Стратегическая ПРО США. Часть 5

11 June
1,3k full reads
2,2k story viewsUnique page visitors
1,3k read the story to the endThat's 61% of the total page views
16 minutes — average reading time

Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4

Виталий Каберник, Игорь Галабурда

Глаза ПРО: Диапазон Х

Приносим свои извинения – в этой части статьи будет много технических деталей. Заодно мы сорвем покровы с некоторых особенностей радиолокации и методов опознавания и классификации целей, которые используются не только системами ПРО, но в и прикладных задачах ПВО. Будем надеяться, что изложить материал удастся достаточно популярно, хотя упрощения неизбежны. Специалистов по обработке сигналов и практической радиолокации настоятельно просим не придираться – мы здесь все же не учебник пишем, а пытаемся объяснить сложные вещи простыми словами.

Итак, мы возвращаемся к задачам ПРО. Что нам нужно, чтобы стрелять по цели? Нужно знать, где цель, отделить ее от ложных. Когда МБР стартовала и вышла на траекторию разведения, даже естественных ложных целей образуется огромное количество. Грубо говоря, все болтики, гаечки, элементы обшивки ступеней, кронштейны и прочий мусор продолжат полет вместе с боевой частью. Комплекс средств преодоления ПРО добавит к этому облаку дипольные отражатели и россыпь металлизированных майларовых шаров. Это очень простые средства, они весят ничтожно мало, поэтому на борт боевой ступени их можно взять очень много – и берут сотнями. Они предельно дешевы и практически не занимают никакого объема – майларовый блестящий шарик вы можете купить в любом торговом центре. И его даже надувать не надо – в вакууме космоса остаточное давление атмосферы внутри него надует этот плотно свернутый конвертик безо всяких дополнительных средств. С точки зрения радиолокации весь этот мусор создает облако пассивных помех, из которого нужно выделить истинную цель. И РЛС СПРН, о которых мы говорили в предыдущей части, совершенно не умеют этого делать.

Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.

Примерно так может выглядеть набор простых легких ложных целей, который несет на себе одна МБР. Рисунок наглядно демонстрирует 7 бесполезно израсходованных перехватчиков EKV, сбивающих надувные шарики, в то время, как реальная боеголовка остаётся без воздействия.

Впервые пассивные помехи были применены англичанами в 1943 г. при авианалете на Гамбург. Это были полоски фольги длиной, пропорциональной длине волны обзорных немецких РЛС (27 см). В послевоенные годы системы постановки пассивных помех для авиации совершенствовались, и в какой-то момент породили даже бортовой шредер для стратегических бомбардировщиков, заряженный рулоном фольги массой в пару тонн. По данным радиоразведки он определял длину волны облучающего радара и немедленно нарезал тысячи полосок нужного размера, выбрасывая их за борт для прикрытия группового налета.

Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.

Цели, пассивные помехи и слабые активные помехи на индикаторе кругового обзора симулятора панорамной РЛС. Виртуальный радар находится в районе интенсивного воздушного движения. Поэтому на экране наблюдается множество отметок от целей, гидрометеоров и местных предметов. Система селекции движущихся целей выключена.

Но для самолетов этот метод укрытия от обнаружения РЛС ПВО оказался малоэффективен. Атмосфера почти мгновенно тормозит весь этот сбрасываемый с самолета мусор. Современные РЛС эффективно отсекают пассивные помехи по скорости – ниже определенного скоростного порога цели просто не отображаются и никого запутать не могут. Патроны с пассивными помехами все еще входят в системы защиты боевых самолетов, но рассматриваются как средство последнего шанса – ослепить ГСН ракеты (которая не имеет таких совершенных алгоритмов селекции целей, как наземная РЛС) на какую-то долю секунды, чтобы попробовать вывернуться из сектора ее обнаружения. Шансы на успех при этом невелики.

