サイドワインダー ミサイルの仕組み

スマートウェポン

サイドワインダー AIM-9 (空中迎撃ミサイル 9 ) は、短距離空対空ミサイルとして分類されます。簡単に言うと、その仕事は空中の航空機から発進し、敵の航空機を「倒す」（墜落するまでダメージを与える）ことです。サイドワインダーのようなミサイルは、標的に狙いを定められる追跡システムが組み込まれているため、スマート兵器と呼ばれています。

スマート兵器の技術が本格的に普及したのは、第二次世界大戦後の 10 年間です。初期の誘導兵器のプロトタイプのほとんどはレーダー技術を中心に構築されていましたが、高価で問題があることが判明しました。これらのミサイルには独自のレーダーセンサーが搭載されていましたが、明らかに独自のレーダー送信機を搭載することはできませんでした。誘導システムが敵機をロックオンするには、遠隔レーダー システムがレーダー ビームをターゲットに反射させてターゲットを「照射」する必要がありました。ほとんどの場合、これは、ミサイルが敵を発見するまでレーダーをロックし続けるために、パイロットが発砲後航空機を脆弱な位置に維持しなければならないことを意味しました。さらに、ミサイルに搭載されているレーダー装置は大型かつ高価であり、高コストでかさばる兵器となっていた。これらのミサイルのほとんどは、およそ 90% の失敗率でした (10 発中 9 発が目標を外しました)。

次のセクションでは、新しいターゲティング システムの構築においてこの失敗率にどのように対処したかを見ていきます。

熱感知

1947 年、ビル マクリーンという海軍の物理学者は、より優れたシステム、つまり敵航空機のエンジン システムから熱を取り出すミサイルの構築に取り組みました。ミサイルは反射された無線エネルギーではなく、標的自身が放射するエネルギーを照準とするため、パイロットは「発射したら忘れる」ことができ、つまりミサイルを発射して無事に逃れることができた。ミサイルは、かさばるレーダー装置の代わりに、比較的小型の熱感知太陽電池を使用して目標を「見る」ことになる。これは、現在のレーダー試作機よりもはるかに小型で、はるかに低いコストで構築できることを意味しました。

公式には、海軍はレーダー以外の誘導システムには興味がなかったが、マクリーンが雇用されていたカリフォルニア州チャイナレイク海軍兵器試験場（NOTS）では、研究者には型破りなプロジェクトを追求する十分な自由があった。ミサイル開発を装って、マクリーンと同僚は最初のサイドワインダー試作機の設計を練り上げた。 6年後の1953年9月、ミサイルは初めて試験運用に成功した。

それ以来、サイドワインダーはさまざまな形をとっており、各モデルに新しいテクノロジーと機能が追加されています (特定のモデルの詳細については、こちらをご覧ください)。今日の半導体誘導システムは、元の設計の真空管よりもはるかに進歩していますが、全体的な動作はかなり近いものになっています。次のいくつかのセクションでは、現在の Sidewinder モデルである AIM-9M を検証し、今後の後継モデルである AIM-9X についても見ていきます。

コンポーネント

前のセクションで見たように、サイドワインダー システムの中心的なアイデアは、敵の航空機 (エンジンの排気ガスまたは高温の機体自体からの) の熱、つまり赤外線エネルギーを利用することです。基本的に、ミサイルの仕事は、目標に到達するまで赤外線エネルギーに向かって飛行し続けることです。そしてミサイルが爆発し、敵機を破壊する。

これらすべてを行うには、Sidewinder には 9 つの主要コンポーネントが必要です。

システム

これらすべての部分がどのように連携して機能するかを確認するために、典型的な攻撃シーケンスを調べてみましょう。

発射前、ミサイルは航空機の翼の 1 つの下に設置され、いくつかのハンガーによって翼上の発射装置に取り付けられます。ミサイルの機首付近にある「アンビリカルケーブル」は、搭載された電子制御システムを航空機のコンピューターシステムに接続している。パイロットは飛行機を所定の位置に配置すると、理想的には敵の背後に配置し、射撃管制を作動させます。航空機のコンピューターは、 Mk 36 ロケット モーターを起動してミサイルを発射するコマンドをミサイル制御システムに送信します。

