Виталий Каберник, Игорь Галабурда
С небес на землю
Для того, чтобы понять все технические проблемы противоракетной обороны, надо предельно четко понимать, от чего мы пытаемся обороняться. Здесь отечественный термин немного размыт, потому что ракеты бывают разные, и, скажем, крылатые ракеты являются целью для ПВО, больше похожей на небольшой самолет, причем чаще всего дозвуковой. У американцев все четко: оборона у них не противоракетная, а противобаллистическая. Баллистическая цель – совсем другое дело. Среди основных проблем ее перехвата выделяются:
1. Чрезвычайно высокая скорость, которая может превосходить первую космическую на входе в атмосферу;
2. Короткий активный участок и высокая энергетика разгона ракеты, что чаще всего делает невозможным перехват ее вдогон;
3. Для отделяемых боевых блоков – очень низкая ЭПР, что затрудняет надежное сопровождение цели и наведение противоракет или иных средств поражения;
Сложность селекции истинной цели – даже без использования комплекса средств преодоления ПРО в виде легких и тяжелых ложных целей вдоль траектории движения баллистической ракеты образуется значительное количество мусора, который был компонентами ракеты: отработавшие ступени, элементы конструкции, облака не отработанного топлива и др.
Устаревшая боевая часть Mk-5 МБР Минитмен-1. Белая – до пуска, обгоревшая и повреждённая – после приземления.
Современные БЧ Mk-21, используемые в МБР Минитмен-3 и БРПЛ Трайдент-2. Обратите внимание на оптимизацию аэродинамической формы.
Диаграмма ЭПР БЧ конической формы с различных ракурсов. Отчетливо видно, что ЭПР при наблюдении с фронта чрезвычайно мала, но РЛС на проходе может наблюдать БЧ как цель с ЭПР до 0.75 кв.м. Такая разница в наблюдаемой ЭПР делает привлекательным использование мультистатических (несколько разнесенных антенных блоков) РЛС в задачах ПРО.
Детали – потенциальные ложные цели, – которые образуются при отделении второй ступени устаревшей МБР Титан-2
Но при этом есть и положительные моменты, которые отчасти упрощают задачу ПРО:
1. Траектория движения боевых блоков – баллистическая, хорошо предсказывается, цели обычно не маневрируют, что упрощает расчет упрежденной точки, позволяет с хорошей точностью определить параметры движения цели уже на ранних этапах сопровождения;
2. Сама по себе ракета – массивная и крупная цель, старт которой уверенно фиксируется средствами космической разведки, а сопровождение на активном участке не представляет проблем;
3. Атмосфера эффективно отсеивает легкие ложные цели как искусственного, так и естественного происхождения, а плазменный след боевого блока отчасти упрощает его сопровождение после входа в атмосферу;
4. Несмотря на высокую прочность боевого блока, его уничтожение не является обязательным, поскольку даже незначительных повреждений корпуса будет достаточно для фатального нарушения траектории или ориентации с последующим разрушением самой атмосферой, а воздействие на ядерные материалы может превратить его в простую болванку.
ПРО-шники шутят (американские, это переведённая картинка)
Из этого всего следуют довольно очевидные выводы:
1. Баллистическую ракету лучше всего уничтожать на активном участке сразу после старта, что позволит избежать решения проблемы селекции ложных целей и для ракет с множественными боевыми частями уничтожить их все разом. К сожалению, для этого нужно находиться в непосредственной близости от нее, а окно перехвата – пара минут после старта. В большинстве реальных сценариев это невозможно.
2. Если ракету не удалось уничтожить на активном участке, крайне заманчиво уничтожить ступень разведения в ближнем космосе. К сожалению, для этого нужно разместить средства поражения в районе базирования ракет, на низкой орбите над ними для обеспечения приемлемого времени реакции. В большинстве реальных сценариев это невозможно.
Ступень разведения (боевая ступень) МБР LGM-118A Peacekeeper без боевых частей
3. Работу по целям имеет смысл начинать немедленно после определения параметров ее движения, то есть на внеатмосферном участке траектории. Так теоретически можно себе обеспечить комфортные пару десятков минут на обстрел и теоретически успеть выстрелить несколько раз. В американской терминологии это называется midcourse defense, поражение на среднем участке. Стратегическая ПРО США ориентирована именно на такой сценарий. Но при этом никуда не денется проблема селекции ложных целей и надежного сопровождения истинных – РЛС комплекса должны надежно и с высокой точностью сопровождать сотни объектов даже при ограниченном ударе.
