Виталий Каберник, Игорь Галабурда
Кулаки ПРО: главный калибр
Современная стратегическая ПРО США в части используемых средств поражения прошла большой путь от почти завиральных проектов вроде ускорителей частиц и рентгеновских лазеров с ядерной накачкой к классическим ракетным технологиям. Однако, средства поражения ПРО в США отличаются специфичностью, которая следует из богатого наследия программы СОИ, в рамках которой активно разрабатывались орбитальные системы поражения. Ни одно из этих средств так и не было на практике испытано в космосе в эпоху СОИ, но полученные на Земле результаты и прототипы произвели столь большое впечатление, что, будучи поставлены уже на ракеты различного класса, полностью вытеснили привычные осколочные боевые части и ядерные боеголовки с увеличенным выходом нейтронов и/или гамма/рентгеновского излучения, которые эффективно «зажаривали» цели даже без прямого контакта.
Ранний прототип Nike Zeus образца 1960 г., основы для противоракеты, создаваемой по программе ПРО Nike-X. В рамках программы планировалось построить 125 баз и разместить на них 6000 противоракет. Программа аннулирована в пользу системы Safeguard.
Эволюция боевых частей американской ПРО началась с термоядерных устройств в рамках программы Nike-X и, позднее, Safeguard. Cначала это были совершенно обычные одноступенчатые атомные боезаряды с тротиловым эквивалентом 10-20 кт, но их испытания на большой высоте показали довольно низкую эффективность против боевых частей МБР. На большой высоте при очень низкой плотности атмосферы из всех поражающих факторов ядерного взрыва сохраняются преимущественно излучение и потоки частиц. Поэтому в дальнейших разработках использовались уже специальные виды ядерных зарядов.
Термоядерный боеприпас двухступенчатой схемы для инициации второй ступени использует «обжатие» ее посредством гамма-излучения и плазмы из пластичного наполнителя. Для увеличенного выхода по гамма-излучению можно оптимизировать и вторую ступень, но это буквально означает, что расчетная мощность боеприпаса должна резко возрасти – боеприпасы ограниченной мощности во второй ступени не нуждаются. Она и возросла сначала до мегатонны, а после и до пяти мегатонн. Причем значительная часть этой энергии высвобождалась в виде того самого гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света на куда большее расстояние, чем остальные поражающие факторы ядерного взрыва.
Собственно, поражающие факторы ядерного взрыва в высокой степени связаны именно с гамма- и рентгеновским излучениями, которые поглощаются атмосферой и другими плотными преградами, что формирует огненный шар, разогретый до нескольких тысяч градусов, который, в свою очередь, отвечает за ударную волну. Вне атмосферы, или на большой высоте, излучение почти не поглощается до тех пор, пока не наткнется на что-то плотное, например обстреливаемую БЧ. И там поглощение энергии излучений вызывает разнообразные разрушающие эффекты.
Современная американская термоядерная БЧ интегральной схемы и северокорейские БЧ с ядерным устройством внутри сравнительно тонкостенного крупного обтекателя – сравните плотность компоновки
На ранние боевые части МБР плотный поток жесткого излучения оказывал опосредованное взрывное воздействие. На поверхности, обращенной к взрыву, мгновенно возрастала температура, что приводило к взрывным эффектам из-за абляции (испарения) материала, что, в свою очередь, порождало сверхзвуковые ударные волны в самом корпусе. Такое воздействие если не разрушало облучаемую стенку, то деформировало ее в достаточной степени, чтобы корпус был окончательно разрушен аэродинамическими силами, и если даже боезаряд кое-как сохранялся, то автоматика подрыва его уничтожалась с гарантией.
Но более поздние боевые части стали оптимизировать для минимизации потерь скорости на прохождение атмосферы, в частности, для того, чтобы сократить время на обстрел на атмосферном участке. Они значительно меньше тормозятся в атмосфере, но и спроектированы в расчете на то, чтобы выдерживать разогрев до 11000 градусов. Для этого они обзавелись толстым термостойким покрытием, а в дальнейшем появились и несущие конструкции БЧ МБР, и оптимизированные для них заряды, где корпус большой толщины изготавливается с использованием обедненного урана и других материалов высокой плотности, особой керамики, карбон-карбоновых композитов и других высокотехнологичных материалов.