Фото в свободном доступе
Фото в свободном доступе
Фото в свободном доступе

Начинка современных патронов с пассивными помехами – металлизированное стекловолокно

Но в космосе нечему тормозить все эти облака пассивных помех, и они продолжат движение вместе с БЧ по ее траектории, или пойдут по какой-то своей. РЛС СПРН, работающая в диапазоне дециметровых волн (L-диапазон), который отлично подходит для обнаружения целей с низкой ЭПР, все это облако зафиксирует просто как групповую цель – одно пятнышко на дисплее. Стрелять в это пятнышко смысла никакого – тем более что облако ложных целей еще и расползется со временем. Для осуществления эффективного обстрела нужна РЛС высокого разрешения, работающая на высокой частоте. Чаще всего в сантиметровом диапазоне Х, на частотах порядка 8-10 ГГц. Кстати, плюс-минус в том же диапазоне работают низковысотные обнаружители и станции сопровождения и подсвета цели современных ЗРК (за исключением морских, но там своя специфика) – тут специализированные РЛС ПРО отличаются только бОльшим энергетическим потенциалом.

В далекие времена СОИ, в 1980-е, американцы планировали, что система микроспутников Brilliant Pebbles сможет полностью игнорировать ложные цели за счет распознавания образов с использованием матричной ГСН ИК-диапазона. То есть перехватчик достаточно будет просто нацелить на все это облако и пусть он в его направлении летит и смотрит – ведь БЧ явно отличается по форме от всего этого радиоконтрастного мусора. Собственно, первые испытания ГСН перехватчиков были посвящены доводке этой системы распознавания образов: ГСН научили надежно отличать конус (БЧ) от шарика (ложной цели) – невелика сложность, если уж по-честному. Правда, тут же выяснилось, что ложные цели совсем не обязаны быть шариками, и по форме могут ничем не отличаться от конуса БЧ, но этим решили пренебречь. По крайней мере, система надежно игнорировала болтики, гаечки, куски обшивки и облака топлива, что уже неплохо.

Фото в свободном доступе
Фото в свободном доступе
Фото в свободном доступе

Надувная легкая ложная цель комплекса преодоления ПРО МБР Минитмен, имеющая форму реальной БЧ

Но позже, когда ПРО спустилась с небес на грешную Землю, все проблемы выделения истинной цели из облака ложных вновь встали в полный рост. Сначала ведь казалось, что для перехвата на среднем участке точно так же достаточно запустить перехватчик с матричной ГСН навстречу всему этому облаку – и пусть он там разберется, чего поражать. Но маневренных возможностей этого перехватчика при запуске с Земли оказалось явно недостаточно для выхода на групповую цель, траектория которой завязана с точностью плюс-минус лапоть, а размеры известны с точностью плюс-минус градус, на расстоянии в 3000 км – это пятно диаметром свыше 50 км. И это пятно еще увеличивается в размерах по мере движения по траектории. Поэтому пришлось вспомнить методы распознавания целей родом из ПВО, дополнительно усовершенствовав обработку сигналов.

Как РЛС отличает стратегический бомбардировщик от малоразмерной крылатой ракеты? Довольно просто – ЭПР бомбардировщика больше на пару-тройку порядков, и отраженный сигнал от него будет значительно мощнее.

Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.

Условные средние (рекламные) оценки ЭПР различных боевых самолетов. По данным зарубежной печати. ЭПР реальной БЧ при наблюдении в лоб намного меньше – порядка 0.01 кв.м.

А как отличить, скажем, F-22 от Су-57? Их ЭПР в целом сопоставимы, и выглядеть они будут одинаково? И тут начинает работать вычислительный комплекс РЛС, анализирующий радиолокационный портрет цели.

ЭПР двух упомянутых истребителей сопоставима только В ЦЕЛОМ, но совершенно уникальна при облучении с разных ракурсов. Даже незначительное изменение ракурса даст некоторый материал для анализа – кусочек заранее снятой средствами радиоразведки диаграммы ЭПР. Сравнение его с эталоном позволит сделать предположение о типе самолета. Никогда нельзя быть уверенным на 100%, если только цель не прокрутится на 360 градусов по всем трем осям, но разумная догадка тоже работает.

