Виталий Каберник, Игорь Галабурда
Кулаки ПРО: средний калибр
Эшелонированная стратегическая ПРО обычно выстраивается, как несложно догадаться, эшелонами. Ранние разработки что у нас, что у американцев, развивали концепцию терминального перехвата – боевую часть МБР планировалось сбивать на конечном участке траектории, вблизи прикрываемого объекта. Очевидно, что это ограничивает зону прикрытия дальностью ракет, но при этом снижаются требования к самим ракетам и к системе селекции целей – легкие ложные будут эффективно отсеяны атмосферой. Происходит это из-за того, что БЧ очень эффективно тормозятся при входе в атмосферу.
Торможение боевой части в атмосфере напрямую зависит от ее аэродинамических характеристик. Ранние боевые части имели форму конуса с закругленной (условно сферической) оконечностью сравнительно большого радиуса, далее продолжались цилиндрической секцией и расширялись в «юбку». Такую же форму сохраняют боевые части устаревших ОТР и некоторых БРСД. Из-за особенностей формы они тормозятся атмосферой довольно быстро, но при небольших скоростях это не принципиально, тем более что они сохраняют способность к маневру, что для ОТР и БРСД с терминальным наведением является важным преимуществом.
Севеорокорейская ракета Хвасон-12, с моноблочной боевой частью старого дизайна.
Ранние БЧ проектировались в расчете на то, что торможение происходит сравнительно плавно, преимущественно в верхних слоях атмосферы – это была вынужденная мера в связи с невысокой прочностью корпуса и небольшой точностью наведения. Аэродинамика помогала снизить нагрузки и не уронить точность до неприемлемых величин. Но при этом к цели БЧ подходила на сравнительно небольшой скорости, в районе 3-4 Махов. На таких скоростях ее перехват становился возможным даже для неповоротливых и сравнительно медленных ракет, которые планировались к использованию в составе раннего комплекса ПРО Nike-X (он же Найк-Геркулес).
Ракеты зенитного ракетного комплекса Nike-X на стартовой позиции.
Поздний дизайн боевых частей близок к идеальному конусу с оптимально рассчитанным углом у основания, который минимально тормозится атмосферой. Если ранние боевые части начинали тормозиться уже на высоте около 60-70 км, то современные начинают значимо замедляться только на высоте 30 км – это справедливо для боевых частей МБР.
Замедление боевой части на траектории прямо увязано с ее формой и в пределе достигает 30g. Пик торможения для боевых частей устаревшей формы достигается на высоте около 30 км (перегрузка при этом нарастает плавнее), после чего замедление быстро падает, а на высоте около 7 км скорость стремится к постоянной. Для современных БЧ МБР максимальное замедление достигается на высотах 15-17 км, что позволяет им быстро преодолеть верхние слои атмосферы и сократить время нахождения в зоне эффективного обстрела. При минимальной потере скорости современные БЧ МБР достигают уровня поверхности, сохраняя гиперзвуковую скорость в 5-7 Махов.
Эволюция форм головных частей баллистических ракет
Боевые части старого дизайна, ОТР и БРСД – особенно без отделяемой БЧ – тормозятся гораздо интенсивнее. Уже на высоте порядка 20 км их скорость не может превышать 10 Махов, а торможение продолжается. На высоте 15 км скорость падает до примерно 3 Махов, и после этого постепенно перестает снижаться. Таким образом, с высоты 15 км БЧ ОТР или БРСД для ЗРК ПВО представляет собой знакомую 3-Маховую цель, только с низкой ЭПР. При характерном угле падения порядка 50-60 градусов и возможности предсказать траекторию с хорошей точностью это делает БЧ устаревших ракет сравнительно простой целью для перехвата системами ПВО при должном предупреждении.
Разработчики современных ОТРК и БРСД прекрасно осведомлены об этом недостатке, поэтому при падении скорости ниже определенного порога (раньше нельзя – разломит перегрузкой) современная БЧ ОТР/БРСД, или ракета/боевая ступень в сборе выполняют противозенитный маневр, чтобы пройти атмосферный участок как можно быстрее. На высоте около 50 км они переходят к пикированию и падают на цель почти вертикально, с углом 80-90 градусов. Скорости это не особо прибавляет, но атмосфера проходится быстрее за счет увеличения угла пикирования.
