Автономноуправляемые снаряды (Инженер-майор А. Балдов, кандидат технических наук, доцент; инженер-подполковник И. Кучеров, кандидат технических наук)

Среди большого разнообразия типов управляемых снарядов существуют снаряды, предназначенные для поражения стратегически важных целей, расположенных на значительном расстоянии от места пуска снаряда. Управление таким снарядом в полете может осуществляться с помощью автономной системы, которая самостоятельно в течение всего полета корректирует его движение по направлению к цели. Эта система управления нуждается лишь в первоначальной установке программы полета, производимой оператором перед пуском снаряда с земли, с борта самолета или корабля.

Автономной системой управления, например, может быть снабжен реактивный самолет-снаряд. Основную часть своего пути он проходит горизонтально, а затем переходит в крутое пикирование на цель. Дальность действия самолетов-снарядов достигает нескольких сот или даже тысяч километров. Скорость полета самолета-снаряда стараются сделать такой, чтобы современный сверхзвуковой истребитель не смог догнать, а стало быть, и расстрелять его. Высота полета самолета-снаряда может достигать десяти километров и более.

Самолет-снаряд состоит из планера, двигательной установки и системы управления. Планер включает в себя корпус, крылья и органы управления. В корпусе самолета-снаряда находится заряд взрывчатого вещества с взрывателем, расположенный обычно в передней части. Самолет-снаряд может быть носителем атомного заряда. В корпусе находятся также аппаратура системы управления и элементы двигательной установки - баки с горючим, баллоны с сжатым воздухом для подачи горючего в камеру сгорания, приборы регулирования работы двигателя и др. Для осуществления горизонтального полета самолет-снаряд имеет крылья достаточно большой площади. Они по форме напоминают крылья самолета, отсюда и название "самолет-снаряд".

Одна из главных частей самолета-снаряда - двигатель. Для придания снаряду скоростей, немногим превышающих скорость звука, удобно использовать турбореактивный двигатель. От двигателей, устанавливаемых на современных реактивных самолетах, он отличается лишь более простым устройством. Для обеспечения скорости полета самолета-снаряда, значительно большей звуковой, целесообразно применять прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Он дает большую тягу, прост в устройстве, надежен и экономичен в работе. Кроме основного двигателя (например, прямоточного), который работает в течение всего времени движения снаряда до цели, иногда может применяться дополнительный двигатель (пороховой или жидкостный) для разгона снаряда на начальном участке пути. Двигатели устанавливаются либо внутри корпуса снаряда, либо снаружи.

Рассмотрим работу простейшей автономной системы управления, обеспечивающей горизонтальный и прямолинейный полет авиационного самолета-снаряда с последующим переходом его в крутое пикирование.

Программная траектория будет представлять собой прямую, соединяющую точки А и Б (рис. 9, а). В точке Б снаряд переводится в крутое пикирование, после чего работа системы управления прекращается.

Рис. 9. Траектории полета автономноуправляемых снарядов: а - при выпуске с самолета-носителя; б - при выпуске с наземных или корабельных стартовых станций

Предположим, что для осуществления программной траектории ось снаряда все время должна совпадать с линией АБ. В действительности в результате воздействия на снаряд различных возмущающих сил, например порывов ветра, ось снаряда временами будет отклоняться от прямой АБ. Чтобы ликвидировать это отклонение, необходимо прежде всего измерить его, а затем в соответствии с величиной отклонения подать команды органам управления (рулям). Эту задачу выполняет автономная система управления.

В качестве приборов, позволяющих измерять отклонение оси снаряда от заданного направления, в автономных системах управления используются позиционные (трехстепенные) гироскопы. Особенностью такого гироскопа является то, что он стремится удержать неизменным заданное положение своей главной оси в пространстве.

В момент пуска снаряда главную ось (ось ротора) гироскопа направляют по прямой АБ. Во время полета снаряда специальные датчики, установленные внутри снаряда, вырабатывают сигналы, пропорциональные углу отклонения оси снаряда от главной оси гироскопа, направленной по заданной прямой АБ (сигналы ошибки). Эти сигналы подаются на привод руля, и руль отклоняется на угол, пропорциональный отклонению оси снаряда. При этом возникает аэродинамический момент, вращающий снаряд до совпадения его оси с главной осью гироскопа, а значит, и с прямой АБ. При совпадении этих осей сигнал ошибки будет равен нулю, и руль установится в нейтральное положение.

Поскольку снаряд возвращается к требуемому положению с определенной угловой скоростью, он по инерции пройдет заданное положение. Это приведет к появлению сигнала ошибки обратного знака, в результате чего руль отклонится в другую сторону, снаряд начнет возвращаться опять к требуемому положению и т. д. Следовательно, снаряд будет совершать колебания около заданного положения. Чтобы погасить эти колебания, используются сигналы двухстепенных гироскопов, которые измеряют угловую скорость отклонения снаряда.

