火箭的控制方法

喻統武

隨著火箭技術的飛躍發展，火箭的飛行距離、速度、有效載荷量、準確度等均達到了很高的程度?，F代化的完善的火箭除了要有完善的彈體與發動機外，還要有極為精密的準確的控制系統?？刂葡到y的作用是準確地將火箭引導至目標或保證火箭準確的進入其飛行軌道。

由于火箭控制系統非常復雜與精密，因此從設計到制造出來，其工作量是很大的。對現代化的火箭來說，其控制系統的工作量約占整個火箭工作量的70%。

火箭的控制系統包含與飛機上相似的自動駕駛儀。對飛機來說，自動駕駛儀的任務是在一定程度上代替駕駛員的工作，主要是按照既定的飛行方向與飛行高度將飛機引導至目的地。我們知道，在飛行過程中，駕駛員的工作是這樣的：他依靠飛機上的指示儀表與自己的感覺器官，來察覺飛機是否偏離了原來的方向，是否有俯仰或傾斜，然后根據所判斷的偏離角度的大小和方向，用手拉動駕駛桿，操縱飛機的方向舵或升降舵或副翼作適當的轉動，利用空氣動力對于舵及副翼的作用，使飛機的飛行姿態獲得修正。為了能夠代替駕駛員的工作，自動駕駛儀應該具有能夠產生與駕駛員相似動作的機構，因此自動駕駛儀包括有以下幾個主要部分：

1.測量機構——用來感受或測量偏離的大小。當它感受到偏離后，便輸出相應的偏離信號。一般均用陀螺儀來作測量機構。

2.放大機構——測量機構輸出的偏離信號是很微弱的，必須將它加以放大才能應用。我們知道，在收音機中，是利用天線接收下來的微弱的無線電信號，通過電子管放大器加以放大而使揚聲器發出聲音的。在自動駕駛儀中，可以采用與收音機相似的電子管放大器將偏離信號加以放大。

3.執行機構——它接受放大器輸送來的放大了的偏離信號而產生相應的動作，帶動飛機的舵或副翼偏轉，使飛機的偏離狀態獲得修正?？梢岳眯⌒碗妱訖C作為執行機構，即將放大后的偏離信號(電信號)輸入電動機。使電動機轉動而帶動舵或副翼。

自動駕駛儀在飛機上的工作情況可以用下面的簡單的方塊圖表示(圖1)。圖中各方塊之間的箭頭表示信號或動作的傳遞方向。

圖1

其中方塊1與方塊5之間的箭頭表示測量機構感受的是飛機的偏離，而方塊5與方塊4之間的箭頭則表示舵或副翼的動作使飛機獲得修正。

對火箭控制系統來說，有了上述作用原理的自動駕駛儀以后，還只能使火箭按照原來的方向作穩定的直線飛行，但實際上我們還要求火箭按照人的意志沿一定的軌跡飛行。自動駕駛儀只有在飛機或火箭產生了偏離時才會產生相應的動作，而當飛機或火箭沒有偏離時它是不會動作的。若人為地加一控制信號給自動駕駛儀，則它也會使舵偏轉，這時飛機或火箭便會偏離原來的方向而飛行?？梢娡ㄟ^自動駕駛儀，可以達到控制火箭沿一定軌跡飛行的目的，只需有某一機構來產生控制信號即可。各種火箭控制系統均包含有自動駕駛儀，所不同的只是控制信號的來源不同。按照控制信號的來源，可將火箭控制系統分為三大類：

1.自動控制系統——其控制信號是在火箭彈內產生的，而不需要任何外界的輻射能。這種控制方法主要用于遠程導彈、洲際導彈、人造衛星的運載火箭以及宇宙火箭上。它又可以分為兩類：

(1)方案自動控制——共控制系統中包含有一方案機構，在地面上事先將已確定的飛行軌跡方案給予方案機構，在飛行過程中，方案機構就能自動的按此方案產生控制信號加到自動駕駛儀中，自動駕駛儀便控制著火箭按此方案飛行。圖2所示為事先設計好了的彈道式火箭的飛行軌跡。

