C-17 GLOBEMASTER III транспортира хуманитарна помощ до покрайнините на Порт-о-Пренс, Хаити на 18 януари 2010 г.
Тази статия описва основните принципи и данни за тестване на високоточни системи за доставка на въздух на НАТО, описва навигацията на самолета до точката на освобождаване, управлението на траекторията, както и общата концепция за изпуснати товари, което им позволява да кацат точно. В допълнение, статията подчертава необходимостта от точни системи за освобождаване и запознава читателя с обещаващи концепции за работа
Особено внимание заслужава нарастващият интерес на НАТО към прецизно падане. Конференцията на НАТО на националните дирекции по оръжията (НАТО CNAD) установи Прецизно отпадане за Силите за специални операции като осмият най -висок приоритет на НАТО в борбата с тероризма.
Днес повечето капки се извършват над изчислена точка за изпускане на въздух (CARP), която се изчислява въз основа на вятъра, балистиката на системата и скоростта на самолета. Балистичната таблица (въз основа на средните балистични характеристики на дадена парашутна система) определя CARP, където товарът е изпуснат. Тези средни стойности често се основават на набор от данни, който включва отклонения до 100 метра стандартно отклонение. CARP също често се изчислява, като се използват средните ветрове (на височина и близо до повърхността) и предположение за постоянен профил на въздушния поток (модел) от точката на изпускане до земята. Моделите на вятъра рядко са постоянни от нивото на земята до голяма надморска височина, като големината на отклонението се влияе от терена и естествените метеорологични променливи, като срязване на вятъра. Тъй като повечето от днешните заплахи идват от пожар на земята, сегашното решение е да изхвърлите товара на голяма надморска височина и след това да се преместите хоризонтално, за да насочите самолета от опасния маршрут. Очевидно в този случай влиянието на различните въздушни потоци се увеличава. За да се спазят изискванията за изпускане на въздух (наричани по -нататък airdrops) от голяма надморска височина и за да се предотврати попадането на доставения товар в „грешни ръце“, прецизното кацане на въздух на конференцията на НАТО на CNAD получи висок приоритет. Съвременните технологии направиха възможно прилагането на много иновативни методи за дъмпинг. За да се намали влиянието на всички променливи, които възпрепятстват точните балистични спадове, се разработват системи не само за подобряване на точността на изчисленията на CARP чрез по -точно профилиране на вятъра, но и системи за насочване на падналото тегло до точката на предварително определен удар с земята, независимо от промените в силата и посоката. вятър.
Въздействие върху постижимата точност на системите за изпускане на въздух
Променливостта е враг на прецизността. Колкото по -малко се променя процесът, толкова по -точен е процесът и въздушните капки не правят изключение. Има много променливи в процеса на падане на въздуха. Сред тях има неконтролируеми параметри: време, човешки фактор, например, разликата в обезопасяването на товара и действията на екипажа / времето, перфорацията на отделни парашути, разликите в производството на парашути, разликите в динамиката на разполагане на отделни и / или групи парашути и ефекта от износването им. Всички тези и много други фактори влияят върху постижимата точност на всяка въздушна система, балистична или управлявана. Някои параметри могат да бъдат частично контролирани, като въздушна скорост, курс и надморска височина. Но поради особения характер на полета, дори те могат да варират до известна степен по време на повечето капки. Независимо от това, прецизното въздушно капене е изминало дълъг път през последните години и се разраства бързо, тъй като членовете на НАТО са инвестирали и инвестират сериозно в прецизна бордова технология и изпитания. Многобройни качества на системите за прецизно падане са в процес на разработване и в близко бъдеще се планират много други технологии в тази бързо разрастваща се област от възможности.
Навигация
Самолетът С-17, показан на първата снимка на тази статия, има автоматични възможности, свързани с навигационната част на процеса на прецизно падане. Прецизните падания от самолети C-17 се извършват с помощта на алгоритми на системата за освобождаване на парашути CARP, точка за освобождаване на височина (HARP) или LAPES (система за извличане на парашути на ниска надморска височина). Този автоматичен процес на отчитане взема предвид балистиката, изчисленията на местоположението на падането, сигналите за иницииране на капки и записва основните данни по време на падането.