Траектория полета БРСД Першинг-2 с коррекцией на атмосферном участке и выход на цель в глубоком пикировании
БЧ МБР и некоторые БРСД повышенной дальности, вроде отечественной РСД-10 (на Западе их называют ракетами промежуточной дальности, БРПД) используют другой метод сокращения участка, на котором их можно поразить: их аэродинамика оптимизирована, чтобы падение скорости было минимальным. БЧ МБР начинает экспоненциально терять скорость лишь на высоте около 30 км, но БЧ БРПД/БРСД из-за меньшей скорости на входе в атмосферу и другого угла падения начинает тормозиться уже на высоте 60 км. В итоге на цель она выходит с примерно той же скоростью, что и БЧ устаревших форм, или ОТР: те же плюс-минус 3 Маха. Но до такой скорости она затормозится на высоте менее 7 км, а выше, по причине гиперзвуковых скоростей, перехватить ее сможет далеко не каждый ЗРК.
Типичные параметры движения БЧ разных классов на конечном участке можно свести вот в такую таблицу:
В таблице не рассматриваются гиперзвуковые боевые блоки; у них параметры движения другие, и они могут сохранять гиперзвуковую скорость вплоть до выхода на цель на уровне земли, почти как БЧ МБР. Их скорость при прохождении атмосферы без ускорителей точно так же падала бы, но для них характерен активный конечный участок, где скорость сохраняется примерно постоянной вплоть до поражения цели.
И угол входа боеголовок в атмосферу также зависит от удаления, с которого произведён пуск ракеты.
Зависимость угла входа боеголовки в атмосферу от удаления точки старта
В логике эшелонированного прикрытия объекта изначально предполагалось иметь два эшелона: экзоатмосферный (за пределами атмосферы) на сравнительно большом удалении, и эндоатмосферный, уже буквально в упор к прикрываемому объекту, до сотни км. Экзоатмосферный перехват схож с перехватом на среднем участке, просто на нисходящей ветви траектории – характерны те же проблемы селекции истинной цели в облаке ложных, хотя если мы за этим облаком следили с самого начала, что-то мы о всем этом мусоре уже поняли, и более надежно предполагаем, где именно истинные цели. На эндоатмосферном участке остаются только тяжелые ложные цели, и их не может быть много – там работать проще, но все надо делать очень быстро, за считанные секунды. Противоракетный бой в условиях терминального перехвата продолжается не более двух минут – и там либо перехват будет успешным, либо сам комплекс ПРО, как приоритетная цель, уже перестанет представлять интерес, когда на него упадет несколько сот килотонн в проникающем заряде.
Развитие комплексов терминального перехвата у американцев происходило очень специфично, совсем не так, как у нас. С момента закрытия программы Safeguard терминальный перехват задвинули в дальний угол, увлекшись СОИ и космическими игрушками. Несомненный успех в разработке кинетических перехватчиков космического базирования вызвал некоторый перекос в понимании задачи ПРО на терминальном участке, а итоги «Бури в пустыне», где американцы столкнулись со сравнительно массовым применением устаревших ОТР, закрепил этот перекос. Тактико-техническое задание на системы терминального перехвата было скорректировано в пользу экзоатмосферного и пограничного перехвата – вдруг, там на борту химическая БЧ? – и с использованием кинетических перехватчиков. Ну а эндоатмосферный перехват оставили на откуп усовершенствованным Пэтриотам. И это ТТЗ было с успехом выполнено в комплексе THAAD.
На переднем плане антенна, за ней слева система жидкостного охлаждения, справа электростанция. Позади системы охлаждения аппаратный контейнер. На самом дальнем плане два пункта управления огнём и связью и командный пункт.
Азимутального привода радар не имеет, действует в секторе 120 гр
Кабина управления THAAD. Видимо степень автоматизации управления такова, что при боевой работе требуется лишь минимальное участие персонала, что вполне логично, учитывая предельно жесткие требования к времени реакции. Пульты управления представляют собой обычную компьютерную клавиатуру, в верхней части которой добавлено некоторое количество функциональных клавиш.
Пуск ракеты комплекса THAAD
THAAD в буквальном переводе – терминальный комплекс перехвата на больших высотах (экзоатмосферный). Из всего арсенала стратегической ПРО США он единственный разработан с чистого листа, что позволило добиться очень высокой эффективности, тем более что разрабатывали его совокупно более 13 лет. Как и EKV, проект вырос из эпохи СОИ, а точнее, проекта противоракеты HEDI с интегрированным кинетическим перехватчиком KITE.
Прототип HEDI-KITE на пусковой установке.
Изначально HEDI планировалось оснащать классической осколочной БЧ, но с небольшим количеством готовых поражающих элементов – этакие тяжелые «кирпичики» вместо тысяч мелких осколков. Позднее этот тип БЧ использован с 24-мя поражающими элементами в ракете MIM-104F ЗРК «Пэтриот», а вот HEDI-KITE, слившись воедино, стали предшественником противоракеты THAAD.