Коллаж авторов
Коллаж авторов
Коллаж авторов

Диаграммы ЭПР для F-22, F-35, Су-57 при моделировании облучения моноимпульсной РЛС

Ведь в задачах ПРО все значительно сложнее. БЧ, которые движутся на РЛС прямо в лоб, характеризуются ничтожной ЭПР и совершенно не хотят поворачиваться! Но уже есть с чего начать: всякие болтики-гаечки, вероятно, будут хаотично вращаться, и их ЭПР будет меняться на порядки; для вычислительного комплекса анализа обстановки они будут «мерцать». После этого их можно не сопровождать, иначе электронные мозги вскипели бы от тысяч потенциальных целей. Остается стабильно двигающийся мусор, шары ложных целей и сами БЧ, которые нужно выделить. При этом ЭПР шарика одинакова с любого ракурса и подобрана так, чтобы быть предельно похожей на ЭПР БЧ. А раз уж он шарик, то может и вращаться – ЭПР с любого ракурса одинаковая.

Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.

Диаграмма ЭПР типичной БЧ в зависимости от ракурса облучения РЛС Х-диапазона (10 ГГц). Для шарика легкой ложной цели такая же диаграмма будет плоской линией на уровне около 0.1 кв.м.

Один из методов селекции ложных целей – использование бистатических РЛС Х-диапазона с несколькими разнесенными антенными полотнами, либо пары РЛС, между которыми есть канал обмена данными. Для пары разнесенных РЛС истинная цель будет иметь различную ЭПР – они смотрят на нее с разных ракурсов. Шарики ложных целей для обеих будут иметь идентичную ЭПР, и их можно не сопровождать. Но бистатические РЛС – экзотическая и дорогая технология, где сложно обеспечить синхронный обзор одного сектора с разных ракурсов, поэтому желательно обойтись все же одним антенным полотном. Здесь в опознавании цели начинают работать изощренные методы обработки сигналов.

Нас всех учили, что на приемную антенну РЛС прилетает только один отраженный от цели сигнал. Для обзорных РЛС с большой длиной волны это примерно так и есть, но высокоточные РЛС, работающие в Х-диапазоне, или мультичастотные, получают несколько отражений. Сильно упрощая, каждый излом формы цели дает отдельное отражение, «зубчик» радиолокационного портрета. На приемную антенну эти отражения приходят с задержкой в единицы наносекунд, и могут сливаться в один отклик, их искажает интерференция, очень сложно отделить от шума. Но с помощью разных ухищрений каждый элемент отражения все же можно выделить и обработать. Конечно, для этого понадобится крайне быстродействующие схемы анализа сигналов, работающие в реальном времени в течение тех самых наносекунд, пока антенна принимает отражения от цели. Нужны очень специфические приемники, суперкомпьютер, алгоритмы отсева полезного сигнала от шума, цифровая обработка, особые формы импульсов и много другой технической магии. Но эта задача решаема. В результате РЛС ПРО особой точности приобретает способность «видеть» форму цели, точнее, предполагать ее.

Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.

Форма отклика от устаревшей БЧ для РЛС высокого разрешения Х-диапазона. В осях: время-амплитуда сигнала.

От шарика легкой ложной цели на РЛС придет ровно один «зубчик» отраженного сигнала, причем характеристики формы отклика во времени настолько лабороторно точны, что такие цели отсекаются с первого же прохода. Гаечки-болтики и кусочки обшивки мы отсеяли ранее – они своей ЭПР сверкали. В результате за несколько проходов РЛС Х-диапазона оставляет на сопровождении только те цели, форма которых плюс-минус похожа на БЧ. Среди них могут быть и ложные – тяжелые и легкие «надувные женщины» формой аналогичные боеголовке. Но по этим данным уже можно стрелять, понадеявшись на мультиспектральную ГСН перехватчика, которая выполнит окончательную селекцию целей. Искусственные ложные цели обычно несколько иначе выглядят в ИК и УФ, так что головка самонаведения имеет неплохие шансы поразить БЧ с ядерным зарядом внутри. Ну а если пропустит неядерную БЧ – это уже не так опасно.

