Афонин А.А., Гук А.С., Никитин В.Н., Никитин Н.В., Шацкий А.В., Чемоданов В.Б. Наведение лазерных пучков:
Автоматические системы и устройства наведения. Изд. 2, испр. и доп.

Оглавление

Предисловие

Одним из удивительнейших изобретений середины XX века, получивших бурное развитие в последующие годы, несомненно, является создание лазеров. Советские, а потом – российские, ученые и инженеры не только стояли у истоков лазерной техники, но и внесли существенный вклад в развитие очень быстро зародившихся различных отраслей науки и техники (в том числе военной), использующих лазеры.

Практическое использование лазеров потребовало, в свою очередь, решения целого ряда технологических и научно-технических проблем, одной из которых является проблема создания высокоточных систем наведения лазерных пучков на выбранные объекты или их участки. Без решения этой проблемы одно из основных замечательных свойств лазеров – их чрезвычайно узкие диаграммы направленности излучения – использовать на практике зачастую невозможно.

В настоящей книге рассмотрены вопросы проектирования ключевых составных частей таких систем наведения, а именно – автоматических устройств и систем для наведения лазерных пучков. Выполнен анализ входных воздействий, возмущающих факторов и особенностей динамики исполнительных механизмов различного принципа действия, с позиций использования их в точных каналах наведения, рассмотрены достоинства и недостатки различных схем построения контуров управления отклоняющими зеркалами. Отдельная глава посвящена рассмотрению систем ориентации и навигации для лазерных приборов воздушного базирования. Значительное внимание уделено анализу свойств безредукторных электродинамических приводов отклоняющих зеркал и обоснованию рекомендаций по их конструированию. В частности, подробно рассмотрены свойства плоского отклоняющего зеркала как элемента контура наведения лазерного пучка. Приведенные аналитические выражения могут быть использованы не только в целях проектирования лазерных систем, но и при решении многих других оптико-механических задач. Один из разделов посвящен акустооптическим дефлекторам лазерных пучков. Указаны новые подходы к построению широкополосных систем стабилизации для работы в условиях качки и вибрации при мобильном базировании лазерного прибора. Достаточно подробно рассмотрено влияние перекрестных связей между каналами на динамику системы наведения лазерного пучка (СНЛП), в частности – использование аппарата функций Ляпунова для анализа устойчивости систем с мультипликативными связями.

Основная часть материалов была получена авторами в процессе выполнения опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ ФГУП «НПО «Астрофизика» и ОАО «ОКБ высокоэнергетических лазеров «Гранат» им. В.К.Орлова», в которых принимали участие наряду с работниками этих предприятий сотрудники профильных подразделений Московского авиационного института (национального исследовательского университета) – «МАИ» и Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». Появление в последние годы ряда новых актуальных задач, возможное решение которых напрямую связано с использованием лазерных комплексов, побудило авторов обобщить накопленный опыт и опубликовать имеющиеся материалы.

Авторы не ставили перед собой цель рассмотреть весь спектр задач, возникающих при разработке лазерных систем наведения. В книге обобщены лишь материалы, полученные процессе многолетней научно-исследовательской работы самих авторов. Некоторые результаты авторами получены впервые и защищены соответствующими охранными документами.

Предисловие, введение и раздел 1 написаны совместно Чемодановым В.Б., Никитиным Н.В. и Шацким А.В., раздел 2 написан Афониным А.А., подразделы 3.1, 3.3, 4.1, 4.3, 4.5, 4.6 написаны Чемодановым В.Б., подразделы 3.2, 3.4, 4.2 написаны Шацким А.В., подраздел 4.4 написан совместно Чемодановым В.Б. и Шацким А.В., раздел 3.5 написан Гуком А.С., раздел 5 написан Никитиным В.Н. Кроме того, в написании подразделов 2.1, 2.3 принимал участие доц. МАИ, к.т.н. Сулаков Андрей Сергеевич, подразделов 2.1, 2.2 – мл. науч. сотр. МАИ Ямашев Григорий Григорьевич.

Авторы считают необходимым отметить большую помощь в работе над книгой и ее оформлении, оказанную инженером МАИ – Котельниковой Анной Валерьевной, и выразить ей глубокую благодарность.

Авторы будут благодарны читателям, если они выскажут свои критические замечания и пожелания.

Об авторах

Афонин Александр Анатольевич

Кандидат технических наук, доцент. Декан факультета «Робототехника и мехатроника» Московского финансово-промышленного университета «Синергия». Окончил Московский авиационный институт и аспирантуру МАИ. В 1998–2021 гг. работал в МАИ в качестве научного сотрудника, доцента, заместителя декана, заместителя директора. Область научных интересов — разработка и исследование систем ориентации, навигации и мобильной гравиметрии. Автор около 200 научных и учебно-методических публикаций, включая монографии и учебные пособия, статьи в журналах, включенных в перечень ВАК и международные системы цитирования.

Гук Александр Сергеевич

Кандидат физико-математических наук. Возглавляя профильный отдел, принимал активное участие в создании лазерно-оптических комплексов разработки ФГУП «НПО Астрофизика» и ФГУП «ОКБ высокоэнергетических лазеров „Гранат“ им. В. К. Орлова». Является специалистом в области практической акустооптики.

Никитин Владимир Николаевич

Выпускник Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». Окончил аспирантуру кафедры кибернетики НИЯУ «МИФИ». Один из авторов монографии «Автоматические системы и устройства наведения лазерных пучков» и 9 научных работ по анализу степени устойчивости и срыва управления в нелинейных динамических системах. Автор совместной с Н. В. Никитиным монографии — «ГОСПОЖА УДАЧИ: Прикладная теория вероятностей и диаграммная техника. Как легко и быстро решать прикладные задачи в области теории вероятностей при помощи подхода Фейнмана к квантовой механике» (М.: URSS).

Никитин Николай Владимирович

Кандидат физико-математических наук, доцент. Работал и преподавал в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» с 1972 по 2021 г. Автор более 150 научных работ и 5 монографий, две из которых изданы в США. С середины 1970-х гг. основные работы связаны с динамическими системами, объектами и комплексами автоматического управления, находящимися под действием случайных возмущений.

Шацкий Александр Вячеславович

Кандидат технических наук, автор более 50 научных трудов и изобретений в области элементов и систем автоматического управления. С начала 1970-х гг. по настоящее время активно занимается проектированием систем точного наведения лазерного луча и встраиванием разрабатываемых систем в лазерные комплексы. Будучи сотрудником ФГУП «НПО Астрофизика» и ФГУП «ОКБ высокоэнергетических лазеров „Гранат“ им. В. К. Орлова», занимал должности от ведущего инженера до заместителя начальника научно-исследовательского отделения.

Чемоданов Владимир Борисович

Кандидат технических наук, доцент. Окончил с отличием Московский авиационный институт в 1978 г. С 2010 г. по настоящее время работает в должности начальника научно-исследовательского отдела кафедры «Системы автоматического и интеллектуального управления» МАИ. Специалист в области высокоточных следящих систем и систем управления подвижными объектами. Создатель теории и принципов применения инерционных пассивных стабилизаторов в оптико-механических системах мобильного базирования. Автор более 60 научных работ и 17 изобретений. В 2020 г. вошел в число авторов 100 лучших изобретений России.