2 ноября, 2013
ИСТОРИЯ РАКЕТ «ВОЗДУХ-ВОЗДУХ»
ОЧЕРК ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО УПРАВЛЯЕМОГО ОРУЖИЯ КЛАССА "ВОЗДУХ-ВОЗДУХ"
Составлен по материалам Давыдова А.Н.
Создание ракет класса "воздух-воздух" знаменовалось успешным решением многих проблемных вопросов, являвшихся принципиальными на своих этапах разработки все более совершенных образцов ракет. Еще в процессе работы над ракетами серии К-5 (К-5, К-5М, К-5МС) были выявлены принципиальные недостатки лучевой системы наведения (узкие зоны атак из задней полусферы цели, ограниченная дальность, возможность потери цели при ее маневре и т. д.) и необходимость применения для ракет класса "воздух-воздух" систем самонаведения. Теория и практика систем самонаведения получили интенсивное развитие в ГосНИИАС благодаря усилиям молодых тогда ученых.
В 1956 г. Е. А. Федосов защищает кандидатскую диссертацию по динамической точности самонаводящихся снарядов класса "воздух-воздух". Ей предшествуют более десяти работ, выполненных в соавторстве с другими учеными, по различным аспектам расчета и математического моделирования систем самонаведения. В процессе моделирования самонаведения всеракурсной ракеты устанавливается эмпирически, а затем обосновывается теоретически одно из фундаментальных для того времени положений теории самонаведения - связь между потребной управляющей перегрузкой ракеты и угловой скоростью линии визирования посредством коэффициента, зависящего от скорости сближения.
Постановлением ЦК КПСС и правительства СССР в 1954 г. было задано создание сразу трех самонаводящихся ракет нового поколения: К-6, К-7 и К-8, а несколько позже (в 1958 г.) - ракеты К-9. Особенно активно разрабатывалась самонаводящаяся ракета К-8 в ОКБ-4 Минавиапрома под руководством главного конструктора М. Р. Бисновата. При разработке этих ракет были вскрыты и нашли техническое решение две сложные проблемы. Одна из них связана с созданием первого в нашей стране гиростабилизированного привода антенн головок самонаведения.
Ранее разрабатывавшиеся ракеты безуспешно пытались оснастить головками самонаведения с подвижной относительно корпуса антенной. В ходе работ по ракете возникли проблемы, связанные с отработкой силового двухгироскопного гиростабилизатора ГС-1. Антенна РГС, установленная на гироплатформе, не воспринимала колебаний корпуса ракеты по каналам курса и тангажа, оставаясь неподвижной в пространстве.
Однако, когда задавалось качание корпуса по крену, появлялся уход антенны, приводящий к ложным сигналам в контуре наведения. Наличие такого ложного сигнала приводило, как это показало моделирование, к недопустимо большим промахам. Причины нестабильности гиростабилизатора ГС-1 были выявлены в результате теоретического анализа на основе описания движения антенны системой матричных дифференциальных уравнений. Практически проблема была решена использованием гиростабилизатора другой конструкции по схеме Берлина, в которой корпуса гироскопов были соединены шарнирной связью-"спарником".
Другая проблема была связана с явлением так называемых синхронных ошибок головки самонаведения, с которым столкнулись впервые при создании ракеты К-8. В данном случае синхронные ошибки возникали из-за разности величин преломления радиолуча при прохождении через различные участки обтекателя. Находящаяся под обтекателем антенна из-за разности величин преломления в случае колебаний корпуса ракеты начинает формировать ложный сигнал угловой скорости линии визирования (соответствующий частоте колебаний).
Этот сигнал образует "паразитную" обратную связь по перегрузке, которая может быть положительной, дестабилизирующей или отрицательной, избыточно стабилизирующей, но в любом случае нарушающей нормальную работу контура наведения. Измерения градиента синхронной ошибки первых образцов обтекателей показали их значения до 0,15 град/град, что оказалось совершенно неприемлемым.
Проблема обтекателя в дальнейшем для этой ракеты решалась путем повышения требований к конструкции, подбору материалов, контролю обтекателей на специальных измерительных стендах, а также путем использования оптимальной фильтрации управляющего сигнала.
Последующее изучение проблемы синхронных ошибок показало, что они зависят не только от обтекателя, но в ряде случаев определяются также качеством устройств подвеса антенны (жесткость, люфты, трение), а также особенностями хода радиолуча для антенн сложной конструкции (двухзеркальных). Развитие в последнее время цифровых методов управления позволило предложить ряд методов компенсации синхронных ошибок антенных систем - табличных по запомненному портрету ошибок, введенному в память системы, и динамических.
