2017'de, 32 milyon dolar değerindeki bir ABD hipersonik füze denemesi, fırlatma sırasında 18.000 g'lık şok yükleri altında atalet ölçüm ünitesinin (IMU) kırılması nedeniyle başarısız oldu. Bu tür olaylar kritik bir zafiyeti ortaya koyuyor: Geleneksel MEMS IMU'lar topçu sınıfı gerilmelere dayanamıyor ve görev açısından kritik güdüm arızaları riskini taşıyor.
Bu tür olaylar acı bir gerçeğin altını çiziyor: Standart MEMS IMU'lar, topçu sınıfı ortamlar için tasarlanmamıştır. Sonuçları –yanlış yönlendirilmiş mühimmat, dengesizleşmiş platformlar ve görev başarısızlıkları– vahimdir. Bu nedenle GuideNav ekibi, bu aşırı koşullara askeri sınıf güvenilirlikle dayanacak şekilde tasarlanmış, topçu sınıfı MEMS IMU'lar .
Silah sert MEMS IMU, yüksek önyargı stabilitesini korurken 10.000g'den fazla şokta hayatta kalacak şekilde tasarlanmıştır, bu da onları roketlerde, kayma bombalarında ve topçu kabuklarında hassas rehberlik için ideal hale getirir. Bu sensörler, geleneksel MEMS IMU'larından daha iyi performans göstermek için gelişmiş şok kesme malzemelerini, AI güdümlü termal telafiyi ve üçlü yedek ivmeölçer dizilerini birleştirir.
atalet ölçüm biriminin teknik zorlukları inceleyelim ve bu yeniliklerin savunma sistemlerinde nasıl devrim yarattığını keşfedelim.
İçindekiler
Yüksek Yerçekimi Ortamlarındaki Zorluklar: MEMS IMU İkilemi
Yüksek G ortamları, MEMS IMU'lar için önemli zorluklar oluşturmaktadır. Yoğun kuvvetler, silikon mikro yapılarında yapısal kırılmalara ve felaket niteliğinde arızalara yol açabilir. Bu arızalar sadece teorik değildir; ticari MEMS sensörlerinin topçu sınıfı gerilimler altında arızalandığı çeşitli çalışmalarda belgelenmiştir. Ana sorunların çok yönlü olduğunu özetledik:
- Yapısal Kırılmalar: Ani ivmelenme, MEMS bileşenlerini parçalayan gerilim yoğunlaşmaları yaratır.
- Jiroskop Kayması: Şok kaynaklı sapma hataları, navigasyon verilerini saniyeler içinde kullanılamaz hale getirir.
- Termal Histerezis: Hızlı sıcaklık değişimleri sensör kalibrasyonunu bozarak doğruluğu daha da tehlikeye atar.
Bu zorlukların üstesinden gelmek için, MEMS tasarımını baştan aşağı yeniden düşünmek zorunda kaldık; kuvvetleri eşit şekilde dağıtan ve aşırı koşullar altında istikrarı koruyan malzemeleri ve geometrileri dahil ettik.
Silaha Dayanıklı MEMS IMU Teknolojisindeki Gelişmeler
Son on yılda GuideNav, en zorlu ortamlarda bile dayanabilen, yüksek G kuvvetine dayanıklı MEMS IMU'lar geliştirmeye odaklandı. Yüksek G kuvvetine dayanıklı MEMS IMU'ların geliştirilmesi, yüksek G kuvvetine dayanıklı navigasyonda sektördeki daha geniş ilerlemeleri yansıtmaktadır. Son on yılda önemli atılımlar gerçekleştirildi:
MEMS'in yapısal geometrisini yeniden tasarlayarak, şok kuvvetlerini eşit şekilde dağıtan ve gerilim yoğunlaşmalarını ortadan kaldıran simetrik silikon "adacıklar" oluşturmakla işe başladık. Depreme dayanıklı mimariden ilham alan bu yaklaşımın, kırılma risklerini %83 oranında azaltmada etkili olduğu kanıtlanmıştır.
Ardından, varil taşıma sırasında oluşan ısı dalgalanmalarını absorbe etmek için faz değişim malzemeleri entegre ettik. Bu termal yönetim sistemi, IMU'larımızın aşırı ortamlarda bile doğru ve güvenilir kalmasını sağlar.
