Les systèmes de guidage

[leclercs]

J'ai placé le sujet pour répondre à une question d'un membre, je propose de mettre en place un thème destiné aux technologie( messieurs les administrateurs qu'en pensez-vous?) Un nouvel article sur les armes, ici nous nous intéresserons aux différents systèmes de guidage qui existent sur de nombreux missiles, obus et bombes guidés. Pourquoi guider? Il ne serait pas plus simple de faire des systèmes de visée perfectionné qui prendraient en compte le vent, le mouvement de la cible, etc... pour des canons tous simples? De tels systèmes existent en effet, et sont assez efficaces, seulement le projectile non guidé est soumis à : -la dispersion: un canon, meme de manufacture la plus précise possible, ne peut garantir un tir de tous les obus sur une meme ligne parfaite à la sortie de bouche, particulièrement à grande cadence de tir (le canon chauffe, cela modifie ses propriétés...) -le projectile en vol peut aussi dévier de sa trajectoire programmé sous l'action de divers facteur, comme le vent, les différences de températures, son profil propre qui sera différent d'un autre projectile de meme calibre dû à une précision de manufacture qui ne peut etre parfaite, etc... -le mouvement de la cible, qui peut avoir changé pendant le temps de vol de l'obus (ou de la roquette non guidée...) de celle calculée par le système de tir. Toutes ces considérations font que les armes non guidés ont une faible SSKP (Single Shot Kill Probability), et donc une surconsommantion de munitions entrainant un alourdissement de la logistique... Les armes guidées ont donc l'avantage... d'etre guidées, et donc d'assurer dés le premier tir une bonne chance de détruire la cible, et donc une réduction du volume de munitions employées, en contre partie, elles sont beaucoup plus chères. Il existe plusieurs grands types de guidage: le "homing", le guidage "LOS", le guidage inertiel et le guidage "natural/artificial fix" I. Le guidage LOS Le guidage sur ligne de vue, ou LOS pour Line-Of-Sight, aussi appelé parfois "guidage trois points", consiste à maintenir le missile à chaque instant sur la ligne de vue entre l'opérateur et la cible. L'opérateur maintient la visée sur la cible au moyen de divers systèmes (optiques, caméra infrarouge...), et le missile est traqué par le système qui se charge de le maintenir "au centre du réticule", donc sur la LOS au moyen de signaux de commandes. On distingue quatre grands types de guidage LOS: - MCLOS (Manual Command to Line-Of-Sight): c'est la plus simple forme de guidage, celle apparue en premier sur le champ de bataille. Ici, l'opérateur traque à la fois le missile et la cible, et il se charge de la maintenir au moyen d'une sorte de joystick ou autre sur la ligne de vue. Cette méthode nécéssite une grosse charge de travail pour l'opérateur qui doit rester concentré pendant toute la durée du vol du missile (qui comporte parfois une fusée éclairante sur son arrière pour l'aider à le repérer) à la fois sur celui ci et sur les mouvements de la cible, et parfois en plus tenir compte de ses propres mouvements, puisque ce système fut utilisé dans les hélicoptères francais en Algérie avec le missile SS-10... L'entrainement de l'opérateur est donc une lourde charge, en contre-partie le missile est bon marché, et quasi-impossible à leurer, car généralement sur ces vieux missiles, les ordres transmis au missile par l'opérateur le sont par un cable se déroulant derrière le missile au fur et à mesure de son vol... Généralement, les missiles utilisant ce système sont des missiles anti chars qui ne sont plus en service comme le Swingfire Britannique ou l'AT-1/AT-2 soviétiques. - SACLOS (Semi-Automatic Command to Line-Of-Sight): c'est une forme très répandu de guidage, en général pour les missiles de courtes portées, aussi bien anti-char qu'antiaérien de courte portée. Ici le missile est automatiquement traqué par le système de visée, généralement il comporte une balise infrarouge codé à son extrémité arrière et un récepteur sur le poste de lancement détecte donc sa position par rapport à la LOS, que l'opérateur maintient sur la cible, et le système code et envoie les signaux guidage au missile qui se replace donc sur la ligne de vue, généralement ces signaux sont transmis par un cable se déroulant derrière le missile, ou par une voie radio codée. La charge de travail est donc beaucoup moins importante que pour le MCLOS, puisque l'opérateur doit seulement maintenir le viseur sur la cible, et suivre ses mouvements... le système de visée est plus cher (mais