太震撼！美國(guó)民兵 III 型核導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)內(nèi)部欣賞

芯片之家，作者Ken Shirriff

民兵導(dǎo)彈于 1962 年推出，是老美核威懾力量的重要組成部分。民兵 III 導(dǎo)彈是目前美國(guó)唯一的陸基洲際彈道導(dǎo)彈 (ICBM)，共有 400 枚導(dǎo)彈隨時(shí)準(zhǔn)備發(fā)射，分布在五個(gè)中部州。該導(dǎo)彈包含一個(gè)精確制導(dǎo)系統(tǒng)，能夠?qū)楊^發(fā)射到 13000 公里（8000 英里）外的目標(biāo)， 精度為 200 米（660英尺）。

下圖顯示了民兵 III 導(dǎo)彈（1970 年）的制導(dǎo)系統(tǒng)。該制導(dǎo)系統(tǒng)包含 17000 多個(gè)電子和機(jī)械部件，價(jià)值510000 美元（按當(dāng)前美元計(jì)算約為450萬(wàn)美元）。制導(dǎo)系統(tǒng)的核心是陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，它使用陀螺儀和加速度計(jì)來(lái)測(cè)量導(dǎo)彈的方向和加速度。計(jì)算機(jī)使用平臺(tái)的測(cè)量值來(lái)確定導(dǎo)彈的位置并引導(dǎo)導(dǎo)彈沿其軌跡飛向目標(biāo)。其他關(guān)鍵組件是導(dǎo)彈制導(dǎo)裝置控制器，其中包含用于支持陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的電子設(shè)備，以及將計(jì)算機(jī)與導(dǎo)彈其余部分連接的放大器。本文中，仔細(xì)研究了2000年代初之前使用的制導(dǎo)系統(tǒng)的組件。

從根本上講，制導(dǎo)計(jì)算機(jī)會(huì)不斷將導(dǎo)彈位置與預(yù)期軌跡進(jìn)行比較，并生成適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向命令以使導(dǎo)彈保持在軌道上。下圖顯示了如何引導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴使導(dǎo)彈圍繞其三個(gè)軸旋轉(zhuǎn)：滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航。在發(fā)射井中，滾轉(zhuǎn)角（方位角）與目標(biāo)方向一致。導(dǎo)彈垂直起飛，然后導(dǎo)彈逐漸沿俯仰軸旋轉(zhuǎn)以向目標(biāo)傾斜。在飛行過(guò)程中，沿所有三個(gè)軸的調(diào)整可使導(dǎo)彈保持在目標(biāo)上。民兵 III 有四個(gè)火箭級(jí)，因此制導(dǎo)計(jì)算機(jī)會(huì)拋棄每個(gè)火箭級(jí)并按順序點(diǎn)燃下一個(gè)火箭級(jí)。

穩(wěn)定平臺(tái)

慣性導(dǎo)航的原理是通過(guò)不斷測(cè)量導(dǎo)彈的加速度來(lái)跟蹤導(dǎo)彈的位置。通過(guò)對(duì)加速度進(jìn)行積分，可以得到速度。通過(guò)對(duì)速度進(jìn)行積分，可以得到位置。慣性導(dǎo)航是獨(dú)立的，這對(duì)導(dǎo)彈來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閿橙藷o(wú)法干擾你的導(dǎo)航。困難的部分是極其精確地測(cè)量加速度和角度，因?yàn)榧词故俏⑿〉恼`差也會(huì)在導(dǎo)彈飛行過(guò)程中成倍增加。

更詳細(xì)地說(shuō)，民兵導(dǎo)彈的慣性制導(dǎo)是圍繞陀螺穩(wěn)定平臺(tái)構(gòu)建的，該平臺(tái)保持固定方向，平臺(tái)安裝在兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)上。陀螺儀的反饋來(lái)驅(qū)動(dòng)三個(gè)力矩電機(jī)旋轉(zhuǎn)萬(wàn)向節(jié)，無(wú)論導(dǎo)彈如何旋轉(zhuǎn)，都能使穩(wěn)定平臺(tái)保持完全相同的方向。