Работы по самонаводящимся ракетам К-6 (ОКБ-2 главного конструктора П. Д. Грушина) и К-7 (ОКБ-134 главного конструктора И. И. Торопова) не получили развития. До стадии начала летных испытаний было доведено несколько вариантов этих ракет с различными головками самонаведения и аэродинамическими схемами.
Разработка конструкции ракеты К-9 с 1958 г. проводилась в ОКБ-134, а затем (в 1959 г.) была передана в ОКБ-155. Система самонаведения создавалась в КБ-1. Ракета должна была войти в состав автоматизированного комплекса перехвата "Ураган-5Б" и применяться с истребителей-перехватчиков Е-150, Е-152-1, Е-152А, Е-152-2, Е-152М. В 1961-1963 гг. макеты ракеты К-9 прошли летные испытания, но пусков реальных ракет не было по причине закрытия работ по системе "Ураган-5".
В 1957 г. на вооружение истребителей США поступает новая самонаводящаяся ракета с ИК-головкой самонаведения AIM-9B "Сайдуиндер". Появление этой ракеты стало без преувеличения эпохальным событием в ракетостроении. Почти одновременно с этой ракетой на вооружении английских истребителей "Лайтнинг" появляется самонаводящаяся ракета "Файрстрик" с ИК-головкой самонаведения.
Появление на вооружении зарубежных самолетов легких самонаводящихся ракет с ПК ГСН заставило руководство СССР принять решение о разработке аналогичного оружия. С этой целью был объявлен конкурс на разработку легкой самонаводящейся ракеты. В ОКБ-4 приступили к работам над ракетой К-88 с ИК ГСН в направлении глубокой модернизации ракеты К-8 с целью уменьшения ее размеров и массы. НИИ-2 (ГосНИИАС) совместно с КБ при КМЗ предложил модифицировать серийную ракету типа К-5М в самонаводящуюся К-55.
В это время произошел инцидент над Тонкинским проливом. В ряду продолжавшихся несколько лет многочисленных столкновений между истребителями КНР и Тайваня впервые в воздушном бою были применены ракеты класса "воздух-воздух".
Тайваньские истребители F-105, вооруженные ракетами AIM-9B "Сайдуиндер", атаковали группу самолетов КНР вблизи материкового побережья, причем несколько ракет упали на территории КНР. Упавшие ракеты чрезвычайно заинтересовали советских представителей в дружественном тогда Китае. Найти и собрать обломки ракет было непросто, они рассеялись на площади более 100 кв. км.
Задачу помогла решить китайская армия. В результате нашли, откопали, собрали обломки трех ракет. Обломки были переданы СССР и поступили для изучения в ОКБ-134 и в НИИ-2. Несколько позже были найдены и также поступили в нашу страну неразорвавшиеся ракеты в достаточно хорошо сохранившемся виде. Перед нашими специалистами была поставлена задача воспроизведения этой ракеты без каких-либо отступлений от оригинала. Началось изучение обломков, макетирование и экспериментальное исследование восстанавливаемых агрегатов.
Результаты проведенных исследований, как и сама ракета "Сайдуиндер", произвели столь убедительное впечатление на военных и руководителей Минавиапрома, что без всяких проволочек в 1957 г. было принято постановление о "воспроизводстве" - копировании с незначительными изменениями - ракеты "Сайдуиндер" под индексом К-13. Разработка самой ракеты К-13 была поручена ОКБ-134 под руководством И. И. Торопова, создание инфракрасной ГСН (ИГС) проводилось по конкурсу НИИ-10 (ИГС-59) и ЦКБ-589 (ТГС-13К).
Создание ракеты К-13 завершилось в рекордно короткие сроки. В 1961 г. началось серийное производство, а в 1962 г. ракета под обозначением Р-ЗС с ТГС-13К была принята на вооружение истребителей МиГ-21Ф-13 и МиГ-21ПФ. Работы по воспроизведению ракеты "Сайдуиндер" и созданию отечественного аналога К-13 отодвинули на некоторое время реализацию предложения НИИ-2 о модернизации ракеты К-5М в самонаводящуюся К-55.
