dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

Для истребителя, да и для всякого самолёта вообще, очень полезно, если на борту заранее известно, что с некоторого направления приближается ракета противника, которая, возможно, прибудет к цели через столько-то секунд.

Скажем, за эти секунды пилот истребителя может успеть катапультироваться (обычно это единственное разумное решение). Или компьютерная начинка самолёта сможет умело подключить какие-то средства противодействия ракетам, чтобы исправить незавидное положение. Это, кстати, единственная надежда больших военно-транспортных (да и просто гражданских) самолётов, покинуть которые и экипажу, и пассажирам возможно далеко не всегда.

Так что задача автоматического обнаружения атакующих самолёт ракет актуальна очень давно. При этом сконструировать хорошую систему весьма непросто. Например, с одной стороны, крайне не желательно, чтобы система выдавала ложные срабатывания (кому понравится катапультироваться из-за ошибки электроники?). С другой стороны, едва ли лучше, если эта электроника проворонит реальную ракету.

Для обнаружения подлетающих ракет используют самые разнообразные подходы, среди которых есть и весьма неожиданные (а наиболее эффективны, понятно, системы, использующие сразу несколько методов).

Так, довольно очевидный способ – активное обнаружение ракет с помощью РЛС. При этом такая РЛС (или несколько, действующих согласованно) должна просматривать все направления (грубо говоря, требуется “сферический обзор”), ведь современная ракета готова прилететь с любого ракурса. Тут пригодится хитрый набор антенн, некоторые из которых будут иметь не самую привычную форму. Также полезно пристроить в хвосте хорошую РЛС, закрывающую заднюю полусферу. Правда, ракета может оказаться малозаметной для радара целью (а может и не оказаться). Сходным с РЛС способом, правда с существенными ограничениями, может работать лазерный локатор.

В помощь активным локаторам – пассивные методы. Например, в случае ракет с радиолокационной системой самонаведения, самолёту поможет приёмник, обнаруживающий и верно распознающий сигналы радара. Другой пассивный метод – оптическое наблюдение: здесь автоматическая система “просматривает” заданный сектор с помощью объектива и обнаруживает ракеты либо в ИК-диапазоне, либо в видимом, либо задействуется ещё и ультрафиолетовый сенсор. При этом может использоваться поворачивающийся объектив, а может и фиксированная оптическая система, за которой закреплён некоторый ракурс.

Как раз в случае с оптическими системами и появляется довольно неожиданное решение. Оказывается, ракеты можно распознавать по специфическим излучениям, связанным с горением реактивного топлива в двигателе. Дело в том, что компоненты топлива при горении излучают во вполне конкретных диапазонах спектра, а распределение интенсивности по различным участкам спектра характеризует именно данное реактивное топливо. То есть пламя в реактивном сопле, а точнее – газовый след за ракетой, это такая сигнатура, позволяющая относительно несложным “электронным” способом распознать именно ракету, избавившись от ложных срабатываний.

Интересно, что сходный способ используется и при разведке пусков баллистических ракет – там спектральный анализ пламени и следа может помочь распознать не только сам пуск, но и тип ракеты.

(На иллюстрации – сенсор и излучатель ИК-помехопостановщика, BAE)

Интересно, что в СМИ (даже и, вроде бы, в тематических), как и прежде, появляются статьи, рассказывающие о том, как можно “одним махом поломать” всякие современные и перспективные ударные беспилотники, “поставив помеху GPS“. Вообще, сам вопрос надёжной помехопостановки для сигналов военной GPS можно оставить в стороне. Хитрее другой аспект.

О чём пишут авторы “панацеи от беспилотников”? Они пишут, что современные беспилотники определяют собственное положение по GPS, иногда используя и очень неточную инерциальную навигационную систему. Стало быть, рассуждают авторы, если сигнал GPS пропадёт, то беспилотники не смогут определить своё местоположение и окажутся бесполезны. Что тут можно сказать? Очевидно, что если беспилотник однозначно завязан на GPS, а GPS нет, то всё верно – беспилотник оказывается бесполезен. Не верен другой аспект: гипотетическое удаление GPS вовсе не делает разработку беспилотников не перспективной и не предоставляет той “панацеи” (так же как и гипотетические “электромагнитные атаки“).

Да, действительно, при нынешнем развитии микроэлектроники GPS используют направо и налево. Особенно энтузиасты-любители, строящие беспилотники. Так происходит потому, что наиболее функциональный и наиболее дешёвый вариант автопилота для беспилотного летательного аппарата – это автопилот с GPS. Но одно дело любители, а другое – реальные перспективы боевых роботов.

