Míssil guiado por laser

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Antecedentes

Os mísseis diferem dos foguetes em virtude de um sistema de orientação que os direciona para um alvo pré-selecionado. Foguetes não guiados ou de vôo livre provaram ser armas úteis, embora frequentemente imprecisas, quando disparados de aeronaves durante a Segunda Guerra Mundial. Essa imprecisão, muitas vezes resultando na necessidade de disparar muitos foguetes para atingir um único alvo, levou à busca de um meio de guiar o foguete em direção ao seu alvo. A explosão simultânea da tecnologia de ondas de rádio (como radar e dispositivos de detecção de rádio) forneceu a primeira solução para esse problema. Vários países em guerra, incluindo Estados Unidos, Alemanha e Grã-Bretanha, combinaram a tecnologia de foguetes existente com novos sistemas de orientação baseados em rádio ou radar para criar os primeiros mísseis guiados do mundo. Embora esses mísseis não tenham sido lançados em número suficiente para desviar radicalmente o curso da Segunda Guerra Mundial, os sucessos registrados com eles apontaram técnicas que mudariam o curso de guerras futuras. Assim amanheceu a era da guerra de alta tecnologia, uma era que demonstraria rapidamente seus problemas e também sua promessa.

Os problemas centravam-se na falta de confiabilidade das novas tecnologias de ondas de rádio. Os mísseis não foram capazes de atingir alvos menores do que fábricas, pontes ou navios de guerra. Os circuitos muitas vezes se mostraram inconstantes e não funcionavam sob condições climáticas adversas. Outra falha surgiu quando as tecnologias de interferência floresceram em resposta ao sucesso do radar. As estações de interceptação inimigas descobriram que é cada vez mais fácil interceptar as transmissões de rádio ou radar do lançamento de aeronaves, permitindo assim que essas estações enviem sinais conflitantes na mesma frequência, interceptando ou "confundindo" o míssil. Os aplicativos de campo de batalha para mísseis guiados, especialmente aqueles que previam ataques a alvos menores, exigiam um método de orientação mais confiável e menos vulnerável a interferência. Felizmente, esse método tornou-se disponível como resultado de um esforço de pesquisa independente sobre os efeitos da amplificação da luz.

O Dr. Theodore Maiman construiu o primeiro laser (Amplificação de luz por emissão estimulada de radiação) no Hughes Research Laboratories em 1960. Os militares perceberam as aplicações potenciais dos lasers quase assim que seus primeiros feixes cortaram o ar. Projéteis guiados por laser foram batizados de fogo na extensa série de ataques aéreos que destacaram o esforço americano na Guerra do Vietnã. A precisão dessas armas lhes rendeu o conhecido apelido de "armas inteligentes". Mas mesmo esta nova geração de armamento avançado não poderia trazer a vitória para as forças dos EUA nesta guerra amarga e cara. No entanto, a combinação de experiência adquirida no Vietnã, refinamentos na tecnologia de laser e avanços semelhantes em eletrônica e computadores levaram a mísseis guiados a laser mais sofisticados e mortais. Eles finalmente foram amplamente utilizados na Operação Tempestade no Deserto, onde sua precisão e confiabilidade desempenharam um papel crucial na derrota decisiva das forças militares do Iraque. Assim, o míssil guiado por laser se estabeleceu como um componente-chave na tecnologia militar de alta tecnologia de hoje.

Matérias-primas

Um míssil guiado por laser consiste em quatro componentes importantes, cada um dos quais contendo diferentes matérias-primas. Esses quatro componentes O corpo do míssil é fundido em metades:metal fundido (alumínio ou aço) é derramado em um metal morrer e resfriado para formar a forma adequada. As duas metades são então soldadas.
Os principais componentes do laser - o sensor fotodetector e os filtros ópticos - são montados em uma série de operações separadas do resto da construção do míssil. Os circuitos que suportam o sistema a laser são então soldados em placas pré-impressas. As placas de circuito para o conjunto de eletrônicos também são montadas independentemente do resto do míssil. Se exigido pelo design, microchips são adicionados às placas neste momento. são o corpo do míssil, o sistema de orientação (também chamado de conjunto de laser e eletrônicos), o propulsor, e a ogiva. O corpo do míssil é feito de ligas de aço ou ligas de alumínio de alta resistência que geralmente são revestidas com cromo ao longo da cavidade do corpo para proteger contra as pressões e o calor excessivos que acompanham o lançamento de um míssil. O sistema de orientação contém vários tipos de materiais - alguns básicos, outros de alta tecnologia - projetados para fornecer o máximo de capacidade de orientação. Esses materiais incluem um sensor fotodetector e filtros ópticos, com os quais o míssil pode interpretar comprimentos de onda de laser enviados de uma aeronave principal. A parte mais importante do sensor fotodetector é a sua cúpula de detecção, que pode ser feita de vidro, quartzo e / ou silício. O conjunto de eletrônicos de um míssil pode conter semicondutores de arsenieto de gálio, mas alguns conjuntos ainda dependem exclusivamente de fios de cobre ou prata. Os mísseis guiados usam propelentes sólidos à base de nitrogênio como fonte de combustível. Certos aditivos (como grafite ou nitroglicerina) podem ser incluídos para alterar o desempenho do propelente. A ogiva do míssil pode conter misturas altamente explosivas à base de nitrogênio, explosivos combustível-ar (FAE) ou compostos de fósforo. A ogiva é normalmente envolta em aço, mas ligas de alumínio às vezes são usadas como um substituto.

