Системы наведения ракет малой и средней дальности

Практически все типы современных ракет обладают теми или иными средствами навигации и наведения на цель. Выбор конкретных видов систем наведения диктуется основными тактико-техническими характеристиками (ТТХ) ракетной техники и её конкретным назначением.

Общая классификация ракет малой и средней дальности и используемых на них систем наведения

Согласно ранее существовавшему «Договору о ликвидации ракет средней и меньшей дальности» (ДРСМД) между СССР и США, радиус действия ракет малой дальности определяется от 150 до 500км, а зона поражения ракет средней дальности – от 500 до 5000 км. Как известно, по своему классу ракеты также подразделяются на «воздух-воздух», «поверхность-поверхность», «воздух-поверхность» и «поверхность – воздух». Кроме того, исходя из лётных параметров, ракеты малой и средней дальности могут быть баллистическими, которые летят по параболической траектории и управляются только за счёт изменения тяги двигателей (без аэродинамических рулей), или же крылатыми, которые имеют соответствующее аэродинамическое оперение и благодаря этому могут менять траекторию полёта. Крылатые ракеты в свою очередь обладают различной скоростью полёта и делятся на дозвуковые (скорость 0,8-0,9 Мах), сверхзвуковые (скорость 2-3 Мах) и гиперзвуковые (скорость >5 Мах).

Все перечисленные выше особенности ракет средней и малой дальности являются определяющими при выборе систем их наведения на цель: 

1. Электродистанционная система управления (ЭДСУ). Этот метод наведения в современных условиях фактически означает программирование ракеты перед запуском (внесение в память блока управления координат цели и следование к ним в инерциальном режиме). Чаще всего ЭДСУ применяется на гиперзвуковых ракетах, высокая скорость которых не позволяет использовать иные методы навигации.
2. Командное наведение (наведение оператором). Данный тип наведения основан на передаче зашифрованных команд целеуказания в систему управления движением ракеты по радиоканалу (реже по световому лучу), при этом ракета должна находиться на линии визирования между пусковой установкой и целью (LOS), что определяется с помощью электронно-оптических систем, установленных как на командном пункте, так и на самой ракете, либо по экрану радара. Обычно командное наведение применяется в зенитно-ракетных комплексах противовоздушной обороны (ЗРК ПВО).
3. Геофизическая навигация (астронавигация или навигация по наземным ориентирам). Астронавигационная система представляет собой автоматизированное оптическое устройство, осуществляющее угловые измерения известного положения звезд и использующая их для расчета положения ракеты в пространстве. Такой тип навигации больше подходит для баллистических ракет с высокой траекторией полёта, а для крылатых ракет, летящих всего в нескольких сотнях метров над земной поверхностью, наиболее актуальной является система ориентации на основе сопоставления рельефа местности с цифровыми картами и коррекция траектории полёта по опорным точкам на ней (система автоматического распознавания). Последнее требует установки специализированного приборного комплекса в составе бортовой оптико-электронной системы круглосуточного и всепогодного наблюдения, а также радиолокационных и барометрических высотомеров.
4. Инерциально-спутниковая навигация. Наведение ракеты на цель с использованием инерциальной навигационной системы (ИНС) с корректировкой координат по спутниковому сигналу, либо же по сигналу с наземной станции слежения. Такая система наведения используется на многих видах ракет большой дальности в независимости от их целевого назначения.
5. Самонаведение на цель. Этот способ навигации ракет подразумевает их полную автономность и наличие на борту приборов, обеспечивающих точное попадание без внешнего вмешательства и какой-либо коррекции со стороны. Системы самонаведения ракет могут работать в активном, полуактивном и пассивном режиме и подразделяются на радиолокационные, электронно-оптические (в том числе лазерные), тепловые и разноканальные. В современных ракетах малой и средней дальности системы самонаведения как правило размещаются в их головной части и представляют собой т.н. головки самонаведения (ГСН).

В наиболее сложных бортовых навигационных ракетных комплексах могут применяться сразу несколько видов систем наведения (например ИНС и ГСН). Далее будут рассмотрены отдельные типы навигационных приборов, позволяющих осуществлять наведение на цель ракет средней и малой дальности. 

Инерциальные системы наведения ракет малой и средней дальности

Практически во всех ракетах малой и средней дальности присутствует трёхосный инерциальный измерительный модуль (IMU) в составе трёх гироскопов и трёх акселерометров, который позволяет стабилизировать положение ракеты в полёте по трём координатам (рыскание, крен и тангаж). Обычно IMU, устанавливаемые в таких ракетах, построены на базе кольцевых лазерных гироскопов (КЛГ) на основе эффекта Зеемана:

Эти гироскопы имеют резонаторы из оптического ситалла, что обеспечивает необходимый уровень помехозащищённости по крайней мере на дозвуковых скоростях:

Однако только часть ракет малой и средней дальности оснащены полноценными бесплатформенными инерциальными навигационными системами (БИНС) тактического класса (нулевой дрейф в таких системах составляет не более 0,1°/ч), которые позволяют ракете полноценно наводится на цель в инерциальном режиме, при этом такие ИНС зачастую корректируются по спутниковым данным или по данным с наземной станции слежения в определённый временной период. Таким образом инерциальное наведение ракеты подразумевает наличие интегрированной (инерциально-спутниковой) навигационной системы работающей по слабосвязанной схеме обработки сигнала.

