«Булава», прабабушка «Томагавка»: рельефометрическая навигация в 1950-ых
«Булава», прабабушка «Томагавка»: рельефометрическая навигация в 1950-ых
Крылатая ракета BGM-109 «Томагавк» заслуженно является, своего рода, символом американской военной машины конца XX — начала XXI века. Дешевая, неприхотливая и функциональная, она доказала свою эффективность во множестве конфликтов. Именно успешный опыт развертывания и боевого применения «Томагавков» послужил стимулом к созданию аналогичных низколетящих крылатых ракет (например, российских «Гранат» и «Калибр») и в других странах.
Но при всей известности «Томагавка», мало кто знает, что у этой ракеты был прямой предшественник. Который, хотя и был создан еще в 1950-ых, но действовал аналогично: проходил систему противовоздушной обороны противника на сверхмалой высоте, прижимаясь к поверхности, прячась от обнаружения за рельефом. О нем — вернее, о ней — я и хочу рассказать:
В первой половине 1950-х годов спор между баллистическими и крылатыми ракетами за место под солнцем был в самом разгаре. Баллистические ракеты, при всех своих преимуществах – минимальное подлетное время, сложность перехвата – были все еще полуэкспериментальной, принципиально новой технологией, к которой военные относились со вполне заслуженным недоверием. Хотя первые образцы баллистических ракет, вроде советской Р-1 и американской “Corporal” уже состояли на вооружении, они все еще были очень капризны, ненадежны, требовали долгой и сложной предстартовой подготовки с использованием опасных в хранении субстанций (вроде жидкого кислорода). Дальность их мало-мальски эффективного действия не превышала нескольких сотен километров, а масса боевых частей была мала. Разработка более дальнобойных и эффективных баллистических снарядов сталкивалась с целым набором принципиально новых инженерных проблем, пути решения которых, зачастую, представлялись весьма туманными.
Крылатая ракета MGM-1 «Матадор» взлетает с трейлера
В то же время, крылатые ракеты (более правильно называемые самолетами-снарядами) представляли собой всего лишь развитие уже достаточно хорошо освоенных авиационных технологий. Устроенные в общем и целом подобно самолетам, они были неприхотливы, просты в обслуживании и эксплуатации, работали на обычном авиационном топливе, и, как правило, были весьма надежны. Главным же их преимуществом являлась большая дальность действия. В то время как баллистические ракеты с трудом преодолевали 200-300 километров, крылатые ракеты спокойно летели на 500, 1000 или даже больше.
В начале 1950-ых, ВВС США приняли на вооружение свой первый атомный “беспилотный бомбардировщик” – крылатую ракету MGM-1 “Matador”. Этот дистанционно управляемый снаряд по размерам и скорости примерно соответствовал современным ему истребителям, и мог доставить ядерную боевую часть на дистанцию от 400 до 1000 км, ограниченную в первую очередь возможностями системы наведения. По сравнению с пилотируемыми бомбардировщиками, “Матадор” был существенно дешевле, не нуждался в аэродромах, позволял не рисковать ценным обученным персоналом, и за счет своих значительно меньших размеров – был менее уязвим для противовоздушной обороны ОВД. Все еще достаточно примитивные РЛС 1950-ых испытывали значительные трудности с обнаружением небольших, быстро движущихся аппаратов, а перехватчики и зенитная артиллерия – с их своевременным уничтожением. В середине 1950-х, эскадрильи крылатых ракет были развернуты на территории Западной Германии, Южной Кореи и Японии.
Батарея ракет «Матадор» (крылья сняты и сложены для транспортировки) на параде в Западной Германии.
Однако к середине 1950-х у крылатых ракет начали возникать существенные проблемы. Массовое распространение оснащенных радарами перехватчиков и появление первых зенитно-ракетных комплексов означали, что высота и небольшие размеры уже не являются столь надежной защитой, как прежде. По мере совершенствования радарных технологий, крылатые ракеты становились все более и более уязвимыми для средств ПВО. Баллистические же ракеты, хотя все еще и страдали от множества недостатков, были для ПВО врожденно малоуязвимы. Это означало, что чтобы оставаться эффективным вооружением, крылатые ракеты должны совершить эволюционный скачок в своем развитии.
На тот момент существовало два принципиальных направления развития крылатых ракет: интенсивное и экстенсивное.
