V-2
היסטוריית פיתוח > פיתוח מערכת הבקרה

אחד ההיבטים המאתגרים בתכנון ה־V-2, היה המידור בפרויקט הפיתוח מחד גיסא, ומאידך הצורך בתיאום בין הצוותים האחראים על פיתוח הרכיבים השונים - תכנון כל רכיב ומאפייניו היה חייב להיעשות בתיאום עם תכנון רכיב אחר. הפיתוח החל בטרם הייתה תמונה כללית של הטיל. לכן היה צורך בתיאום תמידי בין צוותי הפיתוח. תכנון מערכת הבקרה הוא דוגמה כזאת, שכן אליו התנקזו כל התוצאות התאורטיות והמעשיות של הצוותים השונים.
טיל ה־V-2 היה אמור לשאת ראש קרב במשקל 1,000 קילוגרם למרחק של 250–320 קילומטר ביעף בליסטי ללא הנעה, לאחר שדחף המנוע תם. חישובים מתמטיים הראו שהטווח המקסימלי עבור מהירות נתונה ברגע כיבוי המנוע מתקבל עבור זווית נטייה של 41 מעלות ביחס לאופק. בגלל המשקל ההתחלתי שלו, כ־12.5 טון, משגר נטוי יהיה כבד מדי להובלה, לכן נבחר שיגור אנכי לפני הקרקע. לפיכך הטיל שינה את כיוון ההטיה שלו במהלך מעופו מרגע ששוגר אנכית; לשם כך חוג בקרה, שכונה בקרת עלרוד (pitch control), נדרש. היה צורך בחוג בקרה נוסף כדי לשלוט על סטיית הטיל בכיוון ניצב למישור התנועה הדרוש שלו. חוג בקרה שלישי נדרש כדי לשלוט בנטייה הטבעית של הטיל להסתובב סביב צירו בשל אי דיוקים מבניים בייצור הטיל.
הקושי המרכזי בתכנון חוגי בקרה מתאימים היה השינוי הדרסטי במאפיינים האווירודינמיים של הטיסה; מהירות הטיל וצפיפות האוויר השתנו במספר סדרי גודל, הכוחות האווירודינמיים השתנו משמעותית ואילו המרחק בין מרכז הכובד ומרכז הכוח האווירודינמי (pressure centre) השתנה בפקטור של 10. דרגת המשוב שנבחרה בחוגי הבקרה הייתה כה גבוהה שהאותות במעגל הבקרה שוככו כבר בתוך קבוע הזמן של הבקר (כלומר חריגות קטנות בתנועת הטיל טופלו כבר בשלב מוקדם, לכן הטיסה הייתה "חלקה"). ארבע שניות לאחר השיגור, הטיל החל לפנות בקצב משתנה (על תפקיד זה אחראית בקרת העלרוד), כך שהשלים פנייה של 49 מעלות מהציר האנכי כעבור 54 שניות בערך (השינוי בקו האופק במהלך פניית הטיל זניח). פנייה זו הושגה באמצעות מערך של פוטנציומטר מסתובב ומנגנון סרוו שקיבל משוב מן הפוטנציומטר על ההבדל בין הזווית בין ציר הטיל והציר האנכי וזווית העלרוד הרצויה. הפוטנציומטר המעגלי הסתובב בדפוס מסוים המחקה את דפוס בקרת העלרוד הרצויה של הטיל, ומנגנון הסרוו בתורו אחראי על הנעת משטחי ההיגוי כך שמוצא הפוטנציומטר יתאפס (ובכך לשמור על כיוון ציר הטיל בכיוון התנועה הרצוי). בדרך זו זווית ההתקפה של הטיל נשמרה תמיד מתחת ל־3 מעלות. הכנפיים האווירודינמיות של ה־V-2 שימשו לא רק לייצוב פסיבי של הטיל אלא גם לייצוב אקטיבי שלו - הן נוהגו כדי לשלוט בשינויים קטנים המתפתחים באוריינטצית הטיל; אולם כיוון שעיקר התמרון של הטיל התרחש בגובה רב, לא היה להן תפקיד מרכזי בניהוג מרכז המסה של הטיל; את תפקיד זה מילאו הגאי הסילון שבבסיס הטיל.