下圖顯示了穩(wěn)定平臺(tái)的組件，其方向與上圖大致相同。穩(wěn)定平臺(tái)上安裝了三個(gè)加速度計(jì)來(lái)測(cè)量加速度。加速度計(jì)沿三個(gè)垂直軸定向，因此每個(gè)加速度計(jì)沿一個(gè)軸測(cè)量加速度。（加速度計(jì)軸與平臺(tái)軸不對(duì)齊；這會(huì)將加速度（大部分“向上”）分布在加速度計(jì)上，從而提高準(zhǔn)確性。）兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)鏡使穩(wěn)定平臺(tái)能夠與稱(chēng)為自準(zhǔn)直儀的精密設(shè)備對(duì)準(zhǔn)，如下所述。陀螺羅盤(pán)利用地球自轉(zhuǎn)精確確定北方，提供備用對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。對(duì)準(zhǔn)鏡和陀螺羅盤(pán)都可以旋轉(zhuǎn)到精確的角度，最后由解析器解碼報(bào)告。

發(fā)射時(shí)必須在發(fā)射井內(nèi)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈，使其與目標(biāo)對(duì)齊，這個(gè)角度稱(chēng)為發(fā)射方位角。這個(gè)角度必須非常精確，因?yàn)榧词故俏⑿〉慕嵌日`差也會(huì)在導(dǎo)彈的飛行過(guò)程中被大大放大。對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)彈是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，需要使用北極星來(lái)確定北方。由于在發(fā)射井內(nèi)看不到北極星，因此采用了一種復(fù)雜的測(cè)量技術(shù)，使用測(cè)量員的經(jīng)緯儀測(cè)量北極星與發(fā)射井外三個(gè)混凝土紀(jì)念碑之間的角度。在發(fā)射井內(nèi)，可以通過(guò)瞄準(zhǔn)管看到最近的紀(jì)念碑，從而可以將精確的角度測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)桨l(fā)射井。在發(fā)射井內(nèi)進(jìn)行多次測(cè)量后，將一種稱(chēng)為自準(zhǔn)直儀的特殊裝置精確地定位在所需發(fā)射方位角的 90° 處。自準(zhǔn)直儀通過(guò)導(dǎo)彈側(cè)面的窗口發(fā)射一束光，光束從穩(wěn)定平臺(tái)上的鏡子上反射回來(lái)，然后返回自準(zhǔn)直儀。如果返回的光束不完全平行，自準(zhǔn)直儀就會(huì)向?qū)棸l(fā)送信號(hào)，使穩(wěn)定平臺(tái)根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)。這個(gè)過(guò)程的結(jié)果是穩(wěn)定平臺(tái)與目標(biāo)的角度完全對(duì)齊。

制導(dǎo)平臺(tái)為民兵二號(hào)和三號(hào)進(jìn)行了徹底重新設(shè)計(jì)，省去了民兵一號(hào)所需的耗時(shí)對(duì)準(zhǔn)。新平臺(tái)有一個(gè)帶旋轉(zhuǎn)鏡的對(duì)準(zhǔn)塊。自動(dòng)準(zhǔn)直儀不旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈，而是固定在東邊位置，鏡子（以及穩(wěn)定平臺(tái)）則旋轉(zhuǎn)到所需的發(fā)射方位角。新的制導(dǎo)平臺(tái)還在對(duì)準(zhǔn)塊下方增加了一個(gè)陀螺羅盤(pán)，這是一種特殊的羅盤(pán)，可以通過(guò)逆著地球自轉(zhuǎn)的進(jìn)動(dòng)精確對(duì)準(zhǔn)北方。起初，陀螺羅盤(pán)被用作自動(dòng)準(zhǔn)直儀的備用檢查，但最終陀螺羅盤(pán)成為主要對(duì)準(zhǔn)裝置。為了進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)塊還包括電解氣泡水平儀，將穩(wěn)定平臺(tái)定位在已知的相對(duì)于當(dāng)?shù)刂亓Φ姆较颉?/p>

