DE2264243A1 - Lasergesteuertes geschoss - Google Patents

Description

"Lasergesteuertes Geschoß"

1 Die Verwendung verschiedener Geschosstypen gegen bemannte und unbe-

2 mannte Flugzeuge hat eine lange Tradition. Die Einfuehrung von

3 Schnellfeuerwaffen im Verlaufe des zweiten Weltkrieges zeigte eine

4 Aenderung in der Waffenwirksamkeit an. Geschosse von 20 - 40 mm

5 Kaliber wurden mit Erfolg gegen alle Arten von Flugzeug-Zielen ein-

6 gesetzt.
7

8 In letzter Zeit hat die Wirksamkeit solcher Waffen im Einsatz gegen

9 bemannte Flugzeuge, fuehrerlose Strahltriebwerke oder gegen Flugzeuge 10 mit Fluessigkeitsraketenantrieben jedoch nachgelassen.

12 Dafuer sind drei Faktoren verantwortlich: Erstens, die Geschwindigkeit

13 der verschiedenen Flugzeuge ist erheblich hoeher als im zweiten WeIt-

14 Krieg (naemlich ca. 1000 Stundenkilometer verglichen mit ca. 480 km/Std.).

15 Zweitens, die Flugzeuge sind heute manchmal fuehrerlos, haben automati-

16 sehe Zielsuchsysteme und sind sehr viel stabiler gebaut, was sie fuer

17 Geschoss-Einschlaege weniger anfaellig macht. Drittens, sogar mit den

18 heutigen groesseren Schusswerten der Gatling-Geschuetze ist die Streu-

19 ung oder der durchschnittliche Winkelfehler, den man bei einer stati-

20 stischen Auswertung verschiedener von dem Geschuetz gefeuerter Geschoss-

21 typen erhaelt, normalerweise zu gross, um genuegend Treffer zu erzielen. 22

23 Diese Erfindung befasst sich mit einem relativ einfachen und doch wirk-

24 samen Geschoss- oder Flugkoerper-Lenksystem, das entwickelt wurde, um

25 den Dispersionsfehler zu verkleinern und damit eine groessere Treffer-

26 anzahl fuer alle beliebigen Ziele zu erreichen, und folglich ein wirk-

27 sameres Mittel zur Zerstoerung solcher Ziele zu erhalten. Obwohl Flug-

28 zeugziele eine typische Anwendung sind, fuer die dieses Lenksystem be-

29 sonders brauchbar und nuetzlich waere, koennen Boden- oder Marine-Ziele

30 ebenfalls wirksamer angegriffen werden.
31

32 Viele Lenksysteme sind fuer Flugkoerper und Geschosse vorgeschlagen

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1 worden. Im Falle von Geschossen sind die meisten bekannten Systeme

2 nur fuer groessere Kaliber anwendbar (groesser als 3" Durchmesser),

3 wogegen die optimalen Kaliber fuer die Schnellfeuergeschuetze nor-

4 malerweise unter 40 mn liegen. Daraus ergibt sich ein Bedarf fuer

5 ein Lenksystem, das - um eine praktische Verbesserung darzustellen -

6 sowohl fuer grosse und kleine Kaliber anwendbar ist und darueberhinaus

7 kompakt und leicht, einfach und zuverlaessig in der Konstruktion und

8 niedrig in den Herstellungskosten ist. In der folgenden Beschreibung

9 bezieht sich das System ausgesprochen auf ein Geschoss, das von einem

10 Geschuetz abgefeuert wird. Die Erfindung ist jedoch auch fuer die

11 Lenkung einer Spinrakete oder eines anderen Flugkoerpers anwendbar,

12 und das Wort "Geschoss", soweit es in der folgenden Beschreibung ver-

13 wendet wird, sollte so verstanden werden, dass es Spinraketen oder

14 ändere Flugkoerper einschliesst. 15

16 Abb. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Geschosses mit dem Lenksystem.

17 Das in dieser Beschreibung benutzte Kaliber ist 37 mm, da dieses -

18 bezogen auf Groesse und Gewicht - das Lenksystem leicht aufnehmen

19 kann; es koennen jedoch auch groessere oder kleinere Geschosse ver-

20 wendet werden. Bei der fuer die Beschreibung dieser Erfindung benutzten

21 Munitionstype handelt es sich grundsaetzlich um ein mit Hochexplosiv-

22 stoff gefuelltes Leuchtspurgeschoss mit einem Kopfzuender. 23

24 Diese Erfindung bezieht sich also auf eine Methode zur Lenkung eines

25 Geschosses im Fluge, wodurch die natuerliche Streuung oder Dispersion

26 einer Anzahl nacheinander abgefeuerter Geschosse erheblich reduziert

27 und eine erhoehte Trefferanzahl erreicht wird. Das hauptsaechliche

28 Ziel dieser Erfindung ist es, ein ausreichend einfaches, kleines und

29 leichtes System zu erstellen, mit dem ein Kleinkalibergeschoss von 20,

30 35 oder 37 mm Durchmesser unter Benutzung eines Laser-Strahles effek-

31 tiv in ein Ziel gelenkt werden kann. 32

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1 Es wird angenommen, dass das Geschoss bis zum Ziel verfolgt werden

2 kann, z.B. durch Doppler-Radar oder mittels passiver optischer

3 oder infraroter Verfolgung unter Verwendung der Strahlungsquellen

4 im Geschoss. Dieses Verfolgungsystem wuerde die fuer die richtige

5 Einstellung des lenkenden Laserstrahles erforderlichen Informationen

6 liefern, mit Hilfe einer Servobetaetigung, um die Berechnung des

7 richtigen Voreilwinkels fuer die optimale Zielerfassung durch das

8 Geschoss oder den Geschoss-Strom zu ermoeglichen. Solche Systeme

9 befinden sich in einer praktischen Entwicklungsstufe. Die Berech-

10 nung der Geschoss-Flugbahn einschliesslich der negativen Beschleu-

11 nigung bedingt durch den Luftwiderstand, die Berechnung der Ziel- \

12 position einschliesslich des Voreilwinkels usw. und die Bestimmung

13 der optimalen Zielrichtung ist direkt und einfach und beschraenkt

14 sich auf das Uebliche, das hier keiner weiteren Erklaerung fuer

15 solche Leser bedarf, die in dieser Hinsicht eine gewisse Vorbildung

16 mitbringen.
17

18 Ein anderer Gegenstand dieser Erfindung befasst sich mit der Aus-

19 nutzung des Lichtes eines kollimierten, zirkulär abtastenden Laser-

20 Strahles mit rechteckigem oder anders geformtem, geeigneten Quer-

21 schnitt, der einem kompakten Fuehlsystem innerhalb des Geschosses

22 in solcher Weise eine Richtungsinformation gibt, dass dem Geschoss

23 eine genuegende Lenkung erteilt wird, durch die es mit groesserer

24 Wahrscheinlichkeit das Ziel trifft.
25

26 Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, mit Hilfe eines

27 zirkular-abtastenden Laserstrahles mit recheckigem oder anderem

28 geeigneten Querschnitt und eines Rechners, der so mit den spezifi-

29 sehen ballistischen Daten eines bestimmten Geschosses und dessen

30 gemessener Anfangsgeschwindigkeit programmiert ist, dass dem Geschoss

31 eine optimale Lenkung erteilt wird unter Beruecksichtigung der stati-

32 stischen Geschoss-Streuung in der ungefaehren Zielrichtung des Laufes

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1 oder der Laeufe des Geschuetz-Systemes. 2

