих сигналів з допомогою математичну модель вироби, формованої в бортовий апаратурі СУ.

Разработка і впровадження нових ефективних методів стабілізації руху БРПЛ виявилися можливими тільки з впровадження у бортову апаратуру СУБР потужних, швидкодіючих цифрових обчислювальних средств.

Перечисленные вище заходи допомогли забезпечити сталий політ відповідних ракет морського базування переважають у всіх, певних генеральним замовником, ситуаціях та виконання високі вимоги точності відпрацювання у польоті прогнозованого промаху. Багаторічне серійне виробництво апаратури СУ, розробленої Науково-дослідним інститутом автоматики (НИИА), показало, що вона є найбільш технологичной і малогабаритній серед інших розробок СУ.

Второй основної ідеєю, визначально впливає на закладені принципи конструктивно-технологического використання апаратури, було всебічне і системне зниження массогабаритных характеристик приладів та СУ загалом. Виконання цих вимог привело розробників для використання тонкопленочной технологій і уніфікованих толстопленочных микросборок, розрахованих на застосування бескорпусных інтегральних схем та інших субминиатюрных компонентів елементної бази. Цей новий напрям, хоч і вимагало опанування мікроелектронного виробництва, у гермозонах, дозволило, попри постійне ускладнення СУ, систематично знижувати массогабаритные характеристики бортовий і корабельної аппаратуры.

На всі етапи створення СУ перевірялася працездатність бортовий і корабельної апаратури СУ за умов, максимально наближених до реальних по механічним, кліматичним й інших видах впливу, проводилися випробування СУ переважають у всіх режимах її на спеціально створюваних комплексних і комплексно моделюючих стендах.

В результаті НПОА склалася єдина система експериментальної відпрацювання СУБР з всебічної перевіркою її в наземних умовах. Висока ефективність використання такої системи відпрацювання, що включає останній етап комплексного моделювання із штатною апаратурою СУ, підтверджено натурними випробуваннями СУ БРПЛ і позитивними результатами їх эксплуатации.

Создание систем управління БРПЛ вироблялося головний організацією — НПОА, які забезпечують системи управління, виготовлення і постачання досвідчених і серійних комплексів апаратури СУ для БР і підводних човнів під керівництвом Н. М. Комлева, И. Т. Скрипниченко, И. И. Величко, Ю. Т. Миронюка, В. В. Чеботарева, Н. А. Семихатова в тісне співробітництво з поруч своїх наукових та виробничих підприємств і талановитих учених організаторів від АНСССР, ВМФ і міністерств ВПК: В. П. Арефьева, Ю. А. Буйнякова, А. М. Исаева, Н. Е. Иванова, С. Н. Ковалева, Л. М. Косого, В. С. Кузьмина, В. П. Макеева, И. Д. Спасского, і навіть які взяли активна представників ВМФ — Н. И. Боравенкова, Ф. И. Новоселова, В. В. Синицына, В. А. Сычева, З. Б. Хаблиева.

Решение найскладніших наукових закладів та технічні проблеми, які виникають за проектуванні, з розробки й відпрацюванні сучасних СУБРПЛ, було неможливе без активного участі у ці розробки учених країни, дійсних членів і членів-кореспондентів Академії наук — В. С. Авдуевского, А. Ю. Ишлинского, Н. Н. Красовского, Ю. С. Осипова, А. Ф. Сидорова, Б. Е. Чертока, і багатьох других.

Работы в НПОА проводилися під управлінням Мінпаливенерго і при виробничому участі Л. Н. Бельского, В. И. Велика, В. И. Виноградова, С. Ф. Дерюгина, Н. С. Домрачева, Е. В. Замятина, Д. С. Евстигнеева, Г. Г. Конева, В. В. Козлова, В. М. Кутового, И. П. Малкина, В. П. Мурзина, В. П. Смирнова, В. В. Суворова, А. С. Филькина, Ю. И. Шилко, Г. М. Щепкиной.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.