14.4.2.4 Неконтактные оптические взрыватели

Наряду с неконтактными РВ оптические НВ находят широ­кое применение как в ракетах, так и авиабомбах. Их действие основано на реагировании датчиков сигналов на тепловое излу­чение целей. Неконтактные оптические взрыватели (НОВ) бывают активного и пассивного типов.

НОВ активного типа имеют в составе датчиков сигнала источники лучистой энергии—лампы накаливания, оптические квантовые генераторы и др. Излучая зондирующие сигналы в пространство, НОВ активного типа принимают специальными приемниками сигналы, отраженные от целей. Приемники дат­чиков сигнала НОВ пассивного типа реагируют на тепловое поле самих целей. Источниками теплового излучения целей яв­ляются нагретые детали двигателей (сопла, выхлопные патруб­ки и т. п.), факел горячих газов двигателей, а также сам кор­пус летательного аппарата, подверженный кинетическому наг­реву, который обуславливается движением тел в воздухе на сверхзвуковых скоростях.

Излучение двигателей ЛА обладает резко выраженной на­правленностью. Основная часть излучения приходится па форс газов, истекающих из сопловых блоков двигателей. Так как ис­точник излучения в этом случае экранируется корпусом самого ЛА, то работающие на прием этого излучения НОВ могут при­меняться только у ракет, атакующих цель из задней полу­сферы.

Излучение обшивки ЛА является практически равномерным, однако спектр его волн весьма существенно зависит от темпе­ратуры. Так, при температуре 100°С максимум инфракрасного излучения приходится на спектр волн длиной около 7,8 мк. При температуре 300° С спектр интенсивного излучения смещается в область длин волн порядка 5 мк. Разогретые металлические части реактивных двигателей имеют максимум излучения, при­ходящийся на спектр волн длиной порядка 3,5 мк.

В качестве приемников лучистой энергии у НОВ использу­ются фоторезисторы, а также пироприемники лучистой энергии других типов. Фоторезисторы сернисто-свинцового типа (PbS) обладают максимальной чувствительностью в диапазоне длин волн 3,0—3,5 мк, что соответствует спектру излучения двига­телей современных самолетов. Поэтому фоторезисторы типа PbS используются в датчиках сигнала НОВ, применяемых в уп­равляемых ракетах, предназначенных для поражения воздуш­ных целей.

Чувствительность фоторезисторов типа PbS зависит от тем­пературы их фоточувствительного слоя. С понижением темпера­туры область максимальной чувствительности сдвигается в сто­рону более длинных волн. Поэтому охлажденный сернисто-свин­цовый фоторезистор может быть применен во взрывателях, ре­агирующих на излучение низкотемпературной обшивки самоле­та. Для охлаждения фоторезисторов применяются различные устройства, использующие жидкий азот, жидкий водород, твер­дую углекислоту и др. в качестве охладителя.

Как и РВ, оптические ИВ могут быть одно и многоканаль­ными. Увеличение числа каналов обеспечивает повышение по­мехозащищенности НОВ, а также решает ряд задач по согла­сованию положения поверхности срабатывания взрывателя с зо­ной опасных разрывов, о чем будет сказано ниже.

Рассмотрим типичную схему двухканального неконтактного оптического взрывателя пассивного типа управляемых ракет класса «воздух — воздух» (рисунок 14.40).

Рисунок 14.40 Блок-схема двухканального НОВ

Рисунок 14.42. Сигналы двухканального НОВ пассивного типа

Каждый канал взрывателя включает индикатор цели, состоящий из четырех приемни­ков зеркального типа. Один приемник обеспечивает обзор зоны в экваториальной плоскости шириной примерно 100°. Таким об­разом четыре приемника обеспечивают круговой обзор прост­ранства вокруг ракеты. В меридиональной плоскости ширина сектора приема излучения составляет всего 1,5—2,0°, а сред­нее направление сектора с продольной осью ракеты составля­ет угол у первого канала и у второго (рисунок 182). Индикаторы цели обоих каналов реагируют на тепловое излу­чение факела нагретых газов двигателей. Поэтому НОВ данно­го типа может применяться только при атаке целей из задней полусферы. Действие взрывателя состоит в следующем.