3 Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, durch intermittierende

4 Modulation oder durch Pulsation von verschiedenen Wellenlaengen

5 innerhalb des Laserstrahles, entweder durch Amplitudenmodulation

6 oder mit Hilfe einer verschluesselten Folge, einen Gegenmassnahmen-

7 sicheren Laserstrahl zu erstellen.
8

9 Solche Signale werden durch die Erdatmosphaere in interessierenden

10 Bereichen mit grosser Wahrscheinlichkeit gesendet. Zu dieser In-

11 formation wuerde u.a. der Geschosswinkel vom Zentrum des Laserstrahles

12 gehoeren, wobei der genannte Winkel von einer projektierten Vertikalen

13 in einer Ebene senkrecht zu dem Strahl und durch das Geschoss hindurch-

14 gehend gemessen wird; ausserdem eine vertikale Bezugslinie durch Ab-

15 tastung der Intensitaet des Magnetfeldes der Erde am Laser und am

16 Geschoss unter Verwendung einer rotierenden Helmholtzschen Spule an

17 beiden Stellen. Darueberhinaus ist es Gegenstand der Erfindung, die

18 Moeglichkeit fuer kleine Geschwindigkeitsaenderungen des Geschosses

19 in einer Richtung, die entweder mit der Bewegungsrichtung des Geschos-

20 ses auf seiner Flugbahn uebereinstimmt oder senkrecht dazu verlaeuft,

21 zu erstellen; dies geschieht mit Hilfe von kleinen optischen Detek-

22 toren, Filtern, lichtempfindlichen Zellen und einer magnetischen HeIm-

23 holtzschen Spule in Verbindung mit fuer diesen Zweck geeigneten, kom-

24 pakten und zuverlaessigen integrierten Miniaturschaltungen fuer die

25 Ausloesung eines oder mehrerer diskreter Radialimpulse, die durch die

26 Beschleunigung der kleinen Massen unter Verwendung von Treibstoffen

27 oder hochexplosiven Energiestoffen produziert werden. 28

29 Dieser und andere Gegenstaende der Erfindung duerften fuer Fachleute

30 auf den Gebieten der Laserstrahlung, Geschuetzkunde, Raketentechnik

31 und Geschuetz-Regelsysteme unter Beruecksichtigung der folgenden Be-

32 Schreibung und Abbildungen eines Systemes, das die Erfindungsprinzi-

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1 pien anwendet, leicht verstaendlich sein. 2

3 Um die Beschreibung des Systemes so einfach wie moeglich zu halten,

4 wird sowohl ein bestimmes Geschoss als auch ein bestimmtes Laser-

5 Strahlungssystem gewaehlt, und auch eine bestimmte Anzahl von Len-

6 kungs-Wellenlaengen, Impulsen, usw.; es versteht sich jedoch, dass

7 das System ebenfalls fuer andere Geschuetzkaliber, andere Laser-

8 Wellenlaengen, andere Verkodungen der Lenkungsimpulse und bestimmte

9 andere Auslegungen des fuer die Lenkung benutzten Laserstrahles, etc. 10 verwendet werden kann.

12 Fuer eine gegebene Zielsituation eines Geschuetzes ist die Ballistik

13 des Geschosses sehr genau bekannt; jedoch werden diese Daten von

14 willkuerlichen Faktoren wie geringfuegige Unterschiede in der Wirk-

15 samkeit der Zuendladung, Geschossform und -masse, Reibungskraefte

16 beim Austritt des Geschosses aus dem Geschuetzrohr, durch kleine

17 Unterschiede in der Reibungskraft bedingt durch Schwankungen des

18 Windes und der Luftdichte usw. beeinflusst, und der Geschoss-Strora

19 hat die Tendenz, in der Zielrichtung zu streuen, was als Geschoss-

20 Dispersion bekannt ist. Fuer die richtige Beschreibung des Lenkungs-

21 systemes ist es von Wichtigkeit, die Groesse dieser Dispersion zu

22 schaetzen. Im allgemeinen handelt es sich bei einem praktischen

23 Geschuetz- oder Flugkoerper-System um einen Winkel von ca. 5-15

24 Milliradian, womit gemeint ist, dass Geschoss oder Flugkoerper dazu

25 neigen, von ihrer Flugbahn ca. 1,5 - 5m pro 300 m Flugbahn abzuwei-

26 chen - statistisch gesehen. D.h., falls auf einfache, genaue und zu-

27 verlaessige Weise eine kleine Geschwindigkeitsaenderung erreicht

28 werden kann, die groessenmaessig bei 5-15 Tausendstel der momen-

29 tanen Flugkoerpergeschwindigkeit liegt, koennte die, Bahn des Flug-

30 koerpers korrigiert werden.
31

32 Der Klarheit von Darstellung und Beschreibung wegen werden die Korn-

3 0 9 3 2 8/088?

1 ponenten des Laser-Lenksystemes separat beschrieben. Sie bestehen

2 aus, erstens, dem Laser-Lenkstrahl, zweitens, dem Laserstrahlungs-

3 abtastsystem des Geschosses, und drittens, dem Detonations-Impuls-

4 system des Geschosses. Ein bestimmtes System, das das optimale

5 sein kann oder nicht, wird ausgewaehlt, damit die Anwendbarkeit,

6 die Durchfuehrbarkeit und die Nuetzlichkeit der Lenkmethode und

7 damit einige der Fortschritte gegenueber dem gegenwaertigen Stand

8 der Technik besser nachgewiesen werden koennen. 9

10 Ein besonders modifizierter Argon-Ionenlaser wird verwendet, um

11 mit einem Minimalaufwand einen brauchbaren Strahl zu erhalten.

12 Die Laserroehre (1) besteht aus einem Gasbehaelter (2), verbunden

13 mit einer luftgekuehlten Quartzroehre (3). die mit einer Praezisions-

14 ausbohrung versehen ist und einen inneren Durchmesser von ca. 5 cm

15 sowie eine Laenge von ca. 75 cm hat. Der Elektronenfluss erfolgt

16 von einer Gluehkathode (4) durch die aktive Laser-Region zu der

17 Anode (5). Eine Umgehungsroehre an einem Ende der Laserroehre ist

18 mit einem Vorratsbehaelter verbunden, um den Gasdruck auszugleichen

19 und die Pumpwirksamkeit zu erhoehen. Eine Erdung nahe der Umgehungs-

20 rohre zwingt die Elektronen, durch die Quartzroehre hindurchzustroe-

21 men. Konfokale optische Resonatoren (6) sind aussen befestigt, so

22 dass der Laserstrahl das abschliessende Quartzfenster passieren

23 kann, das am Brewsterschen Winkel (7) befestigt ist. Ein Widerstand

24 liefert die benoetigte Spannung von ca. 12 kV, um den Strom durch die

25 Roehre zu leiten. Eine Drahtspule (8), die um die Quartzroehre (3)

26 gewickelt ist, liefert eine kontinuierliche Hochfrequenz-Energie zur

27 Ionisierung des in der Quartzroehre enthaltenen Argons. 28

29 Durch veraenderlichen Gasdruck wird eine optimale Laser-Ausstrahlung

30 erreicht. In der folgenden Tafel wird die Lichtausbeute eines sol-

31 · chen Lasers dargestellt.
32

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10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

TAFEL

Spektrale Lichtausbeute eines Argon-Ionen-Lasers	Farbe	Relative Energieausbeute (7. des Gesamtstrahles)
Wellenlaenge (A)	Sehr schwach violett dunkelblau blau blau-gruen blau-gruen gruen	1 13 35 11 8 32
4658 4765 4880 4965 5017 5145

Bei klarer bis leicht bedeckter Atmosphaere reduziert die aus dem Strahl herausgestreute Kraft die Fortpflanzungskraft des Primaerstrahles von ca. 0,02 Dezibel pro km auf ca. 3 Dezibel pro km. Da die Streuverluste auf der reziproken fuenften Potenz der Wellenlaenge basieren, wird das System vorzugsweise mit Wellenlaengen im optischen Bereich und nicht im ultravioletten 3ereich benutzt. Der dem infraroten angenaeherte Bereich kann ebenfalls benutzt werden, da es Detektoren gibt, die in diesem Bereich bei Zimmertemperatur arbeiten. Kontinuierliche Gaslaser,, solche, die Kohlendioxyd, Stickstoff, Helium oder Wasserdam{£ verwenden,

die monochromatisches Licht von 10.600 A produzieren, koennen auch benutzt werden, ihre Daempfungsverluste sind jedoch groesser als fuer Wellenlaengen im sichtbaren Spektrum. Um ein System nahezu Gegenmassnahmen-sicher zu machen, verwendet man drei oder mehrere Wellenlaengen gleichzeitig. Im Falle des Argon-Ionenlasers koennte man z.B. folgende Werte zusammen benutzen: 5145 Ä,

⁰ ο

12 Linien; 4965 A, 13 Linien; und 4880 A, 14 Linien. Wie aus

Tafel 1 hervorgeht, werden diese mit hoher Wirksamkeit produziert.

