Protección contra el calentamiento aerodinámico para cabeza buscadora electroóptica de misiles.

Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles que comprende una pantalla fija (1) que puede estar montada rodeando un sensor de cabeza buscadora EO,

formando la pantalla fija (1) una cavidad (7), caracterizado por comprender:

al menos una pantalla desplegable (10) dispuesta para ser desplazada de manera telescópica con respecto a la pantalla fija (1) entre una primera posición, en la que la al menos una pantalla desplegable (10) sustancialmente no sobresale de la pantalla fija (1), y una segunda posición, en la que la al menos una pantalla desplegable (10) está desplegada con respecto a la pantalla fija (1) creando así una cavidad de mayor longitud (7) con respecto a la primera posición,

al menos un receptáculo (15) para un gas de presurización ópticamente inerte,

en el que en la segunda posición, el gas ópticamente inerte puede ser inyectado en el interior de un espacio encarado hacia adelante del sensor dentro de la cavidad (7), formando un patrón de flujo altamente estable (9).

Protección contra el calentamiento aerodinámico para cabeza buscadora electroóptica de misiles Campo de la invención La presente invención se refiere a la protección de un conjunto de cabeza buscadora electroóptica (EO) de misiles, es decir, a un sensor EO, de los daños ocasionados por una corriente de aire externa de alta velocidad cargada con partículas multifase dispersas debido a (a) el calentamiento aerodinámico ocasionado por el gas caliente de la corriente entrante que invade la cavidad del sensor, con la consiguiente degradación grave de la imagen debida a la expansión térmica diferencial de las estructuras telescópicas, y (b) a la erosión de los revestimientos ópticos por las partículas abrasivas suspendidas en el aire entrante de alta velocidad como las que se producen en determinadas regiones geográficas del planeta.

Estado de la técnica

En la actualidad, la mayoría de los sistemas de misiles utilizan sensores electroópticos (EO) de formación de imágenes para avistar y efectuar el seguimiento de objetivos, generalmente en combinación con otros medios sensores, como por ejemplo cabezas buscadoras por láser y radiofrecuencia (RF) . Estos misiles pueden ser clasificados en términos generales en estas categorías:

(a) Misiles tácticos,

(b) Interceptores defensivos de misiles endoatmosféricos de gran altitud, y

(c) Interceptores defensivos de misiles espaciales.

(a) Sistemas de misiles tácticos.

Estos misiles operan en altitudes medias y bajas dentro de la atmósfera, y utilizan una pluralidad de cabezas buscadoras para alcanzar objetivos en el aire y en tierra. En consecuencia, cada vez más frecuentemente, y para evitar contramedidas, el objetivo final en los misiles tácticos se ejecuta mediante cabezas buscadoras EO de formación de imágenes que están instaladas detrás de una ventana para protegerlas de la corriente entrante. Estas ventanas de propósito especial están generalmente situadas en el morro del vehículo, y permiten que la luz pase a través del sensor. El calentamiento aerodinámico de un misil táctico puede convertirse en un problema cuando la velocidad del vehículo aumenta hasta velocidades supersónicas, y desarrolla una onda de choque en arco y la intensidad aumenta con la velocidad de vuelo. El gas comprimido por detrás del choque se sobrecalienta el morro del vehículo donde está instalada la ventana EO, como se muestra en la figura 1.

Estas ventanas EO no pueden ser utilizadas sin embargo a otras velocidades más altas que la supersónica, dado que si el calentamiento aerodinámico provoca que la temperatura de la ventana varíe de un punto de su superficie a otro, provocando con ello las propiedades ópticas locales de la ventana. Este cambio diferencial de la temperatura de la ventana distorsiona la imagen y degrada la recepción del objetivo. La velocidad máxima de los misiles tácticos que utilizan cabezas buscadoras EO de formación de imágenes está limitada por el grado de calentamiento aerodinámico que estas ventanas pueden tolerar.

(b) Interceptores defensivos de misiles endoatmosféricos de gran altitud.

