Raketijuhtimine

GBU-24 tabamas harjutussihtmärki

Raketijuhtimine viitab üldisemalt meetoditele, kuidas suunata raketti või mürsku seatud sihtmärgi pihta. Raketi efektiivsuse seisukohalt on täpsus kriitilise tähtsusega ning juhtimissüsteemid täiendavad sihtmärgi tabamuse täpsust.

Raketijuhtimistehnoloogiaid saab liigitada mitmeti, kõige üldisemalt liigitatakse need aktiiv-, passiiv- ja ettemääratud juhtimise süsteemideks. Enamasti kasutavad mürsud ja raketid sarnast tüüpi juhtimissüsteeme, ent nende erinevus seisneb selles, et raketid on varustatud mootoriga ja nende suunda saab lennu ajal korrigeerida, samas mürskude trajektoor sõltub väljalaske algtingimustest.

Ajalugu

Raketijuhtimise kontseptsioon pärineb hiljemalt Esimese maailmasõja ajajärgust, mil tekkisid kaugjuhitavate lennukipommide ideed. Esimesed elektrooniliselt juhitavad raketid arendati välja Teise maailmasõja ajal Saksa V-relvade programmi raames V1- ja V2-raketi kujul.

Juhtimissüsteemide kategooriad

Juhtimissüsteemide disain sõltub sihtmärgi tüübist, mis võib olla nii liikuv kui ka statsionaarne, jaotatud kahte kategooriasse, milleks on otse sihtmärgile suundumine (GOT) ja suundumine määratud asukohta kosmoses (GOLIS) tüüpi juhtimissüsteemid. GOT-tüüpi süsteem on võimeline tabama nii liikuvaid kui ka statsionaarseid sihtmärke, samas GOLIS-tüüpi relv on piiratud statsionaarsete või peaaegu liikumatute sihtmärkidega.

GOT-süsteemid

Iga GOT-tüüpi süsteem koosneb kolmest alamsüsteemist:

• sihtmärgijälgija
• raketijälgija
• juhtarvuti

Võimalused, kuidas need alamsüsteemid on jaotatud raketi ja lafeti vahel, moodustavad kaks kategooriat:

• kaugjuhitav süsteem
• isesihtuv süsteem

Kaugjuhitav süsteem

Seda tüüpi juhtimise korral kasutatakse tavaliselt radarit ja raadiosidet või juhtmega ühendust juhtimispunkti ja raketi vahel ehk raketi trajektoori kontrollitakse raadioside või kaabelsideliinide kaudu saadetud informatsiooniga.

Juhtimise poolest jagunevad kaugjuhitavad süsteemid järgmiselt:

• käskudega juhtimine, mille puhul raketijälgija asub lafetil. Seda tüüpi raketid on täielikult kontrollitud lafeti poolt, mis saadab raketile käske. Kaks peamist varianti on:

• vaatlusjoonele juhtimine (CLOS)
• vaatlusjoonelt eemale juhtimine (COLOS)

• vaatlusjoonel kiirega juhtimine (LOSBR) – sihtmärgijälgija asub raketil. Raketil on võime reguleerida oma asendit, et püsida lafetilt sihtmärgile suunatud kiire sees. Seesugune süsteem saab olla nii automaatne kui ka poolautomaatne.

Vaatlusjoonele juhtimine (CLOS)

CLOS-süsteem kasutab raketi suunamiseks sihtmärgile ainult nurkkoordinaate. Raketti hoitakse lennu ajal lafeti ja sihtmärgi vahelisel vaatlusjoonel ning raketi hälvet sellest joonest korrigeeritakse. Kuna üsna paljud raketitüübid kasutavad CLOS-süsteemi, saab sellest tulenevalt CLOS-süsteemi jagada nelja alarühma:

Manuaalne vaatlusjoonele juhtimine (MCLOS)

Sihtmärki ja raketti jälgitakse ja juhitakse manuaalselt. Operaator jälgib raketi kulgu ning operaatori ja sihtmärgi vahelisest sirgest hälbimise korral korrigeeritakse raketi asendit tagasi sirgele. See süsteem on tavaliselt rakendatav aeglaste sihtmärkide puhul, mille puhul ei eeldata keeruka juhtimise vajadust, ning see toimis edukalt laevade pommitamisel ja Wasserfalli rakettide näol aeglaselt liikuvate B-17 Flying Fortress pommituslennukite vastu. Samas sihtmärgi kiiruse suurenedes muutusid MCLOS-süsteemid kasutuks.

Poolmanuaalne vaatlusjoonele juhtimine (SMCLOS)

Sihtmärki jälgitakse automaatselt, samas raketti jälgitakse manuaalselt.

Poolautomaatne vaatlusjoonele juhtimine (SACLOS)

Sihtmärgi jälgimine on manuaalne, samas raketti jälgitakse automaatselt. See süsteem sarnaneb MCLOS-iga, kuid automatiseeritud süsteem hoiab raketti vaatlusjoonel, samal ajal kui operaator jälgib sihtmärki. SACLOS on üks kasutatuim süsteem maapinnal asuvate sihtmärkide, nagu tankide ja punkrite, vastu.