上圖顯示了陀螺羅盤(pán)頂部的校準(zhǔn)塊。校準(zhǔn)塊的正面和背面是精密鏡子，用于反射來(lái)自自準(zhǔn)直儀的光束。校準(zhǔn)塊頂部和右側(cè)的圓圈是兩個(gè)水平檢測(cè)器，帶有用于精確調(diào)節(jié)的固定螺釘。平臺(tái)有四個(gè)水平檢測(cè)器，使其能夠在多個(gè)位置與重力對(duì)齊。與萬(wàn)向架一樣，陀螺羅盤(pán)組件也是由鈹制成的，因?yàn)樗哂袆傂院椭亓枯p的特點(diǎn)，它有一個(gè)警告標(biāo)簽，因?yàn)殁斁哂袆《尽?/p>

下圖顯示了軸如何與穩(wěn)定平臺(tái)的萬(wàn)向節(jié)對(duì)齊。注意照片頂部的窗口。來(lái)自自準(zhǔn)直儀的光線(xiàn)透過(guò)窗口照射進(jìn)來(lái)，從對(duì)準(zhǔn)塊上的鏡子反射回來(lái)，然后通過(guò)窗口返回到自準(zhǔn)直儀。自準(zhǔn)直儀會(huì)檢測(cè)到對(duì)準(zhǔn)中的任何錯(cuò)誤，并向?qū)Ш较到y(tǒng)發(fā)出信號(hào)以相應(yīng)地糾正其位置。

穩(wěn)定平臺(tái)使用陀螺儀在導(dǎo)彈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保持其固定方向。陀螺儀背后的原理是旋轉(zhuǎn)的磁盤(pán)將傾向于保持其旋轉(zhuǎn)軸。問(wèn)題是任何摩擦，即使是精密滾珠軸承，也會(huì)降低精度。民兵的解決方案是“氣體軸承”，其中陀螺儀轉(zhuǎn)子由極薄的氫層支撐。如下圖所示，陀螺儀圍繞一個(gè)大理石大小的固定球（藍(lán)色）構(gòu)建，固定在陀螺儀框架的頂部和底部。轉(zhuǎn)子（粉紅色）夾在球的赤道周?chē)⒁愿咚傩D(zhuǎn)，由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（繞組綠色，轉(zhuǎn)子黃色）驅(qū)動(dòng)。如果陀螺儀框架傾斜，轉(zhuǎn)子將保持其方向?？蚣芎娃D(zhuǎn)子之間角度的改變由靈敏的電容拾音器（紫色）檢測(cè)。陀螺儀對(duì)兩個(gè)軸的傾斜敏感：左右和前后。由于除了球周?chē)谋”∫粚託怏w外，沒(méi)有任何東西接觸轉(zhuǎn)子，因此摩擦的影響很小。

民兵 D-17B 計(jì)算機(jī)

制導(dǎo)計(jì)算機(jī)在民兵導(dǎo)彈中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它根據(jù)穩(wěn)定平臺(tái)數(shù)據(jù)確定導(dǎo)彈的位置，執(zhí)行制導(dǎo)算法，并引導(dǎo)導(dǎo)彈沿預(yù)期軌跡飛行。在解釋民兵 II 和 III 中使用的 D-37 計(jì)算機(jī)之前，首先看下第一代民兵導(dǎo)彈中使用的 D-17B 計(jì)算機(jī)，因?yàn)樗奶匦詫?duì)后來(lái)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生了很大的影響。按照現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)，民兵 I 計(jì)算機(jī)非常原始。雖然它是一臺(tái) 24 位機(jī)器，但它是一臺(tái)串行計(jì)算機(jī)，每次只對(duì)一位進(jìn)行操作。串行處理的一大優(yōu)勢(shì)是它大大降低了硬件要求。由于計(jì)算機(jī)每次只處理一位，因此它使用一位 ALU。此外，總線(xiàn)和數(shù)據(jù)路徑的寬度為一位，而不是 24 位。當(dāng)然，缺點(diǎn)是串行計(jì)算機(jī)速度慢。D-17B 需要 27 個(gè)時(shí)鐘周期（24 位和三個(gè)開(kāi)銷(xiāo)）才能執(zhí)行任何操作。計(jì)算機(jī)最多可以每秒執(zhí)行 12,800 次加法。