3 0 9 8 2 8/0387

ir

1 Spektralfilter (15), die Stoerschichten verwenden, koennen fuer die

2 Absorption von anderen Wellenlaengen benutzt werden. Die obigen

3 drei Wellenlaengen wuerden dann in einer Art und Weise, die aeusserst A schwierig abzuwehren ist, den Geschossen die verschiedenen erforder-5 liehen Eingangsdaten uebermitteln.

7 Die Impulsverschluesselung des Laserstrahles wird durch hohe Tmpuls-

8 folgefrequenz des Lasers erreicht. Man kann mit einem Argon-Ionen-

9 laser ohne Schwierigkeiten Impulse von 0,4 bis 3 Mikrosekunden pro-

10 duzieren. Bei einer solchen Arbeitsweise ist dip Ausgangsenergie

11 vom Gasdruck und vom Spitzenanodenstrom abhaengig. 12

13 Eine Alternativ-Methode, um eine Folge von Impulsen zu produzieren,

14 (verschluesselt oder unverschluesselt) ist die Verwendung von drei

15 oder mehreren mechanischen Strahl-Zerhackorn oder Filterscheiben-

16 Sektoren (9), die mit verschiedenen Winkelwerten rotieren und durch

17 die der Strahl hindurchgeht.
18

19 Die Lichtenergie des Lasers kann in einen sehr engen Strahl (10)

20 konzentriert werden. Der Öffnungswinkel des Strahles in den

21 Bereichen, die fuer dieses Geraet von Interesse sind, ist haeupt-

22 saechlich von der Qualitaet der Laser-Optik abhaengig, jedoch auch

23 von Schwankungen in der Dichte der Atmosphaere (Brechungs» oder

24 Beugungswirkung), und von Energieverlusten bedingt durch die Wech-

25 selwirkung der Streuungsvorgaenge mit kleinen Dichteschwankungen

26 oder Partikeln wie Staub oder Wassertropfen, wenn sich die Streuung

27 konzentriert. Der Oeffnungswinkel (11) des rechteckigen Laserstrahls

28 kann sehr klein sein. Fuer die hier beschriebene Anwendung koennte

29 ein Winkel von einem Milliradian leicht erzielt werden. 30

31 Da der Laserstrahl auf Luftdichteschwankungen oder Partike1-Konzen-

32 trationen innerhalb der Atmosphaere trifft, wird ein bestimmter

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1 Bruchteil der Strahlungsenergie aus dem Strahl herausgestreut

2 und geht verloren; jedoch verlaeuft die Streu-Intensitaet in

3 der allgemeinen Vorwaertsrichtung der Fortpflanzung. 4

5 Wenn sich das Geschoss nach aussen in die allgemeine Zielrich-

6 tung (15) bewegt, befindet es sich innerhalb der Zirkularabta-

7 stung des rechteckigen Laserstrahles; das Rotationszentrum

8 dieses Strahles ist auf einen Punkt der optimalen Flugbahn (16)

9 zum Ziel gerichtet, wie von dem Systemrechner (17) errechnet.

10 Wie bereits vorher erwaehnt, wird ein kleiner Teil der Strah-

11 lungsenergie gedaempft oder aus dem Laserstrahl herausgestreut.

12 Jedoch wird ein ausreichender Teil der Laserstrahlungsenergie

13 abgefangen und durch ein kleines Fenster oder mehrere Fenster

14 (18) geleitet, die sich z.B. am Geschoss-Ende befinden koennen.

15 Diese Fenster koennen aus verschiedenen Materialien bestehen

16 einschl. Glas, Silika oder Quartz. Die optische Strahlung wird

17 von dem sensiblen Photodetektor (19) fokussiert. Fuer dieses

18 Element steht wiederum eine grosse Auswahl von heute verfuegba-

19 ren Materialien bereit. Photoleitzellen aus Bleiselenid oder

20 Bleisulfid sind zwei Detektoren, die auf die Strahlung des

21 Argon-Ionenlasers ansprechen wuerden, und die bei Zimmertempe-

22 raturen verwendet werden koennen und normalerweise keine Kuehl-

23 vorrichtung benoetigen. Die elektrischen Signale von solchen

24 lichtempfindlichen Zellen werden dann durch Verstaerker (19)

25 mit MikroschaItungen verstaerkt und von dem heutigen Stand der

26 Technik entsprechenden Modular-Schaltungen verarbeitet, die von

27 vielen industriellen Herstellern zu beschaffen und leicht zu

28 installieren sind, um die fuer das System benoetigten Funktionen

29 zu erfuellen. Solche Schaltungselemente sind aeusserst leicht

30 in Gewicht, benoetipen sehr geringe elektrische Energie, sind

31 kompakt und verwenden viele aeusserst komplizierte und voellig

32 integrierte Miniaturschaltungen. Dies wird hier erwaehnt, da

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22S4243

1 die Erfindung in der Praxis nur unter Verwendung der fortgeschritte-

2 nen Modular- oder anderer Mikroschaltungs-Verfahren verwirklicht

3 werden kann.
4

5 Wenn die Laserausstrahlung mit der richtigen Wellenlaenge und Modu-

6 lation erfolgt und die Impuls-Laenge aus der Spinrate des Geschosses

7 und der Schmalheit des rechteckigen Strahles sowie der Entfernung

8 vom Rotationszentrum der Primaerachse des Laserstrahles bestimmt wird,

9 dann wird ein elektrischer Zuendimpuls entsprechend verzoegert und

10 einem bestimmten Miniatur-Detonator (21) im Lenkband zugeleitet (22),

11 wobei der Detonator so gewaehlt wird, dass eine optimale diskrete

12 Veraenderung im Radialimpuls entsteht, die dem Geschoss zugefuehrt

13 wird. Der korrigierende Impuls muss so gewaehlt werden, dass das

14 Geschoss das Ziel mit einer sehr erhoehten Wahrscheinlichkeit er-

15 reicht. Dies kann durch die Verwendung von verschiedenen Korrektur-

16 massen im "Lenkband" erreicht werden oder durch verschiedene Mengen

17 von Explosivstoffen, die die vorgenannten Massen antreiben, oder ge-

18 gebenenfalls durch eine Kombination dieser beiden Faktoren. Wie be-

19 reits frueher erwaehnt^ verlaeuft die Laserstrahlung in einem kleinen

20 Winkel zu der Richtung der optimalen Flugbahn; deshalb ist es von

21 Vorteil, wenn das kleine Fenster oder die Fenster des Lenksystemes

22 im Geschoss Strahlungen aus einer Richtung aufnehmen, die der Bewe-

23 gungsrichtung des Geschosses entgegengesetzt ist. Dementsprechend

24 koennte solch ein Fenster oder mehrere Fenster leicht am Geschoss-

25 Ende angebracht werden.
26

27 Im folgenden wird ausgefuehrt, wie die Lenkung in der Praxis vorge-

28 normen wird. Es wird angenommen, dass das Lenksystem in einem 37 mm

29 Geschoss (23) eingebaut ist. Eine typische Geschwindigkeit eines

30 solchen Geschosses ist 1000 m pro Sekunde.*)Das Geschoss benoetigt

31 ca. 0,66 Sekunden bis zum Ziel, wenn es sich um ein feststehendes

32 Ziel handelt, und das Geschuetz muss um ca. 4 Mil angehohen werden,

*) Es wird hier angenommen, dass es sich um ein feststehendes Ziel in ca. 600 m Entfernung handelt.