По мере приближения ракеты и цели в некоторый момент времени (рисунок 14.41) визирный луч индикатора цели первого канала «коснется» факела нагретых газов, под действием теп­лового излучения на выходе индикатора появится сигнал в ви­де напряжения (рисунок 183). Напряжение будет сохраняться до тех пор, пока визирный луч не пройдет по всему факелу на­гретых газов и в момент времени пройдет срез сопла двига­теля. Таким образом, датчик сигнала (ДС) первого канала сформирует импульс длительностью зависящий от длины факела и относительной скорости движения раке­ты . Этот импульс, пройдя ограничитель и расширитель и имея общую длительность поступает на один из входов каскада совпадения (рисунок 14.40). В момент времени га­зового факела «коснется» визирный луч индикатора цели вто­рого канала и на его выходе появится сигнал в виде напряже­ния (рисунок14..41, 14.42). Это напряжение будет сохраняться в течение всего времени прохождения визирного луча по фа­келу газов, то есть до момента времени ,. когда луч второго канала пройдет срез сопла цели. Таким образом, на выходе индикатора цели второго канала будет сформирован импульс длительностью . Заметим, что длительность сигнала второго канала будет примерно такой же, как и у первого, если протяженность факела и скорость будут оставать­ся неизменными. Однако импульс датчика сигнала второго ка­нала имеет отрицательный знак, так что после прохождения дифференцирующей цепочки положительный импульс малой длительности будет соответствовать заднему фронту сигнала цели второго канала. Напомним, что этот момент соответствует времени прохождения визирного луча этого канала среза сопла двигателя цели, то есть при вполне определенном относитель­ном положении ракеты и цели, которое, что очень важно, не зависит от протяженности газового факела . Совпадение положительного импульса., образовавшегося на выходе дифферен­цирующей цепочки второго канала, с расширенным импульсом первого канала приводит к появлению сигнала на выходе каскада совпадения, то есть к запуску блока постоянной задержки. Так как импульс от индикатора цели второго канала сдви­нут по времени на относительно импульса, формируемого индикатором цели первого канала, то условие надежного сра­батывания каскада совпадения будет определяться соотноше­нием времен

или если (14.43)

Из рисунка 182 следует, что

где - путь, который проходит ракета относительно цели за время .

При промахе ракеты и известных углах и для слу­чая сближения ракеты с целью на параллельных курсах на­ходим

и

(14.44)

Видно, что величина с ростом промаха ракеты растет. Од­нако ее рост, а следовательно, и рост промаха ограничены ус­ловием (14.43). В пределе должно выполняться равенство , что с учетом выражения (14.44) определяет макси­мальный радиус срабатывания НОВ :

(14.45)

Заметим, что во взрывателях рассматриваемого типа радиус срабатывания зависит также от чувствительности оптических приемников, определяющей некоторый наибольший промах .

Как уже отмечалось, двухканальные НОВ. обладают повы­шенной помехозащищенностью. Этому способствует временная селекция сигнала, определяемая работой схемы совпадения. Ее суть состоит в том, что сигналы от пели, принятые по обоим каналам, должны приходить не в произвольные моменты вре­мени, а с интервалом, не превосходящим времени т,. В связи с этим, если, например, ракета будет пролетать относительно об­лака на расстоянии г, взрыватель не сработает, хотя интен­сивность сигнала, отраженного от облака может быть вполне достаточной. Взрыватель не способен также сработать от сол­нечного диска, который относительно ракеты находится на бес­конечно большом расстоянии и поэтому не может быть пересе­чен зонами обзора индикаторов обоих каналов, составляющих с осью ракеты различные углы.

Остановимся более подробно на приемниках индикаторов цели НОВ. Они могут быть двух типов: линзовые и зеркальные. Линзовые приемники (рисунок 14.43) состоят из линзы резистора, который устанавливается в фокальной плоскости линзы.