ロケット モーターは固体推進剤を燃焼させて高圧ガスを生成し、それがミサイルの後部から流れ出します (モーターは、ミサイルを敵から隠すのに役立つ特別な低煙推進剤を使用しています)。これは、ミサイルを発射装置から外し、超音速で空中に押し出すのに必要な初期推力を提供します（現在のモデルは約マッハ2.5で飛行します）。推進剤が燃え尽きると、ミサイルは目標まで残りの距離を滑空します。

ミサイルの飛行を維持するために必要な揚力を提供する 4 つの後翼のそれぞれには、ローラーロンと呼ばれる単純な安定装置が装備されています。基本的に、ローラーンは、切り込みが入った金属ホイールです。ミサイルが空気中を高速で移動すると、気流によってローラーが風車のように回転します。

「ジャイロスコープの仕組み」を読んだことがある方は、回転ホイールがそれに作用する横方向の力に抵抗することをご存知でしょう。この場合、ジャイロスコープの動きが、ミサイルの回転、つまり中心軸の周りを回転する傾向を打ち消します。シンプルで安価なローラーは、ミサイルが空中を飛び回るときに安定させ、シーカーアセンブリが最高速度で回転するのを防ぎます。これにより、次のセクションで説明するように、ターゲットの追跡が非常に簡単になります。

追跡: 赤外線

サイドワインダーシーカーは、ビデオ カメラの CCDのようなものです。熱い物体から発せられる赤外線にさらされると電気信号を生成する一連のセンサーが備わっています。赤外線システムは「非常に熱い」「あまり熱くない」という観点でしか物事を捉えることができないため、可視光検出システム（通常のビデオカメラ）よりもはるかに単純です。さらに、赤外線シーカーは外部光源を必要としないため、昼夜を問わず完全に機能します。

現在のサイドワインダー モデルでは、赤外線センサー アレイが円錐スキャンシステムと結合されています。コニカル スキャン システムの基本的な考え方は、フィード ホーン(光をセンサーに向けるレンズとミラーのアセンブリ) を小さな円の中で連続的に動かすことです (これを視覚化するには、鉛筆の消しゴムの端をしっかりと保持していることを想像してください)片手で尖った端を円を描くように動かします）。全体として、移動するフィードホーンは空の広い範囲をスキャンします。誘導制御システムは、フィードホーンが円周上を移動するときに検出される赤外線の変動に基づいて、ターゲットがどこにあるかを把握します。たとえば、目標がミサイルの左側にある場合、フィードホーンが右側に向けられている場合よりも左側に向けられている場合の方が、センサーはより多くの赤外線を検出します。

次のセクションでは、誘導制御システムについて詳しく説明します。

追跡: 誘導制御システム

誘導制御システムの主な目的は、ミサイルの機首が目標の方向を向き続けるように、敵航空機の赤外線画像をほぼ中心に保つことです。赤外線画像が中心から外れると、制御システムはサーボ アセンブリに信号を送信します。サーボ アセンブリには、高圧ガスを空気圧ピストンに供給するガス発生器が含まれています。ピストンはロッカーアームに接続されており、フィンが前後に動きます。ガイダンス コントロールからのコマンド信号により電気 が作動し、ピストンにつながるバルブを開閉してフィンを左右に傾けます。

ターゲット自身の動きを補償するために、制御システムは比例航法 と呼ばれる戦略を使用します。このアプローチの基本的な考え方は、軌道修正を過剰に補正することです。制御システムはターゲットが中心からどれだけ離れているかを評価し、乗数に基づいてそれに比例して飛行角度を調整します。たとえば、乗数が 2 で、ミサイルがコースから 10 度外れていた場合、ミサイルは飛行方向を 20 度変更します。そして、10分の1秒後に船首の向きを再評価し、フィンを再度調整します。