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1 falls sich Ziel und Geschuetz ungefaehr auf derselben Hoehe befin-

2 den, um den Gravitaetseffekt waehrend der Flugzeit des Geschosses

3 auszupleichen. Wie in Abb. 1 gezeigt, wird der Laserstrahl in

4 einem angemessenen Winkel so ausgerichtet, dass z.B. in der Mitte

5 oder nahe der Mitte der Geschossflugbahn (24) Azimut oder Erhebungs-

6 winkel des Geschosses durch das diskrete Radialimpulssystem korri-

7 piort werden koennen und das Geschoss seiner optimalen Flugbahn

8 naehrrpobracht wird.
9

10 Um den Radialabstand des Geschosses von seiner optimalen Flugbahn

11 auf halbem Wege zu bestimmen, wird der Laserstrahl mit rechtecki-

12 gem Querschnitt (25) in einer Ebene senkrecht zu der Richtung des

13 sich fortpflanzenden Lichtstrahles mit einer Frequenz f rotiert.

14 Dies kann man in der Praxis einfach dadurch erreichen, dass man

15 den Strahl durch einen Spalt (27) passieren laesst, damit er recht-

16 eckip, wird, dann durch ein Geraet, das als "Strahldehner" bekannt

17 ist, falls es erforderlich ist, die lange Seite des Rechtecks zu

18 vergroessern, und dann durch ein rotierendes Dove-Prisma (28) oder

19 eine aequivalente Spiegel-Anordnung, das den ganzen rechteckigen

20 Strahl um das Rotationszentrum (26) rotiert, das - in diesem an-

21 gefuehrten Beispiel - der Mittelpunkt der Flugbahn ist (Abb. 1). 22

23 Das kleine Fenster oder die Fenster an der Geschoss-Rueckseite

24 fangen die verschiedenen Wellenlaengen produzierenden Spignale ab

25 und filtern sie in die verschiedenen Verstaerkerkanaele und Mikro-

26 schaltungselemente innerhalb des Geschosses. 27

28 Die Ttnpulslaenge der gruenen Linie bei 5145 A haengt von der Ro-

29 tat ionsireriuenz des Dove-Prismas f (29) ab, von der Breite des

30 Abtnst.-Rechtecks (S) sowie vom Radialabstand von dem Punkt der

31 optimalen Flugbahn (r).
32

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1 Um eine kleine Geschwindigkeitskorrektur zu erzielen, werden kleine

2 Massen (30) zu einem passenden Zeitpunkt radial aus dem Geschoss

3 ausgestossen. Wegen der Grundforderungen - kleine Abmessungen,

4 niedriges Gewicht, Unkompliziertheit und niedrige Herstellungs-

5 kosten - wird dem Geschoss nur eine begrenzte Anzahl von Korrektur-

6 impulsen gegeben. 7

8 Zum Zwecke dieser Beschreibung wollen wir annehmen, dass drei Mas-

9 sen, z.B. aus Stahl oder Messing, zur Verfuegung stehen, die von

10 kleinen Mengen Treibstoff oder Hochexplosivstoffen (31) beschleu-

11 nigt werden. Explosivgewichte von ca. dem zwei-oder dreifachen

12 Gewicht der Lenkmassen wuerden angemessen sein. Bei dem Explosiv-

13 stoff koennte es sich um eine Sekundaertype handeln, die von einem

14 Mikrodetonator ausgeloest wird, der wiederum eine grosse Zahl ver-

15 schiedener Explosiv-Komponenten enthalten kann, z.B. Blei-Styphenat

16 als Primaerexplosivstoff, gefolgt von einer Reihe empfindlicherer

17 Booster-Explosivstoffen wie Tetryl, wiederum gefolgt von den Sekun-16 daer-Explosivstoffen wie HMX, RDX oder PETN. Der Sekundaer-Explo-

19 sivstoff ist im allgemeinen sehr brisant, und aus diesem Grunde

20 wird normalerweise eine duenne Pufferschicht, z.B. aus weichem

21 Plastikmaterial, zwischen dem genannten Sekundaer-Explosivstoff

22 und der Lenkmasse eingelegt, um eine weiche und reproduzierbare

23 Beschleunigung der letztgenannten sicherzustellen. Es ist jedoch

24 von Wichtigkeit, zu vermerken, dass die Lenkinas se innerhalb einer

25 sehr kurzen Zeitspanne beschleunigt wird und den Kontakt mit dem

26 Geschoss verliert; typisch sind dafuer 2 Mikrosekunden oder weni-

27 ger, und in dieser Zeitspanne wuerde das Geschoss nur in einem

28 Winkel von ca. 1° um seine Spinachse rotieren. Die Detonation

29 der die Lenkmasse beschleunigenden Explosivstoffe wuerde einen

30 gewissen Stosseffekt in dem Geschosskoerper hervorrufen. Wenn

31 die Hochexplosivfuellung des Geschosses ungefaehr der Lenkmasse

32 entspricht, kann eine duenne Schicht stossdaempfenden Materials

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1S

1 wie Gurani oder ein Plastikmaterial, z.B. Polyethylaen, zwischen

2 der Explosivfuellung und dem metallenen Geschosskoerper ange-

3 bracht werden, um eine vorzeitige Explosion des Sprengstoffes

4 durch die Stosswellen zu verhindern. 5

6 Die folgende Analyse enthaelt eine vereinfachte Erlaeuterung des

7 benoetigten Korrekturimpulses. Es wird, erstens, angenommen,

8 dass die Dispersion des Geschosses mit ff bezeichnet wird. Die

9 Radialgeschwindigkeit des Geschosses aus der optimalen Flugbahn

10 heraus (Av) kann man dann mit der Geschossgeschwindigkeit durch

11 folgende Formel in Beziehung bringen: 12

13 Av / ν « if (I)

15 Eine typische Geschossgeschwindigkeit am Ziel ist ca. 850 m/Sek.

16 Die Geschwindigkeit ν , bei welcher die kleinen Lenkmassen mit

17 Hilfe eines Mikrodetonatora uad einer kleinen hochexplosiven

18 Ladung projektiert werden koennen, liegt bei ca. 1700 m/Sek,

19 Aus der folgenden Gleichung ergibt sich die Lenkmasse m , die

20 fuer die Korrektur eines Geschosses der Masse m erforderlich ist: 21

22 4vm - ν m (2)

24 Die Lenkmasse m kann man aus den obigen Gleichungen 1 und 2

25 errechnen.
26

27 m = 4v m / ν = im / ν (3)

O O O

29 Wie bereits frueher erwaehnt, ist bei einer typischen Anwendung

30 die Geschwindigkeit der Lenkmasse ungefaehr doppelt so gross wie

31 die Geschossgeschwindigkeit. Folglich ist

³² in = im/2 (4)

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ft

1 Da der Wert der Gesamtdispersion S ungefaehr 7 χ 10 ist, wenn

2 m ca. 600 Gramm ist, ergibt sich 3

4 m = 2,1 Gramm (5)

