Главная » Альтернативная История » Альтернативы будущего » Крылатые ракеты настоящего и будущего
Альтернативы будущегоВооружения будущего
Сан Саныч 26.01.2011 703
0
в Избранноев Избранномиз Избранного 0
Их системы наведения и способность «уходить» от ПВО улучшились на порядок. А скорости повысились до такой степени, что в ближайшем будущем им не понадобятся даже крылья — для ракеты, пролетающей полторы тысячи километров за 10 минут, достаточно соответствующего профиля самого корпуса.
Прототип управляемой гиперзвуковой ракеты по проекту ARRDM (схема «волнолет»), США. Дальность пуска — до 1 100 км, скорость полета — 1 340 м/с
В США разработка крылатых ракет (КР) нового поколения, удачно попавшая в русло концепции «ограниченной ядерной войны» президента США Картера, началась в первой половине 1970-х годов. На первых порах ВМС хотели получить противокорабельную ракету с дальностью до 500 км (проект TASM), но вскоре сочли возможным выполнить в тех же габаритах и стратегическую ракету. Наконец, в середине 1970-х было объявлено о проектах стратегических КР морского, воздушного и наземного базирования — соответственно SLCM, ALCM и GLCM. Ракеты должны были обладать дальностью пуска до 2 500—2 600 км, ядерной боевой частью мощностью до 200 кт и унифицированными системами наведения.
В 1982 году на вооружение ВВС поступила КР воздушного базирования AGM-86 . Ее носителями стали стратегические бомбардировщики B-52 модификаций G и Н, а позднее — бомбардировщики В1В и В2А.
Созданная противокорабельная ракета «Томахоук» («Томагавк») BGM-109B с дальностью 550 км и обычной боевой частью появилась в 1983 году, а в 1984-м на вооружение поступила стратегическая ядерная ракета морского базирования «Томахоук» BGM-109А той же фирмы. Они устанавливались в основном на атомные подводные лодки и ракетные крейсеры. На некоторых подводных лодках баллистические ракеты даже заменяли крылатыми. От новых КР ожидали «длительного превосходства» над потенциальным противником, как когда-то от атомной бомбы.
Однако советские КР нового поколения поступили на вооружение немногим позже американских. В 1976 году советское правительство приняло решение о разработке стратегических крылатых ракет воздушного, морского (комплекс «Гранат») и наземного (комплекс «Рельеф») базирования. Первым проектом занялось ПКО «Радуга» в Дубне под руководством Игоря Сергеевича Селезнева, вторым и третьим — НПО «Новатор» в Свердловске под руководством Льва Вениаминовича Люльева.
Созданный дубнинцами и принятый на вооружение в 1983 году ракетно-авиационный комплекс с КР Х-55 с ядерной боевой частью мощностью до 200 кт и дальностью пуска до 2 500 км был основой советской стратегической авиации. Носителями ракет стали бомбардировщики Ту-95МС, позднее добавился Ту-160. Конечно, создание сложного комплекса не обходится одним исполнителем. На ту же Х-55 работало более 100 предприятий, научно-исследовательских и конструкторских организаций. Так, бортовая система управления создавалась в ОКБ «Марс», двухконтурный турбореактивный двигатель — в МНПО «Союз».
Ракета Х-55 получила ряд модификаций: Х-55СМ — с увеличенной до 3 000 км дальностью (за счет дополнительных баков); тактическая Х-65 — с дальностью 500—600 км и обычной (фугасной или кассетной) боевой частью; противокорабельная Х-65СЭ с дальностью 250—280 км и радиолокационным самонаведением на конечном участке.
В 1984 году на вооружение ВМФ поступил комплекс РК-55 «Гранат» разработки НПО «Новатор», которым вооружили подводные лодки проектов 667АТ, 671РТМК, 945А, 971. Ракета рассчитана на запуск из 533-мм торпедного аппарата. Дальность пуска — до 3 000 км — превысила дальность «Томахоук». Характерная черта ракет Х-55 и «Гранат» — складывание внутрь фюзеляжа не только крыла и оперения, но и двигателя (на выдвижном пилоне), а у Х-55 для размещения во внутрифюзеляжном отсеке даже хвостовой кок корпуса складывается гармошкой.
Стратегическая крылатая ракета РК-55 «Гранат», СССР, 1984 г. Класс «море— земля»
Малой заметности новых американских и советских КР для РЛС способствовали размеры (обусловленные требованиями размещения на носителях), использование в конструкции композиционных, радиопоглощающих материалов, зализанность обводов с минимумом выступающих частей, то есть применение отдельных элементов технологии малозаметных аппаратов, известной как «стелс».
Умение правильно прицелиться.
Но все же главной «изюминкой» новых ракет стала система наведения. Инерциальная система при всей своей надежности и помехозащищенности не «ловит» отклонения от курса из-за ухода гироскопов и бокового сноса ракеты. На больших дальностях отклонение реальной траектории от заданной получается немалое. У новых американских КР оно составило 900 м на каждый час полета, а полет на максимальную дальность занимает 2,5—3 часа. Для компенсации накапливающейся ошибки добавили корреляционную систему с коррекцией по рельефу местности — благо к тому времени спутники радиолокационной разведки позволяли создать подробную базу трехмерных изображений поверхности Земли. Так работает система наведения TERCOM той же «Томахоук». На заложенной в программе траектории выбираются несколько участков коррекции, оцифрованное радиолокационное изображение их рельефа закладывается в память бортовой ЦВМ при подготовке к пуску. После пуска с помощью стартового ускорителя (при наземном или морском базировании) или сброса с самолета ракета запускает маршевый двигатель и следует к цели по заданной траектории на высоте 60—100 м (может снизиться и до 30 м), обходя препятствия и ранее выявленные сильные группировки ПВО и меняя курс каждые 100—200 км. По достижении участка коррекции бортовой радиовысотомер СВЧ диапазона «ощупывает» подстилающую поверхность и получает радиолокационную карту рельефа. Карта оцифровывается, ЦВМ сравнивает полученный «слепок» с эталонным и по выявленным ошибкам выдает команды на корректирование траектории. В результате ракета выводится в район цели с точностью, недостижимой для предыдущих поколений. Круговое вероятное отклонение, то есть радиус круга, в который ракета попадает с вероятностью 0,5, не превышает 100 м. При ядерной БЧ этого вполне достаточно. На тех же основах работает, скажем, и система наведения ракеты Х-55 с высотой полета 40—110 м — ее инерциальная система сопряжена с доплеровским измерителем скорости и сноса и системой коррекции по рельефу местности.
Семейство стратегических крылатых ракет, принятых в СССР, в целом подобно американскому. Однако с того же 1976 года НПО «Машиностроение» разрабатывало на основании несколько иных требований ракету «Метеорит» — сверхзвуковую, с дальностью пуска до 5 000 км и универсального (воздушного, морского и наземного) базирования. Кроме прочих новшеств предполагалось оснащать ее устройством ионизации набегающего потока воздуха для формирования плазменного шлейфа. Последний должен был снижать сопротивление движению и резко уменьшить радиолокационную заметность ракеты — технология, не реализованная в серии и поныне, однако до сих пор актуальная. Но работы по «Метеориту» свернули к концу 1980-х годов.
После подписания в 1987 году Договора о сокращении ракет средней и меньшей дальности развитие вооружений переориентировалось на «обычные» войны. В СССР и США началась модернизация стратегических КР с заменой ядерных боевых частей «обычными». Последние требовали большей точности системы наведения. И причиной американского «миролюбия» была уверенность в технологическом превосходстве и обеспечении большей точности попаданий своих ракет, а также большей эффективности обычных боевых частей. Так, американская пассивная оптико-электронная головка самонаведения системы DSMAC обеспечивала круговое вероятное отклонение не более 20—30 м. Впрочем, оптический коррелятор по эталонному изображению местности получила и модификация советской ракеты Х-55 — Х-55ОК. У американской «Томахоук» появились модификации BGM-109C с унитарной полубронебойной фугасной боевой частью для удара по защищенным объектам и BGM-109D с кассетной боевой частью для ударов по скоплениям войск, аэродромам и т.п. Правда, уменьшалась дальность пуска — обычные боевые части больше весили и занимали больше места, чем ядерные. Скажем, у «Томахоук» максимальная дальность пуска составила 1 600 км, у неядерной КР воздушного базирования AGM-86С — 1 100 км. Тем не менее переделку части ядерных ракет в «обычные» американцы периодически возобновляли — по мере расходования последних. Что до наземных «Томахоук» BGM-109G, то их, согласно Договору, ликвидировали.
Стратегическая крылатая ракета Х-555, Россия, 2000 г. Класс «воздух—земля»
По командным пунктам
С ликвидацией Варшавского Договора и распадом СССР американцы и их союзники по НАТО (в основном — самый верный в лице Великобритании) начали практическое испытание КР в конфликтах другого уровня и на других противниках. При этом они смогли наглядно продемонстрировать возможности высокоточных ракетных комплексов в поражении стратегически и тактически важных целей, но и о «воздушном терроре» не забыли. Масштабы применения КР и круг задач, решаемых с их помощью, расширялись, а сами ракеты совершенствовались. Особенности КР делают их отличным средством первого массированного удара, призванного прежде всего подавить и уничтожить стационарные объекты ПВО противника и его систему управления. Затем можно наносить по наиболее важным объектам групповые или одиночные удары — по обстановке. Именно так они и применялись, начиная с операции «Буря в пустыне» 1991 года.
Правда, в первые четыре дня «Бури в пустыне» на них пришлось только 16% всех авиационно-ракетных ударов, но через два месяца — уже 55%. Основную массу составили BGM-109 «Томахоук» модификаций C и D, запускавшиеся с американских надводных кораблей (276 ракет) и подводных лодок (40 ракет), развернутых в Средиземном и Красном морях и в Персидском заливе. 33 ракеты сбили ПВО Ирака, 35 отклонились от цели. Бомбардировщики В-52Н произвели 35 пусков КР AGM-86С, 30 из них накрыли свои цели.
Стратегическая крылатая ракета AGM-86С, США, 1986 г. Класс «воздух— земля»
Стратегическая крылатая ракета AGM-129А, США, 1993 г. Класс «воздух—земля»
На наиболее важные цели наводилось обычно по нескольку ракет. Большое количество ракет в залпе затрудняло работу ПВО — она не успевала не то что поразить, но даже отследить все цели. В дополнение, как сообщалось, часть КР несла станции постановки помех. А вот в охоте за мобильными иракскими ракетными пусковыми установками ракеты были почти бесполезны — подвижная цель уходила раньше, чем ее координаты вводили в программу полета. В специфических условиях Ближнего Востока выявилась и проблема системы TERCOM — преимущественно однообразный ландшафт оставлял небольшой выбор участков для коррекции. Приходилось направлять несколько ракет по одному маршруту, а это повышало потери от огня ПВО.
Тогда разработчики снова «обратили взор к небесам». Но не на звезды, а на спутники. Собственно, без спутниковой разведки, связи, спутниковых карт местности применение КР в любом случае было бы затруднительно. Но первый опыт боевого применения ускорил реализацию программы, разработанной еще в 1980-е годы. Речь шла о коррекции траектории по сигналам космической радионавигационной системы NAVSTAR (GPS), позволяющей с высокой точностью определять координаты и скорость движения объекта. На «Томахоук» начали ставить приемники GPS, сопрягая их с имеющейся системой наведения. Выбор траекторий упростился, сократилось электромагнитное излучение ракеты на основной части траектории, всепогодность сохранялась, а нанесение высокоточного удара стало возможно в любой точке земного шара. Одновременно совершенствовали боевые части. На «Томахоук», например, унитарную боевую часть облегчили, сделали прочнее и ввели замедление подрыва — для поражения заглубленных объектов, защищенных толщей бетона. Ставили также боевые части, наводящиеся на радиоизлучение цели.
Но когда в сентябре 1996 года по различным объектам Ирака выпустили 44 КР воздушного и морского базирования, точность ударов оказалась невысокой. Из 16 выпущенных AGM-86С в цели попало только 5 — результат не назовешь впечатляющим. На AGM-86С также начали ставить приемники GPS. Модификация AGM-86D получила проникающую боевую часть и дальность пуска до 1 320 км. Для большей глубины проникновения ракете придали способность пикировать на цель практически вертикально.
Модернизированные КР нашли применение в операции «Лиса пустыни» (Desert Fox) в декабре 1998 года. Предварительно была создана плотная группировка космических средств различного назначения, по информации с разведывательных спутников результаты ударов оценивали в реальном масштабе времени. Примерно по 100 военным и гражданским объектам Ирака запустили 415 ракет, причем часть из них (впервые) с бомбардировщиков В-1В. Доля крылатых ракет в авиационно-ракетных ударах возросла до 72%. Достичь этого позволило как совершенствование «навигационного обеспечения» самих ракет, так и наличие единой системы планирования полетных программ. Не поразили назначенные цели якобы лишь 13 ракет. Остальные же «влетали» не только в военные и промышленные объекты, но и в жилые дома, школы и т. п.
В августе 1998 года 13 ракет было запущено по «базам террористов» в Судане и 66 — в Афганистане, — дополнительно испытали новые модификации ракет. Масштабные боевые испытания крылатые ракеты прошли и в условиях Европы. Еще в сентябре 1995 года США, дабы помочь мусульманским группировкам в Боснии, выпустили 13 КР по позициям боснийских сербов.
В ходе боевых действий против Югославии 1999 года (операция «Решительная сила») НАТО опробовал ведение «бесконтактной» войны с применением разведывательно-ударных боевых систем. Последние основаны на сочетании космических средств наблюдения, управления, связи, навигации, информационно-управляющих систем и носителей высокоточных КР. Запуски КР производили с дальностей «всего» 200—800 км. Вначале удары наносились по ПВО. Югославы неприятно удивили НАТО, не раскрыв в момент первых же ударов свою систему ПВО. Задействованные ими мобильные зенитные комплексы включались на короткое время и быстро меняли позиции. Грамотно применялись маскировочные мероприятия и средства радиоэлектронной борьбы.
Тем не менее натовцам удалось нанести ущерб системам военного и государственного управления. Это позволило на следующем этапе сосредоточиться на выводе из строя коммуникаций, отдельных объектов инфраструктуры, затем — складов и объектов нефтеперерабатывающей промышленности, нанося удары группами или одиночными КР в сочетании с действиями пилотируемой авиации. Удары крылатыми ракетами (преимущественно ночные) нанесли по более чем 130 объектам, из которых 52 были гражданского назначения: так была доказана возможность поражать объекты в условиях городской застройки. Ракеты, к сожалению, эффективны и против гражданского населения. В первые же налеты крылатая ракета убила 26 человек в жилом доме в городе Алексинац. В Белграде и других местах были разрушены несколько больниц. 8 мая был нанесен памятный ракетный удар по китайскому посольству в Белграде. Позже генералы признали, что эти удары не были «случайностями» (вроде ракет, залетевших в Болгарию), а заранее планировались.
Всего за время налетов израсходовали более 700 КР (по другим данным, более 1 200, из них около 80 — AGM-86С воздушного базирования, остальные — BGM-109 модификаций C, D и F). Югославы сбили 40 ракет и увели от целей 17. И это при том, что система ПВО Югославии уже была разрушена и разорена гражданской войной. В ходе операции «Несгибаемая свобода» в Афганистане в 2001 году применили более 600 ракет. Вслед за массированным их применением в начале операции (запуски производились с американских и британских кораблей и подводных лодок) перешли к одиночным ударам по наиболее важным целям — аэродромам, объектам ПВО, зданиям военного и государственного управления. Эффект от разрушения инфраструктуры оказался невелик — в Афганистане мало кто пользовался электроэнергией или центральным отоплением.
Наиболее массированно применялись КР во время американо-британской агрессии против Ирака в 2003 году («Шок и трепет»). Хотя здесь удары с применением КР воздушного и морского базирования составили всего около половины всех авиационно-ракетных ударов. Сравним, однако: в ходе «Бури в пустыне» за 43 дня запустили всего 282 КР «Томахоук», а в ходе операции «Шок и трепет» с 20 марта по 15 апреля — 950. Первые же пущенные ракеты обрушились на здания военного и государственного руководства в Багдаде, объекты ВВС и ПВО. В отличие от той же «Бури в пустыне» теперь наиболее интенсивными были налеты КР в первые дни операции, затем их применяли для поражения отдельных важных объектов. Около 150 таких пусков ракет AGM-86C и D произвели бомбардировщики В-52Н на удалении 400—600 км от целей — над территорией Турции, Иордании, самого Ирака, над Персидским заливом. Около 80% всех пусков пришлось на долю «Томахоук» BGM-109 модификаций C и D. Около 800 КР выпустили с надводных кораблей и подводных лодок США и Великобритании из Персидского и Оманского заливов (на удалении от целей 600—650 км), из восточной части Средиземного моря (удаление 1 250—1 600 км) через территорию Турции, из Красного моря (удаление 1 000—1 100 км) через территорию Саудовской Аравии. Но «бесконтактной» войны, как известно, не получилось.
За первую неделю войны только в Багдаде в результате авиационно-ракетных ударов погибло 350 мирных граждан. Потери среди мирного населения сопровождали всю операцию. А «промахнувшиеся» ракеты падали вИране, Турции, Саудовской Аравии.
Тем не менее отрицать эффективность высокоточного оружия в борьбе с ПВО, разрушении системы управления, военной и гражданской инфраструктуры противника — особенно при столь интенсивном применении — не приходится. США закрепили за крылатыми ракетами роль основного и даже решающего ударного оружия.
С другой стороны, опыт пятнадцати лет показал, что хотя средства ПВО (ЗРК, ЗУ, истребители, даже аэростаты) играют важную роль, наиболее эффективной обороной против КР является уничтожение их носителей. А это требует систем космической разведки, дальнего радиолокационного обнаружения, оставляет главную роль за истребителями, противокорабельными и противолодочными комплексами даже в «обычной» войне. Не случайно США с таким старанием предварительно изолируют и «обкладывают» жертв агрессии и стремятся к завоеванию абсолютного превосходства в воздушно-космической сфере и на море.
Гиперзвуковой полет
Позвольте представить вам гиперзвуковой полет. Движение в среде вещества со скоростью быстрее звука в ней называется сверхзвуковым. Насколько быстрее, показывает сравнение с местной скоростью звука. Это сравнение назвали числом Маха, разделив скорость движения на скорость звука и обозначив его М. В сверхзвуковом полете значение числа Маха больше единицы, например 1,7 или 3. С таким числом Маха летят сверхзвуковые самолеты. Но область скоростей с М = 5 и больше выделили среди сверхзвукового диапазона и назвали гиперзвуковым движением. При стандартной скорости звука у земли 340 м/с скорость М = 5 составит 1700 м/с.
