Системи наведення ракет

З моменту винаходу пороху ракети намагалися використовувати і в армії і у цивільному житті. В армії, звичайно, з більшим успіхом, оскільки спроби цивільного застосування найчастіше закінчувалися загибеллю винахідника-раціоналізатора.

Проте, проблема була спільна — ракетою неможливо було керувати в польоті. В принципі, це й не було потрібно, стріляли по площах.

Протикорабельна ракета “Гарпун”

Проблеми виникли тільки під час Другої Світової війни, коли німці застосували ракети Фау-1 і Фау-2 для обстрілу Лондона. До того найвідомішим епізодом застосувань ракетної зброї був обстріл Копенгагена Британським флотом у 17 столітті.

Коли ціль, одне з найбільших міст того часу і знаходиться вона у межах видимості, точність не потрібна. А коли дальність зросла до 250 км (Фау-1), з’явилися і перші системи наведення.

Які бувають системи наведення ракет?

Систем наведення придумано чимало. Від найпростішої інерційної, до найскладнішої — комбінованої, де використовуються відразу кілька систем, які компенсують недоліки один одного. Як працюють системи наведення ракет ми теж розберемо.

Спітфайр готується перевернути ФАУ підчепивши її крилом. Ракета “втрачала орієнтацію” і розбивалася.

Інерційна система наведення

Найпростіша і найперша з усіх, адже принцип був відомий тисячі років тому. Як визначали своє місце розташування мандрівники давнини? Рахували кроки, щоб знати пройдену відстань на землі, а в морі використовували лаг, для визначення швидкості. Знаючи напрямки та швидкість, можна зрозуміти, де знаходиться корабель і як скоригувати його курс.

Так само із ракетою. Інерційна система наведення ракети, знаючи свої координати в момент старту, швидкість та напрямок польоту, може розрахувати поточні координати та підправити курс.

Що добре в такому рішенні? По-перше, інерційна система навігації повністю автономна, їй не потрібні підказки ззовні, не страшні жодні перешкоди, а її робота не демаскує себе. Головні з недоліків — відносно невелика точність (що більша відстань, тим більша буде помилка) і швидкість роботи, а ще неможливість наведення на ціль, що рухається.

Система надійна і проста, але не досить точна. У разі стрілянини по Лондону з узбережжя Франції цього було майже достатньо, але що робити, якщо ціль рухається?

Командний спосіб

Управляти ракетою можна передаючи їй команди по радіо або по проводах. Як і в попередньому випадку, першими знову виявились німці.

У нацистській Німеччині існувало навіть два проекти, того самого Вернера фон Брауна і компанії Хеншель. Проект фон Брауна “Водоспад” був по-справжньому революційним. У ньому використовувалися два радари, один для підсвічування цілі, інший для ракети.

Оператор мав поєднати дві мітки на екрані радіолокатора, а система управління передати ракеті зашифрованим радіоканалом потрібні координати.

У проекті компанії Хеншель ракета керувалася також оператором, але не за допомогою радара, а візуально, за допомогою оптики, а керуючі команди передавалися не по радіо, а по проводах.

Обидві ідеї згодом перекочували в США (A-1 Гермес) і СРСР (Р-101 і Р-105) але подальшого розвитку не отримали, хоча наукові та технічні напрацювання були впроваджені в інших, більш успішних проектах.

ЗРК MIM-14 “Nike-Hercules”

Радіокомандний спосіб наведення застосовувався в радянських зенітно-ракетних комплексах С-25 “Беркут” і С-75 “Двіна”, а в США у системах MIM-3 “Nike-Ajax” і MIM- 14 “Nike-Hercules”.

Управління здійснювалося із землі, траєкторію розраховував так званий “лічильно-вирішальний прилад”, фактично аналоговий комп’ютер тих часів. Сама ракета нічого не бачила, не чула і не вирішувала, летіла по командам із землі, на відміну від інерційної ракети, засоби навігації у якої “завжди з собою”.

Зенітно-ракетний комплекс С-75 “Десна”

Серед класу “повітря-повітря” командне наведення по проводах використовувалося в німецькій “Руршталь” X-4 в 1943 році, на основі якої пізніше з’явилася протитанкова Х-7.

Управління по проводах застосовується і зараз, у протитанкових ракетах, таких як французький комплекс “Мілан”, радянський “Фагот” або американський TOW. Щоправда, на відміну від перших протитанкових комплексів, у них напівавтоматична система наведення ракети: оператор лише утримує приціл на мішені, а не керує нею безпосередньо.

