RU2114374C1

RU2114374C1 - Method of missile flight control in flight tests

Info

Publication number: RU2114374C1
Application number: RU94036871/02A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Гончарук; М.Н. Зудков; А.А. Позин; Ю.А. Степаненко
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью ВНПП "Эрток"
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1998-06-27
Also published as: RU94036871A

Abstract

FIELD: rocketry, in particular, missile flight tests. SUBSTANCE: coordinates and parameters of missile motion are determined at the control center, data on the condition of environment on the test route are obtained and, according to them, probability of out-of-standard change of missile flight path and probable pollution ground surface, water basins and air is predicted. According to the forecast data, a command either on flight continuation or deflection from the flight path and destruction of missile in the area with minimum damage to the environment is transmitted to the missile. EFFECT: facilitated procedure. 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам управления пространственным положением объекта, а точнее, к способам управления полетом летательного аппарата (ЛА), особенно при испытаниях, и может быть использовано при летных испытаниях таких объектов, как ракеты всех типов и некоторых других ЛА. The invention relates to methods for controlling the spatial position of an object, and more specifically, to methods for controlling the flight of an aircraft (LA), especially during tests, and can be used in flight tests of objects such as missiles of all types and some other aircraft.

Известны способы [1,2], в которых управление полетом ракет производят на пусковых установках (ПУ), используя для этого системы, в которые вводится информация о цели, и в зависимости от ее состояния коррелируется траектория полета. Однако в этих способах не учитывается состояние трассы полета, которое может значительно повлиять на изменение траектории полета, и поэтому эти способы нельзя использовать при испытаниях ракет. Known methods [1,2], in which the flight control of missiles is carried out at launchers (launchers), using for this purpose systems into which information about the target is entered, and the flight path is correlated depending on its state. However, these methods do not take into account the state of the flight path, which can significantly affect the change in the flight path, and therefore these methods cannot be used when testing missiles.

Известен способ [3,4] , в котором запуск и управление полетом производится в соответствии с программой тактического программного обеспечения, формируемого наземным вычислительным комплексом, который соединен с блоком памяти программ, расположенным в ракете. The known method [3,4], in which the launch and flight control is performed in accordance with the tactical software program formed by the ground computing complex, which is connected to the program memory located in the rocket.

Однако в этом способе управление полетом осуществляется по заранее определенной программе, и в системе не предусмотрена возможность изменения летной ситуации в случае нештатного отклонения от заданной траектории, а поэтому этот способ нежелателен при испытаниях ракет. However, in this method, flight control is carried out according to a predetermined program, and the system does not provide for the possibility of changing the flight situation in the event of an abnormal deviation from a given trajectory, and therefore this method is undesirable when testing missiles.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления полетом ракет [5], заключающийся в том, что на командном пункте управления полетом определяют текущие координаты и параметры движения ракеты, рассчитывают вероятную траекторию полета, формируют и передают на ракету команды на изменение траектории полета. The closest in technical essence is the missile flight control method [5], which consists in the fact that the current coordinates and parameters of the rocket’s movement are determined at the command control point of the flight, the probable flight path is calculated, and commands for changing the flight path are generated and transmitted to the rocket.

Так как этот способ предназначен для управления полетом боевой ракеты, направляемой на поражение цели, то поэтому в этом способе, хотя и учитывается возможность нештатного отклонения от траектории, и в начале полета им можно управлять полетом в определенных пределах, но предотвратить возможность нанесения экологического ущерба при нештатной ситуации полета и/или при резких изменениях метеорологических условий в районе цели не представляется возможным. Since this method is designed to control the flight of a military missile aimed at hitting a target, therefore, although this method takes into account the possibility of an abnormal deviation from the trajectory, at the beginning of the flight, it can control the flight within certain limits, but prevent the possibility of environmental damage when an abnormal flight situation and / or with sudden changes in meteorological conditions in the target area is not possible.

При таком способе можно только управлять полетом ракеты, но избежать экологического ущерба невозможно, так как в этом способе нет технологии ликвидации ракеты, и поэтому при летных испытаниях ракет этот способ использовать невозможно, и в случае нештатных отклонений от траектории или в случае изменения метеорологических условий в месте назначения избежать поражения цели невозможно. With this method, you can only control the flight of the rocket, but it is impossible to avoid environmental damage, since there is no technology to eliminate the rocket in this method, and therefore, in flight tests of the rockets, this method cannot be used, in the case of abnormal deviations from the trajectory or in case of changing weather conditions in the destination is impossible to avoid hitting the target.