Прототип интегрированного кинетического перехватчика KITE для противоракеты HEDI. Обратите внимание на окна оптических сенсоров в носовой части.
Ракета THAAD в своем классе просто прекрасная, особо отмечается высочайший уровень массового совершенства: дальность до 200 км при стартовой массе всего в 900 кг. Но здесь все не так просто.
По никому неизвестным причинам диванные эксперты просто обожают сравнивать THAAD то с С-400/500, то с А-135. И всякий раз приходят к выводу о том, как безнадежно мы отстали от всего прогрессивного мира, где ракета массой меньше тонны летит на 200 км и забирается на 150, а в немытой России ракеты вдвое тяжелее, и такие высоты им не снились. Про А-135 и говорить нечего – там без малого 7 тонн на старте при той же дальности. А еще у THAAD радар видит на 1000-3000 верст, а наши, якобы, едва могут обнаружить гигантский B-52 на 500-600.
Про РЛС комплекса THAAD мы уже писали ранее; AN/TPY-2 является очень хорошим многофункциональным радаром, но создан он был изначально для несколько иных задач. И произведено их, соответственно, очень мало: не более 20 комплектов, включая экспериментальные образцы.
Что же касается ракеты, то здесь всегда надо помнить, что это узкоспециализированная ПРОТИВОРАКЕТА, которая по своему предназначению не приспособлена для работы по маневрирующим целям, что и позволило сделать ее настолько легкой за счет снижения прочностных характеристик. Дополнительное преимущество дает использование кинетической БЧ, которая весит значительно меньше осколочно-фугасного блока с комплексом датчиков дистанционного подрыва. Правда, кинетический способ поражения цели требует выхода на нее на встречном курсе, и комплекс заточен на работу только в таком режиме, и никаком другом.
Внутренности прототипа кинетического перехватчика THAAD без боевого оснащения и системы наведения. Видны приводы управления и баллоны с рабочим телом
Встречный курс и большая высота полета объясняют и хорошие характеристики по дальности для ракеты такой небольшой массы. Типовая цель THAAD– ракеты средней дальности и ОТР, идущие по баллистической траектории. Выход на цель осуществляется на высотах от 50 км, где сопротивление воздуха ничтожно – по той же причине ракета не оснащается неэффективными на высоте аэродинамическими элементами управления и рулевыми приводами для них – еще минус к массе. Типичная высота перехвата – 150-200 км. Никаких проблем радиогоризонта не существует. Цель не будет уклоняться, не развернется – а значит, от ракеты не требуется интенсивного маневрирования и способностей выдерживать высокие перегрузки. Траектория сближения всегда оптимальна, и достигаемая дальность близка к теоретическому максимуму. В общем, сравнивать многофункциональную зенитно-ракетную систему кругового обстрела с боекомплектом из нескольких ракет разного типа и характеристик со специализированным комплексом терминального перехвата, заточенным только и исключительно на поражение отдельных классов баллистических целей на встречном курсе в ограниченном секторе сканирования РЛС как-то глупо.
Боевая ступень THAAD в разрезе, фото с выставки Euro Defense 2016 г. Хорошо видны унаследованные от KITE окна двухспектральной оптической ГСН и двигатели ориентации. На заднем плане MIM-104F MSE.
А вот в своей нише при работе по «своим» целям ракета THAADочень хороша. На испытаниях она успешно поразила 31 цель из 39, причем все неудачи были связаны либо с техническими отказами систем ракеты, либо с отказами ракет-мишеней. Промахов зафиксировано не было. Правда, испытания проводились не по отделяемым БЧ, а по мишеням HERA, имитирующим ОТР и БРСД устаревших типов, полную ступень, которая надежно сопровождается РЛС из-за своей большой ЭПР и отлично распознается оптической мультиспектральной ГСН самой ракеты, благодаря ее солидному геометрическому размеру и характерной форме.
Испытание ЗРК THAAD
Сама по себе ракета комплекса THAAD двухступенчатая, причем первая ступень является чистым ускорителем. Отделяемой БЧ нет, боевая ступень на цель выходит по командам бортовой инерциальной системы с возможностью получения корректирующих радиокоманд. Управление полностью газодинамическое. На большой высоте, за пределами атмосферы ракета осуществляет автономный поиск цели и выход на курс столкновения. В отличие от перехвата на среднем участке траектории, ракете не приходится описывать круги вокруг цели, поскольку она и без того выходит на нее «снизу» и наблюдает ее на фоне космоса. Но ее пуски часто ассоциируются как раз с необычной траекторией старта, «вензелями» перед выходом на прямую полета к цели. Это так называемый маневр управления энергетикой, который введен в программу полета по той причине, что двигатель ускорителя не дросселируется, всегда работает на полную мощность и всегда одно и то же время. Поэтому в ряде случаев эту излишнюю мощь приходится просто стравливать, описав несколько кругов в сходящейся спирали.
