هدایت و کنترل موشک‌ها
طبقه‌بندی موشک‌ها
موشک‌ها با روش‌های
مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند. یکی از معروف‌ترین این روش‌ها که تاکنون به
کار رفته و هنوز هم کاربرد دارد، بر پایه نوع کاربرد و طراحی موشک می‌باشد
و طبیعت کارکرد آن را نشان می‌دهد. در این طبقه‌بندی، موشک‌ها به صورت زیر قرار می‌گیرد
موشک
هوا به سطح (ASM)
موشک
هوا به هوا (AAM)
موشک
سطح به هوا (SAM)
موشک
سطح به سطح (SSM)
موشک
سطح به زیر آب (SUN)
موشک
زیر آب و هوا (UAM)
موشک
زیر آب (USM)
افزون بر حروفی که
بیانگر کاربرد موشک هستند، حروفی نیز هستند که مشخص می‌کنند موشک در
مرحله آزمایشی اولیه، آزمایش ورود به خدمت و یا در مرحله خدمات‌دهی
قرار دارد. در موشک‌هایی که برای آزمایش اولیه استفاده می‌شوند، یک حرف X قبل از نام موشک قرار می‌گیرد. اگر
موشک در مرحله آماده‌سازی برای ورود به خدمت باشد، حرف Y قبل از نام آن قرار می‌گیرد و برای موشک‌هایی
که در مرحله عملیاتی هستند، حرفی متناسب با نوع نیروی استفاده کننده از آن
مانند N برای نیروی
دریایی، A برای نیروی هوایی و G برای نیروی زمینی به کار برده می‌شود.
اگر
موشک‌ها توسط سه نیرو استفاده گردند از حروف ANG استفاده می‌گردد. گونه‌های مختلف یک موشک با اعداد
یک
به بالا نامگذاری می‌شوند و با تغییر گونه‌ها، شماره سری عوض می‌شود.
شکل جدیدتری از
رده‌بندی موشک‌ها نیز توسط نیروی هوایی ارائه شده است که در آن به ماهیت
موشک‌ها از جنبه دیگری نگاه می‌شود. در این سیستم نامگذاری، از حروف GAM برای موشک‌های هدایت‌شونده و از حروف GAR برای راکت‌های هدایت‌شونده
استفاده می‌شود، حروف TM مشخص کننده موشک تاکتیکی، SM موشک استراتژیک و IM موشک رهگیر می‌باشد، برای مثال می‌توان
به GAR-3 فالکن متعلق به
شرکت هیوز اشاره کرد.
موشک‌ها
به طور عمومی به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از موشک‌های هدایت شونده و
موشک‌های بالستیک. موشک‌های هدایت‌شونده در تمامی طول پرواز در یک مسیر خاص
هدایت می‌شوند ولی
موشک‌های بالستیک فقط در قسمتی از مسیر پروازی هدایت می‌شوند و یک خط
سیر
بالستیک را می‌پیمایند. خط سیر موشک‌های بالستیک از لحظه شروع نیروی پیشران آغاز
می‌شود و تا موقع خاموش شدن موتور و یا اتمام سوخت آن ادامه می‌یابد. خط
سیر با لحاظ پارامترهایی مثل جاذبه، وضعیت اتمسفر و اصطکاک اتمسفر
تعیین می‌گردد. موشک‌های بالستیک را می‌توان به گروه‌های زیر طبقه‌بندی
کرد که عبارتند از:
موشک
بالستیک میانبرد (IRBM)
موشک
بالستیک هواپرتاب (ALBM)
موشک
بالستیک قاره‌پیما (ICBM)
از انواع موشک‌های IRBM می‌توان به موشک‌های اطلس و موشک‌های
تایتان اشاره
کرد. موشک اطلس دارای برد 15000 مایل می‌باشد و موشک دو مرحله‌ای
تایتان
نیز تقریباً همین مشخصات را دارد.
هدایت
و کنترل
هدایت
موشک را
می‌توان به این ترتیب تعریف کرد: فرایندی برای گردآوری که اطلاعات
پرواز
موشک‌ها به سمت یک هدف مشخص شده و بهره‌گیری از این اطلاعات برای
ارسال
فرامین به سامانه کنترل موشک. اصل عملکرد سامانه کنترل موشک، مقایسه
مسیر
واقعی پرواز موشک با مسیر از پیش تعیین شده و قرار دادن موشک در مسیر منتهی به
هدف می‌باشد. سامانه هدایت موشک ممکن است کاملاً در داخل موشک تعبیه شده
باشد و یا قسمت‌هایی از آن در خارج از موشک قرار گرفته باشد تا با استفاده
از تجهیزات زمینی یا تجهیزات داخل هواگرد هدایت شوند. سامانه کنترل، سطوح
فرامین، راکت‌های ورنیه، جریان‌های جت خروجی یا دیگر طرح‌های کنترلی را
به کار می‌اندازد تا مسیر یکنواخت و ثابتی برای موشک فراهم شود. این سامانه همچنین فرامین را از سامانه‌های
هدایت دریافت می‌کند تا به وسیله آنها تغییرات لازم را در مسیر پرواز موشک
ایجاد کند.
