Системы наведения ракет

С момента изобретения пороха ракеты пытались использовать и в армии и «на гражданке». В армии, конечно, с большим успехом, так как попытки гражданского применения чаще всего заканчивались гибелью изобретателя-рационализатора. Тем не менее проблема была общая — ракетой невозможно было управлять в полете. В принципе это и не было нужно, стреляли по площадям.

Противокорабельная ракета Гарпун

Противокорабельная ракета «Гарпун»

Проблемы возникли только во время Второй Мировой войны, когда немцы применили ракеты Фау-1 и Фау-2 для обстрела Лондона. До того самым известным эпизодом применений ракетного оружия был обстрел Копенгагена Британским флотом в 17-м веке. Когда цель, один из крупнейших городов того времени и находится он в пределах видимости, точность не нужна. А когда дальность выросла до 250 км (Фау-1) появились и первые системы наведения.

Фау-1

Спитфайр готовится перевернуть ФАУ подцепив ее крылом. Ракета «теряла ориентацию» и разбивалась.

Инерциальная система наведения

Самая простая и самая первая из всех, ведь принцип был известен тысячи лет назад. Как определяли свое местоположение путешественники древности? Считали шаги, чтобы знать пройденное расстояние на земле, а на море использовали лаг, для определения скорости. Зная направления и скорость, можно понять, где находится корабль и как скорректировать курс. Также поступает и ракета. Инерциальная система наведения ракеты, зная свои координаты в момент старта, скорость и направление полета, может рассчитать текущие координаты и подправить курс.

Что хорошо в таком решении? Во-первых, инерциальная система навигации полностью автономна, ей не нужны подсказки со стороны, не страшны никакие помехи, а ее работа никак не демаскирует себя. Главные из недостатков — относительно небольшая точность (чем больше расстояние, тем больше будет ошибка) и скорость работы, а еще невозможность наведения на движущуюся цель.

Система надежная и простая, но не достаточно точная. В случае стрельбы по Лондону с побережья Франции этого было почти достаточно, но что делать, в случае когда цель двигается?




Командный способ

Управлять ракетой можно передавая ей команды по радио или по проводам. Как и в предыдущем случае, первыми снова оказались немцы. В нацистской Германии существовало даже два проекта, того-самого Вернера фон Брауна и компании Хэншель. Проекта фон Брауна «Водопад» был по-настоящему революционным. В нем использовалось два радара, один для подсветки цели, другой — для ракеты. Оператор должен был совместить две метки на экране радиолокатора, а система управления передать ракете по зашифрованному радиоканалу нужные координаты.

У проекта компании Хэншель ракета управлялась также оператором, но не с помощью радара, а визуально, при помощи оптики, а управляющие команды передавались не по радио, а по проводам.

Обе идеи в последствии перекочевали в США (A-1 Гермес) и СССР (Р-101 и Р-105) но дальнейшего развития не получили, хотя научные и технические наработки были внедрены в других, более успешных, проектах.

ЗРК Nike-Ajax

ЗРК MIM-14 «Nike-Hercules»

Радиокомандный способ наведения применялся в советских зенитно ракетных комплексах С-25 «Беркут» и С-75 «Двина», а в США MIM-3 «Nike-Ajax» и MIM-14 «Nike-Hercules». Управление осуществлялось с земли, траекторию рассчитывал так называемый «счетно-решающий прибор», фактически аналоговый компьютер тех времен. Сама ракета ничего не видела, не слышала и не решала, летела по командам с земли, в отличие от инерциальной ракеты, средства навигации у которой «всегда с собой».

С-75

Зенитно-ракетный комплекс С-75 «Десна»

Среди ракет класса воздух-воздух командное наведения по проводам использовалось в немецкой «Руршталь» X-4 в 1943 году, на основе которой позже появилась противотанковая Х-7. Управление по проводам применяется и сейчас в противотанковых ракетах, таких как французский комплекс «Милан», советский «Фагот» или американский TOW. Правда в отличие от первых противотанковых комплексов в них полуавтоматическая система наведения: оператор только удерживает прицел на мишени, а не управляет непосредственно ракетой.

