هدایت موشک

تاریخچه

طرح‌های مفهومی موشک‌های هدایت شونده حداقل به جنگ جهانی اول، با ایدهٔ کنترل هواپیمای انتحاری از راه دور به سمت هدف برمی گردد.
در جنگ جهانی دوم، اولین موشک‌های هدایت شونده به عنوان بخشی از پروژه آلمانی V-weapons توسعه داده شدند. علاوه بر این پروژه، پروژه رفتارگرایانه Pigeon که متعلق به آمریکاست که بر روی توسعه یک سیستم هدایت موشکی مبتنی بر کبوتر بود.
اولین موشک بالستیک آمریکایی با هدایت اینرسی و دقت بالا موشک کوتاه برد Redstone بود.

ارسال دستورات تا آخرین نقطه در دیدرس (CLOS)

سیستم CLOS تنها از مختصات زاویه‌ای بین موشک و هدف برای اطمینان از برخورد استفاده می‌کند. این نوع موشک‌ها ساخته شده‌اند تا در خط دید بین پرتاب و هدف (LOS) قرارگیرند، و هر انحراف موشک از این خط را اصلاح کنند. از آنجایی که بسیاری از انواع موشک‌ها از این سیستم هدایت استفاده می‌کنند، معمولاً آن‌ها را به چهار گروه تقسیم می‌کنند: یک نوع خاص از راهنمایی و ناوبری که در آن موشک همیشه فرمان را در خط دید (LOS) بین واحد ردیابی و هواپیما دنبال می‌کند به عنوان خط فرمان (CLOS) یا راهنمایی سه نقطه شناخته می‌شود. این سیستم به این صورت کار می‌کند که موشک تا نزدیکترین حد امکان در LOS تا هدف  کنترل می‌شود. این فرایند پس از قفل کردن روی موشک برای انتقال سیگنال‌های هدایت از کنترل‌کننده زمین به موشک صورت می‌گیرد. راهنمایی CLOS است که بیشتر در سیستم‌های دفاع هوایی و ضد تانک برد کوتاه استفاده می‌شود.

هدایت دستی در میدان دید (MCLOS)

در این متد هر دو ردیابی هدف و ردیابی و کنترل موشک به صورت دستی انجام می‌شود. اپراتور پرواز، پرواز موشک را تماشا می‌کند و از یک سیستم سیگنال دهی برای هدایت موشک به خط مستقیم بین اپراتور و هدف ("خط دید") استفاده می‌کند. این معمولاً فقط برای اهداف آهسته مفید است، جایی که "هدایت" قابل توجهی لازم نیست. MCLOS یک زیرمجموعه از سیستم‌های هدایت فرمان است. در مورد بمب‌های هدایت شونده یا موشک‌های ضد کشتی یا موشک‌های مافوق صوت در برابر بمب افکن‌های کم سرعت مثل B-17، این سیستم کار می‌کرد، اما با افزایش سرعت، MCLOS برای بسیاری از نقش‌ها بی‌فایده بود.

خط فرمان نیمه دستی در میدان دید(SMCLOS)

در این متد رهگیری هدف خودکار است، درحالیکه رهگیری موشک و کنترل آن دستی است.

خط فرمان نیمه اتوماتیک در میدان دید(SACLOS)

در این متد ردیابی هدف دستی است، اما ردیابی و کنترل موشک به صورت خودکار است. شبیه به MCLOS است اما برخی از سیستم‌های اتوماتیک موشک را در خط سیر به سمت هدف قرار می‌دهند، درحالیکه اپراتور به راحتی هدف را دنبال می‌کند. مزیت SACLOS در این است که اجازه می‌دهد، موشک از نقطه‌ای نامرئی برای کاربر شروع به حرکت کند، و همچنین به‌طور قابل ملاحظه‌ای راحت‌تر عمل کند. این شایع‌ترین شکل هدایت در برابر اهداف زمینی مانند تانک‌ها و پناهگاه‌ها است.

خط فرمان خودکار در میدان دید(ACLOS)

هر سه عمل رهگیری هدف، رهگیری موشک و کنترل آن اتوماتیک هستند.