هدایت
از طریق فرامین سامانه‌های هدایت
یک سامانه
هدایت فرامین از یک سامانه گیرنده قرار گرفته بر روی موشک یا هواگرد و یک
سامانه فرستنده نصب شده با فاصله از وسیله هدایت‌شونده تشکیل شده است.
ساده‌ترین نوع هدایت از طریق فرامین در هواپیماهای مدل کاربرد دارد که
شامل یک گیرنده تک‌لامپی می‌باشد که بر روی هواپیما نصب شده و یک فرستنده
کوچک که به صورت کنترل دستی هدایت را انجام می‌دهد. در این سامانه، فقط
سکان عمودی به منظور تعیین جهت پروازی به کار می‌رود اما یک نمونه
پیچیده‌تر آن نیز وجود دارد که شامل استفاده از تجهیزات چندکاناله برای
استفاده از تمامی کنترل‌ها می‌شود. در این سامانه‌ها از سکان عمودی، افقی و
شهپرها و کنترل موتور از روی زمین برای کنترل موشک استفاده می‌شود. سیگنال‌هایی که از قسمت فرستنده به سمت
گیرنده ارسال می‌گردد شامل پالس‌های انرژی‌دار الکترومغناطیسی با طول موج یا
فرکانس متفاوت می‌باشد. ماهیت این پالس‌ها به وسیله کنترل‌های فرستنده
مشخص می‌شود و سیگنال‌های مربوط به عملکردهای مختلف با فرکانس‌های جداگانه
ارسال می‌شود. برای مثال اگر بخواهیم موشک به سمت راست گردش نماید، کنترل
سکان عمودی بایستی در موقعیت «سکان عمودی در سمت راست» قرار گیرد و این
انتخاب باعث می‌شود که کانال سکان عمودی روی فرستنده، پالس‌های فرمان
گردش به راست را صادر نماید.
کانال سکان عمودی
روی گیرنده، سیگنال‌ها را دریافت می‌کند و مکانیزم سرور را به گونه‌ای
فعال می‌کند که سکان عمودی به راست حرکت نماید. سیگنال‌های فرمان معمولاً به
وسیله امواج مدوله شده UHF منتقل می‌شوند. موج حاصل به یک سری پالس‌های با
طول یکسان تبدیل می‌شود که می‌توان آنها را به روش‌های مختلفی مدوله کرد؛
از جمله از طریق مدوله‌سازی دامنه (pam) ، مدولاسیون فرکانس یا زمان (pfm, ptm) یا مدولاسیون پهنای باند (pum). کارکرد یک
سامانه هدایت
با فرمان رادیویی پایه بر دو اصل اساسی فناوری ارتباطات استوار است:
خط
انتقال اطلاعات و خط انتقال فرامین. هدف اصل اطلاعات فراهم نمودن
اطلاعات
لازم برای هدایت موشک به سمت هدف می‌باشد و خط انتقال فرامین، یک
سامانه
بصری است که برای موشک‌های پرسرعت امروزی چندان مناسب نمی‌باشد.
بنابراین
باید اطلاعات مربوط به هدف و هدایت موشک به صورت الکترونیکی فراهم
شوند. اطلاعات
مربوط به مسیر هدف و مسیر موشک در یک رایانه آنالیز می‌شود.
این رایانه به
طور پیوسته سیگنال‌ها را به فرستنده موشک ارسال می‌کند تا فرامین
پروازی از طریق خط انتقال فرامین به موشک بازگردانده شود. این رایانه به
طور پیوسته سیگنال‌ها را فراهم می‌کند تا موشک همواره در مسیر رسیدن به
هدف قرار داشته باشد.
فرکانس
موج حامل را یک اسیلاتور کریستالی فراهم می‌کند. فرامین پیش از تقویت تکثیر
برای رسیدن به فرکانس نهایی، فشرده می‌شوند. قدرت سیگنال نیز پیش از
ارسال آن در بخش افزایش توان، بیشتر می‌شود. گیرنده فرمان در داخل موشک می‌تواند
سیگنال‌ها را از
طریق چندین کانال فرکانس لازم برای کنترل تمامی اعمال آن دریافت کند.
پس
از آن که حامل دریافت شده و تقویت می‌شود، فرامین مختلف به وسیله انتخاب‌گرهای
کانال جداسازی می‌شوند.
انتخاب‌گرهای
کانال، لزوماً
فیلترها و تقویت‌کننده‌هایی هستند که به وسیله آنها یک سیگنال انتخاب
شده
و تقویت می‌شود تا یک عمل کنترلی را انجام دهد.