pas le missile), mais l'opérateur nécessite beaucoup moins d'entrainement pour etre pleinement qualifié, un autre désavantage est le brouillage qui devient possible: soit celui du signal de positionnement du missile par un brouilleur actif infrarouge, ce qui entraine la confusion dans les commandes de guidage, ou celui de la liaison radio entre missile et lanceur, bien qu'une liaison filaire résolve le problème. Des exemples: les missiles Anti char MILAN, ERYX, TOW (traqué par voie infrarouge, commande par cable), le missile anti aérien de très courte portée suédois RBS-70 (liaison radio, traqué par voie infrarouge). - ACLOS (Automatic Command to Line-Of-Sight): c'est la forme full-automatique du guidage LOS, ici la cible ET le missile sont traqués en meme temps par le système qui se charge de maintenir le missile sur la ligne de vue directe. La charge de l'opérateur est juste de désigner la cible au système, et d'activer la procédure de tir. Ces systèmes sont souvent des systèmes de défense courte portée anti-aérienne (une dizaine de kilomètre), la cible et le missile sont tous deux traqués par radar le plus souvent, bien qu'une voie optique et IR existe sur de nombreux systèmes, pouvant se soustraire au radar pour à la fois l'acquisition de la cible et parfois celle du missile, ce qui les rends plus discrets (l'observation IR est passive, tandis que le radar émet des ondes, alertant donc l'ennemi d'un site anti aérien). De tels systèmes restent à courte portée, car l'observation de la cible et du missile se faisant de la station au sol, à grande distance chaque petite erreur angulaire dans l'observation peut avoir de grandes conséquences sur la précision du missile... ce problème est en partie résolu par l'utilisation de charge plus puissantes, ayant un plus grand rayon de destruction, tout en ayant un impact négatif sur le missile (poids accru, d'où charge propulsive accru, d'ou poids encore accru...etc). Là aussi les systèmes sont plus réceptifs au brouillage, bien que l'utilisation simultanée de la voie radar et IR est une bonne contre-mesure. Exemple de système: missiles anti aérien d'une dizaine de kilomètres de portée: Roland francais, Rapier britannique, système Osa (SA-8 gecko) russe... - LOSBR (Line-Of-Sight Beam Riding): comme son nom l'indique, le système génère un faisceau laser (dans la bande IR généralement) le long de la LOS, et le missile "chevauche" ce faisceau grace à des capteurs situés à l'arrière du missile. A chaque fois que les capteurs détectent une différence dans l'intensité du signal, cela veut dire que le missile n'est plus au centre du faisceau, et l'auto-pilote intégré au missile génère les signaux de guidage qui sont transmis aux ailerons pour le replacer au centre. Beaucoup de missiles anti char modernes (notamment russes) fonctionnent sur ce principe, bien que le missile soit plus cher (plus d'électronique dedans), ce système est plus difficile à brouiller, car les capteurs sont situés à l'arrière du missile, regardant vers le lanceur. Il peut parfois arriver que la LOS bouge trop rapidement donc le faisceau aussi, et que le missile "décroche"... cependant, contrairement aux autres formes de guidage LOS, il est ici possible de guider plusieurs missiles à la fois, tous se placant sur le faisceau, et de les diriger vers différentes cibles, à mesure que le premier missile détruise la première cible, etc... un bon exemple est le missile AT-16 Vikhr russe, embarqué sur les hélicoptères Ka-50. Une dernière forme assez peu commune est le guidage en COLOS (command off line-of-sight) où missile et cible sont traqués en meme temps, mais le système calcule à chaque fois la meilleure trajectoire d'interception entre le missile et la cible, donc le missile ne se trouve plus sur une quelconque ligne de vue, il peut etre parfois efficace de combiner ceci avec une forme de TVM (track via missile), c'est à dire qu'un radar illumine la cible, et le missile recoit les échos, renvoit les données par une liaison radio au système qui se charge de lui renvoyer les commandes de guidage correctes... cela assure la précision du système. Les systèmes utilisant ce procédé sont les batteries anti-aériennes de très longues portées (plus d'une centaine de kilomètres) comme le Patriot américain ou le système S-300 V soviétique. II. Le homing Dans ce type de guidage, le missile traque de lui même la cible au moyen d'un autodirecteur ou communément tete chercheuse... ces missiles ont tendance a etre chers, mais sont capable d'une plus grande portée et d'un temps de réponse