• Интенсивный путь предполагал, что характеристики крылатых ракет, в первую очередь скорость и высота полета, должны быть радикально увеличены, чтобы сделать ракету малоуязвимой для средств ПВО. Однако подобное развитие, во-первых требовало решения целого ряда инженерных проблем, во-вторых его эффективность полностью зависела от способности инженеров предугадать и превзойти развитие перспективных средств ПВО. Кроме того, переход к высоким сверхзвуковым скоростям и стратосферным высотам полета мог быть значительно проще разрешен применением баллистических ракет.
• Экстенсивный путь предполагал, что крылатые ракеты должны развиваться в направлении принципиально новых, “ассиметричных” ответов на развитие систем ПВО – недоступных баллистическим ракетам. К таким относилось снижение радиолокационной заметности, использование систем радиоэлектронной борьбы, и проход к цели на сверхмалых высотах, позволявший ракете оставаться ниже горизонта обнаружения неприятельских радаров.
Проход на малой высоте представлялся самым перспективным решением – радарные системы того времени испытывали большие трудности с обнаружением и сопровождением целей низко над поверхностью. Большая часть перехватчиков также проектировалась с расчетом на борьбу с высотными целями, и весьма слабо подходили для действий вблизи земли. Но при таком подходе возникали существенные проблемы с навигацией. Летящая на малой высоте ракета быстро уходила за радиогоризонт относительно своей стартовой позиции, следовательно, командное управление не представлялось возможным. Инерциальные системы навигации просто не обладали в 1950-ых необходимой точностью: попытавшаяся пролететь на инерциальном управлении в 200 метрах над поверхностью ракета, скорее всего, безнадёжно промахивалась даже на сравнительно небольшой дальности.
Система ATRAN (Automated Terrain Recognition And Navigation, рус. Автоматическое Распознавание Рельефа И Навигация — АРРИН), разработанная фирмой Goodyear, была первой в истории системой рельефометрической навигации, принятой на вооружение. В основе ее лежало сопоставление данных о рельефе, над которым пролетала ракета (получаемых при помощи радара) с заранее заготовленной навигационной информацией (сохраненной на микропленке в виде фотографической карты). Сканируя местность и сопоставляя результаты сканирования с участками карты, ракета могла достаточно точно определить свое положение в пространстве и скорректировать дальнейший курс к цели.
Представляется почти невероятным, что подобная система могла функционировать на одних аналоговых схемах, но это было сделано и достаточно успешно. Система ATRAN была установлена на крылатой ракете «Мэйс» (англ. «Mace» — «булава»), принятой на вооружение в 1959 году.
Схема из патента на концепцию, легшую в основу ATRAN
Выглядело применение ATRAN следующим образом:
В полете, направленный вперед и вниз (под углом в 45 градусов) радар ракеты узким лучом сканировал местность, над которой она пролетала. Полученный сигнал модулировался по амплитуде. В результате каждого сканирования, получалась диаграмма импульсов разной амплитуды, соответствующих высоте объектов рельефа в полосе сканирования.
Параллельно с работой РЛС, в ракете проходило сканирование карты. Нанесенная на 35-мм кинопленку карта прокручивалась с одной бобины на другую, и сканировалась узкими полосами при помощи источника света под картой и подвижного фотоэлемента над ней. Движение фотоэлемента над картой соответствовало движению луча радара над местностью. В результате сканирования, получалась еще одна диаграмма импульсов с различной амплитудой – соответствующих высоте объектов рельефа на карте.
Затем автопилот ракеты (назвать его полноценным компьютером едва ли было возможно) сопоставлял в реальном времени полученные диаграммы при помощи резонаторного контура. Там, где пики от радара и от сканирования карты совпадали по амплитуде, сигнал усиливался и превосходил установленный порог. Это и служило индикатором точного положения ракеты. После каждого такого совпадения, карта проматывалась на несколько сантиметров вперед, в соответствии со скоростью полета ракеты.
При этом нанесенная на карту зона была шире зоны сканирования радара. Так было сделано для того, чтобы ракета могла ориентироваться над местностью и определять, куда именно и насколько она отклонилась от цели. Индикатором в данном случае служило то, при сканировании какой части карты – правой, левой или центральной – произошло совпадение с сигналом от радара. Центральная часть карты соответствовала намеченному “коридору” полета ракеты, правая и левая – соответственно, отклонению вправо и влево от такового. Если совпадение происходило в центральной части карты, то, следовательно, ракета по-прежнему находилась в требуемом “коридоре” и коррекция курса не требовалась.