Надежно ли выделение целей, которое проводят РЛС ПРО Х-диапазона? Конечно, нет – это не более чем компромисс. Например, кто нам мешает засунуть БЧ в собственный шарик и притвориться ложной целью? Кто мешает «поломать» характерную форму БЧ – это не обязательно делать физически; достаточно использовать несколько поясов радиопоглощающего покрытия. Можно раскрывать вокруг зонтики большого диаметра, сорить активными ложными целями, в каждой из которых работает ответчик нужного диапазона и т.д. Комплекс средств преодоления ПРО на борту МБР может быть в высшей степени изощренным, порождать тысячи фантомов, а при массированном ударе не грех и расчистить дорогу парой мегатонн впереди, чтобы обеспечить гарантированную доставку боеприпасов к цели. Но для того, чтобы хотя минимально обеспечить возможность обстрела БЧ МБР на среднем участке траектории, ничего лучше не придумано, а алгоритмы селекции целей можно совершенствовать на уровне программного обеспечения, постепенно улучшая их точность и надежность. На это и был расчет при разработке элементов стратегической ПРО США. А вторая часть расчета была на мультистатическое наблюдение за интересующим сектором – то есть возможности по размещению РЛС ПРО таким образом, чтобы наблюдать цель хотя бы с пары ракурсов одновременно. Но в реальности все многим сложнее.

Для обеспечения возможности наблюдения цели с разных ракурсов все боевые РЛС Х-диапазона с самого начала проектировались возимыми или самодвижущимися. Единственное исключение – HAVE STARE, которая стоит внутри норвежского «Глобуса-2», хотя и ее можно перевозить с места на место, что и было успешно проделано, когда ее сначала собрали и протестировали в Техасе, потом привезли на космодром Вандерберг, а потом на остров Вардё. Эта РЛС, конечно, используется в интересах разведки, и ее способности позволяют надежно наблюдать за испытаниями БРПЛ, а также собирать радиолокационные портреты наших БЧ (точнее, массогабаритных макетов). Из-за самого ее наличия затруднены испытания средств преодоления ПРО для наших БРПЛ – она их надежно «срисует» и пополнит базы радиолокационных портретов, чтобы боевые РЛС уже на них не отвлекались. В случае чего эта РЛС… ничего не успеет сделать, конечно. Технически – могла бы с высокой точностью завязать траектории МБР, пролетающих над Северной Европой, отсечь большинство мусора и выдать качественное целеуказание для перехватчиков. Реально – будет выведена из строя заблаговременно, ибо стоит в упор к границе.

Основной модульной РЛС Х-диапазона, которая планировалась к использованию в интересах стратегической ПРО, является AN/TPY-2, известная также как «обзорный передовой возимый радар» FBX-T. Это весьма совершенная РЛС с цифровой АФАР, для которой в рекламных проспектах указывается дальность до 4700 км. В реальности, впрочем, дальность обнаружения типичной современной БЧ оценивается в 1300 км для цели с ЭПР 0.1-0.2 кв.м.

Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.
Рисунок авторов. При перепечатке активная ссылка на данную публикацию обязательна.

Типичные тестовые цели, по которым определялась дальность РЛС AN/TPY-2

На этой дальности AN/TPY-2 имеет высокую точность и полную автоматизацию работы с выдачей информации для средств поражения через спутниковую связь с глобальным охватом. Эта же РЛС используется в составе комплекса терминального перехвата THAAD. Главный ее недостаток – фиксированный сектор обзора по азимуту и невозможность его оперативно менять после развертывания.

