안전한 로켓 점화 시스템을 갖는 미사일

안전한 로켓 점화 시스템을 갖는 미사일{MISSILE WITH SAFE ROCKET IGNITION SYSTEM}

로켓 추진 시스템은 우주 왕복선 비행에서 미사일 발사 응용에 이르기까지 다양한 응용 분야에 이용되고 있다. 이러한 시스템은 수반되는 로켓 모터의 점화를 제어하기 위한 안전하고 신뢰성있는 시스템을 필요로 한다.

안전하고 효율적인 로켓 점화 시스템은 대구경 포로부터의 미사일과 같은 로켓 추진 장치의 발사와 관련된 군사적인 응용에 특히 중요하다. 대구경 포는 미사일에 포함된 로켓 모터를 동작시키기 위한 추진체 뇌관(propellant primer)의 점화를 포함하고 있다. 추진체 뇌관의 점화는 관련된 섬광과 음향 압력 펄스를 생성한다.

전형적인 로켓 모터 점화 시스템은 임팩트 스위치(impact switch)와 같은 격발 장치를 포함하여 압력 펄스를 검출한다. 일단 압력 펄스가 격발 장치에 의해 검출되면, 로켓 모터 점화 시스템은 미사일의 로켓 모터 추진체를 점화하여 미사일을 발사한다.

그러나, 이러한 점화 시스템은 외부에서 발생한 압력 펄스가 의도하지 않은 미사일 발사를 발생시킬 수 있기 때문에 소란한 환경에서는 위험하다. 이러한 시스템은 근방의 대포 발사로부터의 큰 압력 펄스가 일반적인 전장에서의 응용에서 특히 위험하다.

그러므로, 본 기술 분야에서는, 기존의 미사일 및 로켓 추진 장치에 쉽게 적용될 수 있는 안전한 로켓 점화 시스템이 요구되고 있다. 또한, 뇌관의 점화와 전장과 같은 소란한 환경에서 발생하는 다른 음향 발생간을 신뢰성있게 구별할 수 있는 로켓 점화 시스템이 필요하다.

<발명의 요약>

상기와 같은 필요성은 본 발명의 로켓 점화 시스템에 의해 지향된다. 가장 일반적으로, 본 발명은 광학적 임펄스를 검출하고 그에 응답하는 제1 신호를 제공하기 위한 제1 회로를 포함한다. 압력파를 검출하고 그에 응답하는 제2 신호를 제공하기 위해 제2 회로가 제공된다. 다음에, 제3 회로는 제1 및 제2 신호에 응답하여 미사일을 발사한다.

예시적인 실시예에서, 본 시스템은 로켓 모타를 갖는 미사일로 사용하기 위해 설계되었으며 각각 제1 및 제2 신호 형태의 제1 및 제2 성분을 갖는 발사 신호를 생성하기 위한 뇌관을 포함한다. 제1 검출기가 제1 성분 형태의 신호를 검출하며 제2 검출기가 제2 성분 형태의 신호를 검출한다. 프로세서는 제2 검출기에 의한 제2 성분의 수신과 제1 검출기에 의한 제1 성분의 수신 사이에 경과된 시간 차이가 소정의 유효 시간차 범위에 있는지 계산하여 이 차이가 소정의 유효 시간차 범위 내에 있다면 점화 신호를 제공한다. 불꽃 로켓 모터 점화기는 프로세서로부터의 점화 신호의 수신 시에 로켓 모터를 동작시킨다.

특정한 실시예에서, 제1 검출기는 미사일 로켓 모터 근방에 배치된 광 검출기이며 제1 성분은 광 신호이다. 제2 검출기는 미사일의 노즈(nose) 근방에 배치된 기존의 피토우(pitot) 압력 센서이고 제2 성분은 압력 신호이다.

