Сложная система для перехвата простой летающей трубы, набитой топливом и взрывчаткой

Защита от атак реактивных снарядов жизненно необходима для Израиля. Тактическая система их перехвата постоянно проходит проверку на прочность в реальных ракетных нападениях. Мы расскажем о принципах работы и основах устройства эффективного противоракетного комплекса, прикрывающего города.

Простой снаряд с несложным запуском

Реактивные снаряды прошли долгий путь от средневековых пороховых ракет до реактивных систем залпового огня. Они широко прижились в системах вооружений: это блоки неуправляемых авиационных ракет для самолетов и вертолетов и многие системы залпового огня. Простота конструкции позволяет делать их при минимуме производственного оборудования. Как и простейшие пусковые устройства, вместе образующие кустарный ракетный комплекс дальностью в десяток километров. Примером служит «Кассам», возникший в начале нашего века.

Это металлическая труба длиной от менее метра до трех и более и диаметром с руку или ногу человека (6–18 см). Спереди у нее заряд взрывчатки и взрыватель, а основную часть трубы заполняет масса твердого топлива. Завершается корпус донным блоком с несколькими соплами и стабилизаторами снаружи.

Тяга двигателя сдергивает ракету со стартового устройства и бросает на 8–15 км, а тяжелые варианты и на 40–60 км. Реактивный снаряд летит подобно артиллерийскому снаряду гаубиц калибра 152 мм, на сопоставимые расстояния и с похожей скоростью. Топливо в тонком корпусе ракеты сгорает под меньшим давлением и не так эффективно, как порох в стволе орудия, поэтому им заполняют почти всю трубу. Неэффективно и прицеливание через простую установку стартового устройства в нужном направлении. Попадание по точечной цели невозможно из-за разброса характеристик ракеты и низкой точности ее изготовления.

Но пролететь свои километры «Кассам» может, поэтому его запускают по площадным целям с жилой застройкой. Осколочно-фугасная боевая часть способна поразить незащищенных людей, транспорт, повредить или поджечь здания. «Кассамы» запускают по израильским городам вблизи сектора Газа — Сдероту и Ашкелону.

Используя заводскую или кустарную пусковую установку, можно запустить и снаряд от реактивной системы залпового огня «Град». Диаметром 12 см и длиной почти 3 м, он может улететь на 20–40 км. Точность его пуска тоже невысока, но падение на город вполне может получиться.

Простота кустарной работы позволяет делать «Кассамы» во множестве. Снаряды «Градов» тоже не штучные: боекомплект полного снаряжения установки составляет 40 снарядов. Если к ним есть доступ, то не к одной ракете. Возникает возможность залповой атаки многими снарядами, для защиты от которых нужна противостоящая техническая система.

Птицу видно по полету

Возможности и технические черты такой системы происходят от свойств ее типовых целей: множественность, неуправляемость и диапазон скоростей. Системе нужно уметь поразить сразу десяток или больше целей. Их скорости определяются дальностью: чем больше дальность, тем выше для нее нужна скорость снаряда. На дальностях в первые километры скорость самых медленных «Кассамов» может быть дозвуковой. Реактивный снаряд «Града» после выгорания топлива получает сверхзвуковую скорость около 700 м/с. Атмосфера «съест» часть скорости аэродинамическим сопротивлением, но сверхзвуковой режим полета сохранится.

На масштабе десятков километров гравитационное поле Земли однородно, его силовые линии параллельны. Траектория свободного баллистического полета будет опрокинутой параболой с восходящей к вершине частью и нисходящей к точке падения. Без атмосферы эти две части одинаковы и симметричны. Но воздух «съедает» скорость снаряда, замедляя его к нисходящей части, и она снижается круче восходящей. Это привычная, хорошо изученная и освоенная траектория пуль и артиллерийских снарядов.

Важная их черта — неуправляемость. Снаряд падает по свободной баллистической траектории. С ее расчетной линии он немного сдвигается комплексом возмущений. Это небольшие углы атаки от неточности формы снарядов, их колебаний и вращений и снос бурлящей атмосферой. В силу случайности возмущений они частично парируются, и снаряд не уходит далеко от расчетной траектории; его путь и положения в небе легко предсказать.