6 Bei dieser Masse handelt es sich um einen akzeptierbar kleinen

7 Bruchteil der gesamten Geschossmasse, und folglich findet keine

8 Verschlechterung der eigentlichen Splitterkraft oder Durchdrin-

9 gungskraft der Munition statt. 10

11 Im freien Flug wird die Spinrate des Geschosses durch den Drall

12 bestimmt. Z.B., bei einem Drallwert von 1 fuer 17 Kaliber wuerde

13 die Spinrate anfaenglich bei 1430 U/Sek. liegen, was ca. 1,4 Um-

14 drehungen pro Millisekunde des Fluges entspricht. Bei einer Ge-

15 schwindigkeit von 1000 m/Sek. ergibt das eine einzige Umdrehung

16 pro 0,66 m/Sek. Geschossbewegung auf der Flugbahn. 17

18 Wird die Achse einer Splaewsse 1· einer Richtung senkrecht zu der

19 Achse rotiert, so erleidet die Messe eine gyroskopische Praezes-

20 sion, worunter man im allgemeinen versteht, dass die Spinachse dazu

21 neigt, in einer Richtung senkrecht zu der angewandten Kraft zu ro-

22 tieren. Auch wenn das Geschoss einen Impuls erhaelt in einer Po-

23 sition ausserhalb der Ebene (32), die senkrecht zu der Achse und

24 durch den Schwerpunkt des Geschosses verlaeuft, unterliegt die

25 Achse der Praezession; sie beschreibt einen Kegel, und die daraus

26 resultierenden aerodynamischen Kraefte bringen das Geschoss zum

27 Ausscheren oder zu einer unkontrollierbaren Kursabweichung. Darum

28 ist eine der wichtigsten Charakteristiken dieser Erfindung die An-

29 Ordnung der Lenkmassen auf einem "Lenkband", das auf einer Ebene

30 oder einer solchen Ebene sehr nahe liegt, die senkrecht zur Ge-

31 - schossachse und durch den Schwerpunkt des Geschosses (33) fuehrt.

32 Der Radialimpuls, der die Trefferwahrscheinlichkeit auf den opti-

309828/0887

1 malen Wert bringt, wird in Abhaengigkeit von der Geschoss-Flug-

2 zelt bis zum Ziel gewaehlt. Daraus folgert, dass fuer einen vor-

3 gegebenen Fehler in der Entfernung (34) von der vorgegebenen Flug-

4 bahn der radiale Korrekturimpuls auf den ersten Abschnitten der

5 Flugbahn klein sein kann und sich vergroessert, wenn die Korrek-

6 turzeit mit abnehmender Entfernung vom Ziel kleiner wird. Fuer

7 diesen Zweck wird ein Mikroschaltungs-Rechenelement verwendet;

8 dieser Schaltkreis kann z.B. von einem kleinen elektrischen Gene-

9 rator angetrieben werden, der durch die Spinbewegung des Geschosses

10 waehrend der Beschleunigung im Rohr gespeist wird, oder durch eine

11 kompakte Batterie (35), die durch die Rueckschlagkraefte waehrend

12 der Geschoss-Beschleunigung im Geschuetzrohr aktiviert wird, wie

13 man das allgemein von automatischen oder VT-Zuendern kennt. 14

15 Der Winkel i (Abb. 5) wird dem Geschoss-Fuehlsystem durch ein

16 amplitudenmoduliertes Signal mitgeteilt, das der gruenen Linie des

17 Argon«Ionenlasers bei 5145 A ueberlagert wird, wobei die Modulation

18 der Einfachheit halber eine Frequenzrelation zu dem Richtungswinkel

19 I hat; die Proportionalitaet ist wie folgt: 20

21 f_x = K₁ j (6)

23 Die Projektion der absoluten Vertikalen (36) kann innerhalb des

24 Geschosses wie folgt festgelegt werden: Eine kleine Helmholtzsche

25 Spule (37) ist in dielektrischem Material in der Seite des Geschos-

26 ses in der Form eines kleinen zylindrischen Stoepsels eingebettet.

27 Wenn das Geschoss rotiert, entwickelt sich eine Spannung an den

28 Polen dieser Spule, wobei die Spannung von der Richtung der durch-

29 schnittenen magnetischen Linien des Erd-Magnetfeldes (38) abhaengt.

30 Da die Intensitaet dieses Feldes normalerweise ca. 0,2 Gauss ist,

31 genuegt die so entstehende Spannung fuer die Funktion des Fuehlers.

32 Eine typische Spannungskurve an der Spule als Funktion von Winkel

309828/0887

22642A3

1 und Rotation ist in Abb. 4 gezeigt. Da das Magnetfeld der Erde

2 sich bezueglich Inklination oder vertikalem Winkel und Deklination

3 oder horizontalem Winkel aendert, aendert sich auch der Winkel mit

4 der projektierten Vertikalen, in dem das Maximum des magnetischen

5 Feldes erreicht wird. Dieser Winkel ist in Abb. 5 als Φ darge-

6 stellt. 7

8 Eine andere Helmholtzsche Spule (39), deren Geometrie und Rotations-

9 achse fast koaxial zu der Helmholtzschen Magnetfeld-Fuehlerspule im

10 Geschoss liegt, ist am Laser angeordnet. Folglich sind die beiden

11 SpannungsSignaIe einander in der Kurvenform aehnlich, unabhaengig

12 von der Zielrichtung des Geschuetzes und des Lenkungs-Laserstrahles.

13 Am Laser ist jedoch eine Bezugsprojektion der absoluten Vertikalen

14 leicht erhaeltlich; ein einfaches gedaempftes Pendel wuerde mit

15 genuegender Genauigkeit eine projektierte Bezugsvertikale liefern.

16 Dieser Wert koennte ausserdem auch von dem Schuss-Regelsystem ge-

17 liefert werden. 18

19 Abb. 4 zeigt das Spannungssignal am magnetischen Fuehlsystem des

20 Lasers. Obwohl es andere Amplituden- und Frequenzwerte haben kann,

21 bleibt das Verhaeltnis H , der Maximalwert, zum Wert an der verti-

22 kaien Ebene H , dem des Geschosses fast gleich. Daraus ergibt

23 sich folgende Gleichung: 24

25 V = H_n / H_v (Geschoss) = H_n / H_y (User) (7)

27 Folglich kann die Signalamplitude am Geschoss, die die Projektion

28 der absoluten Vertikalen darstellt, leicht bestimmt werden. Also

29 ist auch der Winkel X bestimmt. 30

31 Der veraenderliche Wert TS kann also dem Geschoss durch den Laser-

32 strahl zugefuehrt werden durch Verwendung eines amplitudenmodulierten

3 098 2 8/0887

1 Signales mit einer Frequenz f„ auf der blauen Linie (4880 A).

3 f₂ - K₂ Y ₍₈₎

Normalerweise haelt sich die magnetische Inklination der Erde in brauchbaren Grenzen, und die magnetische Feldstaerke (ca.

0,2 Gauss) ist ausreichend, so dass das vertikale Fuehlsystem g

des Geschosses einfach, genau und zuverlaessig und fast unbe-9

einflussbar von Gegenmassnahmen des Gegners arbeitet.

Die rotierende Helmholtzsche Spule am Geschoss liefert ausserdem

Impulse fuer einen Mikroschaltungs-Zaehler (40), der die Anzahl

der Geschossumdrehungen bis zu einem gegebenen Bereich zaehlt.

Da man also die Anzahl der Umdrehungen, die anfaengliche Geschossgeschwindigkeit und die negative Beschleunigungsrate, verursacht

durch Reibungskraefte in der Luft, kennt, kann man den Bereich mit

ausgezeichneter Genauigkeit bestimmmen. 18

Amplituden*-modulierte Signale der Frequenz f- koennen auf der

20

blau-gruenen Linie des Laserstrahles bei 4965 A gesendet werden,

um den Bereich festzulegen, in welchem die Korrekturimpulse gege-

ben werden sollen. Fuer Darste1lungszwecke legen wir hier fest,

dass diese Korrektur auf halber Strecke zum Ziel beginnen soll,

d.h. im Bereich R.

