Raketitõrje ja proportsionaalnavigatsioon

Kuidas tabab tõrjerakett kiiret, risti liikuvat sihtmärki? Mitte seda taga ajades, vaid hoides muutumatut suunda. Vaata juhtimismatemaatikat reaalajas tööd tegemas.

Interaktiivse simulatsiooni laadimine...

miks „muutumatu suund” tähendab kokkupõrget 🖖

Meremehed on seda teadnud sajandeid: kui teine laev püsib samal kompassisuunal, kuid läheneb, siis te põrkate kokku. Teievaheline sihtjoon ei pöörle kunagi — te mõlemad libisete mööda kahte külge kokkutõmbuvat kolmnurka, mille kuju jääb samaks. Proportsionaalnavigatsioon muudab selle tähelepaneku juhtimisseaduseks. See mõõdab, kui kiiresti sihtjoone nurk pöörleb (λ̇), ja käsib sellega võrdelist külgkiirendust: acmd = N · Vc · λ̇. Vii λ̇ nulli ja suund on külmutatud — tabamine on tagatud, ilma et peaks kunagi ennustama, kus sihtmärk hakkab olema. Navigatsioonisuhe N (tavaliselt 3–5) määrab, kui jõuliselt korrigeeritakse. Puhas jälitus seevastu lihtsalt suunab nina sihtmärgile; mis tahes su teed ristava sihtmärgi vastu sunnib see aina järsemale pöördele ja kaotab võidujooksu. Iga tänapäevane õhk-õhk- ja maa-õhk-rakett lendab proportsionaalnavigatsiooni järgi.

Sihi ette, ära aja taga 🖖

Kutsikas, kes visatud palli taga ajab, jookseb alati otse sinna, kus pall parajasti on, ning jääb nii kõverat rada mööda taha ja hiljaks. Inimene, kes palli püüab, teeb vastupidi: ta liigub nii, et pall püsib ta vaateväljas muutumatu nurga all, ja kohtub sellega seal, kus see alles saab olema. Lülita selles tööriistas puhta jälitamise ja proportsionaalnavigatsiooni vahel – ristuva sihtmärgi vastu tähendab praeguse asukoha sihtimine alati pikemat, järsemat ja kaotavat teed.

Kiilid lahendasid selle esimesena 🖖

Ammu enne juhtimisinsenere lendasid kiilid juba proportsionaalnavigatsiooni järgi. Kiirvõtted näitavad, et jahtiv kiil juhib end nii, et saakloom püsib tausta suhtes muutumatu nurga all – täpselt see püsiva suuna nipp valemi acmd = N · Vc · λ̇ taga – ja teeb seda riisiterast väiksema ajuga, tabades saagi tublisti üle 90% katsetest. Evolutsioon leidis selle kokkupõrkegeomeetria umbes 300 miljonit aastat enne esimest juhitavat raketti.

Näiteülesanded