Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
MISTRAM (MISsile TRAjectory Measurement) — система слежения высокого разрешения, использовавшаяся ВВС США (а позднее НАСА) для получения детального анализа траектории запуска ракет. "Классическая" система измерения дальности, применяемая с 1960-х годов, использует радар для измерения времени прохождения радиосигнала до цели (в данном случае, ракеты) и обратно. Точность этой методики составляет приблизительно 1%. Точность этого метода ограничена необходимостью формирования чёткого "импульса" радиосигнала для точного определения начала сигнала. Существуют как практические, так и теоретические ограничения на чёткость импульса. Кроме того, синхронизация сигналов часто вносила собственные погрешности до появления высокоточных часов. В MISTRAM этого удалось избежать, используя непрерывную передачу сигнала. Базовая система состояла из наземной станции, расположенной вдоль траектории полёта (в Валкарии, Флорида, и на острове Элютера, Багамские острова), и транспондера на ракете. Станция слежения передавала несущий сигнал X-диапазона, на который транспондер отвечал, переизлучая его на другой (смещённой) частоте. Медленно изменяя частоту передаваемого сигнала со станции и сравнивая её с фазой принимаемого сигнала, наземный центр управления мог с высокой точностью измерять расстояние до ракеты. Даже при использовании аналоговой аппаратуры, MISTRAM обеспечивал точность менее 1 км на расстоянии до Луны. Для соответствия более строгим требованиям к испытаниям баллистических ракет в 1950-х и 1960-х годах было разработано, закуплено и внедрено несколько систем в инструментарий Восточного полигона ВВС США. Система непрерывного отслеживания AZUSA была установлена на мысе в середине 1950-х годов и на Гранд-Багаме в начале 1960-х годов. Радарная система AN/FPS 16 была развернута на мысе, Гранд-Багаме, Сан-Сальвадоре, Асенсионе и Восточном острове Гранд-Багамы в период с 1958 по 1961 год. В начале 1960-х годов система MISTRAM (Missile Trajectory Measurement) была установлена в Валкарии, Флорида, и на острове Элютера на Багамах для поддержки полётов ракет Minuteman.
MISTRAM (MISsile TRAjectory Measurement) was a high resolution tracking system used by the United States Air Force (and later NASA) to provide highly detailed trajectory analysis of rocket launches. A "classic" ranging system used since the 1960s uses radar to time a radio signal's travel to a target (in this case, the rocket) and back. This technique is accurate to approximately 1%. The accuracy of this technique is limited by the need to create a sharp "pulse" of radio so that the start of the signal can be accurately defined. There are both practical and theoretical limits to the sharpness of the pulse. In addition, the timing of the signals often introduced inaccuracies of its own until the introduction of high precision clocks. In MISTRAM, this was avoided by broadcasting a continuous signal. The basic system used a ground station located down range from the launch site (at Valkaria, Florida and Eleuthera Island, Bahamas) and a transponder on the vehicle. The tracking station transmitted an X band carrier signal which the transponder responded to by re broadcasting it on another (shifted) frequency. By slowly changing the frequency of the carrier broadcast from the station and comparing this with the phase of the signal being returned, ground control could measure the distance to the vehicle very accurately. Even with the analog circuitry used, MISTRAM was accurate to less than 1 km at the distance of the Moon. To meet more stringent ballistic missile test requirements, several systems were designed, procured and added to the US Air Force Eastern Range's instrumentation in the 1950s and 1960s. The AZUSA continuous wave tracking system was added to the Cape in the mid 1950s and Grand Bahama in the early 1960s. The AN/FPS 16 radar system was introduced at the Cape, Grand Bahama, San Salvador, Ascension and East Grand Bahama Island between 1958 and 1961. In the early 1960s, the MISTRAM (Missile Trajectory Measurement) system was installed at Valkaria, Florida and Eleuthera island in the Bahamas to support Minuteman missile flights.
Приложения
MISTRAM использовался при разработке и испытаниях инерциальной системы наведения баллистической ракеты Minuteman, а затем – для испытаний космического корабля Gemini и ракеты-носителя Saturn V. После вывода из эксплуатации интерферометра MISTRAM в диапазоне X на восточном испытательном полигоне ВВС в 1971 году, сообщество летных испытателей не располагало наземной измерительной системой, превосходящей или сопоставимой по характеристикам с оцениваемыми инерциальными системами наведения. Это оставалось верным в последующие годы до разработки и развертывания GPS.
MISTRAM was used in the development and testing of inertial guidance system for the Minuteman ballistic missile, and subsequently was used for testing the Gemini spacecraft and the Saturn V launch system. With the decommissioning of the MISTRAM X band interferometer at the Air Force Eastern Test Range in 1971, the flight test community did not have a conventional ground based range instrumentation system better than, or comparable to, the inertial guidance systems whose performance was being assessed. This was true in the intervening years preceding GPS development and deployment.