Не самая большая сверхзвуковая скорость и понятная траектория делают эту цель не очень трудной. Осложняют ситуацию малое время полета и множественность целей. Как решать задачу их перехвата?

Способ и средство поражения

Перехватом называют принудительное прекращение полета цели в прежнем направлении. Для баллистических целей это уничтожение или отклонение точки падения от защищаемого объекта. Уничтожение — самый верный путь; нужно выбрать способ.

Атакующий реактивный снаряд направлен вдоль своей скорости, подобно стреле. Ближе к цели он летит носом к ней и виден оттуда в анфас, в самом скромном ракурсе. В его 16-см диаметр надежно не попасть из зенитной пушки. А прямое попадание нужно и бронебойному снаряду, и ударному взрывателю для срабатывания.

Гораздо лучше взорвать у цели мощный осколочно-фугасный заряд. Он разрубит цель на куски действием ударной волны взрыва или сильно отклонит вбок ее движение. Поток осколков пробьет цель во многих местах, помогая ударной волне и выводя из строя начинку. С выбором осколочно-фугасной боевой части задача перехвата разделяется на два этапа: доставка заряда к цели и подрыв его там.

Лучшая доставка будет управляемой ракетой. Сверхзвуковая скорость обеспечит быстроту и короткое время, а управление полетом приведет к цели до поражающей близости. Система подрыва в нужный момент взорвет боевую часть ее полным действием по цели.

Сверхзвуковая скорость даст перехватчику также и маневренность. С помощью управляющих «крылышек» ракета займет угол атаки в 2–3 градуса к набегающему потоку воздуха. И этим создаст мощное газодинамическое сжатие потока на обдуваемой боковой поверхности перехватчика. Возникшая вдоль всего корпуса зона высокого давления даст боковые силу и перегрузку в десятки раз больше ускорения силы тяжести. Эта перегрузка энергично и быстро развернет полет в нужную сторону, обеспечив высокую маневренность ракеты-перехватчика. Но зачем она нужна? Ведь цель летит по понятной, плавно изгибающейся кривой, не меняя генерального движения.

Маневренность понадобится на последнем этапе сближения с целью. В процессе управления полетом всегда есть текущая ошибка, ракета летит с текущим промахом. Цель с приближением не остается точно впереди перехватчика, а смещается вбок от его курса. И чем ближе, тем сильнее и быстрее. Перехватчик стремится довернуть свой полет на цель, чтобы лететь прямо к ней, а не мимо. И создает для этого все большую боковую перегрузку, возрастающую вблизи цели. Именно она изгибает траекторию полета, которую нужно провести через убегающую цель.

Как обнаружить летящий снаряд

Но как разглядеть в небе запущенный реактивный снаряд? И сделать это как можно раньше, чтобы успеть с ответными действиями. Оптические средства не годятся, они не разглядят снаряд ни ночью, ни в сложных метеоусловиях: за плотными низкими облаками или в тумане, дымке, дожде. Инфракрасный (тепловой) канал наблюдения тоже неэффективен: в нем видно только горячие цели, источники теплового излучения. Например, сопла двигателей самолетов и ракет или раскаленную реактивную струю из них.

Но двигатель реактивного снаряда работает всего 5–10 секунд. Затем горячий выхлоп исчезает, а сопло остается направлено к точке пуска, а не к району будущего падения, откуда его не видно. Сверхзвуковое обтекание тоже не разогревает переднюю часть корпуса до яркости в инфракрасном диапазоне. Как тепловая цель реактивный снаряд тускл и малоразличим. Дождь, туман или облака не позволят разглядеть в небе слабый источник инфракрасного излучения.

Зато металлический снаряд хорошо отражает радиоволны. Поэтому радиолокационный канал обнаружения и измерения движения решит обе эти задачи. Радар не только обнаружит цель, но и определит тип снаряда. Это можно сделать по сигнатурам — мелким индивидуальным особенностям отраженного сигнала, характерным для каждого типа цели: конкретного варианта «Кассама», «Града» или других снарядов. Тип цели поможет уточнить прогнозы по движению, потому что у каждого типа снаряда свой баллистический коэффициент, говорящий о его торможении воздухом.

