火箭橇目标探测轨道

传真：[phone]火箭橇目标探测轨道方案湖北霍洛曼航空设备工程有限公司2013.12传真：[phone]一、概述随着我国国防现代化水平的提高，新型武器系统对惯导系统的测量精度的要求也相应提高，在改进惯导系统测量仪器精度的同时，提高惯导系统的测试试验水平从而提高误差补偿水平，有利于武器系统导航制导精度的提高。火箭橇（rocketsltd），特指利用火箭发动机推动，在特殊轨道上运行的特制试验橇。火箭橇试验系统涵盖了轨道系统、推进系统、控制系统、试验环境保障系统，外测系统和数据处理系统等几大系统。在航空航天系统安全测试、超音速空气动力学、制导系统性能评估、高速救生试验及高速碰撞问题、空中碎片研究等方面有广泛的应用。当前测试惯导测量系统的试验方法主要有：振动台、离心机、火箭橇和弹载试验。同其它几种方法相比，火箭橇试验技术有鲜明的试验特点及优势。火箭橇试验费用相对较高，测试周期较长，但能产生线性加速度，且这种加速度在加表性能和陀螺仪安装职称设备（例如平台支架和万向支架伺服机构）性能评价方面是必须的。另外火箭橇试验过程中的振动环境和实际弹道飞行中的振动水平是同一量级的。振动台试验方法和离心机测试花费较少，在实验室里就可开展，但离心机测试过程中的过度旋转导致受测陀螺仪的漂移严重扩大，导致制导系统评价方法复杂化。同时，转台的变形和振动环境无法精确确定，导致离心机试验中位置和速度测量精度降低。弹载试验能真正模拟实战环境，无论从振动上或转动、过载等方面反映出惯导系统工作的实际环境，但弹载试验最大缺点是相对于惯导系统是破坏传真：[phone]性试验。火箭橇试验中惯导系统不受损害，同一惯导系统可进行多次试验、反复校正。而且作为地面试验，可以采取多种外测手段对试验弹道进行测量，建立更精确地参考。同时试验成本较弹载飞行试验大大降低。火箭橇试验能最大限度地模拟真实的飞行环境，通过改变安装方式和推进设置能够分离出大部分惯导系统误差项，是一种介于实验室与飞行试验间的首选地面试验技术。1、国外火箭橇试验技术现状美、俄、法、英四国率先建成火箭橇试验基地，其中美国火箭橇试验技术最为成熟。全球诸多火箭橇试验基地中，美国新墨西哥州的霍莱曼（holloman）空军基地的中央惯导实验室的试验水平处于国际领先地位。世界上第一个火箭橇试验基地与1950年在美国诞生，随后10年间，火箭橇试验基地的硬件建设和试验方法研究均有长足的发展。1958年，美空军决定成立中央惯导实验室，1959--1960年，美空军在霍莱曼空军基地建成并逐步完善了该实验室，巩固了惯导系统精密测试能力，同时建成了2条试验轨道，其中一条双轨长达15.6km，另一条单轨长达4.60km。根据试验任务可以选用不同的测试轨道，试验速度最大为6马赫（Mach）。随着该实验室的测试水平和知名度的提高，1965年，美国国防部授权该试验中心对其采购的导航制导电子产品进行性能测试，并规定只有经其测试的产品才能列如军购名单。20世纪70年代是精密分析工具和试验技术发展的全盛时期，中央惯导实验室率先开展了多种试验方法的研究，完成了关键技术的建模分析，投入巨大的研究资金完成多种试验功能的模块硬件建设。传真：[phone]年和1982年，该试验中心对预研制阶段的高级惯性参考球惯性测量单元开展了一系列的火箭橇试验。在地面试验中实现了可信地评估制导系统精度。20世纪80年代，电子技术的发展很迅速，弹载计算机运算速度和精度有很大改进，对惯导系统的实时误差补偿得以实现。随着误差补偿模型的不断完善，误差项的逐步增多，对试验方法的要求也逐步提高。对火箭橇而言，如何提高测试橇运动的速度和加速度成为试验技术人员要解决的问题之一。1985--1990年，研究了反速度火箭橇技术。截止90年代初期，中央惯导实验室一直在做试验方案设计和试验方法方面的研究，努力提出并尝试新的试验方案。20世纪60年代起30年间，中央惯导实验室进行了近300次导弹制导系统的火箭橇试验。