Если же совпадение происходило при сканировании, допустим, левой части карты, это означало, что ракета отклонилась влево от намеченного “коридора”. В этом случае автопилот отклонял рули ракеты и смещал ее вправо до тех пор, пока совпадение при новых сканированиях не начинало происходить в центральной части карты. После этого рули возвращались в нейтральное положение, и ракета продолжала полет до нового сигнала коррекции.
Патентная схема ATRAN
Несмотря на инженерную сложность системы, для своего времени она вполне решала проблему уязвимости ракеты. Маршевая высота полета “Мэйс”, около 200 метров (750 футов) над поверхностью, делала ее крайне сложной мишенью для противовоздушной обороны начала 1960-ых. Большинство радаров раннего обнаружения и предупреждения о воздушном нападении в то время не могли обнаружить сравнительно небольшую ракету так низко над поверхностью. Даже в случае обнаружения, перехват “Мэйс” был очень затруднителен: большинство перехватчиков на вооружении ОВД не были приспособлены к действиям на сверхмалых высотах, и наиболее массовые зенитные комплексы на вооружении (С-25 и С-75) также не удовлетворяли требованиям по минимальной высоте. Это означало, что “Мэйс” может без особых затруднений проскальзывать незамеченной сквозь рубежи обороны ОВД в Восточной Европе и наносить удары по оперативному и стратегическому тылу. В качестве боевой части, ракета несла 1,1-мегатонный термоядерный заряд W-28. Мощности этой боевой части вполне хватало для эффективного уничтожения военных баз, аэродромов, транспортных узлов, командных бункеров и стартовых позиций ракет неприятеля.
Другим важным преимуществом ракеты была относительная мобильность стартовой позиции. Все, что требовалось “Мэйс” чтобы лечь на курс – это чтобы ее стартовая позиция находилась достаточно близко от начала нанесенного на карту “коридора”. Фиксированная стартовая точка (необходимая, например, для инерциальной навигационной системы) ATRAN не требовалась, система обладала достаточной гибкостью, чтобы “ухватиться” за правильный курс.
Такая возможность означала, что система “Мэйс” была одной из первых подлинно мобильных стратегических ракет. Стартовые позиции “Мэйс” могли быть эффективно рассредоточены и быстро передислоцированы, что делало превентивный удар по ним чрезвычайно затруднительным. Это преимущество стало одним из ключевых аргументов (на тот момент) в споре с баллистическими ракетами: “Мэйс” была малоуязвима для внезапного нападения, и отлично подходила на роль оружия гарантированного ответного удара.
Батарея ракет «Мэйс» в стартовой готовности на «Терракруизерах» — тяжелых гусеничных трейлерах-пусковых установках
Наконец, полетное задание ракеты потенциально могло быть заготовлено таким образом, чтобы “Мэйс” двигалась сложным курсом, совершая повороты. Это позволяло, например, завести ракету по ущелью в тыл неприятельского объекта, после чего выполнить разворот и атаковать цель с совершенно неожиданного направления. Подобная возможность учитывалась, однако, нет данных относительно ее реального внедрения: система ATRAN все же была создана для поддержания ракеты на более-менее прямом курсе, и любые запрограммированные повороты существенно повышали риск, что система “собьется”.
Разумеется, система имела недостатки, и главным из них была значительная трудоемкость подготовки полетного задания. Для того чтобы достигнуть цели, ракета требовала тщательно подготовленной и перенесенной на кинопленку карты рельефа на своем пути. Единственным поначалу способом получить такую карту, было выстроить из гипса и методично отснять на пленку точный макет рельефа на предполагаемом пути ракеты. Процедура была долгой и очень трудоемкой, подготовка одного комплекта карт могла занимать несколько недель. В конечном итоге, была разработана методика построения фотокарт местности по физическим географическим картам, что существенно облегчило работу.
Альтернативой было создание карты в реальном времени: оснащенный сканирующим радаром самолет-разведчик пролетал над местностью и осуществлял съемку рельефа в требуемом разрешении. Полученная карта копировалась, переводилась на кинопленку, и снаряжалась в ракету. Это существенно экономило время подготовки, но ставило ракету в зависимость от способности самолета-разведчика выполнить задание: советская ПВО не слишком-то любила нарушителей воздушного пространства Восточной Европы.