На ранней стадии проектирования стратегической ПРО предполагалось, что развернутые в различных уголках мира такие вот РЛС обеспечат обзор значительной части Северного полушария Земли, причем с разных ракурсов, с перекрытием. Разместить их планировалось в Израиле, Турции, Азербайджане, Грузии, Чехии, Польше, Южной Корее, Японии, на Аляске и на Гавайях. Конечно, с благородной целью защиты всех-всех-всех от страшных иранских и северокорейских ракет.

Однако, у наших военных дипломатов было особое мнение на этот счет, да и по политической линии товарищи из МИДа четко, хотя и негласно донесли до партнеров мысль о том, что размещение такой РЛС равнозначно рисованию красивой и жирной мишени для первого удара в случае любого обострения обстановки. В итоге Турция, Азербайджан, Чехия, Грузия и другие вежливо отказались от чести размещения этого объекта на своей территории. Один экземпляр принял Израиль, изучил и, вроде бы, вернул назад – сделали свой примерный аналог Green Pine, который в систему ПРО США не включен. Хотя не исключено, что где-то в пустыне Негев стоит и продолжает тестироваться еще одна AN/TPY-2. Японцев особо не спрашивали, и там стоит еще одна такая РЛС. Третью удалось после длительных запугиваний привезти в Южную Корею на фоне истерии по поводу неизбежного удара с севера.

Фото в свободном доступе
Фото в свободном доступе
Фото в свободном доступе

Торжественная встреча двух пусковых установок THAAD на базе Осан в Южной Корее в 2017 г.

Все остальные AN/TPY-2 – на территории США, в составе испытательных полигонов. Уровень их боеготовности не особо ясен – система продолжает совершенствоваться в части алгоритмов и средств связи. Но логично предположить, что он достаточен хотя бы для использования в составе комплекса терминального перехвата THAAD, что подтверждено несколькими испытаниями.

Тем не менее, этих РЛС для обеспечения национальной ПРО в части перехвата на среднем участке траектории явно недостаточно. Из-за вежливого отказа союзников размещать на своей территории подобные объекты, никак не получалось обеспечить адекватное покрытие не то чтобы Северного полушария Земли, а даже и приоритетных секторов обзора РЛС Х-диапазона. Кроме того, они оказались довольно дороги и сложны в производстве и эксплуатации, а дальность по реальным целям оказалась намного хуже той, которая указана в рекламных проспектах. Поэтому в интересах ПРО в 2006 г. был построен настоящий плавучий левиафан, морская РЛС SBX, которую медленно и печально можно переместить туда, где она нужна.

Фото в свободном доступе

Удивительной частью истории этого объекта является то, что платформа для него построена в России, на Выборгском заводе. Изначально это была плавучая буровая установка, так ее заказывали. В дальнейшем на «буровую» водрузили уникальную РЛС Х-диапазона с поворотным полотном АФАР, собранным из модулей, аналогичных используемым в AN/TPY-2.

РЛС, установленная на буровую платформу, без преувеличений уникальна, особенно с учетом ее условной мобильности. Основной антенный комплекс массой 1800 тонн оснащен единственным антенным полотном с цифровой АФАР площадью в 384 кв.м, установленным на поворотном основании. В текущей конфигурации полотно состоит из 22000 элементов с возможностью установки до 45000 приемопередающих модулей. Мощность в импульсе не раскрывается, но энергосистема РЛС состоит из шести генераторов по 3.6 МВт каждый, что означает, что она по меньшей мере не уступает стационарным наземным РЛС ПРО, а по разрешающей способности, вероятно, превосходит их. Указывается на способность обнаруживать объект размером с бейсбольный мяч на дистанции в 4700 км (опять 4700? Что-то здесь, возможно, не так), что означает, что на луче РЛС держит порядка 2.5 МВт в обзорном режиме. Антенное полотно укрыто в радиопрозрачный шар, причем он нежесткий, и форма его отчасти поддерживается наддувом. Такое решение было использовано для устойчивости к сильным ветрам, который могли бы его разрушить, если делать жесткую конструкцию с высокой парусностью.