Позиционный гироскоп не реагирует на поступательные перемещения снаряда и, в частности, на его перемещения в боковом направлении и по высоте, так как при этих перемещениях главная ось гироскопа может оставаться параллельной линии АБ. В качестве прибора, реагирующего на отклонение снаряда от заданной высоты, применяется высотомер, а боковые перемещения может учитывать измеритель ускорения (акселерометр).

Выше говорилось, что при достижении снарядом точки Б он переводится в крутое пикирование. Как же определяется момент перевода снаряда в пикирование? Для этой цели на снаряде устанавливаются измерители пройденного пути, которые при достижении нужного расстояния и дают сигнал органам управления.

Автономная система управления самолетами-снарядами, выпускаемыми со специально оборудованных наземных или корабельных стартовых станций, принципиально ничем не отличается от системы управления авиационного автономноуправляемого самолета-снаряда, выпускаемого с самолета-носителя. С наземных или корабельных стартовых установок снаряд выпускается в направлении на цель под небольшим углом возвышения, по достижении заданной высоты переводится в режим горизонтального прямолинейного полета и дальше летит так же, как авиационный самолет-снаряд. Автономная система управления может применяться для управления полетом авиационных торпед.

Автономные системы управления могут также применяться на ракетах дальнего действия. Запуск такой ракеты осуществляется с наземной стартовой установки. В начале своего пути под действием значительной реактивной силы, развиваемой жидкостным реактивным двигателем, ракета поднимается вертикально вверх до точки А (см. рис. 9, б). В дальнейшем автономная система управления так отклоняет рули, что снаряд движется по траектории, близкой к дуге окружности. Как только скорость ракеты достигает определенной величины (в точке Б), система управления выключает двигатель. Скорость ракеты к этому моменту может быть около 5000 км/час, а высота - около 50 км. При этом система управления устанавливает угол между осью ракеты и горизонтом около 45°.

В дальнейшем ракета движется в разреженных слоях атмосферы по траектории, близкой к параболе, затем падает на землю в районе цели, причиняя ей разрушение (кривая 1). Если ту же ракету снабдить крыльями, то траектория падения будет более пологой (кривая 2), и дальность полета возрастет.

Автономноуправляемые самолеты-снаряды и ракеты дальнего действия могут поражать стратегически важные цели - крупные военно-промышленные центры, военно-воздушные и военно-морские базы.

Оценивая качества автономноуправляемых снарядов, следует прежде всего указать на абсолютную помехоустойчивость их систем управления. Однако рассмотренные выше гироскопические системы автономного управления, являясь простейшими из всех известных систем управления, обладают тем недостатком, что они реагируют лишь на повороты снаряда, не учитывая его поступательных перемещений. Вследствие этого подобные системы не могут обеспечить высокую точность наведения снаряда на цель, особенно при большой дальности полета. Так, например, боковое смещение снаряда, вызываемое ветром, может быть учтено лишь путем ввода поправки в направление полета снаряда перед выстрелом. Однако скорость и направление ветра над территорией противника не всегда могут быть точно известны. Чтобы судить о точности автономно управляемых снарядов, достаточно указать, что только примерно половина известных снарядов ФАУ-1 попадала в круг с радиусом 5 км при дальности стрельбы 280 км.

Для повышения точности наведения снаряда необходимо определять не только направление осей снаряда в пространстве, но и его положение относительно земной поверхности. Для этого можно воспользоваться астрономическими методами. Автономная система управления, включающая астрономические приборы для определения положения снаряда над земной поверхностью, называется астронавигационной.

Астронавигационные системы управления обладают большей точностью, чем гироскопические. Существенным преимуществом астронавигационных систем является то, что точность их работы не зависит от дальности полета снаряда, а следовательно, и точность наведения снаряда на цель также практически не зависит от дальности стрельбы. Такие системы управления могут найти применение для дальних самолетов-снарядов и дальних ракет.

Широкие возможности увеличения дальности стрельбы открывают составные ракеты, а также ракеты, снабженные двигателями, работающими на атомной энергии. Дальность полета составных ракет достигает нескольких тысяч километров (кривая 3).

Составные ракеты представляют собой комбинации из нескольких обычных ракет. После того как топливо в первой ракете выгорит, она автоматически отделяется; затем начинает выгорать топливо во второй ракете и т. д. Вследствие постоянного уменьшения массы ракетного "поезда" конечная скорость последней ракеты будет больше, чем была бы скорость всего "поезда". Составные ракеты открывают большие перспективы для исследования мировых пространств. В печати сообщалось, что вертикальный полет двухступенчатой ракеты составил 403 км.

Самолеты-снаряды и ракеты дальнего действия имеют весьма большую скорость полета и приземления, что серьезно затрудняет борьбу с ними. Однако нет таких средств поражения, против которых не было бы эффективных способов защиты.