תיאור סכמטי של מערכת הבקרה של ה־V-2 הוא כדלקמן: מערכת ניווט אינרציאלית (INS) הורכבה ממדי תאוצה למדידת התאוצה הליניארית של הטיל בכל אחד מהצירים (במהלך פיתוח מערכת הבקרה הוצעו מספר סוגים שונים של מדי תאוצה; אחד הפתרונות הטובים ביותר שנמצאו עשה שימוש בעקרונות אלקטרומגנטיים), ומפלטפורמה גימבלית עליה מוצבים שלושה גירוסקופים אשר האוריינטציה הקבועה שלהם במרחב (לפי עקרון אינרציית הגירוסקופ) שימשה כמסגרת ייחוס ממנה ניתן לקבוע את התאוצות הזוויתית של הטיל בכל אחת מדרגות החופש שלו. את האינטגרציית התאוצות לכדי מיקום ואוריינטציה עכשוויים ביצע רכיב אלקטרומכני קריטי ייעודי הנקרא אינטגרטור כדור ודיסקה, המסוגל לבצע אינטגרציה רציפה בַזמן של נתוני חיישני התאוצה (אף כי דגמים שונים של הטיל עשו שימוש במערכות שונות; בפרט היו דגמים שעשו שימוש בתא אלקטרוליטי שביצע את האינטגרציות). השימוש בנתוני המיקום והאוריינטציה כדי להפיק פקודות אנלוגיות מתאימות לניהוג הטיל הייתה המשימה הראשית של המחשב האנלוגי של הטיל, שכונה "Mischgerat" או "mixing device" (שנבנה לפי תאוריית היציבות הרקטית שפותחה בפנמינדה). מנגנון הידראולי שימש כדי להוציא לפועל את פקודות המחשב ולהפעיל מומנט על כנפוני ההיגוי. ניתן לדמיין את תהליך הניהוג של הטיל כך: הגאים אווירודינמיים וסילוניים 1 ו־3
שולטים על האוסצילציות והכיוון בציר הסבסוב (ובכך מכתיבים את מישור התנועה של הטיל), הגאים סילוניים 2 ו־4 שולטים על התנועה בציר העלרוד, ואילו הגאים אווירודינמיים 2 ו־4 פועלים בפאזות מנוגדות וכך שולטים על הגלגול של הטיל (תפקידם לרסן את הגלגול). האיכות הלא גבוהה של מנגנון ההיגוי ההידראולי הייתה ככל הנראה הסיבה העיקרית לדיוק הנמוך יחסית של הטווח הבליסטי של הטיל.
כדי לשלוט על רגע כיבוי המנוע, פותחה מערכת עקיבת מכ"ם מתאימה (Lorenz Leitstrahstellung) על ידי ד"ר פרידריך קירשסטיין מסימנס. הצורך במערכת כזאת, שחייבת להיות בעלת כושר הבחנה גבוה בתדר (כדי לקבוע את מהירות הטיל במדויק; שגיאות קטנות במדידת המהירות ברגע כיבוי המנוע מתפתחות לאחר 4 הדקות של המעוף הבליסטי של הטיל לסטייה גדולה במיקום הפגיעה שלו), התברר לאחר שמערכת הניווט הגירוסקופית של הטיל הוכיחה את עצמה כלא מדויקת מספיק לקביעת מהירות הטיל ורגע כיבוי המנוע, זאת בשל אי דיוקים האופייניים לכל מערכות הניווט האינרציאליות. המערכת שימשה למעקב אחרי הטיל בניסויי שיגור, ועשתה שימוש באפקט דופלר כדי למדוד את מהירות הטיל בכיוון קו הראייה מן התחנה אליו. על מנת למדוד ישירות את מהירות הטיל, המערכת הוצבה על הקרקע בנקודה ממנה הטיל נראה כנע לאורך אלומת המכ"ם ברגע כיבוי המנוע (הנקודה חושבה על פי פרופיל הטיסה הרצוי מהטיל), כך שאפקט דופלר מדד למעשה את מהירות הטיל עצמה. כשמהירות הטיל חלפה דרך ערכה הרצוי, סיגנל שודר מן התחנה שהפעיל את מנגנוני הפסקת הפעולה של הטיל.