26 f₃ = K₃ R (9)

28 Der Winkel B ist durch die Konstruktion des Geschosses bekannt.

29 Der Winkel C* + Θ ist durch die projektierte vertikale HeIm-

30 holtzsche Fuel-Spule im Geschoss gegeben, wenn das normalisie-

31 rende Signal durch Modulation der 4880 A Linie den Laserstrahl

32 entlang gesandt wird. Wenn der Winkel ⁰^ ungefaehr dem Winkel

309828/0887

1 entspricht, wird der Detonator einer entsprechenden Lenkmasse

2 gezuendet, wodurch die Masse in einem Winkel ψ herausgeschleu-

3 dert wird und damit dem Geschoss einen Korrekturimpuls in Rich-

4 tung auf die optimale Flugbahn gibt (am Koordinatenanfang in

5 Abb. 6).
6

7 Die entsprechende Logik oder die rechnerischen Elemente in der

8 Kleinst-Rechnerschaltung wuerden aus den drei zur Verfuegung

9 stehenden optimalen Flugbahn-Korrekturen den optimalen diskreten

10 Impuls auswaehlen, der von folgenden Faktoren abhaengen wuerde:

11 Entfernung vom Geschoss, wie sie der Magnetfeld-Spinzaehler des

12 Geschosses feststellt, der nach dem Zuendungsruecklauf oder der

13 Beschleunigung in Aktion tritt; Entfernungsfehler von der korrek-

14 ten Flugbahn, der durch f bestimmt wird; und der Zeitpunkt, an

15 dein der rechteckige Abtastlaserstrahl auf das Geschoss trifft. 16

17 Verschiedene Komponenten dieses Systemes koennen ausserdem in

18 einem noch weiter entwickelten System benutzt werden, um die

19 Zuendungsfunktion zu verbessern. Z.B. sind bereits viele Kom-

20 ponenten eines aktiven automatischen Zuenders, der mit infra-

21 rotem oder sichtbarem Licht arbeitet, in diesem System enthalten,

22 wie Fenster, Detektoren, Detektorenschaltungen, Filter, Strom-

23 quellen usw. Ausserdem steht auf den neuesten Stand gebrachte

24 Information innerhalb des Geschosses zur Verfuegung, sodass das

25 Geschoss in diesem Bereich detoniert werden kann, wodurch der

26 Zerstoerungsradius wesentlich erhoeht wird. 27

28 Verschiedene andere Modifikationen koennen innerhalb der hier

29 aufgezeigten Methoden und Geraete gemacht werden, ohne dass sich

30 Wesen und Umfang der Erfindung aendern. 31

32 Verschiedene Charakteristiken der Erfindung werden in den fol-

309828/0887

1 genden Anspruechen festgelegt.

3 Nachstehende Ansprueche werden gestellt:

⁴ r^

5 I 1. I Eine Methode zur Lenkung oder Reduzierung der Zieldispersion

6 einer Spinrakete, eines Flugkoerpers oder eines Geschosses

7 durch Verwendung einer oder mehrerer diskreter Massen an oder

8 nahe der Oberflaeche des Geschosses an oder nahe einer Ebene,

9 die senkrecht zu der Achse des Geschosses und durch den Schwer-

10 punkt des Geschosses verlaeuft, wobei die genannten Massen

11 radial nach aussen beschleunigt werden durch einen chemischen

12 Explosivstoff oder durch einen chemischen Treibstoff, zu einem

13 geeigneten Zeitpunkt, der durch Schaltkreise innerhalb des Ge-IA schosses bestimmt wird aufgrund von verschiedenen Eingangswer-

15 ten einschliesslich Informationen, die dem Geschoss mit Hilfe

16 eines Abtast-Laserstrahles zugefuehrt werden; auf diese Weise

17 wird auf das genannte rotierende Geschoss ein kleines korrigie-1'8 rendes Momentum in radialer Richtung ausgeuebt, ohne 44*-gyros-

19 kopische Praezession ba damit wird das genannte

20 Geschoss einer optimalen Flugbahn naehergebracht, deren Ver-

21 folgung eine groessere Treffsicherheit zur Folge haben wuerde;

22 die beschriebene Methode steht in Einklang mit fortgeschritte-

23 nen Zuendtechniken und traegt zu deren Verbesserung bei.

²⁴ in uebereinstiaunung mit Ansprueche 1

25 2. Eine Methode/zur Lenkung und Reduzierung der Zieldispersion

26 einer Spinrakete, eines Flugkoerpers oder eines Geschosses

27 unter Verwendung von kleinen diskreten Massen, die in oder

28 nahe einer Ebene, die senkrecht zu der Geschossachse und durch

29 den Schwerpunkt des Geschosses verlaeuft, angebracht sind;

30 diese genannten diskreten Massen werden radial nach aussen

31 beschleunigt und geben damit dem rotierenden Geschoss ein

32 korrigierendes Momentum, wodurch das Geschoss der optimalen

0 0 2 8/0887

1 2. Fortsetzung ..

2 Flugbahn naehergebracht und die Treffsicherheit in ein ge-

3 waehltes Ziel verbessert wird; das genannte Momentum bewegt

4 das Geschoss seitwaerts, ohne gyroskopische Praezession, in

5 Richtung auf die optimale Flugbahn; der richtige Zeitpunkt

6 fuer die Beschleunigung der Lenkmasse wird durch einen kleinen,

7 kompakten, leichten Rechner innerhalb des Geschosses bestimmt,

8 der Standard-Mikroschaltungselemente enthaelt und verschiedene

9 Eingangsdaten einschliesslich verschiedener Informationen ver-

10 wertet, die dem Geschoss von einem Laserstrahl durch eine oder

11 mehrere lichtempfindliche am Geschoss befestigte Zellen ueber-

12 mittelt werden, wie z.B. der Winkel des Geschosses, gemessen

13 in einer Ebene senkrecht zu der Fortpflanzungsrichtung des

IA lenkenden Laserstrahles mit der projektierten Vertikalen (eine

15 optimale Flugbahn ist der Scheitelpunkt des genannten Winkels);

16 ausserdem der momentane Winkel, den die an der Peripherie des

17 Geschosses rotierende Lenkmasse mit der Projektion der abso-

18 luten Vertikalen bildet; der genannte Winkel wird mit Hilfe

19 des Magnetfeldes der Erde gemessen, das von einer Spule abge-

20 tastet wird, die in einem Nichtleiter an oder nahe der Geschoss-

21 oberflaeche montiert ist, wobei die Feldlinien in ein nicht-

22 leitendes Material eintreten; eine projektierte Bezugsverti-

23 kale wird an der Laserstrahlungsquelle auf einer relativ sta-

24 tionaeren Plattform gemessen, und die Relation zwischen der

25 genannten Bezugsvertikalen und dem Magnetfeld wird durch eine

26 passende Ueberlagerung auf dem Laserstrahl uebertragen; die

27 Entfernung des Geschosses von einem optimalen Flugbahnpunkt,

28 gemessen in einer Ebene senkrecht zu der Fortpflanzungsrich-

29 tunp des Laserstrahles, wobei diese Entfernung durch die Zeit

30 der Ueberstreichung eines rotierenden Laserstrahles mit recht-

31 eckigem Querschnitt gemessen wird, dessen Rotationszentrum

32 von einem Servo-Regelsystem auf einen entsprechenden Punkt

30 9 8 2 ß / Ü887

1 2. Fortsetzung ..

