Missile à guidage laser

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Contexte

Les missiles diffèrent des fusées par un système de guidage qui les dirige vers une cible présélectionnée. Les roquettes non guidées ou à vol libre se sont avérées être des armes utiles mais souvent inexactes lorsqu'elles ont été tirées à partir d'avions pendant la Seconde Guerre mondiale. Cette imprécision, entraînant souvent la nécessité de tirer de nombreuses roquettes pour toucher une seule cible, a conduit à la recherche d'un moyen de guider la roquette vers sa cible. L'explosion simultanée de la technologie des ondes radio (comme les radars et les dispositifs de détection radio) a fourni la première solution à ce problème. Plusieurs pays en guerre, dont les États-Unis, l'Allemagne et la Grande-Bretagne, ont associé la technologie des fusées existantes à de nouveaux systèmes de guidage radio ou radar pour créer les premiers missiles guidés au monde. Bien que ces missiles n'aient pas été déployés en nombre suffisant pour détourner radicalement le cours de la Seconde Guerre mondiale, les succès enregistrés avec eux ont mis en évidence des techniques qui allaient changer le cours des guerres futures. Ainsi naissait l'ère de la guerre de haute technologie, une ère qui allait rapidement démontrer ses problèmes ainsi que ses promesses.

Les problèmes étaient centrés sur le manque de fiabilité des nouvelles technologies d'ondes radio. Les missiles n'étaient pas capables de cibler des cibles plus petites que des usines, des ponts ou des navires de guerre. Les circuits se sont souvent révélés instables et ne fonctionnaient pas du tout dans des conditions météorologiques défavorables. Une autre faille est apparue alors que les technologies de brouillage se sont épanouies en réponse au succès du radar. Les stations de brouillage ennemi ont trouvé de plus en plus facile d'intercepter les transmissions radio ou radar des avions de lancement, permettant ainsi à ces stations d'envoyer des signaux contradictoires sur la même fréquence, brouillant ou "confondant" le missile. Les applications Battlefield pour les missiles guidés, en particulier celles qui envisageaient des attaques sur des cibles plus petites, nécessitaient une méthode de guidage plus fiable et moins vulnérable au brouillage. Heureusement, cette méthode est devenue disponible à la suite d'un effort de recherche indépendant sur les effets de l'amplification de la lumière.

Le Dr Theodore Maiman a construit le premier laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) aux laboratoires de recherche Hughes en 1960. L'armée a réalisé les applications potentielles des lasers presque dès que leurs premiers faisceaux ont traversé l'air. Les projectiles guidés par laser ont subi leur baptême du feu dans la longue série de raids aériens qui ont mis en évidence l'effort américain dans la guerre du Vietnam. La précision de ces armes leur a valu le sobriquet bien connu d'« armes intelligentes ». Mais même cette nouvelle génération d'armes avancées n'a pas pu apporter la victoire aux forces américaines dans cette guerre amère et coûteuse. Cependant, la combinaison de l'expérience acquise au Vietnam, des perfectionnements de la technologie laser et des progrès similaires en électronique et en informatique, a conduit à des missiles guidés par laser plus sophistiqués et plus meurtriers. Ils ont finalement été largement utilisés dans l'opération Desert Storm, où leur précision et leur fiabilité ont joué un rôle crucial dans la défaite décisive des forces militaires irakiennes. Ainsi, le missile à guidage laser s'est imposé comme un élément clé de la technologie militaire de pointe d'aujourd'hui.

Matières premières

Un missile guidé par laser se compose de quatre composants importants, chacun contenant des matières premières différentes. Ces quatre composants Le corps du missile est moulé sous pression en deux :le métal en fusion (aluminium ou acier) est versé dans un métal mourir et refroidi pour former la forme appropriée. Les deux moitiés sont ensuite soudées ensemble.
Les principaux composants laser, le capteur photodétecteur et les filtres optiques, sont assemblés en une série d'opérations distinctes du reste de la construction du missile. Les circuits qui supportent le système laser sont ensuite soudés sur des cartes pré-imprimées. Les circuits imprimés de la suite électronique sont également assemblés indépendamment du reste du missile. Si la conception l'exige, des puces électroniques sont ajoutées aux cartes à ce moment-là. sont le corps du missile, le système de guidage (également appelée la suite laser et électronique), le propulseur, et l'ogive . Le corps du missile est fabriqué à partir d'alliages d'acier ou d'alliages d'aluminium à haute résistance qui sont souvent recouverts de chrome le long de la cavité du corps afin de protéger contre les pressions et la chaleur excessives qui accompagnent un lancement de missile. Le système de guidage contient divers types de matériaux, certains basiques, d'autres de haute technologie, conçus pour offrir des capacités de guidage maximales. Ces matériaux comprennent un capteur photodétecteur et des filtres optiques, avec lesquels le missile peut interpréter les longueurs d'onde laser envoyées par un avion parent. La partie la plus importante du capteur photodétecteur est son dôme de détection, qui peut être composé de verre, de quartz et/ou de silicium. La suite électronique d'un missile peut contenir des semi-conducteurs à l'arséniure de gallium, mais certaines suites reposent toujours exclusivement sur un câblage en cuivre ou en argent. Les missiles guidés utilisent des propergols solides à base d'azote comme source de carburant. Certains additifs (tels que le graphite ou la nitroglycérine) peuvent être inclus pour modifier les performances du propulseur. L'ogive du missile peut contenir des mélanges hautement explosifs à base d'azote, des explosifs air-carburant (FAE) ou des composés phosphorés. L'ogive est généralement enfermée dans de l'acier, mais des alliages d'aluminium sont parfois utilisés comme substitut.

