في عام 2017 ، فشل اختبار الصواريخ في الولايات المتحدة بقيمة 32 مليون دولار عندما تكسر وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) تحت 18000 جرام صدمة أثناء الإطلاق. هذه الحوادث تكشف عن ثغرة أمنية حاسمة: لا يمكن لـ IMUS التقليدية تحمل ضغوط من فئة المدفعية ، والمخاطرة بفشل الإرشاد في المهمة.
تؤكد هذه الحوادث على حقيقة قاسية: لم يتم تصميم MEMS IMUS القياسي لبيئات من فئة المدفعية. العواقب - الذخائر المعتمدة ، والمنصات المزعزعة للاستقرار ، وفشل المهمة - هي أمر سيء. MEMS IMU المسلحة ، المصمم لتحمل هذه الظروف القاسية بموثوقية من الدرجة العسكرية.
تم تصميم MEMS IMU الصلبة للبندقية من أجل البقاء على قيد الحياة أكثر من صدمات أكثر من 10000 جرام مع الحفاظ على ثبات التحيز العالي ، مما يجعلها مثالية للتوجيه الدقيق في الصواريخ ، والقنابل الجليدية ، وقذائف المدفعية. تجمع هذه المستشعرات بين مواد تنشيط الصدمات المتقدمة ، والتعويض الحراري الذي يحركه AI ، ومصفوفات مقياس التسارع الثلاثي الملازم لتفوق MEMS التقليدية.
دعنا نتعمق في التحديات التقنية التي وحدة القياس بالقصور الذاتي واستكشاف كيف تحدث هذه الابتكارات أنظمة الدفاع.
جدول المحتويات
التحديات في البيئات عالية G: معضلة MEMS IMU
بيئات عالية G تشكل تحديات كبيرة لميس IMUS. يمكن أن تسبب القوى المكثفة المعنية كسور هيكلية في الهياكل المجهرية للسيليكون ، مما يؤدي إلى فشل كارثي. هذه الإخفاقات ليست نظرية فقط. تم توثيقها في العديد من الدراسات حيث فشلت أجهزة استشعار MEMS التجارية تحت ضغوط المدفعية. لقد ألخصنا أن المشكلات الرئيسية متعددة الجوانب:
- الكسور الهيكلية: التسارع المفاجئ يخلق تركيزات الإجهاد التي تحطم مكونات MEMS.
- Gyro Drift: أخطاء التحيز الناجمة عن الصدمة تجعل بيانات التنقل غير صالحة للاستخدام خلال ثوان.
- التباطؤ الحراري: التغيرات في درجة الحرارة السريعة تشوه معايرة المستشعر ، مما يزيد من دقة المساومة.
للتغلب على هذه التحديات ، كان علينا إعادة التفكير في تصميم MEMS من الألف إلى الياء ، ودمج المواد والهندسة التي توزع القوات بالتساوي والحفاظ على الاستقرار في ظل الظروف القاسية.
تقدم التكنولوجيا MEMS IMU المسلح
على مدار العقد الماضي ، ركز Guidenav على تطوير MEMS المسلحة التي يمكن أن تنجو من أقسى البيئات. يعكس تطوير MEMS المسلح الأسلحة IMUS التطورات الصناعية الأوسع في الملاحة عالية G. على مدار العقد الماضي ، تم تحقيق اختراقات كبيرة:
بدأنا بإعادة تصميم الهندسة الهيكلية لـ MEMS لإنشاء "جزر" سيليكون متماثلة توزع قوى الصدمة بالتساوي ، مما يلغي تركيزات الإجهاد. أثبت هذا النهج ، المستوحى من الهندسة المعمارية المقاومة للزلزال ، فعاليته في تقليل مخاطر الكسر بنسبة 83 ٪.
بعد ذلك ، قمنا بدمج مواد تغيير الطور لامتصاص المسامير الحرارية أثناء عبور البرميل. يضمن نظام الإدارة الحرارية هذا أن يظل IMUS دقيقًا وموثوقًا في البيئات القاسية.