В отличие от сравнительно тонких гофрированных стенок ранних БЧ такой корпус не просто легче переносит абляцию – он и спроектирован в расчете на то, что его материал будет испаряться при прохождении атмосферы. Перед входом в атмосферу такие БЧ раскручиваются двигателями однократного включения до 10000 об/с и более для лучшей стабилизации, подобно пуле нарезного оружия. Атмосфера, таким образом, испаряет покрытие равномерно, как будто обрабатывает корпус БЧ на токарном станке – при этом полностью сохраняется форма и аэродинамические характеристики. В таких БЧ жесткое излучение уже не могло обеспечить надежное повреждение боевого блока. Кстати, для ракет меньшей дальности БЧ все еще используют тонкостенные «жестяные» корпуса – на них меньше нагрузка при входе в атмосферу, и особое совершенство и плотность компоновки обычно не требуются – скорости не те.
Обтекание БЧ и абляция корпуса на атмосферном участке
И вот – как часть экспериментов по противоракетным БЧ – прогремело ядерное испытание Starfish Prime, в ходе которого стало понятно, что подрыв БЧ ослепляет радары, а ионизация создает устойчивые радиационные пояса, которые по факту представляют собой долговременную помеху. Ядерную БЧ, которая была бы лишена этих недостатков, создать было возможно – для этого требовалось, снизить выход гамма-излучения и увеличить выход нейтронов. Воздействие такой БЧ на цель стало бы другим – инициация частичной и не синхронизированной в объеме реакции деления ядерных материалов внутри цели с ядерной боеголовкой, что становится как бы «прививкой» от ее подрыва.
Но испытание Starfish Prime произвело неизгладимое впечатление на американцев, и дальнейшие разработки боевых частей переключились на неядерные средства, а РЛС предупреждения и управления стрельбой, как упоминалось в предыдущих частях, переползли в малоуязвимые для радиационных засветок диапазоны, из-за чего также снизилось их разрешение. А эффект радиационных поясов тоже не преминули использовать для испытания «противоракетного щита»: радиационного пояса, проходя через который советские ракеты должны были необратимо терять электронику подрыва ядерного заряда. Впрочем, это было скорее испытание из любопытства и на пропаганду – давно было известно о радиационной стойкости бортовой автоматики МБР.
Документальная хроника американских ядерных испытаний вне атмосферы, видео смонтировано авторами из фрагментов фильма Trinity and Beyond.
В отечественном сегменте интернета широко распространен миф о том, что задачи ПРО и борьбы со спутниками прекрасно решаются выводом на орбиту ведра с гвоздями. А вот американцы зачем-то заморочились с хитрыми схемами самонаведения и кинетическим поражением – наверное, гвоздей у них нет даже на одно ведро, или на орбиту вывести не судьба. На самом-то деле американцы от этого метода отказались не просто так, и в ходе экспериментов вывели на орбиту далеко не одно ведро разных поражающих элементов. Ну а если вы продолжаете верить во всемогущую пачку гвоздей, задумайтесь над следующими вопросами:
1. Плотность стали составляет 7.7-7.9 г/куб. см, и типичное 12-литровое ведро гвоздей будет весить более 90 кг, которые требуется забросить на орбиту;
2. Фронтальная площадь типичной БЧ МБР составляет около 0.125 кв.м, и для ее поражения вам потребуется обеспечить плотность гвозде-осколочного поля в 8 гвоздей на квадратный метр, или более при равноплотном поле;
3. Пучок траекторий БЧ индивидуального наведения расходится в довольно широкий сектор, площадь которого для одной МБР может превышать, скажем, площадь Московской области;
4. Гвоздь является эффективным дипольным отражателем, и при беспорядочном вращении в космосе в некоторые моменты имеет ЭПР значительно больше, чем БЧ МБР, которую он хочет зацепить.