Design

Existem dois tipos básicos de mísseis guiados por laser no campo de batalha moderno. O primeiro tipo "lê" a luz laser emitida pela aeronave / helicóptero lançador. O conjunto eletrônico do míssil emite comandos para as aletas (chamadas superfícies de controle) em seu corpo em um esforço para mantê-lo no curso com o feixe de laser. Este tipo de míssil é chamado de beam rider já que tende a dirigir o feixe de laser em direção ao seu alvo.

O segundo tipo de míssil usa sensores de bordo para captar a luz laser refletida do alvo. O piloto da aeronave / helicóptero seleciona um alvo, atinge o alvo com um feixe de laser disparado de um designador de alvo e, em seguida, lança o míssil. O sensor do míssil mede o erro entre sua trajetória de vôo e a trajetória da luz refletida. As mensagens de correção são então transmitidas às superfícies de controle do míssil por meio do conjunto de eletrônicos, direcionando o míssil para o seu alvo.

Independentemente do tipo, o projetista do míssil deve executar simulações de computador como a primeira etapa do processo de projeto. Essas simulações auxiliam o projetista na escolha do tipo de laser adequado, comprimento do corpo, configurações do bico, tamanho da cavidade, tipo de ogiva, massa do propelente e superfícies de controle. O designer então reúne um pacote contendo todos os cálculos de engenharia relevantes, incluindo aqueles gerados por simulações de computador. O conjunto de eletrônicos é então projetado em torno dos recursos do laser e das superfícies de controle. Desenhos e esquemas de todos os componentes agora podem ser concluídos; A tecnologia CAD / CAM (Computer-Aided Design / Manufacture) provou ser útil nessa tarefa. Os sistemas eletrônicos são então projetados em torno das capacidades do laser da aeronave e das superfícies de controle do míssil. A etapa seguinte consiste em gerar os desenhos esquemáticos necessários para o sistema eletrônico escolhido. Outro estudo assistido por computador do sistema total de mísseis guiados constitui a etapa final do processo de projeto.

O processo de fabricação

Construindo o corpo e prendendo as nadadeiras

• 1 O corpo de aço ou alumínio é fundido em metades. A fundição sob pressão envolve derramar metal fundido em uma matriz de aço com o formato desejado e deixar o metal endurecer. À medida que esfria, o metal assume a mesma forma da matriz. Neste momento, um revestimento opcional de cromo pode ser aplicado às superfícies internas das metades que correspondem à cavidade de um míssil completo. As metades são então soldadas, e os bicos são adicionados na extremidade posterior do corpo após a soldagem.
• 2 Aletas móveis agora são adicionadas em pontos predeterminados ao longo do corpo do míssil. As aletas podem ser fixadas a juntas mecânicas que são então soldadas na parte externa do corpo, ou podem ser inseridas em reentrâncias propositalmente fresadas no corpo.

Lançamento do propelente

• 3 O propelente deve ser aplicado com cuidado na cavidade do míssil para garantir um revestimento uniforme, pois qualquer irregularidade resultará em uma taxa de queima não confiável, o que por sua vez prejudica o desempenho do míssil. O melhor meio de obter um revestimento uniforme é aplicar o propelente usando a força centrífuga. Este aplicativo, denominado casting, é feito em centrífuga industrial bem blindada e situada em local isolado como forma de prevenção contra incêndio ou explosão.

