Электронные стражи Альбиона: зенитная ракета "Брейкемина"

[Граф Цеппелин]

Новый год наступил, и с ним - новый цикл статей, посвященных малоизвестному управляемому оружию Второй Мировой Войны. На этот раз - британскому. В отличие от Италии или Японии, Великобритания перед войной была одним из лидеров мирового научно-технического прогресса. Британцы первыми добились впечатляющих успехов в радиолокации, применении беспилотных самолетов как учебных мишеней, создании реактивных двигателей. Не осталось в стороне, разумеется, и управляемое оружие, исследовательские работы над которым не прекращались в Великобритании с Первой Мировой. Жесткий дефицит ресурсов в 1941-1943 вынудил британцев ограничить свою программу управляемых вооружений лишь теми технологиями, которые могли дать результаты в ближайшем будущем - а в 1944-1945, когда стало ясно, что конец войны близок, интерес к новаторским системам оружия ослабел. И тем не менее, британцы старались "идти в ногу со временем", и их инженеры были готовы дать достойный ответ германскому "вундерваффе".




Брейкемина.

История британских зенитных ракет берет свое начало в 1942 году. Уже отгремела Битва за Британию, "чародеи" британских радиоэлектронщиков остановили немецкий "Блиц". Спектр усилий германской авиации переместился на иные театры, и сотрясаемый взрывами Альбион смог, наконец, вздохнуть спокойнее. Однако, англичане не ослабляли бдительности - немецкие аэродромы по-прежнему отделяла от Британии лишь узкая полоса Ла-Манша, и никто не знал, как скоро (и какими новыми силами) генералы Люфтваффе попытаются взять реванш за былые поражения.

Одной из перспективных систем вооружений, которую британцы собирались противопоставить новым попыткам "блица", были ракетные снаряды. В 1941-1942 британцы уже пытались использовать неуправляемые ракеты для защиты от воздушного нападения - Z-батареи - но результаты были неудовлетворительны из-за очень низкой точности. Тем не менее, ракетные снаряды стоили значительно дешевле зенитных пушек, были проще в производстве, и обладали значительным потенциалом развития.

В начале 1942 года, Управление Разработки Боеприпасов предложило оснастить стандартную 3-дюймовую авиационную ракету UP-3 (англ. Unrotated Projectile, 3-inch, "невращающийся снаряд, трехдюймовый") системой управления и использовать ее для защиты от германских самолетов. В рамках проекта, получившего название "Спаниэль", рассматривалось несколько потенциальных систем управления, в том числе и движение ракеты к цели по узкому лучу радара. Проект "Спаниэль" (о котором я собираюсь рассказать отдельно - прим. авт) в итоге не получил развития, так как мощности трехдюймовой ракеты оказалось недостаточно. Однако, идея использовать узкий луч радара для ведения ракеты к цели осталась.

Метод "оседланный луч":

В основе метода наведения "оседланный луч" (англ. beam-rider) лежал принцип конического сканирования, используемый ранними радарными системами для точного сопровождения цели. Заключался он в том, что середина луча радара не совпадала с линией визирования цели, а была отклонена от нее на несколько градусов, и луч радара непрерывно вращался вокруг линии визирования. Пока цель оставалась точно в на оси вращения луча, отраженный сигнал от нее был непрерывным. Если же цель смещалась в сторону, луч радара начинал "цеплять" ее только раз за оборот, и отраженный сигнал становился прерывистым, нарастая и ослабевая. Сопоставляя максимум и минимум отраженного сигнала с положением луча радара в моменты экстремумов, оператор (или автоматика) определяли, куда именно и насколько сместилась цель, и разворачивали антенну соответственно.



Этот же метод, с незначительными доработками, можно было использовать и для наведения ракеты. Пока ракета держалась на оси вращения луча, она принимала постоянный и непрерывный сигнал. Если же ракета отклонялась от оси вращения луча, сигнал становился прерывистым, то нарастая до максимума, то ослабевая до нуля. Автопилот ракеты воспринимал прерывистый сигнал как команду, и корректировал траекторию ракеты таким образом, чтобы вернуть ракету точно в центр.



Наведение ракеты методом "оседланный луч".

Подобная система имела ряд важных преимуществ. Во-первых, она была простой и удобной для реализации, требуя всего одного радара и для сопровождения цели и для управления ракетой. Во-вторых, по одному лучу могли одновременно "карабкаться" сразу несколько ракет. В-третьих, поскольку ракета принимала мощный луч, излученный радаром (а не слабое эхо от цели) и основной лепесток диаграммы направленности антенны ракеты был ориентирован назад, система управления была очень устойчива к помехам. Наконец, на малых дистанциях, такой метод был весьма точным (однако, с увеличением дистанции и расширением диаметра луча, точность быстро падала).

История "Брейкемины":

В начале весны 1943, на имя командующего штаб-квартирой противовоздушной обороны, генерал-майора сэра Фредерика Пайла, почти одновременно поступили два сходных предложения. Первое пришло от капитана Седжфилда, из REME (Корпуса Королевских Механиков и Электротехников) и называлось "Notes on a radio-controlled rocket". Второе поступило от мистера Л. Брэдфорда, директора исследовательского департамента компании "A.C. Cossor Ltd." - одной из старейших и крупнейших британских радиоэлектронных корпораций, тесно связанных с новейшими военными разработками. Оба предложения, хотя и разработанные совершенно независимо, обосновывали идею зенитного управляемого снаряда, движущегося к цели по узкому вращающемуся лучу радара.



Команда разработчиков первой британской зенитной ракеты.

Подобная синхронность убедила сэра Пайла в том, что предложение содержит рациональное зерно. Тревожные сообщения разведки о разработке в Германии новых реактивных самолетов и беспилотных самолетов-снарядов давно уже беспокоили командование ПВО, так что зерна упали на сравнительно благодатную почву. 27 апреля 1943 года, сэр Пайл созвал совещание, на которое пригласил Седжфилда и Брэдфорда. Хотя идея наводимой по лучу ракеты, в целом, не вызвала возражений, большинство участников совещания соглашались поддержать ее только со значительными оговорками и перестраховкой. Такая предосторожность была вполне объяснима: Британия только-только преодолела пик ресурсного кризиса, вызванного войной на множестве фронтов и действиями германских подводных лодок, никто не мог поручиться, что тяжелые времена не наступят снова, и мало кто хотел рисковать, вкладывая драгоценные ресурсы в проект с неясными перспективами. На последующем совещании, большинство высказывалось за то, чтобы организовать множество отдельных комитетов по изучению разных аспектов проблемы. Глава технического отдела командования ПВО, бригадил Бурлс, опасался, что такой подход приведет только к безнадежному затягиванию работ, и сумел убедить свое начальство начать работу над созданием нового оружия немедленно.

В ходе дальнейших межведомственных переговоров, было решено, что:

* Командование противовоздушной обороны сформирует группу инженеров (под руководством теперь уже майора Седжфилда), отвечающую за разработку, собственно, ракеты - ее конструкции, двигательной установки, контрольной системы и т.д.

* Отдел разработки "Коссор" (под руководством Брэдфорда) займется разработкой приемного устройства и системы автоматического управления для ракеты.

Происхождение названия "Брейкемина" точно не известно. Согласно легенде, начальник майора Седжфилда (скептически относившийся к идее) в какой-то момент сказал ему: "Если хотите заняться управляемыми ракетами, пожалуйста. Неудача может разбить ваше сердце, но не разобьет мое". Последние слова - "break mine" - и стали девизом проекта, а затем и названием для ракеты.

Описание ракеты:

Проект ракеты был завершен к февралю 1944 года. По форме и пропорциям, "Брейкемина" очень напоминала артиллерийский снаряд с цилиндрическим телом и оживальной головной частью, оснащенный овальной формы крыльями размахом 0,84 метра. Длина ее составляла 2,01 метра, диаметр - 0,27 метра. В конической головной части размещался гироскопический автопилот, система исполнительных реле и гидравлические сервоприводы рулей. Здесь же должна была (на боевых ракетах) размещаться боевая часть, оснащенная неконтактным взрывателем.