Рисунок 14.43. Линзовые приемники индикаторов НОВ

. Размер светочувствительной площадки фоторезистора в 'экваториальной. и в меридиальной плоскостях определяют углы обзора приемника при известном фокус­ном расстоянии.

Наклон зоны обзора приемника в меридиальной плоскости на заданный угол осуществляется путем смещения фоторезис­тора вдоль линии, параллельной продольной оси ракеты.

Приемники зеркального типа состоят из параболического зеркала и фоторезистора (рисунок 14.44). Падающий поток инфра­красных лучей проходит

Рисунок 14.44. Приемники зеркального типа НОВ

Рисунок 14.45. Электрическая схема индикатора цели НОВ

Светофильтры обеспечивают ослабление влияния на работу индикаторов цели видимых лучен и лучей нерабочей части инфракрасного излучения цели. Они заметно ослабляют мощ­ность сигнала в указанном диапазоне длин волн, то есть осу­ществляют спектральную селекцию сигнала.

Электрическая схема индикатора цели приведена на рисунке 14.45. Ее составляют источник питания, имеющий э.д.с. Е, и последовательно включенных фоторезисторов с сопротивлением каждого из них, а также цепочку .

Оптические взрыватели активного типа могут применяться для снаряжения авиабомб и боевых частей ракет. По принципу действия НОВ активного типа аналогичны радиовзрывателям и в качестве датчиков сигнала включают при­емопередающие устройства (рисунок 14.46).

Рисунок 14.46. Блок-сема НОВ активного типа

В составе передатчика находятся генераторные лампы накаливания или оптические квантовые генераторы, которые формируют зондирующие импульсы теплового излучения, рассеивающиеся в пространство. У бомбовых НОВ импульсы излучаются по одному каналу в виде узкого луча, направленного вдоль оси взрывателя. У ИОВ ракет класса «воздух -воздух» излучателей зондирующих им­пульсов может быть несколько. Так как каждый из них имеет узкую диаграмму излучения и такую же узкую диаграмму нап­равленности имеют приемники, то их число выбирается из ус­ловия надежного обнаружения цели в случае ее нахождения в любой точке пространства вокруг ракеты. В таком случае не должно быть «мертвых» зон, при нахождении в которых цель не обнаруживалась бы вообще. Учитывая это, у НОВ ракет класса «воздух - воздух» блоки приемопередатчиков конст­руктивно выполняются в виде многоканальных устройств, при­нятые сигналы от которых поступают на логическую схему «или». Так как эти схемы формируют сигнал в случае приема отраженного импульса хотя бы от одного приемо-передающего устройства, по классификации взрывателей с точки зрения помехозащищенности они являются одноканальнымн. Такие НВ, как известно, обладают недостаточной помехозащищенно­стью, поэтому в их схемы включаются специальные блоки-ана­лизаторы помех. В этих блоках, так как и в блоках обработки сигнала, осуществляется амплитудная, частотная и временная селекции сигналов, с помощью которых обеспечивается высокая устойчивость взрывателя к воздействию активных и пассивных помех различного происхождения. Активные НОВ, использую­щие в качестве источников лучистой энергии оптические кван­товые генераторы передатчиков, отличаются высокой степенью монохроматичности (излучение сигнала происходит практичес­ки на одной волне), когерентности (разность фаз постоянна во времени) и направленности. Благодаря этому в этих взрывателях, которые принято называть лазерными, легко достига­ется спектральная селекция, вследствие чего их помехозащищенность еще больше возрастает. Угловая ширина их диаграм­мы направленности при излучении сигнала имеет порядок 10— 20'. В качестве излучателей лазерных НОВ используются полу­проводниковые и твердотельные оптические квантовые генера­торы. Лазерные взрыватели отличаются высокой точностью реа­лизации радиуса пли высоты срабатывания в диапазоне от единиц до нескольких десятков и даже сотен метров.

ОГЛАВЛЕНИЕ