Фокус в том, что навигация, как прикладная наука, вообще говоря, появилась задолго до запуска первого спутника. И определять местоположение самолёта или корабля с достаточно высокой точностью умели и раньше. GPS лишь позволила загнать трудности вычисления координат внутрь компьютера приёмника. Но никто не запрещает беспилотникам, оснащаемым всё более мощными компьютерами, использовать другие методы вычисления собственных координат. Тем более, что об уязвимости GPS очень давно известно.

Определять координаты можно, используя наземные ориентиры. Можно – по часам, звёздам, Солнцу и компасу. Можно, используя привязку к искусственным опорным точкам, развёрнутым дружественными силами: в качестве таковых могут выступать аэростаты или, скажем, специальные самолёты. А можно все эти методы свести воедино и получить устойчивую к изменению внешней среды навигационную систему. Естественно, об этом давно известно и отдельные GPS-независимые навигационные системы (по топографии, например) давно используются, скажем, крылатыми ракетами, а “интегральный подход” – активно разрабатывается.

Так что беспилотники сумеют найти свои цели и без GPS. Хотя если GPS доступен, то можно использовать его. При этом возможность действовать в условиях недоступности GPS традиционно закладывается в технические требования к новым аппаратам. Ну и для суперактуального направления – подводных автономных роботов – работа без GPS вообще является основной.

Ракетное вооружение истребители используют очень давно. О применении в Первую Мировую ракет против воздухоплавательной техники я писал ранее.

Повсеместное внедрение ракет в качестве основного вооружения истребителя задержалось на долгие годы только потому, что требовалось разработать управляемые, а лучше – ещё и самонаводящиеся ракеты. Дело в том, что неуправляемые ракетные снаряды особой эффективностью, в качестве вооружения истребителя (“воздух-воздух”), не отличались.

(Европейская ракета с воздушно-реактивным двигателем “Метеор”.)

Между прочим, именно отсутствие серийного “истребительного” управляемого ракетного оружия у Германии во Вторую Мировую сыграло одну из ключевых ролей в том, что немецкие реактивные истребители (Ме 262) оказались бесполезны в качестве сил ПВО.

Надо сказать, что самонаводящиеся ракеты “воздух-воздух” в течение довольно длительного периода своего развития (первое, второе, третье поколение) вообще не демонстрировали особого “интеллекта”. Например, ракеты с ИК-сенсорами наводились по элементарному “алгоритму” “погони”, то есть довольно тупо преследовали яркое тепловое пятно сопла вражеского истребителя при стрельбе вдогон.

Такое положение вещей с “ракетным интеллектом” в первую очередь определялось возможностями бортового оборудования: использовалась аналоговая радиоэлектроника, не отличавшаяся алгоритмической гибкостью. В редукцию “ракетного интеллекта” вносило немалую лепту и требовавшееся в расчётах и мат. моделировании сохранение понимания алгоритмов наведения и принципов работы аналоговой “начинки” ракеты (ведь и на стороне конструкторских работ мощные компьютеры стали доступны далеко не сразу). Ракеты сильно поумнели только тогда, когда цифровая вычислительная техника прочно укоренилась по обе стороны от сборочной линии: и на борту ракеты, и на столах разработчиков. И продолжают умнеть.

Какие ракеты нас ждут в ближайшем будущем? Прежде всего – более маневренные и более “интеллектуальные” (в рост “интеллектуальности”, кстати, внесёт свой вклад и широкое использование комбинированных, по принципу действия, сенсоров: например, известный тандем ИК-видео+РЛС). “Интеллекта” добавит то, что современная микроэлектронная элементная база наконец-то позволяет разместить на борту несколько очень мощных вычислителей, с огромной памятью (и для данных, и для команд). Маневренность возрастёт благодаря новым двигателям и большим возможностям по управлению полётом ракеты (тут опять “виновата” микроэлектроника).

Маневренные перспективные ракеты (ждать предсерийных образцов осталось год-два, что-то уже появилось) будут делать несколько заходов на цель, самостоятельно (или с помощью истребителя) обнаруживая эту цель снова, если она вдруг “потерялась”. Истребитель сможет перенацеливать ракету, уже находящуюся в полёте (уже кое-где реализовано), – весьма важный аспект при обстреле несколькими ракетами группы целей на большой дальности. Понятно, конечно, что ракеты смогут атаковать цель, расположенную практически в любой конфигурации относительно истребителя (обязательно будет “закрыто” 360^o по азимуту).