بایستی
توجه داشت که
سامانه‌های کنترل و هدایت زیادی غیر از مواردی که شرح داده شد، وجود
دارد. برای مثال
ممکن است فرستنده فرامین، یک رادار باشد و نه یک فرستنده رادیویی HF ولی اساس هدایت مشابه هم است و در
تمامی سامانه‌ها، خط انتقال اطلاعات و خط انتقال فرامین، موشک را به سمت هدف
هدایت می‌کنند.
هدایت
هذلولی
این نوع هدایت
بر پایه سامانه LORAN که در خلال
جنگ جهانی دوم توسعه داده شده، عمل می‌کند. اگر دو فرستنده رادیویی در فاصله 300
مایلی یکدیگر قرار داشته باشند، سیگنال‌های منتشر شده آنها به طول زمان‌های
مختلفی نیاز خواهند
داشت تا در یک نقطه که ممکن است به یکی نزدیک‌تر باشد به هم برسند. در سیستم لوران
یک ایستگاه اصلی (master) و یک
ایستگاه تابع (slave) وجود دارد که این
دو ایستگاه چندصد مایل از یکدیگر فاصله دارند و سیگنال‌های منتشر شده
توسط آنها به گونه‌ای زمان‌بندی می‌شود که پالس سیگنال ایستگاه اصلی همواره
قبل از پالس فرستنده تابع به گیرنده برسد. هر زمانی که یک پالس از
ایستگاه اصلی منتشر می‌گردد، یک سیگنال تحریک (trigger) به ایستگاه تابع فرستاده می‌شود و سبب انتشار یک پالس
با یک تأخیر زمانی از پیش تعیین شده می‌گردد. یک هواپیما یا موشک، پالس‌های
منتشر شده از
ایستگاه‌های اصلی یا تابع را با اختلاف زمانی یکسانی دریافت می‌کند.
برای
مثال، اگر یک هواپیما سیگنال ایستگاه تابع را با اختلاف زمانی 5000 میکروثانیه
دریافت کند، این اختلاف 5000 میکروثانیه‌ای در هر نقطه از منحنی ثابت
خواهد بود و می‌توان آن را روی یک اسکوپ به نمایش درآورد که فاصله از
ایستگاه اصلی و تابع را تعیین می‌کند.
خلبان
با مراجعه به
جداول پروازی می‌تواند موقعیت خودش را روی منحنی مشخص نماید. وقتی از سیگنال‌های
ارسالی ایستگاه‌های دیگر، نیز استفاده می‌شود، خلبان می‌تواند از موقعیت
دقیق خود مطلع شود. اختلاف زمانی بین انتشار امواج از ایستگاه‌ها می‌تواند به عنوان یک مرجع برای هدایت
موشک‌ها نیز به کار رود. برای مثال یک موشک ممکن است به گونه‌ای برنامه‌ریزی
شود که سامانه هدایت داخلی آن باعث شود همواره یک اختلاف زمانی ثابت
بین سیگنال‌های دریافتی از دو ایستگاه وجود داشته باشد.
هدایت
ستاره‌ای
تمامی
ستارگان نسبت به
یکدیگر موقعیت ثابتی دارند و این موقعیت از روی سطح زمین قابل رویت
است. برپایه همین
اصل، می‌توان از موقعیت ستارگان به عنوان یک مرجع جهت تعیین موقعیت یک
شی در نزدیکی سطح زمین استفاده کرد. دریانوردان از موقعیت خورشید، ماه
و ستارگان در طول قرون متمادی جهت ناوبری استفاده می‌کردند. چرا که در پهنه بیکران اقیانوس‌ها هیچ
مرجعی جهت ناوبری وجود نداشت. فرض کنید زمین در مرکز یک کره آسمانی باشد
و ستارگان در اطراف آن قرار داشته باشند. با این فرض هر شیء می‌تواند موقعیت خودش را
با توجه به موقعیت زمین نسبت به ستارگان مشخص نماید. روی زمین دو محور
طولی و عرضی داریم. محور عرضی، زاویه منحنی قطب شمال یا جنوب یا استوار و
محور طولی، زاویه منحنی شرق و غرب یا نصف‌النهار می‌باشد.
