Современные требования к системам наведения крылатых ракет. Методы навигации крылатых ракет

Зенитный ракетный комплекс.

Введение:

Зенитный ракетный комплекс (ЗРК) - совокупность функционально связанных боевых и технических средств, обеспечивающих решение задач по борьбе со средствами воздушно-космического нападения противника.

Современное развитие ЗРК, начиная с 1990-х, в основном направлено на увеличение возможностей поражения высокоманевренных, низколетящих и малозаметных целей. Большинство современных ЗРК, проектируется также, с расчётом на по крайней мере ограниченные возможности по уничтожению ракет малой дальности.

Так, развитие американского ЗРК «Patriot» в новых модификациях начиная с PAC-1 было в основном переориентировано на поражение баллистических, а не аэродинамических целей. Предполагая аксиомой военной кампании возможность достижения превосходства в воздухе на достаточно ранних стадиях конфликта, США и ряд других стран рассматривают как основного оппонента для ЗРК не пилотируемые самолёты, а крылатые и баллистические ракеты противника.

В СССР и позднее в России, продолжалось развитие линейки зенитных ракет С-300. Был разработан, ряд новых комплексов, включая принятую на вооружение в 2007 году ЗРС С-400. Основное внимание при их создании уделялось увеличению количества одновременно сопровождаемых и обстреливаемых целей, совершенствованию способности поражать низколетящие и малозаметные цели. Военная доктрина РФ и ряда других государств отличается более комплексным подходом к ЗРК большой дальности, рассматривая их не как развитие зенитной артиллерии, но как самостоятельную часть военной машины, совместно с авиацией обеспечивающую завоевание и удержание господства в воздухе. Противоракетной обороне от баллистических ракет уделялось несколько меньше внимания, но в последнее время ситуация переменилась.

Особое развитие получили военно-морские комплексы, среди которых на одном из первых мест стоит система оружия «Иджис» с ЗУР «Стандарт». Появление УВП Mk 41 с очень высоким темпом пуска ракет и высокой степенью универсальности, за счёт возможности размещения в каждой ячейке УВП широкой гаммы управляемого оружия способствовало широкому распространению комплекса. На данный момент ракеты «Стандарт» состоят на вооружении флотов семнадцати государств. Высокие динамические характеристики и универсальность комплекса способствовали разработке на его базе противоракет и противоспутникового оружия SM-3, на данный момент составляющих основу противоракетную оборону (ПРО) США.

История:

Первая попытка создать управляемый дистанционно снаряд для поражения воздушных целей была предпринята в Великобритании Арчибальдом Лоу. Его «воздушная цель» (Aerial Target), названная так для введения в заблуждение немецкой разведки, представляла собой радиокомандно управляемый винтовой аппарат с поршневым двигателем ABC Gnat. Снаряд предназначался для уничтожения цеппелинов и тяжелых германских бомбардировщиков. После двух неудачных запусков в 1917 году, программа была закрыта из-за малого интереса к ней командования ВВС.

В 1935 году, Сергей Королев предложил идею зенитной ракеты «217», наводящейся по лучу прожектора при помощи фотоэлементов. Работы над снарядом велись некоторое время до стадии отработки.

В самом начале Второй Мировой Войны Великобритания активно рассматривала различные проекты создания зенитных ракет. Из-за нехватки ресурсов, впрочем, большее внимание было уделено более традиционным решениям в виде пилотируемых истребителей и усовершенствованных зенитных орудий, и ни один из проектов 1939-1940 года не был доведен до практического применения. С 1942 года в Великобритании велись работы над созданием зенитных управляемых снарядов Brakemine и Stooge, также не завершенные в связи с окончанием военных действий.

Первыми в мире зенитными управляемыми ракетами, доведенными до стадии опытного производства, были создаваемые с 1943 года в Третьем рейхе ракеты «Рейнтохтер», Hs-117 «Шметтерлинг» и «Вассерфаль» (последняя к началу 1945 года была испытана и готова к запуску в серийное производство, которое так и не началось).

В 1944 году, столкнувшись с угрозой со стороны японских камикадзе, ВМФ США инициировал разработку зенитных управляемых снарядов, предназначенных для защиты кораблей. Были запущены два проекта - дальнобойная зенитная ракета Lark и более простая KAN. Ни одна из них не успела принять участия в боевых действиях. Разработка Lark продолжалась до 1950 года, но хотя ракета успешно прошла испытания, она была сочтена слишком устаревшей морально и никогда не устанавливалась на корабли.