Montagem do sistema de orientação

• 4 Os principais componentes do laser - o sensor fotodetector e os filtros ópticos - são montados em uma série de operações separadas do resto da construção do míssil. Os circuitos que suportam o sistema a laser são então soldados em placas pré-impressas; atenção extra é dada aos materiais ópticos neste momento para protegê-los do calor excessivo, pois isso pode alterar o comprimento de onda da luz que o míssil será capaz de detectar. O subsistema de laser montado está agora colocado de lado enquanto se aguarda a montagem final. As placas de circuito para o conjunto de eletrônicos também são montadas independentemente do resto do míssil. Se exigido pelo design, microchips são adicionados às placas neste momento.
• 5 O sistema de orientação (componentes de laser mais o conjunto de eletrônicos) agora pode ser integrado ligando as placas de circuito necessárias e inserindo todo o conjunto no corpo do míssil por meio de um painel de acesso. As superfícies de controle do míssil são então ligadas ao sistema de orientação por uma série de fios de relé, também inseridos no corpo do míssil por meio de painéis de acesso. O sensor de fotodetecção e seu invólucro, no entanto, são adicionados neste ponto apenas para mísseis guiados por feixe, caso em que o invólucro é cuidadosamente aparafusado ao diâmetro externo do míssil perto de sua parte traseira, voltado para trás para interpretar os sinais de laser do pai aeronaves.

Montagem final

• 6 A inserção da ogiva constitui a fase final de montagem do míssil guiado Os mísseis guiados a laser atuais funcionam de duas maneiras. O primeiro tipo, um "piloto de feixe", lê a luz laser emitida pela aeronave em lançamento e dirige o feixe em direção ao alvo. O segundo tipo usa sensores a bordo para captar a luz laser enviada pela aeronave e refletida no alvo. Os sensores medem o erro entre a trajetória de voo do míssil e a trajetória da luz refletida, e o conjunto eletrônico altera as superfícies de controle conforme necessário para guiar o míssil em direção ao alvo. Construção. Grande cuidado deve ser exercido durante este processo, pois os erros podem podem levar a acidentes catastróficos. Técnicas de fixação simples, como parafusos ou rebitagem, servem para prender a ogiva sem riscos de segurança. Para sistemas de orientação que atingem a luz laser refletida, o sensor fotodetector (em sua caixa) é aparafusado no ponta da ogiva. Na conclusão desta fase final de montagem, o fabricante construiu com sucesso uma das peças mais complicadas, sofisticadas e potencialmente perigosas de hardware em uso hoje.

Controle de qualidade

Cada componente importante é submetido a rigorosos testes de controle de qualidade antes da montagem. Primeiro, o propelente deve passar por um teste no qual os examinadores acendem uma amostra do propelente em condições que simulam o vôo de um míssil. O próximo teste é um exercício de túnel de vento envolvendo um modelo do corpo do míssil. Este teste avalia o fluxo de ar ao redor do míssil durante seu vôo. Além disso, alguns mísseis reservados para fins de teste são disparados para testar as características de voo. O trabalho posterior envolve colocar o conjunto de eletrônicos por meio de uma série de testes para determinar a velocidade e a precisão com que os comandos são transmitidos às superfícies de controle do míssil. Em seguida, os componentes do laser são testados quanto à confiabilidade e um feixe de teste é disparado para permitir que os examinadores registrem a capacidade do sensor fotodetector de "ler" o comprimento de onda adequado. Finalmente, um determinado número de mísseis guiados concluídos são testados a partir de aeronaves ou helicópteros em alcances cravejados de alvos de prática.

Subprodutos / resíduos

Propelentes e explosivos usados ​​em ogivas são tóxicos se introduzidos em fontes de água. Quantidades residuais desses materiais devem ser coletadas e levadas a um local de descarte designado para queima. Cada estado mantém sua própria política com relação ao descarte de explosivos, e os regulamentos federais exigem que os locais de descarte sejam inspecionados periodicamente. Efluentes (subprodutos líquidos) do processo de revestimento de cromo também podem ser perigosos. Este problema é melhor resolvido armazenando os efluentes em recipientes à prova de vazamentos. Como precaução adicional de segurança, todo o pessoal envolvido no manuseio de quaisquer resíduos perigosos deve receber roupas de proteção que incluem dispositivos de respiração, luvas, botas e macacões.

O Futuro

Os futuros sistemas de mísseis guiados por laser levarão seu próprio laser miniaturizado a bordo, eliminando a necessidade de lasers designadores de alvo nas aeronaves. Esses mísseis, atualmente em desenvolvimento em vários países, são chamados de "disparar e esquecer" porque um piloto pode disparar um desses mísseis e esquecê-lo, contando com o laser interno do míssil e sensor de detecção para guiá-lo em direção ao alvo. Um desenvolvimento posterior dessa tendência resultará em mísseis que podem selecionar e atacar alvos por conta própria. Assim que seu potencial for realizado, os campos de batalha do mundo sentirão o veneno mortal desses "mísseis brilhantes" por muitos anos. Um conceito ainda mais avançado prevê um rifle de batalha para infantaria que também dispara pequenos mísseis guiados a laser. A Operação Tempestade no Deserto mostrou claramente a necessidade de precisão guiada por laser e, como resultado, estabelecimentos militares dedicados a suas missões sem dúvida inventarão e implantarão versões cada vez mais letais de mísseis guiados por laser.