該計(jì)算機(jī)具有獨(dú)特的圓柱形結(jié)構(gòu)，直徑為 29 英寸（74 厘米），設(shè)計(jì)用于適應(yīng)民兵導(dǎo)彈的直徑。計(jì)算機(jī)本身是圓柱形外殼的下半部分。上半部分是電子設(shè)備底盤(pán)，裝有計(jì)算機(jī)和穩(wěn)定平臺(tái)的電源，以及伺服控制放大器、振蕩器和轉(zhuǎn)換器。（芯片之家公眾號(hào)）

該計(jì)算機(jī)沒(méi)有任何 RAM。相反，所有指令、數(shù)據(jù)和寄存器都存儲(chǔ)在硬盤(pán)上，但與現(xiàn)代硬盤(pán)不同。磁盤(pán)的每個(gè)磁道都有單獨(dú)的固定磁頭，因此無(wú)需尋道即可訪(fǎng)問(wèn)磁道。（這種方法類(lèi)似于圍繞磁鼓存儲(chǔ)器構(gòu)建的計(jì)算機(jī)，只是磁鼓是扁平的。）總的來(lái)說(shuō)，磁盤(pán)只保存了 2727 個(gè) 24 位字（大約 8 KB）。計(jì)算機(jī)的串行處理和基于磁盤(pán)的存儲(chǔ)協(xié)同工作良好。磁盤(pán)一次提供一位數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)將串行處理這些數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算的進(jìn)行，結(jié)果被寫(xiě)回磁盤(pán)，一次一位。寫(xiě)入磁頭位于讀取磁頭的正后方，因此計(jì)算值時(shí)可以覆蓋該值。

下圖顯示了 D-17B 硬盤(pán)的眾多讀寫(xiě)磁頭。注意看，磁頭是固定的（與現(xiàn)代硬盤(pán)不同），并且磁頭廣泛分布在表面上。（無(wú)需對(duì)齊不同的軌道。）我相信成對(duì)的綠色和白色磁頭用于“常規(guī)”軌道，而具有其他間距的磁頭實(shí)現(xiàn)寄存器和稱(chēng)為循環(huán)的短期存儲(chǔ)。

D-17B 計(jì)算機(jī)是晶體管計(jì)算機(jī)。下圖顯示了它的一塊電路板，上面塞滿(mǎn)了晶體管（黑色圓柱體）、電阻器、二極管和其他元件。（這塊電路板是一個(gè)讀取放大器，用于放大硬盤(pán)信號(hào)。）該計(jì)算機(jī)使用二極管-電阻器邏輯和二極管-晶體管邏輯來(lái)減少晶體管的數(shù)量；因此，它使用了 6282 個(gè)二極管和 5094 個(gè)電阻，而硅和鍺晶體管則使用了 1521 個(gè)。

該計(jì)算機(jī)支持 39 條指令。許多指令都很簡(jiǎn)單：加、減、乘（但不能除）、補(bǔ)碼、數(shù)值、AND、左移和右移。該計(jì)算機(jī)處理 24 位字以及 11 位拆分字，因此許多這些指令都有“拆分”版本以對(duì)較短的值進(jìn)行操作。一條不尋常的指令是“拆分比較和限制”，如果累加器值超過(guò)限制，則用內(nèi)存中的限制值替換累加器值。