Фото ув свободном доступе
Фото ув свободном доступе
Фото ув свободном доступе

Антенна радара SBX на поворотной платформе перед монтажом на установку.

Вся эта установка изначально планировалась к размещению близ берегов Аляски – конечно же, с целью защиты от северокорейских ракет, не подумайте чего-то дурного. А возможность перемещения ей была нужна для участия в испытаниях, преимущественно на атолле Кваджалейн. В рабочем состоянии установка встает на опоры, на плаву штатно работать не может, хотя в экстренной ситуации можно и рискнуть – энергосистема обеспечения РЛС независима от энергосистемы самого судна. Правда, полотно с нужной точностью, видимо, позиционироваться не сможет.

Близ Аляски, у острова Адак для установки оборудовали стационарную якорную позицию, которая позволяла бы надежно зафиксировать РЛС в районе основного боевого дежурства. Но туда SBX так и не дошел – вероятно, позиция оказалась недостаточно надежной, чтобы рисковать повреждением такого ценного аппарата. Основным его местом дислокации остается Перл-Харбор, где он используется при испытаниях систем терминального перехвата. По косвенным данным, проистекающим из выделенных бюджетов на обслуживание объекта, эксплуатируется он отнюдь не так интенсивно, как хотелось бы, и значительную часть времени проводит в текущем ремонте. Впечатляющая РЛС, таким образом, остается в экспериментальном статусе, на боевом дежурстве не состоит, хотя может быть мобилизована в течение нескольких месяцев для приведения в транспортабельное состояние и еще пары недель для перехода в нужное место дислокации.

Фото в свободном доступе
Фото в свободном доступе
Фото в свободном доступе

SBX в доке Перл-Харбора

Подводя итог обзору реальных РЛС обеспечения стрельбы американской стратегической ПРО, неизбежно приходишь к безрадостному выводу о том, что вся система их существует преимущественно на бумаге и в рекламных проспектах для запроса бюджетов.

Во-первых, этих РЛС совершенно недостаточно для решения практических задач ПРО, и размещены они не в соответствии с каким-либо планом, а так, как получилось. И уж тем более они непригодны для осуществления перехвата МБР на среднем участке траектории, пока их не расставить так, чтобы они эту траекторию могли обозревать.

Во-вторых, несмотря на высокие технические характеристики и очевидный прогресс в области миниатюризации – возимая РЛС AN/TPY-2 сопоставима по возможностям со стационарными РЛС ПРО предыдущих поколений и в чем-то их превосходит – все действующие РЛС Х-диапазона, эксплуатируемые в ПРО США, следует считать экспериментальными, либо выполняющими преимущественно разведывательные задачи. На постоянном боевом дежурстве они не стоят, а значит перехват обеспечить могут только при условии их развертывания в угрожаемый период. Как оно, собственно, и делается: при каждом новом витке противоракетной истерии их показательно привозят в Корею, или на Гуам для фотосессии, которая подтвердит готовность в очередной раз спасать мир от несуществующих угроз.

В-третьих, реальная эффективность этих РЛС в работе по реальным целям в сколь-нибудь реальной обстановке не доказана. Хуже того, даже в полигонных условиях они регулярно дают сбои при обнаружении и селекции целей, летящих в заведомо известную зону по заведомо известным траекториям. Эта проблема, следует признать, не является непреодолимой: использование АФАР с цифровым управлением позволяет планомерно повышать возможности РЛС путем совершенствования программного обеспечения. Но на текущий момент американские РЛС ПРО Х-диапазона слабо пригодны для надежной селекции целей, хотя прекрасно справляются с высокоточным их сопровождением и завязкой траекторий, а также имеют некоторый потенциал в роли локальных элементов СПРН, несмотря на ограниченную дальность.

К сожалению. 6-я часть статьи заблокирована. Предлог - в карточку статьи попали ссылки на предыдущие части. Даже прямую ссылку на неё сюда вставить не удаётся. Открыть её можно только войдя на канал.