Brevet FR2608267A1 — publié le 19880617

Munition Droarammable Par voie omtiaue et système d'arme en comportant application. L'invention concerne les munitions du type con- tenant une fusée programmable de mise & feu et une sour- ce d'énergie électrique présentant un temps d'activation suffisamment court pour qu'elle fournisse à la fusée la puissance nécessaire à son fonctionnement au bout d'un temps très bref après le tir de la munition. Le document FR-A-2 554 069 décrit une telle mu- nition dont la source d'énergie électrique comprend un convertisseur photoélectrique placé de façon à être sou- mis à un flux lumineux intense en réponse à l'allumage de la charge propulsive du projectile. Lorsque ce flux lumineux est dû à la combustion de la charge propulsive elle-même, la source devient opérationnelle au bout d'un intervalle de temps extrême-- ment bref après allumage, typiquement au bout de 1 à 5 millisecondes. Ce retard est inférieur de plusieurs ordres de grandeur à l'intervalle de temps qui s'écoule entre l'activation d'une pile traditionnelle (pile ther- mique par exemple) et l'instant o elle est à même d'alimenter des circuits. On connaît par ailleurs (FR-A-2 474 155) un dispositif permettant de programmer un projectile et d'y transférer de l'énergie immédiatement avant le tir de ce projectile, par voie optique. Mais, sur les armes auto- matiques, une munition est déjà engagée dans le tube au début des tir. Elle ne peut donc pas être programmée car cette opération s'effectue à un poste qui se trouve en amont de l'introduction. Et le fait que la munition soit déjà activée et programmée lorsqu'elle est introduite dans la chambre de tir est défavorable, du point de vue de la sécurité d'emploi. L'invention vise à fournir une munition du type ci-dessus défini répondant mieux que celles antérieure- ment connues aux exigences de la pratique. Elle vise plus particulièrement & fournir une munition programma- ble lors du tir même en cas de tir à cadence élevée et assurant une sécurité accrue du fait qu'elle est inerte au moins jusqu'à allumage de la charge de propulsion. Dans ce but, l'invention propose notamment une munition du type ci-dessus défini, caractérisée en ce qu'elle porte, à l'arrière, un capteur photosensible disposé de façon à recevoir un signal lumineux codé provenant de l'arme à partir de laquelle elle est tirée et contient un circuit de décodage des signaux fournis par le capteur et de programmation de la fusée en fonction desdits signaux. L'invention propose également un système d'armes comprenant une arme destinée à tirer des munitions du genre ci-dessus à partir d'un tube, un générateur laser simbleauté avec le tube pour que son faisceau coupe la trajectoire de la munition dans une zone comprise entre et 50 mètres, généralement 5 à 30 mètres, après la bouche du tube et des moyens de programmation qui, en réponse à l'allumage de la charge propulsive d'une muni- tion, commandent l'émission par le laser d'un message codé de programmation, sous forme d'une séquence d'im- pulsions lumineuses. Il est important de relever qu'il serait impos- sible de mettre en oeuvre l'invention en utilisant une munition incorporant une source électrique classique, telle qu'une pile amorçable, car une telle source clas- sique ne fournit l'énergie requise qu'au bout d'une durée d'au moins 100 millisecondes. On ne pourrait pro- grammer la munition par voie optique qu'au bout de ce délai et la distance parcourue serait telle que la puis- sance lumineuse requise deviendrait prohibitive et le risque de brouillage excessif. Au contraire, dans le cas de l'invention, on peut utiliser un laser ayant une puisance faible et un champ angulaire d'émission réduit, de l'ordre de 50 mrad, ce qui correspond à un diamètre du faisceau de l'ordre du mètre à 20 mètres de distance; les données de programmation représente une quantité d'information suffisamment faible pour qu'une durée de 20 millisecondes suffise pour les transmettre, ce qui correspond à une distance parcourue de 16 mètres pour un projectile ayant une vitesse initiale de 800 mètres/ seconde. La sécurité obtenue est totale puisque la munition est totalement inerte (sa source électrique n'étant pas chargée) jusqu'à l'instant du tir et que sa fusée est inactive jusqu'à une programmation qui inter- vient alors qu'elle a quitté l'arme. Dans un mode avantageux de réalisation, le tube de l'arme est muni de moyens permettant de mesurer la vitesse de la munition à la sortie. Dans ce cas, une électronique rapide permet de tenir compte de cette vitesse pour l'élaboration des données transmises à la munition, par exemple pour régler le retard à la mise à feu de la charge militaire pour autodestruction. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécu- tion, donné à titre d'exemple non limitatif. La descri- ption se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un montage possible du laser de programmation sur un tube de canon dans un système d'arme suivant l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective mon- trant une disposition relative possible du capteur pho- tosensible de culot et d'un générateur photoélectrique dans une munition constituant un mode particulier de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une vue très schématique en coupe montrant la répartition des composants du disposi- tif de programmation contenus dans la munition de la figure 2; - la figure 4 est un synoptique de principe montrant une constitution possible des circuits de décodage et de mise à feu d'une munition suivant l'invention; - la figure 5 montre une variante de la munition de la figure 2. - L'invention sera décrite dans son application à un système d'arme comprenant l'arme elle-même constituée par un canon dont le tube 10 est seul représenté en fi- gure 1 et des munitions formées chacune d'une charge propulsive (non représentée) et d'un projectile 12 (fi- gures 2 et 3). Le culot du projectile 12 porte, en son centre, un capteur photosensible 14 destiné à recevoir les impulsions lumineuses fournies par un laser 16à impulsions porté par le tube 10. Le capteur 14' est entouré par des cellules photovoltaïques 18 destinées à fournir l'énergie électrique nécessaire au fonctionne- ment de la fusée en empruntant de l'énergie à la combus- tion de la charge propulsive. Pour augmenter la durée de vie des cellules photovoltaiques 18 lors du tir, elles seront protégées par dépôt d'une couche de résine, vi- trification ou tout autre revêtement réduisant l'échauf- fement. Le capteur 14doit être prévu pour n'être pas dégradé par la combustion de la charge propulsive. Pour cela, ce capteur peut être constitué par une photodiode ou un phototransistor recouvert d'un filtre dont la bande passante est centrée sur la longueur d'onde d'émission du laser 16, suffisamment épais pour sous- traire le capteur au flux thermique intense lors du tir. Ce filtre remplit ainsi deux rôles. D'une part, il pro- tège le capteur lors du tir, d'autre part, il augmente le rapport signal à bruit lors de la transmission de messages à partir du laser 16. Le projectile 12 contient encore une fusée élec- tronique 20 programmable munie d'un condensateur (non représenté) de stockage de l'énergie fournie par les cellules 18 et un dispositif de sécurité d'armement 22 qui peut être par exemple un dispositif à alignement de chaîne pyrotechnique. Enfin, le projectile contient une charge mili- taire non représentée et un allumeur de mise à feu 24 qui peut être combiné avec un capteur d'impact de façon que la détonation soit provoquée avec temporisation ou par percussion. Une disposition similaire à celle qui vient d'être décrite est utilisable sur un obus de tout calibre ou sur une roquette. Les circuits de décodage et de mise à feu peuvent avoir la constitution montrée en figure 4 lors- que le paramètre programmé est la durée de vol avant fonctionnement ou autodestruction. Ces circuits comportent des parties communes avec celles du dispositif décrit en détail dans le docu- ment FR-A-2 474 155 auquel on pourra se reporter et ne sont en conséquence que sommairement définis. Comme on l'a déjà mentionné, le projectile est inerte jusqu'au moment du tir et la programmation n'intervient qu'alors qu'il a quitté le tube 10. Pour cette raison, le mode de réalisation illustré en figure 4 ne comporte pas l'accéléromètre classique (céramique piezoélectrique par exemple) destiné à définir un instant initial de chronomètrie sur trajectoire. Cette fonction est remplie ici par le décodage des signaux de programmation. Mais on peut maintenir une chaîne de sécurité classique. Le capteur photoélectrique 14 attaque par un circuit amplificateur de mise en forme classique 36, un ensemble de comptage et décomptage. Suivant la cadence de tir et le calibre, cet ensemble aura une constitution différente. Une solution (non représentée) consiste à programmer la munition en utilisant un mot de n bits, la transmission