Первым изделием человека,
достигшим гиперзвуковой скорости, стала баллистическая ракета «Фау-2» Вернера фон Брауна, развивавшая в полете скорость как раз 1700 м/с. В плейстоценовом морозе нижней стратосферы скорость звука (а она зависит от температуры) составляет 295 м/с, поэтому число Маха у «Фау-2» должно было подниматься до М = 5,8. Позже гиперзвуковых скоростей достигли разнообразные тактические ракеты с освоением дальности 400–500 км. Дальности еще больше всегда сопровождаются гиперзвуковым входом в атмосферу, и с ростом дальности растет число Маха. Разгонялись до гиперзвука некоторые зенитные ракеты. Например, жидкостная ракета 5В28 зенитного комплекса С-200, которую поэтому использовали для экспериментов с гиперзвуковым двигателем по темам «Холод» и «Игла». Высокую гиперзвуковую скорость развивали ракеты 53T6 советского противоракетного комплекса А-135, скорость которых в атмосфере, по разным данным, достигала М = 13–18.
Тактические ракеты
(это дальность до 500 км) и боеголовки дальнего следования встречали гиперзвуковой поток в виде лобового сопротивления. Позже аэробаллистические ракеты вроде ракет комплекса «Искандер» стали использовать для маневрирования подъемную силу гиперзвукового обтекания, ставя гладкую морковку ракеты под углом атаки к встречному потоку. Так делает и твердотопливная ракета авиационного комплекса «Кинжал», самолетный вариант ракеты «Искандера».
Космическая техника
тоже проходит гиперзвуковой участок полета. Ракеты-носители достигают его в верхних слоях атмосферы. Гиперзвуковую подъемную силу использует крылатая ракета-носитель «Пегас», выходя на гиперзвук в верхней стратосфере и успевая захватить треугольным крылом остатки быстро тающей атмосферы. С гиперзвуковой скоростью входили в а, «Буран», советские крылатые аппараты серии «Бор». Гиперзвуковой участок есть у всех сегодняшних возвращаемых космических аппаратов.
Таким образом, само по себе движение с гиперзвуковой скоростью сегодня не новость и не достижение, будучи известно на практике уже почти 80 лет. Гиперзвук встречают многие типы летательных аппаратов на этапах своего полета. Некоторые используют гиперзвуковое обтекание как обычное сверхзвуковое, создавая подъемную силу своим цилиндрическим корпусом или сверхзвуковым крылом.
И лишь недавно
появились летательные аппараты, конструкция которых полностью оптимизирована под создание гиперзвуковой подъемной силы, ставшей главным началом, формирующим траекторию. Именно такие аппараты называют гиперзвуковыми. Эти штуковины сделаны специально для гиперзвукового полета и максимально используют его особенности. Они группируются в два типа, оба в качестве боевых средств. Первый — аппараты без двигателя, или планирующие боевые блоки. Они могут планировать с гиперзвуковой скоростью на дальность до тысячи километров. Второй — гиперзвуковые крылатые ракеты, оснащенные гиперзвуковым воздушно-реактивным двигателем, по строению схожие с обычными крылатыми ракетами. Конструкция с гиперзвуковым двигателем самая продвинутая, и именно она называется сегодня гиперзвуковой ракетой в наиболее полном смысле этого понятия.
Вы здесь
Космос – это таинственное пространство, которое не может не завораживать. Циолковский считал, что именно в космосе заключается будущее человечества. Пока нет никаких серьезных оснований спорить с этим ученым. Космос предлагает безграничные возможности для развития человечества и расширения жизненного пространства. К тому же, он скрывает в себе ответы на многочисленные вопросы. Сегодня человек стал активно использовать космическое пространство. Поэтому от того, как взлетают ракеты, во многом зависит наше будущее. Не менее важным является и понимание этого процесса людьми. Ниже мы расскажем вам о том, какую скорость может развивать полета космической ракеты и сколько времени уйдет на то, чтобы добраться до тех или иных космических тел.
Отличия гиперзвукового обтекания
Но почему гиперзвуковую область разграничили со сверхзвуковой? Чем она отличается от сверхзвука и почему границу провели именно по пятикратной скорости звука, по М = 5? Граница эта имеет физический смысл, потому что за ней обтекание становится другим.
В сверхзвуковом полете
набегающий поток частично тормозится аппаратом, сжимаясь об него и уплотняясь. Сжатие повышает температуру воздуха, и чем оно сильнее, тем горячее сжатый воздух. Сильнее всего поток тормозится на частях аппарата, встречающих воздух. Поэтому передние кромки крыльев, стабилизаторов и киля, другие выступающие в поток части нагреваются до нескольких сотен градусов, например до 330°С при М = 3. Сверхзвуковой удар об препятствие словно дробит большую сверхзвуковую скорость на мириады крошечных движений молекул, мелких и разнонаправленных. Столь тонкодисперсный помол движения переводит кинетическую энергию во внутреннюю, делая теплом. Прибавка движения молекул становится нагревом, повышая температуру. Но этот нагрев никак не отражается в самих молекулах воздуха, летящих простыми точками и сталкивающихся между собой с растущей силой.
Рост скорости
потока
усиливает удары молекул. При М = 5 столкновения отзываются в самих молекулах. Два атома в молекулах основных газов воздуха, азота и кислорода, начинают резонировать ударам и колебаться, сближаясь и расходясь. Это новое, колебательное движение, забравшееся внутрь молекулы. Огромная скорость гиперзвукового потока усиливает удар о препятствие и его размол, дробя кинетическую энергию до трансформации в еще более мелкие формы движения — внутримолекулярные. Они добавляют молекуле свою энергию вместе с начинающей проявляться энергией еще одного нового движения — вращения молекул. Эти новшества идут добавками к теплоемкости газа, запасая все больше тепла и повышая энергичность процессов.
Накачка энергией
ослабляет связи атомов, удаляющихся друг от друга в колебаниях все больше, и молекулы начинают распадаться. Свободные атомы вступают в новые соединения — текут химические реакции. Они множатся, подпитываясь энергией потока и каталитическими эффектами материалов аппарата. Атомы теряют электроны, возникает плазма, растет ее концентрация. Ударная волна от носовой части и передних кромок наклоняется все сильнее и ложится на корпус, обтягивая весь летательный аппарат. Волна сливается с поверхностным слоем, образуя единый вязкий ударный пограничный слой. Переставший быть идеальным газ течет каскадами неравновесных состояний, с высокочастотными волнами неустойчивости и другими усложнениями. Для адекватного описания происходящего требуются емкие математические построения и сотни специфических переменных. Их значения меняются все сразу, одновременно с температурами, давлениями и концентрациями, энергиями и балансами реакций и множеством других факторов. Все это обильно сдобрено излучением и поглощением в диапазоне от теплового до ультрафиолета и ярко светит с поверхности аппарата, разительно отличаясь от простого сверхзвукового сжатия и нагрева.
Скачок уплотнения
Это очень важное сверхзвуковое понятие, определяющее полет гиперзвуковой ракеты и, подобно Эльбрусу, имеющее две вершины приложения, снаружи и внутри ракеты. Часто и повсеместно его путают с ударной волной, но это не одно и то же. Скачок уплотнения возникает в сверхзвуковом потоке как невозможность возмущений воздуха от каких-либо обтекаемых препятствий рассасываться вперед. Они движутся лишь со скоростью звука и скапливаются перед источником возмущений, не в силах убежать от него вверх по сверхзвуковому потоку. Поток напирает и трамбует это скопление возмущений, создавая здесь уплотнение воздуха. Оно происходит сильно и резко, скачкообразно, на расстоянии пары пробегов молекул за десятимиллиардную долю секунды. Эта мгновенная ступенька роста плотности и есть скачок уплотнения.
И так же скачкообразно происходит торможение потока, мгновенно сбавляющего скорость и текущего за скачком медленнее. Снижение кинетической энергии потока переходит в прибавку потенциальной энергии сжатия и тепла. Со скачком плотности так же резко вырастают давление и температура. В скачке уплотнения часть энергии потока теряется, расходуется, образуя газодинамические потери. Это вызывает добавочное замедление потока. Потери энергии в скачках разные, и с этим различием можно работать.
Скачок уплотнения бывает прямым и косым
. Прямой скачок стоит перпендикулярно потоку, «прямо», и тормозит поток до дозвука, завершая сверхзвуковое течение. В нем самые большие потери энергии. Косые скачки лежат под углом к потоку, оставляют его за собой сверхзвуковым и дают меньше потерь. Если нужно замедлить и уплотнить поток на заданную величину, то сжатие одним скачком даст больше потерь, чем суммарно два или три скачка послабее. Косые скачки уплотнения в двигателе сжимают воздух последовательным каскадом с меньшими потерями энергии, которые неумолимо тратятся из энергии движения ракеты, замедляя ее.
За скачком
у газа могут быть две дороги. Если причина скачка рядом — любая твердая поверхность под углом атаки, клин, конус, другая форма,— то воздух течет по ней сжатым. За скачком продолжается сжатый, нагретый и подтормозившийся поток. Тогда скачок уплотнения — передняя поверхность и начало сжатого потока.