早期的洲际弹道导弹和战术导弹惯导系统都进行过全面的试验。火箭橇试验早已列入美国惯导系统的试验大纲作为地面试验的最后阶段，并规定通过火箭橇试验后惯导系统才能进行飞行试验。当前美国火箭橇试验技术代表着全球最高水平。至今试验的最高速度达到12Mach，试验弹道测量具有10-6m/s量级的速度测量精度和1mm的距离测量精度。每年所做的200多次试验中，航空救生试验仅占8%，航天及武器制导系统试验占90%以上。2、国内火箭橇试验技术发展状况我国火箭橇试验技术起步较晚，上世纪60年代，由于武器装备研制迫切需要在地面上进行模拟飞行试验，我国才开始筹建火箭撬试验场。鉴于建造火箭橇滑轨试验场技术复杂、投资规模大，先采用改建铁路专线代替，进行传真：[phone]了多次试验。由于其技术状态难以达到正规火箭橇滑轨的要求，曾多次发生滑车脱轨颠覆的试验事故。1983年国家把建造高精度火箭橇试验滑轨列入“六五”前期重点项目，设计目标是以承担航空救生试验为主，兼顾航天、核、兵器、船舶等部分试验任务。我国科技工作者经过一系列技术攻关，于1993年7月建成了我国也是亚洲第一条基于火箭橇试验专用轨道的火箭橇试验基地（简称HJ火箭橇滑轨），并配备了相应的试验控制、遥感/外测设备。滑轨建成时全长3132m，滑轨基准线全长准直度10-6，轨道铺设精度：平整度±0.10mm/m，全长±1.00mm；两轨同一横断面高差±0.10mm，间距±0.20mm；试验可获得最高速度1.2Mach，运行状况良好。该试验基地在湖北某地，是亚洲最长的火箭橇试验专用滑轨。目前已有单位就挠性平台作了火箭橇验证试验，基本考核了惯导系统在大过载环境中的运行的可靠性、兼容性及其系统的综合测试精度。随着试验需求的不断提高，原有的轨道长度无法满足试验需求，在2011年完成了该滑轨的扩建，目前轨道长度达到6132m，其最高速度可达2.4Mach。但是该试验场是针对航空试验设计，还不能完全满足惯导系统的试验要求。2013年8月，我国兵总相继在内蒙古某地建成了9km的火箭橇滑轨（简称ALS-火箭橇滑轨），设计技术输入与HJ火箭橇滑轨一致，其速度可达4Mach。主要承担兵总系统的武器研制与验收，相应承担部分惯导系统的试验。为了更好地、有效地模拟弹道导弹的飞行轨迹和制导的精确性，我国上海航天在安徽某地相继立项建设空中刚性轨道和柔性滑轨。但其运行速度均不高，只在150m/s范围内。目前国家已经批复的航天北京某院在河北某地建传真：[phone]设的空中柔性滑轨长度800m，也是我公司正承担建设的火箭橇柔性滑轨，最高速度达到200mm/s。二、火箭橇试验基地的硬件设施火箭橇试验硬件系统包括轨道支持结构系统、轨道系统、基准线系统、推进系统、火箭橇系统、减速制动系统、控制系统、试验环境保障系统、外测系统、数据处理系统等。现在结合我国第一个火箭橇试验基地的建设情况，分别对以上几个系统作以介绍。1、轨道支撑结构系统火箭橇试验基地选址，一般选择地势平坦、降雨量小、温差小、地震烈度不大于6级、地壳结构稳定的中纬度平原地区和人烟稀少地区较为理想。地址选定之后，必须对火箭橇滑轨进行局部规划和地质勘探。一般为南北走向，北端比南端经度值稍小，用以拟制地球自旋引起的误差项。分析地表以下10-16m土层的土壤成分和含水量，并观测其沉降量。轨道支撑结构系统一般设计为深桩、承台、简支承轨梁形式，承轨梁长度12--15m，便于吊装施工；承轨梁与承台之间通过可调制作链接，可通过人工调节，避免或消除因地质情况不均匀引起的沉降导致的轨道变形误差。轨道断面形式设计成H型或凹型，一般为2260×2600mm，水槽断面800×600mm，通过水位隔板形成高低不等的水槽带，提高减速制动的水动力。2、轨道系统轨道选用特制重型钢轨，型号为Q100或Q120，材质为U71Mn或U71Mn5V；经时效、精加工和无损探伤检测，轨道加工精度为：各加工面直线度、平整度0.05mm/m，单根全长±0.10mm；无损探伤达到2级。