Часть 2
Рекомендую начать чтение с первой части. С середины трудно читать.
Часть 1 здесь Часть 3 (будет завтра)
Метод наведения ЗУР — это математический закон, по которому строится траектория наведения. А построенная по этому методу траектория называется кинематическая (или динамическая). ДедЫ когда-то любили посылать молодых чистить и смазывать кинематическую траекторию))). Методы наведения зенитных ракет во многом совпадают с методами наведения на воздушную цель истребителей. Но об этом поговорим отдельно. Приглашаю авиаторов в соавторы.
Первые зенитные ракетные комплексы — английские «Unrotated Projectile» и «Z Battery», были оснащены неуправляемыми ракетами. Это были ракеты, которые, достигнув высоты 600-700 м, выбрасывали соединенные трос, заряд и парашют. Создавалось так называемое «воздушное минное поле». Решение было признано неэффективным, хотя и удалось сбить таким способом аж несколько десятков самолётов. Но это ж всё сыпалось на землю. О повреждениях и погибших на земле от падения взведённых зарядов данных не нашёл.
Залповые пуски ракет UP-3 несколькими установками Z Battery. Фактически заградительный огонь
Первые зенитные управляемые ракеты, изобретённые сумрачными германскими гениями под руководством Вальтера Дорнбергера, назывались Вассерфаль (Водопад). Это были действительно ЗУР в сегодняшнем понимании этого термина. Такими ракетами уже не вели заградительный огонь. Они наводились на конкретную цель.
Старт ракеты Hermes A1 – копии трофейной ракеты Wasserfall W-10 на полигоне White Sands Missile Range (Уайт Сэндс). США, 1950 г.
В первом варианте немецкого ЗРК (без имени) для наведения использовался один радиолокатор, который следил и за ракетой (по её ответчику), и за целью. Во втором варианте использовались два отдельных локатора, один следил за ракетой, но напрямую без бортового ответчика, другой за целью. Был выбран второй вариант. Локаторы были синхронизированы, и локатор, следящий за целью, в котором ОДИН(!) оператор сопровождал вручную цель сразу по ДВУМ(!) плоскостям с помощью «кнюппеля» — прообраза современного джойстика, передавал по кабелям метку цели на экран локатора, следившего за ракетой. И оператор наведения, таким же способом совмещал отметку ракеты с меткой оси антенны, которая смотрела на цель. Пропорционально отклонению кнюппеля электромеханический(!) счётно-решающий прибор фирмы «Сименс» автоматически рассчитывал команды управления ракетой, и они передавались на её борт. Таким образом три точки - цель, ракета и РЛС совмещались на одной линии. Так и родился первый метод наведения ЗУР
Метод «Трёх точек»
или просто «трёхточка». Сделаем вид, что торпед не было.
В соответствии с этим методом ракета должна всё время оставаться на линии, соединяющей две точки: РЛС—Цель. Сама ЗУР при этом является третьей точкой. Линия визирования РЛС-цель, следя за движением цели, непрерывно вращается и по углу места, и по азимуту. Поэтому ракета всегда больше или меньше отстаёт от неё и ей требуется давать команды, которые возвращают её на эту линию.
Команды наведения вырабатываются на РЛС, которая сопровождает и цель, и ракету. Только в более поздних ЗРК уже наведение ракеты обходилось без оператора. На борту ракеты устанавливается «радиоответчик», и наземная РЛС автоматически сопровождает ЗУР по его сигналам. Цель при этом сопровождается автоматически или вручную. В применяемой на западе терминологии этот метод называется CLOS (command-to-line‑of‑sight).
Достоинства: нет необходимости знать дальность до цели, что даёт возможность обстреливать постановщики активных шумовых помех. В таких помехах дальность до цели зачастую определить невозможно.
Недостатки: Ракета летит по наименее выгодной с точки зрения запаса располагаемых перегрузок и расхода топлива (запаса кинетической энергии) траектории. При перехвате скоростных целей, кривизна траектории становится слишком большой, ракете может не хватить способности создавать нужные (потребные) перегрузки, и она промахнётся. Мало того! Кривизна траектории может быть настолько большая, что ЗУР, находясь далеко от линии визирования вообще может вылететь из сектора сканирования. Например, СНР-75 — станция наведения ракет ЗРК С-75, имела сектор сканирования по ответчику ЗУР всего лишь - 20°.
Тем не менее, это единственный метод для стрельбы по постановщикам помех, применяется также и по малоскоростным целям. Единственным долгое время он был и первом в СССР ЗРК С-25 Беркут.
Всегда удивлялся безобразному качеству рисунков по траекториям в учебниках. А когда взялся сам рисовать это, то понял, что рисунки те были гениальными. Всего один – чёрный цвет, и слабые возможности полиграфии, но ведь понятно объясняли же! Правда будущим профессионалам. Многие блогеры повторяют эти рисунки в своих статьях. Однако в целях наглядности для "широких масс" читателей я пошёл другим путём.