4. Терминальный перехват боевых частей после их входа в атмосферу, как ни странно, несколько проще по причине отсева ложных целей, за исключением тяжелых. Кроме того, на терминальном участке боевые части уже не маневрируют. Но такой сценарий предъявляет жесточайшие требования ко времени реакции системы перехвата и ее надежности – остаются считанные секунды. Еще более неприятно то, что терминальная система перехвата имеет очень ограниченный радиус действия, а часто и сектор обзора, и территорию страны в целом с ее помощью защитить можно только если развертывать их сотнями.
Ракетный комплекс LGM-118A Peacekeeper проходит испытания на атолле Кваджалейн на Маршалловых островах. Это фотография с длинной выдержкой, показывающая траектории нескольких боеголовок, доставленных одной ракетой.
Тем не менее, исторически системы ПРО начинались именно с терминальных систем перехвата. Проектировать их в СССР и в США начали почти одновременно, и технические проблемы, с которыми пришлось столкнуться, были, конечно, одинаковыми, но решали их по-разному. Например, первая советская противоракета В-1000 была неядерной, но очень точной, что потребовало использования нескольких РЛС наведения на цель. Несмотря на распространенный миф об отставании СССР в электронике, США не удалось добиться аналогичной точности в первых своих системах ПРО, и расчет показывал, что проектируемый комплекс Найк-Зевс будет использовать до 20 противоракет для перехвата одной боевой части МБР. Его сменила система Nike-X, которую оснастили первой в мире РЛС с АФАР.
Прототип РЛС MAR в составе испытательного комплекса. Обратите внимание на «забор», защищающий окрестности от излучения РЛС. В составе прототипа РЛС использованы клистроны мощностью до 1.9 МВт. РЛС испытана с одним антенным полотном, аналогично отечественному полигонному образцу Дон-2П, развернутому на полигоне Сары-Шаган. В полном составе 4 антенных полотна должны были набираться из 25620 передающих элементов, каждый из которых подключался, изготавливался и тестировался индивидуально. В ходе испытаний была показана крайне низкая надежность передающих модулей на лампах бегущей волны, из-за чего РЛС не смогла работать без сбоев более 50 минут.
По идеологии эта система перехвата была похожа на отечественную С-225, но по нашим меркам переусложнена – массовое развертывание таких комплексов едва ли было возможным. Простая арифметика не раз показала, что мероприятия по защите населения и гражданская оборона на порядки эффективнее, чем массовое развертывание систем ПРО. Но при этом систему все же удалось довести до действующего образца, который должен был прикрывать ракетные поля от контрсилового удара. Смысла в этом было немного: в большинстве сценариев ответно-встречного удара лучшей защитой собственных МБР является их немедленный запуск, а прикрывать пустые шахты незачем. Так что о противоракетах того раннего периода можно поговорить как-нибудь в следующий раз. А нас сейчас интересует практический выход из разработок того времени, который используется до сих пор.
Казалось бы, несколько неожиданно, но на самом-то деле нет, все современные компоненты стратегической ПРО США выросли из той же самой СОИ. Конечно, они выглядят не так эффектно, как фантастические лазерные или космические системы, но до практической применимости их удалось довести довольно быстро. В том числе потому, что разработчики СОИ опирались не только на ранние разработки типа системы ПРО Sentinel (закрыта после ровно одного дня в строю), но и на широкий спектр разработок «космического отдела» и имевшиеся в наличии компоненты баллистических ракет.
Разработки противоракет-перехватчиков в рамках программы СОИ условно разделились на две ветви: повышение эффективности систем терминального перехвата и разработка систем перехвата на среднем участке траектории. По терминальному направлению было принято радикальное решение: полный отказ от имевшихся неуклюжих наработок в пользу создания нового компактного и безопасного (то есть неядерного) перехватчика высокой маневренности средней дальности ERINT.
Противоракета ERINT на 14-й Международной выставке вооружений "Дефендори 2006" (Defendory 2006) в Греции
Для среднего участка траектории разрабатывались перекрывающиеся системы эндоатмосферного и экзоатмосферного перехвата. Основные направления работ:
1. Эксперимент FLAGE (гибкая легкая высокоманевренная система управления) подразумевал разработку очень компактной противоракеты в калибре до 100 мм с активной РЛС наведения миллиметрового диапазона.
Прототип противоракеты, использованный в эксперименте FLAGE.
Обратите внимание на почти полное отсутствие аэродинамических плоскостей. Эксперимент предусматривал доказательство возможности полностью активного управления ракетой, но в реальных образцах, вставших на вооружение в составе Patriot PAC-3 ракета уже имеет элементы аэродинамического управления и стабилизации для упрощения конструкции.