Но с «гвоздями» американцы тоже попробовали, правда не как с поражающими элементами, а для создания облака виртуальной антенны в интересах дальней радиосвязи. В ходе эксперимента «Вэстфорд» в 1961-62 гг. тремя запусками они вывели на орбиту 1.5 млрд. медных иголок длиной 17.8 мм и толщиной 1.7 мкм. Иголки живенько собрались в орбитальный бублик, разошлись в несколько пятен и дали пищу для размышлений о сложности расчетов движения миниатюрного космического мусора.
Разбрасыватель гвоздей/иголок «Вэстфорд-2»
В общем, с гвоздями все не так просто. Да и, по сути, все эти гвозди – это осколочное поле. Лучше экспериментировать с шариками, их и в ведро можно набить поплотнее. Так и сделали.
Классическая осколочная БЧ при подрыве в космосе имеет очень небольшой радиус поражения, но и так было ясно, что точность придется наращивать. Проблема была в том, что металлические осколки в количестве по много тысяч, которые беспорядочно продолжали полет по тысячам орбит, создавали облако помех для сопровождения последующих целей немногим хуже «пузырей» ионизации от ядерной БЧ. Перегрузка РЛС сопровождения предвиделась чудовищной, а контроль поражения осуществлять было практически невозможно.
Американцы попробовали выйти из ситуации очень изящным, на первый взгляд, способом. Осколки сделали радиопрозрачными, из лексана, пластика группы поликарбонатов. В качестве дополнительного преимущества резко снижается вес – плотность лексана всего лишь 1.2 г/куб. см, немногим больше воды, и ведро осколков стало весить уже не под сотню кг, а меньше 15. В атмосфере поражающие элементы должны быть потяжелей, чтобы дольше сохранять энергию, но в космосе и легкие будут летать достаточно далеко. Лексановые шарики хорошо работали по цели в лаборатории, когда их разгоняли по отдельности, но отвратительно вели себя, когда их разгоняла взрывчатка – крошились, летели в непредсказуемых направлениях, обугливались с потерей прочности и частично испарялись. Попробовали рассеивать эти поражающие элементы не взрывом, а сжатым газом. Площадь осколочного поля оказалась чрезвычайно мала, поле было не равноплотным, через него можно было и проскочить. И вот только тогда на первые роли вышли кинетические боевые части, поражающие БЧ МБР прямым попаданием, поскольку стало понятно, что осколочное поле не так уж существенно снижает требования к точности выхода на цель, но при этом осколки отнимают часть полезной нагрузки, а прямое попадание обеспечить немногим сложнее.
Фото в свободном доступе
Эту фотографию мы уже приводили: результат попадания лексанового поражающего элемента, разогнанного до первой космической скорости по блоку алюминия в ходе эксперимента KEW. Фото в общем доступе, Википедия.
Самым главным выходом из работ по программе СОИ, за исключением ее влияния на неокрепшие умы, стали наработки по теме Brilliant Pebbles, которые мы уже неоднократно упоминали в предыдущих статьях цикла. И все работы по поражающим элементам шли с оглядкой именно на этот орбитальный перехватчик. Изначально это был микроспутник, имеющий систему управления достаточно точную, чтобы выходить прямо на, а еще он задумывался предельно легким, чтобы на орбиту забрасывать побольше в одном запуске. Столкновение на скорости порядка первой космической что с единичным лексановым шариком, что с самим корпусом перехватчика уничтожало бы цель с гарантией. Отказ от осколочных элементов в пользу кинетического «лома» позволял снизить массу перехватчика на десяток-другой килограмм, а это значило, что в одном пуске их можно было выводить на орбиту побольше – а выводить планировалось тысячами.
Прототип этого боевого модуля испытали буквально в гараже-ангаре – он весело летал на своих микродвигателях, надежно поддерживая ориентацию на цель и достаточную тягу основных двигателей, чтобы компенсировать земное притяжение в любом положении. И тут концепция изменилась, и выяснилось, что рой спутников НАСА на орбиту выводить отказывается. Но боевой модуль-то уже есть, почти работает! Не пропадать же добру! Добро и не пропало – оно стало основой для разработки основного автономного кинетического перехватчика EKV, который используется в качестве боевой части противоракет GBI. Но наследие Brilliant Pebbles предопределило на долгие годы вперед концепцию перехвата на среднем участке траектории, в то время как системы терминального перехвата МБР задвинули в дальний угол.
Испытания различных кинетических автономных боевых модулей в ангаре
До того, как стать EKV, впрочем, прототипу боевого модуля пришлось измениться. Сначала предполагалось, что он будет выходить на сравнительно близкую цель по целеуказанию, полученному от изощренной системы сенсоров космического и наземного базирования, а собственная ГСН будет использоваться только на конечном участке для финальной коррекции траектории. Ведь изначально перехватчик должен был висеть на орбите прямо над территорией потенциального противника, и лететь до цели ему было недалеко. Но когда произошел спуск ПРО с небес на Землю, в рамках концепции перехвата на среднем участке траектории лететь стало гораздо дальше. По сути, этот микроспутник надо было выбросить на орбиту, для этого нужен был ракетоноситель космического класса, по штуке на каждый перехватчик, а не один на пачку. А там, на орбите, ему надо было еще маневрировать в очень большом объеме, многократно корректировать свою траекторию, может, менять параметры орбиты – тормозить и разгоняться. Для этого на борт пришлось взять больше рабочего тела, чем при выходе на цель с орбиты где-то над ней.
Ранний и поздний прототипы перехватчика EKV. Обратите внимание на увеличение габаритов и дополнительные баки рабочего тела.
Потом вспомнилось про ложные цели, которые с фронта для бортовой оптической ГСН выглядят в точности, как и истинные – это точки и круглые пятна. Модуль дополнили программой маневрирования для распознавания формы цели – теперь он выходил на поражение не точно навстречу, а облетал и осматривал цель перед тем, как с ней столкнуться, чтобы убедиться, что сбоку она похожа на БЧ по форме. Траектория при этом непростая – облетать нужно чуть «снизу», чтобы посмотреть на цели на фоне космоса. А значит, что и промежуточная орбита EKV характеризуется немного меньшей скоростью, и вместо того, чтобы просто столкнуть его с целью лоб в лоб, теперь приходилось его выводить на столкновение под углом и дополнительно разгонять после опознания цели, чтобы выйти на траекторию столкновения. Еще увеличиваем запас рабочего тела. Под конец все эти ранее неучтенные нюансы орбитального маневрирования привели к тому, что EKV в исполнении для применения с Земли сильно потяжелел и растолстел в габаритах в сравнении с исходным микроспутником, несмотря на все попытки срезать вес за счет поражения прямым попаданием. Но это никого не остановило – слишком много было уже вложено в программу разработки, и путь был ясен. Осталось найти носители – не просто какие-то небольшие ракеты, а нормальные ракетоносители для заброса перехватчиков на орбиту, пусть и легкого класса.
Вывод EKV навстречу обстреливаемой МБР – это задача, весьма схожая с собственно пуском МБР по наземной цели. Просто он на Землю не упадет, но вывести в нужный сектор его требуется с точностью, аналогичной выводу на траекторию БЧ МБР – может, незначительно меньше. Поэтому и носитель для него лучше всего получится из той самой МБР. Причем до сих пор оцениваются возможности поставить на носитель не один перехватчик, а несколько, подобно разделяющимся головным частям, но пока ставят только одну из общих соображений рачительности – вдруг, вторая цель будет вне доступного пучка траекторий, и второй перехватчик на голове этой переделанной МБР пропадет даром?..
Американские МБР. На переднем плане снятая с вооружения LGM-118 Peacekeeper, ставшая одним из доноров для противоракеты GBI, левее Minuteman III.
Для перехвата на среднем участке EKV поставили на загадочную ракету OBV – Orbital Boost Vehicle. Ничего загадочного в ней на самом деле нет – переименовали ее, чтобы напустить тумана и обойти некоторые ограничения договоров по ограничению стратегических вооружений. Трехступенчатая ракета идеологически наследует проекту ERIS, когда перехватчик планировали поставить на старую добрую МБР Минитмен, но на ее запуск наша СПРН среагировала бы крайне нервно, вплоть до ответно-встречного удара. Тогда носитель слепили из нескольких разных ракет, причем схема модульная и итоговая противоракета бывает двух- или трехступенчатой. Двухступенчатый вариант разрабатывался для размещения в Европе, пока на чехов и поляков не снизошло просветление по линии отечественной военной дипломатии.