Главным достоинством командного способа считается — стоимость. На ракете нет необходимости размещать навигационное оборудование, значит больше места останется для топлива или боеголовки. Минусы — радиоканал уязвим для помех, его попросту можно заглушить, а провода имеют ограниченную длину. К тому же с ростом расстояния до цели падает и точность, так как сама ракета ничего не излучает и никак помогает своей станции или оператору.

Полуактивное самонаведение

При таком способе цель облучает радар наземного (надводного) ракетного комплекса или самолета. Ракета пользуется такой «подсветкой», принимает отраженный сигнал и на основе его рассчитывает свою траекторию.

Британская ракета Fireflash (огненная вспышка), была первой где был реализован такой метод в далеком 1949 году. «Огненная вспышка» наводилась просто в самый центр радиолокационного луча.

Таким образом нужно было не просто «светить» на цель радиолокатором, а еще и точно удерживать на ней прицел. По английский это называлось beam rider, в вольном переводе, «управление по лучу». Этот же принцип используется сейчас в противотанковых ракетных комплексах и ракетах воздух-поверхность. Только в случае с бронетехникой луч лазерный. В качестве примеров можно привести Hellfire родом из США и советский «Вихрь».

Самыми известным ракетами воздух-воздух с полу-активной системой были американская AIM-7С Sparrow («Воробей») и советская Р-27. Их главным недостатком была необходимость постоянной «подсветки» цели самолетом.

Управление «через ракету»

В 1943 году в США в рамках проекта Горгона тестировалась возможность управления с помощью видеокамеры установленной на ракете. Камера передавала изображение оператору, который и управлял полетом. Такой метод получил название «управление через ракету». Конечно в 1943-м ничего толкового с теленаведением не вышло, но сам принцип стал использоваться, только вместо видеокамеры применяют радар: ракета принимает отраженный радиосигнал своей радиолокационной станции (РЛС) и… . Просто передает информацию своей РЛС, та, в свою очередь, производит расчеты и отправляет корректирующую команду ракете. Получается некий гибрид полу-активной и командной систем.

ЗРК Patriot

ЗРК Patriot

Принцип этот очень популярен, он применен и в С-300 и в американском «Пэтриот» PAC-2. Ракета всегда ближе к цели, а значит «видит» лучше, при этом на борту не нужно нести никаких вычислителей, только приемник сигнала и ретранслятор. Но если возникнут помехи… Никаких самостоятельных решений кроме самоуничтожения ракета принять не сможет.

Активное самонаведение

Первой ракетой самонаведения могла стать «Артемида». На этот раз лидерами опять были британские ученые. Артемида задумывалась для борьбы с немецкими крылатыми ракетами Фау-1, для этого на ней устанавливалась радиолокационная головка самонаведения. И было это в 1943 году! Но времени на доводку англичанам не хватило, уже через год было принято решение, что Артемида будет обходиться слишком дорого, а необходимости в ней особо нет, ведь немцы уже явно проигрывали войну в воздухе.

Активное самонаведение означает, что ракета сама излучает зондирующий радиосигнал, сама его принимает и рассчитывает траекторию. Естественно, что собственный радар должен обладать достаточными для эффективной работы размерами, а размеры означают массу. Поэтому ракеты с активным радиолокационным самонаведением всегда большие и предназначены для дальнего воздушного боя.

F-14 пуск Aim-54 Феникс

Пуск AIM-54 Phoenix с F-14 103 эскадрильи «Веселый Роджер»

Первой такой «ласточкой» стала американская AIM-54 «Феникс». Она была настолько большой, что нести ее мог только F-14, а налогом в СССР — Р-33 вооружался только Миг-31. Обе «малышки» весили чуть меньше полутоны. Ракеты средней дальности с собственной РЛС появись позже: AIM-120, Р-77, MICA или Python-5. Они уже меньше (относительно), летят не так далеко, но применяют аналогичный принцип наведения.

Миг-31 Р-33

P-33 под фюзеляжем МИГ-31

Размер и масса — серьезное ограничение для авиации, но для наземного или морского базирования вес не так критичен. Поэтому среди противокорабельных и зенитных ракет (кроме переносных) активное самонаведение очень распространено. Модернизированный комплекс Patrion PAC-3 использует ракету MIM-109 с активным радиолокационным самонаведением, так же как и С-400 с ракетами 9М96.