예시적인 실시예에서, 프로세서는 경과된 시간과 소정의 유효 시간차 범위를 비교하도록 프로그래밍된 기존의 미사일 유도 제어 프로세서이다. 이 프로세서는 경과된 시간을 측정하기 위한 타이머를 포함한다. 소정의 유효 시간차는 제1 검출기와 제2 검출기 간의 위치차와, 제1 성분과 제2 성분의 속도차를 기초로 하여 계산된다.

본 발명의 안전성은 미사일이 사용될 준비가 되지 않았을 때 점화 신호를 차단하는 안전 스위치의 사용을 통해 더 향상된다.

본 발명은 로켓 점화 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 미사일과 같은 로켓 추진 장치를 발사하는데 사용되는 로켓 모터의 점화를 트리거링(triggering)하기 위한 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래의 로켓 모터 점화 시스템의 중요 기능 블럭을 도시한 미사일의 도면.

도 2는 본 발명의 로켓 모터 점화 시스템을 포함하는 미사일의 도면.

도 3은 도 2의 미사일이 적재된 대구경 포의 도면.

본 명세서에서 본 발명이 특정한 응용을 위한 예시적인 실시예들을 참조로하여 설명되지만, 본 발명은 이로 인해 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 기술 분야에 숙련되고 본 명세서의 교시를 받은 자라면 본 발명의 범위 내의 부가적인 수정, 응용, 및 실시예들과 본 발명이 중요하게 이용되는 다른 분야를 인식할 것이다.

전술한 종래의 로켓 점화 시스템에 대한 개관은 본 발명의 이해를 용이하게 하려는 의도이다.

도 1은 종래의 로켓 모터 점화 시스템(12)의 중요 기능 블럭을 도시한 미사일(10)의 도면이다. 이 시스템(12)은 미사일(10)을 발사하는데 사용되는 포의 추진체 뇌관으로부터의 압력 펄스를 검출하는 임팩트 센서(14)를 포함한다. 이 임팩트 센서(14)가 고에너지 음향파와 같은 압력 펄스를 검출할 때, 센서(14)는 압력 펄스 검출 정보(16)를 전원(20)에 의해 전력이 공급되는 점화 지원 회로(18)에 전송한다. 점화 지원 회로(18)는 압력 펄스 검출 정보(16)가 제공되면 압력 펄스의 크기를 소정의 임계값과 비교한다. 만일 검출된 압력 펄스가 소정의 임계값보다 크다면, 전원(20)에 의해 전력이 공급되는 불꽃 로켓 모터 점화기(22)가 점화 지원 회로(18)에 의해 동작된다. 다음에, 불꽃 로켓 모터 점화기(22)는 미사일(10)의 발사를 개시시키는 로켓 모터(24)를 점화한다.

임팩트 센서(14)와 이에 수반되는 점화 지원 회로(18)는 불꽃 로켓 모터 점화기(22)에 의해 로켓(24)의 점화를 의도와 달리 트리거할 수 있다. 이는 거친 전장 환경에 노출되어 임팩트 센서(14)가 큰 압력 펄스 또는 물리적인 충격을 검출할 때 발생할 수 있다.

다른 보다 위험한 미사일 점화 시스템 설계는 점화 지원 회로(18)를 포함하고 있지 않아서 압력 펄스 검출 정보(16)가 불꽃 로켓 모터 점화기(22)에 직접 전송된다.

도 2는 본 발명의 교시에 따라 구성된 로켓 점화 시스템(32)을 포함하는 향상된 미사일(30)의 도면이다. 이 로켓 점화 시스템(32)은 로켓 모터(24) 근방의 미사일(30)의 후미 부근에 장착된 광 센서(34)를 포함한다. 점화 시스템(32)은 피토우 압력 센서(36)와 유도 제어 프로세서(38)를 포함하는데, 이들 양자 모두(36, 38)는 미사일(30)에 이미 존재하는 것이다. 피토우 압력 센서(36)는 외부 압력을 감지함으로써 미사일 속도를 측정하는데 사용되는 표준 미사일 비행 계기이다. 미사일(30)이 비행하지 않고 추진체 뇌관 (다음에서 보다 상세히 설명됨)을 갖는 포 내에 적재되어 있을 때, 피토우 압력 센서(36)는 압력 펄스 검출기(36)로서 사용된다.

