mały|Głowica samonaprowadzająca na podczerwień pocisku R-3 (AA-2 Atoll) mały|Pasywna radiolokacyjna głowica samonaprowadzająca L112E pocisku Ch-31
Głowica samonaprowadzająca (GSN; ang. missile seeker, seeker) – pokładowy element systemu samonaprowadzania kierowanego środka rażenia, odpowiedzialny za pozyskiwanie informacji o celu, określanie jego położenia względem środka rażenia i jego śledzenie, tak aby informacje te mogły zostać wykorzystane przez układ naprowadzania i sterowania.
Głowica wykorzystuje energię lub promieniowanie związane z celem – emitowane przez sam cel, odbite od niego po oświetleniu przez zewnętrzne źródło albo odbite od celu po emisji sygnału przez nadajnik znajdujący się w kierowanym środku rażenia. W zależności od tego rozróżnia się systemy samonaprowadzania pasywnego, półaktywnego i aktywnego.
Urządzenia pełniące funkcję głowicy samonaprowadzającej są stosowane nie tylko w pociskach rakietowych. Półaktywne laserowe układy samonaprowadzania z pokładowym detektorem celu stosuje się również w bombach kierowanych oraz kierowanej amunicji wystrzeliwanej z luf, w tym w pociskach artyleryjskich i moździerzowych. W torpedach analogiczną funkcję wykrywania i śledzenia celu mogą realizować głowice akustyczne wykorzystujące sonar.
Terminologia W anglojęzycznym podręczniku technicznym MIL-HDBK-1211(MI) termin seeker oznacza cały pokładowy układ pozyskiwania i śledzenia celu, obejmujący część odbierającą i wykrywającą energię pochodzącą od celu (seeker head), funkcję śledzenia oraz funkcję przetwarzania informacji. Sam seeker head jest w nim określany jako część odpowiedzialna bezpośrednio za zbieranie i wykrywanie energii pochodzącej od celu.
W polskiej literaturze dotyczącej optoelektronicznych systemów samonaprowadzania spotykane jest również określenie koordynator celu. W odniesieniu do optycznych głowic skanująco-śledzących oba terminy bywają stosowane zamiennie.
W polskich opracowaniach dotyczących optycznych głowic skanująco-śledzących określenie „koordynator celu” bywa używane jako nazwa głowicy lub jej zespołu realizującego wykrywanie i śledzenie celu. W monografii Bogdana Grendy i Radosława Bielawskiego parametry wzajemnego położenia środka bojowego i celu są określane jako mierzone za pomocą głowicy samonaprowadzającej.
Zasada działania Podstawowym zadaniem głowicy samonaprowadzającej jest określenie kierunku na cel i śledzenie zmian jego położenia. MIL-HDBK-1211(MI) wyróżnia w urządzeniu określanym jako seeker część odbierającą i wykrywającą energię pochodzącą od celu (seeker head), funkcję śledzenia utrzymującą oś obserwacji skierowaną na cel oraz funkcję przetwarzania wydobywającą użyteczne informacje z układów detekcji i śledzenia.
Na podstawie obserwacji celu głowica może wyznaczać m.in. położenie kątowe celu oraz zmianę położenia . Dane te są przekazywane do układu naprowadzania środka rażenia, który zgodnie z przyjętym prawem naprowadzania wypracowuje wymagane parametry ruchu. Następnie autopilot i układ sterowania realizują odpowiednie wychylenia powierzchni sterowych lub innych elementów wykonawczych.
W głowicach mechanicznie stabilizowanych kierunek obserwacji może być utrzymywany za pomocą układu żyroskopowego. Przykładowa optyczna głowica skanująco-śledząca opisana przez Daniela Gapińskiego i Izabelę Krzysztofik wykorzystuje mechaniczny żyroskop zawieszony w przegubie Cardana, którego ruch służy do przeszukiwania przestrzeni i późniejszego śledzenia wykrytego celu. W głowicach podczerwonych stosowane są również układy obrazujące wykorzystujące matryce detektorów oraz elektroniczne przetwarzanie obrazu.
Budowa Konstrukcja głowicy zależy od rodzaju wykorzystywanego promieniowania i sposobu samonaprowadzania. Typowy układ może obejmować sensor odbierający energię od celu, układ optyczny lub antenowy, mechanizm lub elektroniczny układ kierowania polem obserwacji, układ stabilizacji oraz elektronikę detekcji, śledzenia i przetwarzania sygnału.
W przypadku optoelektronicznej głowicy skanująco-śledzącej opisanej w polskiej literaturze elementami urządzenia są m.in. układ optyczny, detektor promieniowania, żyroskop oraz układy elektroniczne odpowiedzialne za przetwarzanie sygnałów i sterowanie procesem śledzenia.
W pociskach rakietowych głowica samonaprowadzająca jest zwykle umieszczana w przedniej części pocisku, aby zapewnić sensorowi możliwie niezakłócone pole obserwacji. Stanowi zespół funkcjonalnie odrębny od głowicy bojowej, której zadaniem jest bezpośrednie oddziaływanie na cel.
Rodzaje Ze względu na sposób samonaprowadzania W zależności od położenia źródła energii wykorzystywanej do określenia położenia celu systemy samonaprowadzania dzieli się na trzy podstawowe grupy:
aktywne – kierowany środek rażenia jest wyposażony w nadajnik emitujący promieniowanie elektromagnetyczne w kierunku celu oraz odbiornik wykrywający energię odbitą od celu. Rozwiązanie to stosowane jest przede wszystkim w aktywnych głowicach radiolokacyjnych. półaktywne – źródło promieniowania oświetlającego cel znajduje się poza kierowanym środkiem rażenia, natomiast głowica odbiera promieniowanie odbite od celu. W tej grupie występują m.in. półaktywne głowice radiolokacyjne oraz laserowe. pasywne – głowica wykorzystuje energię emitowaną przez sam cel lub energię naturalnego źródła odbitą od celu. Do tej grupy należą m.in. głowice wykorzystujące promieniowanie podczerwone, obrazowanie optyczne oraz emisję elektromagnetyczną urządzeń znajdujących się w celu.
Ze względu na rodzaj sensora Ze względu na rodzaj wykorzystywanego sensora można wyróżnić m.in. głowice optoelektroniczne, głowice radiolokacyjne i akustyczne. MIL-HDBK-1211(MI) zalicza do sensorów optycznych urządzenia pracujące w zakresie ultrafioletu, światła widzialnego i podczerwieni, natomiast odrębną grupę stanowią głowice wykorzystujące fale radiowe. W torpedach stosowane są natomiast sensory akustyczne działające na zasadzie sonaru; mogą one pracować aktywnie, wykorzystując własną emisję i echo od celu, albo pasywnie, odbierając dźwięki związane z celem. Podział na samonaprowadzanie aktywne, półaktywne i pasywne odnosi się do sposobu pozyskiwania energii wykorzystywanej do określania położenia celu, a nie wyłącznie do rodzaju zastosowanego sensora. Przykładowo układy radiolokacyjne mogą występować w odmianach aktywnych, półaktywnych i pasywnych, natomiast układy optoelektroniczne mogą pracować w trybie pasywnym lub półaktywnym.
Głowice optoelektroniczne
Głowice optoelektroniczne mogą pracować zarówno w trybie pasywnym, jak i półaktywnym. W systemach pasywnych wykorzystujących podczerwień detektor odbiera własne promieniowanie termiczne celu. W systemach półaktywnych cel jest natomiast oświetlany zewnętrznym źródłem, najczęściej laserem, a głowica wykrywa promieniowanie odbite od celu.
W półaktywnych laserowych głowicach samonaprowadzających jako detektory mogą być stosowane m.in. fotodiody kwadrantowe oraz matryce obrazowe. Na podstawie rozkładu energii promieniowania na detektorze układ wyznacza położenie źródła odbitego promieniowania względem osi obserwacji głowicy.
Jedną z odmian są (ang. imaging infrared seeker, IIR). W tego rodzaju układach promieniowanie pada na matrycę detektorów umieszczoną w płaszczyźnie ogniskowej (ang. focal plane array, FPA), a sygnały poszczególnych detektorów są przetwarzane w obraz obserwowanej sceny. Dwuwymiarowa matryca o odpowiedniej liczbie elementów może rejestrować całą scenę bez konieczności jej mechanicznego skanowania. Zastosowanie obrazowania pozwala wykorzystywać informacje o przestrzennym rozkładzie promieniowania celu, a nie wyłącznie o położeniu pojedynczego maksimum sygnału.