Увидев цель, радар несколько раз измерит положение снаряда в пространстве, его координаты. Сделав это последовательно, радар построит текущую траекторию и вектор скорости цели, ее величину и направление. Составляющие скорости радар увидит и по изменению частоты отраженного снарядом радиоизлучения радара, ее смещение покажет радиальную скорость цели. По этим данным можно рассчитать будущую траекторию. Полученную радаром информацию радиолокационная станция отправит в вычислительный центр управления боем и оружием, или центр управления огнем.

Дирижер перехвата

Он рассчитает дальнейшую траекторию цели и спрогнозирует будущую точку падения. Станет понятно, придется ли она на населенный пункт, аэродром или другой защищаемый объект. Или боевая часть снаряда разорвется в пустыне или море, не причинив вреда. Из-за кустарности «Кассамов» и несовершенства прицеливания снарядов «Града» только примерно пятая часть запущенного летит на защищаемые объекты. Надо определить угрозы и работать только с ними, не отвлекаясь на остальные цели. Так летящие снаряды селектируют на опасные и неопасные.

Для траектории станут известны и положения на ней снаряда в любой момент времени — прогноз движения и оставшееся полетное время. Зная путь в небе и «график движения» по нему, можно рассчитать перехват. В подчинении центра управления огнем есть три или четыре пусковые установки с готовыми к старту ракетами-перехватчиками, стоящие в разных точках местности вокруг защищаемого объекта. Центр выбирает лучшую для запуска ракеты установку и определяет момент старта.

В отличие от радиолокационной станции центр управления огнем работает напрямую не с целью, а с ракетами-перехватчиками. Он рассчитывает их траектории, проходящие через будущие положения цели. Выбрав лучшие (самые эффективные и своевременные) траектории, он дает команду на запуск двух ракет с выбранных пусковых установок в оптимальной последовательности.

Алгоритмы расчета, как и программное обеспечение, не афишируют; для быстроты используют вычисленные заранее типовые ситуации. Аналог библиотек готовых траекторий для всей зоны действия комплекса. Их быстрее скорректировать по фактической задаче и параметрам движения цели. Это сократит время выбора ракеты и выдачи команды на запуск перехватчика.

Дело кажется не очень сложным, но цель может быть не одна. В боевой ситуации возникают десятки целей в пространстве, каждая со своими параметрами движения. Измерить и обсчитать этот массив данных — одна половина задачи. Вторая — как оптимально сбить все требующее перехвата. Сколько ракет, с каким избытком, с учетом меняющейся ситуации в ходе текущих перехватов. Новые цели непрерывно обнаруживаются, сбитые удаляются из списка. Как развивается вся оперативная насыщенная картина, какова динамика этой большой системы? О чем она говорит, каким языком описана и что с ней делать?

В сложных, нагруженных множественными целями моментах становится важна не сама по себе скорость перехватчика, его маневренность или мощность боевой части. С усложнением баллистической обстановки обеспечивать победу начинает оптимизация запусков и быстрота принятия решений. Эффективность перехвата многих целей достигается не только нужным количеством ракет, но и оптимальным расходованием их. Дирижирование сложным боем определит его успех больше, чем параметры ракеты-перехватчика. Быстрый выбор и принятие решений о запусках обеспечивает центр управления огнем, выдавая команды на запуск всего через несколько секунд после обнаружения целей.

Погоня сверхзвуковой гончей

С боевой командой на запуск эстафета переходит к перехватчику. С оглушительным звуком из пусковой установки вылетает фонтан огня с одной стороны и ракета-перехватчик с другой. В считаные секунды твердотопливный двигатель разгоняет ракету до сверхзвуковой скорости, и она начинает свою стремительную погоню.

Чтобы попасть в цель самонаведением, ракете нужно ее видеть. В полете перехватчик управляется видимым положением цели относительно центра его поля зрения. Самонаведение стремится либо загнать цель в центр поля зрения (доворотом на нее ракеты), либо удерживать в небольшом отступе от центра, не позволяя ему увеличиваться. Детали определит конкретный метод самонаведения, которых существует несколько. Обзор пространства перед перехватчиком, наблюдение в нем положения цели и выработку управляющих команд делает головка самонаведения.