Маневр управления энергией в исполнении THAAD.
В общем, это был бы великолепный комплекс объектового ПРО, если бы не пара «но». Для начала закупочная цена комплекса БЕЗ РЛС колеблется от 2.3 до 3 млрд. долларов. Да-да, без РЛС он стоит сопоставимо со стратегическим подводным ракетным крейсером со всем его боекомплектом в сотни ядерных БЧ. РЛС добавляет еще порядка 600 млн. долларов сверху. 12 лет НИОКР по теме обошлись еще в 15 млрд. Неудивительно, что закупать эти прекрасные комплексы не особо торопятся – поставлено менее сотни противоракет. И они, вроде бы, должны стать хорошим подспорьем, еще одним слоем стратегической ПРО. Но…
Но THAAD создан для перехвата ОТР и БРСД; МБР ему не по зубам. И даже не всяких БРСД – скорость перехватываемой цели в диапазоне высот перехвата не должна превышать 4.8 км/с (собственная скорость противоракеты около 3 км/с). Если вы поглядите на табличку выше, станет совершенно понятно, что в окне высот перехвата 60-200 км такую скорость имеют ОТР и БРСД, но БЧ МБР уже выходит за параметры. И даже БЧ БРПД увеличенной дальности, подобной отечественной (уничтоженной по договору о РСМД) РСД-10 Пионер с тремя отделяемыми БЧ, THAAD перехватить может только в нижнем атмосферном окне перехвата, и только при определенном везении. ОТР, идущие на цель по квазибаллистической траектории, типа отечественных Искандеров, он тоже перехватывать не умеет – слишком низко летят, по границе окна перехвата. Про МБР речи вообще не идет. По крайней мере, пока.
В итоге получилась прекрасная, дорогостоящая, в высшей степени нишевая игрушка. Для нее попросту не так много целей в мире, причем против устаревших ОТР приемлемую эффективность может показать и Пэтриот PAC-3. И где размещать этого белого слона? Наверное, на каких-то театрах военных действий, где можно ожидать ударов БРСД устаревших типов без отделяемых БЧ. Где-то близ Ирана? Где-то в Персидском Заливе? Даже Тайвань и Южная Корея под вопли о китайско-северокорейской угрозе не выказывают особого желания размещать эти комплексы, потому что ракетные технологии что Китая, что КНДР уже продвинулись достаточно, чтобы в БРСД использовать отделяемые БЧ, а не лететь к цели в сборе. А против отделяемых эффективность THAAD еще не продемонстрирована; требуются доработки программы выхода на цель, те самые маневры облета и другие тонкости, которые неизбежно снизят эффективность системы.
Коллаж Лии Гартон. Агенство по противоракетной обороне
В действительности ни одного пуска ракет SM-3 комплексом Иджис-Эшор не производилось
В части «За тех, кто в море» мы в общих чертах описали проблемы второго среднего калибра стратегической ПРО США, противоракеты SM-3 морского базирования, которая также используется в составе комплексов Aegis Ashore. Но в сравнении с THAAD ее недостатки сразу начинают играть новыми красками. Дело в том, что SM-3, по сути, является попыткой сделать тот же THAAD морского базирования; аналогичный по характеристикам комплекс терминальной ПРО. Конечно, лучше, сильнее, пригодный для работы против целей на активном участке, а еще на среднем, а еще в космосе и, если повезет, на геостационарной орбите – ну так, по крайней мере, утверждали рекламные презентации. Но в качестве оружия этого комплекса использована ракета SM-3, которая построена на платформе SM-2ER, оснащенной специально созданным кинетическим перехватчиком LEAP на дополнительной разгонной ступени. И из этого следует неутешительный вывод: массовое совершенство такой ракеты не может даже приблизиться к THAAD, как и ее эффективность.