При спускане на ниска надморска височина, при която парашутната система е разгърната при спускане на товара, се използва CARP. За падания на голяма надморска височина се използва HARP. Обърнете внимание, че разликата между CARP и HARP е изчисляването на траекторията на свободното падане за падания от голяма надморска височина.
Базата данни за въздушни сметища C-17 съдържа балистични данни за различни видове товари, като персонал, контейнери или оборудване, и съответните им парашути. Компютрите позволяват балистична информация да се актуализира и показва по всяко време. Базата данни съхранява параметрите като вход за балистични изчисления, извършени от бордовия компютър. Моля, обърнете внимание, че C-17 ви позволява да съхранявате балистични данни не само за отделни лица и отделни елементи от оборудване / товар, но и за комбинацията от хора, напускащи самолета, и тяхното оборудване / товар.
JPADS SHERPA е в експлоатация в Ирак от август 2004 г., когато Natick Soldier Center разположи две системи в Корпуса на морската пехота. Предишните версии на JPADS като Sherpa 1200s (на снимката) имат ограничение на товароподемността от около 1200 lbs, докато специалистите по такелаж обикновено изграждат комплекти около 2200 lbs.
Товарен 2200-килограмов товар, управляван от съвместната прецизна въздушна система (JPADS), летящ по време на първия боен спад. Съвместен екип от представители на армията, военновъздушните сили и изпълнителя наскоро коригира точността на този вариант JPADS.
Въздушно течение
След освобождаването на отпадналото тегло въздухът започва да влияе върху посоката на движение и времето на падане. Компютърът на борда на C-17 изчислява въздушните потоци, използвайки данни от различни бордови сензори за скорост на полета, налягане и температура, както и навигационни сензори. Данните за вятъра също могат да бъдат въведени ръчно, като се използва информация от действителната зона на падане (DC) или от прогнозата за времето. Всеки тип данни има свои собствени предимства и недостатъци. Сензорите за вятър са много точни, но не могат да показват метеорологичните условия над RS, тъй като самолетът не може да лети от земята до определената височина над RS. Вятърът близо до земята обикновено не е същият като въздушните течения на надморска височина, особено на голяма надморска височина. Прогнозираните ветрове са прогнози и не отразяват скоростта и посоката на теченията на различни височини. Действителните профили на потока обикновено не зависят линейно от височината. Ако действителният профил на вятъра не е известен и не е въведен в летателния компютър, по подразбиране към грешките при изчисленията на CARP се добавя предположение за линеен профил на вятъра. След като тези изчисления бъдат извършени (или въведени данни), техните резултати се записват в базата данни на airdrops за използване при по -нататъшни изчисления по CARP или HARP въз основа на действителните средни въздушни потоци. Вятърът не се използва за капки LAPES, тъй като самолетът изпуска товара директно над земята в желаната точка на удара. Компютърът в самолета C-17 изчислява нетни отклонения на дрейфа по посока и перпендикулярно на курса за въздушни капки CARP и HARP.
Системи за вятърна среда
Радио сондата за вятър използва GPS устройство с предавател. Той се носи от сонда, която се освобождава близо до зоната на падане преди освобождаването. Получените данни за позицията се анализират, за да се получи профил на вятъра. Този профил може да бъде използван от drop manager за коригиране на CARP.
Изследователската лаборатория за контрол на сензорите на военновъздушните сили на Райт-Патерсън е разработила високоенергиен двумикронен LIDAR (откриване на светлина и обхват) доплеров CO2 трансивер с безопасен за очите 10,6-микронен лазер за измерване на въздушния поток по височина. Той е създаден, първо, за да предостави 3D карти в реално време на вятърните полета между самолета и земята и, второ, за значително подобряване на точността на падане от голяма надморска височина. Той прави точни измервания с типична грешка по -малка от един метър в секунда. Предимствата на LIDAR са следните: Осигурява пълно 3D измерване на вятърното поле; осигурява поток от данни в реално време; е на самолета; както и неговата стелт. Недостатъци: цена; полезният обхват е ограничен от атмосферни смущения; и изисква малки модификации на самолета.