Зрение ракеты реализуется технически в приеме электромагнитного излучения, испускаемого целью. Это может быть инфракрасный (тепловой), оптический или ультрафиолетовый диапазон. Но они плохо работают в тумане и дымке, дожде и облаках, не видя цель в завесе плохих погодных условий. Можно использовать отраженные от цели радиоволны, направляемые излучателем ракеты; тогда головка самонаведения будет активной радиолокационной.

Чем мощнее излучение, тем дальше «видит» радиолокационная головка самонаведения. Мощность излучения требует, однако, емкого источника питания; вместе с излучателем это масса на борту перехватчика, делающая его тяжелее. Требования легкости и компактности бортового оборудования ограничивают дальность работы радиолокационной головки, и она не видит цель так далеко, как мощный наземный радар.

Однако ракету можно запустить и без наблюдения ею цели. В этом случае самонаведения не получится; но управление полетом может быть и другим. В том числе по командам, посылаемым на борт. Оно так и называется: командное наведение. Для него нужен центр выработки управляющих команд, канал связи с ракетой для их передачи на борт и наблюдение «сторонним» радаром взаимного положения и поведения ракеты и цели, по которым будут вырабатываться управляющие команды.

Это сложнее технически, зато экономит время (старт можно делать раньше) и снижает массу ракеты, делая ее более скоростной и маневренной. Эффективность — сложные весы из многих чаш. Первая (и часто основная) часть полета происходит по командному наведению, подводящему ракету к цели до «прозрения» головки самонаведения. После того как она заметила («захватила») цель, управление погоней переключается с командного на самонаведение, продолжающее стремительное и более точное сближение с целью. Это повышает надежность перехвата.

Можно после старта лететь не сразу прямо на цель, а завести ракету в точки будущей траектории цели. Оттуда сближение с целью будет лобовым, там она не смещается из центра поля зрения головки, а лишь растет в размерах. Неподвижная цель в центре, в нуле отклонений, самая простая ситуация: управление полетом здесь лишь стабилизирует прямолинейное сближение. Из точек возле траектории подлетающая цель видна в медленном и потому рабочем сползании из центра поля зрения перехватчика, которое легче отработать возможностями ракеты. Командное наведение позволяет завести ракету в нужные области пространства, оптимальные для перехвата, и там развернуть ее в сторону цели. Дальнейшее сближение обеспечит захват цели головкой ракеты и включит самонаведение перехватчика.

Финальная вспышка

Но вот цель рядом, и наступает критический момент: получится или не выйдет поразить ее. Как мы помним, это делает взрыв осколочной-фугасной боевой части. Ее нужно взорвать так близко к цели, чтобы действие взрыва и осколков было мощным, разрушающим и решающим.

Прямого попадания в цель может и не случиться: система управления полетом перехватчика работает с ошибкой, с текущим промахом. Он может быть совсем небольшим, и ракета пройдет впритирку к цели, в полуметре, но не зацепит прямым контактом. Значит, контактный ударный взрыватель использовать нельзя.

И это обычная ситуация для зенитных ракет. Команда на подрыв боевой части без прямого удара по цели может вырабатываться самыми разными способами. Распространенное решение — радиолокационные взрыватели. Они сработают по достижении критической близости цели, и этот момент определяют тоже разными методами. Не вдаваясь в их тонкости и детали, просто отметим, что неконтактный подрыв боевой части решает проблему с текущим промахом. И когда цель окажется в зоне поражения боевой части, система подрыва выдаст боевую команду на взрыв, немедленно исполненную.

«Железный купол»

В таком формате и была создана израильская тактическая система перехвата неуправляемых реактивных снарядов «Железный купол» (Iron Dome, на иврите «Киппа?т барзе?ль»). Она создавалась для защиты от атак «Кассамов», «Градов» и других похожих снарядов, в том числе артиллерийских (имеющих сходные калибр, скорость и характер движения), выпущенных с расстояния до 70 км (оно определяет скорость полета).