خط فرمان خارج از میدان دید(COLOS)

این سیستم عمدتاً در موشک‌های ضدهوایی وجود دارد. یکی از اولین متد هاست و هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این سیستم، ردیاب هدف و موشک می‌توانند در جهات مختلف نسبت به هم قرار گیرند. سیستم هدایت اصابت موشک به هداف را با قرار دادن هر دو در فضا تضمین می‌کند. این به این معنی است که آن‌ها تنها بر روی مختصات زاویه‌ای مثل سیستم‌های CLOS تکیه نمی‌کنند. آن‌ها به مختصات دیگری نیاز دارند که فاصله هستند. برای اینکه این امکان‌پذیر باشد، هر دو رهگیر هدف و موشک باید فعال باشند. آن‌ها همیشه اتوماتیک هستند و رادار به عنوان تنها حسگر در این سیستم‌ها استفاده می‌شود. در استاندارد SM-2MR موشک در فاز میانی به صورت اینرسی هدایت می‌شود، اما از طریق سیستم COLOS و همچنین رادار AN/SPY-1 که توسط پلتفرم پرتاب تهیه شده نیز پشتیبانی می‌شود.

(Line-Of-Sight Beam Riding Guidance (LOSBR

LOSBR از نوعی پرتو رادیویی "beam"، عموماً رادار، لیزر یا رادیو استفاده می‌کند که روی هدف متمرکز شده‌است و آشکارسازهای عقب موشک آن را در مرکز پرتو قرار می‌دهد. سیستم‌های پرتو عموماً از نوع SACLOS هستند اما الزامی در آن نیست. در سیستم‌های دیگر، پرتو بخشی از یک سیستم ردیابی خودکار رادار است. یک مورد در نسخه‌های بعدی موشک RIM-8 Talos که در ویتنام مورد استفاده قرار می‌گرفت، به کمک پرتوهای رادار روی هدف در ارتفاع بالا قفل می‌کند و سپس به تدریج به‌طور عمودی روی هدف قرار می‌گیرد. برای دقت بیشتر SARH نیز روی آن نصب شده که در لحظات آخر برخورد واقعی را رقم می‌زند. این سیستم به خلبان دشمن این امکان را می‌دهد تا متوجه شود که توسط رادار هدایتگر موشک نشانه‌گیری شده‌است. این یک تمایز مهم است، به عنوان یک ماهیت تفاوت سیگنال‌ها، و به عنوان یک نشانه برای اقدام به فرار استفاده می‌شود.
LOSBR از ضعف ذاتی ناپایداری رنج می‌برد و دامنه آن با افزایش دامنه پرتو گسترش می‌یابد. سیستم‌های هدایت لیزری در این مورد دقیق تر هستند، اما همگی کوتاه بردند، و حتی لیزر نیز در وضعیت جوی ناپایدار آسیب می‌بیند. از سوی دیگر، دقت SARH با نزدیک شدن به هدف افزایش می‌یابد؛ بنابراین این دو می‌توانند مکمل یکدیگر باشند.

ناوبری نسبی

(همچنین به عنوان PN یا Pro-Nav نامیده می‌شود) یک قانون راهنمایی (مشابه کنترل متناسب) است که توسط برخی موشک‌های هدف هوائی استفاده می‌شود [۷]. این بر اساس این واقعیت است که دو شی در یک دوره برخورد، زمانی که جهت مستقیم از خط خود را تغییر نمی‌کند. PN می‌گوید که بردار سرعت موشک باید با سرعت متناسب با سرعت چرخش خط دید (نرخ خط از میزان یا نرخ LOS) و در همان جهت چرخش حرکت و چرخش کند.

آشیانه‌یابی فعال

آشیانه‌یابی فعال با استفاده از یک سیستم راداری انجام می‌شود که بر روی موشک قرار گرفته‌است. به‌طور معمول، سیستم‌های الکترونیکی در موشک، رادار را به‌طور مستقیم در هدف قرار می‌دهد و موشک به زاویه خط مرکزی خودش نگاه می‌کند تا خود را هدایت کند. رادار اطلاعات هدف را به دست آورده و مسیر حرکت موشک را با توجه به آن مشخص می‌کند. از آن‌جا که برای افزایش دقت رادار به آنتن بزرگتری نیاز است و با توجه به این نکته که اهداف کوچک بازتاب راداری کمتری دارند و همچنین با در نظر گرفتن هزینه زیاد این سیستم، این نوع موشک‌ها فقط برای حمله به اهداف بزرگ و باارزش کاربرد دارند. برای مثال موشک‌های ضدکشتی معمولاً از این سیستم هدایتی استفاده می‌کنند. موشک‌های هوابه‌هوای «شلیک و بعد هیچ» مثل آمرام، ایم-۵۴ فینیکس و آر-۷۷ هم این سیستم هدایتی را به کار می‌گیرند.