bien moindre que les missiles de type LOS, par conséquent, on trouve souvent ce procédé dans les missiles Air-Air, anti aérien, et les missiles de longues porté comme les missiles anti navires ou anti radar, et aussi les torpilles. -Le passive homing: L'autodirecteur du missile se contente d'écouter les émissions: ce sont souvent des autodirecteurs infrarouge, qui se vérouillent donc sur les sources de chaleur que représente par exemple les tuyères d'un avion de chasse... une fois vérouillé, le missile se guide dessus en suivant une trajectoire d'interception de la cible le plus souvent. Ces cellules infrarouge sont souvent refroidies pour une meilleure résolution, comme par exemple sur les missiles francais Mistral (sol-air très courte portée) ou Mica (air-air moyenne portée). L'ennemi peut tenter de brouiller ces missiles, soit par l'utilisation de leurres infrarouge, soit par l'utilisation de laser. Dans le premier car, les autodirecteurs modernes comme celui du Mistral savent faire la différence entre la cible et les leurres, en analysant l'aspect ou la forte décélération des leurres, etc... (en condition opérationnel, le mistral a obtenu 93% de coup au but), le danger vient des lasers qui, pointés sur le missile, peuvent aveugler l'auto directeur, voir le détruire, mais de tels lasers ne sont pas encore complètement opérationnels... Le missile peut aussi écouter les émissions radars, et dont se focaliser sur le plus dangereux systèmes de l'adversaire et se guider jusqu'au radar pour le détruire, c'est donc un missile anti-radar (Anti radiation missile), très utile pour réduire la défense anti aérienne adverse, les missiles les plus évolués sont capable d'enregistrer la position du radar ennemi au cas où celui-ci cesserait ses émissions (missile Kh-31 R russe), voir de prendre de l'altitude et de déployer un parachute au dessus de la zone ennemi jusqu'à ce que le radar ennemi reprenne ses activités, puis de se laisser tomber dessus, comme fonctionne le missile ALARM (air launched anti radiation missile) anglais. Des missiles utilisant une caméra TV ou IIR (imaging infrared) constituent aussi des missiles en passive homing, ils scrutent le champ de bataille, la cible peut etre donné avant (LOBL) ou après (LOAL) le lancement du missile en suivant une trajectoire d'"attente", et se dirige dessus, comme le missile Maverick américain ou son équivalent russe Kh-29 TE, les missiles anti char Javelin (US) ou TRIGAT LR (France). De tels missiles sont dit "fire and forget" car une fois lancée, ils ne nécessitent pas d'assistance d'un quelconque opérateur. -Le semi-active homing: Ce ne sont pas des missiles "fire and forget". Ici la cible doit etre "illuminée", soit par un radar dans le cas de la plupart des missiles air-air semi actif, où le radar de l'avion vérouille une cible et le missile se guide sur les échos renvoyés, comme pour les missiles AIM-7 Sparrow américain, R-27 R (AA-10 alamo) russe, etc... Cet méthode force donc le chasseur à rester vérouillé sur la cible pendant le temps de vol du missile, ce qui peut etre un désavantage en combat air air où la manoeuvrabilité est un facteur clef, c'est pour cela qu'on trouve très peu de ce type de missile air-air dans les armées modernes, de plus un brouillage efficace fera souvent décrocher le radar du chasseur, et le missile perdra sa cible. Le guidage semi actif est utilisé aussi pour les missiles d'attaque au sol comme le très célèbre AGM-114 K "Hellfire", l'avantage est que ce n'est pas forcément le lanceur (ici l'hélicoptère) qui désigne la cible au laser, mais des soldats, les drones sont de plus en plus utilisé, etc... ici aussi la désignation peut avoir lieu après que le missile soit lancé. Cependant, contrairement à l'utilisation d'un guidage passif, la cible sera alertée de l'imminance de l'attaque, puisqu'elle se trouve illuminé par un laser, et a donc le temps de mettre en oeuvre des contre mesures adéquates (fumigènes, laser de défense comme dans le cas des missiles guidés infrarouge...), bien que le fait d'illuminer après le lancement réduise ce temps d'alerte, il est aussi possible de placer plusieurs missiles en vol simultanément... -Le active homing: Le missile est complètement autonome, il traque de lui même la cible, le plus souvent par le biais d'un radar, comme dans le cas des missiles air-air AMRAAM américain, MICA EM francais, et RVV-AE russe, ou bien des missiles sol-air de nouvelle génération tel que le missile de longue portée ASTER franco-italien. Ce sont bien sur les missiles les plus chers qui existent, puisqu'ils sont "toutes options incluses", mais ce sont généralement les plus efficaces lors d'un combar air-air, le chasseur étant libre de manoeuvrer après le lancement du missile, ou le système au sol n'étant plus obligé de guider le missile, il peut se consacrer à la désignation d'autre cibles, ce qui permet d'en engager beaucoup à la fois, et ce dans toutes les directions. Cependant la puissance électrique étant limité à bord des missiles, leur radar est souvent de courte portée (>20 km) et donc pour des missiles air-air d'une centaine de kilomètre de portée, une certaine forme de guidage inertiel actualisé par l'avion lanceur permet d'amener le missile à proximité de la cible (mais l'avion n'a pas besoin de locker l'avion ennemi, les données générales fournies par le radar suffisent). Beaucoup de missiles anti navires fonctionnent aussi en active homing, comme par exemple l'EXOCET francais, un pilote automatique le fait voler au ras des flos jusqu'à à peu près 15 km de la cible, où il active son radar et commence à chercher une cible potentiel, puis se dirige dessus. Le fait de rester à 3-4 mètres au dessus des vagues permet au missile de passer en dessous de la couverture radar ennemi, de ce fait il peut parcourir 55 km sur ses 70 km maximum sans etre détecté. Les missiles actif peuvent etre soumis au brouillage, mais les nouveaux développements actuels les rendent de plus en plus résistant, et des missiles très performant comme l'ASTER (100% de tir en impact direct sur la cible jusqu'à présent) sont maintenant construits. III. Le guidage inertiel C'est la plus simple forme de guidage, utilisé sur les V1 et V2 allemands. Les coordonnés de la cible sont rentrés dans le système, et au moyen d'une série de gyroscopes et d'accéléromètres, le missile enregistre sa propre trajectoire, et donc se guide en autonomie vers la localisation spatiale, le missile est ici totalement "aveugle" donc si la cible change de place dans l'espace, le missile la manquera. Cette forme de guidage est utilisé sur les missiles nucléaires balistiques lancé de silos ou sous marins, puisque leurs cibles (villes et bunkers) ne change pas de localisation. Et aussi sur certaines armes à longue portée comme les missiles anti navires ou air-air comme indiqué ci-haut, pour se rendre sur la localisation générale d'une cible, avant d'activer leur système de guidage terminal. Peu cher, insensible au brouillage, mais peu précis. IV. Artificial/natural fix Il s'agit ici de prendre des points de repères pour guider l'arme, ces points de repères peuvent etre naturels: des photographies digitalisées ou numérisées en matrice de données dans le cas du "Terrain contourn matching" (TERCOM) utilisée par les missiles de croisière (comme le BGM-109 Tomahawk américain ou le Kh-55 russe) pour coller au paysage survolé, un peu à la manière dont une souris optique capte le mouvement, sauf qu'ici on lui impose une certaines suites d'images, et le missile s'efforcera de suivre... ceci permet un guidage extrèmement précis des missiles de croisière qui peuvent donc voler à 40 mètres au dessus du sol en suivant une trajectoire à travers le terrain hostile qui le cachera des défenses ennemis (cols de montagnes, vallées, etc...) Ou bien des points de repère artificiels, comme les systèmes GPS, Glonass ou Galiléo (très prochainement), qui remplacent ici le guidage inertiel pour la plupart des missiles et bombes, et améliorent grandement la précision (moins d'une dizaine de mètres pour des bombes GPS)... autorisant donc les fameuses "frappes chirurgicales". Bon ben voilà c'est a peu près tout... de nombreux systèmes utilisent plusieurs formes de guidage en série ou parallèle, chacun répondant à un besoin spécifique. Généralement les armes de courtes portées utilisent le guidage LOS, et celles de plus longue portée une succession inertiel à update/ homing, inertiel dans le cas de missiles intercontinentaux, GPS et TERCOM dans le cas de missiles de croisière. J'espère qu'il n'y a pas trop de bétises...

[Fenrir]

Exellent post! Tres complet, ton clavier fume pas trop?

[Romain]

Merci :D j'ai appris pas mal de choses ;)

[Berkut]

Très bon post. J'applaudis des deux mains ;)

[Hitmoon]

Merci pour la definition du guidage inertiel :P pour le reste aussi c'est assez bien expliqué, clair, net, precis 8)

[Arnaud]

cela pourrait meme devenir un article 8)

[Shuggart]

Excellent :!: Merci d'avoir posté ça. Ca répond à 2 ou 3 questions que je me posais.

[FULCRUM]

J'ai enregistré ça sur mon DD! C'est bien un article complet 8) Merci.