نصف‌النهار
خطی می‌باشد که زمین را به قطاع‌هایی تقسیم می‌کند که از قطب‌ها و مرکز
زمین می‌گذرد. یکی از این خطوط از گرینویچ انگلستان، نزدیک لندن می‌گذرد خط
مرجع آن به شمار می‌رود. برای تعیین موقعیت ستارگان در یک منظومه آسمانی
بایستی از مختصات آسمانی آن بهره‌برداری کنیم. مرجع محور عرضی آسمانی سطری (lination) نامیده می‌شود که
مشخص کننده فاصله زاویه‌ای ستاره‌های شمالی یا جنوبی از خط استوای
آسمانی می‌باشد (خط استوای آسمانی در حقیقت همان امتداد خط استوای زمین می‌باشد)
یک مرجع مهم دیگر، محور خسوف یا کسوف است که همان محور حرکت زمین به دور
خورشید می‌باشد. محل برخورد محور زمین و استوای آسمانی، نقطه بهاری
اعتدال شب و روز نامیده می‌شود و به عنوان مرجع محور طولی آسمانی مشخص گردیده
است و برحسب درجه یا ساعت به سمت شرق از نقطه اعتدال بهاری اندازه‌گیری
می‌شود. با در نظر گرفتن اطلاعات در مقیاس ناتیکال نجومی موقعیت
ستاره نسبت به زمین در زمان و تاریع معین به دست می‌آید.
برای درک بهتر
این که چگونه می‌توان از یک ستاره برای تعیین موقعیت استفاده کرد فرض کنید که
ناوبر یک کشتی، ستاره‌ی را در نقطه A مشخص کند و زاویه آن را 32 درجه بالاای افق اندازه‌گیری نماید. با
استفاده از ناتیکال نجومی مقدار انحراف از محور اصلی 15 درجه می‌باشد. با ترسیم
زاویه بین تانژانت و خط محور روش‌های هندسی زاویه BAD برابر 29 درجه و کمان آن 58 درجه به
دست
می‌آید. حال ناوبر زاویه 58 درجه را به مقدار 15 درجه اضافه می‌نماید
و عدد 73 درجه
شمال را که موقعیت محور عرضی خودش می‌باشد به دست می‌آورد و به این
ترتیب می‌تواند با انجام این محاسبات در هر موقعیتی که قرار می‌گیرد
موقعیت محور عرضی خودش را محاسبه نماید.
ردیابی
ستارگان
با توجه به این
که می‌توان از ستارگان برای ناوبری و هدایت کشتی‌ها و هواپیماها استفاده کرد، یک سامانه ناوبری
الکترواپتیکی نیز می‌تواند جهت هدایت موشک‌ها و سفینه‌های فضایی از ستارگان کمک
بگیرد. یک موشک برای اینکه بتواند ستاره‌یابی را انجام دهد بایستی به
یک تلسکوپ یا زاویه‌یاب (sextant)، یک پایه پایدار شده با جایرو برای حفظ موقعیت افقی نسبت به سطح زمین و یک
سیستم حاوی اطلاعات موقعیت ستاره‌ها، یک ساعت یا زمان‌سنج دقیق و تمامی
تقویت‌کننده، موتورهای فرمان‌پذیر و تصحیح‌کننده‌ها نیاز دارد. بر روی موشک،
تلسکوپ ستاره‌یاب بایستی به گونه‌ای نصب گردد که بتواند در قوس‌های
افقی و عمودی چرخش کند و روی هر ستاره مورد نظر قفل نماید. زمانی که یک موشک
مجهز به سامانه ستاره‌یاب پرتاب می‌گردد، تلسکوپ ردیابی ستاره به وسیله یک
نوار مغناطیسی یا وسیله دیگری برنامه‌ریزی می‌شود تا بتواند تقریباً در
جهت ستاره مورد نظر قرار گیرد، اگر تلسکوپ ستاره‌یاب دقیقاً بر روی ستاره
مورد نظر قرار نگیرد، یک سیگنال خطا تولید و مسیر تصحیح می‌شود. بنابراین در طول زمان پرواز، اطلاعات
ذخیره شده به طور پیوسته مورد استفاده قرار می‌گیرد تا با اطلاعات دریافتی از
حسگرها تطبیق داده شود. اگر موشک از مسیر اصلی منحرف شود، موقعیت ستاره با
موقعیت برنامه‌ریزی شده تطابق ندارد و این امر باعث می‌گردد سیگنال خطایی
تولید شود و این سیگنال سبب راه‌اندازی موتورهای فرمان‌پذیر در جهت تصحیح
می‌گردد. برای پروازهای دوردست، لازم است از چند ستاره به عنوان مرجع
پروازی استفاده گردد تا عمل هدایت دقیق‌تر انجام شود. این امر با ضبط اطلاعات
لازم بر روی نوار پروازی قابل دسترسی می‌باشد. در زمان‌های دقیق و معین در
حین پرواز، با ارسال سیگنال‌های دقیق به موتورهای فرمان‌پذیر تلسکوپ،
موقعیت آن نیز تغییر داده می‌شود تا ستاره دیگری را ردیابی کند. زمانی که
موشک به هدف می‌رسد، اطلاعات موقعیت باعث می‌شود که موشک به سمت هدف
شیرجه بزند.
برگرفته از ماهنامه صنایع هوایی