Estos interceptores están concebidos para proporcionar una protección defensiva territorial contra misiles de ataque de corto y medio alcance. Pueden interceptar objetivos a altitudes de hasta 40 km, y la totalidad de su vuelo tiene lugar dentro de la atmósfera, aunque solamente alcanzan velocidades hipersónicas a gran altitud. Son guiados por radar de tierra durante las primeras fases del vuelo, pero cambian a la cabeza buscadora de formación de imágenes de a bordo para guiar el vehículo hasta la proximidad del vehículo para efectuar maniobras de caza final. Aunque pueden estar equipados con una cabeza buscadora de radiofrecuencia (RF) activa, la tendencia es equiparlos también con cabezas buscadoras EO de formación de imágenes.

Estos misiles alcanzan velocidades muy altas a una gran altitud y experimentan unas cargas térmicas muy elevadas, aunque el calentamiento aerodinámico resulta mitigado debido a la menor densidad atmosférica. La práctica actual es emplear también las ventanas EO para proteger la óptica, precisamente como se efectúa en las cabezas buscadoras EO de los misiles tácticos. El rendimiento podría sustancialmente mejorarse si pudieran acelerar antes a velocidades mayores, pero esto resulta obstaculizado por la necesidad de mantener las causas de calentamiento aerodinámico sobre las ventanas EO a niveles aceptables, de forma similar a los misiles tácticos.

(c) Interceptores defensivos de misiles espaciales.

La capa superior de la defensa del misil está organizada para detener un ataque por misiles balísticos intercontinentales (ICBM) y otras cabezas explosivas que pudieran potencialmente volver a entrar en la atmósfera y que se implanta por medio de una red compleja de interceptores endoatmosféricos, denominados así porque la interceptación se produce en el espacio a velocidades muy altas con el fin de destruir cinéticamente las cabezas

explosivas por impacto directo sobre un punto preciso, más que por un explosivo, para asegurar así la destrucción completa del contenido de las cabezas explosivas durante su reentrada en la atmósfera. Esto se lleva a cabo mediante una guía precisa del vehículo de destrucción cinética (KV) , una plataforma balística que efectúa el seguimiento óptico de la cabeza explosiva y la guía para impactar por medio de una cabeza buscadora EO de formación de imágenes y de un sistema de control de desviación y altitud (DACS) .

La secuencia de operaciones para la interceptación de una cabeza explosiva se puede apreciar en la figura 2. Un lanzamiento de ICBM atacante es detectado por uno de los satélites de la red del sistema de alerta inmediata, y su trayectoria se determina de forma inmediata mediante un radar de tierra de gran potencia de baja frecuencia. Después de la orden de disparo procedente de un centro de control, esta información es transferida a la batería apropiada de los interceptores espaciales en los que un conjunto de radares de alta frecuencia / gran resolución determina la trayectoria del ICBM y sus propiedades; a continuación se envía una orden para lanzar uno o más interceptores. Estas operaciones preliminares pueden durar solo unos pocos segundos.

Dependiendo del tipo de ICBM y su trayectoria, la trayectoria ascendente del interceptor es planificada para disponerse para una interceptación lo más temprana posible, antes de que el ICBM despliegue la carga explosiva y cubra el objetivo real con un enjambre de simuladores. El actual estado de la técnica requiere que para solicitar esta opción, el interceptor tenga que volar a velocidades muy altas, y que su punto de lanzamiento esté próximo al punto de lanzamiento del ICBM. Esto requiere la mayoría de las veces alcanzar una gran altitud lo más rápidamente posible y, a continuación, acelerar el KV a la mayor velocidad más alta posible. Hasta este punto, las etapas energizadas por el interceptor son enviadas y controladas por la unidad de inercia de a bordo con actualizaciones procedentes de los radares de tierra. En último término, el cono del morro es arrojado en vuelo y se produce la separación del KV balístico. El KV está equipado con una cabeza buscadora de formación de imágenes EO y proporciona la entrada de la guía óptica del KV. El equipamiento está instalado dentro del cono del morro que actúa como una cubierta de protección durante la trayectoria ascendente. En algún punto en los diseños de la etapa superior actual alcanzan una altitud en la que las tasas de calentamiento aerodinámico son lo suficientemente bajas para que el cono del morro protector pueda ser arrojado en vuelo para potenciar al máximo la cinética del KV, y los sensores EO quedan así expuestos sin que se requiera una ventana EO. En misiones de gran energía, esta limitación se traduce en la capacidad de interceptar determinados objetivos de interés debido a que sobrepasan los límites térmicos del sensor. La tarea de avistar, identificar, efectuar el seguimiento e interceptar un misil balístico entrante es muy comprometida. Un retardo de incluso unos pocos segundos en la conexión con el objetivo puede afectar a la toma de conciencia de la situación del campo de batalla.