Состав:

средства транспортировки зенитных управляемых ракет (ЗУР) и заряжания ими пусковой установки;

пусковая установка ЗУР;

зенитные управляемые ракеты;

средства разведки воздушного противника;

наземный запросчик системы определения госпринадлежности воздушной цели;

средства управления ракетой (может находиться на ракете - при самонаведении);

средства автоматического сопровождения воздушной цели (может находиться на ракете);

средства автоматического сопровождения ракеты (самонаводящимся ракетам не требуется);

средства функционального контроля оборудования;

Классификация:

По театру военных действий:

корабельные

сухопутные

Сухопутные ЗРК по мобильности:

стационарные

малоподвижные

мобильные

По способу движения:

переносные

буксируемые

самоходные

По дальности

ближнего действия

малой дальности

средней дальности

большой дальности

По способу наведения (см. способы и методы наведения)

с радиокомандным управлением ракетой 1-го или 2-го рода

с наведением ракет по радиолучу

с самонаведением ракеты

По способу автоматизации

автоматические

полуавтоматические

неавтоматические

Способы и методы наведения ЗУР:

Телеуправление первого рода

Телеуправление второго рода

Станция сопровождения цели находится на борту ЗУР и координаты цели относительно ракеты передаются на землю

Летящая ЗУР сопровождается станцией визирования ракеты

Необходимый маневр рассчитывается наземным счётно-решающим прибором

На ракету передаются команды управления, которые преобразуются автопилотом в управляющие сигналы рулям

Теленаведение по лучу

Станция сопровождения цели находится на земле

Наземная станция наведения ракет создает в пространстве электромагнитное поле, с равносигнальным направлением, соответствующим направлению на цель.

Счетно-решающий прибор находится на борту ЗУР и вырабатывает команды автопилоту, обеспечивая полет ракеты вдоль равносигнального направления.

Самонаведение

Станция сопровождения цели находится на борту ЗУР

Счетно-решающий прибор находится на борту ЗУР и генерирует команды автопилоту, обеспечивающие сближение ЗУР с целью

Виды самонаведения:

активное - ЗУР использует активный метод локации цели: излучает зондирующие импульсы;

полуактивное - цель облучается наземной РЛС подсвета, а ЗУР принимает эхо-сигнал;

пассивное - ЗУР лоцирует цель по её собственному излучению (тепловому следу, работающей бортовой РЛС и т. п.) или контрасту на фоне неба (оптическому, тепловому и т. п.).

Двухточечные методы - наведение осуществляется на основании информации о цели (координат, скорости и ускорения) в связанной системе координат (системе координат ракеты). Применяются при телеуправлении 2-го рода и самонаведении.

Метод пропорционального сближения - угловая скорость вращения вектора скорости ракеты пропорциональна угловой скорости поворота линии визирования (линии «ракета-цель»)

Метод погони - вектор скорости ракеты всегда направлен на цель;

Метод прямого наведения - ось ракеты направлена на цель (близок к методу погони с точностью до угла атаки α

и угла скольжения β, на которые вектор скорости ракеты повернут относительно ее оси).

Метод параллельного сближения - линия визирования на траектории наведения остается параллельной самой себе.

2. Трехточечные методы - наведение осуществляется на основании информации о цели (координат, скоростей и ускорений) и о наводимой на цель ракете (координат, скоростей и ускорений) в стартовой системе координат, чаще всего связанной с наземным пунктом управления. Применяются при телеуправлении 1-го рода и теленаведении.

Метод трех точек (метод совмещения, метод накрытия цели) - ракета находится на линии визирования цели;

Метод трех точек с параметром - ракета находится на линии, упреждающей линию визирования на угол, зависящий от

разности дальностей ракеты и цели.

В пример хочу привести ЗРК "Оса".

«Оса» (индекс ГРАУ - 9К33, по классификации МО США и НАТО: SA-8 Gecko («Геккон»)) - советский автоматизированный войсковой зенитный ракетный комплекс. Комплекс является всепогодным и предназначен для прикрытия сил и средств мотострелковой (танковой) дивизии во всех видах боевых действий.

Разработка автономного самоходного войскового зенитного ракетного комплекса "Оса" (9К33) началась в соответствии с Постановлением СМ СССР от 27 октября 1960 г. Впервые ставилась задача разработки автономного комплекса с размещением на одном самоходном плавающем шасси (боевой машине) как всех боевых средств, включая радиолокационные станции и пусковую установку с ракетами, так и средств связи, навигации и топопривязки, контроля, а также источников электропитания. Новыми были и требования по обнаружению воздушных целей в движении и поражению их огнем с коротких остановок. Вес ЗУР не должен был превышать 60-65 кг, что позволяло бы двум военнослужащим осуществлять вручную операции по заряжению пусковой установки.

Основным предназначением комплекса было прикрытие от низколетящих целей сил и средств мотострелковых дивизий. Одновременно Постановлением задавалась разработка корабельного ЗРК "Оса-М" с использованием ракеты и части радиоэлектронных средств комплекса "Оса".

Разработка комплекса "Оса" и в СССР шла очень не просто. Неоднократно срывались сроки отработки узлов ракеты, шасси и всего комплекса. В итоге к 1962 году работы фактически так и не вышли из стадии экспериментальной лабораторной отработки основных систем. Эта неудача была предопределена излишним оптимизмом в оценке перспектив развития отечественных твердых топлив и элементной базы бортовой аппаратуры системы управления. На стадии разработки тактико-технических требований комплекс носил наименование "Эллипсоид"

ЗРК 9K33 "Оса" состоял из:

боевой машины 9А33Б со средствами разведки, наведения и пуска, с четырьмя зенитными управляемыми ракетами 9М33,

транспортно-заряжающей машины 9Т217Б с восемью ЗУР,

средств контроля и технического обслуживания, смонтированных на автомобилях.

