وحدات القياس بالقصور الذاتي (IMUs) الركيزة الأساسية لأنظمة الملاحة في الصواريخ المتسكعة. فهي توفر البيانات اللازمة لتوجيه الصاروخ نحو هدفه بدقة عالية. وبدون وحدة قياس بالقصور الذاتي موثوقة، سيواجه الصاروخ صعوبة في الحفاظ على مسار طيران مستقر، مما قد يُعرّض مهمته للخطر.
وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) هي جهاز يقيس تسارع الجسم وسرعته واتجاهه. ويُعدّ دور وحدة القياس بالقصور الذاتي في الصواريخ المتسكعة أساسيًا لضمان وصول الصاروخ إلى هدفه بدقة.

في هذه المقالة، سأقوم بتحليل المكونات الأساسية التي تشكل وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU)، والمقاييس الرئيسية لتطبيقات الصواريخ المتسكعة، ونوع وحدة القياس بالقصور الذاتي الأنسب لهذه العمليات عالية المخاطر.
جدول المحتويات
ما هي وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU)؟
وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) هي جهاز يقيس تسارع الجسم وسرعته واتجاهه. تعمل هذه الوحدة دون الحاجة إلى إشارات خارجية، مما يجعلها مثالية للاستخدام في البيئات التي قد تكون فيها إشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) غير موثوقة. تحتوي وحدة القياس بالقصور الذاتي عادةً على مقاييس تسارع وجيروسكوبات. تعمل هذه المستشعرات معًا لتتبع الحركة والدوران، مما يضمن دقة مسار طيران الصاروخ.
بصفتي مهندسًا عملت في مجال الملاحة بالقصور الذاتي لأكثر من ثماني سنوات، أؤكد لكم أن الدور الرئيسي لوحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) هو توفير بيانات آنية حول سرعة الصاروخ وموقعه وزاوية طيرانه. وهذا يسمح لنظام التحكم في الصاروخ بتعديل مساره باستمرار. هذه الدقة العالية ضرورية للرحلات الطويلة والضربات الموجهة .

لماذا تعتمد الصواريخ المتسكعة على وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU)؟
صُممت الصواريخ المتسكعة للبقاء في الجو لفترات طويلة أثناء مراقبة الهدف. ولتحقيق هذا الغرض، يُعدّ التوجيه الدقيق أمرًا بالغ الأهمية. تُمكّن وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) الصاروخ من تعديل مساره باستمرار، مُعوضةً بذلك التغيرات في السرعة أو الرياح أو غيرها من العوامل البيئية. إذا افتقر الصاروخ إلى بيانات دقيقة عن موقعه، فقد ينحرف عن مساره، مما قد يؤدي إلى فشل المهمة أو ما هو أسوأ، فشل إصابة الهدف.
بالنسبة لأنظمة الصواريخ، لا تقتصر البيانات عالية الدقة على توجيه الصاروخ إلى موقع عام فحسب، بل تتعداها إلى ضمان قدرته على المناورة بدقة وموثوقية لمسافات طويلة. وتُعد وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) أساسية لتحقيق هذا المستوى من الدقة. فبدونها، لن يتمكن الصاروخ من إجراء تصحيحات المسار في الوقت الفعلي، مما يعني مخاطر أعلى، وهدرًا أكبر للموارد، ومهامًا أقل فعالية.

المعايير الرئيسية لوحدات القياس بالقصور الذاتي للصواريخ المتسكعة
عندما يتعلق الأمر بوحدات القياس بالقصور الذاتي (IMUs) للصواريخ المتسكعة، الدقة أمر لا غنى عنه. ومع ذلك، توجد معايير حيوية أخرى يجب مراعاتها. استقرار انحياز وحدة القياس بالقصور الذاتي بالغ الأهمية، لأن أي انحراف قد يؤدي إلى أخطاء بمرور الوقت. وبالمثل، معدل الانحراف مدى انحراف النظام قبل الحاجة إلى إعادة المعايرة. كما يجب أن توفر وحدة القياس بالقصور الذاتي تحديثات سريعة للبيانات بأقل قدر من التأخير . فالسرعة ضرورية لإجراء التعديلات في الوقت الفعلي.
| المعلمة | وصف | أهمية الصواريخ المتسكعة |
|---|---|---|
| دقة | قدرة وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) على قياس الحركة بدقة. | ضروري للحفاظ على مسار الصاروخ أثناء الرحلات الطويلة. |
| استقرار الانحياز | اتساق قراءات المستشعر مع مرور الوقت. | يمنع الانحراف التدريجي الذي قد يؤدي إلى تغيير مسار الصاروخ. |
| معدل الانجراف | معدل انحراف قراءات وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU). | يضمن الانحراف المنخفض دقة مستمرة دون الحاجة إلى إعادة المعايرة. |
| كمون | التأخير بين إدخال المستشعر وإخراجه. | تُعد المعالجة السريعة أمراً بالغ الأهمية لإجراء تصحيحات فورية للمسار. |
بصفتي شخصًا ذا خبرة طويلة في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي، فقد رأيت بنفسي كيف لانخفاض الانحراف وسرعة الاستجابة أن يُحدثا فرقًا كبيرًا في نجاح المهمة. فوحدات القياس بالقصور الذاتي ذات استقرار الانحياز الضعيف أو معدلات الانحراف العالية لا تستطيع ببساطة تقديم الأداء المطلوب، لا سيما في أنظمة الصواريخ التي تحتاج إلى إجراء تعديلات سريعة ومتكررة.
متطلبات دقة وحدة القياس بالقصور الذاتي للصواريخ المتسكعة
تتفاوت دقة (استقرار الانحياز) وحدة القياس بالقصور الذاتي لصاروخ متسكع تبعًا لمدى تعقيد المهمة والاعتماد على أنظمة الملاحة الخارجية. فيما يلي ملخص لمتطلبات استقرار الانحياز في سيناريوهات مختلفة:
1. مهام الضربات عالية الدقة (مثل الهجمات الموجهة بدقة)
- استقرار الانحياز : من 0.1 درجة مئوية/ساعة إلى 0.1 درجة مئوية/ساعة
سبب:
- الدقة العالية مطلوبة لاستهداف الأهداف بدقة، وخاصة في سيناريوهات المهام المعقدة التي تتضمن ضربات دقيقة.
- يحتاج جهاز قياس القصور الذاتي (IMU) إلى ضمان طيران مستقر واستهداف دقيق، خاصة أثناء الاقتراب النهائي.
نوع وحدة القياس بالقصور الذاتي : وحدة قياس بالقصور الذاتي على الجيروسكوب والألياف البصرية
طراز وحدة قياس القصور الذاتي للضباب الموصى به GFIMU 400، GFIMU 500