Головною перевагою командного методу вважається — вартість.

На ракеті немає необхідності розміщувати навігаційне обладнання, отже, більше місця залишиться для палива або боєголовки. Мінуси — радіоканал вразливий для перешкод, його можна заглушити, а дроти мають обмежену довжину. До того ж зі зростанням відстані до цілі падає і точність, оскільки сама ракета нічого не випромінює і ніяк не допомагає своїй станції чи оператору.

Напівактивне самонаведення ракет

При такому способі радар наземного (надводного) ракетного комплексу або літака опромінює ціль. Ракета користується таким “підсвічуванням”, приймає відбитий сигнал і на основі його розраховує свою траєкторію.

Британська ракета Fireflash (вогненний спалах), була першою де був реалізований такий метод у далекому 1949 році. “Вогняний спалах” наводився просто в центр радіолокаційного променя.

Таким чином потрібно було не просто “світити” на ціль радіолокатором, а ще й точно утримувати на ній приціл. Англійською це називалося beam rider, у вільному перекладі, “управління променем”.

Цей же принцип використовується зараз у протитанкових ракетних комплексах та ракетах повітря-поверхня. Тільки у випадку з бронетехнікою — лазерний промінь. Як приклади можна навести Hellfire родом із США та радянський “Вихор”.

Найвідомішими ракетами повітря-повітря з напівактивною системою були американська AIM-7С Sparrow (“Горобець”) і радянська Р -27. Їхнім головним недоліком була необхідність постійного “підсвічування” цілі літаком.

Управління “через ракету”

У 1943 році в США в рамках проекту Горгона тестувалася можливість керування за допомогою відеокамери встановленої на ракеті. Камера передавала зображення оператору, який керував польотом.

Такий метод отримав назву “управління через ракету”. Звичайно в 1943-му нічого путнього з теленаведення не вийшло, але сам принцип став використовуватися, тільки замість відеокамери застосовують радар: ракета приймає відбитий радіосигнал своєї станції радіолокації (РЛС) і …

Просто передає інформацію своїй РЛС, та, у свою чергу, здійснює розрахунки і відправляє команду, що коригує, ракеті. Виходить якийсь гібрид напівактивної та командної систем.

ЗРК Patriot

Принцип цей дуже популярний, він застосований і в С-300 і в американському “Петріот” PAC-2. Ракета завжди ближче до цілі, а значить “бачить” краще, при цьому на борту не потрібно нести жодних обчислювачів, тільки приймач сигналу та ретранслятор. Але якщо виникнуть перешкоди… Жодних самостійних рішень, крім самознищення, ракета прийняти не зможе.

Активне самонаведення

Першою ракетою самонаведення могла стати “Артеміда”. На цей раз лідерами знову були британські вчені. Артеміда замислювалася для боротьби з німецькими крилатими ракетами Фау-1, для цього на ній встановлювалася голівка радіолокації самонаведення.

І було це 1943 року! Але часу на доведення англійцям не вистачило, вже через рік було ухвалено рішення, що Артеміда коштуватиме надто дорого, а потреби в ній особливо немає, адже німці вже явно програвали війну в повітрі.

Активне самонаведення означає, що ракета сама випромінює зондуючий радіосигнал, сама його приймає і розраховує траєкторію. Природно, що власний радар повинен мати достатні для ефективної роботи розміри, а розміри означають масу. Тому ракети з активним самонаведенням радіолокації завжди великі і призначені для дальнього повітряного бою.

Пуск AIM-54 Phoenix з F-14 103 ескадрильї “Веселий Роджер “

Першою такою ракетою стала американська AIM-54 “Фенікс”. Вона була настільки великою, що нести її міг лише F-14, а аналогом у СРСР — Р-33 озброювався лише Міг-31. Обидві “малюки” важили трохи менше півтони. Ракети середньої дальності з власною РЛС з’явилися пізніше: AIM-120, Р-77, MICA або Python-5. Вони вже менші (щодо), летять не так далеко, але застосовують аналогічний принцип наведення.

P-33 під фюзеляжем МІГ-31

Розмір і маса — серйозне обмеження для авіації, але для наземного або морського базування вага не так критична. Тому серед протикорабельних та зенітних ракет (крім переносних) активне самонаведення дуже поширене. Модернізований комплекс Patrion PAC-3 використовує ракету MIM-109 з активним радіолокаційним самонаведенням, як і С-400 з ракетами 9М96.