Conception

Deux types de base de missiles guidés par laser existent sur le champ de bataille moderne. Le premier type « lit » la lumière laser émise par l'avion/l'hélicoptère de lancement. La suite électronique du missile envoie des commandes aux ailerons (appelées surfaces de contrôle) sur son corps afin de maintenir le cap avec le faisceau laser. Ce type de missile est appelé un beam rider car il a tendance à chevaucher le faisceau laser vers sa cible.

Le deuxième type de missile utilise des capteurs embarqués pour capter la lumière laser réfléchie par la cible. Le pilote d'avion/d'hélicoptère sélectionne une cible, frappe la cible avec un faisceau laser tiré à partir d'un indicateur de cible, puis lance le missile. Le capteur du missile mesure l'erreur entre sa trajectoire de vol et la trajectoire de la lumière réfléchie. Les messages de correction sont ensuite transmis aux surfaces de contrôle du missile via la suite électronique, dirigeant le missile vers sa cible.

Quel que soit le type, le concepteur du missile doit exécuter des simulations informatiques comme première étape du processus de conception. Ces simulations aident le concepteur à choisir le type de laser, la longueur du corps, les configurations de buse, la taille de la cavité, le type d'ogive, la masse propulsive et les surfaces de contrôle appropriés. Le concepteur assemble ensuite un package contenant tous les calculs d'ingénierie pertinents, y compris ceux générés par des simulations informatiques. La suite électronique est ensuite conçue autour des capacités du laser et des surfaces de contrôle. Les dessins et schémas de tous les composants peuvent maintenant être complétés ; La technologie CAD/CAM (Conception/Fabrication Assistée par Ordinateur) s'est avérée utile pour cette tâche. Les systèmes électroniques sont ensuite conçus autour des capacités du laser de l'avion et des surfaces de contrôle du missile. L'étape suivante consiste à générer les dessins schématiques nécessaires pour le système électronique choisi. Une autre étude assistée par ordinateur de l'ensemble du système de missiles guidés constitue l'étape finale du processus de conception.

Le processus de fabrication

Construction du corps et fixation des palmes

• 1 Le corps en acier ou en aluminium est moulé sous pression en deux. Le moulage sous pression consiste à verser du métal en fusion dans une matrice en acier de la forme souhaitée et à laisser le métal durcir. En refroidissant, le métal prend la même forme que la matrice. À ce stade, un revêtement de chrome facultatif peut être appliqué sur les surfaces intérieures des moitiés qui correspondent à la cavité d'un missile terminé. Les moitiés sont ensuite soudées ensemble et des buses sont ajoutées à l'extrémité arrière du corps après qu'il a été soudé.
• 2 ailerons mobiles sont maintenant ajoutés à des points prédéterminés le long du corps du missile. Les ailettes peuvent être fixées à des joints mécaniques qui sont ensuite soudés à l'extérieur du corps, ou elles peuvent être insérées dans des évidements volontairement fraisés dans le corps.

La coulée du propergol

• 3 Le propulseur doit être appliqué avec soin sur la cavité du missile afin d'assurer un revêtement uniforme, car toute irrégularité entraînera une vitesse de combustion peu fiable, ce qui à son tour nuit aux performances du missile. Le meilleur moyen d'obtenir un revêtement uniforme est d'appliquer le propulseur en utilisant la force centrifuge. Cette application, appelée casting, se fait dans une centrifugeuse industrielle bien blindée et située dans un endroit isolé par mesure de précaution contre les incendies ou les explosions.

Assemblage du système de guidage

• 4 Les principaux composants laser—le capteur photodétecteur et les filtres optiques—sont assemblés en une série d'opérations distinctes du reste de la construction du missile. Les circuits qui supportent le système laser sont ensuite soudés sur des cartes pré-imprimées; une attention particulière est accordée aux matériaux optiques à ce moment pour les protéger de la chaleur excessive, car cela peut modifier la longueur d'onde de la lumière que le missile sera capable de détecter. Le sous-système laser assemblé est maintenant mis de côté en attendant l'assemblage final. Les circuits imprimés de la suite électronique sont également assemblés indépendamment du reste du missile. Si la conception l'exige, des puces électroniques sont ajoutées aux cartes à ce moment-là.
• 5 Le système de guidage (composants laser plus la suite électronique) peut maintenant être intégré en reliant les circuits imprimés requis et en insérant l'ensemble dans le corps du missile via un panneau d'accès. Les surfaces de contrôle du missile sont ensuite reliées au système de guidage par une série de fils relais, également introduits dans le corps du missile via des panneaux d'accès. Le capteur photodétecteur et son boîtier, cependant, sont ajoutés à ce stade uniquement pour les missiles à faisceau, auquel cas le boîtier est soigneusement boulonné au diamètre extérieur du missile près de son arrière, tourné vers l'arrière pour interpréter les signaux laser du parent. avion.

Assemblage final

• 6 L'insertion de l'ogive constitue la phase finale d'assemblage du missile guidé Les missiles à guidage laser actuels fonctionnent de deux manières. Le premier type, un "beam rider", lit la lumière laser émise par l'avion de lancement et dirige le faisceau vers la cible. Le second type utilise des capteurs embarqués pour capter la lumière laser envoyée par l'avion et réfléchie par la cible. Les capteurs mesurent l'erreur entre la trajectoire de vol du missile et la trajectoire de la lumière réfléchie, et la suite électronique modifie les gouvernes si nécessaire pour guider le missile vers la construction cible. Un grand soin doit être exercé pendant ce processus, car des erreurs peuvent entraîner des accidents catastrophiques. Des techniques de fixation simples telles que le boulonnage ou le rivetage permettent de fixer l'ogive sans risque pour la sécurité. À l'issue de cette phase finale d'assemblage, le fabricant a construit avec succès l'une des pièces les plus compliquées, sophistiquées et potentiellement dangereuses du matériel utilisé aujourd'hui.

Contrôle qualité

Chaque composant important est soumis à des tests de contrôle de qualité rigoureux avant l'assemblage. Premièrement, le propulseur doit réussir un test au cours duquel les examinateurs enflamment un échantillon du propulseur dans des conditions simulant le vol d'un missile. Le prochain test est un exercice en soufflerie impliquant un modèle du corps du missile. Ce test évalue le flux d'air autour du missile pendant son vol. De plus, quelques missiles mis de côté à des fins de test sont tirés pour tester les caractéristiques de vol. D'autres travaux consistent à soumettre la suite électronique à une série de tests pour déterminer la vitesse et la précision avec lesquelles les commandes sont transmises aux surfaces de contrôle du missile. Ensuite, la fiabilité des composants laser est testée et un faisceau de test est tiré pour permettre aux examinateurs d'enregistrer la capacité du capteur photodétecteur à « lire » la bonne longueur d'onde. Enfin, un certain nombre de missiles guidés terminés sont testés à partir d'avions ou d'hélicoptères sur des champs de tir parsemés de cibles d'entraînement.

Sous-produits/Déchets

Les propulseurs et les explosifs utilisés dans les ogives sont toxiques s'ils sont introduits dans les réserves d'eau. Les quantités résiduelles de ces matières doivent être récupérées et acheminées vers un site d'élimination désigné pour y être brûlées. Chaque état maintient sa propre politique concernant l'élimination des explosifs, et les réglementations fédérales exigent que les sites d'élimination soient inspectés périodiquement. Les effluents (sous-produits liquides) du processus de revêtement de chrome peuvent également être dangereux. Ce problème est mieux traité en stockant les effluents dans des conteneurs étanches. Par mesure de sécurité supplémentaire, tout le personnel impliqué dans la manipulation de déchets dangereux doit recevoir des vêtements de protection comprenant des appareils respiratoires, des gants, des bottes et des combinaisons.

Le futur

Les futurs systèmes de missiles guidés par laser embarqueront leur propre laser miniaturisé, éliminant ainsi le besoin de lasers de désignation de cible sur les avions. Ces missiles, actuellement en cours de développement dans plusieurs pays, sont appelés « tirer et oublier » car un pilote peut tirer l'un de ces missiles et l'oublier, en s'appuyant sur le laser interne du missile et sur un capteur de détection pour le guider vers sa cible. Un développement ultérieur de cette tendance se traduira par des missiles capables de sélectionner et d'attaquer des cibles par eux-mêmes. Une fois leur potentiel réalisé, les champs de bataille du monde ressentiront pendant des années le venin mortel de ces « missiles brillants ». Un concept encore plus avancé envisage un fusil de combat pour l'infanterie qui tire également de petits missiles guidés par laser. L'opération Desert Storm a clairement montré la nécessité d'une précision guidée par laser et, par conséquent, les établissements militaires dédiés à leurs missions inventeront et déploieront sans aucun doute des versions toujours plus meurtrières de missiles guidés par laser.