Сравнение массогабаритных характеристик ракет THAAD и SM-3
THAAD создавался с нуля как ракета ПРО, но для применения с морских платформ он непригоден. SM-3 слепили из ракеты ПВО, которая умеет хорошо маневрировать на траектории, работать по ПКР и интенсивно маневрирующим истребителям, летящим на предельно малых высотах в атмосфере, и для этого должна располагать хорошей перегрузкой, для чего нужна прочная и тяжелая конструкция, которую не так легко и быстро выбросить на высоту перехвата. Характеристики SM-3 заявлены выше, чем у THAAD – в частности высота перехвата указывается в 320 км против 200, а скорость кинетического перехватчика на конечном участке в 3.5-4.5 км/с против 3 км/с. Но следует понимать, что эта высота достигается только на навесных траекториях при соответствующем падении дальности, а скорость является теоретическим расчетом для ракет Block II, и на испытаниях ее пока не подтвердили. У SM-3 есть реальное преимущество перед THAAD: она намного дешевле. И если THAAD не получается продать даже самым лояльным и запуганным союзникам, то SM-3 в составе комплекса Aegis Ashore можно считать почти отработанным комплексом, который максимально использует имеющиеся на складах ступени и РЛС – еще одна импровизация на тему ПРО, которая не очень хорошо работает, но сравнительно легко может быть собрана, укомплектована и продана интересующимся.
В целом, отличительной особенностью «среднего калибра» американской стратегической ПРО является ориентированность на экзоатмосферный перехват, неспособность работать по целям на высотах ниже 60 км. Дальняя зона объектового прикрытия при этом вынесена примерно на 300 км при условии обеспечения своевременного предупреждения. Дальность по ракетам, которая указывается в рекламных материалах, может достигать 900 км, но к этому значению следует относиться с крайним скепсисом. Дело в том, что кинетические перехватчики, которыми оснащаются ракеты THAAD и SM-3, в силу своих компактных размеров имеют небольшой запас рабочего тела на борту, и для них указывается возможность коррекции траектории в пределах не более 8 км (в сравнении с 50-60 для устанавливаемого на «главный калибр» EKV). А теперь следите за руками: +-8км – это цифра, которая подозрительно похожа на радиус сектора внутри луча РЛС с расхождением около градуса на том самом расстоянии 900 км. То есть при целеуказании с РЛС класса AN/TPY-2 дальности свыше 900 км просто не могут быть реализованы – не хватит запаса по маневру кинетического перехватчика. РЛС класса AN/SPY-1, с которой работают ракеты SM-3, имеет еще более скромные характеристики.
Как и в случае с «главным калибром», реальная дальность работы по цели ограничивается разрешающей способностью РЛС, и эта дальность попросту не может быть более 900 км при имеющемся боевом оснащении, какой бы прекрасной ни была ракета. А ракеты тоже имеют ограничения по параметру – даже при теоретически доступной дальности в несколько сот километров она не может быть реализована во всем диапазоне высот, да и окно высот перехвата начинается от 50-60 км, что вводит дополнительные ограничения.
Обратите внимание на то, что маневренные возможности перехватчиков как для «главного калибра», так и для «среднего» подогнаны под возможности РЛС наведения, и не могут быть существенно улучшены – понадобится более тяжелый перехватчик. Попытка выйти за пределы этого прокрустова ложа была предпринята установкой перехватчика EKV от «главного калибра» ПРО на SM-3, и это придало ему возможности по перехвату БЧ МБР (точнее, имитирующей ее ракеты-мишени, которая по характеристикам больше походила на БРПД) на испытаниях в конце 2020 г. Но при этом неизбежно упала дальность – понадобилось забрасывать на высоту перехвата бОльшую массу, пользуясь той же старой ракетой. Это испытание представляло собой пуск почти по вертикали, когда носитель ракеты стоял в точности под траекторией перехватываемой цели.
В имеющемся же состоянии и THAAD, и SM-3 для противоракетной обороны против БЧ МБР пригодны только совсем в экстренных случаях, и никогда не испытывались против таких целей – возможно, чтобы не опозориться. Их ниша – это работа по устаревающим ОТР, идущим по классическим баллистическим траекториям и ракетам средней дальности, по возможности, без отделяемых БЧ. Вероятность поражения БЧ МБР, даже в идеальных условиях, пренебрегая проблемами селекции ложных целей, оценить не представляется возможным. Хотя, когда на прикрываемый объект идет термоядерная БЧ, невольно попробуешь все доступные средства. Может быть, раза с пятого-шестого удастся попасть. Больше шести пусков все равно не удастся уложить в окно перехвата, пока обстреливаемая БЧ не войдет в атмосферу, и бороться с ней придется уже комплексу эндоатмосферного перехвата. А такой у США только один, и совсем не специализированный: Patriot PAC-3. О его потенциале в решении задач ПРО и поговорим в следующей части/
Предыдущие статьи цикла
Часть 1 ___ Часть 2 ___ Часть 3 ___ Часть 4___ Часть 5 ___ Часть 6 ___ Часть 7
*****
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