А когда за скачком нет возмущающего предмета, например в открытой атмосфере, то сжатый воздух за скачком начинает беспрепятственно расширяться. Чем больше степень сжатия, тем мощнее расширение. Его быстрота рождает инерцию, и расширяющийся воздух проскакивает параметры атмосферы без остановки на них. Возникает разрежение, которое вскоре схлопывается окружающим давлением атмосферы до выравнивания с собой.
Отклонение от равновесия с последующим свободным возвратом к нему — это волновой процесс. А вся конструкция — скачок уплотнения, область сжатого воздуха за ним и область разрежения — составляет ударную волну. В ней скачок уплотнения лишь передняя поверхность толщиной в ту самую пару пробегов молекул. Ударная волна напоминает стопку из двух блинов, сжатия и разрежения, с тонким пригаром скачка уплотнения на переднем блине сжатия.
В гиперзвуковой ракете
скачок уплотнения работает и внутри, и снаружи. Можно сказать, он создает гиперзвуковую ракету, являясь ее скульптором. Главным работает первый путь — образование сжатых потоков. Они возникают под крыльями и корпусом из-за угла атаки и создают подъемную силу ракеты. Системы сверхзвуковых скачков уплотнения организованы внутри двигателя, обеспечивая его правильную работу.
Какой должна быть скорость корабля для полета на Луну?
Для полета корабля на Луну он должен стартовать до орбитальной скорости в 29. тыс. км в час, а потом нарастать примерно до 40 тыс. км в час.
Космический корабль при такой скорости может удалиться на расстоянии, на котором на него уже будет сильнее притяжение Луны, нежели Земли. Современная техника позволяет разрабатывать корабли, которые соответствуют вышеупомянутой скорости перемещения. Но если двигатели корабля не будут действовать, он разгонится притяжением Луны и просто упадет на нее с большой силой, разрушив корабль. По этой причине, если в самом начале пути реактивные двигатели ускоряли космический корабль в направлении к Луне, то когда лунное притяжение сравнивалось с земным, двигатели начинали действовать в противоположном направлении. Таким образом, обеспечивалась мягкая посадка на Луну, при которой все люди на корабле оставались невредимыми.
На Луне нет воздуха, поэтому находится на ней можно исключительно в специальных скафандрах. Первым человеком, который спустился на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг, и это произошло в 1969 году. Тогда произошло первое знакомство человечества с составом лунного грунта. Его изучение позволило лучше понять историю образования Солнечной системы. Тогда геологи надеялись найти на Луне какие-то ценные вещества, которые можно было бы добывать.
Пламенный мотор
Горячее сердце ракеты — гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель, или ГПВРД. Он сжимает встречный воздух, сжигает в нем топливо, накачивая энергией, и разгоняет реактивным соплом, создавая реактивную струю и тягу. Все это гиперзвуковой двигатель делает своим, особенным образом.
Для сжатия воздуха
здесь не требуется компрессор. Входящий поток сжимается сам за счет своей высокой скорости, стискиваемый поверхностями сужающегося канала, или конфузора. Кромки воздухозаборника вклиниваются в воздух, загоняя его в конфузор. Любой сверхзвуковой, с М > 1, поток в сужающейся проточной части тормозится и уплотняется. Поэтому конфузор ГПВРД имеет вид сужающейся воронки, округлой или щелевидной с наклонными гранями. Тут и работают скачки уплотнения, возникая на кромках воздухозаборника. Воздух за ними течет в виде сжавшегося потока. Такие скачки стоят и дальше в соответствии с геометрией канала, последовательно замедляя, уплотняя и нагревая поток.
Конфузор
поставляет многократно сжатый горячий воздух для горения с заданными плотностью и расходом. Плотность нужна для устойчивого горения, расход — для уровня тяги. Сжатый поток должен оставаться сверхзвуковым, как и в любой точке ГПВРД. Это необходимо для избегания больших потерь на торможение потока до дозвукового (тогда возникнет прямой скачок с самыми большими потерями) с последующим разгоном его соплом обратно до сверхзвукового. Чтобы избежать напрасных потерь, поток во всем двигателе оставляют сверхзвуковым. Канал конфузора тщательно проектируется, как эффективная машина сверхзвукового сжатия. В нем организуются органы управления параметрами сжатия. В уплотненный горячий сверхзвуковой поток остается лишь распылить горючее и сжечь его. И встретить две большие проблемы ГПВРД.
Сверхзвуковое горение
— чрезвычайно сложная штука. Любое обычное пламя будет сдуваться сверхзвуком, не успевая распространяться. Нужен другой, сверхзвуковой механизм горения. Такой известен — детонация. Ударная волна детонации сверхзвуковая, и она сжимает вещество до нагрева, нужного горению. Смесь водорода и кислорода называют гремучим газом, потому что он очень громко детонирует, закладывая уши до звона. Добавив в воздух водорода, можно получить гремучий газ, пусть и сильно разбавленный атмосферным азотом, но все равно способный к детонации.
Детонационная волна
сгорания пойдет по этой смеси со сверхзвуковой скоростью. Здесь скачок уплотнения работает как поршень дизеля, сжимая смесь до воспламенения. Если уравнять скорость сверхзвукового потока воздушно-водородной смеси со скоростью детонационной волны, то волна горения будет бежать, оставаясь на месте. И обживая это место проточной части в качестве камеры сгорания. При огромной сверхзвуковой скорости необходимо сверхточно регулировать скорость потока и детонации, чтобы она не ушла ни вперед, ни назад из зоны сгорания. Сверхточно и сверхбыстро, иначе волна вылетит из камеры за тысячную долю секунды. При этом важно точно выдерживать и плотность, и температуру потока, и десяток других параметров — все влияет на волну. Такое управление представляет серьезную проблему.
Топливо
и расклады с ним создают вторую большую проблему. Водород проще смешивать с воздухом, но керосин или подобные плотные топлива нужно распылить для образования детонирующей смеси. Какой именно — из паров топлива или из тонко распыленного тумана мелких жидких капелек? Детонация топливного тумана — это двухфазные детонационные системы, хорошо работающие в боеприпасах объемного взрыва. Вопросы выбора разновидностей детонации осложняются поисками топливных конструкций. Все выставленное в сверхзвуковой поток возмущает его, создавая скачки уплотнения. Как организовать форсунки или другое распыление в поток? Как приготовить качественную сверхзвуковую топливно-воздушную смесь, причем за крайне короткое время — доли миллисекунды? Как управлять ее составом с такой быстротой? Распыление топлива, как и стена сверхзвукового горения,— весьма сложные процессы и объекты управления. Здесь ищут ключевые решения эффективности ГПВРД, которые не публикуют в печати.
Наконец детонационная волна позади, газ раскален сгоревшим в ней топливом. Дальше его ждет реактивное сопло. Но это не привычное сопло Лаваля. У него нет сужающейся части — она дозвуковая и здесь не нужна. Горячий сверхзвуковой поток поступает в сразу расширяющееся сверхзвуковое сопло. Это диффузор, обычная расширяющаяся часть знакомого «ракетного» сопла Лаваля, разгоняющая реактивную струю и создающая тягу.
Проточная часть
ГПВРД, таким образом, напоминает дудку с двух сторон — сужение конфузора, зону сгорания и расширение соплового диффузора. Поток везде сверхзвуковой, но с разной скоростью, наименьшей в центральной части. И эта дудка гремит свою песню высоко в стратосфере.
Скорость корабля для полета на Луну
Для полёта на Луну космический корабль стартовал до орбитальной скорости в 29 000 км/ч, а затем разогнан до скорости примерно до 40 000 километров в час. При такой скорости космический корабль может удалиться на расстояние, на котором на него уже притяжение Луны сильнее притяжения Земли. Современная техника позволяет создавать корабли, достигающие упомянутой быстроте перемещения. Однако если не будут действовать двигатели корабля, он разгонится притяжением Луны и упадет на нее с огромной силой, и всё живое внутри корабля погибнет. Поэтому, если в начале пути Земля-Луна реактивные двигатели ускоряют корабль в направлении к Луне, то после того как лунное притяжение сравняется с земным, двигатели будут действовать в противоположном направлении. Так обеспечивается мягкая посадка на Луну, при которой все люди внутри корабля остаются невредимыми. Воздуха на Луне нет поэтому находиться на ней люди могут только в специальных скафандрах. Первым человеком, ступившим на поверхность Луны, был американец Армстронг, и произошло это в 1969 году, тогда первое знакомство с составом лунного грунта состоялось. Изучение его поможет лучше понять историю образования солнечной системы. Геологи не исключают нахождение на Луне таких ценных веществ, которые будет целесообразно добывать. Масса Луны существенно меньше массы Земли. Значит, взлететь с нее легче и дорога в дальний космос легче осуществится с нее. Не исключено что эту возможность человечество в дальнейшем будет использует. Скорость вылета на орбиту Луны гораздо меньше и составляет – 1,7 км/с или 6120 км/ч.
Полет шмеля, или Игра в крестики-нолики
Гиперзвуковой двигатель сразу меняет летательный аппарат, наделяя его большими возможностями и создавая из него новое боевое средство. Дальность гиперзвуковой ракеты может намного превосходить дальность планера. При более интенсивном маневрировании скорость гиперзвуковой ракеты не будет падать, поддерживаемая двигателем. А это уже напрямую боевое качество — степень неуязвимости для перехвата. Гиперзвуковую крылатую ракету сложнее перехватить из-за набора ее козырей «дальность плюс маневрирование плюс скорость», превосходящего возможности гиперзвукового планера.