計(jì)算機(jī)的重點(diǎn)是 I/O，它有 48 個(gè)數(shù)字輸入、26 個(gè)增量輸入、28 個(gè)數(shù)字輸出、12 個(gè)模擬電壓輸出和 3 個(gè)用于陀螺儀控制的脈沖輸出。計(jì)算機(jī)有特殊指令來(lái)支持各種輸入和輸出。例如 ，為了積分來(lái)自穩(wěn)定平臺(tái)的脈沖信號(hào)，計(jì)算機(jī)有指令進(jìn)入和退出“精細(xì)倒計(jì)時(shí)”模式，這會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)特殊寄存器作為數(shù)字積分器運(yùn)行，與常規(guī)計(jì)算并行。

D-37 計(jì)算機(jī)

Autonetics 公司為民兵二號(hào)導(dǎo)彈制造了 D-37 計(jì)算機(jī)，這是最早的集成電路計(jì)算機(jī)之一。通過(guò)使用集成電路，制導(dǎo)計(jì)算機(jī)的尺寸大大縮小，射程、功能和準(zhǔn)確性都有所提高。下圖比較了老式 D-17B 計(jì)算機(jī)（半圓柱體）和 D-37B（工程師手持）的尺寸。

雖然計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是制導(dǎo)，但隨著 D-37 容量的增加，計(jì)算機(jī)接管了許多以前由地面支持設(shè)備執(zhí)行的任務(wù)。D-37 管理“地面控制和檢查、監(jiān)控、通信編碼和解碼，以及空中導(dǎo)航、制導(dǎo)、操縱和控制任務(wù)”。

下圖顯示了民兵二號(hào)中使用的 D-37C 計(jì)算機(jī)。左側(cè)是提供計(jì)算機(jī)內(nèi)存的硬盤(pán)。計(jì)算機(jī)的大部分被覆蓋有扁平集成電路的復(fù)雜電路板占據(jù)。右側(cè)是先進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源，為計(jì)算機(jī)產(chǎn)生多種電壓（±3、6、9、12、18 和 24 伏）。頂部的連接器提供計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)其余部分之間的接口,由于計(jì)算機(jī)有如此多的數(shù)字（離散）和模擬信號(hào)，因此它使用多個(gè) 61 針連接器。

D-37C 計(jì)算機(jī)由 22 種不同的集成電路組成，由德州儀器為民兵項(xiàng)目定制。這些芯片包括數(shù)字功能（例如 NAND 門(mén)和觸發(fā)器）、線(xiàn)性放大器和特殊功能（例如解調(diào)器/斬波器）。德州儀器在公開(kāi)市場(chǎng)上銷(xiāo)售民兵系列集成電路，但這些芯片價(jià)格高得驚人（觸發(fā)器 55 美元，按當(dāng)前美元計(jì)算超過(guò) 500 美元），而且不如 TI 的通用集成電路那么受歡迎。當(dāng)時(shí)的電路板非常復(fù)雜，有 10 個(gè)互連層。每塊電路板約 4 × 5英寸，可容納約 150 個(gè)扁平集成電路，兩面都有元件。

集成電路行業(yè)的發(fā)展很大程度上要?dú)w功于民兵計(jì)算機(jī)和阿波羅制導(dǎo)計(jì)算機(jī)，這兩款計(jì)算機(jī)都是在集成電路發(fā)展初期開(kāi)發(fā)的。這些項(xiàng)目購(gòu)買(mǎi)了數(shù)十萬(wàn)塊集成電路，幫助集成電路行業(yè)從小批量原型轉(zhuǎn)向批量生產(chǎn)商品，既提供了需求，也激勵(lì)了公司解決產(chǎn)量問(wèn)題。此外，這兩款計(jì)算機(jī)都需要高可靠性的集成電路，迫使行業(yè)改進(jìn)其制造工藝。最后，民兵計(jì)算機(jī)和阿波羅計(jì)算機(jī)讓集成電路獲得了可信度，表明集成電路是一種實(shí)用的設(shè)計(jì)選擇。