Ну а OBV собрана из компонентов снятой с вооружения МБР Peacekeeper, известной у нас также как MX и ступеней плохо востребованного ракеты-носителя воздушного пуска Pegasus. Сходный комплект «на гражданке» проходит как ракетоноситель легкого класса Taurus/Minotaur III. Вместе с кинетическим перехватчиком EKV эта противоракета получила название GBI. Медленная, тяжелая и хрупкая ракета с неспешным стартом, но ей и не нужна высокая энергетика разгона – главное в конце активного участка достичь нужной скорости, ведь перехват она должна осуществлять максимально далеко от прикрываемого объекта, за счет чего этот объект может по площади быть и целой страной.
Сравнение в масштабе МБР Minuteman разных поколений, МБР Peacekeeper и различных версий ракетоносителя Minotaur, сделанного из их ступеней.
Поскольку носитель собран «из наличия», начальный контракт предусматривал производство только 44 противоракет, включая 7 штук для проведения испытаний. Всего планировалось 64 противоракеты, но имеющегося задела (на боевом дежурстве стояло только 50 MX и некоторое количество разгонных ступеней было дополнительно произведено на будущее) на это не хватило, в том числе потому, что этот задел используется также для производства ракет-носителей космического класса. И это проблема в части доведения арсенала до необходимой численности. EKV можно поставить на любую ракету, которая способна его выбросить на нужную траекторию с нужной точностью, но поскольку выбран вариант шахтного базирования, эта ракета должна вести свою родословную от МБР. Так что остается вариант интеграции снимаемых с вооружения Минитменов (они же Минотавр-1/2), но ресурс их двигателей исчерпан даже с учетом всех модернизаций. В настоящий же момент будущее GBI выглядит неопределенным: мало того, что режут программу производства EKV, так и нет задела по носителям. В 2021 г. утверждена программа финансирования разработки нового носителя промежуточного дизайна, по результатам которой запланировано его заступление на вооружение в 2026 г., но сроки почти наверняка будут сдвинуты.
Таким образом, GBI, основное средство стратегической ПРО США для перехвата БЧ МБР на среднем участке траектории, является хоть и не экспериментальной противоракетой, но таки импровизацией с нулевым потенциалом для совершенствования. Да, она летает и в 4-х испытаниях из 7 смогла перехватить цель. Утверждается, что развернуто 40 ракет, но здесь стоит урезать осетра, потому что произведено 44, и как минимум 7 отстреляно на испытаниях. Из оставшихся 37 единиц 7 приписаны к базе Вандерберг, то есть находятся в экспериментально-испытательном статусе. Уверенно можно говорить о 30 единицах, стоящих на дежурстве в составе базы Форт-Грили на Аляске.
Противоракета GBI, погрузка в шахту
Интересен вопрос дальности этих противоракет. Формально она сопоставима с дальностью МБР, ведь забрасываемая масса перехватчика EKV невелика, порядка 64 кг. Но пуск может быть произведен только после фиксации запуска вражеской МБР, так что при равных скоростях дальность будет в два раза меньше. Именно такую дальность в 5500 км указывают оптимисты и другие не слишком добросовестные обозреватели. Это теоретический максимум.
Но реально дальность ограничена не энергетикой ракеты, а точностью целеуказания. Представьте, что вы стреляете в муху из снайперской винтовки. На каком-то расстоянии угловой размер мухи станет меньше, чем нитка прицельной сетки, она просто полностью скроется за ней. С поражением БЧ МБР все еще более драматично: если вы возьмете мишень №4 для практической стрельбы (грудная фигура), то попасть требуется как минимум в шестерку… на расстоянии в несколько тысяч км. Система самонаведения перехватчика поможет – он подрулит в каких-то пределах, но только в тех, на которые у него хватит запаса рабочего тела минус резерв на облет цели для опознания и финальный разгонный импульс для выхода на курс столкновения.