Маневрирование
— «броня» гиперзвуковой ракеты, главный фактор неуязвимости. Маневрирование препятствует перехвату, постоянно меняя прицеливание противоракет и выводя их вблизи на критические режимы полета, чреватые прекращением погони. Противоракеты вынуждены постоянно вырабатывать поправки своего наведения и менять полет, с приближением к цели все интенсивнее, повышая свои перегрузки до критического уровня. Организация противоракетного маневрирования может строиться на разных алгоритмах.
Представим, что система управления полетом виртуально отсекает перед собой кусок расчетной траектории длиной 10 или 15 километров. На дальнем конце этого отрезка система управления рисует перпендикулярный полету квадрат со сторонами в пару километров, пронзенный траекторией по центру. Квадрат разбивается на равные клетки, как крестики-нолики. Так пространство перед ракетой расщепляется на пучок протянувшихся вперед расходящихся пространственных сегментов, каждый из которых упирается в свою клеточку «крестиков-ноликов».
В составе системы управления полетом «зашит» генератор случайных чисел. Он строго случайным образом выбрасывает свой выбор в одну из клеток «крестиков-ноликов». В выбранной клетке рисуется прицельный крестик, прочие остаются ноликами. После чего система управления направляет ракету в этот случайно поставленный крестик.
Пролетев отрезок и оказавшись в клетке с крестиком, тем самым немного сместившись от центральной спицы — расчетной траектории, система управления отрезает от дальнейшей траектории очередной кусок, и игра повторяется. На конце отрезка снова рисуются поперек «крестики-нолики», строго случайным образом ставится прицельный крестик.
Почему выбор крестиков строго случайный? Будь в этом хоть какая-то система — ее могут «раскусить» более мощные вычислительные средства и алгоритмы противника, наводящие на крылатую ракету их противоракету. Будущие движения по любой системе можно верно спрогнозировать и направить средство перехвата в верную точку встречи. Но случайный выбор спрогнозировать нельзя.
Специальные логические блоки в составе системы управления полетом не позволяют ракете выходить за пределы двухкилометрового квадрата. Иначе шаг за шагом можно улететь в глубокие отклонения от траектории, критически удалиться от нее. А потом расчетную траекторию не нагонишь. Логические блоки следят за соотношением локальных перемещений по «крестикам-ноликам» и генерального направления полета к цели. В итоге движение крылатой ракеты напоминает нечто среднее между полетом шмеля и раскачиванием кленового листа, но выполняемое в гиперзвуковом формате. Это критически затрудняет перехват ракеты, но не делает его невозможным — никогда не говори «никогда».
Полет гиперзвуковой ракеты
складывается из крупных географических элементов обхода проблемных зон и противоракетных объектов и наложенного на них локального противоракетного маневрирования, которое может усиливаться при информации о запуске противоракеты. Выбор архитектуры и режимов маневрирования — дело тщательное и тоже не попадающее в широкий информационный обмен.
Сколько лететь на Марс и другие планеты?
Расстояние до планеты Марс около 56 млн км. С учетом возможностей последних технологий лететь до Марса придется минимум 210 дней. Получается это 266 666 километров в день со скоростью 3 км в секунду или 11 111 км в час. Одна из главных проблем при полете на другие планеты – скорость ракеты в космосе километров в час будет недостаточно. На данный момент более реальным покажется полет на Марс за марсианскими образцами.
Если до ближней планеты Марс лететь около 210 дней, что сложно физически, но достижимо для человека, то полеты на другие планеты просто невозможны в результате физических возможностей людей.
Стоит отметить, что скорость ракеты зависит от двигателя. Чем быстрее будут вырываться газы из сопла двигателя, тем быстрее летит ракета. Газ, который образуется при сгорании современного химического топлива, развивает скорость 3-4 км в секунду (10 800 – 14 400 км в час). При этом максимальная быстрота перемещения, которую могут сообщить ракете с космическим кораблем, сокращается.
Конструкция крылатого гонца
Для выполнения интенсивных маневров требуется большая подъемная сила, накренив которую можно поворачивать курс ракеты в разные стороны. В отличие от дозвукового и сверхзвукового полета на гиперзвуковом режиме подъемная сила возникает только за счет ударного газодинамического сжатия потока на нижних поверхностях аппарата. Его сжимают скачки уплотнения на крыльях и корпусе, возникающие из-за угла атаки. Сжатый воздух течет снизу поверхностей и давит на них. Силы давления собираются в подъемную силу аппарата.
Правильная организация зон сжатия
и их параметров определят гиперзвуковое аэродинамическое качество ракеты, ее «летучесть». Острые передние кромки снижают лобовое сопротивление. Ракета получает специализированный газодинамический облик — гиперзвуковой. Его проектирование достаточно сложное и требует глубокого описания сложных процессов гиперзвукового обтекания. Для этого нужно глубокое понимание их. Нужны большие вычислительные мощности, математические модели с растущей адекватностью. Нужны экспериментальные измерения и данные. Поэтому выбор форм ракеты, баланс геометрии и обтекания, тоже ключевой и является большой наработанной ценностью.
Многократные, до десятков раз,
степени сжатия воздуха создают высокие аэродинамические нагрузки на конструкцию и большое сопротивление. Для их снижения полет проходит в очень разреженных слоях стратосферы, на высотах 25–30 км. Это снижает и тепловой поток в ракету, ее нагрев при такой скорости. Нижние слои для гиперзвука всегда жарче. Поэтому стратосфера становится главной сценой гиперзвуковой ракеты. Туда ракета поднимается носителем — самолетом или ускорительной ракетной ступенью. Впрочем, ускоритель нужен и при самолетном пуске, чтобы вывести гиперзвуковой двигатель на рабочие режимы течения. Гиперзвук он должен получить в уже готовом виде, пусть даже и самого нижнего диапазона.
Для управления полетом
есть навигационная система, система управления полетом и исполнительные органы. Навигационная система складывается инерционным блоком, астронавигацией и спутниковой навигацией, система управления полетом обрабатывает навигационные и бортовые данные, от управления блоком двигателя до смещения центровки ракеты из-за выработки топлива. Она рассчитывает управляющие команды. Командные линии проводят их на двигатели, на исполнительные органы ориентации, например элероны, и в другие подсистемы ракеты, включая блок управления зарядом, который переводит заряд в полете во все более высокие степени готовности к взрыву.
Термоядерная боевая часть
гиперзвуковой ракеты будет компактной, размером с бутыль для кулера, и весом 200 кг. Эта компактность не помешает заряду выделить над целью все 150–300 килотонн мощности, написанной на его этикетке. Возможна и тактическая мощность заряда, вплоть до неядерной боевой части. Поэтому гиперзвуковая ракета охватит широкий круг боевых задач с высокой надежностью, рождаемой фишками ее полета.
Крылатая ракета может влететь Вам в форточку? А это действительно так?
Общеизвестно, что данные о любом, особенно технически сложном оружии, состоящим на вооружении любой армии, строго секретны.
Вместе с тем, все открытые источники информации (печатные и электронные) просто переполнены обсуждениями возможностей новейших образцов вооружений. Резонно задать вопрос: «Если тактико-технические характеристики всей военной техники засекречены и потому неизвестны, то что же тогда обсуждают авторы многочисленных аналитических статей?»
Очевидно, что источников информации для всех интернетовских «исследований» два:
— Умышленные утечки информации производителей оружия или военных . Оружейные концерны используют такие утечки для саморекламы, а военные для введения противников в заблуждение. В этом случае часть данных хоть и не совсем верна, но в целом достоверна. Это касается второстепенных характеристик. (Длина, ширина, вес и т.д.) Остальное, т.е. ключевые параметры определяющие эффективность боевого применения оружия – откровенная дезинформация. Отделить одно от другого практически невозможно.
-«Фантазии и домыслы» патриотично и антипатриотично настроенных блогеров. При этом откровенная выдумка одного диванного стратега, тиражируется по всем изданиям как достоверный факт. И уже через некоторое время становится прописной истиной для следующих поколения исследователей.
Чем же тогда руководствоваться любопытному читателю открытых изданий? Как понять, что может, а что нет тот или иной образец оружия?
Взять например распространённый миф о точности крылатых ракет (КР), позволяющей последним «залетать в форточку». Насколько достоверна такая оценка?
В интернете есть масса статей с взаимоисключающими выводами и явно неправдоподобными цифрами. В телевизорах мелькают впечатляющие кадры. На изображении здания (непонятно какого, большого или маленького. Ведь масштаб то не указан.) пляшет угрожающий крестик- символ высоких технологий. Затем ослепляющий камеру взрыв. И все. А вопрос о том, так попали все таки куда хотели или нет, а если промазали, то насколько, так и остается без ответа!
Точность попадания – это пожалуй самая строго охраняемая характеристика для любого боеприпаса. Поэтому ожидать, что ее можно узнать из газет – наивно.
В такой ситуации, когда достоверной информации нет и быть не может, хотелось бы попытаться, отложив в сторону все многочисленные публикации о КР, на основе пусть даже самых общих, зато явно достоверных рассуждений, анализа немногих, но заслуживающих доверия цифр, попытаться определить точность попадания в цель для ракет этого класса.
И хотя вычислить строгими методами с какой точностью поражают цель эти боеприпасы нереально , тем не менее возможно, хотя бы «почувствовать на пальцах» величину этого важнейшего и самого секретного параметра. Такая попытка и будет сделана в этой статье.