أخيرًا ، قمنا بتطوير ASICs ذات الشفاء الذاتي التي تستخدم خوارزميات التعلم الآلي للتنبؤ وتصحيح الأخطاء الناجمة عن الصدمة في الوقت الفعلي. تتيح هذه النماذج التنبؤية ، التي تم تدريبها على الآلاف من تسلسل اختبار إطلاق النار المباشر ، IMUS لدينا من الحفاظ على الدقة حتى عندما تتعرض للقوى التي من شأنها أن تشل المستشعرات التقليدية.
لقد حولت هذه الابتكارات المشهد من الملاحة العالية ، مما يتيح التوجيه الدقيق في البيئات التي تفشل فيها IMUS التقليدية.
دراسات حالة التطبيق: الذخائر الموجه والمدفعية
الصواريخ المرشحة والصواريخ
Mems المسلحة المسلحة IMUS ضرورية في الصواريخ المصحوبة بمرشدين والصواريخ ، حيث تكون الدقة ذات أهمية قصوى. يجب على هذه المستشعرات البقاء على قيد الحياة في إطلاق الصدمات مع توفير بيانات التنقل المستمرة. على سبيل المثال ، في أنظمة الصواريخ الموجهة ، تم دمج IMUS الصلبة المسلحة للحفاظ على ≤0.3mrad دقة الموقف بعد إطلاقها ، مما يعزز دقة الاستهداف بشكل كبير.
أنظمة توجيه المدفعية
في تطبيقات المدفعية ، يتيح IMUS الصاعد الأسلحة التوجيه الدقيق حتى في البيئات المنقولة عن GPS. من خلال الجمع بين بيانات IMU مع خوارزميات مطابقة محيط التضاريس ، يمكن أن تحقق الأنظمة دقة CEP 5M على النطاقات الطويلة ، مما يحسن من فعالية عمليات المدفعية.
المركبات الفائقة الصعود
بالنسبة للمركبات الفائقة الصوتية ، التي تعمل بسرعات Mach 5+ ، تعد IMUS الصلبة الضرورية للحفاظ على استقرار الملاحة على الرغم من درجات الحرارة والاهتزازات الشديدة. تضمن هذه المستشعرات أن تظل المركبات في المسار ، حتى عندما تتعطل إشارات GPS.
Guidenav Guide600g Gun-Hard Mems IMU
في عالم البيئات عالية G ، حيث غالبًا ما تفشل IMUS MEMS التقليدية بشكل كارثي ، فإن دليل Guidenav 600G يقف كمنارة للموثوقية. تم تصميم هذا MEMS IMU الصاعد في الصمود لتحمل صدمة مذهلة 20،000 جم ، مما يجعلها مكونًا لا غنى عنه للتطبيقات المهمة في الدفاع والفضاء.
دليل 600g هو شهادة على التزام Guidenav بدفع حدود تكنولوجيا MEMS. فيما يلي بعض ميزاتها الرئيسية:
- تصميم السلاح الصاعد: تم تصميم دليل 600G لتحمل 20،000 جم من الصدمات ، مما يتجاوز بكثير قدرات MEMS IMUS القياسية. يتم تحقيق ذلك من خلال المواد المتقدمة وهندسة السيليكون المتماثلة التي توزع القوات بالتساوي ، مما يقلل من تركيزات الإجهاد.
- التصميم المعياري: تتيح بنيةها المعيارية التكامل السهل في أنظمة مختلفة ، مما يجعله متعدد الاستخدامات للتطبيقات المختلفة.
- معدل إخراج البيانات المرتفع: مع تواتر الإخراج 1200 هرتز ، يوفر دليل 600g بيانات في الوقت الفعلي ضروريًا للتنقل والتحكم الدقيق.
- موثوقية البيئة الشديدة: تعمل بشكل فعال في درجات حرارة تتراوح من -40 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية ، مما يضمن الاستقرار في الظروف البيئية المتنوعة.
- خالية من ITAR
هذه الميزات تجعل Dide600G خيارًا جذابًا للذخائر الموجهة من الجيل التالي ، والمركبات الفائقة الصدر ، وغيرها من تطبيقات الفضاء الحرجة حيث تكون الموثوقية في ظل الظروف القاسية أمرًا بالغ الأهمية.