Испытание системы инерциальной наведения Minuteman
Первые ракеты Minuteman (MM I) были запущены в начале 1960-х годов с Восточного испытательного полигона ВВС (AFETR) и отслеживались с помощью системы радиолокационного слежения AZUSA CW. Сравнительно низкое качество данных слежения AZUSA, в сочетании с неразвитым уровнем методов оценки, позволяло лишь оценить общую ошибку; изолировать отдельные источники ошибок инерциального измерительного блока (IMU) было невозможно. Последующая разработка усовершенствованных систем слежения UDOP и MISTRAM на AFETR обеспечила значительно более качественные профили отслеживания скорости. В ходе программы летных испытаний Minuteman II были достигнуты значительные улучшения в послеполетной оценке точности IMU. Наиболее важным из этих улучшений стало внедрение оценки максимального правдоподобия ошибки с использованием алгоритма Калмана для фильтрации профиля ошибки скорости. Дальнейшее совершенствование систем слежения UDOP и MISTRAM и усовершенствование методов оценки в ходе программы летных испытаний Minuteman III позволило получить существенные сведения об источниках ошибок IMU NS 20A1.
The first Minuteman missiles (MM I) were launched in the early 1960s from the Air Force Eastern Test Range (AFETR) and were tracked with the AZUSA CW tracking system. The comparatively low quality of the AZUSA tracking data, combined with the rudimentary stage of evaluation techniques, allowed only estimation of the total error; no isolation of individual inertial measurement unit (IMU) error sources was possible. Subsequent development of improved tracking systems, UDOP and MISTRAM, at AFETR yielded much higher quality velocity tracking profiles. During the Minuteman II flight test program, significant improvements were made in the post flight evaluation of the IMU accuracy. The most important of these improvement was the introduction of maximum likelihood error estimation using the Kalman algorithm to filter the velocity error profile. Continued improvement of the UDOP and MISTRAM tracking systems and refinement of the evaluation techniques during the Minuteman III flight test program made it possible to gain considerable insight into NS 20A1 IMU error sources.
Ключевой персонал
Доктор Льюис Дж. Ниландс был назван «инженером инженеров» людьми, работавшими с ним в Лаборатории электроники корпорации General Electric и в Отделе тяжелой военной электроники (HMED) в 1950-х и начале 1960-х годов. Его вклад в разработку систем наведения и телеметрии ракет сделал его ключевой фигурой в программах Altas Guidance и MISTRAM – двух самых сложных и успешных проектах HMED. Оглядываясь назад, Ниландс говорил, что наибольшее удовлетворение он не получил от работы над системой наведения Atlas (о которой он отмечал: «Она была успешной благодаря множеству других людей, которые собрали её и заставили работать»). Он с большей гордостью вспоминает о MISTRAM – системе отслеживания и измерения ракет. «Ничто в то время не могло сравниться с ней по сложности и требуемой точности», – вспоминает он о системе измерения в реальном времени, предназначенной для точного отслеживания траектории полета ракеты. Один из его коллег вспоминает: «В 1960 году он решил сложную задачу измерения траектории, объединив в одном месте для обработки сигналы, принимаемые от разбросанных приемных станций, и преодолев неточности, вызванные аномалиями распространения сигнала в среде между станциями. Связанная с этим проблема, которую решил Лью, заключалась в том, как сделать это, используя достаточно высокие частоты для достижения необходимой точности угловых измерений без неоднозначности и без необходимости большого количества приемных станций для устранения этих неоднозначностей». Он разработал систему беспрецедентной точности. Техническими работами над системой наведения ракеты Hermes A3 руководил доктор Льюис Дж. Ниландс, что привело к созданию успешной системы, опыт от которой впоследствии был передан другой системе наведения МБР, известной как проект 8014, а также высокоточному измерительному оборудованию Mistram. Все они были основаны на использовании микроволнового интерферометра. Доктор Ниландс скончался у себя дома в Гейнсвилле, штат Флорида, 17 июля 2007 года в возрасте 91 года.
Dr. Lewis J. Neelands has been called an engineers' engineer by the people who worked with him when he was with the General Electric Corporation Electronics Laboratory and Heavy Military Electronics Department (HMED) in the 1950s and early 60's. His contributions to missile guidance and telemetry made him a key figure in the Altas Guidance and MISTRAM programs, two of HMED's most challenging and successful efforts. In retrospect, Neelands said he did not get his greatest satisfaction from his work on the Atlas guidance (about which he said,"it was successful because of a bunch of other people who put it together and made it work"). It is MISTRAM, missile tracking and measuring system, that he remembers with greater pride. "Nothing could match it at the time for the complexity and precision it required," he recalls of the real time measuring system for precisely tracking a missile's flight. One of his colleagues remembers, "In 1960 he solved the elusive problem of trajectory measurement of bringing together at one place for processing, the signals received from widely spaced receiving stations while overcoming inaccuracies due to the propagation anomalies in the medium connecting the stations. A related problem that Lew solved was how to do this using frequencies sufficiently high to develop the required angular measurement accuracy without measurement ambiguities and without requiring a large number of receiving stations to resolve these ambiguities." He conceived a system of unprecedented accuracy. The technical work on the Hermes A 3 rocket guidance was headed by Dr. Lewis J. Neelands and resulted in a successful system with the know how later transferred to another ICBM guidance system known as the 8014 project and also to the highly accurate Mistram instrumentation equipment, all were based on use of a microwave interferometer. Dr. Neelands died at his home in Gainesville Florida on July 17, 2007, at the age of 91.