Для этой цели, три бомбардировщика-разведчика RB-50D и один RB-50G из состава 7406-ой вспомогательной эскадрильи ВВС США были оснащены сканирующими радарами. Однако, полеты специализированных (и не слишком уже современных) разведчиков над Восточной Европой были сопряжены со значительным риском, и поэтому авиаторы вооруженных сил США нашли иное, более изящное решение. Несколько транспортных самолетов С-54, летавших в Западный Берлин были тайно оснащены необходимым радарным оборудованием, и могли “открыто” сканировать местность во время якобы-гражданских полетов. Серия миссий по программе “Half-track” (англ. “полуприцеп”) была проведена в 1956-1957 годах, но в целом, результаты ее были не вполне удовлетворительны. В конечном итоге, ВВС США отказались от воздушного картографирования, сосредоточившись на построении подробных карт на основании географических (рационально исходя из того, что быстро переделать рельеф неприятель едва ли сумеет). Впрочем, самолеты Martin B-57, оснащенные системой ATRAN в 1958-1959 использовались для тестирования смоделированных коридоров.
Самолет С-54 «Лулу Белль», оснащенный для миссий ATRAN
Все это означало, что “Мэйс” являлась средством поражения исключительно стратегических, неподвижных целей, полетное задание по которым могло быть подготовлено заранее. Это было крупным недостатком по сравнению с радиоуправляемым “Матадором”, полетное задание которого могло быть подготовлено за несколько минут.
Значимым недостатком также стала ограниченная дальность ракеты. Ввиду необходимости оперировать на малых высотах, со значительным сопротивлением воздуха, радиус действия базовой версии “Мэйс” не превышал 1200 км. Для сравнения, двигаясь на большой высоте, ракета, хотя и становилась гораздо более уязвима для средств ПВО, но могла пролететь почти вдвое больше. Не желая упускать такое потенциальное преимущество, ВВС США разработали модификацию “Мэйс-В”, на которой система ATRAN была заменена инерциальной системой наведения. Дальность полета увеличилась до впечатляющих 2400 км, и подготовка полетного задания для “Мэйс-B” занимала считанные минуты – требовалось только установить пеленг и дальность до цели. Оборотной стороной стала, во-первых невозможность двигаться на малых высотах (что делало ракету значительно более уязвимой), а во-вторых невозможность применять с мобильных позиций. Гироскопы системы инерциального наведения требовали точной координатной привязки к стартовой точке. Как следствие, ракеты серии “Мэйс-B” хранились в заглубленных в землю железобетонных ангарах, обеспечивавших им определенную устойчивость к ядерной атаке.
Стационарная пусковая позиция “Мэйс-B”
Крылатые ракеты “Мэйс” стояли на вооружении с 1959 и по 1973 год. Но уже в начале 1960-х ВВС США начали терять к ним интерес – потенциал баллистических ракет стал к этому времени уже ясен. Теперь они представлялись практически “абсолютным” оружием, способным достигнуть целей за считанные минуты, и перехват даже тактических баллистических ракет в 1960-х все еще был достаточно проблематичен. Система управления их также была существенно проще (поскольку от нее требовалось проработать лишь около минуты, пока ракета разгонялась) и могла быть запрограммирована относительно быстро. На фоне новейших “Торов” и “Юпитеров”, преимущества “Мэйс” в дальности и малой заметности, а также в полезной нагрузке выглядели уже не столь убедительно.
Ракета «Першинг» на стартовой позиции
В 1965 году, военная администрация США приняла решение снять с вооружения наземные крылатые ракеты, и в 1966 “Мэйс-А” (с системой ATRAN) была списана в связи с моральным устареванием. Хотя ее способность к маловысотному полету по-прежнему значимо осложняла ее перехват, появление новых маловысотных ЗРК, вроде советского С-125, лишило ракету прежней неуязвимости. Ее дальнобойная “сестра”, “Мэйс-B” оставалась на вооружении до 1971 года, прежде чем была также снята с вооружения. Списанные ракеты со снятыми боевыми частями были переделаны в беспилотные летающие мишени (“Мэйс-А” представляла особый интерес в этом плане, поскольку могла имитировать полетный профиль низколетящего самолета) и в 1970-ых израсходованы на учениях.