На схеме показана траектория наведения ЗУР по методу «Трёхточка» в вертикальной (угломестной) плоскости. В горизонтальной (азимутальной) она выглядит также. Только то, что на этой схеме является высотой цели, для наведения в азимутальной будет называться «курсовой параметр» или просто – «параметр».
Изображение нетипично для специальной литературы. Здесь нужно понимать, что команды вырабатываются таким образом, чтобы ракета удерживалась на линии визирования. Хотя на самом-то деле при стрельбе по скоростным целям она отстаёт от этой линии. Этот метод «не обязывает» ракету в каждый момент «смотреть» на цель, хотя по картинке так и выглядит. Но ракета всё время подворачивает влево и таким образом ни нос её, ни вектор скорости не направлены к цели.
В наше время «трёхточка» используется и в некоторых современных ЗРК - Crotal, Оса, Панцирь и Тор всех модификаций. Но стреляют таким методом только по малоскоростным, обычно дозвуковым, целям, хотя в С-75 на него было ограничение 420 м/с – это ~1500 км/ч
Практически все ЗРК при стрельбе по маловысотным целям (МВЦ), а они редко бывают сверхзвуковыми, то есть летящими на скорости более 340 м/с, используют в угломестной плоскости именно «трёхточку». При этом, современные комплексы применяют комбинированные методы наведения, например «Панцирь» может применить в угломестной плоскости «трёхточку», а в азимутальной «половинное спрямление». В таких условиях стрельбы осуществляется подъём траектории ЗУР для предотвращения столкновения её с землёй. Дело в том, что ракета не может лететь миллиметр в миллиметр по кинематической (требуемой) траектории. Её движение напоминает движение автомобиля по шоссе. Водитель постоянно подруливает на ось полосы, но отклонения всегда есть. Если цель летит на предельно малых высотах (ПМВ – высота до 200 м), или малых высотах (МВ – высота до 1000 м), то при таких отклонениях она может удариться о землю. Да и радиовзрыватель может сработать от наземного радиоконтрастного предмета. Во избежание этого в команды наведения в угломестной плоскости вводится повышающий коэффициент, и ракета «делает горку» - поднимается на 1-3 км (в каждом ЗРК свои цифры) выше траектории чистой «трёхточки». За 5-7 км до цели повышающий коэффициент плавно уменьшается и ЗУР снижается. Это приводит к тому, что удар по цели наносится сверху.
Такой подъём траектории используется в ЗРК Панцирь и Тор при стрельбе по крылатым ракетам и беспилотникам.
Метод трёхточка по «дугообразности», то есть по потребному запасу перегрузок ракеты очень похож на два других метода наведения, причём двухточечные: метод «погони» - команды вырабатываются так, чтобы ось ракеты в каждом моменте была направлена строго на цель (как нос собаки на преследуемого зайца), и метод «прямое наведение» - на цель должна быть направлен вектор скорости ракеты при этом может быть и скольжение, и рысканье и отклонения по тангажу. Эти два метода путают даже специалисты. Все они энергетически невыгодные, при стрельбе по скоростным и маневрирующим целям требуют нереально большого запаса перегрузок.
Вот видео, которое наглядно демонстрирует «метод погони» - собака гонится строго носом на зайца. Виден «недостаток запаса перегрузок» у собаки из-за чего она промахивается по высокоманевренной цели.
А это видео иллюстрирует ситуацию, когда вектор скорости самолёта направлен по посадочном курсу (то есть к цели) а нос самолёта не направлен к цели.
Движение боком к вектору скорости и называется скольжение. При этом рули разворачивают ось самолёта сначала так, чтобы направить лайнер на правильную траекторию, а не вдоль полосы, а двигатели компенсируют снос. Так же и в методе прямого наведения – рули разворачивают ракету так, чтобы двигатель возвращал её на кинематическую траекторию.
Методы «погоня» и «прямое наведение» могут быть реализованы как в трёхточечных (по радиокомандам наземной РЛС), так и в двухточечных (самонаведение) схемах.
Методы упреждения.
Для совершенствования методов прямого наведения и погони можно ввести постоянный угол упреждения (Δ) к линии визирования цели. В результате ракета будет нацеливаться не на саму цель, а на расчётную упреждённую точку. Такой подход позволяет отнести эти методы (с добавками в названии – с постоянным углом упреждения) к категории наведения с упреждением и существенно снизить кривизну траектории полёта.
Подобные модифицированные варианты нашли применение в ряде устаревших ПЗРК и были использованы на ранних этапах развития ракет класса «воздух-воздух», например, в ракетах Sidewinder.
Если при стрельбе артиллерии по движущемуся танку или спортсмена по «тарелочке» можно вынести точку прицеливания вперёд по их траектории (сделать упреждение) и попасть, то при стрельбе по воздушной цели это не получится.