آشیانه‌یابی نیمه فعال

در این روش یک رادار در سکوی پرتاب موشک یا جای دیگری هدف را مورد تابش امواج خود قرار داده به اصطلاح روی آن قفل می‌کند. موشک هم به یک دریافت‌کننده امواج رادار مجهز شده تا وقتی بازتاب امواج رادار به آن رسید به سوی منبع انعکاس برود. از آن‌جا که در این سیستم نیازی به قرار دادن رادار در موشک نیست وزن و هزینه ساخت موشک به‌طور قابل توجهی کاهش پیدا کند؛ و این باعث شده که این روش در موشک‌های هوابه‌هوا و موشک‌های سطح‌به‌هوا بسیار رایج باشد. نقطه ضعف این سیستم این است که هواپیمایی که چنین موشکی را شلیک می‌کند بایستی به دنبال هدف رفته و رادار خود را بر روی آن نگه دارد و این ممکن است آن را در خطر اصابت موشک‌های گرمایاب آن هواپیما قرار دهد.
هدایت لیزری هم یک نوع هدایت غیرفعال است با این تفاوت که به جای امواج رادار از امواج لیزر برای نشانه‌گذاری هدف استفاده می‌شود. با توجه به اینکه هدایت لیزری معمولاً توسط هواپیماها علیه اهداف زمینی استفاده می‌شود، محل هدایت و محل شلیک موشک می‌توانند کاملاً مجزا از هم باشند مثلاً نیروهای زمینی که در محل مناسبتری قرار دارند می‌توانند نشانه‌گذاری لیزری را انجام داده و موشکی که توسط هواپیما یا بالگرد خودی شلیک شده را به سوی هدف هدایت کنند.

آشیانه‌یابی انفعالی

آشیانه‌یابی فروسرخ یک سیستم انفعالی است از این جهت که موشک با دریافت امواج فروسرخ ساطع شده از هدف برای تشخیص و اصابت به آن استفاده می‌کند. این روش که به «هدایت گرمایاب» هم معروف است برای اهدافی که گرمای زیادی را از خود ساطع می‌کنند مثل موتورهای جت بسیار کارساز است و تا حد کمتری علیه خودروهای زمینی هم کارایی دارد. در این روش به یک دوربین تلویزیونی برای تصویربرداری نیاز است تا با گرمانگاری از محیط پیش روی موشک محل انتشار گرما را مشخص کند. موشک‌های گرمایاب فقط در مسافت‌های کوتاه قابل استفاده هستند و و اولین انتخاب برای موشک‌های سطح‌به‌هوا و هوابه‌هوای کوتاه‌برد محسوب می‌شوند.

Re transmission homing

بازگشت مجدد که به نام Track Via Missile یا TVM نیز نامیده می‌شود، ترکیبی بین هدایت توسط فرماندهی، آشیانه یابی رادار نیمه فعال و آشیانه یابی رادار فعال است. این موشک، امواج رادیویی که توسط رادار رهگیری پخش می‌شود، را ردیابی می‌کند و به ایستگاه رهگیری ارسال می‌کند، تا این ایستگاه دستورات را به موشک بازگرداند.

هدایت پیش‌فرض

هدایت پیش‌فرض ساده‌ترین نوع هدایت موشک است. در این متد قبل از شلیک فاصله و جهت به سمت هدف تعیین می‌شود و این اطلاعات در سیستم هدایت موشکی برنامه‌ریزی شده‌است، که در طی پرواز موشک طبق این مسیر مانور می‌دهد. تمام اجزای سیستم هدایت (ازجمله سنسورها مانند شتاب سنج یا ژیروسکوپ) در داخل موشک قرار می‌گیرند، و هیچ اطلاعاتی از خارج (مانند دستورالعمل‌های رادیویی) مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. V-2 یک نمونه از موشک‌هایی که از هدایت پیش‌فرض استفاده می‌کنند.