Пасивне самонаведення

Незважаючи на два, здавалося б, несумісні слова в одному терміні такі системи застосовуються практично скрізь.

Наприклад, у протирадіолокаційних ракетах. Ракета атакує станцію радіолокації і власне випромінювання їй не потрібно, вона орієнтується по випромінюванню радара противника.

У разі втрати сигналу, наприклад банального вимкнення, ракета використовує інерційну систему і продовжує рухатися туди, де було джерело радіовипромінювання.

Інфрачервона ГСН

Інфрачервона (пасивна) головка самонаведення (ІК ГСН) не використовує радіохвилі в принципі. Вона буквально дивиться на світ через інфрачервону матрицю виявляючи джерело тепла, яким зазвичай є двигун літака (найгарячіша точка), а в більш сучасних і просунутих зразках — інфрачервоний образ цілі.

Першими, хто реалізував теплове самонаведення, були американці. AIM-9 Sidewinder була запущена у виробництво в 1956 році, після 6 років розробки. Sidewinder — це різновид гримучої змії, яка, як і інші змії сімейства, здатна чітко “бачити” тіло, що випромінюється жертвою.

AIM-9 Sidewinder (синього кольору) та AIM-9 (біла)

Розробка радянського аналога К-13 почалася в 1958-му, після того, як в у розпорядженні СРСР опинилися уламки Sidewinder. Природно, принцип роботи був аналогічним. Таким же залишається і сьогодні, незважаючи на те, що сучасні ІЧ ДСП вважаються вже четвертим поколінням.

Пасивний принцип актуальний для ракет ближнього радіусу дії, таких як переносні зенітно-ракетні комплекси або ракети повітря-повітря ближнього бою.

Ультрафіолетова ГСН

Метод аналогічний попередньому, тільки замість довгохвильової (інфрачервона) — більш короткохвильова (ультрафіолетова, УФ) частина спектру.

Це дозволяє підвищити роздільну здатність, можна сказати гостроту зору, ракети, але у свою чергу зменшує дальність захоплення цілі. Але головний плюс, складність обману ультрафіолетових датчиків за допомогою теплових пасток. Також дозволяє розпізнавати образ цілі, що в свою чергу відкриває нові можливості: протидія перешкодам і атакам у найбільш вразливі частини мети (найактуальніше для надводних кораблів).

Найпросунутіший тип наведення, особливо в комбінації з ІЧ або УФ матрицями.

Оптико-електронна ГСН

Все те ж саме. Ось тільки використовуються хвилі видимого діапазону, практично проста цифрова камера.

У цьому випадку спеціальне програмне забезпечення порівнює побачену картинку з еталонною, визначає тип цілі та спосіб її атаки. Один із найвідоміших, ізраїльський комплекс Spike NLOS, оператор може, не лише захопити ціль після пуску поза зоною видимості, а й перепризначити її під час польоту або зовсім скасувати атаку.

Комбіновані системи

Очевидно, що кожен спосіб має переваги і недоліки, комбінація кількох прийомів може позбутися мінусів і посилити плюси.

Щоб стріляти (і влучати) на великій дистанції використовується зв’язка з самонаведення, командного наведення та інерційного наведення. Ракета виводиться в зону зустрічі з цілю “приблизно” або за допомогою радара, або інерційно системи, щоб потім знайти її самостійно.

Для балістичних ракет застосовується астрокорекція (орієнтація за зірками, як за старих часів), гравіметричні вимірювання (гравітаційні аномалії Землі як орієнтири) або сигнали супутника.

Крилаті ракети для компенсації помилок інерційної навігації використовують власний локатор або відеокамеру для картографування місцевості, над якою пролітають. Так само як би вчинила людина в такому випадку, автопілот використовує відомі орієнтири для визначення свого становища.

Ще один популярний прийом — об’єднання систем, застосування пасивного методу самонаведення при установці декількох ГСН. Наприклад, ІЧ+УФ або ІЧ+телевізійна.

Пуск ракети “Тамір” протиракетного комплексу “Залізний купол”

У результаті системи наведення ракет можна звести до трьох способів:

За відомими координатами (інерційний), з використанням випромінювання цілі (пасивний) або використання відбитого сигналу (активний).

При цьому суть методик не змінюється. Натомість зростають швидкість, дальність та точність. Такою мірою, що сучасні ракети можуть не мати боєголовки, а знищувати мету прямим попаданням.