Тъй като отклоненията от време и местоположение могат да повлияят на определянето на вятъра, особено на ниска надморска височина, изпитателите трябва да използват GPS DROPSONDE устройства за измерване на ветровете в зоната на падане възможно най -близо до времето за изпитване. DROPSONDE (или по -пълно, DROPWINDSONDE) е компактен инструмент (дълга тънка тръба), който се изпуска от самолет. Въздушните течения се установяват с помощта на GPS приемника в DROPSONDE, който проследява относителната доплерова честота от радиочестотния носител на GPS сателитните сигнали. Тези доплерови честоти се дигитализират и изпращат до бордовата информационна система. DROPSONDE може да бъде разгърнат дори преди пристигането на товарен самолет от друг самолет, например дори от реактивен изтребител.
Парашут
Парашутът може да бъде кръгъл парашут, парапланер (парашутно крило) или и двете. Системата JPADS (виж по -долу) например използва главно или парапланер, или парапланер / кръгъл парашутен хибрид за спиране на товара по време на спускане. Парашутът "управляем" осигурява на JPADS посока в полета. В последния участък от спускането на товара често се използват други парашути в общата система. Парашутните линии за управление отиват във въздушно -десантния блок (AGU), за да оформят парашута / парапланера за контрол на курса. Една от основните разлики между категориите спирачна технология, тоест видовете парашут, е хоризонталното постижимо изместване, което всеки тип система може да осигури. Най -общо казано, изместването често се измерва като L / D (повдигане за плъзгане) на система с "нулев вятър". Ясно е, че е много по -трудно да се изчисли постижимото изместване без точно познаване на много параметри, влияещи на преместването. Тези параметри включват въздушните течения, с които системата се сблъсква (ветровете могат да помогнат или да възпрепятстват отклоненията), общото налично разстояние за вертикално падане и височината, която системата трябва да разгърне напълно и да се плъзне, както и височината, която системата трябва да подготви, преди да удари земята. Като цяло парапланерите осигуряват L / D стойности в диапазона от 3 до 1, хибридните системи (т.е. парапланери с високо натоварване с крила за контролиран полет, които в близост до удара със земята стават балистични, осигурени от кръгови навеси) дават L / D в диапазона 2 /2, 5 - 1, докато традиционните кръгови парашути, контролирани чрез плъзгане, имат L / D в диапазона 0, 4/1, 0 - 1.
Има множество концепции и системи, които имат много по -високи съотношения L / D. Много от тях изискват структурно твърди водещи ръбове или „крила“, които се „разгъват“по време на разгръщане. Обикновено тези системи са по -сложни и скъпи за използване в airdrops и са склонни да запълват целия наличен обем в товарния отсек. От друга страна, по -традиционните парашутни системи надвишават общите граници на тегло за товарния отсек.
Също така, за високо прецизни въздушни капки, могат да се обмислят парашутни системи за изпускане на товари от голяма надморска височина и забавено отваряне на парашута към ниска надморска височина HALO (високо надморска височина с ниско отваряне). Тези системи са двустепенни. Първият етап е като цяло малка, неконтролирана парашутна система, която бързо понижава товара върху по -голямата част от траекторията на надморската височина. Вторият етап е голям парашут, който се отваря „близо“до земята за окончателен контакт със земята. По принцип такива системи HALO са много по -евтини от системите за контролирани прецизни падания, но те не са толкова точни и ако няколко товарни комплекта бъдат изпуснати едновременно, те ще доведат до "разпространение" на тези тежести. Това разпространение ще бъде по -голямо от скоростта на самолета, умножена по времето на разполагане на всички системи (често километър разстояние).
Съществуващи и предлагани системи
Фазата на кацане е особено повлияна от балистичната траектория на парашутната система, въздействието на ветровете върху тази траектория и всяка възможност за контрол на навеса. Траекториите се оценяват и предоставят на производителите на самолети за въвеждане в бордови компютър за изчисляване на CARP.
Въпреки това, за да се намалят грешките на балистичната траектория, се разработват нови модели. Много съюзници от НАТО инвестират в системи / технологии за прецизно отпадане и много други биха искали да започнат да инвестират, за да отговорят на НАТО и националните стандарти за прецизно отпадане.
Съвместна прецизна въздушна система (JPADS)
Точното изпускане не ви позволява да „имате една система, която да пасва на всичко“, тъй като теглото на товара, разликата във височината, точността и много други изисквания варират значително. Например Министерството на отбраната на САЩ инвестира в множество инициативи по програма, известна като Joint Precision Air Drop System (JPADS). JPADS е контролирана високо прецизна въздушна система, която значително подобрява точността (и намалява разсейването).