Automaatne vaatlusjoonele juhtimine (ACLOS)

Sihtmärki ja raketti jälgitakse automaatselt.

Vaatlusjoonelt eemale juhtimine (COLOS)

Antud juhtimissüsteem oli üks esimesi, mis võeti kasutusele ning ühtlasi on kasutuses ka tänapäeval peamiselt õhutõrjerakettides. COLOS süsteemi puhul saavad raketi ja sihtmärgijälgija olla orienteeritud erinevates suundades. Juhtimisseade kindlustab sihtmärgi ja raketi kokkupõrke nende mõlema asukoha teadmise läbi, mis tähendab seda, et COLOS ei sõltu otseselt vaatlusjoone suhtes arvestatavatest nurkkoordinaatidest nagu CLOS süsteem. Asukohtade määramiseks peavad raketi- ja sihtmärgijälgija olema aktiivsed ning üldiselt on mõlemad jälgimissüsteemid automaatsed. Enamasti on kasutatud COLOS süsteemis ainsa sensorina radarit.

Vaatlusjoonel kiirega juhtimine (LOSBR)

LOSBR süsteemi keskmeks on raadiosignaal, radari või laseri kiir, mis on suunatud sihtmärgile ning seeläbi raketi küljes asetseva detektori abil korrigeeritakse raketi asendit kiire suhtes. Kiirega juhtimise süsteemid töötavad tihtipeale SACLOS tööpõhimõttega ning teistsugusemates lahendustes suunatakse kiirt radari abiga automaatselt. Vietnami sõjas juhiti laserkiire abil RIM-8 Talos rakette suure kaarega sihtmärgi poole ning viimaks pandi rakett suunduma vertikaalselt alla sihtmärgi pihta. Enne tabamist kasutati viimasel hetkel täpsemat poolaktiivradariga isesihtumise (SARH) süsteemi. Seesugune laskemeetod tagas vaenlase suhtes võimalikult suure teadmatuse raketijuhtimise radari poolt sihituse suhtes.

LOSBR lahutamatuks nõrkuseks on distantsi suurenedes kiire hajumise tõttu täpsuse kahanemine. Samuti mõjutavad täpsust ka ilmaolud, mis kokkuvõttes tähendab, et LOSBR on tõhus lühemate distantside korral. Teisalt on sihtmärgile lähenedes SARH süsteem vastavalt üha tõhusam ning neid süsteeme kasutatakse enamasti koos.

Isesihtuv juhtimine

Aktiiv-isesihtumine

Aktiiv-isesihtumissüsteem kasutab raketile juhtsignaali tagamiseks radarit. Tavaliselt hoiab raketi pardal paiknev elektroonika radarit otse sihtmärgi suunas ning radari andmetest juhinduvalt suunab rakett ennast õigele kursile. Radari lahutusvõime sõltub antenni suurusest, seega väiksema raketi puhul on seda tüüpi süsteem kasulik suuremate sihtmärkide ründamiseks nagu näiteks laevade ja suurte pommitajate. Aktiivradariga süsteeme kasutataksegi enamasti laevade vastu suunitletud ning ka lennukitel paiknevatel õhuvõitluse rakettides nagu AMRAAM ja R-77.

Poolaktiiv-isesihtumine

Poolaktiiv-isesihtumise süsteemid ühendavad endas raketil oleva passiivse vastuvõtu radari eraldi olevaga sihtmärgi jälgimise radariga. Kuna tavaliselt lastakse rakett sihtmärgi suunas peale võimsa radari abiga tehtud esialgset avastust, siis sedasama eraldi radarit saab kasutada ka sihtmärgi edasiseks jälgimiseks, millega välditakse aktiivradariga süsteemidel esinevaid radari resolutsiooni, energiatarbe ja kogukuse probleeme. Poolaktiivradariga isesihtumine on kasutatuim ilmastikukindel juhtimissüsteem lennutõrjes.

Lennukitel kasutatavate SARH süsteemide nõrkuseks on asjaolu, et raketi väljastanud lennuk peab liikuma edasiselt sihtmärgi suunas radari nägemisulatuse tagamiseks. Seeläbi võib tekkida olukord, kus lennuk satub infrapuna rakettide ulatusse. Laevade või maa peal kasutatavate aluste puhul on protsessi käigus sellise ohu tekkimine välistatud kuna üldiselt takistab nii lafeti kiirus kui ka suurus sihtmärgi eest taandumise või selle poole edasise liikumise.

Passiivne isesihtumine

Infrapuna isesihtumine on passiivne süsteemm mille puhul detekteeritakse sihtmärk läbi selle poolt tekitatud soojussignaali. Enamasti kasutatakse soojust otsivat süsteemi lennutõrjes, mille korral jälgitakse lennuki mootori poolt tekitatud soojust.