s'effectuant bit à bit. Dans ce cas on utilisera un mot transportant en plus des données utiles, un en-tête et des bits de détection et/ou de correction d'erreurs. Le mode de réalisation représenté sur la figure 4 est utilisable pour des cadences de tir élevées, ce gui est le cas sur une arme de moyen calibre (35 mm par exemple). Il est alors nécessaire de réduire le plus possible le nombre d'impulsions laser requis à chaque tir pour abaisser la fréquence des impulsions à fournir à une valeur compatible avec la puissance lumineuse de crête requise, de plusieurs watts. La programmation est effectuée par modulation de l'intervalle de temps entre deux impulsions laser émises successivement pendant que le projectile est dans une plage de distance déterminée à partir de l'arme, correspondant à une plage temporelle également déterminée. L'ensemble montré sur la figure 4 comporte une porte ET 38 ne laissant passer les impulsions provenant du capteur 14 que pendant un intervalle de temps prédéterminé après le tir. Pour cela la porte ET 38 reçoit: - le signal de sortie du capteur 14, mis en forme par l'amplificateur 36; - le créneau de sortie inversé d'un monostable de durée t1 (5 ms par exemple); et - le créneau de sortie d'un monostable 42, de durée t2 supérieure à t1 (15 ms par exemple). Les deux monostables 40 et 42 sont par exemple déclenchés par un signal RAZ généré à partir de la mon- tée de la tension de charge du condensateur de stockage. La sortie de la porte ET 38 est reliée aux entrées d'horloge de deux bascules synchrones de type D 44 et 46 respectivement, destinées à détecter respecti- vement la première et la deuxième impulsions de programmation définissant l'intervalle de temps avant explosions. La sortie /Q de la bascule 44 est reliée à l'entrée D tandis que la sortie Q est reliée à une porte ET 48. La seconde entrée de cette porte reçoit le créneau de sortie du monostable 42. Lorsque la sortie de la porte 48 est au niveau haut, elle valide une porte ET qui reçoit les impulsions d'une horloge rapide 52. Sur une munition de moyen calibre, l'accélération au départ du coup est très élevée, de l'ordre de 80 000 g, ce qui est peu compatible avec la tenue des quartz couramment utilisés sur les horloges. Mais on verra plus loin qu'il n'est pas indispensable d'avoir une très grande précision de l'horloge 52, à condition qu'elle reste stable pendant un temps de quelques secondes, c'est-à-dire pendant la durée du vol, ce qui est facile à réaliser à l'heure actuelle. La sortie Q de la seconde bascule 46 est reliée à l'une des entrées d'une porte OU 54 dont l'autre entrée reçoit l'inverse du créneau de sortie du mono- stable 42. La sortie de la porte 54, lorsqu'elle est au niveau haut, valide une porte ET 56 dont l'autre entrée reçoit les impulsions de sortie de l'horloge 52, par l'intermédiaire d'un diviseur 58. Dans l'ensemble montré en figure 4, l'instant de destruction est déterminé par le passage à zéro d'un compteur réversible 60 qui reçoit, sur son entrée de comptage, les impulsions de sortie de la porte 50 et, sur son entrée de décomptage, les impulsions de sortie de la porte 56, à fréquence beaucoup plus faible de sorte de l'intervalle de temps avant destruction peut être un multiple élevé de l'intervalle de temps entre les deux impulsions laser de programmation. La sortie du compteur réversible 60 commande la chaîne de mise à feu 62. Pour assurer la sécurité en cas de mauvais fonc- tionnement, l'ensemble comporte encore une bascule RS 64 et le circuit de mise à feu reçoit le signal de sortie du compteur 60 par l'intermédiaire d'une porte ET 66 qui n'est validée que lorsque la sortie Q de la bascule 64 est au niveau haut. L'entrée de positionnement S de la bascule reçoit le créneau inversé de sortie du mono- stable 40. L'entrée de restauration (reset) R reçoit un signal provenant du compteur 60 lorsque le contenu de ce dernier est égal à une valeur déterminée, par exemple moitié de la capacité du compteur (cette dernière étant supérieure au nombre correspondant à la durée maximale avant mise à feu). A titre d'exemple, pour une munition de moyen calibre dont la vitesse initiale est de 1000 m/s, les valeurs numériques suivantes peuvent être utilisées. Les durées t1 et t2 peuvent être respectivement de 5 ms et ms. Le diviseur 58 par 258 conduit à un temps de vol réel maximal avant explosion de 2,56 s. Le compteur 60 peut avoir une capacité de 212 correspondant à une durée de comptage de 16 