Пассивное самонаведение

Несмотря на два, казалось бы, несовместимых слова в одном термине такие системы применяются практически везде. Например, в противорадиолокационных ракетах. Ракета атакует радиолокационную станцию и собственное излучение ей не нужно, она ориентируется по излучению радара противника. В случае потери сигнала, например банального выключения, ракета использует инерциальную систему и продолжает двигаться туда, где находился источник радиоизлучения.

Инфракрасная ГСН

Инфракрасная (пассивная) головка самонаведения (ИК ГСН) не использует радиоволны в принципе. Она буквально смотрит на мир через инфракрасную матрицу обнаруживая источник тепла, которым обычно является двигатель самолета (наиболее горячая точка), а в более современных и продвинутых образцах — инфракрасный образ цели.

Первыми кто реализовал тепловое самонаведения, были американцы. AIM-9 Sidewinder была запущена в производство в 1956 году, после 6 лет разработки. Sidewinder — это разновидность гремучей змеи, которая, как и другие змеи семейства, способна отчетливо «видеть» тело излучаемое жертвой.

AIM-9 Sidewinder

AIM-9 Sidewinder (синего цвета) и AIM-9 (белая)

Разработка советского аналога К-13 началась в 1958-м, после того, как в расположении СССР оказались обломки Sidewinder. Естественно принцип работы был аналогичным. Таким же остается и сегодня, несмотря на то, что современные ИК ГСН считаются уже четвертым поколением. 

Пассивный принцип актуален для ракет ближнего радиуса действия, таких как переносные зенитно-ракетные комплексы или ракеты воздух-воздух ближнего боя.

Ультрафиолетовая ГСН

Метод аналогичный предыдущему, только вместо длинноволновой (инфракрасная) — более коротковолновая (ультрафиолетовая, УФ) часть спектра. Это позволяет повысить разрешающую способность, можно сказать остроту зрения, ракеты, но в свою очередь уменьшает дальность захвата цели. Но главный плюс, сложность обмана ультрафиолетовых датчиков с помощью тепловых ловушек. Также позволяет распознавать образ цели, что в сою очередь открывает новые возможности: противодействие помехам и атаки в наиболее уязвимые части цели (актуальнее всего для надводных кораблей).

Самый продвинутый тип наведения, особенно в комбинации с ИК или УФ матрицами.

Оптико-электронная ГСН

Все то же самое. Вот только используются волны видимого спектра, фактически обычная цифровая камера. В этом случае специальное программное обеспечение сравнивает увиденную картинку с эталонной, определяет тип цели и способ ее атаки. Один из известнейших, израильский комплекс Spike NLOS, оператор может, не только захватить цель после пуска вне зоны видимости, но и переназначить цель во время полета или вовсе отменить атаку.

Комбинированные системы

Очевидно, что у каждого способа есть достоинства и недостатки, комбинация нескольких приемов может избавится от минусов и усилить плюсы.

Чтобы стрелять (и попадать) на большой дистанции используется связка из самонаведения, командного наведения и инерциального. Ракета выводится в зону встречи с целью «примерно» либо при помощи радара, либо инерциально, чтобы потом найти цель самостоятельно.

Для баллистических ракет применяется астрокоррекция (ориентация по звездам, как в старину), гравиметрические измерения (гравитационные аномалии Земли в качестве ориентиров) или сигналы спутника. Крылатые ракеты для компенсации ошибок инерциальной навигации используют собственный локатор или видеокамеру для картографирования местности над которой пролетают. Так же как бы поступил человек в таком случае, автопилот использует известные ориентиры для определения своего положения.

Еще один популярный прием — объединения систем, применение пассивного метода самонаведения при установке нескольких ГСН. Например ИК+УФ или ИК+телевизионной.

Железный купол

Пуск ракеты «Тамир» противоракетного комплекса «Железный купол»

В итоге системы наведения можно свести к трем способам:

По известным координатам (инерциальный), с использованием излучения цели (пассивный) или использование отраженного сигнала (активный). При этом суть методик не меняется. Зато возрастают скорость, дальность и точность. До такой степени, что современные ракеты могут не иметь боеголовки, а уничтожать цель прямым попаданием.

 

Поделиться:

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *