Механические самураи: самонаводящаяся бомба Ke-Go

[Граф Цеппелин]

Инфракрасная самонаводящаяся бомба "Ке-Го" была (с моей точки зрения) самым интересным и... элегантным образцом высокотехнологичного японского оружия времен Второй Мировой Войны. В ней лучше всего отразились прагматизм и изобретательность японских инженеров - в отличие от немецких, прекрасно понимавших, что оружие во-первых нужно уже "вчера" (если не позавчера), а во-вторых - осознававших, что оружие мало сделать, его нужно еще и применять, и причем в реальных, а не полигонных условиях.

История:

Японские военные заинтересовались инфракрасными устройствами еще до войны. В основном, инфракрасные приборы рассматривались как средство коммуникации и ночной разведки, но внимание также уделялось и обнаружению источников теплового излучения. К середине войны японскими инженерами уже был накоплен определенный опыт разработки инфракрасных прожекторов и тепловых детекторов на основе термопар и никелевых болометров.

В марте 1944 года по инициативе армейского командования 7-я военная лаборатория приступила к работе над управляемой авиабомбой, способной самостоятельно наводиться на тепловое излучение цели (в первую очередь военного корабля противника). Подобного рода оружие существенно улучшило бы возможности японской армейской авиации в нанесении ударов по американским военным кораблям, ведь к 1944 году, американская противовоздушная оборона стала почти непреодолимой для пикировщиков и обычных бомбардировщиков. Самонаводящаяся бомба позволяла (в теории) решить эту проблему: бомбардировщик мог сбросить ее, оставаясь на сравнительно безопасной высоте, и немедленно после сброса уйти на полном ходу.




Подчиняясь распоряжению армии, 7-я лаборатория инициировала три проекта управляемых бомб с инфракрасным самонаведением, под индексами B-1, B-2 и B-3. Впрочем, очень скоро стало ясно, что только проект B-1 может уложиться в разумные сроки. Работа над проектами B-2 и B-3 была остановлена, и все усилия сконцентрированы на программе B-1, получившей название “Ke-Go”. Возглавил работу над проектом майор Фуджита из Администрации Армейских Боеприпасов; под его командованием работали майор Хидзута (занимавшийся аэродинамическими исследованиями) и майор Соноба (занимавшийся электроникой). Теоретические расчеты по программе были выполнены профессором Кониши из университета Осаки, также в работе над бомбой приняли участие профессор Сано (электроника) и доктор Итакава (аэродинамика).

Конструкция:

Бомба “Ke-Go” имела цилиндрическую форму с тупоконечной носовой и конической хвостовой часть фюзеляжа. Она делилась на три секции, от носа к хвосту: головка самонаведения (ГСН), боевая часть, приборный отсек и хвостовая часть с аэродинамическим тормозом. Оперение бомбы было крестообразным, четыре крыла размахом в 2 метра и четыре хвостовых стабилизатора были расположены Х-образно. Обшивка корпуса ГСН и воздушные тормоза бомбы делались из металла, вся остальная обшивка была деревянной. Длина “Ke-Go” составляла около 5 метров, несколько варьируясь от модели к модели, вес примерно 800 килограмм.



Схема внутреннего расположения управляемой бомбы Ке-Го модель 106

Управление бомбой осуществлялось с помощью четырех закрылков на крыльях и рулей на хвостовых стабилизаторах (тангаж и рысканье), а также пары элеронов (контроль скорости крена). При этом закрылки контролировались головкой самонаведения, а элероны гироскопическим прибором контроля крена, и обе системы “не пересекались”. На большинстве моделей исполнительные механизмы приводились в действие гидравлической системой, запас машинного масла для которой хранился в двух сферических баках.

Боевая часть размещалась непосредственно за ГСН, контактные датчики взрывателя были выведены вперед. В американском отчете указывается, что бомба должна была снаряжаться “20-30 килограммами взрывчатки”, однако эта цифра представляется абсурдно малой для 5-метрового снаряда весом почти в тонну и не согласуется с размерами боевой части на чертежах. Западные исследователи, интересовавшиеся этим вопросом, высказали предположение, что в данные вкралась опечатка, и бомба снаряжалась 200-300 килограммовой боевой частью. Боевая часть была фугасно-кумулятивной; в передней части заряда имелась выемка, формирующая кумулятивную струю, способную пробить палубы военных кораблей. Имелось два взрывателя:

* Контактный мгновенного действия, с двумя выступающими контактными датчиками в носовой части бомбы. Этот взрыватель срабатывал при попадании бомбы в цель. Датчики нужны были для подрыва заряд до того, как кумулятивная воронка деформируется от удара.

* Барометрический замедленного действия в кормовой части бомбы. Этот взрыватель срабатывал при промахе, если бомба падала в воду рядом с целью. Он подрывал бомбу на заданной глубине, чтобы нанести цели подводные повреждения гидродинамическим ударом.

Чтобы упростить работу системе наведения, траектория бомбы после сброса должна была быть возможно ближе к вертикальной. Чтобы погасить горизонтальную компоненту (оставшуюся от скорости движения носителя), в хвостовой части “Ke-Go” были установлены раздвижные воздушные тормоза решетчатого типа. Сразу же после отделения от носителя, тормоза раскладывались и тормозили горизонтальную составляющую полета бомбы. Максимальная скорость падения “Ke-Go” была ограничена 530-580 км/ч.

Производство бомбы велось усилиями армейского арсенала в Нагойе, при этом в проекте принимали участие различные фирмы и компании. Так, болометры для головки самонаведения изготавливал 1-ый Военный Арсенал в Токио. Гироскопы поставляла компания “Хитачи Ко.”, из Мито. Механический таймер собирался рабочими “Ювелирной компании Хаттори”, а электрическое оснащение поставляла “Сумимото Коммуникейшен”. Всего было выпущено около сотни образцов разных моделей.

Всего было разработано девять моделей “Ke-Go”, различавшиеся деталями конструкции, формой и размахом крыльев:
 
Система управления:

В отличие от подавляющего большинства образцов управляемого вооружения Второй Мировой, “Ke-Go” была автономным самонаводящимся оружием, действующим по схеме “выстрелил-и-забыл”. Сброшенная примерно в направлении цели, бомба самостоятельно находила цель по ее инфракрасному излучению и наводилась на нее без какого-либо дальнейшего участия самолета-носителя.


Головка самонаведения Ке-Го.

Основой системы самонаведения бомбы являлся никелевый болометр прибор, измеряющий поток теплового излучения за счет изменения электрического сопротивления очень тонкой зачерненной проволочки. Чувствительный элемент болометра японской ГСН был изготовлен из никеля, толщиной 2 микрона. Согласно данным испытаний, он продемонстрировал следующие возможности:

* Чувствительность к изменениям теплового потока до 1/30 градуса Цельсия на дистанции в один (1) метр.
* Способность засечь тепловое излучение человеческого лица на дистанции в сто (100) метров.
* Способность засечь тепловую сигнатуру, соответствующую 1000-тонному миноносцу на дистанции в две тысячи (2000) метров в идеальных условиях.



Болометр Ке-Го.

Подобные возможности вполне удовлетворяли требованиям военных. Сброс бомбы с такой точностью, что она окажется в радиусе нескольких сотен метров от корабля, было куда проще, чем попасть бомбой непосредственно в корабль.

Японцы экспериментировали с различными конструкциями болометра, различавшимися в основном числом и расположением чувствительных никелевых элементов. Известны как минимум четыре рассматривавшиеся конфигурации. Неизвестно точно, относились ли они к разным моделям “Ke-Go”, или же различные конфигурации использовались в ходе испытаний на одной и той же модели:



В передней части бомбы имелось прозрачное круглое окошко диаметром 40 сантиметров, затянутое пленкой из хлорированной древесной смолы. Толщина пленки не превышала 10 микрон, чтобы набегающий поток воздуха не разорвал пленку, она поддерживалась проволочной сеткой. Характеристики пленки были подобраны таким образом, чтобы она пропускала 80% волн инфракрасного спектра.

Непосредственно за окошком размещалось эксцентрически вращающееся (т.е. ось вращения была смещена от центра зеркала) параболическое зеркало из полированного алюминия. Фокальная ось зеркала была отклонена на 15-30 градусов от оси вращения; таким образом, вращаясь, зеркало выполняло коническое сканирование. Электромотор вращал зеркало через редуктор.

В фокусе зеркала находился болометр, для большей чувствительности помещенный в вакуумный кожух. Обращенная к зеркалу стенка была изготовлена из каменной соли, пропускающей инфракрасное излучение. Через мостик Уитстона, болометр соединял осциллятор (посылающий непрерывный сигнал на частоте 2000 циклов) с усилителем. Когда на болометр попадало тепловое излучение, сопротивление тонкой пластинки уменьшалось, и сигнал от осциллятора проходил к усилителю. Частота усилителя была синхронизирована с частотой осциллятора, так что случайные помехи не создавали больших проблем.

Вращаясь, зеркало выполняло сканирование в пределах угла от 15 градусов и до 40 градусов от курса бомбы. Если цель находилась в пределах 15 градусов от курса бомбы (т.е. если бомба шла прямо на цель), то кожух болометра заслонял собой цель. На оси вращения зеркала располагался распределитель, который, вращаясь, перекрестно соединял выводной кабель болометра с соответствующими положению зеркала исполнительными реле. Если, например, болометр принимал излучение в тот момент, когда зеркало находилось в правой позиции, то сигнал от болометра поступал на реле, соответствующее команде “влево”.



Конструкция ГСН Ке-Го.

Алгоритм наведения бомбы выглядел так:

* Если бомба падала прямо на цель, то цель оказывалась в пределах 15-и градусного “слепого угла”, образуемого кожухом болометра. Инфракрасное излучение цели в этом случае не достигало зеркала, исполнительные реле не срабатывали, и автопилот просто поддерживал бомбу на курсе.
* Если цель оказывалась, скажем, справа от курса бомбы, то эксцентрическое зеркало “засекало” ее в своем левом положении.
* Отраженный от зеркала поток инфракрасного излучения попадал на болометр. Сопротивление болометра падало. Сигнал осциллятора передавался через болометр в усилитель.
* Усиленный сигнал от болометра подавался в распределитель, который в этот момент был соединен с реле, соответствующим “повороту вправо”.
* Реле замыкалось, ток поступал на исполнительный соленоид, который открывал соответствующий клапан в гидравлической системе бомбы. Гидравлические сервоприводы отклоняли закрылки.
* Бомба поворачивала вправо до тех пор, пока цель не оказывалась в пределах 15-и градусного “слепого угла” зеркала, соответствующего положению “цель прямо по курсу”. Инфракрасное излучение цели переставало достигать болометра. Цепь размыкалась, и команда на поворот отключалась.
* В теории, бомба должна была прекратить поворот, когда цель оказывалась в “слепом угле” зеркала, но исходя из ее устройства – более вероятным был зигзагообразный курс, при котором бомба дергалась туда-сюда, в целом удерживаясь на нужном курсе.

Подобная технология сканирование вращающимся зеркалом при неподвижном чувствительном элементе была самой новаторской “изюминкой” проекта. В дальнейшем, эта концепция нашла свое применение в иных видах вооружений.



Схема системы управления.


Управление рулями бомбы осуществлялось гидравлически. Машинное масло из двух сферических резервуаров подавалось сжатым воздухом в систему управления. Когда сигнал от болометра замыкал одно из исполнительных реле, заряженный электромагнитный соленоид открывал соответствующий клапан и впускал масло в гидроцилиндр, соединенный с закрылками бомбы. Когда же реле размыкалось, соленоид разряжался и пружинный механизм вновь перекрывал клапан. Системы возврата рулевых плоскостей в нейтральное положение не было; закрылки постепенно возвращались в нейтральное положение под действием набегающего потока за счет утечек в маслопроводах.



Гидросистема.
Оригинальным решением было отсутствие на бомбе автопилота. Поскольку бомба получала информацию о положении цели из своей собственной системы координат, стабилизировать бомбу по крену не было никакой необходимости. Прибор контроля крена следил лишь за тем, чтобы скорость вращения бомбы вокруг продольной оси не превышала одного оборота в минуту. Единственный гироскоп, расположенный поперек фюзеляжа бомбы, контролировал гидравлическую систему управления элеронами, практически идентичную таковой для закрылков. Если бомба начинала вращаться слишком быстро, элероны срабатывали и тормозили ее обороты.



Стабилизация по крену.

На моделях 101-102, гироскоп приводился в действие электричеством, но быстро выяснилось, что электропривод создавал слишком много статических помех. На следующих моделях, электропривод заменили пневматическим. На моделях 108-108, гидравлический контроль элеронов заменили электрическим, при помощи системы соленоидов напрямую подключавшихся от реле гироскопа.

Схема применения:

Основным носителем “Ke-Go” предполагался средний армейский бомбардировщик Ki-67 хотя, ввиду автономного самонаведения и “неприхотливости”, бомба могла быть подвешена практически под любой самолет, удовлетворяющий требованиям по грузоподъемности.



Ki-67 в полете.

“Ke-Go” закреплялась у основания крыла бомбардировщика, при помощи ˄-образной рамы, устанавливавшейся в бомболюке. Дополнительные сбрасываемые скобы использовались для фиксации бомбы. При подвеске на бомбардировщик, крылья “Ke-Go” складывались, и уже в полете распрямлялись пружинным механизмом.

За десять минут до предполагаемого сброса, бомбардир выполнял следующие операции:

* При помощи рычажного механизма, высвобождал скобу, удерживающую крылья бомбы сложенными. Пружинный механизм распрямлял и фиксировал крылья.
* При помощи электрического сервопривода, открывал предохранительный клапан в гидравлической системе бомбы, подавая масло к механизмам.
* Разблокировал гироскоп, давая ему раскрутиться.
* Подключал и прогревал электронику бомбы, в первую очередь ламповый осциллятор усилителя.
* Устанавливал механический таймер, определявший момент включения головки самонаведения бомбы, и перехода ее из свободного падения в управляемое. Обычно, это происходило на высоте порядка 1000 метров достаточно высоко, чтобы бомба успела навестись на цель, достаточно низко, чтобы в поле зрения не оказалось более одной цели.

Сброс “Ke-Go” выполнялся с высоты до 10000 метров, на скорости около 340 км/ч, используя стандартный бомбовый прицел и стандартные бомбардировочные таблицы для подобного веса снарядов. При сбросе, размыкающиеся электрические контакты запускали таймер и взводили взрыватели бомбы. Вытяжной шнур на хвосте бомбы вытягивал и раздвигал воздушные тормоза.



Траектории полета Ке-Го.

Сброшенная, бомба тормозила горизонтальную составляющую своего падения при помощи воздушных тормозов, и далее падала почти вертикально. Через предустановленное время, таймер подключал головку самонаведения к системе управления. К этому моменту, бомба находилась примерно в километре от цели, и могла поразить ее либо прямым попаданием, либо (при промахе) гидродинамическим ударом от подводного взрыва.

Испытания:

Испытания “Ke-Go” начались в декабре 1944 и продолжались по июль 1945. Они проходили в заливе Хамаматсу, преимущественно по ночам; в качестве цели выступал плот 30 x 10 метров, на котором горел костер из древесного угля. В качестве носителя выступал бомбардировщик Ki-67, сброс выполнялся с высоты от 1500 и до 3000 метров. Для отслеживания полета бомбы в темноте на ее хвостовой части устанавливался световой трассер.

Около шестидесяти бомб, в основном моделей 106 и 107, было сброшено в ходе испытаний, но результаты оказались не впечатляющими. Только в пяти или шести случаях, в полете наблюдался отчетливый зигзаг, что означало, что головка самонаведения захватила и удерживает цель. По неизвестной причине, не было предпринято никаких попыток поднять для изучения упавшие в воду снаряды.

Стендовые испытания головки самонаведения, однако, не выявили никаких проблем. В результате анализа результатов и повторных испытаний в аэродинамической трубе, японские инженеры пришли к выводу, что виновата в неудачах плохая аэродинамика бомбы и недостаточная площадь рулевых поверхностей. Также сомнения вызывало качество изготовления оборудования, связанное с дефицитом сырья и непрерывными бомбардировками заводов. В конце июля 1945 года, испытания были приостановлены для переработки аэродинамической схемы бомбы и модернизации автопилота. В итоге, решением стало увеличение размеров; длина бомбы возросла до 5,5 метров, размах крыльев до 2,9 метров. Модель 109, в которой все выявленные недостатки были успешно решены, должна была поступить на испытания в сентябре 1945, но окончание войны положило конец проекту.



Схема Ке-Го модель 109

Большая часть готового оборудования либо была утеряна во время последних бомбардировок, либо уничтожена во избежание попадания в руки американцев. Однако, в случае с “Ke-Go”, американцам удалось захватить полные комплекты чертежей и диаграмм, некоторые механические компоненты, и самый ценный приз! две полностью собранные головки самонаведения. Все материалы по проекту были переправлены в военно-морскую лабораторию военной верфи Анакостия (Вашингтон, округ Колумбия).

Анализировавшие японские разработки инженеры выделили четыре представляющих особый интерес элемента:

* Сканирование вращающимся зеркалом при неподвижном чувствительном элементе.
* Использование четырех крыльев под углами 45, 135, 225 и 315 градусов и соответствующих хвостовых плоскостей.
* Применение воздушных тормозов для управления скоростью падения.
* Применение пневматического гироскопа для минимизации возникающих помех в электросистеме.

[Граф Цеппелин]

В продолжение предыдущей темы...

[Doctor Haider]

В аниму Konpeki no kantai такими бомбами японцы с огромной межконтинентальной летающей лодки бомбят немецкий ядерный реактор.

Изменено 17 Aug 2018 пользователем Doctor Haider

[Zenitchik]

Чёрт возьми, как всё знакомо! Вот когда появлялось всё, что теперь студентам преподают.

[Граф Цеппелин]

В аниму Konpeki no kantai такими бомбами японцы с огромной межконтинентальной летающей лодки бомбят немецкий ядерный реактор.

Да? Не знал!

[Doctor Haider]

Да? Не знал!

Взгляните. Там вообще сплошной триумф японского сумрачного гения  К сожалению, субтитров и переводов даже на инглиш, насколько мнеи известно, все еще нет.

Есть список эпизодов:
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Konpeki_no_Kantai_episodes

Эпизоды №9 и№10 - с бомбардировкой реактора:
Despite being allies at first, Otaka correctly figures out that Nazi Germany would use its military might to go to war against Japan. The Japanese realize the threat and prepare for their first thrust: a trans-polar air raid on the Germans' nuclear weapons development facility at Nuremberg, using the Fuji "aerial battleship" flying boat. Albert Einstein is revealed to be working for the Japanese, Duke Kokonoe having successfully negotiated an offer to provide sanctuary to the Jews to escape the Final Solution. The new sanctuary, called the Oriental Republic of Jerusalem, is established in 1944. 

№10:

On September 10, 1944, the three-plane Fuji assault force pulls off the attack on the German nuke facilities, using a new weapon - infrared smart bombs. The raid coincides with an inbound British air raid that is easily beaten off by the Luftwaffe's Me 262 and Messerschmitt Me 163 fighters. On the way out, the Fuji team is waylaid by He 162 planes but use their afterburner engines to escape them, with a recovery team standing by in the South Atlantic. Meanwhile, Bill Truman - who took over the US presidency after Roosevelt's death - is not concerned with the Nazis' technological advancement. Hitler is angry at Luftwaffe chief Erhardt Goering for failing to adequately defend the nuclear facility. 

.....

the Oriental Republic of Jerusalem, is established in 1944. 

Это. кто не понял - на Сахалине

Изменено 20 Aug 2018 пользователем Doctor Haider