След спускане на голяма надморска височина, JPADS използва GPS и системи за насочване, навигация и управление, за да лети точно до определена точка на земята. Неговият плъзгащ се парашут със самозапълваща се черупка му позволява да кацне на значително разстояние от точката на падане, докато насочването на тази система позволява падания на голяма надморска височина до една или няколко точки едновременно с точност 50-75 метра.
Няколко американски съюзници проявяват интерес към системите JPADS, докато други разработват свои собствени системи. Всички продукти JPADS от един доставчик споделят обща софтуерна платформа и потребителски интерфейс в самостоятелни устройства за насочване и планировчик на задачи.
HDT Airborne Systems предлага системи, вариращи от MICROFLY (45 - 315 kg) до FIREFLY (225 - 1000 kg) и DRAGONFLY (2200 - 4500 kg). FIREFLY спечели състезанието на САЩ JPADS 2K / Increment I и DRAGONFLY спечели класа от £ 10,000. В допълнение към посочените системи, MEGAFLY (9 000 - 13 500 кг) постави световния рекорд за най -големия самозапълващ се навес, който някога е излитал, докато не бъде разбит през 2008 г. от още по -голямата система от 40 000 паунда GIGAFLY. По -рано тази година беше обявено, че HDT Airborne Systems е спечелила договор с фиксирана цена от 11,6 милиона долара за 391 системи JPAD. Работата по договора е извършена в град Пенсъкен и е завършена през декември 2011 г.
MMIST предлага SHERPA 250 (46 - 120 кг), SHERPA 600 (120 - 270 кг), SHERPA 1200 (270 - 550 кг) и SHERPA 2200 (550 - 1000 кг). Тези системи са закупени от САЩ и се използват от американските морски пехотинци и няколко страни от НАТО.
Strong Enterprises предлага SCREAMER 2K в клас 2000lb и Screamer 10K в клас 10000lb. Тя работи с Natick Soldier Systems Center в JPADS от 1999 г. През 2007 г. компанията имаше 50 от своите 2K SCREAMER системи, работещи редовно в Афганистан, като още 101 системи бяха поръчани и доставени до януари 2008 г.
Дъщерното дружество на Boeing Argon ST е получило неопределен договор за 45 милиона долара за закупуване, тестване, доставка, обучение и логистика на JPADS Ultra Light Weight (JPADS-ULW). JPADS-ULW е система за разгъване на самолет, която може да достави 250 до 699 паунда товар безопасно и ефективно от височини до 24 500 фута над морското равнище. Работата ще се извърши в Смитфийлд и се очаква да приключи през март 2016 г.
Четиридесет бали хуманитарна помощ паднаха от C-17, използвайки JPADS в Афганистан
C-17 изпраща товари на коалиционни сили в Афганистан, използвайки усъвършенствана система за доставка на въздух със софтуер NOAA LAPS
ШЕРПА
SHERPA е система за доставка на товари, състояща се от налични на пазара компоненти, произведени от канадската компания MMIST. Системата се състои от програмиран с таймер малък парашут, който разполага с голям балдахин, блок за управление на парашут и дистанционно управление.
Системата е в състояние да достави 400 - 2200 паунда товар с 3-4 парапланери с различни размери и устройството за въздушно насочване AGU. Мисия може да бъде насрочена за SHERPA преди полета, като се въведат координатите на планираната точка за кацане, наличните данни за вятъра и характеристиките на товара.
Софтуерът SHERPA MP използва данните за създаване на файл със задачи и изчисляване на CARP в областта за падане. След като е изпуснат от самолет, пилотният улей на Sherpa - малък, кръгъл стабилизиращ парашут - се разгръща с помощта на изпускателна лента. Пилотният улей се прикрепя към спусъка за освобождаване, който може да бъде програмиран да се задейства в предварително зададено време след разгръщане на парашута.