Por tanto, la capacidad para determinar con precisión la posición del objetivo e iniciar un seguimiento EO precoz es crucial para llevar a cabo la misión de interceptación, y una consecuencia de las limitaciones impuestas por el calentamiento aerodinámico de los actuales sistemas EO es que además de las velocidades de vuelo máximas, hay regiones de altitud y latitud en las que resulta seriamente comprometida la capacidad de interceptar las cabezas explosivas del ICBM. Estas... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles que comprende una pantalla fija (1) que puede estar montada rodeando un sensor de cabeza buscadora EO, formando la pantalla fija (1) una cavidad (7) , caracterizado por comprender:

al menos una pantalla desplegable (10) dispuesta para ser desplazada de manera telescópica con respecto a la pantalla fija (1) entre una primera posición, en la que la al menos una pantalla desplegable (10) sustancialmente no sobresale de la pantalla fija (1) , y una segunda posición, en la que la al menos una pantalla desplegable (10) está desplegada con respecto a la pantalla fija (1) creando así una cavidad de mayor longitud (7) con respecto a la primera posición, al menos un receptáculo (15) para un gas de presurización ópticamente inerte, en el que en la segunda posición, el gas ópticamente inerte puede ser inyectado en el interior de un espacio encarado hacia adelante del sensor dentro de la cavidad (7) , formando un patrón de flujo altamente estable (9) .

2. Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles, de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además al menos un accionador de presión neumática (14) dispuesto para desplegar la al menos una pantalla desplegable (10) y suministrar gas a unos colectores de inyección de gas (23) y a unos inyectores situados en la superficie interior de la al menos pantalla desplegable (10) .

3. Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la al menos una pantalla desplegable (10) y la pantalla fija (1) están configuradas como un conjunto cilíndrico, estando la pantalla desplegable (10) dispuesta para deslizarse hacia adelante y en paralelo con respecto a la pantalla fija (1) hasta que al menos un tope (12) haga contacto, dando como resultado una cavidad de mayor longitud (7) .

4. Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además una cubierta de pantalla (13) situada en el espacio abierto de la pantalla fija (1) cuando la al menos una pantalla desplegable (10) está en la primera posición, siendo expulsada la cubierta de pantalla (13) cuando la al menos una pantalla desplegable (10) está siendo desplegada al pasar de la primera a la segunda posición.

5. Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el receptáculo (15) de un gas ópticamente inerte de presurización comprende al menos un regulador de presión de reglaje variable, para presurizar el sistema para permitir la acción neumática por medio de un par de válvulas pirotécnicas redundantes (16) que son activadas en el momento del lanzamiento por un ordenador de secuenciamiento, manteniendo así una presión aceptable en el receptáculo sin restauración.

6. Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles, de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende además al menos un regulador de la presión redundante (17) , que regula el nivel de alta presión, que debe ser mantenido mientras está siendo desplegada la pantalla desplegable (10) al pasar de la primera a la segunda posición.

7. Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, en el que la al menos una pantalla desplegable (10) es cilíndrica y los extremos de su pared cilíndrica están reforzados con dos anillos de rigidización (21, 22) , en el que el anillo rigidizador terminal trasero (21) dispuesto en el extremo trasero está situado dentro de la pared cilíndrica y está provisto de un mecanismo de ajuste a presión / enganche para su interbloqueo sobre un rigidizador de anillo exterior (26) de la pantalla fija (1) , y en el que el anillo rigidizador del extremo libre (22) situado en el extremo libre de la al menos una pantalla desplegable (10) actúa como tope para el accionamiento del pistón de los accionadores neumáticos (14) , presentando además el anillo rigidizador del extremo libre (22) una pluralidad de orificios que encajan dentro de cada orificio interior de las espigas de pistón de los accionadores neumáticos, actuando estos orificios como conductos para que el gas presurizado sea suministrado a un colector anular de baja presión (22a) dispuesto dentro del anillo rigidizador del extremo libre (22) .

8. Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que cada accionador neumático (14) comprende un miembro exterior (28) , configurado como un cuerpo cilíndrico, y un pistón (29) , estando el extremo trasero del cuerpo cilíndrico fijado al anillo rigidizador terminal trasero (24) fijado a la pantalla fija (1) y a la plataforma KV delantera (8) , en el que el anillo rigidizador del extremo trasero (24) aloja una cavidad anular que actúa como colector de alta presión (25) al que se suministra gas directamente desde al menos un regulador de la presión (17) , en el que el cuerpo del cuerpo cilíndrico (28) está configurado para deslizarse a lo largo de la superficie exterior de la pantalla desplegable (10) durante su despliegue.

9. Un dispositivo de protección para una cabeza buscadora EO de misiles, de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la espiga de pistón (29) está diseñada como un vástago hueco, el extremo (30) situado dentro del cuerpo cilíndrico está mecanizado para deslizarse herméticamente sobre la superficie interior del cuerpo cilíndrico (28) y es 12 5

propulsado por el gas procedente del colector de alta presión (25) , el otro extremo está fijado al rigidizador (22) de la pantalla desplegable (10) , y su extremo abierto descarga en el interior del colector de baja presión (22a) , una vez que la pantalla desplegable alcanza su posición extendida, bloqueándose el extremo trasero (30) del pistón sobre el extremo delantero del cuerpo cilíndrico, y quedando el conjunto completamente bloqueado en la posición desplegada.

10. Interceptor antimisiles que comprende una plataforma que consiste en la sección delantera genérica de un misil, un sensor de cabeza buscadora electroóptica (EO) montado sobre dicha plataforma, y un conjunto de estructuras y mecanismos que rodean dicho sensor EO y que forman una cavidad (7) , caracterizado por comprender un dispositivo de protección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Misil táctico que comprende una plataforma que consiste en la sección delantera genérica de un misil, un sensor de cabeza buscadora electroóptica (EO) montado sobre dicha plataforma y un conjunto de estructuras y mecanismos que rodean dicho sensor EO y que forman una cavidad (7) , caracterizado por comprender un dispositivo de protección de acuerdo con cualquiera de la reivindicaciones 1 a 9.

12. Procedimiento para incrementar la probabilidad de interceptación de un misil sin limitaciones geográficas ni de altitud, caracterizado por utilizar un antimisil provisto de una cabeza buscadora EO y que comprende además un dispositivo de protección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

13. Procedimiento para incrementar las velocidades de vuelo de un misil táctico, caracterizado por utilizar un misil táctico provisto de una cabeza buscadora EO de formación de imágenes y que comprende además un dispositivo de protección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

14. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 y 13, en el que -la pantalla desplegable (10) es retraída durante el almacenamiento, lanzamiento y trayectoria ascendente, pero está en una posición extendida después de que el cono del morro es expulsado, -una vez que el cono del morro y el medio de retención son lanzados al aire, la cubierta protectora (13) es expulsada con seguridad poco después del inicio del proceso de despliegue de la pantalla desplegable (19) mencionada anteriormente.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende la utilización de al menos un accionador neumático (14) con una triple finalidad:

(a) la expulsión de la cubierta de tapa terminal protectora (13) ,

(b) el empuje y guiado de la pantalla desplegable (10) , y

(c) la actuación como cámaras impelentes para el gas impulsor de la acción neumática, hacia el colector de los elementos de inyección de gas.