Головки самонаведения (гсн) ракет малой и средней дальности

Первые системы самонаведения ракет начали разрабатываться практически сразу после окончания Второй Мировой Войны, однако первые ГСН появились только в 50-е гг. (это были тепловые датчики, т.е. ИК ГСН). Идея размещения систем самонаведения в головной части ракеты оказалась очень удачной и в последующем приобрела большую популярность. В настоящее время существуют следующие виды ГСН:

1. Радиолокационные ГСН (РЛГСН). Они в свою очередь подразделяются на активные ГСН (ARH), которые преимущественно устанавливаются на ракеты «воздух-воздух»; полуактивные ГСН (SARH) носителями которых в основном являются ракеты «поверхность-воздух» и ГСН на основе пассивного бистатического радара, т.е. пассивные ГСН (PBR), устанавливаемые на ракеты «воздух-поверхность».

2. Уже упомянутые выше ИК ГСН, которые наводятся по теплу исходящему от цели. Современная ИК ГСН представляет собой оптико-электронный прибор, предназначенный не только для выделения цели на окружающем тепловом фоне, но и для её идентификации и измерения её угловой скорости, а также для передачи в автоматическое прицельное устройство (АПУ) сигнала её захвата.

3. Оптические ГСН. Оптическое наведение подразумевает наличие в контуре ГСН полноценной оптико-электронной системы, состоящей из одного или нескольких каналов визуализации, работающих в различных диапазонах спектра (от УФ до ИК). Для возможности наведения на цель в тёмное время суток в оптических ГСН применяется компактный тепловизионный канал, который как правило представляет собой неохлаждаемый тепловизионный модуль длинноволнового ИК диапазона:

Оптическое наведение в большинстве таких ГСН происходит в основном с участием оператора, однако сейчас уже разрабатываются полностью автономные системы электронно-оптического наведения ракет на основе нейросетевых алгоритмов видеоанализа.

4. Лазерные ГСН (ЛГСН). ЛГСН принимает отражённое от цели излучение лазера коротковолнового ИК диапазона, определяет её угловые координаты и вырабатывает команды манёвра для бортовой системы управления.  Также как и РЛГСН, ЛГСН делятся на активные (лазерный излучатель и фото-приёмное устройство (ФПУ) находятся внутри ГСН), полуактивные (излучатель находится во внешнем носителе, а внутри ГСН расположено только ФПУ) и пассивные (наводятся на лазерное излучение приборов, установленных на объекте прицеливания). Наиболее современные активные ЛГСН построены на основе систем лазерного сканирования (LiDAR):

Такие ЛГСН могут не только определять местоположение цели и расстояние до неё, но и идентифицировать цели, а также устанавливать их приоритетность, что включает в себя возможность перенацеливания.

5. Комбинированные ГСН, совмещающие в себе сразу несколько каналов самонаведения (например, тепловое, радиолокационное и лазерное самонаведение), которые могут как дублировать друг друга для повышения надёжности системы самонаведения в целом, так и включаться попеременно в зависимости от дистанции до цели. 
Основным преимуществом ГСН является полная автоматизация процесса наведения на цель, а главным недостатком – слабая помехоустойчивость зондирующего сигнала, что заставляет искать методы повышения надёжности ГСН, одним из которых может быть совмещение их работы с иными способами наведения (например, с инерциальным или геофизическим наведением).

Перспективы развития систем наведения ракет малой и средней дальности

• Установка на сверхзвуковые крылатые ракеты вместо устаревших моделей ИНС на КЛГ, более технологичных и помехоустойчивых ИНС на волоконно-оптических гироскопах (ВОГ) тактического класса точности:

• Замена ИНС на КЛГ в гиперзвуковых носителях на более устойчивые к перегрузкам ИНС, которые построены на основе твердотельных волновых гироскопов (ТВГ) с кварцевыми резонаторами, либо на основе ядерных магнитно-резонансных гироскопов (ЯМРГ).
• Применение РЛГСН нового типа с использованием плоских или конформных   фазированных антенных решеток, которые выполнены с применением технологий визуализации и цифровой обработки инверсной сигнатуры цели.
• Использование в активных ЛГСН вместо обычных лазерных излучателей и ФПУ систем трёхмерного лазерного сканирование (LiDAR), что позволяет не только определять расположение целей и расстояние до них, но и идентифицировать эти цели.
• Проектирование мультиспектральных оптических ГСН с системой полностью    автоматического целеуказания на основе встроенных в блок управления ракеты алгоритмов нейросетевого   видеоанализа.
• Создание многоканальных активно-пассивных ГСН, например тепловизионно-    радиолокационных или тепловизионно-лазерно-радиолокационных.
• Внедрение комбинированных систем наведения, состоящих из нескольких навигационных компонентов, например сочетание ИНС и ГСН.