Целью изобретения является обеспечение экологической безопасности при испытательных полетах ракет путем введения в систему обеспечения полета управление ликвидацией ракеты по сигналам, сформированным по данным о состоянии окружающей среды. The aim of the invention is to ensure environmental safety during test missile flights by introducing missile elimination control into the flight support system using signals generated from environmental data.

Цель достигается тем, что в известном способе управления полетом, заключающемся в том, что на командном пункте управления полетом определяют текущие координаты и параметры движения ракеты, рассчитывают вероятную траекторию полета, формируют и передают на ракету команды на изменение траектории полета, постоянно определяют и передают на командный пункт управления полетом данные о состоянии окружающей среды на трассе летных испытаний, прогнозируют возможность нештатного изменения траектории полета ракеты и возможное в этом случае загрязнение поверхности земли, водоемов и воздуха, после чего передают на ракету команду либо на продолжение полета к цели, либо на отклонение от траектории и уничтожение ракеты в районе с минимальным ущербом для окружающей среды. The goal is achieved by the fact that in the known method of flight control, which consists in the fact that the current coordinates and parameters of the rocket’s movement are determined at the flight control command point, the probable flight path is calculated, the commands for changing the flight path are generated and transmitted to the rocket, it is constantly determined and transmitted to flight control command post data on the state of the environment on the flight test track, predict the possibility of an abnormal change in the flight path of the rocket, and possibly in this case knowledge of the surface of the earth, water bodies and air, after which a command is sent to the rocket either to continue the flight to the target, or to deviate from the trajectory and destroy the rocket in the area with minimal damage to the environment.

От известного решения заявляемый способ отличается тем, что одновременно с определением текущих координат и параметров движения ракеты постоянно определяют и передают на командный пункт данные о состоянии окружающей среды на трассе летных испытаний, прогнозируют возможность нештатного изменения траектории полета ракеты и возможное в этом случае загрязнение поверхности земли, водоемов и воздуха, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна". The claimed method differs from the known solution in that at the same time as determining the current coordinates and parameters of the rocket’s movement, they constantly determine and transmit data on the state of the environment on the flight test route to the command post, predict the possibility of an abnormal change in the rocket’s flight path and possible contamination of the earth’s surface in this case , ponds and air, which allows us to conclude that the proposed solutions meet the criterion of "novelty."

Сущность способа заключается в том, что при испытаниях в случае нештатного отклонения от траектории полета ракеты отделяемые части носителя (ступени с остатками токсичных компонентов ракетных топлив, сбрасываемые головные обтекатели (СГО) могут попасть в такой район, и падение их может нанести непоправимый экологический ущерб окружающей среде. Метеорологические условия в месте подрыва могут оставаться такими, что токсичные вещества, выделяющиеся при полета ракеты, будут распространяться в районы, уязвимые с экологической точки зрения. В известных способах управления полета [1-3], предназначенных для управления полетом боевых ракет, учитывать такую ситуацию не нужно, но при испытаниях необходимо, так как в случаях всевозможных нештатных отклонений от траектории возможно значительное загрязнение окружающей среды, которое может быть значительно снижено, если управление испытательным полетом будет осуществляться с учетом состояния окружающей среды на траектории полета и в месте назначения. Введение данных о состоянии окружающей среды на траектории полета и в месте назначения ракет на командный пункт управления полетом и постоянное прогнозирование ситуации на траектории и в месте назначения позволяют изменить траекторию полета ракеты, обеспечивая тем самым экологическую безопасность испытательных полетов путем уничтожения ракеты в районе с минимальным ущербом для окружающей среды. The essence of the method lies in the fact that when testing in the event of an abnormal deviation from the flight path of the rocket, detachable parts of the carrier (steps with the remains of toxic components of rocket fuels, discharged head fairings (SSS) can fall into such an area, and their fall can cause irreparable environmental damage to the environment The meteorological conditions at the site of the explosion may remain such that toxic substances released during the flight of the rocket will spread to areas that are environmentally vulnerable. In the known flight control methods [1-3], designed to control the flight of military missiles, this situation is not necessary to take into account, but it is necessary in testing, since in cases of all kinds of abnormal deviations from the trajectory, significant environmental pollution is possible, which can be significantly reduced, if the control of the test flight will be carried out taking into account the state of the environment on the flight path and at the destination. The introduction of data on the state of the environment on the flight path and at the destination of missiles at the command control point of the flight and constant forecasting of the situation on the path and at the destination allows changing the flight path of the rocket, thereby ensuring the environmental safety of test flights by destroying the missile in the area with minimal damage for the environment.