Боевая машина 9А33Б размещалась на трехосном шасси БАЗ-5937, снабженном водометом для движения на плаву, с мощным ходовым дизельным двигателем, средствами навигации, топопривязки, жизнеобеспечения, связи и электропитания комплекса (от газотурбинного агрегата и от генератора отбора мощности ходового двигателя). Обеспечивалась авиатранспортабельность самолетом Ил-76 и перевозка по железной дороге в пределах габарита 02-Т.

Размещенная на боевой машине 9А33Б за транспортно-пусковыми контейнерами РЛС обнаружения целей представляла собой когерентно-импульсную РЛС кругового обзора сантиметрового диапазона со стабилизированной в горизонтальной плоскости антенной, что позволяло производить поиск и обнаружение целей при движении комплекса. РЛС осуществляла круговой поиск вращением антенны со скоростью 33 об./мин, а по углу места - пререброской луча в одно из трех положений при каждом обороте антенны. При импульсной мощности излучения 250 кВт, чувствительности приемника порядка 10Е-13 Вт, ширине луча по азимуту 1°, по углу места - от 4° в двух нижних положения луча и до 19° в верхнем положении (общий сектор обзора по углу места составлял 27°) станция обнаруживала истребитель на дальности 40 км при высоте полета 5000 м (27 км - на высоте 50 м). Станция была хорошо защищена от активных и пассивных помех.

Установленная на боевой машине РЛС сопровождения цели сантиметрового диапазона волн при импульсной мощности излучения 200 кВт, чувствительности приемника 2x10Е-13 Bт и ширине луча 1° обеспечивала захват цели на автосопровождение на дальности 23 км при высоте полета 5000 ми 14 км при высоте полета 50 м. Среднеквадратичное отклонение автосопровождения цели составляли 0.3 д.у. (делений угломера т.е. 0.06°) по угловым координатам и 3 м по дальности. Станция имела систему селекции движущихся целей и различные средства защиты от активных помех. При сильных активных помехах возможно сопровождение с помощью телевизионно-оптического визира и РЛС обнаружения.

Комплекс обеспечивал поражение целей со скоростью 300 м/с на высотах 200-5000 м в диапазоне дальностей от 2,2-3,6 до 8,5-9 км (с уменьшением максимальной дальности до 4-6 км для целей на малых высотах - 50-100 м). Для сверхзвуковых целей, летящих со скоростью до 420 м/с дальняя граница зоны поражения не превышала 7,1 км на высотах 200-5000 м. Параметр составлял от 2 до 4 км. Рассчитанная по результатам моделирования и боевых пусков ЗУР вероятность поражения цели типа F-4С ("Фантом-2") одной ракетой составляла 0,35-0,4 на высоте 50 м и увеличивалась до 0,42-0,85 на высотах более 100 м.

Самоходное шасси обеспечивало средние скорости движения комплекса по грунтовым дорогам днем - 36 км/ч, ночью - 25 км/ч при максимальных скоростях по шоссе до 80 км/ч. На плаву скорость достигала 7...10 км/ч.

Ракета 9М33

Масса ракеты,кг 128

Масса боевой части,кг 15

Длина ракеты,мм 3158

Диаметр корпуса,мм 206

Размах крыла, мм. 650

Скорость полета ЗУР,м/с 500

Зона поражения, км

По дальности 2..9

По высоте 0,05..5

По параметру 2-6

Вероятность поражения истребителя одной ЗУР 0,35..0,85

Максимальная скорость поражаемых целей,м/с до 420

Время реакции,с 26-34

Время развертывания,мин 3-5

Число ЗУР на боевой машине 4

Год принятия на вооружение 1972

Эксплуатация и испытания:

В ЗРК "Оса" при относительно небольшой дальности удалось обеспечить высокое энергетическое отношение отраженных от цели сигнала к помехам, что позволяло даже в условиях интенсивных помех использовать для обнаружения и сопровождения цели радиолокационные каналы, а при их подавлении - телевизионно-оптический визир. По уровню помехозащищенности ЗРК "Оса" превосходил все войсковые зенитные комплексы первого поколения. Поэтому при применении ЗРК "Оса" в боевых действиях в южном Ливане в начале восьмидесятых годов противником наряду со средствами радиоэлектронного противодействия широко использовались разнообразные тактические приемы, направленные на снижение боеспособности комплекса, в частности, массовый пуск имитирующих боевые самолеты беспилотных летательных аппаратов с последующей атакой ударной авиации на позиции израсходовавших боекомплект ЗРК,

Комплекс также использовался Ливией 15 апреля 1986г. против американских бомбардировщиков, но, по сообщениям иностранной печати, ни одна цель не была сбита.

Во время боевых действий 1987-88гг. в Анголе против южноафриканских ВВС также использовался комплекс "Оса". Были сбиты два дистанционно пилотируемых летательных аппарата и самолет визуального наблюдения.