2 der optimalen Flugbahn gerichtet wird; eine andere Eingangs-•3 information ist die zurueckgelegte Entfernung des Geschosses

4 auf seiner Flugbahn, wobei die Entfernung durch einen elektro-

5 nischen Zaehler bestimmt wird, der Eingangssignale von einer

6 rotierenden Helmholtzschen Spule erhaelt, die die Magnetfeld-

7 linien der Erde durchschneidet, wobei die genannte Spule in

8 einem nichtleitenden Material nahe der Geschossoberflaeche

9 montiert ist; die obigen Informationen einschliesslich der

10 Entfernung vom Ziel werden dem Geschoss durch entsprechende

11 Modulation von verschiedenen Wellenlaengen des lenkenden

12 Laserstrahles zugefuehrt und dann von elektronischen Schal-

13 tungen innerhalb des Geschosses optimiert, um die richtige

14 korrigierende Lenkmasse zum optimalen Zeitpunkt zu erstellen;

15 die Beschleunigung der genannten Masse gibt dem Geschoss dann

16 einen Impuls, der es auf den richtigen Kurs oder auf die rich-

17 tige Flugbahn bringt, damit es das Ziel trifft oder naeher an

18 das Ziel herankommt.

¹⁹ in uebereinstimmung mit Anspreuchen 1,2

20 3. Eine Methode/zur Reduzierung der Dispersion oder zur Lenkung

21 einer Spinrakete, eines Flugkoerpers oder eines Geschosses

22 in ein Ziel unter Verwendung von einer oder mehreren kleinen

23 Massen, die an oder nahe einer Ebene angebracht sind, die

24 senkrecht zu der Geschossachse und durch den Schwerpunkt des

25 Geschosses verlaeuft; die genannten Massen werden radial nach

26 aussen beschleunigt durch einen chemischen Treibstoff oder

27 durch einen chemischen Explosivstoff, der durch eine elektri-

28 sehe Zuendung oder einen Detonator gezuendet oder detoniert

29 wird, wodurch dem rotierenden Geschoss ein radiales korrigie-

30 rendes Momentum zugefuehrt wird, das es der optimalen Flugbahn

31 naeherbringt, wodurch die Treffsicherheit in das vorbestimmte

32 Ziel erheblich verbessert wird; das genannte Momentum wird

309828/0887

1 3. Fortsetzung ..

2 zu einem optimalen Zeitpunkt erteilt, sodass das Geschoss durch

3 den Impuls ohne gyroskopische Praezession seitlich in Richtung

4 auf die optimale Flugbahn verschoben wird; der optimale Zeit-

5 punkt fuer die Beschleunigung der genannten Lenkmassen wird ·

6 von einer kleinen, leichten Mikroschaltung mit ausreichenden

7 rechnerischen Faehigkeiten errechnet, die die erforderlichen

8 Eingangsdaten integriert und optimiert und dem Geschoss mit

9 Hilfe eines Abtastlaserstrahles von rechteckigem oder anderem

10 geeigneten Querschnitt, der einen Punkt auf oder nahe der opti-

11 malen Flugbahn abtastet oder darum rotiert, zufuehrt; die ge-

12 nannte Strahlungsabtastung wird durch eine Spiegelanordnung oder

13 durch ein rotierendes optisches Element, das als "Dove-Prisma"

14 bekannt ist, erreicht; die obengenannten Eingangsdaten schlies-

15 sen ein: den Winkel des rechteckigen Strahles mit der projek-

16 tierten Vertikalen, wenn der genannte Strahl das Geschoss trifft;

17 der genannte Winkel wird dem Geschoss durch ein moduliertes Sig-

18 nal auf einer bestimmten Wellenlaenge des Lasers zugefuehrt;

19 ein anderer Eingangswert ist die Entfernung des Geschosses von

20 der optimalen Flugbahn auf halber Strecke des Weges zum Ziel,

21 wobei die genannte Entfernung durch das Zeitintervall bestimmt

22 wird, in dem der rechteckige Abtaststrahl auf der lichtempfind-

23 liehen Zelle oder mehreren Zellen innerhalb des Geschosses ver-

24 bleibt, wobei das genannte Zeitintervall proportional zu der

25 Entfernung von der Flugbahn ist, wenn der gewaehlte Punkt auf

26 halber Strecke bekannt ist, wobei dieser Punkt wiederum z.B.

27 durch einen elektronischen Zaehler bestimmt wird, der als Ein-

28 gangssignal einen das Erdmagnetfeld durchschneidenden Leiter

29 verwendet (eine Spule, die an oder nahe der Geschossoberflaeche

30 in einem nichtleitenden Material montiert ist); das elektrische

31 Signal dieser Spule wird ausserdem dazu verwendet, durch Ver-

32 ' gleichung mit einer Bezugs-Rotationsspule an oder nahe der Laser-

3098 2 8/0887

/3

1 3. Fortsetzung ..

2 quelle einen absoluten, momentanen, projektierten, vertikalen

3 Bezugswinkel fuer die gewaehlte korrigierende Lenkmasse zu

4 liefern; und schliesslich die Entfernung vom Ziel, die dem

5 Geschoss durch Frequenzmodulation einer Wellenlaenge des

6 Laserstrahles zugefuehrt wird; alle oben genannten Eingangs-

7 werte werden von den erwaehnten Schaltungen innerhalb des Ge-

8 schosses gesammelt, um die richtige korrigierende Masse zum

9 richtigen Zeitpunkt auszuwaehlen; einige der beschriebenen

10 Systemkomponenten koennen gleichzeitig in Verbindung mit fort-

11 geschrittenen Zuendtechniken verwendet werden.

in uebereinstimmung mit Anspreuchen 1,2,3

13 . 4. Eine Methode/zur Reduzierung der Dispersion oder zur beschraenk-

14 ten Lenkung einer Spinrakete, eines Flugkoerpers oder eines

15 Geschosses in ein Ziel unter Verwendung einer oder mehrerer

16 diskreter Massen, die nahe der Obei'ilaeche des Geschosses an

17 oder nahe einer Ebene, die senkrecht zu der Achse des Geschosses

18 und durch den Schwerpunkt de.> Geschosses verlaeuft, angebracht

19 sind, wobei die genannten Massen auf geeignete Weise radial

20 nach aussen beschleunigt werden durch einen chemischen Treib-

21 stoff oder durch einen anderen chemischen Explosivstoff, der

22 durch einen elektrischen Miniatur-Zuender oder -Detonator

23 gezuendet oder detoniert wird, sodass dem rotierenden Geschoss

24 ein solches korrigierendes Momentum gegeben wird, das es der

25 optimalen Flugbahn ohne gyroskopische Praezession naeherbringt;

26 der richtige Zeitpunkt fuer den Abschuss der Masse am rotieren-

27 den Geschoss wird unter Verwendung verschiedener gemessener und

28 berechneter Eingangsdaten festgelegt, von denen einige dem Ge-

29 schoss durch einen lenkenden, rotierenden Abtast-Laserstrahl

30 zugefuehrt werden; die genannten Eingangswerte werden von

31 Mikroschaltungen innerhalb des Geschosses entsprechend ausge-

32 wertet und schliessen folgende (und gegebenenfalls andere) Werte

309828/0887

1 4. Fortsetzung ..