Если РЛС для выдачи целеуказания определяет координату цели с точностью в градус, цель на расстоянии в 3000 км может находиться в пятне диаметром 50-60 км. Есть основания полагать, что именно под такое пространство подогнаны резервы маневрирования по рабочему телу перехватчика EKV, и примерно такой будет максимальная дальность при стрельбе… если пуск производить заблаговременно «куда-то туда» и корректировать траекторию по мере уточнения целеуказания. Если же запуск происходит только после получения точного целеуказания, то дальность режется вдвое и составит около 1500 км. В реальности, вероятнее всего, пуск все же происходит с небольшим опережением, до получения точных координат, но с учетом возможности корректировать траекторию противоракеты, пока она проходит активный участок. Реалистичной максимальной дальностью будет 2000-2200 км.
Но если РЛС, обеспечивающая целеуказание, вынесена ближе к точке запуска обстреливаемой МБР – например, это плавучая SBX высокого разрешения, которую заблаговременно подогнали к северокорейскому берегу, – то координаты и параметры движения цели она определит раньше, и пуск можно разрешать на большем расстоянии. Свою лепту в определение координат могут также вносить и корабельные РЛС, включенные в сеть обмена информацией. Поскольку дальность по ракете можно считать неограниченной, в благоприятных условиях ее можно запускать сразу после точного выделения цели, то есть в идеальных условиях – сразу после завершения активного участка и разведения боевых частей. Так дальность пуска можно увеличить до 3500-4200 км.
Все эти спекулятивные расчеты работают только в идеальных условиях: где-то неподалеку от точки запуска у нас стоит РЛС высокого разрешения, или где-то вдоль траектории расставлены корабли, включенные в сеть обмена информацией. То есть совершенно бесполезны против МБР, стартующих из глубины континента – китайские и наши МБР можно будет обстреливать только по данным РЛС СПРН невысокой точности. В ряде отдельных случаев, например, при пуске БРПЛ ракетными крейсерами Северного или Тихоокеанского флотов от пирсов, точное целеуказание может быть обеспечено либо РЛС Globus II в норвежском Вардё, либо размещенной в Японии AN/TPY-1. Понятно теперь, зачем американцы так хотели под благородным предлогом защиты от несуществующих иранских и других ракет размещать эти РЛС везде, куда можно дотянуться?
При этом практическую эффективность противоракет GBI и системы на их основе оценить практически невозможно – мало данных. По результатам испытаний в идеальных полигонных условиях получается 4/7, около 57%. По реальным целям эффективность будет, конечно, ниже. В реальных боевых условиях, как в отечественных уставах, цели подобные БЧ МБР, вероятно, обстреливаются как минимум двумя ракетами для повышения вероятности поражения. С учетом траектории движения и проектной дальности, у противоракетного комплекса в самых идеальных условиях будет два окна перехвата на среднем участке, так что цель можно обстрелять дважды с расходом по два перехватчика – это приблизит вероятность поражения для простой цели, если она была надежно выделена РЛС обеспечения стрельбы, к приемлемым величинам.
Например. Для вероятности поражения цели одним перехватчиком равной 0.57, для двух она составит 0,82, а для четырёх 0,97. Таким образом, в условиях отсутствия помех и противодействия, обеспечения абсолютной технической надежности всех компонентов системы, систем связи и интеграции информации с множественных сенсоров, а также заблаговременного предупреждения, главный калибр стратегической ПРО США способен перехватить 7-8 БЧ на среднем участке траектории. При этом от ракет из Китая, или КНДР система ПРО США прикрывает всю территорию страны, что является ее несомненным преимуществом. Но вот допущений в схеме применения выходит многовато. Некоторые из них отмечены выше. А о других мы поговорим в одной из следующих частей, где подробно разберем схему перехвата в эшелонированной системе ПРО США. Но сначала в следующей части надо рассмотреть вспомогательный калибр уже для объектовой ПРО, по замыслу дополняющий GBI.
Надеемся, вечерок прошёл интересно? Нельзя впихнуть - сами знаете...
Вот и у нас не вышло. Придётся продолжить про кулаки.
Статьи у нас получаются длинные, хочется поделиться знаниями.
Предыдущие статьи цикла
Часть 1 ___ Часть 2 ___ Часть 3 ___ Часть 4___ Часть 5 ___ Часть 6