Technologie z CRW Telesystem-Mesko
24/05/2017
Artykuł sponsorowany
www.telesystem.eu

Od początku swojego istnienia firma CRW TELESYSTEM – MESKO uczestniczy w pracach badawczo-rozwojowych i technologiczno-wdrożeniowych związanych z aktualnie produkowanymi wyrobami oraz modernizacją i opracowaniem nowych o zastosowaniach głównie militarnych. To tutaj powstają i są rozwijane części detekcyjno-sterujące polskiego uzbrojenia kierowanego, a więc jego „INTELEKT”. Sztandarowym przykładem jest opracowanie i uruchomienie produkcji kluczowych zespołów optoelektronicznychelektronicznych pocisku przeciwlotniczego GROM a obecnie jego zmodernizowanej wersji PIORUN.

W przypadku detektorów PbS opracowana została w ścisłej współpracy z WAT (Instytut Optoelektroniki) technologia wytwarzania materiału fotoczułego PbS w postaci grubowarstwowej na podkładzie kwarcowym metodą osadzania z fazy ciekłej. Otrzymywane warstwy są w postaci monokrystalicznej dzięki zastosowaniu odpowiednich domieszek inicjujących i stabilizujących proces osadzania. Uzyskano płytki PbS na podkładzie kwarcowym o wymiarach 25 x 25 mm, z bardzo jednorodnym rozkładem oporności właściwej materiału. Uzyskano materiał wyjściowy wykazujący stabilne parametry w zakresie temperatur roboczych -40C ÷ +50C.

Ta postać materiału wyjściowego pozwala wytwarzać detektory PbS (fotorezystory) na zakres widmowy 1,7 2,4 m (średnia podczerwień – MWIR, temp. pokojowa) dla Głowicy Samonaprowadzającej pocisku rakietowego typu VSHORAD według własnej technologii o detekcyjności na poziomie D* ≈ 1109 [W-1Hz0,5cm], i umożliwia oferowanie wykonanych na zamówienie detektorów PbS o pożądanych przez klienta parametrach o wymiarach powierzchni fotoczułej od 0.5×0.5 mm do 3×3 mm. Należy też wspomnieć o możliwości wykonania tych detektorów w postaci fotodetektorów pracujących w temperaturze pokojowej, przy chłodzeniu termoelektrycznym chłodziarką Peltiera, lub w temperaturze kriogenicznej ciekłego azotu. Można wtedy wykorzystać fakt przesunięcia maksimum czułości widmowej fotodetektora PbS od długości fali ok. 2÷2.7 m (temp. pokojowa) do długości fali 3.3÷4.0 m (temp. ciekłego azotu 77K).

Opracowana została metoda wytwarzania detektorów InSb (fotorezystorów) chłodzonych ciekłym azotem. Technologia obejmuje wykonanie elementu fotoczułego InSb z płytki materiału wyjściowego, aż do gotowego detektora o detekcyjności rzędu D* 3,7109 [W-1Hz0,5cm]. Bardzo istotną czynnością technologiczną, wpływającą krytycznie na parametry fotorezystora, jest wykonanie kanału przewężenia (obszar fotoczuły) – decydująco wpływającego na parametry fotodetekcyjne. Opracowane i opanowane zostały w ramach własnych procesy pomocnicze. Wykonany i przemierzony fotoelektrycznie element fotoczuły InSb montowany jest w kapsule szafirowej, która następnie jest wyposażana w zespół odpowiednich filtrów widmowych i montowana w obudowie.

Podczas całego procesu technologicznego wykonania fotorezystorów PbS i InSb prowadzone są opracowane przez nas międzyoperacyjne procedury sprawdzające dla uniknięcia zastosowania wybrakowanych podzespołów w wyrobach finalnych.

W procesie modernizacji układów detekcyjnych opracowano fotodiodę InSb pracującą w warunkach chłodzenia ciekłym azotem.

Do produkcji fotodiod InSb (przewidzianych również perspektywicznie do zastosowania w układach detekcyjnych rakiet VSHORAD) niezbędne było opracowanie własnej technologii wykonywania diodowych elementów fotoczułych. Na powierzchni materiału wyjściowego InSb wytworzono złącza p+ -n poprzez implantację jonów, przy czym metodą fotolitografii zdefiniowano konfigurację obszaru fotoczułego, jak i pozostałe pola charakterystyczne, np. kontakty złote. W wyniku procesu technologicznego uzyskano identyczny kształt geometryczny fotodiody InSb względem fotorezystora.