Однако в 1960 г. председатель ГКАТ П.В. Дементьев предложил КБ при КМЗ, руководимому Ю. Н. Королевым, совместно с НИИ-2 создать на базе К-5М самонаводящуюся ракету К-55 с ИГС-58. Это задание было выполнено. Небольшой коллектив КМЗ под руководством НИИ-2 разработал ракету с высокими для того времени тактико-техническими характеристиками и хорошей помехозащищенностью.
Система управления ракеты К-55 прошла всесторонние исследования с использованием методов математического и полунатурного моделирования. В 1967 г. ракета К-55 стала производиться серийно на КМЗ и в этом же году была принята под обозначением Р-55 на вооружение самолетов Су-9, Су-11, Су-15, МиГ-21СМ, МиГ-21бис.
Таким образом, ракета К-55 выиграла конкурс у ракеты К-88, работы по которой были прекращены. В то же время, с 1958 г. в ОКБ-4 при участии института проводилась разработка ракеты К-80. Ракета была создана в двух комплектациях: с радиолокационной импульсной полуактивной головкой самонаведения ПАРГ-10ВВ главного конструктора Н. А. Викторова и с инфракрасной головкой главного конструктора Д. М. Хорола. Эта ракета вошла в состав комплекса дальнего перехвата Ту-128-80 на базе дальнего перехватчика Ту-128 с БРЛС "Смерч" главного конструктора Ф. Ф. Волкова.
В работах по комплексу перехвата Ту-128-80 в составе системы ПВО "Воздух-1" НИИ-2 впервые было осуществлено полное научное сопровождение разработки: от математического моделирования на этапе проектирования через стендовую отработку опытных образцов аппаратуры до полунатурного моделирования по программе Государственных летных испытаний.
В 1965 г. комплекс Ту-128-80 (под обозначением Ту-128-С4) с ракетой К-80 (получившей обозначение Р-4) был сдан на вооружение. Он был первым комплексом, способным осуществлять перехват на дальних рубежах в передней полусфере высотных скоростных самолетов.
Ракета Р-4Р (К-80Р) бомбардировщиков большого радиуса действия, которые начали появляться на вооружении развитых капиталистических стран в конце 50 - начале 60-х годов. Для этих же целей несколько позже (1970 г.) был создан уникальный для своего времени комплекс высотного перехвата в составе самолета МиГ-25 с БРЛС "Смерч-А" и высотной ракеты Р-40 с радиолокационной полуактивной импульсной головкой ПАРГ-12 и тепловой головкой самонаведения.
Большая высотность ракеты Р-40 достигалась за счет развитого крыла, ослабляющего влияние синхронных ошибок головки самонаведения, увеличенного запаса топлива, разнесенной по длине ракеты боевой части (в середине корпуса и в хвосте), а также за счет тщательной отработки радиолокационной головки самонаведения и системы управления. Дополнительные возможности по поражению высотных целей обеспечивались вариантом ракеты с ИГС.
Интенсивное развитие системы ПВО, в том числе наличие авиационных комплексов дальнего высотного перехвата по типу Ту-128-С4, МиГ-25П-40, заставляло искать новые тактические приемы проникновения ударных самолетов на территорию противника. В качестве такого приема был выбран полет на предельно малых высотах с большими скоростями. Использовавшиеся до этого импульсные БРЛС самолетов и полуактивные РГС, работающие по отраженному сигналу этих БРЛС, оказались непригодными для обнаружения, пеленгации и наведения на низколетящие цели на фоне мощных отражений собственного сигнала от подстилающей поверхности.
Пути преодоления этого недостатка в авиационных комплексах были понятны - использование принципа доплеровского сдвига частот отраженных сигналов для селекции движущейся цели относительно неподвижного фона. Техническая реализация этого принципа осуществлялась практически параллельно в СССР и США и привела к созданию сопоставимых по боевым возможностям авиационных комплексов МиГ-23М с БРЛС "Сапфир-23М" и ракетой К-23 и F-4 "Фантом" с ракетой AIM-7D, Е, Е-2 "Спэрроу".
Работы по ракете К-23 еще не успели полностью развернуться, как из воюющего Вьетнама был получен "подарок" - американская ракета AIM-7E "Спэрроу". Во время налета на порт Хайфон был сбит американский истребитель-бомбардировщик F-4. Он упал в море и затонул на небольшой глубине, благодаря чему сохранились неразрушенными подвешенные на нем ракеты.
Одна из ракет была доставлена в Москву и поступила на изучение. Другая ракета была "снята" с упавшего горящего самолета F-4 группой советских специалистов, находившихся во Вьетнаме. У ряда военных и гражданских специалистов возникла идея воспроизведения этой ракеты в отечественном образце наподобие ситуации "Сайдуиндер" - К-13.
Главный довод состоял в том, что на ракете AIM-7E уже использовалась головка непрерывного излучения, работающая на фоне земли, а разрабатываемая главным конструктором Е. Н. Геништой отечественная РГС-23 еще не показала своих качеств. Было принято решение о воспроизводстве - разработке ракеты К-25 как аналога AIM-7E "Спэрроу".
На основе тщательного сравнительного анализа характеристик ракет К-25 (AIM-7E) и К-23 институт НИИ-2 занял позицию отстаивания отечественной разработки. Основным аргументом при этом было то, что ракета AIM-7E представляет собой устаревшую модель и ее копирование означает шаг назад, в то время как американцы уже начали работы по модернизации AIM-7F.
Другим важным аргументом было то, что в РГС-23 используется более прогрессивный моноимпульсный метод обработки радиолокационного сигнала в отличие от метода конического сканирования в РГС ракеты AIM-7E. Правота позиции института была подтверждена временем, и в модификации AIM-7M (следующей за AIM-7F) американцы тоже перешли на моноимпульсный принцип, но с опозданием почти на десять лет.
Таким образом, удалось добиться продолжения работ по ракете К-23 параллельно с работами по К-25, что было продублировано постановлением от 17.11.67 г. Главным конструктором ракеты К-23 был назначен В. А. Пустовойтов. Началась параллельная конкурсная разработка двух ракет - К-25 и К-23, выполнявшаяся практически одним и тем же коллективом (за исключением головок самонаведения).
Создалась ситуация, позволявшая заимствовать оригинальные идеи, реализованные в зарубежной ракете, для улучшения собственной разработки. Однако из ракеты "Спэрроу" практически ничего заимствовано не было, хотя оригинальных технических решений в ней было использовано много. В разработке ракеты К-23 НИИ-2 участвовал с самого начала; исследования по этой ракете проводил большой коллектив специалистов под руководством Е. А. Федосова, Р. Д. Кузьминского, В. Ф. Левитина.
В 1973 г. ракета К-23 (под наименованием Р-23) была принята на вооружение истребителя МиГ-23. Параллельная разработка ракеты К-25 завершилась изготовлением нескольких опытных образцов и была прекращена в начале летных испытаний, после того как стало очевидным ее отставание по срокам и характеристикам от ракеты Р-23.
Ракета Р-23 около 10 лет сохраняла превосходство по тактико-техническим характеристикам над однотипными зарубежными ракетами по уровню эффективности в сложной информационной обстановке, помехозащищенности от всех известных типов активных совмещенных помех и в условиях отражений от подстилающей поверхности при атаке низколетящей цели. Только в 1982 г. ракета AIM-7M "Спэрроу" с доплеровской моноимпульсной головкой самонаведения достигла паритетного уровня с ракетой Р-23.
В начале 70-х годов в СССР под влиянием сведений о разработке в США комплекса F-14A с ракетой А1М-54А "Феникс" началось создание собственного многоканального комплекса дальнего перехвата "Заслон" на базе истребителя-перехватчика МиГ-31 и ракеты К-33. Однако концепция отечественного комплекса "Заслон" существенно отличалась от американской. Отечественный комплекс предназначался для территориальной ПВО районов страны с редкой сетью аэродромов и наземных средств наведения.
Это требовало повышенной автономности действий, больших рубежей перехвата и зон ответственности, многоканальности обстрела целей в пределах всего боекомплекта. Для обеспечения этих требований на перехватчике МиГ-31 была использована РЛС с фазированной антенной решеткой, имеющая значительно большие возможности по поиску, обнаружению, сопровождению целей и обеспечению их подсвета по сравнению с РЛС AWG-9 с механической антенной.
Благодаря практической безынерционности переброса луча станции с ФАР в режиме подсвета нескольких целей оказалось возможным в ракете К-33 применить полуактивную РГС с обеспечением приемлемой точности наведения одновременно четырех ракет на четыре цели.
Вся система управления комплекса, включая РЛС с ФАР "Заслон" и полуактивную РГС ракеты, разрабатывалась НПО "Фазотрон" под руководством главного конструктора В. К. Гришина. П