ms, largement supérieure à l'intervalle de temps maximum prévu entre les impulsions laser. Le programmateur peut être prévu de façon que l'impulsion laser marquant le début de l'intervalle de temps soit émise 6 ms après le départ du coup, corres- pondant à l'apparition du signal RAZ. La durée t1 de 5ms est suffisante pour éviter les perturbations de fonc- tionnement par des lueurs parasites et notamment par la lueur de bouche. Une plage de programmation de 3 ms con- duirait à émettre la seconde impulsion 9 ms au maximum après l'instant du tir. Le fonctionnement du dispositif est le suivant : au départ du coup, le signal de remise à zéro fait ap- paraitre un front montant sur la sortie des monostables 40 et 42, met au niveau logique 0 les sorties Q des bascules 44 et 46 et remet à 0 le compteur 60. Aussi longtemps que dure le créneau de durée t1 (niveau 1), la sortie Q de bascule 64 est au niveau logique 0. A l'expiration du délai t1, l'entrée S de la bascule 64 et l'entrée de remise à zéro du compteur 60 reviennent à 0. La porte ET 38 se débloque et peut transmettre les impulsions provenant de l'amplificateur de mise en forme 36. Le temps de montée du laser étant extrêmement bref, de quelques nanosecondes, l'instant d'arrivée des impulsions peut être défini de façon extrêmement précise. La transmission aux bascules 44 et 46 de la première impulsion laser, à travers la porte ET 38, provoque: - le passage de la sortie Q de la bascule 44 au niveau 1, puisque l'entrée D est reliée à la sortie /Q, par voie de conséquence, le passage de la sortie Q de la bascule 46 à l'état bas (niveau zéro), car l'entrée D de la bascule 46 est reliée à la sortie Q de la bascule 44. La sortie de la porte 48, étant au niveau haut, permet l'incrémentation du compteur 60 à la cadence de l'horloge 52, à 256 kHz par exemple. Lorsque la seconde impulsion laser est reçue, elle inverse l'état des sorties des bascules 44 et 46. La sortie de la porte 54 passe au niveau haut et valide la porte 56 à travers laquelle arrivent les impulsions de décrémentation du compteur, à une fréquence de 1 kHz dans le cas de l'exemple ci-dessus. Etant donné que la même horloge est utilisée pour le comptage et de décomptage, un manque de précision de cette horloge est sans inconvénient dans la mesure o elle reste stable pendant la durée de vol. Lorsque le compteur 60 repasse à 0, il envoie un signal de déclenchement au circuit de mise à feu 62 à travers la porte ET 66. Si l'intervalle de temps t2 s'est écoulé sans qu'une seconde impulsion laser ait été reçue, c'est le front descendant du créneau du monostable 42 qui inter- rompt l'incrémentation du compteur et provoque sa décrémentation en bloquant la porte 48 et en débloquant la porte 54. La capacité du compteur 60 étant supérieure au nombre d'impulsions correspondant à la durée t2 il ne peut y avoir débordement du compteur. Le rôle de la bascule 64 est double. Dans le cas d'erreur de programmation, se traduisant par un inter- valle de temps entre les deux impulsions inférieur à la distance minimum de vol prévue avant mise à feu, l'im- pulsion de sortie du compteur 60 est émise alors que la porte 66 est encore bloquée: la bascule 64 assure donc la sécurité. Si aucune impulsion d'incrémentation du compteur n'est reçue, la bascule 64 interdit la mise à feu immédiate. Cette mise à feu n'intervient que lorsque l'état de la bascule est inversé du fait que la décré- mentation conduit à une transition sur la sortie inter- médiaire qui est reliée à l'entrée R, par exemple la sortie 26 dans le cas ci-dessus. On voit que la programmation s'effectue par envoi d'impulsions laser sur une longueur de parcours d'environ 9 mètres, ce qui est réalisable sans exiger une puissance lumineuse excessive et permet d'utiliser un laser à semi-conducteur. La fusée reste aveugle jusqu'à 5 ms environ après le départ du coup et à partir de 15 ms environ, soit après 15 m environ de parcours. La partie du dispositif de programmation portée par l'arme peut être similaire à celle décrite dans le document FR-A-2 474 155 déjà mentionnée, si ce n'est qu'il n'y a pas émission d'impulsions qui sont totali- sées mais modulation de l'intervalle de temps entre deux impulsions successives. ll Le dispositif de programmation peut être complé- té pour tenir compte de la vitesse initiale du projec- tile, mesurée par exemple à l'aide de deux capteurs placés en deux emplacements successifs dans la partie terminale du tube de lancement 10. Ce dispositif peut être couplé à un télémètre laser. A partir de la distan- ce de la cible fournie par le télémètre et de la vitesse initiale du projectile, il déterminera, sur une table mémorisée, la durée de vol avant mise à feu. Il est évidemment possible de commander non seulement la durée de vol avant mise à feu, mais aussi d'autres paramètres tels que le retard à la mise à feu après percussion en cas d'impact. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, la source d'énergie électrique, constituée par un condensateur, est chargée par des cellules photovol- talques 18 qui empruntent de l'énergie à la combustion de la charge propulsive. Dans la variante de réalisation montrée en figure 5, les cellules photovoltalques 18a sont réparties angulairement sur la paroi latérale du projectile dans des alvéoles de faible profondeur et elles sont placées en série. Cette disposition rend les cellules pratiquement insensibles à un éclairement directif, tel que celui du soleil. En effet, en cas d'un tel éclairement, les cellules non illuminées ont une résistance très élevée qui limitent à une valeur faible le courant qui les traverse. Mais, dans le cas d'utili- sation sur un canon ou mortier, toute les cellules sont soumises à la lueur de bouche émise à partir d'une zone torique lorsque le projectile libère le tube. Cette disposition présente des avantages: les cellules photovoltaiques sont soustraites à la haute température des gaz de combustion de la charge lors du tir lui-même. La source électrique qui n'est activée qu'alors que le projectile a effectivement quitté le tube et ne peut l'être que dans le cas d'un éclairement qu'on ne trouve qu'à la sortie du tube. La source ne peut donc être mise en tension du fait qu'on a laissé le projectile exposé à une source directive. REVENDICATIONS 1. Munition contenant une fusée programmable de mise à feu et une source d'énergie électrique présentant un temps d'activation suffisamment court pour qu'elle fournisse à la fusée la puissance nécessaire à son fonctionnement au bout d'un temps très bref après le tir de la munition, caractérisée en ce qu'elle porte, à l'arrière, un capteur photosensible (14) disposé de façon à recevoir des signaux lumineux codés provenant de l'arme à partir de laquelle elle est tirée et contient un circuit de décodage des signaux fournis par le cap- teur et de programmation de la fusée en fonction desdits signaux. 2. Munition selon la revendication 1, caractéri- sée en ce qu'elle porte également à l'arrière des cel- lules photovoltaiques (18) de fourniture d'énergie élec- trique à ladite source, constituée par un condensateur de stockage. 3. Munition selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que les cellules (18) entourent le capteur (14). 4. Munition selon la revendication 1, caractéri- sée en ce qu'elle porte également, sur sa paroi latérale, des cellules photovoltaiques (18a) réparties angulairement et placées en série entre elles et avec ladite source, constituée par un condensateur de stockage. 5. Munition selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisée en ce que ledit circuit de décodage comprend un compteur réversible (60), une horloge (52) et des moyens pour détecter des impulsions lumineuses reçues par le capteur (14), provoquer l'in- crémentation du compteur à la cadence d'horloge pendant l'intervalle de temps compris entre deux impulsions luminii,'aes successives puis la décrémentation du comp- teur à une fréquence qui est un sous-multiple de la fréquence d'horloge & partir de la seconde impulsion. 6. Système d'arme comprenant une arme destinée à tirer une munition suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5 à partir d'un tube, caractérisé en ce que un générateur laser (16) simbleauté avec le tube pour que son faisceau coupe la trajectoire de la munition dans une zone comprise entre 5 et 50 mètres, générale- ment 5 à 30 mètres, après la bouche du tube et des moyens de programmation qui, en réponse à l'allumage de la charge propulsive d'une munition, commandent l'émis- sion par le laser d'un message codé de programmation, sous forme d'une séquence d'impulsions lumineuses. 7. Système d'arme selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce que le tube (10) est muni de moyens per- mettant de mesurer la vitesse de la munition à la sortie et en ce que les moyens de programmation sont prévus pour tenir compte de ladite vitesse pour l'élaboration des données transmises à la munition.