Inną odmianą są , wykorzystujące obraz celu w zakresie widzialnym. W jednym ze stosowanych podejść układ śledzenia porównuje aktualnie obserwowany obraz z obrazem odniesienia, określa przemieszczenie celu w polu widzenia i na tej podstawie wyznacza sygnał błędu położenia przekazywany do układu naprowadzania. Telewizyjne samonaprowadzanie, w którym obraz jest automatycznie przetwarzany przez układ naprowadzania, należy odróżnić od telewizyjnego kierowania komendowego, w którym obraz z kamery pocisku jest przekazywany operatorowi, a komendy kierowania są przesyłane zewnętrznym kanałem łączności.
W głowicach wielospektralnych zakres ultrafioletowy może uzupełniać kanał podczerwony. W literaturze dotyczącej przeciwlotniczych pocisków kierowanych opisywane są sensory wykorzystujące pasmo UV jako dodatkowe źródło informacji o celu, a także modele głowic łączących kanały IR i UV.
W pasywnych głowicach podczerwonych istotnym zadaniem jest odróżnienie rzeczywistego celu od tła i środków zakłócających. Przykładem jest opracowana z udziałem Wojskowej Akademii Technicznej dwuspektralna optoelektroniczna głowica samonaprowadzająca zastosowana w polskich przenośnych przeciwlotniczych zestawach rakietowych Grom i Piorun. Wykorzystuje ona dwa pasma podczerwieni – bliską podczerwień w zakresie 1,5–2,5 µm oraz średnią podczerwień w zakresie 3–5 µm – co pozwala na rozróżnianie charakterystyki celu i zakłóceń termicznych. W konstrukcji zastosowano również chłodzenie kriogeniczne detektora oraz żyroskop.
Głowice radiolokacyjne Radiolokacyjna głowica samonaprowadzająca wykorzystuje fale radiowe do wyznaczania kierunku na cel. W układzie aktywnym zarówno nadajnik, jak i odbiornik znajdują się w kierowanym środku rażenia, dzięki czemu głowica może oświetlać cel i odbierać jego echo. W układzie półaktywnym kierowany środek rażenia ma odbiornik, natomiast cel jest oświetlany przez radar znajdujący się poza nim.
W głowicach radiolokacyjnych kierunek na cel może być wyznaczany m.in. za pomocą porównania amplitudy lub fazy sygnałów odbieranych przez antenę. Stosowane są także techniki oraz anteny z elektronicznym sterowaniem wiązką.
Pasywne głowice radiolokacyjne nie emitują własnego sygnału, lecz naprowadzają kierowany środek rażenia na źródło promieniowania elektromagnetycznego znajdujące się w celu; rozwiązanie takie może być stosowane m.in. w pociskach przeznaczonych do zwalczania źródeł emisji radiowej.
Przykładem rodziny radiolokacyjnych głowic samonaprowadzających jest 9B-1103M, obejmująca odmiany o średnicach około 150, 200 i 350 mm, przeznaczone do pocisków powietrze–powietrze i ziemia–powietrze. Inną rodzinę tworzą głowice ARGS opracowane przez NPP „Radar MMS” dla pocisków manewrujących i przeciwokrętowych, m.in. ARGS-14E, ARGS-35E, ARGS-54E i ARGS-59E.
Głowice akustyczne są stosowane przede wszystkim w torpedach. Ich sensorem jest układ sonarowy służący do wykrywania i śledzenia celu na podstawie fal akustycznych rozchodzących się w wodzie.
W trybie aktywnym głowica emituje sygnał akustyczny i analizuje echo odbite od celu, co umożliwia określanie m.in. namiaru i odległości. W trybie pasywnym nie emituje sygnału sondującego, lecz odbiera dźwięki generowane przez cel; podstawową bezpośrednio uzyskiwaną informacją jest wówczas kierunek, z którego dochodzi sygnał.
Przykładem współczesnego rozwiązania łączącego aktywny i pasywny sposób pracy jest głowica ASTRA (Advanced Sonar Transmitting and Receiving Architecture) stosowana w ciężkiej torpedzie . Producent określa ją jako aktywno-pasywną głowicę akustyczną wykorzystującą cyfrowe kształtowanie wiązek oraz cyfrowe przetwarzanie sygnałów i danych.
Galeria Przykładowe głowice samonaprowadzające.
Odporność na środki przeciwdziałania Istotnym parametrem głowicy samonaprowadzającej jest odporność na środki przeciwdziałania mające utrudnić wykrycie celu, zerwać jego śledzenie albo spowodować przechwycenie przez głowicę celu pozornego. W przypadku głowic optoelektronicznych należą do nich m.in. oraz aktywne zakłócanie w podczerwieni, natomiast głowice radiolokacyjne mogą być zwalczane za pomocą środków walki elektronicznej.