Итак.
(1). Типы крылатых ракет
Все существующие в мире крылатые ракеты можно условно разделить на 2 неравные группы.
(а). Первая группа. «Слепые» боеприпасы. Ракеты без головок самонаведения.
Таких КР подавляющее большинство в арсенале любой страны. К ним относится и «Томагавки» (за исключением вероятно самой последней модели), отечественная Х-55, знаменитые ракеты семейства «Калибр» и т.д.
Алгоритм работы даже самой современной крылатой ракеты сводится к следующему. Перед стартом в ее память заносятся координаты цели и основных точек маршрута. Следуя заданным курсом, ракета все время определят свое местоположение. В случае ухода от маршрута ее «мозг» выявляет накопленное отклонение и дает команду на рули для корректировки направления движения. «Глаз», т.е. головок самонаведения (ГСН) у КР этого типа нет. Поэтому «увидеть» свои цели они не в состоянии. Таким образом боеприпасы наводятся не на саму цель, а в точку с заданными координатами.
Далее будем полагать, что координаты цели известны с очень большой точностью. Иными словами место объекта поражения достоверно известно (Без ошибок).
(б). Вторая группа. «Зрячие» боеприпасы. Самонаводящиеся ракеты.
Информация о таких КР появилась в открытых источниках совсем недавно. Так, по данным американской прессы, «Томагавк» последней модификации (Block IV) имеет некоторое устройство, картинку с которого ракета через спутниковый канал связи транслирует оператору. Этот управленец, сидящий где то Америке, разыскивает цель на полученном изображении и указывает на нее ракете, которая берет этот объект на сопровождение и начинает наводиться прямо на него.
В отличие от КР первой группы, для ракет с ГСН ошибки знания крылатой ракетой своего места особо влияния ни на что не оказывают. Сама головка самонаведения, нацеленная удаленным оператором, наводит ракету прямо на цель.
До сих пор не совсем понятно на каких физических принципах могут работать такие ГСН.
Это может быть телевизионная камера. Но что будет мешать обороняющейся стороне закрыть объект атаки маскировочной сетью? И как атаковать, если во дворе плохая погода или ночь?
Применение инфракрасной камеры так же может ничего не дать, если температурный фон цели не контрастирует с фоном местности (Если у них одинаковая температура).
Это может быть радар миллиметрового диапазона. Но и в этом случае обороняющийся может сделать его применение бессмысленным, просто прикрыв объект атаки маскировочной сетью с металлическим нитями.
(2). Факторы, приводящие к промаху крылатых ракет мимо цели.
(а). Ошибки в определении собственного места. Для ракет без ГСН.
Предположим, что КР движется в безвоздушном пространстве. И никакие отклоняющие атмосферные явления (ветер, дождь, турбулентности, разрежения воздуха) ее с боевого курса не сбивают. Что может быть причиной промаха в этом случае?
Ракета следует по заданной траектории и непрерывно вычисляет координаты точки своего местоположения, «в уме» соединяет эту точку с центром цели линией боевого курса. Подлетев к объекту поражения, КР будет стараться совместить свое место с координатами этого объекта. Никакие отклоняющие факторы в этом гипотетическом случае на крылатую ракету не действуют. Траектория КР задолго до подлёта к цели стабилизируется и ракета движется в точности в соответствии с данными своего навигатора. (т.е. все переходные процессы вызванные маневрированием давно закончены и боеприпас летит строго вдоль линии боевого курса).
Таким образом, для случая отсутствия отклоняющих факторов, можно утверждать, что точность наведения крылатой ракеты на цель будет приблизительно равна точности знания ею своего места
(т.е. ошибка в попадании равна ошибке навигационного прибора).
На самом деле это утверждение не совсем точно. Могут присутствовать систематические ошибки, ракета может только что выполнив поворот, не успеть стабилизировать свою траекторию и т.д. Однако, для наших целей, т.е. для грубой оценки точности любого боеприпаса это предположение вполне приемлемо. И кроме того, приняв это допущение мы даем агрессору некоторое преимущество. Немного «переоцениваем» его возможности. С тем, чтобы знать как с этим справится даже в такой «тяжелой» для нас ситуации.
Следствие из сказанного. Если КР будет абсолютно достоверно знать свои координаты, она гарантировано попадет в цель. Т.е. крылатая ракета просто управляя своим полетом совместит собственные координаты с координатами цели. И если те и другие абсолютно точны промах исключается (Как отмечалось ранее влиянием атмосферы пока пренебрегаем).
Таким образом, ошибки в навигации есть первый фактор, приводящий к промаху ракеты.
Все сказанное, конечно же справедливо только для ракет без ГСН.
(б). Влияние атмосферных факторов.
КР с точки зрения аэродинамики представляет собой небольшой самолет довольно значительной массы (до 1.5 тонн) снабженный «крошечными крылышками». Иными словами этот летательный аппарат имеет для своего большого веса очень маленькие площадь крыла (поскольку крылья у него складные) и площадь рулей (курса и высоты) на хвостовом оперении ракеты.
Вот почему любая КР, независимо от модели и фирмы летными характеристиками. Ей требуется большая скорость (близкая к скорости звука) чтобы просто удерживаться в воздухе. Любое атмосферное воздействие легко сбивает ракету с боевого курса. А вот быстро вернуться на этот курс из за малой поверхности аэродинамических рулей ей достаточно трудно. И даже вернувшись на линию прицеливания, массивная КР скорее всего «проскочит» мимо этой линии и затем опять будет на нее возвращаться. Еще и еще раз (Затухающий колебательный процесс вдоль линии движения).
Таким образом крылатая ракета из-за влияния атмосферных отклоняющих воздействий «гуляет» или можно сказать «рыскает» вокруг оси движения в 2 плоскостях (По курсу и высоте).
Это и есть второй основной фактор, приводящий к появлению промахов при стрельбе крылатыми ракетами.
Это фактор действует в равной мере как на ракеты с ГСН, так и на ракеты без нее.
Приняв во внимание сказанное, можно утверждать, что ошибка навигационного прибора ракеты (ошибка знания ею своего места) и ее рыскание относительно линии прицеливания являются 2 основными факторами приводящими к отклонению управляемого боеприпаса от центра цели.
(3). Влияние отклоняющих факторов на ракеты разных типов.
На крылатые ракеты без ГСН одновременно оказывают влияние оба указанных выше отклоняющих фактора.
Для ракет с ГСН ошибка ее навигационного приемника в принципе особого значения не имеет. Точности любого навигатора хватит, чтобы долететь до района цели, где заданный объект будет обнаружен оператором и введен в ГСН в качестве цели (Если оператор заданного объекта не обнаружит, то КР станет ракетой первого типа. Т.е. будет наводиться по данным своего навигатора).
Таким образом ясно, что на наводящиеся на цель ракеты с ГСН будет влиять только один отклоняющий фактор — ее «рыскание» на боевом курсе из за влияния атмосферы. Очевидно так же, что чем хуже аэродинамика и тяговооруженность боеприпаса, тем труднее ему возвращаться на курс после окончания отклоняющего воздействия. И, соответственно, тем меньше будет точность КР.
Таким образом, с тем, чтобы рассчитать точность попадания в цель любой крылатой ракеты необходимо:
— Вычислить точность навигационного приемника ракеты.
— Определить точность попадания ракеты при влиянии на ее полет отклоняющих атмосферных воздействий.
— Для ракет без ГСН надо сложить точности навигатора и отклонения за счет рыскания. Чтобы получить результирующую точность (Не арифметически, а методами теории вероятностей). Для самонаводящихся ракет аккуратность наведения будет определяться только точностью попадания при воздействии отклоняющих атмосферных явлений.
(4). Показатели эффективности и точности крылатых ракет.
Если выпустить по точечной цели большое количество крылатых ракет и посмотреть на результаты этого удара откуда-нибудь сверху, то можно будет увидеть, что точки попадания относительно этой цели образуют картину рассеивания по форме напоминающую заполненный воронками круг (бывает что и эллипс) с «расплывчатой» внешней границей . Плотность попаданий на единицу площади этого круга возрастает по мере приближения к центру.
Иными словами, очень малое количество боеприпасов попадает точно в цель. Места попадания остальных рассеяны относительно точки прицеливания.
И несмотря на то, что точка попадания ракеты относительно цели всегда носит случайный характер, методы оценки точности существуют.
При проведении любых стрельб используется общепринятый показатель, характеризующий точность. Это круговое вероятное отклонение. (КВО).
(а). Определение КВО.
КВО это радиус круга, в который ракета попадет с вероятностью 50 %. Иными словами КВО это радиус круга, в который «влетит» половина выпущенных по цели боеприпасов. (С точки зрения теории вероятностей это не совсем корректная формулировка, но для достижения нашей цели можно и так выразиться).
Из теории вероятностей известно, что в круг радиуса 2 (два) КВО попадет 93 % всех боеприпасов. И соответственно в круге радиуса 3 (три) КВО окажется 99.8 % всех крылатых ракет.
Вместе с тем, как следует из определения, КВО характеризует рассеивание боеприпасов относительно точки прицеливания одновременно по 2 координатам. А для оценки вероятности попадания по 1 координате в практике артиллерийской стрельбы часто используется другой параметр — вероятное отклонение (ВО). Его часто называют срединное отклонение.