(Израильская ракета Python 5)

Изменятся алгоритмы наведения: суперсовременная ракета сможет наводиться по сложной траектории, заранее рассчитывая не только все возможные “точки встречи”, но и планируя собственный расход энергии. Тут нужно отметить, что очень помогут новые двигатели, в том числе и воздушно-реактивные. Они не только увеличат время полёта при наличии тяги двигателя (а это очень важный параметр для ракеты), но и позволят головке наведения управлять этой тягой в зависимости от тактической обстановки. Например, можно уменьшить тягу с целью снижения скорости полёта на определённом отрезке траектории. (Да, вовсе не обязательно ракете “воздух-воздух” лететь с максимальной скоростью: иногда торопиться уже некуда.)

Появятся ракеты сверхбольшой дальности (сильно больше ста километров). При этом у всех ракет “воздух-воздух” расширится диапазон дальностей, на которых их можно применять. Есть тенденция движения от строгого деления на ракеты “ближнего боя” и “дальнего боя” к универсальности.

В общем, подождём пару лет – будет много нового.

Штаты вчера провели очередное успешное испытание системы ПРО. Морская Aegis перехватила мишень с помощью ракеты SM-2 Block IV. При этом, как пишут, мишень имитировала завершающий этап полёта боеголовки баллистической ракеты. То есть, речь идёт о проверке “расширеной” функциональности системы ПРО на базе Aegis, для “последнего эшелона”.

Для перехвата использовали две ракеты, а запускали их, понятно, с того же корабля (USS Lake Erie), который весной атаковал штатовский спутник. Мишень поразили на высоте около 20 километров. В случае с боеголовкой баллистической ракеты, это какие-то последние секунды полёта.

(На иллюстрации – другая ракета.)

Сигнатура – это такой “след” (условно, конечно), характеризующий некоторый объект. Сигнатуры могут быть уникальными, а объекты, с ними связанные, не обязательно материальны: например, термин “сигнатура” используют в отношении компьютерных вирусов.

В радиолокации сигнатурой можно назвать некоторый набор характеристик отражённого целью сигнала, принятого радаром. Интересно, что параметры этой сигнатуры весьма полезны, так как дают в руки разработчикам инструмент, позволяющий распознавать цели. И в этом работа мат.обеспечения РЛС в чём-то напоминает работу антивирусных сканеров. Правда, задача с РЛС несколько сложнее.

Понятно, что распознавание типов целей – это весьма важная функциональность. Скажем, в самом простом случае РЛС, наблюдающая цель с помощью приёма отражённых сигналов, показывает эту цель оператору (или, скажем, пилоту истребителя) в виде некоторой отметки на экране. Сама по себе отметка ни о чём не говорит, что не есть хорошо.

В принципе, первым шагом на пути улучшения информационного потока будет добавление к отметке информации о курсе цели, скорости и дальности (эту информацию с готовностью предоставляет радар). Система опознавания “свой-чужой” добавит к отметке “штрихи” государственной принадлежности цели (тоже важно, правда?).

Но этого мало. Хотелось бы видеть, какая именно модель истребителя скрывается за вражеской отметкой. Тут и может пригодиться “анализ сигнатуры“. Оказывается, что отражённый тем или иным истребителем сигнал приобретает некоторую “внутреннюю” структуру, которая имеет достаточно уникальные черты. Связано это с тем, что в формирование отражённого сигнала вносят вклад разные агрегаты и поверхности облучаемой цели, и различная конфигурация этих поверхностей/агрегатов будет давать различный сигнал. При этом для самолётов одного типа сигналы будут похожи, так как форма и устройство этих самолётов практически совпадают в основных чертах. Правда, есть большая проблема: при наблюдении с разных ракурсов сигнатура будет меняться самым разительным образом.

Поэтому весьма ценную информацию можно собрать, если понаблюдать полёты истребителей “вероятного противника” с разных ракурсов, при помощи хорошей РЛС. Например, наблюдая за учениями или за передвижением какой-нибудь авианесущей группы в нейтральных водах Мирового Океана.

Собранные сигнатуры сохраняются в специальной базе данных (почти как с антивирусными сканерами), которая позже входит в состав программного обеспечения РЛС. Впоследствии РЛС может подсказать тип и модель цели, сверяясь с базой данных.

Впрочем, это только один из теоретических способов.

(Фото: Raytheon)