Перед началом операции "Буря в пустыне" специальное подразделение многонациональных сил с использованием вертолетов проникло на территорию Кувейта, захватило и вывезло ЗРК "Оса" со всей технической документацией, заодно пленив и боевой расчет, состоящий из иракских военнослужащих. По сообщениям прессы, в ходе боевых действий в начале 1991 года иракским ЗРК "Оса" была сбита американская крылатая ракета.

Инерциальная навигационная система (ИНС) - обеспечивает непрерывную выработку информации о курсе, координатах, скорости движения и параметрах угловой ориентации платформы, на которой установлена ИНС. Следует отметить такие особенности ИНС, как автономность и отсутствие демаскирующих признаков работы, определяющее широкое её использование на кораблях Военно-Морского Флота.

Общие сведения

Инерциальная навигационная система (система инерциальной навигации, навигационное устройство), в основу работы которой положены классические (ньютоновские) законы механики. В ИНС исходной (главной) системой отсчёта, по отношению к которой производятся инерциальные измерения, служит инерциальная (абсолютная, т. е. неподвижная относительно звёзд) система. Посредством ИНС определяют координаты, скорость, ускорение и др. основные параметры движения объекта (самолёта, ракеты, космического корабля, надводных и подводных судов и др.). ИНС имеют перед другими навигационными системами большие и важные преимущества - универсальность применения, возможность определения основных параметров движения, автономность действия, абсолютную помехозащищенность. Эти качества определили ИНС как наиболее перспективную навигационную систему.

Принцип действия

Блок-схема инерциальной навигационной системы: 1 - блок инерциальных измерителей и построителей направлений в пространстве, посредством которого реализуется заданная ориентация измерительных осей и выдаётся измерительная информация в вычислитель; 2 - вычислительный блок, в котором осуществляются интегрирование основного уравнения, вычисление необходимых параметров движения, формирование сигналов управления ориентацией инерциальных измерителей и сигналов компенсации систематических погрешностей; 3 - блок времени, из которого в блоки 1, 2, 4 поступают сигналы мирового времени; 4 - блок ввода начальной информации в блоки 1 и 2 для ориентации инерциальных измерителей и интегрирования основного уравнения; А - поступление начальной информации; Б - выдача конечной информации о параметрах движения. Стрелками показаны направления поступления информации.

Принцип действия ИНС состоит в моделировании поступательного движения объекта, характеризуемого изменением во времени ускорения, скорости и координат, подобным процессом движения воспринимающего элемента (массы) пространственного (трёхкомпонентного) акселерометра (в общем случае с компенсацией гравитационного ускорения).

Исходной информацией для инерциальной навигационной системы является ускорение судна, на котором она установлена. Двойное интегрирование вектора ускорения дает необходимую информацию для вычисления скорости и координат. ИНС не связана с внешними источниками информации (курс, скорость). Ориентирование измерительных осей акселерометров по заданным направлениям производится свободными или управляемыми (по сигналам от акселерометров) гироскопическими устройствами (гироскопом , гиростабилизатором, гирорамой и др.) или астростабилизаторами, а также сочетанием этих средств.

ИНС весьма сложны и дорогостоящи. Срок службы их меньше, чем у обычных гироскопических приборов. Для правильного функционирования перед стартом объекта требуется ввести начальные данные по координатам пункта старта и скорости, произвести ориентирование инерциальных измерителей. Точность некорректируемых инерциальных навигационных систем зависит от времени. Поэтому возможность получения информации от системы, удовлетворяющей заданным требованиям, ограничена во времени. Так, за час полёта лучшие образцы ИНС имеют погрешность в определении координат примерно 1,5-5 км. Для уменьшения погрешностей и расширения возможностей использования применяют различные способы коррекции от радионавигационных, радиолокационных и астронавигационных средств.

XXI век

В последнее десятилетие наиболее распространенным типом ИНС стали бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС). Они широко применяются в аэрокосмической технике и начали применяться в морских и наземных системах. Это стало возможным после преодоления ряда сложных технических проблем. В ИНС надводных кораблей и судов обычно используются динамически настраиваемые или поплавковые гироскопы. Они обеспечивают выработку навигационных данных и гироскопическую стабилизацию вооружения и различных технических средств корабля. Курс вырабатывается с точностью порядка единиц угловых минут, координаты – с точностью порядка нескольких десятков метров, углы качки – с точностью не хуже 1 угл. мин. В литературе можно встретить совмещенные измерители ИНС / ГАГК (гиро-азимут-горзонт компас) в основе работы которого лежит инерциальный принцип. Согласно протоколам обмена, мы получаем объединенный вектор навигационных параметров этих систем.

Классификация

По ориентации направлений осей чувствительности инерциальных измерителей

1) с произвольной ориентацией;

2) с ориентацией по звёздам, по осям, жестко связанным с объектом;

3) с неизменной ориентацией относительно небесного тела, напр. Земли;

4) с горизонтальной ориентацией.

По наличию стабилизированной платформы

1) со стабилизированной гироскопической или астроплатформой;

2) бесплатформенные (БИНС).