Все это позволяет судить о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень". All this allows us to judge the compliance of the proposed solutions to the criterion of "inventive step".

Изобретение поясняется фиг. 1-4, иллюстрирующими конкретное использование способа на примере испытания геофизической ракеты (ГФР), где на фиг. 1 показано занесенное на монитор командного пульта управления (КПУ) схематическое изображение заданной траектории полета испытываемой геофизической ракеты и траектории полета ГР в случае нештатного поведения; на фиг. 2 - схематическое изображение территории падения первой ступени и сбрасываемого головного обтекателя (СГО) на мониторе ПУ в случае штатного поведения ракеты; на фиг. 3 - схематическое изображение района падения этих же частей ракеты, вызванного изменением траектории полета заявленным способом, когда было выявлено нештатное отклонение полета ракеты и возможность загрязнения поверхности почвы и воздуха в районе падения; на фиг. 4 - блок-схема способа. The invention is illustrated in FIG. 1-4, illustrating the specific use of the method on the example of testing a geophysical rocket (geophysical rocket), where in FIG. 1 shows a schematic representation of a predetermined flight path of a geophysical rocket under test and a flight path of GR in the event of abnormal behavior recorded on the monitor of the command control panel (KPU); in FIG. 2 - a schematic representation of the territory of the fall of the first stage and the discharged head fairing (CGS) on the monitor of the launcher in the case of normal behavior of the rocket; in FIG. 3 is a schematic illustration of the area of incidence of the same parts of the rocket, caused by a change in the flight path of the claimed method, when an abnormal deviation of the flight of the rocket and the possibility of contamination of the surface of the soil and air in the area of impact were revealed; in FIG. 4 is a flowchart of a method.

На фиг. 1 сплошная линия 1 - заданная траектория полета ракеты до цели L, линия крестиками 2 - прогнозируемая траектория полета первой ступени и СГО и ее отрезок 3 - прогнозируемая траектория падения первой ступени и СГО ракеты при штатном поведении ракеты в полете, пунктирная линия 4 и дополнительный отрезок 5 - измененные траектории полета ракеты и падения ее СГО при нештатной ситуации, эллипсы 6 и 7 на фиг. 2 и 3 - зоны возможного рассеивания отделяемых деталей изделий и загрязняющих веществ при штатном поведении ракеты, а эллипсы 8 и 9 на фиг. 3 - территории возможного поражения при нештатном поведении ракеты, - территория поражения после принятия решения об уничтожении ГР, буквами A, D, F, G, I, K обозначены пункты, на которых установлены автоматические средства определения состояния природной среды, а знаками B, C, B', C', B'', C'' - точки прогнозируемого падения отделяемых частей соответственно в случае штатной ситуации, нештатной и после принятия решения о ликвидации ГФР, на блок-схеме способа на фиг. 4 - 1 - командный пункт (КП), 2 - ПУ, 3 - компьютер ПУ, 4 - бортовое контрольное устройство на ракете, 5 - РЛС слежения, 6 - ракета в нештатной ситуации, ракету ликвидировать нельзя, 7 - ракета в нештатной ситуации, в месте, где ее нужно ликвидировать, 8 - автоматические станции метеорологических измерений и контроля загрязнения атмосферы, 9 - цель, 10 - населенные пункты, I, II, III, IV, V, VI, VII - каналы связи (информационные, управления и радиоконтроля), VIII, IX - наземные станции трассы, X - наземная проекция штатного направления полета, XI - наземная проекция нештатного направления полета, XII, XIII - зоны поражения местности при ликвидации ракеты. In FIG. 1 solid line 1 - predetermined rocket flight path to target L, line with crosses 2 - predicted flight path of the first stage and SSS and its segment 3 - predicted fall path of the first stage and SSS of a rocket during normal flight behavior of the rocket, dashed line 4 and an additional segment 5 - altered flight paths of a rocket and its SSS falling during an emergency, ellipses 6 and 7 in FIG. 2 and 3 - zones of possible dispersion of detachable parts of products and pollutants during normal rocket behavior, and ellipses 8 and 9 in FIG. 3 - territories of possible damage in case of abnormal behavior of the rocket, - territory of damage after the decision to destroy GR is made, the letters A, D, F, G, I, K indicate the points on which automatic means for determining the state of the environment are installed, and the signs B, C , B ', C', B '', C '' are the points of the predicted fall of the detachable parts, respectively, in the event of a normal situation, an emergency, and after a decision is made to eliminate the geological exploration, in the flowchart of the method in FIG. 4 - 1 - command post (CP), 2 - launcher, 3 - launcher computer, 4 - on-board monitoring device on the rocket, 5 - tracking radar, 6 - missile in an emergency, the missile cannot be eliminated, 7 - missile in an emergency, in the place where it needs to be eliminated, 8 - automatic stations for meteorological measurements and control of atmospheric pollution, 9 - target, 10 - settlements, I, II, III, IV, V, VI, VII - communication channels (information, control and radio monitoring ), VIII, IX - ground stations of the route, X - ground projection of the standard flight direction, XI - ground projection of the emergency board of flight, XII, XIII - kill zone areas with missiles liquidation.