Minuteman III 使用的是 D-37D 計(jì)算機(jī)，磁盤(pán)容量約為其兩倍，為 14137 個(gè)字。布局與上面的 D-37C 類(lèi)似，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器在左側(cè)，電源在右側(cè)。由于計(jì)算機(jī)是“倒置”安裝的，因此內(nèi)部的電路板不可見(jiàn)，被互連板擋住了。這里不可思議的是，竟然有柔性 PCB 的使用，這在當(dāng)時(shí)是先進(jìn)的技術(shù)，焊接時(shí)采用低熔點(diǎn)銦/錫焊料。

P92 放大器

放大器提供計(jì)算機(jī)與導(dǎo)彈其余部分之間的接口。放大器向?qū)椀乃膫€(gè)階段發(fā)送控制信號(hào)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向。（民兵 I 型噴嘴控制單元的電子電路被轉(zhuǎn)移到放大器，簡(jiǎn)化了維護(hù)。） 此外，民兵導(dǎo)彈在許多地方都有爆炸物，從啟動(dòng)閥門(mén)的小型引爆器到分離導(dǎo)彈各級(jí)的炸藥。放大器發(fā)送高電流（30 安培）信號(hào)來(lái)引爆彈藥，同時(shí)監(jiān)測(cè)電流以檢測(cè)故障。放大器充當(dāng) 彈藥的安全裝置，除非放大器已配備正確的代碼，否則會(huì)阻止信號(hào)。放大器向再入系統(tǒng)（即彈頭）以及箔條分配器發(fā)送控制信號(hào)，箔條分配器發(fā)射大量電線(xiàn)來(lái)干擾敵方雷達(dá)。放大器還通過(guò)臍帶電纜從地面設(shè)備發(fā)送和接收信號(hào)。

上圖顯示的是已拆下蓋子的放大器。放大器由兩疊六塊電路板構(gòu)成，位于雙倍寬度的電源板之上。每塊電路板的頂部和底部，帶有粗電纜的連接器將電路板連接到系統(tǒng)的其余部分。每塊電路板都是多層印刷電路板，安裝在厚厚的鎂框架上，以便冷卻。放大器有五個(gè)電源開(kāi)關(guān)板、一個(gè)閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器板、三個(gè)伺服放大器板和一個(gè) ACTR 控制板（不管它是什么）。系統(tǒng)板在左側(cè)可見(jiàn)，帶有大電容和 0.01% 精度的電阻。它的右側(cè)是解碼板，大概是解碼計(jì)算機(jī)命令以選擇特定的 I/O 設(shè)備。請(qǐng)注意，該電路板上大量使用了德州儀器的扁平集成電路，即微小的白色矩形部分。

導(dǎo)彈制導(dǎo)裝置控制

導(dǎo)彈制導(dǎo)裝置控制 (MGSC) 包含為慣性測(cè)量單元 (IMU) 供電和運(yùn)行的電子設(shè)備，為計(jì)算機(jī)提供接口。MGSC 處理平臺(tái)伺服回路、加速度計(jì)服務(wù)器回路、陀螺儀扭矩、陀螺羅盤(pán)扭矩和回轉(zhuǎn)以及加速度計(jì)溫度控制。MGSC的 一個(gè)意想不到的功能是為計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)供電，提供 400 Hz、27.25 伏的三相電源。（芯片之家公眾號(hào)）