СКРИМЕР
Концепцията SCREAMER е разработена от американската компания Strong Enterprises и за първи път е представена в началото на 1999 г. Системата SCREAMER е хибридна JPADS, която използва пилотен улей за контролиран полет по цялото вертикално спускане, а също така използва конвенционални, кръгли, неуправляеми навеси за последната фаза на полета. Предлагат се две опции, всяка със същия AGU. Първата система има товароподемност 500 - 2200 паунда, втората има товароподемност 5000 - 10 000 паунда.
SCREAMER AGU се доставя от Robotek Engineering. Системата SCREAMER от 500 - 2200 lb използва самозапълващ се парашут от 220 квадратни метра. ft като димоотвод с товар до 10 psi; системата е в състояние да премине през повечето от най -суровите ветрови потоци с висока скорост. SCREAMER RAD се управлява или от наземна станция, или (за военни приложения) по време на началната фаза на полет с 45 lb AGU.
DRAGONLY система за парапланеризъм от 10 000 паунда
DRAGONFLY на HDT Airborne Systems, напълно автономна система за доставка, управлявана от GPS, е избрана като предпочитана система за американската програма за съвместна прецизна въздушна доставка (JPADS 10k). Характеризира се със спирачен парашут с елипсовиден сенник, той многократно демонстрира способността да кацне в радиус от 150 м от планираната точка за среща. Използвайки само данни за допир, AGU (Airborne Guidance Unit) изчислява позицията си 4 пъти в секунда и непрекъснато коригира своя полетен алгоритъм, за да гарантира максимална точност. Системата се отличава с коефициент на приплъзване 3,75: 1 за максимално изместване и уникална модулна система, която позволява зареждането на AGU по време на сгъване на сенника, като по този начин се намалява времето на цикъла между паданията до по -малко от 4 часа. Той се предлага стандартно с Mission Planner от HDT Airborne Systems, който е в състояние да изпълнява симулирани задачи във виртуално оперативно пространство, използвайки софтуер за картографиране. Dragonfly е съвместим и със съществуващия JPADS Mission Planner (JPADS MP). Системата може да бъде изтеглена веднага след излизане от самолета или гравитационно падане с помощта на конвенционален комплект G-11 за изтегляне с една стандартна теглителна линия.
Системата DRAGONFLY е разработена от групата JPADS ACTD на американския военен център Natick Soldiers Center в сътрудничество с Para-Flite, разработчик на спирачната система; Warrick & Associates, Inc., разработчик на AGU; Robotek Engineering, доставчик на авионика; и лаборатория Draper, разработчик на софтуер за GN&C. Програмата започна през 2003 г., а полетните тестове на интегрираната система започнаха в средата на 2004 г.
Достъпна система с ръководен полет (AGAS)
Системата AGAS от Capewell и Vertigo е пример за JPADS с контролиран кръгъл парашут. AGAS е съвместна разработка между изпълнителя и правителството на САЩ, започнала през 1999 г. Той използва два задвижващи механизма в AGU, които са разположени в една линия между парашута и товарния контейнер и които използват противоположните свободни краища на парашута за управление на системата (т.е. плъзгане на парашутната система). Четирите щрангови фрези могат да се управляват индивидуално или по двойки, осигурявайки осем посоки на управление. Системата се нуждае от точен профил на вятъра, който ще срещне над изпускателната зона. Преди да се спуснат, тези профили се зареждат в бордовия полетен компютър на AGU под формата на планирана траектория, която системата „следва“по време на спускане. Системата AGAS може да регулира позицията си с помощта на линии чак до точката на контакт със земята.
ОНИКС
Atair Aerospace разработи системата ONYX за договора за фаза I на SBIR на американската армия за 75 паунда и беше увеличена от ONYX за постигане на полезен товар от 2200 паунда. Управляваната 75-килограмова парашутна система ONYX разделя насочването и мекото кацане между два парашута, със самонадуваща се насочваща черупка и балистичен кръгъл парашутен отвор над точката на срещата. Системата ONYX наскоро включва алгоритъм за стадо, позволяващ взаимодействие по време на полет между системите по време на спад на масата.
Автономна система за доставка на малки парафоли (SPADES)
SPADES се разработва от холандската компания в сътрудничество с националната космическа лаборатория в Амстердам с подкрепата на френския производител на парашути Aerazur. Системата SPADES е предназначена за доставка на стоки с тегло 100-200 кг.
Системата се състои от парашутен парашут с площ 35 м2, блок за управление с бордов компютър и товарен контейнер. Може да бъде изпуснат от височина от 30 000 фута на разстояние до 50 км. Той се управлява автономно чрез GPS. Точността е 100 метра при падане от 30 000 фута. ЛОПАТА с 46 м2 парашут доставят стоки с тегло 120 - 250 кг със същата прецизност.
Навигационни системи за свободно падане
Няколко компании разработват персонални навигационни системи за асистиране на въздуха. Те са предназначени главно за кацане на парашут с висока надморска височина (HAHO). HAHO е спад на голяма надморска височина с парашутна система, разгърната при излизане от самолета. Очаква се тези навигационни системи за свободно падане да могат да насочват специални сили към желаните точки за кацане при лоши метеорологични условия и да увеличат разстоянието от точката на падане до границата. Това минимизира риска от откриване на нахлуващото звено, както и заплахата за самолета за доставка.
Навигационната система за свободно падане на морската пехота / бреговата охрана е преминала през три фази на прототипиране, всички фази, директно поръчани от Корпуса на морската пехота на САЩ. Текущата конфигурация е следната: напълно интегриран граждански GPS с антена, AGU и аеродинамичен дисплей, монтиран към каска на парашутист (производство на Gentex Helmet Systems).
EADS PARAFINDER осигурява на военния парашутист при свободно падане с подобрено хоризонтално и вертикално изместване (отклонение) (т.е. при изместване от точката на кацане на изпуснатия товар), за да постигне основната си цел или до три алтернативни цели във всяка среда. Парашутистът поставя поставената на каската GPS антена и процесорния блок на колана или джоба си; антената предоставя информация на дисплея на каската на парашутиста. Дисплеят на каската показва на парашутиста текущата посока и желания курс въз основа на плана за кацане (т.е. въздушен поток, точка на падане и т.н.), текуща надморска височина и местоположение. Дисплеят показва също препоръчителни управляващи сигнали, показващи коя линия да се изтегли, за да се пътува до 3D точка в небето по балистичната вятърна линия, генерирана от планиращия мисията. Системата има режим HALO, който насочва парашутиста към точката за кацане. Системата се използва и като навигационен инструмент за десантния парашутист, който да го води до мястото за събиране на групата. Той също така е предназначен за използване при ограничена видимост и за увеличаване на разстоянието от точката на скок до точката на кацане. Ограничената видимост може да се дължи на лошо време, гъста растителност или по време на нощни скокове.
изводи
От 2001 г. насам прецизните капки се развиват бързо и е вероятно да станат по -често срещани във военните операции в обозримо бъдеще. Прецизното отпадане е високоприоритетно изискване за краткосрочен борба с тероризма и дългосрочно изискване за LTCR в рамките на НАТО. Инвестициите в тези технологии / системи нарастват в страните от НАТО. Необходимостта от прецизни спадове е разбираема: трябва да защитим нашите екипажи и транспортни самолети, като им дадем възможност да избягват наземните заплахи, като същевременно доставят запаси, оръжия и персонал точно по широко разпространеното и бързо променящо се бойно поле.
Подобрената навигация на самолета с помощта на GPS повиши точността на паданията, а прогнозите за времето и техниките за директно измерване осигуряват значително по -точна и по -добра информация за времето на екипажите и системите за планиране на мисии. Бъдещето на прецизните въздушни капки ще се основава на контролирани, надморски височини, насочени с GPS, ефективни системи за кацане, които се възползват от усъвършенстваните възможности за планиране на мисията и могат да предоставят точно количество логистика на войника на достъпна цена. Възможността да се доставят доставки и оръжия навсякъде, по всяко време и при почти всички метеорологични условия ще стане реалност за НАТО в най -близко бъдеще. Някои от достъпните и бързо развиващи се национални системи, включително описаните в тази статия (и други като тях), в момента се прилагат в малки количества. По -нататъшни подобрения, подобрения и подобрения на тези системи могат да се очакват през следващите години, тъй като значението на доставката на материали по всяко време и навсякъде е от решаващо значение за всички военни операции.
Такелажи на американската армия във Форт Браг сглобяват контейнери с гориво, преди да бъдат изпуснати по време на операция „Трайна свобода“. Тогава четиридесет контейнера с гориво излитат от товарния отсек на GLOBEMASTER III