프로그래밍 가능한 점화 지원 회로(40)는 광 센서(34)로부터 제1 신호 입력(42)을 수신하고 유도 프로세서(38)로부터 압력 신호 입력(44)를 수신한다. 프로세서 신호 입력(44)은 유도 프로세서(38)를 통과한 피토우 압력 센서(36)에 의해 수신된 압력 펄스에 대응하는 정보를 포함한다. 지원 회로(40)는 미사일(30)의 길이, 압력 센서(36)와 광 검출기(34) 사이의 거리, 압력 센서(36)에서 추진체 뇌관 사이의 거리, 및 광 검출기(34)와 추진체 뇌관 간의 거리에 대한 정보를 포함하도록 프로그래밍된다.

추진체 뇌관의 점화는 광 검출기(34)에 의해 즉각 검출되는 섬광을 생성한다. 광 검출기(34)는 광 검출기(34)의 시야를 추진체 뇌관의 방향에서의 작은 범위로 제한하기 위해 미사일(30) 내의 오목한 곳에 배치된다. 작은 범위 외부의 섬광은 광 검출기(34) (다음에서 보다 상세히 논의됨)에 의해 검출되지 않는다.

추진체 뇌관의 점화와 연관된 압력 펄스는 시간 지연 후에 압력 센서(36)에 도달한다. 이 시간 지연은 대략 지원 회로(40)에 포함된 타이머(46)에 의해 측정된다. 이 시간 지연은 음향의 속도에서 이동(traveling)하는 압력 펄스가 대부분의 응용에서 추진체 뇌관으로부터 압력 센서(36)까지의 거리를 이동하는데 필요한 대략적인 시간이다. 이 필요 이동 시간은 지원 회로(40)에 의한 광 신호(42)의 수신에 후속하는 압력 펄스의 수신이 유효 발사 신호를 나타내도록 고려되는 시간 범위를 설정하는데 사용된다. 이 시간 범위는 주어진 미사일과 주어진 발사 장비에 대해 미리 결정되어 지원 회로(40) 내에 저장되어 있다. 광 이벤트와 뒤이어 발생하는 압력 펄스의 소정 조합에 대해, 지원 회로(40)는 시간 지연이 수용가능한 시간 범위 내에 있는지를 확인하여, 만약 그렇다면, 지원 회로(40)는 로켓 모터(24)를 점화하는 불꽃 로켓 모터 점화기(22)를 개시시키고 이어서 미사일(30)을 발사시킨다.

미사일(30)이 발사될 준비가 되어 있지 않은 경우, 수동 무장 스위치(48)가 미사일의 안전성을 확보하도록 개방된 상태로 남겨진다. 수동 무장 스위치(48)가 단절되었을 때, 지원 회로(40)는 로켓 모터(24)를 개시시키는데 필요한 불꽃 로켓 모터 점화기(22)를 더이상 동작시킬 수 없다.

본 기술 분야에 숙련된 자라면, 프로그래밍 가능한 유도 제어 프로세서들이 장착된 미사일에서는, 프로그래밍 가능한 점화 지원 회로에 의해 제공된 기능이 상기와 같은 프로세서에 프로그래밍되어 지원 회로(40)의 필요성을 제거할 수 있다. 또한, 프로그래밍 가능한 점화 지원 회로(40)는 유도 프로세서(38)로부터 수집된 정보로부터 자동적으로 필요한 시간 범위 계산을 수행하는 코드 또는 논리가 포함될 수 있다.

도 3은 대구경 포(50)에 의해 발사될 준비가 된 도 2의 미사일(32)의 도면이다. 포(50)는 포신(52)과, 점화 시에 압력 펄스(56)와 열 섬광(58)과 광 신호(60)를 생성하는 추진체 뇌관(54)을 포함한다. 압력 센서(36)는 압력 펄스(56)를 검출하고 광센서(34)는 광 신호(60)를 검출한다. 광 신호 검출과 압력 펄스 검출 사이의 시간 지연은 점화 시스템(32)에 의해 근방의 폭발에 의해 발생된 잘못된 점화 신호를 필터링하는데 사용된다.