Kontrasti otsijad kasutavad sensorina üldiselt must-valget kaamerat vaatevälja kuvamiseks operaatorile. Lennus olles otsib rakett ülesvõetud pildilt kohta, kus kontrast muutub nii vertikaalselt kui ka horisontaalselt kõige kiiremini ning seeläbi sihik lukustub leitud punkti. Kontrasti otsija süsteemi kasutavat raketti, nagu AGM-65 Maverick, on rakendatud maal olevate sihtmärkide ründamiseks lennukitelt, kuna suurem osa sihtmärkidest on tuvastatavad ainult läbi visuaalse informatsiooni. Samas on süsteemi töökindlaks toimimiseks vajalik tugev kontrasti olemasolu ning seetõttu isegi tavaline kamuflaaž võib muuta sihtmärgi tabamatuks.

GOLIS-süsteemid

Kõik suundumine määratud asukohta kosmoses tüüpi süsteemid peavad ettemääratuna sisaldama informatsiooni sihtmärgi kohta. GOLIS-tüüpi raketid sisaldavad juhtarvutit ja raketijälgijat, samas sihtmärgijälgija puudub raketi pardal ning see seab eelduse, et raketti navigeeritakse.

Kõik juhtimistüübid, mis ei sisalda sihtmärgijälgijat, on navigeeritavad süsteemid. Need süsteemid on tuntud ka iseseisvatena, kuid raketijälgijast olenevalt ei pruugi iseseisvus olla täielik ning raketijälgija funktsioneerimise alusel saab GOLIS-juhtimise jaotada kolme kategooriasse:

• Täielikult autonoomne – süsteem, mille raketijälgija ei sõltu välistest allikatest, ning seda saab omakorda jagada järgmiselt:

• inertsiaalne navigeerimine
• ettemääratud navigeerimine

• Loodusnähtustest juhinduv – süsteem, mille puhul raketijälgija sõltub looduses esinevatest nähtustest:

• tähtede järgi navigeerimine
• Maa järgi navigeerimine

• Topograafiline vaatlus
• Fotograafiline vaatlus

• magnetvälja järgi navigeerimine

• Tehisallikatest juhinduv – süsteem, mille puhul raketijälgija sõltub tehislikust välisiformatsioonist:

• Satelliitnavigeerimine

• GPS

Inertsiaalne navigeerimine

Inertsiaalne navigeerimine kasutab positsiooni arvutamiseks tundlikke mõõteseadmeid, mis tajuvad mingi füüsikalise suuruse, näiteks kiirenduse, muutust. Varasemad mehaanilised süsteemid olid üsna ebatäpsed ning vajasid justeerimist, et saada pihta linna suurusele sihtmärgile. Tänapäevasemad süsteemid kasutavad pooljuhtidel baseeruvaid lasergüroskoope, mille täpsus ulatub meetritesse 10 000 km suuruse piirkonna kohta. Güroskoopide arendusprotsess on kulmineerunud MX rakettidel paikneva AIRS süsteemide näol, mille tabamuse ebatäpsus on mandritevahelise trajektoori korral vähem kui 100 m. Lasergüroskoope kasutavad ka paljud tsiviilotstarbelised lennukid, kuna GPS-süsteem polnud suurema osa kasutuses olevate lennukite, nagu Boeing 707 ja 747, arendusjärgus laiakaubanduslikult kättesaadav.

Ettemääratud navigeerimine

Ettemääratud navigatsioon on lihtsaim raketijuhtimise tüüp. Lennu trajektoor on määratud sihtmärgi kauguse ja suuna järgi. Informatsioon trajektoori kohta programmeeritakse raketile enne väljastamist mällu ning lennu ajal üritab rakett järgida antud trajektoori. Juhtimiseks vajalikud komponendid, nagu güroskoobid ja kiirenduse mõõtjad, paiknevad raketi pardal ning välist informatsiooni (raadiosidet) ei kasutata. Ettemääratud navigeerimise süsteemi kasutas ka V-2 rakett.

Tähtede järgi navigeerimine

Tähtede järgi navigeerimise süsteemi kasutati esimest korda 1953. aastal Snark raketis. Seda süsteemi kasutatakse pärast starti inertsiaalse süsteemi täppishäälestamiseks. Raketi trajektoori täpsus sõltub juhtimissüsteemi hallatavast asukoha informatsioonist teatud ajahetkedel ning asjaolu, et tähed on alati fikseeritud orientiirid, mille järgi arvutada raketi positsiooni, muudab seesuguse süsteemi kasutamine asukoha ja asendi määramise potentsiaalselt väga täpseks.

Maa järgi navigeerimine

Maa järgi navigeerimise süsteem kasutab raketijuhtimiseks lafeti ja sihtmärgi vahelise maa-ala kõrguskaarti, mida kõrvutatakse lennu ajal pardal olevast kõrgusemõõtjast saadud informatsiooniga. Keerulisemad maa-ala kontuuri sobitussüsteemid (TERCOM) kasutavad ka kolmemõõtmelisi kaarte, lubades raketil lennata komplitseeritumat trajektoori pidi.