Связано это в первую очередь с высокими скоростью и маневренными возможностями ЛА, и гораздо бо́льшим временем полёта ЗУР до точки встречи с целью, чем снаряду до танка или дроби до тарелочки. Танк или тарелочка не могут маневрировать с перегрузкой 10 ед, а ЛА может. Ракета может лететь на дальнюю границу зоны поражения ЗРК средней дальности 1,5-2 минуты. Ясно, что за это время цель может навертеть немало энергичных маневров, и точка встречи будет совсем не там, где думалось пару минут назад. Да, даже и при плавных маневрах тяжёлых самолётов – бомбардировщиков, танкеров, ДРЛОиУ и пр., достаточно пилоту шевельнуть штурвалом и расчётная точка встречи улетает на десятки км.
При маневре самолёта расчётная точка встречи перемещается со скоростью близкой к световой))). Ну почти.
Итак, наводить ракету в упреждённую точку встречи невозможно. А при наведении методом «Трёхточка» по скоростным и маневренным целям ракета испытывала бы большие перегрузки и даже могла «не вписаться» в кинематическую траекторию, что означает промах. Нужно было придумать способ сделать траекторию ракеты менее «кривой», менее «выпуклой».
Метод «Половинное спрямление»
Главный конструктор первого советского ЗРК — С-25 Андрей Андреевич Расплетин предложил использовать для подвижного его варианта – С-75, метод «Половинное спрямление». Математику метода описал американец Р.С. Чейни, работавший над программой «Найк» в «Белл лебораториз». Однако первыми в мире практически реализовали метод в СССР. В ходе разработки ЗРК С-75 инженеры КБ-1 (которое стало потом НИИ-108, а позже - НПО «Алмаз») Ю. В. Афонин и В. Г. Цепилов под руководством будущего конструктора С-300 Б.В. Бункина внедрили его в аппаратуре СВК – системы выработки команд С-75. Суть его в том, что ракета не направляется ни в РТВ, ни к цели, а летит в промежуточную точку между целью и упреждённой точкой встречи. То есть, ещё проще – на половину упреждения. Отсюда - «Половинное спрямление» (ПС) и коэффициент спрямления в формуле метода K=1/2=0.5. Это позволяет частично «выпрямить» траекторию, уменьшить потребные перегрузки. То есть увеличить вероятность перехвата скоростных и маневрирующих целей.
Это не есть копирование разработки. От написания очевидной формулы до практического применения – дистанция огромного размера. Напомню, что в то время ещё не было современных вычислительных средств. Система выработки команд С-75 — СВК использовала аналоговые счётно-решающие приборы – усилители постоянного тока, резистивные делители и т.п. СВК-шник – один из самых квалифицированных технарей в дивизионе.
Как объяснить этот метод? Долго ломал голову, нашёл такое простое объяснение.
Для простоты показал только один маневр цели.
Если на каждом маневре цели направлять зенитную ракету не в полностью упреждённую на данный момент точку встречи, а делить упреждение пополам, то ракета будет совершать более плавные маневры – уменьшаются потребные перегрузки, расходуется меньше топлива и кинетической энергии, что позволяет увеличить дальнюю границу зоны поражения.
Но позвольте! Как же можно направлять ракету не в реальное упреждение, а в выдуманное «половинное»?
Дело в том, что чтобы рассчитать упреждение, требуется знать время полёта ракеты – на сколько упреждать. Это время определяется как расстояние между ракетой и целью, делённое на скорость ракеты. Таким образом метод ПС, в отличие от «трёхточки» требует измерения дальностей до ракеты и цели. И эти дальности учитываются в математике метода. ЗУР приближается к цели и расстояние ракета-цель уменьшается. Значит уменьшается и упреждение. В конце концов оно становится равным нулю. И вот радостный момент - они встретились!
Половинное спрямление может реализовываться и в двухточечных, и в трёхточечных схемах. Но в двухточечных схемах это были в основном ранние ракеты воздух-воздух с ИК самонаведением. Хотя ни про AIM‑4 Falcon (1956). AIM‑9 Sidewinder (1956) не говорилось такого, но, изучая их описания, можно было сделать именно такие выводы. У нас этот метод использовали ракеты Р‑3С / К‑13 (копия AIM‑9B). В советской технической литературе об этом говорили применительно к ЗРК С-75 и С-125.
Ну не Чехов я! Опять буквы перерасходовал. Придётся писать и третью часть.
В ней будет про пропорциональное наведение (пропорциональную навигацию) и стрельбу по баллистическим целям.
Часть 1 здесь
Предыдущая статья «Конец эры традиционных ЗРК? Ошибочный прогноз»
Не стал всё же развивать канал в МАХ, люди понаставили ВПНов и по-прежнему пользуются Телеграммом.
Вот этот канал я использую для анонсов новых статей, подписавшиеся первыми узнают об их выходе.
А в Курилке собираются интеллигентные, знающие люди и как в каждой курилке, беседуют не всегда про ПВО.
Лайки статье и комментарии увеличивают охват аудитории.