電池

民兵制導(dǎo)系統(tǒng)中的電池非常不尋常，因?yàn)樗且粔K“備用電池”，在激活之前完全處于惰性狀態(tài)。它是一塊銀/鋅電池，電解液?jiǎn)为?dú)存放，使電池的使用壽命幾乎無(wú)限長(zhǎng)。為了在發(fā)射過(guò)程中給電池供電，電池內(nèi)的氣體發(fā)生器由爆管點(diǎn)燃。氣壓迫使氫氧化鉀電解液從儲(chǔ)罐中流出并進(jìn)入電池，在不到一秒鐘的時(shí)間內(nèi)為電池通電。當(dāng)然，電池只能使用一次，無(wú)法測(cè)試它。該電池由 Delco-Remy（通用汽車(chē)的一個(gè)部門(mén)）制造。它提供 28 伏特、14.5 安培小時(shí)的電壓，為制導(dǎo)系統(tǒng)和大部分導(dǎo)彈供電，另一塊電池為第一級(jí)火箭供電。

引爆開(kāi)關(guān)

另一個(gè)不尋常的組件是引爆開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)由一個(gè)小的爆炸引爆器啟動(dòng)。當(dāng)引爆時(shí)，引爆器會(huì)迫使開(kāi)關(guān)改變位置，這種開(kāi)關(guān)可能看起來(lái)過(guò)于夸張，但它比電磁繼電器等有一些優(yōu)勢(shì)。引爆開(kāi)關(guān)將穩(wěn)定切換，而繼電器上的觸點(diǎn)在穩(wěn)定到新位置之前可能會(huì)“顫動(dòng)”或彈跳。電磁繼電器可能需要更多的電流來(lái)切換，特別是當(dāng)它有大觸點(diǎn)或許多觸點(diǎn)時(shí)。但是，像電池一樣，引爆開(kāi)關(guān)只能使用一次。

開(kāi)關(guān)的作用是在發(fā)射過(guò)程中斷開(kāi)重要信號(hào)（稱(chēng)為關(guān)鍵引線(xiàn)）。民兵導(dǎo)彈有一個(gè)臍帶連接，可在導(dǎo)彈位于發(fā)射井時(shí)提供電力、冷卻和信號(hào)。在臍帶電纜斷開(kāi)之前，開(kāi)關(guān)會(huì)切斷主復(fù)位信號(hào)以及啟用和禁用信號(hào)的連接。據(jù)推測(cè)，這些控制信號(hào)被干凈地?cái)嚅_(kāi)是為了避免雜散信號(hào)或電噪聲，因?yàn)楫?dāng)臍帶連接斷開(kāi)時(shí)，雜散信號(hào)或電噪聲可能會(huì)引起問(wèn)題。

下圖顯示了連接到發(fā)射井中的民兵 II 導(dǎo)彈的臍帶電纜。請(qǐng)注意導(dǎo)彈側(cè)面的窗口，以便自準(zhǔn)直儀的光束反射到制導(dǎo)平臺(tái)上進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。

冷卻

制導(dǎo)系統(tǒng)在發(fā)射井中時(shí)采用水冷，使用鉻酸鈉溶液來(lái)抑制腐蝕。發(fā)射后，制導(dǎo)系統(tǒng)在釋放彈頭之前只運(yùn)行了幾分鐘，因此無(wú)需水冷。（穩(wěn)定平臺(tái)配有風(fēng)扇和熱交換器，以在飛行過(guò)程中保持冷卻。）下圖突出顯示了冷卻管線(xiàn)。冷卻劑由地面支持設(shè)備通過(guò)右上方的臍帶連接器提供。它流經(jīng)計(jì)算機(jī)、二極管組件、MGSC 和穩(wěn)定平臺(tái)。最后，冷卻劑通過(guò)臍帶連接器流出。

二極管

在制導(dǎo)系統(tǒng)的中間，二極管組件由七個(gè)功率二極管組成。這些二極管在從地面電源切換到電池電源時(shí)控制電流，下圖顯示了二極管組件，頂部和底部有冷卻劑連接。二極管組件中心的粗灰色電線(xiàn)從左側(cè)的電池接收電源。

置換插頭

置換插頭（或 P 插頭）是制導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵加密元件，用于定義特定導(dǎo)彈的發(fā)射代碼。P 插頭看起來(lái)類(lèi)似于冰球，插入連接到放大器的 55 針插座中，固定桿將 P 插頭固定到位。

由于導(dǎo)彈的安全性取決于 P 插頭，因此 P 插頭的處理方式非常儀式化，由一個(gè)兩人小組運(yùn)輸，一名飛行員和一名軍官，兩人都持槍?zhuān)▉?lái)源）。制導(dǎo)系統(tǒng)維護(hù)完畢后，P 插頭小組將確保插頭安裝正確，然后才將導(dǎo)彈重新固定在一起。磁盤(pán)內(nèi)存周?chē)灿泻芏鄡x式，因?yàn)樗４嬷踩a和目標(biāo)信息。在任何人操作計(jì)算機(jī)之前，一個(gè)特別小組會(huì)來(lái)到發(fā)射井并擦除內(nèi)存。之后，另一個(gè)小組會(huì)從磁帶（民兵 III 的情況）或穿孔帶（早期）中加載計(jì)算機(jī)。

據(jù)說(shuō)導(dǎo)彈發(fā)射代碼被分成硬盤(pán)和置換插頭兩部分。具體來(lái)說(shuō)，導(dǎo)彈軟件為五個(gè)發(fā)射控制設(shè)施各保留一個(gè)雙字代碼。執(zhí)行 發(fā)射命令 (ELC) 中的發(fā)射代碼必須與磁盤(pán)上的 P 插頭值和站點(diǎn)特定值的組合相匹配。因此 ，發(fā)射代碼對(duì)于每個(gè)發(fā)射控制站點(diǎn)和每枚導(dǎo)彈都是唯一的，作為另一項(xiàng)安全功能，發(fā)射需要來(lái)自?xún)蓚€(gè)發(fā)射控制站點(diǎn)的消息，除非只有一個(gè)可用。

瞬態(tài)電流檢測(cè)器

核爆炸對(duì)半導(dǎo)體有許多不良影響，并可能導(dǎo)致瞬時(shí)錯(cuò)誤。D-37C 和 D-37D 計(jì)算機(jī)使用了一種相當(dāng)強(qiáng)力的方法來(lái)盡量降低這種風(fēng)險(xiǎn)，如果檢測(cè)到核爆炸，計(jì)算機(jī)將停止寫(xiě)入磁盤(pán)，直到輻射爆發(fā)過(guò)去。當(dāng)輻射水平下降時(shí)，計(jì)算機(jī)從中斷的地方繼續(xù)運(yùn)行，推斷以彌補(bǔ)失去的時(shí)間，從而盡量減少錯(cuò)誤。由于所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在硬盤(pán)上，因此系統(tǒng)不必?fù)?dān)心半導(dǎo)體 RAM 可能發(fā)生的內(nèi)存損壞。

民兵 III 型導(dǎo)彈的制導(dǎo)環(huán)外側(cè)還安裝有兩個(gè)“場(chǎng)探測(cè)器”。據(jù)推測(cè)，這些探測(cè)器可以探測(cè)到電磁場(chǎng)的大幅波動(dòng)，表明存在電磁脈沖 (EMP)，與瞬態(tài)電流探測(cè)器探測(cè)到的電離輻射不同。

結(jié)論

民兵制導(dǎo)系統(tǒng)充滿(mǎn)了創(chuàng)新技術(shù)。除其它外，民兵 I 使用了早期晶體管計(jì)算機(jī)，而民兵 II 使用了最早的集成電路計(jì)算機(jī)之一。不過(guò)，民兵導(dǎo)彈并非只是過(guò)去的東西。目前美國(guó)有 400 枚民兵導(dǎo)彈，隨時(shí)準(zhǔn)備發(fā)射并造成全球破壞。因此，如果不反思其潛在目的的消極性，就不能贊美它的技術(shù)成就。