圖2

(2)導航自動控制——他是依據外界某一物體作為基準，來判斷火箭自己在空間的位置，而目標的位置是已知的，因而也就知道了火箭自己與目標的相對位置，這樣就可以產生相應的控制信號，控制火箭飛向目標。導航自動控制包括天文導航、無線電導航、慣性導航等。天文導航是依據天空的星體來判斷火箭自己在空間的位置。無線電導航是依據地面導引站發出的無線電波來判斷火箭自己在空間的位置。慣性導航是利用彈內加速度表測量出火箭的加速度，然后利用加速度通過一定的機構求出速度，再求出火箭已飛行過的距離，這一距離與已知發射點到目標的距離(利用已知的發射點與目標的經緯度可計算出此一距離)進行比較，當兩者的數值達到相同時，便發出控制信號，使導彈俯沖而擊中目標。

自動控制的火箭由于發射后便不受地面的控制，而彈內的控制規律又是事先給定的，因而無靈活性，一般只用來攻擊靜止的目標。但反過來說，由于控制作用在彈內完成，不與外界發生連系，因而不易受到敵人使用的無線電干擾。

2.遙遠控制系統——這是在比較遠的距離以外對火箭進行控制。這種方法應用得很廣泛，主要用于地對空火箭等方面。它又可以分為主要的兩類：

(1)波束控制。如圖3所示，地面的雷達跟蹤著目標，雷達的無線電波束始終指向目標，導彈發射后，首先進入波束，然后沿著波束的中心運動，當它偏離了波束中心，便能在彈內產生適當的控制信號，控制著導彈回到波束中心來，因而最后便能擊中目標。

圖3

(2)指令控制。如圖4所示，搜索雷達搜索到目標后，通知操縱臺將火箭發射出去，同時目標跟蹤雷達跟蹤著目標，火箭跟蹤雷達跟蹤著火箭，它們分別將目標及火箭的方位和距離等信號輸入電子計算機，電子計算機經過迅速的計算后將信號輸送到操縱臺，操縱臺便發出控制信號不斷修正火箭的飛行軌跡，最后使火箭擊中目標。

圖4

1.導彈跟蹤雷達2.發射架3.操縱臺4.電子計算機5.目標跟蹤雷達6.搜索雷達

遙遠控制方法由于可以在火箭飛行中不斷對火箭進行修正，因而可以提高火箭的射擊準確度，但由于遙遠控制主要是利用無線電來實現的，因而容易受到敵人進行的無線電干擾，以致使火箭失去控制。

3.自動瞄準系統——通過裝在導彈頭部的自動瞄準頭隨時確定導彈與目標的相對位置，并產生相應的控制信號，控制導彈自動飛向目標。自動瞄準主要用于空對空導彈上，當導彈自截擊機上發射以后，不需要任何的外界參預便能飛向目標，因而是完全自動化的。屬于自動瞄準的，有以下兩種主要的控制系統：

(1)無線電自動瞄準系統。其中自動瞄準頭是一個雷達，它向目標發射電磁波，此電磁波由目標反射回來又為自己接受，從而得出目標對導彈的相對位置，并產生相應的控制信號，控制著導彈飛向目標，如圖5所示。

圖5

(2)熱瞄準系統。我們知道，噴氣式飛機噴出的氣體、工廠與軍艦的鍋爐均有熱輻射。熱瞄準系統中的自動瞄準頭能感受目標熱輻射的紅外線，因而便能確定目標與導彈的相對位置，并產生相應的控制信號，控制著導彈飛向目標，如圖6所示。

圖6

自動瞄準系統的準確度，隨著與目標的漸漸接近而提高，這對攻擊空中活動目標來說是有利的。但一般的說，其作用距離不遠，因而只有用于空對空導彈才最為合適。

導彈的控制方法是很多的，以上所說的只是一些主要的方法。在具體應用中，往往不是采用單獨的一種控制方法，而是幾種控制方法同時使用。例如對于地對空導彈來說，在飛行的初始段采用遙遠控制，而在快要接近目標時采用自動瞄準，則可以達到更好的效果。