Для разработки такой миниатюрной ракеты пришлось почти полностью отказаться от аэродинамических элементов управления. Прототип стабилизировался вращением с небольшой скоростью на стадии сближения с целью с увеличением оборотов до 180/мин. на конечном участке перед поражением.
Ракета ERINT, второй прототип (макет) в составе экспозиции полигона White Sands. На заднем плане видна ракета SM-2ER для сравнения
Такая хитрая схема использована не просто так. Управлялась эта ракета с помощью 216 одноразовых микродвигателей в носовой части, и, благодаря аэродинамической неустойчивости, могла изменять свою траекторию с перегрузкой до 100g.
Блок микродвигателей поперечного управления ракеты MIM-104F (ERINT) в разрезе, макет, фото с выставки в Греции
Вращение же было нужно для того, чтобы запаса одноразовых микродвигателей хватило для маневров в любом направлении – когда часть из них в полете уже отработала, то благодаря вращению можно было пользоваться теми, которые еще остались в другом секторе. Прототип испытан в 1984 г., а в 1986 г. осуществлен первый автономный (без подсветки РЛС комплекса) перехват простой цели с ЭПР порядка 1 кв.м. В 1987 перехвачена ОТР Лэнс, двигавшаяся со скоростью около 1 км/с.
Редкое фото перехвата ОТР «Лэнс» комплексом «Пэтриот» в ходе испытаний. Редким является потому, что специалист видит, что БЧ перехваченной ракеты продолжила движение к цели, и фотографию стараются не афишировать. С той же проблемой США неоднократно сталкивались при перехвате иракских «Скадов».
2. HOE (homing overlay experiment) проводился параллельно для обеспечения возможностей кинетического поражения в верхних слоях атмосферы или за ее пределами. Поскольку уверенности в возможности прямого попадания противоракеты по БЧ МБР не было, ее решили оснастить «зонтиком» диаметром 4 метра, чтобы надежно зацепить боеголовку.
Прототип противоракеты, использовавшейся в эксперименте HOE.
В 1984 г. импровизированная противоракета зацепила БЧ МБР Минитмен на скорости 6 км/с и высоте в 190 км. Потом разразился скандал из-за того, что цель была оснащена маячком и сама по себе противоракета на нее выйти не могла. Скандал замяли из-за риска репутационных потерь. Впрочем, вопрос наведения отдельный, мы к нему еще вернемся.
3. Перехватчик ERIS задумывался как попытка впихнуть в договор ПРО новую систему экзоатмосферного перехвата, по возможности недорого. Для решения этой задачи противоракету спроектировали на основе второй и третьей ступеней МБР Минитмен и оснастили «зонтиком» из соседнего эксперимента для кинетического поражения «примерно прямым» попаданием. Никакой БЧ не предусматривалось. Но разработка затянулась. К моменту первых реальных испытаний от неуклюжего зонтика уже отказались и оснастили противоракету автономной головкой кинетического перехвата, сконструированной с использованием наработок по космической части СОИ. В 1991 прототип ERIS успешно перехватил БЧ тестовой ракеты (не реальной МБР, а ракеты-мишени, изготовленной на базе списанной LIM-49 Spartan, тоже бывшей противоракеты) в космосе на высоте порядка 300 км, причем система наведения ступени перехватчика выделила реальную цель на фоне двух ложных. Ложные цели были простыми шарами, форма реальной существенно отличалась, но продемонстрирована способность распознавать образы с использованием матричной ИК-головки самонаведения.
4. Перехватчик HEDI должен был дополнять ERIS для эндоатмосферного перехвата, но использовать другой корпус, иметь повышенную маневренность. При этом ступень кинетического перехвата должна была быть унифицирована между системами. Проект закрыт, но как бы не до конца.
Внимательный читатель, возможно, задался уже вопросом, откуда у американцев такое увлечение кинетическим поражением. Ведь, казалось бы, противоракету можно оснастить и привычной осколочно-фугасной БЧ, или и вовсе ядерной. Здесь нам придется забежать немного вперед, чтобы дать объяснение.