시간 지연 계산이 극히 정확해야 하는 응용에서, 광(60)이 추진체 뇌관(54)으로부터 광 센서(34)로 이동하는데 요구되는 시간은 시간 지연의 계산에서 인자(factor)가 된다. 예를 들어, 미사일(30)의 광 센서(34)가 시간 지연의 계산에서 인자가 된다. 예를 들어, 미사일(30)의 광 센서(34)가 피토우 압력 센서(36)로부터 90 센티미터에 있고 광 센서(34)가 추진체 뇌관(54)으로부터 80 센티미터에 있다면, 대략 초당 3×10 ¹⁰ 센티미터로 이동하는 광은 광 센서(34)에 도달하는데 2.7 ^-9 초가 걸릴 것이다. 뇌관(54)으로부터의 압력 펄스(56)는 대략 4.9 ^-3 에서 압력 센서(36)에 도달한다. 시간 지연값은

^-3 초)으로부터 벗어난 측정 시간 지연값은 가능한 발사 신호로서 제외된다.

섬광 및 관련된 압력 펄스의 소스가 미사일(30)로부터 멀어질수록, 광 신호(60)와 압력 펄스(36)가 이들과 연관된 검출기들(34, 36)에 도달하는 시간들 사이의 지연은 커지게 된다. 유사하게, 광/압력 신호의 소스가 미사일(30)에 가까워질수록, 압력 펄스(36)의 도달 시간과 광 신호(60)의 도달 시간 사이의 지연은 짧아지게 된다. 로켓 점화 시스템(32)의 전기적인 전달 지연이 또한 측정되어 점화 회로(40)에 의해 수행되는 연산에서 인자로 될 수 있다.

광 센서(34)의 시야는 추진체 뇌관(54)의 방향에서의 작은 범위(62)로 제한된다. 본 특정 실시예에서는 대략 20도인 이 작은 범위(62)의 외부에서 발생한 섬광은 광 검출기(34)에 의해 쉽게 검출되지 않는다. 광 검출기(34)는 미사일(30)에서 약간 오목한 곳에 배치되어 추진체 뇌관(54)이 배치된 미사일(30)의 후미를 향하는 시야(62)를 제한한다. 시야(62)는 뇌관(54)이 대략 시야(62)의 중심에 있도록 방향이 정해진다.

그러므로, 본 발명은 미사일(30)을 주위의 3차원 공간 내의 한 위치에서 생성된 광/압력 신호에만 로켓 점화 시스템(32)이 응답하도록 설계되기 때문에 높은 수준의 안전성을 제공한다. 공간 내의 위치는 추진체 뇌관(54)의 위치에 대응한다. 근방의 폭발 또는 미사일 발사가 섬광과 큰 압력 펄스를 발생시킨다해도, 광은 소리보다 휠씬 빠르게 이동하며 압력 펄스는 뇌관으로부터 발생된 섬광 후에 상당히 늦게 도달할 것이다.

본 발명의 로켓 점화 시스템(32)은 거의 부가적인 구성 요소없이 높은 수준의 성능을 달성한다. 이는 미사일(30)의 기존의 장착 위치의 피토우 압력 센서(36)와 미사일(30)의 기존의 비행 제어 마이크로프로세서(38)를 사용하여 이루어진다.

이와 같이, 본 발명이 특정한 응용을 위한 특정한 실시예를 참조로 하여 설명되었다. 본 기술 분야에 숙련되고 본 명세서의 교시를 받은 자라면 본 발명의 범위 내의 부가적인 수정, 응용, 및 실시예들을 인식할 것이다.

그러므로, 첨부된 특허 청구의 범위는 본 발명의 범위 내에 있는 모든 응용, 수정, 및 실시예들을 포함하는 것을 의도로 한다.