Активные радионавигационные системы наведения используют метод локации, используется диапазон миллиметровых волн. Иногда используют диапазон сантиметровых волн. По данной схеме строятся ракеты воздух-воздух большой дальности

Система наведения подобного типа ракет комбинированная: программная гироинерциальная + активная инерционная. Сам процесс наведения состоит из этапов:

1)Полет от момента пуска, до рубежа самонаведения (под действием программной системы)

2)От рубежа самонаведения до момента поражения цели.

Главной проблемой такого рода систем наведения является высокая сложность селекции цели на удалении от носителя

Решает эту проблему полуактивный целеуказатель по доплеровскому сдвигу.

Специальным информационным каналом целеуказания с носителя, самолета целеуказания.

Недостатки:

Долгосканирующие действие радиолокационного излучения

Низкая помехоустройчивость против применения организованных помех

Достоинства:

Любая дальность действия до рубежа самонаведения

Возможность повышения помехоустойчивости путем изменения режима работы системы наведения

Возможность наведения на постановщик помех

В связи с ограниченными возможностями ракет большой дальности, для увеличения поражений целей используется методы группового наведения.

Групповое наведение сокращает скрытность группы до конца. Кроме того активные системы наведения используются в ракетах ближнего воздушного боя – это специальный подвид ракет малой дальности рассчитанный на поражение высокоманевренных целей в ближнем бою.

Летательный аппарат противника поражается в верхней или нижней полусфере на дальности 0-2500 метров

Представляет собой время жизни ракеты 1 и доли секунды.

Особенностью применения является то, что ракета должна выполнить программируемый разворот в сторону цели. Обнаружить и селектировать цель и выполнить наведение на нее.

Достоинства:

Возможность измерения дальности до цели

Недостатки:

Невозможность целеуказания на расстоянии от носителя

Полуактивные радиолокационные системы (ПАРЛ ГСР или РГС)

Использую метод локации, но в качестве источника облучения используется РЛС самолета носителя.

Применяется в ракетах воздух-воздух средней дальности.

Аналогично предыдущим ракетам должны иметь нестабилизированную систему наведения до рубежа самонаведения.

Используется сантиметровый диапазон, совместимый с РЛС носителя.

Целеуказание в этих системах осуществляется с помощью доплеровского сдвига.

В процессе полета после пуска ракета имеет две антенны. Одна гиростабилизированная направленная вперед и принимающая отраженный сигнал от цели, вторая направлена назад и принимает сигнал РЛС, в процессе сближения РЛС изменят сигнал так, чтобы доплеровский сдвиг был постоянен.

Достоинства:

Большая дальность рубежа самонаведения в силу большей мощности и больших размеров.

Простота процесса целеуказания по доплеровскому сдвигу

Более высокая помехоустойчивость

Недостатки:

Ограничение на маневр носителя после пуска

Падение точности с увеличением расстояния от носителя

Пассивные радиотехнические системы наведения (ПРГСН или ПРР)

Представляет собой координаторы оснащенные приемниками соответственного диапазона, в котором работают системы противника.

Приемники бывают

1)импульсные – на поражение РЛС

2)универсальные – не только по РЛС

Для повышения помехоустойчивости ракеты должны иметь гироскопическую систему стабилизации траектории полета, что бы при выключенным РЛС сохранялась траектория полета в сторону цели. Так же противорадиолокационные ракеты имеют память параметров сигнала, что бы наводится на выбранную РЛС.

Они наводятся только на источник радиоизлучения, соответственно требуется, чтобы носитель вошел в зону обнаружения РЛС, что опасно, поэтому современные ПРР имеют два режима:

1)Захват до пуска «под крылом» в этом случае обеспечивается захват цели до момента пуска с селекцией аппаратуры носителя.

Достоинства:

Большая точность и помехоустойчивость

Недостатки:

Требуется вход в зону обнаружения РЛС

2)Захват цели после пуска «в полете» обеспечивается аппаратурой в ракете по предварительным данным, занесенным в нее до пуска.

Содержание статьи

РАКЕТНОЕ ОРУЖИЕ, управляемые реактивные снаряды и ракеты – беспилотные средства вооружения, траектории движения которых от стартовой точки до поражаемой цели реализуются с использованием ракетных или реактивных двигателей и средств наведения. Ракеты обычно имеют новейшее электронное оборудование, а при изготовлении их используются наиболее совершенные технологии.

Историческая справка.

Уже в 14 в. ракеты использовались в Китае в военных целях. Однако только в 1920–1930-х годах появились технологии, позволяющие оборудовать ракету приборами и средствами управления, способными провести ее от стартовой точки до цели. Сделать это позволили прежде всего гироскопы и электронное оборудование.

Версальский договор, которым завершилась Первая мировая война , лишил Германию наиболее важных видов оружия и запретил ей перевооружение. Однако в этом договоре не были упомянуты ракеты, поскольку разработка их считалась неперспективной. В результате германское военное ведомство проявило интерес к ракетам и управляемым реактивным снарядам, что открыло новую эру в области вооружений. В конечном счете оказалось, что нацистская Германия разрабатывала 138 проектов управляемых снарядов различных типов. Наиболее известными из них являются два вида «оружия возмездия»: крылатая ракета Фау-1 и баллистическая ракета с инерциальной системой наведения Фау-2. Они нанесли тяжелый урон Великобритании и силам союзников в годы Второй мировой войны.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Существует множество различных типов боевых ракет, однако для любого из них характерно использование новейших технологий в области управления и наведения, двигателей, боеголовок, создания электронных помех и пр.