В апреле 2007 года Министерство обороны Израиля заключило контракт на разработку и производство комплекса с израильской компанией Rafael. Система создавалась сразу с учетом перспективы роста дальности реактивных снарядов, которые необходимо перехватить.

В марте 2011 года первые две батареи начали боевое дежурство, в апреле перехватив восемь ракет «Градов», запущенных из Газы. За год работы «Железный купол» сбил 93 ракеты, а за ноябрь 2012 года уничтожил 421 ракету. В мае 2021 года за 10 дней из Газы было запущено более 4,3 тыс. ракет; только в первые сутки конфликта их запустили 470. «Железный купол» перехватил более 90% ракет, летящих на населенные пункты.

Сегодня 10 батарей «Железного купола» несут круглосуточное боевое дежурство. Батарея — это единица комплекса в полном составе. В нее входит многоцелевая радиолокационная станция EL/M-2084 компании ELTA Systems, центр управления огнем и три или четыре пусковые установки по 20 ракет в каждой, размещенные в разных точках местности. Все части комплекса соединены беспроводной связью с высокой степенью защищенности.

Ракета «Тамир» (сокращение слов «ракета-перехватчик» на иврите) длиной 3 м и диаметром 16 см весит 90 кг. Управление сочетает командное наведение на начальном этапе полета и самонаведение на конечном. Его выполняет активная (с бортовым излучателем) радиолокационная головка самонаведения и «крылышки» аэродинамических рулей. Твердотопливный двигатель разгоняет ракету до 730 м/с, дульной скорости пули при выстреле из автомата Калашникова. Это позволяет перехватчику успеть встретить цель еще в отдалении от защищаемой территории. Одна батарея прикрывает около 150 км? местности, что эквивалентно площади круга диаметром 14 км.

Сегодня и завтра «Железного купола»

Самая массированная атака из Газы началась утром 7 октября 2023 года с запуска около 5 тыс. реактивных снарядов. Противостояние шло по количественному фактору: 10 батарей «Железного купола» содержат максимум (если во всех батареях по четыре пусковые установки) 800 ракет-перехватчиков. Взяв 20% опасных снарядов из 5 тыс. запущенных, получим 1 тыс. снарядов на 800 «Тамиров». Притом что по одной цели часто запускаются две ракеты для надежности. Массовость атаки преодолела возможности «Железного купола»: часть реактивных снарядов перехватить не удалось.

Это усиливает уже звучавшие оценки, что Израилю нужны 15 батарей «Железного купола». Вопрос в финансах, производстве и времени: одна батарея стоит около $50 млн, одна ракета «Тамир» обходится в $50–80 тыс. Затраты на перехват цели выходят порядка $100–150 тыс.

Но стоимость защищаемых объектов намного выше, а человеческие жизни и вовсе не оценить в долларах. Поэтому нет сомнений, что количество несущих дежурство батарей «Железного купола» в Израиле вырастет. Одновременно ведется модернизация системы для перехвата снарядов с дальностью пуска в 200–250 км, появление которых у атакующих сторон вопрос времени.

Эффективность «Железного купола» вывела его на международный рынок. Батареи комплекса закупили США, Индия, Румыния и Азербайджан. Намерения приобрести и подписание соглашений в разное время озвучивались Кипром, Саудовской Аравией, Сингапуром и Южной Кореей. Кроме этого, разработчик комплекса компания Rafael создает вариант для морского базирования. В нем можно использовать радар корабля, удешевляя систему, а компактность пусковых установок позволяет размещать их на небольших кораблях или даже на морских нефтяных и газовых платформах.

Угрозы атак тактическими реактивными (и артиллерийскими) снарядами растут, доступ к этому оружию получают все больше организаций и группировок. Мало сомнений, что актуальность систем для их перехвата будет расти, а использование — расширяться. Оборона — дело жизненной важности, и дальнейшее развитие и распространение «Железного купола» легко предсказать. Как и где он отработает будущие атаки, покажет время.

Николай Цыгикало, член-корреспондент Российской инженерной академии