传真：[phone]轨道调节采取分离式调节装置，轨道各支撑点垂直调节±10mm，横向调节±10mm，确保轨道在运行过程中，或因沉降、温度变化引起的轨道变形的校正。轨道支撑点间距可以选为800mm--1200mm，视火箭橇滑车重量和运行速度来确定。滑轨全长根据试验需求（滑车及试验件重量、最高速度、火箭发动机型号和推力、测试时间、过载要求等）来确定，一般分为加速段、试验测试段、减速制动段。轨道现场焊接采取定点式气压焊接方式，焊接强度要求达到母材强度的90%以上。通过试焊接头的静弯试验、落锤试验、抗力试验确定工艺参数，与超声波无损探伤进行比对，确定缺陷当量。正常施工情况下，采取超声波无损探伤。轨道焊缝现场加工，利用数控联合加工中心（特制），对轨道各面进行精加工，其加工精度与精加工轨条一致。轨道张拉锚固，一般选为高温季节，进行整体张拉，两端锚固。给轨道一定的温度预应力，消除轨道温度的热应力影响，始终保持轨道的直线度。以上施工技术详见我公司《火箭橇滑轨施工技术条件》。3、基准线系统火箭橇滑轨建设的好坏，取决于基准线建立的水平。基准线是火箭橇滑轨粗精调整、变形后的校正的参照依据。它由基准桩、基准座、可调节基准板和准芯等组成。沿滑轨承轨梁一侧每隔36m--45m布置一处。基准线建立是通过GPS卫星定位，利用激光准直仪、高精度全站仪经多回合测量确定的一条高精度的拟合基准线。详见《基准线建线方案》。传真：[phone]、动力推进系统火箭橇推进系统一般采用多枚火箭发动机窜并联结构--多枚固体火箭发动机按照一定序列点火提供动力、控制系统简单、安装和运输存储都比较方便。国外火箭橇试验曾经将十几枚固体火箭发动机捆绑起来作为动力，我国也曾将7枚小型固体火箭发动机捆绑在一起做过试验。随着惯导理论的发展，高次非线性项的研究迫切需要提高火箭橇对高次项误差的激励。研究表明提高加速度（＞50g）能增强误差项的分离能力。在火箭橇滑轨试验中的普通水戽斗制动也不能提供较大制动加速度。为此，提出一种反向火箭制动的火箭橇试验方案来获得大的制动加速度。1979年，美国提出一种“反速度火箭”试验方案，1982年，进行了相关方面的试验研究。研究结果表明反速度火箭试验方法能更好地激励惯导系统速度和加速度偶次项引起的误差。5、火箭橇系统（滑车）火箭橇（滑车）由车体、试验件链接机构、滑靴等组成。一台滑车一般采用4组或6组滑靴，滑靴结构形式多数为全包式滑靴。这种滑靴结构与轨道接触能同时限制火箭橇（滑车）的上下跳动和左右位移。研究表明火箭橇在轨道上高速运动时，火箭橇在轨道上跳跃前进。如6Mach运行速度情况下，火箭橇平均每6m同轨道面接触碰撞一次，然后跳起，跳起后在重力和滑靴的约束作用下再次同轨道面碰撞接触。因此速度的提升将导致火箭橇对轨道的破坏作用大大增加。所以，在以后的发展中，可以利用电磁悬浮技术将火箭橇滑车悬浮在轨道上，减少摩擦阻力，稳定滑车运行，起到保护轨道作用。传真：[phone]、减速制动系统减速制动系统包括两个方面，一个是正常的减速制动回收，另一个是安全拦截回收。减速制动方式有很多种，最常见的有减速伞制动、阻尼隔板缓冲制动、反推火箭制动、水戽斗刹车制动；安全拦截方式也有很多方面，最常见的有缆索阻尼拦截装置、沙袋（沙堆）挡墙拦截。1）减速伞制动，就是在火箭橇滑车上安装射伞枪及射伞机构，当滑车到达减速段时，射伞枪自动将减速伞射出，通过空气动力制动减速。但是，这种减速方式其制动力不均衡，且容易减速失效。2）阻尼隔板，就是在柔性滑轨上绑扎一段由聚乙烯塑料板和泡沫板粘连在一起的阻尼板，高速滑行的滑车直接撞击阻尼隔板，吸收动能，达到减速的目的。这种方式成本较低，但每次试验必须重新安装，且粹片飞溅难以控制，影响环境。3）反推火箭拦截，就是在滑车上安装于航向相反的火箭，通过弹道计算，在一定得位置点火，给滑车施加一个反向推力，达到减速拦截的效果。这种方式需要增加滑车重量，