2. مهام دقيقة متوسطة (مثل الضربات العامة في ساحة المعركة)
- استقرار الانحياز : من 1 درجة مئوية/ساعة إلى 0.5 درجة مئوية/ساعة
سبب:
- هناك حاجة إلى دقة معتدلة في مهام ساحة المعركة العامة حيث قد يكون الهدف أقل أهمية أو تكون منطقة الاشتباك أكثر مرونة.
- يمكن استكمال وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) بأنظمة توجيه أخرى، مثل الأنظمة البصرية أو الأنظمة القائمة على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، للحفاظ على الدقة.
نوع وحدة القياس بالقصور الذاتي الموصى به : وحدة قياس بالقصور الذاتي MEMS أو وحدة قياس بالقصور الذاتي FOG (حسب متطلبات المهمة)
طراز وحدة القياس بالقصور الذاتي MEMS الموصى به: GUIDE900

3. مهام منخفضة التكلفة أو أبسط (مثل مهاجمة أهداف ذات قيمة منخفضة أو أهداف متحركة)
- استقرار الانحياز : من 5 درجات مئوية/ساعة إلى 2.5 درجة مئوية/ساعة
سبب:
- بالنسبة للصواريخ المتسكعة منخفضة التكلفة أو الأهداف الأقل أهمية، يمكن تخفيف دقة وحدة القياس بالقصور الذاتي، خاصة عندما يكون وقت الطيران قصيرًا أو يكون تعقيد المهمة منخفضًا.
- قد تعتمد هذه الأنظمة بشكل أكبر على نظام الملاحة الخاص بالمنصة (مثل الطائرات بدون طيار) أو أجهزة الاستشعار البسيطة الموجودة على متنها، مما يقلل الحاجة إلى وحدات قياس القصور الذاتي عالية الدقة.
نوع وحدة القياس بالقصور الذاتي الموصى به : وحدة قياس بالقصور الذاتي بتقنية MEMS
طراز وحدة القياس بالقصور الذاتي MEMS الموصى به: GUIDE700، GUIDE 688 B ، GUIDE 600



4. المهام المعتمدة على أجهزة الاستشعار (على سبيل المثال، الاعتماد على أجهزة استشعار خارجية لتحديد الأهداف)
- استقرار الانحياز : من 5 درجات مئوية/ساعة إلى 5 درجات مئوية/ساعة
سبب:
- بالنسبة للمهام التي تعتمد بشكل كبير على أجهزة الاستشعار الخارجية (مثل أجهزة الاستشعار البصرية أو الرادار أو نظام تحديد المواقع العالمي)، يمكن تخفيف دقة وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) حيث تقوم الأنظمة الخارجية بمعظم عمليات الملاحة والتوجيه.
- يعمل جهاز IMU بشكل أساسي كمستشعر تكميلي، مع الاعتماد الأساسي على البيانات الخارجية لنجاح المهمة.
نوع وحدة القياس بالقصور الذاتي الموصى به : وحدة قياس بالقصور الذاتي بتقنية MEMS
طراز وحدة القياس بالقصور الذاتي MEMS الموصى به: GUIDE160

مراجع
بالنسبة لأنظمة الصواريخ، فإن البيانات عالية الدقة لا تتعلق فقط بتوجيه الصاروخ [^1] إلى موقع عام.
[^1]: إن استكشاف الآليات الكامنة وراء توجيه الصاروخ يوفر رؤى حول تقنيات توجيه الصواريخ المتقدمة وكفاءتها التشغيلية.
المقاييس الرئيسية لتطبيقات الصواريخ المتسكعة [^2]
[^2]: إن فهم المقاييس الرئيسية لتطبيقات الصواريخ المتسكعة يمكن أن يوفر رؤى حول فعاليتها التشغيلية وقيمتها الاستراتيجية.