このように過剰補正することで、クォーターバックが走っているレシーバーの直前にボールを投げるのと同じように、制御システムは動くターゲットの経路を予測し、ボールが実際に到着するときにレシーバーがどこにいるかを予測します。

次のセクションでは、ミサイルが目標に到達したときに次に何が起こるかを調べます。

ダメージを与える: 光学式ターゲット探知機

サイドワインダーは、実際にターゲットに命中したときに爆発するように設計されていません。ターゲットに非常に近づくと作動するように設計されています。ミサイル制御システムは、巧妙な光学式目標探知機を使用して、それが射程内にいつあるかを把握します。

検出器は、ミサイルの機体の外側、飛行フィンのすぐ後ろに配置された 8 個のレーザー発光ダイオードと 8 個の光センサー ダイオードで構成されています。サイドワインダーが飛行中、探知機はミサイルの周囲にスポークパターンでレーザービームを常に放射しています。ミサイルが目標に十分近づくと、レーザービームが機体で反射し、センサーダイオードに跳ね返されます。制御システムはミサイルが目標のすぐ隣にあることを認識し、弾頭を発射します。

ダメージを与える: WDU-17/B 弾頭

現在のサイドワインダーとその代替品である AIM-9X は、20 ポンド (9 kg)の WDU-17/B弾頭を搭載しています。 WDU-17/B は、ケース アセンブリ、大量の PBXN-3 高性能爆発物、ブースター プレート、起爆装置、および約 200 本のチタン破砕ロッドで構成されています。目標探知機が敵航空機を感知すると、信管機構が作動し、イニシエーター (低爆発性物質の列) を介してブースター プレートに爆薬が送られます。イニシエーターからの爆薬はブースター プレートのチャネル内の低爆発性物質に点火し、これにより高爆発性物質の周囲の爆発性ペレットに点火します。ペレットは高性能爆薬に点火し、短時間に大量の高温ガスを放出します。

この膨張するガスからの強力な爆発力がチタンロッドを外側に吹き飛ばし、それらをばらばらにして何千もの金属片を形成し、そのすべてが最高速度で空気中を駆け抜けます。弾頭が目標の射程内で発射されると、猛スピードで飛び交うチタンの破片が敵機の機体を粉砕するだろう。場合によっては、ミサイルが標的の排気管を直上し、航空機を内側から破壊する可能性がある。 WDU-17/B は、爆発力によって金属片が環状またはリング状のパターンで全方向に外側に運ばれるため、環状爆発破片弾頭と呼ばれます。

AIM-9Xの改良点

新しい AIM-9X の最終爆発効果は現在の AIM-9M とほぼ同じですが、新しいミサイルには最初に目標を発見する可能性を高めるための重要な変更がいくつかあります。アップグレードされたシーカー設計により、シーカー システムの視野が拡大され、照準からかなり離れた目標 (つまり、ミサイルを発射する飛行機の正面にない目標) を見つけることができます。

新しい推力偏向システムによりミサイルの機敏性が向上し、空中での急旋回が可能になった。基本的な考え方は非常に単純です。飛行フィンの操作に加えて、誘導制御システムはミサイル後部の小さな羽根を制御して、ロケット モーターからの高温ガスの流れをそらします。ロケットの高温ガスの方向を変えることで、羽根は推力を利用してミサイルを回転させます。たとえば、羽根がガスを右に向けると、推力によってミサイルの後部が左に押され、ミサイルの前部は右に回転します。これにより、ミサイルは高速の目標を追跡するために非常に迅速に進路を調整することができます。

これらの修正と、改良された誘導システムやその他の技術的追加により、サイドワインダーは新しい航空機、兵器、対抗技術との競争力を維持できるように更新されます。半世紀にわたる現役運用を経て、サイドワインダーは今後何年にもわたって世界で最も有力なミサイルシステムの一つであり続けるはずだ。

サイドワインダーやその他のミサイル技術の詳細については、以下のリンクをご覧ください。