W rezultacie zastąpienia fotorezystora InSb PC fotodiodą InSb PV możemy uzyskać następujące korzyści:

a) zmniejszenie szumu detektora ok. 1,5-krotnie,

b) zwiększenie wykrywalności (detekcyjności) fotodetektora. Przy fotodiodzie InSb możliwa do uzyskania detekcyjność rzędu 5 x 10-10 [W-1Hz0,5cm], co oznacza ok. 1,7 ÷ 2-krotne zwiększenie zasięgu wykrycia celu (z 4 000 m na 6 800 m).

c) bardziej czuły układ detekcyjny pozwala w większym stopniu dopasować programowo progowy stosunek sygnałów kanału podstawowego i pomocniczego głowicy detekcyjnej VSHORAD, co skutkuje lepszą dyskryminacją flar względem celu rzeczywistego i zakłócania naprowadzania.

Dzięki doświadczeniu nabytemu przy detektorach podczerwieni, zwłaszcza przy opracowaniu technologii materiału PbS mogliśmy się podjąć wspólnie z Instytutem Technologii Elektronowej opracowania materiału PbSe (selenek ołowiu), co umożliwiło przeprojektowanie i wykonanie zmodernizowanego modułu detekcyjnego opartego na chłodzonym termoelektrycznie elemencie fotoczułym PbSe (oryginalne detektory PbS wyczerpały swój resurs roboczy).

Fot. CRW Telesystem MESKO

Fot. CRW Telesystem MESKO

Pozwoliło to na modernizację modułu detekcyjnego Głowicy Samonaprowadzającej do rakiety klasy woda-woda typu P-22 (wymieniono 1 za 1 detektor PbS na detektor PbSe chłodzony termoelektrycznie). Element fotoczuły PbSe został zaprojektowany i jest wykonywany przez Telesystem-Mesko, a następnie montowany w module detekcyjnym i dopasowywany elektronicznie do oryginalnego układu elektroniki, co wykonuje Zespół Elektroniki Kwantowej WAT. Zmieniony więc też został sposób chłodzenia detektora, co przyniosło bardzo istotne korzyści finansowe i polepszyło parametry techniczno-taktyczne rakiety. Opracowanie to zostało wdrożone do produkcji; pozwala zmodernizować tą rakietę i znacznie przedłużyć jej resurs (zamontowane w wielu rakietach w kraju i za granicą).

Zmodernizowane moduły detekcyjne zostały wykorzystane w rakietach znajdujących się na uzbrojeniu okrętów patrolowych Marynarki Wojennej RP. Ponadto dostarczyliśmy te wyroby klientom zagranicznym w Wietnamie, Algierii, USA i Japonii.

Telesystem zaangażował się także w prace badawcze i konstrukcyjno-technologiczne nad Głowicami Podsterowującymi (GP) do amunicji artyleryjskiej precyzyjnego rażenia (APR). Amunicja podsterowywana jest w końcowej części trajektorii lotu na odbite promieniowanie laserowe co umożliwia precyzyjne trafienie w oświetlony laserem punkt. Taka amunicja jest częścią rodziny amunicji precyzyjnego rażenia (APR). Zostały podjęte prace nad GP do pocisku 155 mm (armato-haubica) oraz pocisku moździerzowego 120 mm. Do tych Głowic Podsterowujących konieczne stało się opracowanie modułu detekcyjnego, korygującego lot pocisku na plamkę lasera podświetlającego cel.

W wyniku ścisłej współpracy z Instytutem Technologii Elektronowej w Warszawie opracowane zostały i zastosowane w modelowych Głowicach Podsterowujących krzemowe detektory kwadrantowe, pracujące w bliskiej podczerwieni (SWIR). Opracowana została technologia kwadrantowych diodowych modułów detekcyjnych o przesuniętym w stronę bliskiej podczerwieni paśmie czułości. Zastosowany został mechanizm odbicia zwrotnego przez warstwę zwierciadlaną promieniowania, które przeszło na wskroś przez krzemową warstwę fotoczułą (jest to nowatorskie rozwiązanie konstrukcyjne chronione patentem). Rozwiązanie to istotnie zwiększa czułość w paśmie widmowym >1000 m. Opracowano 3 moduły kwadrantowe o powierzchniach fotoczułych Ø 3mm i 2 wersje Ø 10 mm (dopasowane do wymagań konstrukcyjno-roboczych docelowych Głowic Podsterowujących. Głowice wyposażone w moduły detekcyjne przeszły pełen zakres badań i testów wynikających z zastosowań militarnych (w tym ekstremalne przeciążenia rzędu kilku tysięcy G oraz skrajne temperatury pracy).

