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洲際里的慣性傳感器長什么樣?美國民兵III型核制導系統及內部拆解!

時間:2025/2/22閱讀:80
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洲際彈道是五常重要的國防力量,此前美國、俄羅斯、法國、英國以及我國,均先后試射過一輪洲際彈道。

民兵于 1962 年推出,是美國核威懾力量的重要組成部分。民兵 III 是目前美國的陸基洲際彈道 (ICBM),共有 400 枚隨時準備發射,分布在五個中部州。該包含一個精確制導系統,能夠將彈頭發射到 13000 公里(8000 英里)外的目標, 精度為 200 米(660英尺)

下圖顯示了民兵 III (1970 年)的制導系統。該制導系統包含 17000 多個電子和機械部件,價值510000 美元(按當前美元計算約為450萬美元)。制導系統的核心是陀螺穩定平臺,它使用陀螺儀傳感器和加速度計傳感器來測量的方向和加速度計算機使用平臺的測量值來確定的位置并引導沿其軌跡飛向目標。其他關鍵組件是制導裝置控制器,其中包含用于支持陀螺穩定平臺的電子設備,以及將計算機與其余部分連接的放大器。本文中,仔細研究了2000年代初之前使用的制導系統的組件。

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從根本上講,制導計算機會不斷將位置與預期軌跡進行比較,并生成適當的轉向命令以使保持在軌道上。下圖顯示了如何引導發動機噴嘴使圍繞其三個軸旋轉:滾轉、俯仰和偏航。在發射井中,滾轉角(方位角)與目標方向一致。垂直起飛,然后逐漸沿俯仰軸旋轉以向目標傾斜。在飛行過程中,沿所有三個軸的調整可使保持在目標上。民兵 III 有四個火箭級,因此制導計算機會拋棄每個火箭級并按順序點燃下一個火箭級。

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穩定平臺

慣性導航的原理是通過不斷測量的加速度來跟蹤的位置。通過對加速度進行積分,可以得到速度。通過對速度進行積分,可以得到位置。慣性導航是獨立的,這對來說是一個很大的優勢,因為敵人無法干擾你的導航。困難的部分是極其精確地測量加速度和角度,因為即使是微小的誤差也會在飛行過程中成倍增加。更詳細地說,民兵的慣性制導是圍繞陀螺穩定平臺構建的,該平臺保持固定方向,平臺安裝在兩個萬向節上。陀螺儀的反饋來驅動三個力矩電機旋轉萬向節,無論如何旋轉,都能使穩定平臺保持相同的方向。

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下圖顯示了穩定平臺的組件,其方向與上圖大致相同。穩定平臺上安裝了三個加速度計來測量加速度。加速度計沿三個垂直軸定向,因此每個加速度計沿一個軸測量加速度。(加速度計軸與平臺軸不對齊;這會將加速度(大部分“向上")分布在加速度計上,從而提高準確性。)兩個對準鏡使穩定平臺能夠與稱為自準直儀的精密設備對準,如下所述。陀螺羅盤利用地球自轉精確確定北方,提供備用對準技術。對準鏡和陀螺羅盤都可以旋轉到精確的角度,最后由解析器解碼報告。

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發射時必須在發射井內旋轉,使其與目標對齊,這個角度稱為發射方位角。這個角度必須非常精確,因為即使是微小的角度誤差也會在的飛行過程中被大大放大。對準是一個繁瑣的過程,需要使用北極星來確定北方。由于在發射井內看不到北極星,因此采用了一種復雜的測量技術,使用測量員的經緯儀測量北極星與發射井外三個混凝土之間的角度。在發射井內,可以通過瞄準管看到最近的,從而可以將精確的角度測量結果傳輸到發射井。在發射井內進行多次測量后,將一種稱為自準直儀的特殊裝置精確地定位在所需發射方位角的 90° 處。自準直儀通過側面的窗口發射一束光,光束從穩定平臺上的鏡子上反射回來,然后返回自準直儀。如果返回的光束不平行,自準直儀就會向發送信號,使穩定平臺根據需要旋轉。這個過程的結果是穩定平臺與目標的角度對齊。

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