(б). Определение ВО.
ВО (срединное отклонение) — это половина интервала в который любой боеприпас попадет с вероятностью 50 % (Оценка осуществляется по 1 координате). Соответственно, на основании теории вероятности, в отрезок равный 6 ВО попадет 96 % всех ракет.
В том случае, если рассеивания попаданий боеприпасов относительно центра цели по каждой из координат подчинены нормальному закону, независимы друг от друга и равны (что может быть принято в качестве допущения для большинства грубых расчётов), то КВО и ВО связаны между собой простым соотношением.
КВО = 1.75 * ВО (1)
Таким образом, для оценки точности попадания крылатой ракеты достаточно каким-либо образом рассчитать ее КВО.
Если, как в нашем случае, на точность КР влияют 2 независимых отклоняющих фактора следует определить КВО каждого из них. Иными словами рассчитать КВОрыск.при рыскании КР на курсе, затем определить КВОGPS навигатора, установленного на этом типе самонаводящегося боеприпаса.
А потом сложить эти 2 величины (по правилам теории вероятности) и получить результирующую оценку точности – КВОкр крылатой ракеты без ГСН.
А для ракет снабженных ГСН точность попадания будет определяться исключительно величиной их рассеивания из за рыскания на курсе КВОрыск.
Однако само по себе знание КВО не позволяет понять эффективность боеприпаса. Для того, чтобы оценить опасность ракеты, необходимо уметь рассчитывать вероятность попадания ее в цель.
(в). Расчет вероятности попадания в цель.
Из курса теории вероятностей известна формула, по которой можно рассчитать вероятность попадания боеприпаса в цель круглой формы, радиусом R зная величину ВО или КВО.
Где : R- радиус круглой цели
ВО- вероятное отклонение для данного типа ракет. ( ВО = 1/1.75 * КВО)
В тех случаях когда вероятность попадания 1 ракетой велика, например она равна 0.95, можно полагать, что цель будет уверенно поражена одной ракетой.
Однако, если вероятность попадания небольшая, чтобы говорить о уверенном попадании, необходимо будет вычислять вероятность попадания в объект хотя бы одной ракеты из залпа.
(г). Расчёт попадания в цель хотя бы одной КР из залпа в нескольких ракет.
Для проведения этого расчёта достаточно воспользоваться нескольким формулами из курса теории вероятности.
Пусть вероятность поражения цели 1 ракетой равна Р1 ракеты.
Если по объекту выпущено 2 боеприпаса, то вероятность попадания в цель хотя бы одного из них:
Если в залпе 3 ракеты, то вероятность попадания в цель одной из них:
И так далее для 4, 5 и более ракет в залпе.
Приведенные выше формулы будут достаточны для проведения самых простых, грубых, прикидочных расчётов.
Итак, осталось только рассчитать КВО для навигатора КР . А затем оценить КВО рыскания ракеты на курсе.
(5). Расчет КВО навигационных приемников крылатых ракет.
В разное время в качестве основных навигаторов в крылатых ракетах использовались системы основанные на различных принципах.
(а). Точность системы навигации TERCOM.(Радиовысотомерный способ)
Эта система использовалась в самых первых образцах КР. Навигационный прибор с помощью радиовысотомера снимал 3-х мерную картинку рельефа местности в районе, где пролетала ракета. Полученная таким образом картинка сравнивалась с опорной, хранящейся в памяти бортового компьютера. И на основе выявленных расхождений рассчитывалось местоположение ракеты.
КВО этого способа при наличии «ярко выраженного рельефа» оценивалось величиной порядка 90 -110 метров. Т.е. диаметр (не путать с радиусом) круга в который попадали 93 % всех КР, составлял 360 -440 метров. Это вполне приемлемая точность, при использовании в качестве боеголовки атомного заряда (Самые первые ракеты проектировались исходя из именно такого типа боевой части).
В случае же, если рельеф был однообразным, т.е. если ракета пролетала над степью, пустыней, сплошным лесом, вероятность того, что она вообще хоть что то определит была очень низкой. Иными словами точность этого метода определения места напрямую зависела от степени «развитости» рельефа.
В настоящее время этот способ навигации может использоваться лишь как резервный. И при оснащении крылатой ракеты «обычной» боевой частью – неприменим.
(б). Точность системы навигации DSMAC.
Как и в первом примере, навигатор DSMAC для определения места КР использует метод сравнения получаемой «картинки» местности с опорной величиной. Но в этом случае для получения указанной «картинки» использовался более точный измеритель — телевизионная камера. Полученное изображение сравнивалось с таким же изображением, хранящимся в памяти бортового компьютера. КВО этого метода составлял уже величину порядка 20 метров (Круг с 93 % вероятностью попадания имел диаметр 80 метров).
Из за низкой точности и эта система навигации для крылатых ракет с «обычной» боевой частью так же неприменима.
(в). Точность навигации при использовании приемника GSM (или ГЛОНАСС)
Существует несколько типов приемников GPS.
— Обычные «гражданские» приемники. Их точность при определении координат можно найти в открытых источниках. Это самый простой вид навигационных приборов.
— Приемники GPS военного назначения. В отличие от «обычных» навигаторов, в военных средствах используются одновременно 2 частотных диапазона и набор более помехозащищенных кодов (Дающих большую точность).
— Геодезические и другие стационарные приемники. Например установленные на станциях дифференциальной системы коррекции и мониторинга. Стационарные приемники обладают несколькими техническими преимуществами по сравнению с иными переносными гражданскими и военными навигаторами.
Во первых – они используют достаточно крупногабаритные и поднятые на высоту антенны, максимизирующие отношение сигнал/помеха. И следовательно повышающие точность.
Во вторых – они могут накапливать результаты измерений и, усредняя их, добиваться очень больших точностей определения координат.
По приемникам как первой так и третьей группы можно найти достаточно достоверные данные. По понятными причинам, какая либо вменяемая информация по военным навигаторам в открытой печати просто отсутствует. И получить ее откуда либо не представляется возможным.
В такой ситуации, когда производится достаточно грубая оценка возможностей КР по определению своего места можно использовать следующий подход.
Оценить отдельно КВО «гражданского» и стационарного приемников, а затем сделать предположение о том, что точность «военного» навигатора лежит где то посредине между ними. Т.е. считать, что точность измерителя координат на ракете очень приблизительно равна среднеарифметическому между «гражданскими» и «стационарными» навигационными приборами. По сути, иных путей хоть как то понять точность «военных» переносных навигаторов просто не существует.
Итак, американское правительство для заинтересованных специалистов, пользующимся обычными т.е. «гражданскими» приемниками, всю необходимую информацию о возможностях системы GPSразместило на официальном сайте: «Official US Government Information about GPS». Данные этого сайта используются американскими инженерами для проведения соответствующих расчетов.
По данным этого источника минимальная точность «гражданского приемника» по 1 координате определяется следующим. Измеренное место попадет в интервал 7.8 метра с вероятностью 95 %.( «Worst case accuracy 7.8 meter 95 % confidence interval» )
В то же время из определения вероятного отклонения известно, что 6 (шесть) ВО перекрывают интервал 7.8 метра с вероятностью 96 %. См. п. (4) (а)
Следовательно, разделив указанный интервал на 6, можно получить величину вероятного отклонения (ВО) по 1 координате. ВО будет равно 1.3 метра.
Пользуясь формулой (1), связывающей между собой ВО и КВО, возможно рассчитать круговое вероятное отклонение для «гражданского» навигатора GPS. КВОGPS будет равно приблизительно 2.275 метра.
По данным сайта «Российская система дифференциальной системы коррекции и мониторинга» специализированные стационарные станции для выработки сигналов коррекции, повышающих точность спутниковой навигации на территории РФ, замеряют свое местоположение по данным системы GPS.
Оценку точности координат на этих станциях при однократном замере можно считать близкой к предельной величине на сегодняшний день. По данным указанного официального сайта все измеряемые координаты без использования процедуры накопления и осреднения результатов попадают в интервал 4.5 метра с вероятностью 96%.
Тогда, тем же способом как и для «гражданских» навигаторов, легко вычислить для «стационарных» приемников ВО = 0.75 метра, КВО = 1.3 метра.
В соответствии с ранее сделанным предположением будем полагать, что точность «военного» приемника лежит где то посредине между «гражданским» и «стационарным» приборами.
В дальнейшем, для проведения расчетов, просто примем КВО любого «военного» навигатора приблизительно равной среднеарифметическому КВО этих 2 типов навигационных приборов. КВОGPS = 1.8 метра.
(6). Оценка отклонения крылатой ракеты от курса вследствие влияния дестабилизирующих атмосферных факторов.
К каким отклонениям от цели стратегических крылатых ракет приводит воздействие ветра, турбулентностей, восходящих воздушных потоков, зон с пониженным давлением и т.д.? Любые достоверные данные такого рода в открытых источниках информации просто не могут существовать. Ведь это, пожалуй. один из самых засекреченных параметров в ТТХ любой крылатой ракеты.
Как тогда оценить КВО? Единственным возможным вариантом является косвенная оценка основанная на достоверно известных характеристиках схожих летательных аппаратов. Истребители в этом случае изучать бессмысленно, т.к. по своим аэродинамическими свойствам они сильно отличаются от КР.
Для очень приблизительной оценки можно взять какую-либо другую ракету, хоть немного похожую на КР. Эта ракета должна наводится по данным головки самонаведения. Т.е. стремиться поразить видимую ей цель. И единственным отклоняющим ее от цели фактором будет являться влияние атмосферы.