هدایت اینرسی

هدایت اینرسی از ابزارهای اندازه‌گیری حساسی برای محاسبه مکان موشک استفاده می‌کند. این سیستم از شتاب و نقطهٔ مشخص استفاده می‌کند تا مکان جدید را پیدا کند. سیستم‌های مکانیکی اولیه خیلی دقیق نبودند و نیاز به نوعی تنظیم خارجی داشتند تا بتوانند اهدافشان حتی اگر به اندازه یک شهر باشند اصابت کنند. سیستم‌های مدرن از ژیروسکوپ‌های لیزر حالت جامد استفاده می‌کنند که خطای آن‌ها در ۱۰۰۰۰ کیلومتر کمتر از یک متر است، و نیازی به ورودی بیشتری ندارد. توسعه ژیروسکوپ در AIRS روی موشک MX به اوج خود رسید، این سیستم به ما اجازه می‌دهد تا موشک‌های قاره‌پیما با خطای کمتر از ۱۰۰ متر بسازیم. بسیاری از هواپیماهای غیرنظامی از ناوبری اینرسی استفاده می‌کنند که دقت کمتری نسبت به سیستم‌های مکانیکی ICBM موجود دارند، با اینحال این ابزار ارزان قیمت می‌توانند به دقت ابزارهای موجود برای اصلاح تعیین موقعیت کمک کنند (این سیستم‌ها زمانی رواج پیدا کردند که اکثر هواپیماهای مهم مانند ۷۰۷ و ۷۴۷ طراحی شده بودند و GPS به‌طور کامل تجاری‌سازی نشده بود). امروزه سلاح‌های هدایت شده می‌توانند از ترکیبی از GPS، اینرسی و رادار نقشه‌برداری زمینی برای دستیابی به سطوح بسیار بالایی از دقت استفاده کنند. همان‌طور که در موشک‌های کروز مدرن یافت می‌شود.
هدایت اینرسی برای هدایت اولیه موشک بسیار مورد مطلوب است، چراکه هیچ سیگنال خارجی وجود ندارد که بتوان آن را مسدود کرد. علاوه براین، دقت نسبتاً کم این روش برای هدایت موشک‌های با کلاهک‌های بزرگ هسته‌ای مشکلی نخواهد بود.

هدایت اینرسی-فضایی (وابسته به اشکال فلکی و …)

هدایت اینرسی-فضایی یک همگام‌سازی حسگرهای اینرسی با ناوبری آسمانی است. این روش معمولاً روی موشک‌های بالستیکی که از زیردریایی شلیک می‌شوند استفاده می‌شود. برخلاف موشک‌های قاره‌پیمای سیلوپایه که از یک نقطه ثابت شلیک می‌شوند و به همین دلیل می‌توانند از آنجا به عنوان یک مرجع استفاده کنند، SLBMها از یک زیردریایی در حال حرکت پرتاب می‌شوند، که پیچیدگی محاسبات ناوبری لازم و احتمال خطای دایره‌ای را افزایش می‌دهد. این هدایت ستاره‌ای اینرسی به منظور اصلاح خطاهای کوچک مکان و سرعت که ناشی از عدم قطعیت موقعیت و سیستم ناوبری زیردریایی است و همچنین خطاهایی که در طول پرواز به علت کالیبراسیون ناقص دستگاه وجود دارد استفاده می‌شود.
نیروی هوایی آمریکا به دنبال یک سیستم ناوبری دقیق برای حفظ دقت مسیر و رهگیری در سرعت‌های بسیار بالا، یک سیستم اینرسی_فضایی ANS طراحی و توسعه داده‌است، که می‌تواند خطاهای سیستم ناوبری اینرسی را با مشاهده اجرام آسمانی اصلاح کند.
این سیستم از موقعیت ستاره‌ها برای تنظیم دقت سیستم هدایت اینرسی بعد از پرتاب استفاده می‌کند. از آنجاییکه دقت هدایت یک موشک وابسته به دانستن موقعیت دقیق موشک در هر لحظه از پرواز است، این نکته که ستاره‌ها یک مرجع ثابت هستند می‌تواند به‌طور بالقوه بسیار مفید باشد و دقت را افزایش دهد.
در سیستم موشکی Trident این اطلاعات توسط یک دوربین تکمیل شده که این دوربین موقعیت ستاره را بررسی می‌کند و اگر در جایی که مورد انتظار است قرار نداشت مشخص می‌شود که سیستم اینرسی دقیقاً بر روی هدف نیست و تصحیح می‌شود.

هدایت زمینی

TERCOM «تطبیق کانتور زمین» از نقشه‌های ارتفاع نوار زمین از سایت پرتاب تا هدف، و مقایسه آن‌ها با اطلاعاتی که از رادار سنجش ارتفاع موقعیت خود را مشخص می‌کند. سیستم‌های TERCOM پیچیده‌تر می‌توانند به جای حرکت روی یک مسیر مستقیم موشک را در یک مسیر پیچیده روی نقشه سه بعدی حرکت دهند. TERCOM یک سیستم معمول برای هدایت موشک‌های کروز است اما توسط سیستم‌های GPS , DSMAC و تطبیق دهندهٔ صحنه دیجیتال جایگزین می‌شود، که برای این کار به یک دوربین جهت مشاهده منطقه و دیجیتال کردن آن اطلاعات و مقایسه آن با صحنه‌های ذخیره شده در یک کامپیوتر برای هدایت موشک به سمت هدف نیاز است.
DSMAC معروف است به اینکه تخریب یک ساختمان برجسته مشخص شده روی نقشه داخلی سیستم (همانند موشک‌های بالستیک پیشین) ناوبری آن را مختل می‌کند.