Наведение.

Если ракета запущена и не теряет в полете устойчивости, необходимо еще вывести ее на цель. Разработаны различные типы систем наведения.

Инерциальное наведение.

Для первых баллистических ракет считалось приемлемым, если инерциальная система выводила ракету в точку, располагающуюся в нескольких километрах от цели: при полезном грузе в виде ядерного заряда уничтожение цели в этом случае вполне возможно. Однако это заставило обе стороны дополнительно защитить наиболее важные объекты, располагая их в укрытиях или бетонных шахтах. В свою очередь конструкторы ракет усовершенствовали инерциальные системы наведения, обеспечив корректировку траектории ракеты средствами астронавигации и отслеживания земного горизонта. Существенную роль сыграли и достижения в гироскопии. К 1980-м годам погрешность наведения межконтинентальных баллистических ракет составляла менее 1 км.

Самонаведение.

Для большинства ракет, несущих обычные взрывчатые вещества, необходима та или иная система самонаведения. При активном самонаведении ракета снабжается собственным радиолокатором и электронным оборудованием, которое ведет ее до встречи с целью.

При полуактивном самонаведении цель облучается радиолокатором, расположенным на стартовой площадке или вблизи нее. Ракета наводится по сигналу, отраженному от цели. Полуактивное самонаведение сохраняет на стартовой площадке много дорогостоящего оборудования, однако дает оператору возможность контроля за выбором цели.

Лазерные целеуказатели, которые стали использоваться с начала 1970-х годов, во вьетнамской войне доказали свою высокую эффективность: они уменьшили время, в течение которого летный экипаж остается доступным вражескому огню, и количество ракет, необходимых для поражения цели. Система наведения такой ракеты фактически не воспринимает какого-либо излучения, кроме испускаемого лазером. Поскольку рассеяние лазерного луча невелико, он может облучать область, не превышающую габаритов цели.

Пассивное самонаведение сводится к обнаружению излучения, которое испускается или отражается целью, с последующим вычислением курса, выводящего ракету на цель. Это могут быть радиолокационные сигналы, излучаемые системами ПВО противника, свет и тепловое излучение двигателей самолета или другого объекта.

Связь по проводам и оптоволоконная связь.

Используемая обычно методика управления основывается на проводной или оптоволоконной связи ракеты с пусковой платформой. Такая связь снижает стоимость ракеты, поскольку наиболее дорогостоящие компоненты остаются в пусковом комплексе и могут использоваться многократно. В ракете сохраняется лишь небольшой управляющий блок, который необходим для обеспечения устойчивости начального движения ракеты, стартующей с пускового устройства.

Двигатели.

Движение боевых ракет обеспечивается, как правило, ракетными двигателями твердого топлива(РДТТ); в некоторых ракетах используется жидкое топливо, а для крылатых ракет предпочтительны реактивные двигатели. Ракетный двигатель автономен, и его работа не связана с поступлением воздуха извне (как работа поршневых или реактивных двигателей). Горючее и окислитель твердого топлива измельчены до порошкообразного состояния и смешаны с жидким связующим. Смесь заливается в корпус двигателя и отверждается. После этого не нужно никаких приготовлений для приведения двигателя в действие в боевых условиях. Хотя большинство тактических управляемых ракет действует в атмосфере, они снабжаются ракетными, а не реактивными двигателями, так как твердотопливные ракетные двигатели быстрее подготавливаются к пуску, почти не имеют движущихся частей и энергетически более эффективны. Реактивные двигатели используются в управляемых снарядах с длительным временем активного полета, когда использование атмосферного воздуха дает существенный выигрыш. Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) широко использовались в 1950–1960-х годах.

Совершенствование технологии изготовления твердого топлива позволило приступить к производству РДТТ с контролируемыми характеристиками горения, исключающими образование трещин в заряде, которые могли бы привести к аварии. Ракетные двигатели, особенно твердотопливные, стареют по мере того, как входящие в них вещества постепенно вступают в химические связи и изменяют состав, поэтому следует периодически проводить контрольные огневые испытания. Если не подтверждается принятый срок годности какого-либо из испытываемых образцов, заменяется вся партия.

Боеголовка.

При использовании осколочных боеголовок в момент взрыва на цель направляются металлические осколки (обычно тысячи стальных или вольфрамовых кубиков). Такая шрапнель наиболее эффективна при поражении самолетов, средств связи, радиолокаторов ПВО и людей, находящихся вне укрытия. Боеголовка приводится в действие взрывателем, который детонирует при поражении цели или на некотором расстоянии от нее. В последнем случае, при так называемом неконтактном инициировании, срабатывание взрывателя происходит, когда сигнал от цели (отраженный радиолокационный луч, тепловое излучение либо сигнал от небольших бортовых лазеров или светочувствительных датчиков) достигает некоторого порога.