В соответствии с программой исследований наводят пусковую установку на цель, затем вводят информацию о цели в компьютер КПУ, программными средствами, заложенными в компьютере КРУ, коррелируют эту информацию с информацией, постоянно принимаемой блоком управления на ракете. In accordance with the research program, a launcher is aimed at the target, then information about the target is entered into the control computer, software installed in the switchgear computer correlates this information with information constantly received by the missile control unit.

Проверяется работа автоматических средств наблюдения за окружающей средой на наземной проекции трассы полета. Наблюдения за окружающей средой включают измерение скорости и направления ветра, температуры, давления и влажности воздуха. Проверяется работа средств связи этих автоматических средств с компьютером на КПУ, где после приема данных о состоянии среды срабатывает программа прогноза ситуации на трассе полета и в месте падения ракеты и/или ее ступеней. The operation of automatic environmental monitoring tools on the ground projection of the flight path is checked. Environmental observations include measuring wind speed and direction, temperature, pressure and air humidity. The operation of the means of communication of these automatic means with a computer on the control unit is checked, where after receiving data on the state of the environment, a program for predicting the situation on the flight path and at the place of impact of the rocket and / or its stages is activated.

Наземный компьютер проводит проверку готовности всех наземных и бортовых систем ракеты. The ground computer checks the readiness of all ground and airborne missile systems.

После проверки систем компьютером устанавливают стартовую "готовность", после чего снимается блокировка кнопки "старт". Оператор по информации, выведенной на экран монитора, принимает решение на запуск, одновременно с пуском ракеты производится запуск бортового контролирующего устройства. After checking the systems, the computer sets the start "readiness", after which the lock of the "start" button is released. The operator, according to the information displayed on the screen of the monitor, makes a decision to launch; simultaneously with the launch of the rocket, the on-board monitoring device is launched.

В случае нештатного поведения ракеты оператор должен принять решение о судьбе ракеты, но решение он может принять в том случае, если вся информация о состоянии трассы полета будет в его распоряжении. In case of abnormal behavior of the rocket, the operator must decide on the fate of the rocket, but he can make a decision if all the information about the state of the flight path is at his disposal.

Эту информацию для принятия решения он может получить, если наземные автоматические средства наблюдения за состоянием среды, например, автоматические станции контроля загрязнения атмосферы (АСКЗА), будут расположены на трассе испытаний на таком расстоянии друг от друга, чтобы было достаточное время для принятия оператором решения и осуществления этого решения, прежде чем станет невозможным управление подлетом и/или возможность ликвидации ракеты в безопасном районе. He can obtain this information for making a decision if ground-based automatic means of monitoring the state of the environment, for example, automatic atmospheric pollution control stations (ASKZA), are located on the test track at such a distance from each other that there is sufficient time for the operator to make a decision and the implementation of this decision, before it becomes impossible to control the approach and / or the ability to eliminate a missile in a safe area.

Такое оптимальное расстояние для размещения автоматических средств определения состояния окружающей среды на трассе полета можно определить по формуле:
l=V • (t + t'),
где
V - горизонтальная скорость полета ракеты;
t - время получения и обработки информации о состоянии окружающей среды;
t' - время принятия решения оператором;
l - расстояние между пунктами, где будут установлены автоматические средства определения состояния окружающей среды.Such an optimal distance for placing automatic means of determining the state of the environment on the flight path can be determined by the formula:
l = V • (t + t '),
Where
V is the horizontal velocity of the rocket;
t is the time of receiving and processing information about the state of the environment;
t 'is the decision-making time by the operator;
l is the distance between points where automatic means of determining the state of the environment will be installed.