Son olarak, şok kaynaklı hataları gerçek zamanlı olarak tahmin etmek ve düzeltmek için makine öğrenimi algoritmaları kullanan kendi kendini onaran ASIC'ler geliştirdik. Binlerce gerçek atış test dizisi üzerinde eğitilen bu tahmin modelleri, IMU'larımızın geleneksel sensörleri etkisiz hale getirecek kuvvetlere maruz kaldığında bile hassasiyetini korumasını sağlar.
Bu yenilikler, yüksek G kuvvetine maruz kalan ortamlarda hassas yönlendirmeyi mümkün kılarak, geleneksel IMU'ların yetersiz kaldığı ortamlarda navigasyon alanını dönüştürdü.
Uygulama Örnekleri: Güdümlü Mühimmat ve Topçu
Güdümlü Roketler ve Füzeler
Fırlatma darbelerine dayanıklı MEMS IMU'lar, hassasiyetin son derece önemli olduğu güdümlü roket ve füzelerde hayati öneme sahiptir. Bu sensörler, sürekli navigasyon verisi sağlarken fırlatma darbelerine de dayanmalıdır. Örneğin, güdümlü roket sistemlerinde, fırlatma sonrası yönelim doğruluğunu ≤0,3 mrad seviyesinde tutmak için fırlatma darbelerine dayanıklı IMU'lar entegre edilmiştir; bu da hedefleme hassasiyetini önemli ölçüde artırır.
Topçu Güdüm Sistemleri
Topçu uygulamalarında, topa dayanıklı IMU'lar, GPS sinyalinin olmadığı ortamlarda bile hassas güdümlü atış imkanı sağlar. IMU verilerini arazi kontur eşleştirme algoritmalarıyla birleştirerek, sistemler uzun mesafelerde ≤5m CEP doğruluğuna ulaşabilir ve topçu operasyonlarının etkinliğini artırabilir.
Hipersonik Araçlar
Mach 5 ve üzeri hızlarda çalışan hipersonik araçlar için, aşırı sıcaklık ve titreşimlere rağmen navigasyon stabilitesini korumak için son derece dayanıklı IMU'lar (Atalet Ölçüm Birimleri) şarttır. Bu sensörler, GPS sinyalleri kesintiye uğradığında bile araçların rotasında kalmasını sağlar.
GuideNav GUIDE600G GUN-HARD MEMS IMU
Yüksek G kuvveti ortamlarında, geleneksel MEMS IMU'ların genellikle felaketle sonuçlanan arızalar gösterdiği durumlarda, GuideNav'ın GUIDE600G'si güvenilirliğin simgesi olarak öne çıkıyor. Bu son derece dayanıklı MEMS IMU, inanılmaz bir 20.000g şokuna dayanacak şekilde tasarlanmıştır ve bu da onu savunma ve havacılıkta görev açısından kritik uygulamalar için vazgeçilmez bir bileşen haline getirmektedir.
GUIDE600G, GuideNav'ın MEMS teknolojisinin sınırlarını zorlama konusundaki kararlılığının bir kanıtıdır. İşte başlıca özelliklerinden bazıları:
- Son Derece Dayanıklı Tasarım: GUIDE600G, standart MEMS IMU'ların kapasitesini çok aşan 20.000g'lik şoklara dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, kuvvetleri eşit olarak dağıtan ve gerilim yoğunlaşmalarını en aza indiren gelişmiş malzemeler ve simetrik silikon geometrileri sayesinde elde edilir.
- Modüler Tasarım: Modüler mimarisi, çeşitli sistemlere kolay entegrasyon sağlayarak farklı uygulamalar için çok yönlü hale getirir.
- Yüksek Veri Çıkış Hızı: 1200 Hz çıkış frekansıyla GUIDE600G, hassas navigasyon ve kontrol için gerekli gerçek zamanlı verileri sağlar.
- Aşırı Çevre Koşullarında Güvenilirlik: -40°C ile +80°C arasındaki sıcaklıklarda etkili bir şekilde çalışarak çeşitli çevre koşullarında istikrar sağlar.
- ITAR'dan muaf
Bu özellikler, GUIDE600G'yi yeni nesil güdümlü mühimmatlar, hipersonik araçlar ve aşırı koşullar altında güvenilirliğin son derece önemli olduğu diğer kritik havacılık ve uzay uygulamaları için cazip bir seçenek haline getiriyor.