Для поражения танков и бронемашин, укрывающих солдат, применяются кумулятивные заряды, обеспечивающие самоорганизующееся формирование направленного движения осколков боеголовки.

Достижения в области систем наведения позволили конструкторам создать кинетическое оружие – ракеты, поражающее действие которых определяется чрезвычайно большой скоростью движения, которая при ударе приводит к выделению огромной кинетической энергии. Такие ракеты обычно используются для противоракетной обороны.

Электронные помехи.

Применение боевых ракет тесно связано с созданием электронных помех и средств борьбы с ними. Целью таких помех является создание сигналов или шума, которые «обманут» ракету и заставят ее следовать за ложной целью. Ранние способы создания электронных помех сводились к выбросу ленточек алюминиевой фольги. На экранах локаторов присутствие ленточек превращается в визуальное отображение шума. Современные системы создания электронных помех анализируют принятые радиолокационные сигналы и передают ложные, чтобы ввести противника в заблуждение, или просто генерируют радиочастотные помехи, достаточные для того, чтобы заглушить систему противника. Важной частью военной электроники стали компьютеры. Неэлектронные помехи включают в себя создание вспышек, т.е. ложных целей для ракет противника с тепловым наведением, а также специально спроектированных реактивных турбин, смешивающих атмосферный воздух с выхлопными газами для снижения инфракрасной «заметности» самолета.

Системы борьбы с электронными помехами используют такие приемы, как изменение рабочих частот и применение поляризованных электромагнитных волн.

Заблаговременные сборка и испытание.

Требование минимального обслуживания и высокой боеготовности ракетного оружия привели к разработке т.н. «сертифицированных» ракет. Собранные и проверенные ракеты герметизируются на заводе в контейнере и после этого поступают на склад, где они хранятся, пока не будут затребованы воинскими частями. При этом становится излишней сборка в полевых условиях (практиковавшаяся для первых ракет), а электронное оборудование не требует проверок и устранения неисправностей.

ТИПЫ БОЕВЫХ РАКЕТ

Баллистические ракеты.

Баллистические ракеты предназначаются для транспортировки термоядерных зарядов к цели. Их можно классифицировать следующим образом: 1) межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) с дальностью полета 5600–24 000 км, 2) ракеты промежуточной дальности (выше средней) – 2400–5600 км, 3) «морские» баллистические ракеты (с дальностью 1400–9200 км), запускаемые с подводных лодок, 4) ракеты средней дальности (800–2400 км). Межконтинентальные и морские ракеты в совокупности со стратегическими бомбардировщиками образуют т.н. «ядерную триаду».

Баллистическая ракета затрачивает лишь считанные минуты на перемещение своей боеголовки по параболической траектории, заканчивающейся на цели. Большая часть времени движения боеголовки затрачивается на полет и спуск в космическом пространстве. Тяжелые баллистические ракеты обычно несут несколько боеголовок индивидуального наведения, направляемых на одну и ту же цель или имеющих «свои» цели (как правило, в радиусе нескольких сотен километров от основной мишени). Для обеспечения нужных аэродинамических характеристик при входе в атмосферу боеголовке придается линзообразная или коническая форма. Аппарат снабжен теплозащитным покрытием, которое сублимирует, переходя из твердого состояния сразу в газообразное, и тем самым обеспечивает унос тепла аэродинамического нагрева. Боеголовка снабжается небольшой собственной навигационной системой для компенсации неизбежных траекторных отклонений, которые могут изменить точку встречи.

Фау-2.

Первый успешный полет Фау-2 состоялся в октябре 1942. Всего было изготовлено более 5700 таких ракет. Успешно стартовали 85% из них, но лишь 20% поразили цель, остальные же взорвались при подлете. 1259 ракет поразили Лондон и его окрестности. Однако наиболее пострадал бельгийский порт Антверпен.

Баллистические ракеты с дальностью выше средней.

В рамках крупномасштабной программы исследований с использованием германских ракетных специалистов и ракет Фау-2, захваченных при разгроме Германии, армейские специалисты США спроектировали и испытали ракеты «Корпорал» с малым и «Редстоун» со средним радиусом действия. На смену ракете «Корпорал» вскоре пришел твердотопливный «Сарджент», а место «Редстоуна» занял «Юпитер» – более крупная ракета на жидком топливе с дальностью выше средней.

МБР.

Разработка МБР в США началась в 1947. «Атлас», первая МБР США, поступила на вооружение в 1960.

Советский Союз примерно в это же время приступил к разработке более крупных ракет. Его «Сэпвуд» (SS-6), первая в мире межконтинентальная ракета, стала реальностью после запуска первого спутника (1957).