В приводимом примере расстояние от ПУ до цели 2500 км, скорость полета V - 8000 км/ч. Ракета после пуска будет находиться в полете около 20 мин. Для обработки и получении информации о состоянии окружающей среды от автоматических средств определения на ПУ требуется около 0,6 мин, для принятия решения оператором нужно 0,4 мин. Таким образом наземные автоматические средства определения состояния окружающей среды должны быть размещены на расстоянии l = 8000 • (0,6 + 0,4) 100 км. In the given example, the distance from the launcher to the target is 2500 km, the flight speed V is 8000 km / h. The missile after launch will be in flight for about 20 minutes. It takes about 0.6 minutes to process and receive information about the state of the environment from automatic means of determination on the control panel, and 0.4 minutes for the operator to make a decision. Thus, ground-based automatic means of determining the state of the environment should be placed at a distance l = 8000 • (0.6 + 0.4) 100 km.

При штатном поведении геофизический блок (ГБ) должен быть доставлен в точку L, траектория ее полета должна быть, как показано, сплошной линией 1, первая ее ступень и СГО должны пролететь часть 2 и упасть в точках B и C, территории их возможного падения обрисованы эллипсами 6 и 7. With normal behavior, the geophysical block (GB) must be delivered to point L, its flight path must be, as shown, solid line 1, its first stage and GSS must fly through part 2 and fall at points B and C, the territories of their possible fall are outlined ellipses 6 and 7.

На десятой секунде полета выявлено, что ракета отклоняется от заданной траектории на 0,5^o к северу, и она доставит ГБ не в точку L, а в точку I, при этом ее первая ступень и СГО упадут не в точках B и C, а в точках B₁ и C₁, смещенных к северу.At the tenth second of the flight, it was revealed that the rocket deviates from the given trajectory by 0.5 ^o to the north, and it delivers the GB not to point L, but to point I, while its first stage and SSS will fall not at points B and C, but at points B ₁ and C ₁ shifted to the north.

По данным автоматических станций наблюдения в пунктах E, F, G,прогнозируется усиление южного ветра до 15 м/с с порывами до 20 м/с, а также продолжительные осадки. According to the data of automatic observation stations at points E, F, G, the south wind is forecasted to increase up to 15 m / s with gusts up to 20 m / s, as well as long-term rainfall.

Территория около точек B' и C', обрисованная эллипсами 8 и 9, находится вблизи от населенных пунктов. Падение первой ступени и СГО нежелательно в этих точках, так как возможно в сложившейся метеорологической обстановке значительное поражение загрязняющими веществами территории этих населенных пунктов. The area near points B 'and C', outlined by ellipses 8 and 9, is located close to settlements. The fall of the first stage and the SSS is undesirable at these points, since in the current meteorological situation it is possible significant damage to the territories of these settlements by pollutants.

К точкам B'' и C'' ракета подлетит через 2 мин. Оператор, получив прогнозируемую ситуацию, принимает решение об уничтожении ракеты до того как она достигнет точки B, то есть тогда, когда ракета будет еще на территории точек B и C, обрисованных эллипсами 6 и 7. После этого оператор подает команду на снятие ступеней предохранения контролирующего устройства и далее на ликвидацию ракеты. At points B '' and C '' the rocket will fly up in 2 minutes. The operator, having received the predicted situation, decides to destroy the rocket before it reaches point B, that is, when the rocket is still in the territory of points B and C, outlined by ellipses 6 and 7. After that, the operator gives a command to remove the protection levels of the controller devices and further on liquidation of the rocket.

Claims

A method of controlling missile flight during flight tests, which consists in determining the current coordinates and parameters of the missile’s movement at the command control point of the flight, calculating the probable flight path, generating and transmitting commands to the missile to change the flight path, characterized in that it is constantly detected and transmitted data on the state of the environment on the flight test route to the flight control command post, predict the possibility of an abnormal change in the flight path of the rocket and the possible If the surface of the earth, water bodies and air is contaminated, then they are transferred to the rocket either to continue the flight to the target, or to deviate from the trajectory and destroy the rocket in the area with minimal damage to the environment.