В цилиндрическом теле "Брейкемины" располагались по кругу шесть ракетных шесть (на первых концептах - восемь) твердотопливных ракетных двигателей от серийных 76-миллиметровых ракетных снарядов UP-3. Такая двигательная установка была выбрана по чисто практическим соображениям - это были единственные доступные ракетные двигатели, массово производившиеся в Великобритании. После отгорания, ракеты отбрасывались, придавая "Брейкемине" сверхзвуковую (вероятно, около 1,2-1,5 Маха) скорость полета. Полностью снаряженная ракета весила всего 145 кг.

Приемное устройство, принимающее луч управляющего радара, находилось в хвостовой части ракеты, в кожухе, окруженном корпусами двигателей. Две спиральные антенны располагались у основания крыльев. В хвосте ракеты, перпендикулярно крыльям, размещалась пара стабилизаторов с органами управления по крену и тангажу - элевонами, соединенными приводными осями с гидравлическими сервомоторами в головной части.

Управление ракетой осуществлялось по крену и тангажу в системе полярных координат, с помощью элевонов на хвостовом оперении. Закрепленные на вращающихся шарнирах, при маневре элевоны сначала поворачивались в противоположных направлениях - тем самым создавая крутящийся момент по крену. Когда ракета занимала нужное положение в пространстве, элевоны поворачивались синхронно, создавая крутящийся момент по тангажу. Такая система управления (получившая название twist-and-steer) позволяла обойтись всего одним комплектом управляющих плоскостей и значительно упростить конструкцию ракеты. В дальнейшем, она применялась на многих британских ЗУР 1950-ых и 1960-ых.



Наведение "Брейкемины" на цель выполнялось при помощи зенитного радара AA No. 3 Mk7. Разработанный для выдачи целеуказания зенитным орудиям, этот радар работал в диапазоне 15-7,5 см, и имел ряд преимуществ над предыдущими моделями, в первую очередь - способностью к полностью автоматическому сопровождению цели. Радар осуществлял коническое сканирование с циклом в 3 секунды, мог сопровождать цель на наклонной дальности до 32 км.

Схема применения:

Перед запуском ракеты, радар захватывал лучом и сопровождал выбранную воздушную цель. Пусковая установка "Брейкемины" - разработанная на базе лафета обычной 94-мм зенитной пушки, на котором ствол заменили рельсовой направляющей - разворачивалась и нацеливалась таким образом, чтобы вскоре после пуска, ракета пересекла трассу луча.



Когда цель оказывалась в радиусе поражения (около 8-10 км), "Брейкемина" запускалась с направляющей и входила во вращающийся луч радара. Приемное устройство оценивало входящий сигнал. Если сигнал был непрерывен, это означало, что ракета находится точно на линии визирования цели радаром и автопилот поддерживал ее курс.

Если же сигнал начинал прерываться, это означало, что ракета разошлась с линией визирования цели. Неизвестно точно, как "Брейкемина" определяла, в какую именно сторону она отклонилась. Наиболее вероятно, что ракета просто модулировала сигнал радара по времени, синхронно с вращением луча, и просто знала какому положению антенны радара соответствует принятый в конкретный момент максимум/минимум сигнала. Цикл конического сканирования радара AA No. 3 Mk7. составлял три секунды, и ракета, таким образом, определяла, что максимум/минимум сигнала, принятый спустя 1,5 секунды после начала цикла, соответствует отклонению "прямо вниз", через 2 секунды после начала цикла - "влево-вниз" и т.д.

В соответствие с полученным сигналом, автопилот ракеты вырабатывал поправки сначала по крену, затем по тангажу для элевонов. Курс ракеты менялся таким образом, чтобы вернуться в равносигнальную зону вращающегося луча. Фактически, ракета непрерывно "виляла" вокруг равносигнальной зоны, поднимаясь по расширяющемуся лучу к цели. При сближении с целью, срабатывал неконтактный взрыватель - радиолокационный или фотоэлектрический (реагирующий на различие в освещенности цели на фоне неба).