Например, существуют уже устаревшие отечественные самолетные ракеты для стрельбы по неподвижным целям Х-29Т.
Аэродинамическая схема у них иная, чем у КР («Утка»). Но по своему весу они приближаются к крылатым ракетам. (Их вес ориентировочно – 700 кг, вес БЧ – 300 кг). Способ наведения «по данным телекамеры».
Строго говоря Х-29Т по своим аэродинамическим характеристикам (как видно из картинки) не полностью соответствует стратегическим крылатым ракетам. Но мы все равно будем рассматривать ее в качестве прототипа, т.к. рыскание этой ракеты на боевом курсе будет меньше чем у КР. В силу лучшей аэродинамики и тяговооруженности.
Имеется боевой опыт использования указанных ракет в Афганистане. За время афганского конфликта было произведено 139 пусков. По результатам боевого применения указанных авиационных ракет величина КВО составила 2.2 метра для телевизионной ГСН и КВО равное 3.5-4 метра для лазерного наведения.
Таким образом все выпущенные по цели Х-29Т попадали в круг диаметром 8.8 метра с вероятностью 93% и в круг диаметром 13.2 метра с вероятностью 99 %
Будем полагать, что КВО стратегических крылатых ракет обусловленное влиянием атмосферных отклоняющих факторов, приблизительно равно аналогичному показателю ракет Х- 29Т и составляет 2.2 метра. (На самом деле, скорее всего КВО КР несколько больше из за худшей аэродинамической схемы и меньшей тяговооруженности. Но мы приняли допущения, что будем ставить «противника» в более выгодное положение и давать ему преимущество, чтобы увидеть наиболее худший для себя вариант).
(7). Расчет КВО крылатых ракет.
(а). Крылатые ракеты наводящиеся по данным собственно ГСН.
Как отмечалось ранее, причиной отклонения таких ракет от цели являются только атмосферные явления, заставляющие КР, наводящуюся на неподвижную цель по данным собственной ГСН рыскать на боевом курсе в 2 плоскостях.
Приблизительно точность стратегических крылатых ракет можно достаточно уверенно задать параметром КВО равным 2.2 метра.
(б). Крылатые ракеты, наводящиеся на цель по данным навигационного приёмника GSM.
Как указывалось ранее ошибка в попадании таких КР обуславливается влиянием 2 факторов.
Ошибками собственно навигатора – КВО =1.8 метра и ошибками из за рыскания ракеты на боевом курсе – КВО=2.2 метра.
На любую ракету не имеющую собственной головки наведения оба фактора действуют одновременно.
Зная КВО каждого из этих воздействий можно рассчитать, методами теории вероятностей, результирующий КВО (При этом складываются не сами отклонения, а мощности флюктуаций по каждой из координат).
Рассчитанный таким образом суммарное КВО стратегической крылатой ракеты без ГСН равно 2.85 метра.
(Некоторые открытые источники дают величину 3 метра . Следовательно такую оценку можно считать вполне достоверной)/ Это конечно не попадание в форточку, но довольно близко.
Сказанное означает :
— Что 93 % ракет попадут в круг диаметром 11.4 метров.
— Что 99.9 % ракет попадут в круг диаметром 17.1 метров.
Мощность БЧ большинства стратегических КР в тротиловом эквиваленте составляет приблизительно 500 кг. Силы взрыва такой массы взрывчатого вещества будет достаточно для разрушения любого незащищенного объекта в центре круга диаметром 17 метров.
Дом, транспортное средство, палаточный городок, мост, электростанция будут практически достоверно разрушены.
Следовательно, при КВО равному 2.85 метра крылата ракета способна решить задачу уничтожения незащищенных объектов.
А теперь осталось понять, насколько эффективны крылатые ракеты для поражения защищенных объектов. Например шахт баллистических ракет. Ведь в последние годы Америка постоянно угрожает РФ возможностью нанесения обезоруживающего удара.
Однако, для уничтожения малоразмерных защищенных объектов, таких как шахта межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) крылатая ракета оказывается не столь эффективной. Несложно произвести быстрый расчет.
Будем полагать, что шахта МБР с бетонным оголовком вокруг крышки представляет собой круг диаметром приблизительно в 6 метров.
Какова вероятность попадания крылатой ракеты с КВО= 2.85 в крышку шахты МБР?
Для количественной оценки можно использовать формулу (2) приведенную выше.
Проведя соответствующие вычисления, нетрудно получить вероятность попадания КР в крышку шахты МБР.
Такая вероятность Р равна 54 %.
Использовав формулу (3), позволяющую рассчитать вероятность попадания в цель круглой формы 2 боеприпасов, можно рассчитать суммарную вероятность попадания в крышку хотя бы 1 из 2 ракет в залпе. В этом случае (для 2 ракет) Р= 80%
.
Для 3 ракет в залпе вероятность попадания в шахту МБР равна 90 %.
Как видно, для гарантированного попадания в крышку шахты необходимо использовать 3 ракеты. Кроме того, даже прямое попадание в эту крышку или бетонный оголовок шахты не гарантирует уверенного уничтожения МБР. Поскольку у КР отсутствует кумулятивная БЧ, а при толщине крышки 1.5 метра стали баллистическая ракета может оказаться неповреждённой.
Следует учитывать, что проведенные нами расчеты проделаны для ракет не имеющих собственной ГСН и атакующих цель по данным приемника GPS.
Для крылатых ракет имеющих телевизионную ГСН, как указывалось выше, КВО будет приблизительно составлять 2.2 метра. Для такого КВО :
— Вероятность попадания 1 ракеты в шахту МБР составляет – 72 %
— Вероятность попадания хотя бы 1 ракеты в 2-х ракетном залпе – 92 %
— Вероятность попадания хотя бы 1 ракеты в 3-х ракетном залпе – 98 %
На самом деле, все выполненные нами расчеты очень приблизительны и помогают лишь почувствовать порядок величин и грубо оценить возможности современных стратегических крылатых ракет.
Вместе с тем, проводя эти хоть и примитивные, но понятные расчеты все преимущества отдавались стороне применяющей крылатые ракеты. Это делалось для того, чтобы понимать «самый худший вариант» для обороняющихся. (Иными словами – для стоящих в обороне хуже быть не может).
Так, используемая для расчета точность «военных» навигаторов системы GPS на самом деле будет меньше той величины, которая была нами принята для проведения оценок. (Эта точность все таки ближе к обычному гражданскому приемнику, чем к стационарной системе)
Сравнение по маневренности крылатых ракет и средств воздушного нападения СССР типа Х-29Т сделано в пользу КР. Фактически же величина их рыскания на боевом курсе в силу меньшей тяговооруженности и худшей аэродинамики будет выше.
Кроме того, проделанные здесь расчеты учитывают всего 2 самых «тяжелых» отклоняющих фактора, а на самом деле их значительно больше. Например, в самом начале было принято допущение о том, что координаты цели достоверно известны. Но это не так. И координаты цели так же известны с некоторой ошибкой и у этой ошибки есть своё КВО.
Кроме того, после каждого доворота начинается процесс установления новой траектории, сопровождаемый затухающими колебаниями КР вокруг линии курса. При наших расчетах мы посчитали, что все процессы в полете строго стационарны и не приняли это явление в расчет.
Поэтому, приведенные в статье оценки точности КР являются самыми оптимистичными для агрессора и ставят его в более выигрышную позицию. И даже в этом случае, против крылатых ракет можно бороться.
Резюмируя сказанное можно смело утверждать опираясь на вполне реальные приведенные выше цифры.
Для обороняющейся стороны:
— Очень приблизительно, но зато совершенно достоверно можно считать КВО стратегических крылатых ракет наводящихся по данным приемника GPS равной 3.5 — 4 метрам.
Для крылатых наводящихся по данным собственной ГСН КВО составляет ориентировочно 2.5 — 3 метра.
-Поскольку крылатые ракеты с головкой самонаведения в 1.5 раза эффективнее ракет, наводящихся по данным GPS, строжайшие меры по маскировке объектов должны применяться не только в прифронтовой полосе, но и везде в радиусе 1.5 тыс. км от точки возможного пуска. Т.е. следует заставить КР наводится не по данным ГСН, а по навигатору. Точность попадания в этом случае будет существенно ниже. И для уверенного поражения цели противнику потребуется иметь намного больше ракет в залпе.
— Для небольших, хорошо защищенных объектов (доты, штабы в бункерах, подвалы домов, шахты с баллистическими ракетами и т.д.) и движущихся объектов (автоколонны, поезда и т.д.),крылатые ракеты не очень опасны. Их точность попадания недостаточно высока.
— Особую опасность этот вид вооружений представляет для незащищенных объектов большой площади. Например: склады, мосты, дома, электростанции, палаточные лагеря, аэродромы, автомобили и самолеты на стоянках и т.д. Для защиты таких целей лучше всего использовать средства РЭБ.
— Везде, где расположены незащищенные объекты большой площади, представляющие собой значительную ценность, сигнал GPS должен подавляться. И если для этого антенну передатчика помех надо будет поднять на аэростате, то это следует делать. Подавить сигнал GPS даже наземными средствами радиоэлектронной борьбы возможно. В Сирии 60 % всех КР в залпе вообще не достигли района цели — авиабазы сирийских ВВС.
Валерий Прямицкий