Uzyskane doświadczenia mogą też stanowić podstawę opracowania specjalnych kwadrantowych elementów detekcyjnych, zgodnych z wymaganiami potencjalnych klientów, również cywilnych.

Telesystem – Mesko ma możliwości i technologię do wykonawstwa modułów laserowych w wykonaniu wojskowym. Na bazie uzyskanych doświadczeń opracowano konstrukcję rezonatora laserowego zapewniającego stabilną pracę w zakresie temperatur od
-35C do +50C. Jest to laser Nd:YAG, generujący promieniowanie NIR λ = 1064 nm, o energii w impulsie <100mJ (τimpulsu = 10 ÷ 20 ns). Moduł laserowy może być pompowany lampowo o mocy 2 kW lub diodowo o mocy 4x4kW.

Przy wykorzystaniu tego modułu laserowego opracowywany został dalmierz/laserowy podświetlacz celu do punktowego wskazywania celu dla pocisków APR (amunicji precyzyjnego rażenia). Opracowany został modułowy system dalmierza/podświetlacza laserowego MSD/O pracujący w trzech zasadniczych trybach:

– Tryb lokalizacji;
– Tryb wskazywania wyznaczonych celi;
– Tryb serwisowy.

Podstawowe parametry:

Energia w impulsie > 80 mJ,
Rozbieżność wiązki < 0.35 mrad,
τimpulsu = 155 ns
podświetlanie celu do 5 km,
zasięg pomiaru odległości 200 ÷ 20 000 m (1 m)

W trybie wskazywania wyznaczonych celi nadajnik laserowy generuje ciąg impulsów promieniowania laserowego, o zmiennej częstotliwości. Sekwencja emitowanych impulsów opisana jest trzycyfrowym kodem PRF. Operator naprowadza wiązkę promieniowania laserowego na wybrany cel, stacjonarny lub ruchomy, podświetlając kodowanym promieniowaniem laserowym wybrany punkt celu.
W ścisłej kooperacji z Instytutem Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej został opracowany prototyp „cichego” dalmierza podszumowego, wykorzystującego moduł laserowej diody półprzewodnikowej dla λ = 905 nm. Moduł dalmierza charakteryzuje się dużą szybkością działania, zasięgiem ok. 3 000m, dokładnością pomiaru ok. 1m, oraz ponadprzeciętnymi możliwościami pomiaru odległości do niewielkich obiektów dzięki zastosowaniu wiązki o niskiej rozbieżności 0.75x 0.5 mrad. Przewidywane jest opracowanie całego typoszeregu takich modułów dalmierza o zróżnicowanym zasięgu pracy. Opracowane rozwiązanie może znaleźć zastosowanie w różnych aplikacjach, jak systemy bezpieczeństwa, automatyka, robotyka, automatyczne systemy pomiarowe.

Od roku 2010 bierzemy udział w pracy rozwojowej dotyczącej modernizacji PPZR GROM do standardu GROM/PIORUN. Firma opracowała i następnie doprowadziła do wdrożenia wszystkich najistotniejszych zespołów optoelektronicznych i elektronicznych rakiety GROM/PIORUN oraz stała się ich producentem.

Opracowaliśmy i produkujemy seryjnie różnego rodzaju mechanizmy startowe do wszystkich systemów przeciwlotniczych opartych na PPZR GROM. Aktualnie poszczególne ich typy instalowane są w wyrobach GROM/PIORUN, JODEK, POPRAD, BIAŁA.

Do produkcji stosowana jest specjalizowane oprzyrządowanie, w większości opracowane i wykonane w Telesystem-Mesko.

Aparatura kontrolno-pomiarowa produkowanych wyrobów obejmuje m. in.:

Stanowisko do badań i regulacji koordynatora głowicy samonaprowadzającej,
Cyfrowe stanowisko symulacji głowicy samonaprowadzającej w czasie rzeczywistym,
Stanowisko do badań laboratoryjnych optoelektronicznego zapalnika zbliżeniowego,
Stanowisko do badań poligonowych optoelektronicznego zapalnika zbliżeniowego,
Stanowisko do badań poligonowych sceny termicznej.

Warto wspomnieć o stosowaniu linii montażu powierzchniowego do produkcji m.in. płytek elektronicznych bloku elektroniki rakiety GROM oraz płytek elektroniki mechanizmów startowych, co zapewnia wysoką jakość i bezawaryjne działanie wyrobów.

Telesystem-Mesko współpracuje lub wykonuje prace na rzecz takich firm, jak MESKO S.A., PIT-RADWAR, ZM TARNÓW. Kontynuowana jest bliska współpraca z Instytutem Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej, szczególnie z Zespołem Elektroniki Kwantowej.