2 ein: erstens, den Winkel, den das Geschoss und ein Punkt

3 auf der optimalen Flugbahn und die Projektion der absoluten

4 Vertikalen bilden; der Scheitelpunkt des genannten Winkels

5 liegt auf der optimalen Flugbahn, und der genannte Winkel

6 wird in einer Ebene gemessen, die senkrecht zu der Fortpflan-

7 zungsrichtung des Laserstrahles ist; der genannte Winkel

8 wird dem Geschoss durch Amplitudenmodulation oder durch

9 andere geeignete Modulation einer bestimmten ausgestrahlten

10 Wellenlaenge des Lasers zugefuehrt, wobei die Modulation z.B.

11 durch eine rotierende, in Sektoren eingeteilte Filterscheibe

12 weitergegeben wird; zweitens, die Entfernung des Geschosses

13 vom naheliegendsten Punkt der optimalen Flugbahn; dieser Wert

14 kann im Geschoss gemessen werden mit Hilfe des Zeitintervalles

15 des rotierenden abtastenden Laserstrahles mit rechteckigem

16 oder anderem Querschnitt, wobei der genannte Strahl z.B. durch

17 leichte Expansion oder Defokussierung des Laserstrahles produ-

18 ziert wird, nachdem besagter Strahl gefiltert wurde und sepa-

19 rate mechanische Modulatoren passiert hat, wobei eine Wellen-¹

20 laenge durch einen mechanischen Modulator moduliert wird; die

21 einzelnen modulierten Strahlen und Wellenlaengen werden dann

22 in einen einzigen Strahl zusammengefasst, passieren eine recht-

23 eckige Blende und dann ein rotierendes Dove-Prisma oder eine

24 rotierende reflektierende Spiegelanordnung; das Rotations- '

25 Zentrum des genannten Strahles befindet sich z.B. auf einem

26 bestimmten Halbwegpunkt der optimalen Flugbahn; die genannte

27 Entfernung wird dann mit Hilfe des Zeitintervalis gemessen,

28 in dem der Strahl das Fenster an der Geschossoberflaeche und

29 eine photoempfindliche Zelle ueberstreicht, z.B. eine solche

30 aus Bleisulfid oder Bleiselenid; das genannte Zeitintervall

31 ist reziprok proportional zu der genannten Entfernung und zu

32 der Rotationsfrequenz des Strahles; die genannte Frequenz

8/0087

1 4. Fortsetzung ..

2 ist normalerweise konstant; und drittens, die Entfernung

3 bis zum Ziel; dieser TJert wird dem Geschoss durch Ampli-

4 tudenmodulation einer anderen Uellenlaenge des Lasers zu-

5 gefuehrt, im Falle des Argon-Ionenlasers z.B. die Wellen-

6 laenge 4965 A; genannte Amplitudenmodulationsfrequenz ist

7 eine Funktion der Entfernung vom Ziel; und viertens, die

8 Entfernung von dem Laser oder dem das Geschoss abfeuernden

9 Geschuetzes bis zum Geschoss selbst, wobei die gannte Ent-

10 fernung von Schaltungen, die im Geschoss selbst enthalten

11 sind, ausgerechnet werden, wobei die Anzahl der Geschoss-

12 Umdrehungen effektiv gezaehl ; wird, angefangen mit dem

13 Abschuss; die genannten Umdrehungen werden von dem Signal

14 einer kleinen Helmholtzschen Spule gemessen, die in oder

15 nahe der Geschossoberflaeche in einem nichtleitenden Material

16 montiert ist und die das Magnetfeld der Erde durchschneidet;

17 und fuenftens, die Projektion der absoluten Vertikalen, am

18 Geschoss, wie sie von der obengenannten Spule bestimmt wird,

19 und auch eine Bezugs-Rotationsspule nahe der Laserquelle,

20 die in Bezug gebracht wird zu einer Projektion der absoluten

21 Vertikalen, was einfach durch ein Pendel oder eine andere

22 vertikale Fuehleinrichtung geschieht, die an der Laserquelle

23 verfuegbar ist; die magnetische Intensitaet gegenueber einem

24 Winkel, gemessen in einer Ebene, die senkrecht zur Flugbahn

25 steht und in beiden Faellen die gleiche ist, wobei der pro-

26 jektierte VJinkel an der Laserquelle bekannt ist, wodurch man

27 die projektierte absolute Vertikale an der Flugbahn durch

28 Uebermittlung des Verhaeltnisses der magnetischen Intensitaet

29 an der Vertikalen zu dem an einem Maximalwert festlegen kann,

30 wobei das genannte Verhaeltnis dem Geschoss durch eine Ampli-

31 tudenmodulationsfrequenz uebermittelt wird, die diesem genann-

32 ten Verhaeltnis proportional ist und die, im Falle des Argon-

3 0 9 8 2 8/0887

1 4. Fortsetzung

2 Ionenlasers, z.B. auf der 4880 A Linie uebermittelt wird,

3 wonach die oben genannten Eingangswerte durch Mikroschalt-

4 kreis-Logik-Elemente ausgewertet werden, die z.B. durch

5 einen elektrischen Generator gespeist werden, der wiederum

6 durch den Drall des Geschosses beim Abschuss aktiviert wird

7 oder, alternativ, durch eine elektrische Batterie, die durch

8 die Rueckschlagkraefte waehrend der Geschoss-Beschleunigung

9 aktiviert wird; die genannten Eingangsdaten werden dann

10 durch Mikroschaltungselemente verarbeitet, die auch die

11 Auswahl des optimalen elektrischen Zuenders oder Mikrodeto-

12 nators ermoeglichen; nach Aktivierung des genannten elek-

13 . trischen Zuenders oder Mikrodetonators wird eine chemische

14 Energie ausgeloest und eine angemessene korrigierende Lenk-

15 masse radial in einer solchen Richtung beschleunigt, dass

16 das resultierende auf das Geschoss wirkende Momentum dazu

17 neigt, den Fehler im Kurs des Geschosses zu korrigieren

18 und damit die Treffsicherheit des Geschosses zu vergroessern;

19 die beschriebene Methode steht in Einklang mit fortgeschrit-

20 tenen Zuendtechniken und traegt zu deren Verbesserung bei. 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

309828/0 8

ORiQfNAL INSPECTED

BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN 2 2 O A 2 4

1 Abb. 1 ist eine dreidimensionale Ansicht, die ein Abschuss-

2 System fuer Geschosse oder Flugkoerper darstellt mit einem

3 rechteckigen Laser-Lenkstrahl, der einen vorbestimmten Punkt

4 der optimalen Flugbahn fuer den Geschoss-Einschlag zirkulär

5 abtastet.
6

1 Abb. 2 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Geschosses,

8 das das Lenksystem enthaelt. Fenster, die die Laser-Signale

9 aufnehmen, sind an der Rueckseite gezeigt, sowohl wie drei

10 Lenkmassen in einer Ebene, die durch den Schwerpunkt des

11 ■Geschosses fuehrt.
12

13 Abb. 3 ist eine schematische Darstellung der Methode der Strahlt lungserzeugung, der Versch3fesselung verschiedener Lenkfunktio-

15 nen, und der Entwicklung dir zirkulären Abtastung des recht-

16 eckigen Laserstrahles.

18 Abb. 4 besteht aus zwei Kurven. In der durch (A) gekennzeich-

19 neten Kurve wird die Spannung an der rotierenden Helmholtzschen

20 Spule dargestellt, die die Magnetlinien der Erde durchschneidet.

21 Diese Spule befindet sich im Geschoss. Kurve (B) stellt die

22 Spannung an einer aehnlichen Spule dar, die an der Quelle des

23 Laserstrahles montiert ist. Die vertikale Linie in beiden

2k Kurven stellt das elektrische Signal dar, wenn sich die Spule

25 in der Position der Bezugsvertikalen befindet.

27 Abh. 5 ist eine 90° Sektor-Ansicht in Richtung auf das Ziel.

28 Die rotierenden Geschosse sind statistisch um ihre optimale

29 Flugbahn herum zerstreut (am Beginn der Koordinate in dieser

30 Abb.). Der durchschneidende rechteckige Laserstrahl liefert

31 dpti Geschossen sowohl Informationen bezueglich ihrer individu-

32 eilen Koordinaten als auch die Entfernung vom Ziel und Infor-

33 mationen in Verbindung mit der absoluten Bezugs-Vertikalen.

309328/0887

1 Abb. 6 ist ein Querschnitt des Geschosses, nach vorne gesehen.

2 Eine kleine Masse wird durch Explosion in einem angemessenen

3 Rotationswinkel des Geschosses herausgeschleudert, das dadurch

4 in Richtung auf die optimale Flugbahn verschoben wird.

309 8 28/0887

ORIGINAL USISPECTED

L e e r s e i t e