Программа испытаний:

Испытания ракеты начались - после долгих проволочек и приостановки работ с июня по июль 1944, вызванной необходимостью переоценки проекта в связи с началом применения крылатых ракет Фау-1 против Великобритании - осенью 1944 года. Для экспериментов был выбран прибрежный полигон в Вальтон-на-Нейсе, графство Эссекс. Ранее там уже проводились эксперименты с ракетами и имелась вся необходимая инфраструктура. Запускам предшествовала длинная серия испытания в аэродинамических трубах и на центрифугах.



Первый запуск "Брейкемины" состоялся в конце сентября 1944 года. Это были бросковые испытания прототипа ракеты без системы управления, с плоскостями, установленными в нейтральное положение. Первый и второй запуски прошли удачно, но третья запущенная ракета внезапно разрушилась в полете. Благодаря тщательной фотохронике запусков и сбору обломков упавшей в море ракеты (все пуски проводились в сторону моря, чтобы упавшие ракеты можно было затем поднять и исследовать) причину аварии удалось установить. Виновата оказалась разница в нагреве наружной и внутренней обшивки на сверхзвуковых скоростях, что привело к деформации корпуса. Всплыли также и другие проблемы, что вынудило команду разработчиков неоднократно возвращаться к чертежным доскам.

Тем не менее, испытания продолжались. К моменту 10-го (броскового) пуска, "Брейкемина" летала уже достаточно уверенно, чтобы перейти к испытаниям системы управления. Пуски с 11-го по 16-ый были выполнены с использованием автопилота. По их результатам, было решено несколько изменить конструкцию элевонов ракеты и переместить крылья чуть вперед. Наконец, во время 17-го пуска полностью работоспособная версия ракеты была впервые запущена в луч радара, и, по мнению наблюдателей, "демонстрировала некоторые признаки осмысленного поведения".

Всего было испытано двадцать снарядов первой серии. В целом, результаты были неудовлетворительны. Хотя система управления "Брейкемины" особых нареканий не имела, сама ракета как летательный аппарат была полным провалом. Разработка управляемого сверхзвукового снаряда оказалась явно выше возможностей группы Седжфилда: ракета была неустойчива на курсе, маневрировала слишком резко и легко теряла управление. В довершение всего, стабилизация по крену на малых скоростях работала неэффективно. Ракета имела неприятную тенденцию переворачиваться сразу после старта - после чего система управления начинала работать "зеркально" и вместо приведения ракеты К лучу уводила ракету ОТ луча.

Неудовлетворительные результаты, тем не менее, инженеров не обескуражили. В конструкцию ракеты были внесены изменения, и новая партия уже готовилась к испытаниям... но тут война в Европе кончилась.



Воздушная угроза британской метрополии исчезла вместе с Германией. Армейское командование ПВО, оказавшееся в числе первых в списке на сокращение, довольно быстро утратило интерес к "Брейкемине". Над проектом нависла угроза закрытия, но положение спасло Министерство Снабжения, которое на тот момент вынашивало амбициозные (но в итоге - бесплодные) планы объединения всех программ ракетного оружия под эгидой единого Директората Управляемых Вооружений. Работы по программе перенесли на полигон Министерства Снабжения в Уэльсе. Однако, дальнейшая работа над "Брейкеминой" свелась к доработкам системы управления и наведения: новых испытательных пусков проведено не было. К 1946 году, на волне повсеместного увлечения жидкостными ракетными двигателями, интерес к "Брейкемине" увял окончательно, и в 1947 Министерство Снабжения решило закрыть проект.