Кинетический перехватчик EKV противоракеты GBI. Обратите внимание на схожесть формы и компоновки перехватчика с миниатюрными противоракетами из концепции Brilliant Pebbles (см. предыдущую часть). Сходство не случайно - это именно "галька" и есть. Только после 40 лет доведения концепции до ума и на ракете, а не на спутнике
Важнейшей проблемой ПРО является контроль поражения истинной цели. Ядерная БЧ при подрыве генерирует электромагнитный импульс (ЭМИ), который на время ослепляет РЛС, осуществляющую слежение за целью. Через некоторое время она снова может сопровождать цели и оценивать результативность поражения, но это драгоценные секунды, а то и десятки секунд. За это время не уничтоженная БЧ может уже взрываться над целью. В СССР проблему контроля поражения решили, но каким именно образом – это уже за рамками популярной статьи.
Поражение БЧ МБР осколочным полем при подрыве обычного ВВ создает другую проблему. БЧ МБР сама по себе является целью с очень малой ЭПР. Образующиеся при подрыве осколки беспорядочно вращаются, и каждый из них может иметь мгновенную ЭПР большую, чем сама БЧ. Для РЛС слежения это будет означать, что БЧ при поражении будет некоторое время закрыта облаком ложных целей с большей ЭПР. Их селекция возможна, но вновь занимает время, а времени критически мало. Кроме того, БЧ довольно прочна, и осколочное поле может оказаться недостаточным для надежного ее повреждения. Представьте себе лист алюминиевого сплава планера самолета толщиной менее миллиметра и сравните с тремя дюймами обедненного урана – получите представление о разнице прочности аэродинамической цели в сравнении с БЧ стратегического назначения.
Поэтому кинетическое поражение прямым попаданием одной болванки имеет свои преимущества в части надежности контроля этого поражения. РЛС слежения может сопровождать и поражающий элемент, и цель, контролировать попадание. Облака осколков нет, и всплеска ЭМИ от ядерного взрыва тоже не будет. При необходимости на кинетический «лом» можно даже прикрепить ответчик для надежного сопровождения. Вот такими примерно соображениями и руководствовались разработчики боевых блоков противоракет в США. Повторимся, другие методы тоже имеются, но магистральным направлением в Штатах стало увлечение прямым попаданием.
А теперь давайте поглядим, что получилось из ракетных разработок СОИ.
FLAGE превратился в ERINT, а ERINT в рамках программы модернизации Patriot Advanced Capability 3 (PAC-3) стал частью известной системы ПВО под обозначением MIM-104F.
Пусковая установка ЗРК Patriot PAC-3 с 16-ю ракетами MIM-104F MSE (вместо 4-х ракет MIM-104D)
По неподтвержденным данным, технология увеличения площади ракеты с помощью «зонтика» используется в его кинетической БЧ. Примечательно, что в пусковую ячейку Патриота влезает 4 ERINT вместо одной MIM-104C/D. Правда, эффективность его против аэродинамических целей, как признают и разработчики, не гарантируется, но не для того он и создавался.
ERIS в итоге и стал той самой основной ракетой стратегической ПРО США, GBI. Та же самая основа от Минитмена, доработки, кинетическая ступень перехвата и дальность, доведенная до нескольких тысяч км.
Противоракета GBI.
Ниже видео её испытаний
HEDI умер, но буквально сразу, в том же году воскрес под именем THAAD.
THAAD весьма эффективная система терминального перехвата, тоже с кинетической БЧ. Против МБР, скорее всего, бессильна, но в своей нише занимает достойное место.
Все противоракеты оперативно-тактического звена вместе: сверху вниз: Patriot PAC-3, PAC-3 MSE (усовершенствованный вариант для использования в составе комплекса MEADS) и THAAD.
В этой части мы не упомянули о противоракетах морского базирования Standard SM-3 различных модификаций. Но их возможности мы довольно подробно разобрали в статье про ЕвроПРО. Кроме того, флот – это другая епархия, и в систему стратегической ПРО включается не лучшим образом. Если даже закрыть глаза на откровенно попильный характер морской компоненты ПРО (к чему мы еще вернемся, когда будем разбираться с американскими РЛС ПРО), единственным адекватным применением морских противоракет может быть усиление обороны прибрежных районов, оборона заморских территорий и штатов (Гавайи, Гуам), а также придание уверенности союзникам типа Тайваня и Южной Кореи.
Тема не закончена. Продолжение следует
Подписавшиеся на мой ТГ канал получают оповещение о новых статьях независимо от настроения Дзена. Здесь нет рекламы и пустой болтовни
https://t.me/+zCb7GaRuIUVmMjhi
А в чате ТГ канала собрались адекватные и образованные люди, с которыми можно поговорить о многом.
https://t.me/+ez27Uogev_FhZDVi
Качабельный файл оглавления канала в Exel здесь