Ракеты США «Атлас» и «Титан-1» (последняя принята на вооружение в 1962), как и советская SS-6, использовали криогенное жидкое топливо, и поэтому время их подготовки к старту измерялось часами. «Атлас» и «Титан-1» первоначально размещались в ангарах повышенной прочности и лишь перед пуском приводились в боевое состояние. Однако спустя некоторое время появилась ракета «Титан-2», размещавшаяся в бетонированной шахте и имевшая подземный центр управления. «Титан-2» работал на самовоспламеняющемся жидком топливе длительного хранения. В 1962 вступил в строй «Минитмен», трехступенчатая МБР на твердом топливе, доставляющая единственный заряд мощностью в 1 Мт к цели, удаленной на расстояние 13 000 км.

Под системой управления управляемой ракетой понимается совокупность устройств, определяющих положение ракеты и цели и обеспечивающих выработку команд управления и наведение ракеты на цель в течение всего времени полета до встречи с целью. Система управления обеспечивает также решение ряда других задач, предшествующих наведению ракеты на цель (управляет процессами подготовки пуска, самого пуска ракеты и др.)

Можно представить бесчисленное количество траекторий сближения ракеты с целью. Очевидно, из всего количества возможных траекторий при стрельбе по цели необходимо использовать одну, наиболее целесообразную с точки зрения тактических и технических соображений траекторию. Требуемая траектория сближения ракеты с целью задается уравнениями связи, определяющими движение ракеты в зависимости от координат и параметров движения цели. Характер этих связей обусловливается выбором метода наведения.

Следовательно, для сближения ракеты с целью, система управления в каждый момент времени должна не только иметь информацию о координатах и параметрах движения пели и ракеты, но и задавать характер связи между ними, определять меру нарушения этих связей и на основания этого вырабатывать команды управления, обеспечивающие движение ракеты по требуемой траектории.

Выработка команд управления, т. е. наведение зенитной управляемой ракеты на цель, как правило, осуществляется лишь по направлению в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Меру нарушения связи в каждой плоскости наведения принято называть параметром управления или сигналом рассогласования. Этот сигнал пропорционален отклонению регулируемой величины от требуемого значения, т. е. является ошибкой системы управления. Система управления, изменяя направление полета ракеты, все время должна работать на устранение этой ошибки и держать ее в таких пределах, при которых обеспечивается заданная точность сближения ракеты с целью.

Системами телеуправления называются такие системы, в которых требуемое движение ракеты определяется наземным пунктом наведения, непрерывно контролирующим параметры траектории цели и ракеты. В зависимости от места формирования команд (сигналов) управления рулями ракеты эти системы делят на системы наведения по лучу и командные системы телеуправления.

В системах наведения по лучу направление движения ракеты задается с помощью направленного излучения электромагнитных волн (радиоволн, лазерного излучения и др.). Луч модулируется таким образом, чтобы при отклонении ракеты от заданного направления ее бортовые устройства автоматически определяли сигналы рассогласования и вырабатывали соответствующие команды управления ракетой.

В командных системах телеуправления команды управления полетом ракеты вырабатываются на пункте наведения и по линии связи (линии телеуправления) передаются на борт ракеты. В зависимости от способа измерения координат цели и определения ее положения относительно ракеты командные системы телеуправления делятся на системы телеуправления первого вида и системы телеуправления второго вида. В системах первого вида измерение текущих координат цели осуществляется непосредственно наземным пунктом наведения, а в системах второго вида - бортовым координатором ракеты с последующей их передачей на пункт наведения. Выработка команд управления ракетой как в первом, так и во втором случае осуществляется наземным пунктом наведения.

Самонаведением называется автоматическое наведение ракеты на цель, основанное на использовании энергии, идущей от цели к ракете. Головка самонаведения ракеты (ГСН) автономно осуществляет сопровождение цели, определяет параметр рассогласования и формирует команды управления ракетой.

По виду энергии, которую излучает или отражает цель, системы самонаведения разделяются на радиолокационные и оптические (инфракрасные или тепловые, световые, лазерные и др.).

В зависимости от места расположения первичного источника энергии системы самонаведения могут быть пассивными, активными и полуактивными.

При пассивном самонаведении энергия, излучаемая или отражаемая целью, создается источниками самой цели или естественным облучателем цели (Солнцем, Луной). Следовательно, информация о координатах и параметрах движения цели может быть получена без специального облучения цели энергией какого-либо вида.

Система активного самонаведения характеризуется тем, что источник энергии, облучающий цель, устанавливается на ракете и для самонаведения ЗУР используется отраженная от цели энергия этого источника.

При полуактивном самонаведении цель облучается первичным источником энергии, расположенным вне цели и ракеты.

Методом наведения называется заданный закон сближения ракеты с целью, который в зависимости от координат и параметров движения цели определяет требуемое движение ракеты, обеспечивающее попадание ракеты в цель. Рассмотрим некоторые из существующих методов.

Рис. 1. Углы и вектора системы ракета (Р) – цель (Ц).

Метод погони – направление на цель совпадает с направлением оси ракеты :

Метод наведения с постоянным углом упреждения :

Метод пропорционального сближения − скорость поворота вектора скорости ракеты пропорциональна угловой скорости поворота вектора ракета-цель:

В данной работе для имитации АСУ ПТУР будет использован метод погони, для которого примерная траектория полета ракеты и цели показана на рис. 2.

Рис. 2. Траектория цели и ракеты при методе погони.