Программа "Брейкемина" закрылась, но отработанные в ходе ее разработки решения были использованы следующими поколениями британских зенитных ракет. Система наведения типа "оседланный луч" была использована в проекте LOPGAP, в дальнейшем ставшем первой зенитной ракетой британского флота "Seaslug". Управление типа "twist-and-steer" в несколько доработанном варианте было внедрено на зенитной ракете "Бристоль Бладхаунд", разработанной британскими ВВС. Наконец, твердотопливные двигатели стали "мейнстримом" для зенитных ракет, начиная с "Инглиш Электрик Тандерберд".



Потомки "Брейкемины", слева-направо: "Armstrong Whitworth Seaslug"; "Bristol Bloodhound"; "English Electric Thunderbird".

История "Брейкемины" наглядно демонстрирует особенности британского подхода к новаторским вооружениям в годы ВМВ. В основе его лежала прагматичность, максимальное задействование имевшихся наработок и "сиюминутность" - оружие должно было быть готово в разумные сроки, либо же программа становилась чисто исследовательским проектом с ограниченным приоритетом. Это и определило послевоенную судьбу проекта. Являвшаяся военной импровизацией, "Брейкемина" была рассчитана на противодействие самолетам и крылатым ракетам своего времени. Ко второй половине 1940-ых, стремительное развитие авиационной и ракетной техники сделало "Брейкемину" бесперспективной (хотя и работоспособной).

Однако, как сиюминутное решение, "Брейкемина" была одним из лучших образцов военной техники Великобритании времен Второй Мировой Войны. Медленный ход программы был связан с низкой приоритетностью разработок - но в случае иного хода войны, она, скорее всего, получила бы наивысший приоритет. Для любых "Luft'46", столь любимых почитателями немецких "вундервафлей", "Брейкемина" была бы более чем достойным ответом, способным поражать любые типы перспективных немецких бомбардировщиков (в том числе реактивных) и крылатых ракет.



"Брейкемина" в музее REME. Единственный сохранившийся образец.

Источники:

* British rocketry during World War II - John Becklake, AAS History Series, Vol. 14 (1993)
* REME and the Brakeminers - Brian Baxter, The Craftsman Magazine (1984)
* British Secret Projects 4: Hypersonics, Ramjets and Missiles - C. Gibbons, T. Battler, Midland Publishing (1997)

Изменено 7 Jan 2019 пользователем Граф Цеппелин

[Граф Цеппелин]

Начинаю новый цикл об исторических управляшках - теперь британских)

[Граф Цеппелин]

Упс. Забыл добавить список источников. Извиняюсь.

[Граф Цеппелин]

Прекрасный подарок к Рождеству! С праздником!

Спасибо! И вас с праздником, уважаемый коллега!

[Zenitchik]

Блин и как это я умудрился три статьи подряд проопустить?..

 

Сопоставляя максимум и минимум отраженного сигнала с положением луча радара в моменты экстремумов

Фух... Можно...

Короче, это делается не так. При отклонении цели от оси вращения, принимаемый сигнал оказывается амплитудно модулирован, и представляет собой синусоиду, с периодом равном периоду сканирования. На одном валу с антенной установлен генератор опорного напряжения, генерирующий синусоиду с тем же периодом.
Сигнал ошибки вычисляется как разность фаз этих двух сигналов. 

 

Данные невероятного союзника http://pentagonus.ru/publ/materialy_posvjashheny/1970_1990_gg/aviacionnye_protivoradiolokacionnye_upravljaemye_rakety_1976/120-1-0-2065

Изменено 19 Jan 2019 пользователем Zenitchik

[Граф Цеппелин]

Спасибо за информацию!

[orc4554]

О британском реактивном истребителе читал, в вот об их зенитных ракетах узнал только от вас. Цепочка плюсиков до Ультима Туле.

[Граф Цеппелин]

О британском реактивном истребителе читал, в вот об их зенитных ракетах узнал только от вас. Цепочка плюсиков до Ультима Туле.

Спасибо!)

Собственно, одна из причин, почему я начал писать эти статьи - потому что информации о управляемом оружии Второй Мировой очень мало, и в более-менее скомпиллированой форме она имеется только по немцам. Кое-что по американцам. А вот об остальных - практически ничего совсем.