Электронные стражи Альбиона: управляемые ракеты "воздух-воздух"

[Граф Цеппелин]

История управляемого оружия сложна и подчас весьма запутанна. Сложно установить, кто самым-самым первым предложил управляемую торпеду, самолет-снаряд, самоходную мину-танкетку. Однако, в одном случае вопрос достаточно бесспорен. В вопросе создания управляемых ракет "воздух-воздух" британцам принадлежит несомненный приоритет.

FC-S Fighter Controlled Spaniel


Вторая Мировая Война принесла с собой новый тип воздушных боев – ночной перехват с радарным наведением. Если прежде главным врагом крадущегося в ночи бомбардировщика была темнота (мешавшая найти цель) и зенитные прожекторы, то теперь ситуация изменилась. Невидимые лучи радаров пронизывали мглу, выявляя бомбардировщики, и наземные диспетчеры по радио выводили истребители на перехват. Затем и сами ночные истребители начали оснащаться радарами, позволяющими обнаружить в ночном небе противника.



Антенна РЛС AI Mk.IV на носу истребителя "Бристоль Бофайтер".

Одной из главных проблем при этом была невысокая эффективность пушечно-пулеметного вооружения. Ограниченные возможности авиационных РЛС и невысокая маневренность оснащенных ими тяжелых двухмоторных истребителей делали основным методом атаки заход с кормы. При этом истребитель на догонном курсе оказывался под интенсивным огнем защитного вооружения бомбардировщика. Перехватчикам требовалось оружие с большим эффективным радиусом действия и высокой вероятностью уничтожить противника одним попаданием, но ни тяжелые авиационные пушки, ни неуправляемые ракетные снаряды не давали достаточных преимуществ. Требовалось новое решение.

( Свернуть )В ходе работ над программой “Спаниэль” – оснащением 3-дюймовых противовоздушных ракетных снарядов системой управления под эгидой Бюро Боеприпасов – командование Королевских Воздушных Сил обратило внимание на проект. Инженеры RAF отметили, что большая часть требований к управляемой зенитной ракете соответствует и требованиям к управляемому снаряду “воздух-воздух”. Более того, главный недостаток “Спаниэля” (недостаточные возможности 3-дюймового ракетного двигателя) при воздушном пуске не имел значения.

Первоначально, для воздушного пуска собирались адаптировать ракету PE-S, известную как “фотоэлектрический Спаниэль”. Эта ракета использовала чувствительные фотоэлементы, чтобы автоматически удерживать себя в луче прожектора. Предполагалось, что оснащенный мощным прожектором истребитель подсветит им самолет противника, и PE-S пойдет “по лучу” к цели. Однако, стендовые испытания показали, что фотоэлектрическая система управления лишь незначительно повышает точность ракеты. Для наземных пусковых установок (способных компенсировать низкую точность отдельных ракет их значительным количеством) это было вполне приемлемо. Для жестко ограниченных по нагрузке перехватчиков – нет.

Поэтому исследования в области УРВВ переключились на другое направление – наведение ракет при помощи радара. Так как первые авиационные РЛС обладали низкой разрешающей способностью и не могли самостоятельно сопровождать цель, радар предполагалось использовать только для отслеживания взаимного положения ракеты и цели. Управление же ракетой предполагалось ручным радиокомандным, оператором с борта истребителя.



Новая программа получила название “Истребительно-Наводимый Спаниэль” (англ. Fighter-Controlled Spaniel, FC-S). Предполагалось, что она поступит на вооружение самолетов ПВО метрополии, в первую очередь, оснащенных радаром ночных перехватчиков “Бристоль Бофайтер”.

Сама по себе ракета представлялась увеличенной в размерах версией “Спаниэля”, использующей, однако, все тот же двигатель от 3-дюймовой ракеты. Она имела узкие крылья-ребра и рули управления в хвостовой части. В передней части размещались четыре штыревые антенны, принимавшие модулированный по частоте сигнал от контрольной аппаратуры на борту самолета-носителя. Командное управление включалось только спустя две секунды после запуска, когда отгорал двигатель. Таким образом, на всем протяжении управляемой фазы полета, ракета летела по инерции. Эффективная дальность действия FC-S оценивалась в 2750 метров (3000 ярдов), после чего ракета замедлялась и теряла управление.

Наведение ракеты собирались осуществлять с помощью модифицированного авиационного радара AI Mk.VI, устанавливаемого на перехватчиках. Радар позволял обнаруживать воздушные цели на дистанции до 10 километров. Для вывода информации использовались катодно-лучевые трубки – так называемые E-экраны. Система включала два экрана, один установленный горизонтально, другой вертикально: первый выдавал информацию о положении цели в вертикальной плоскости, второй - в горизонтальной. На каждом экране, цели изображались в виде растянутых полосок. Ассиметрия полоски на каждом экране соответствовала ее смещению относительно оси луча радара, а удаление полоски от основания - расстоянию до нее. Данные радара дублировались на экраны пилота и оператора РЛС.


Схема использования E-экранов РЛС AI Mk.VI для получения информации о положении цели.

Применение FC-S представлялось следующим образом. Оснащенный радаром перехватчик выводился на цель при помощи наземных радаров, по командам с наземного координационного поста. Оказавшись рядом с целью, пилот включаю бортовую РЛС, находил цель с ее помощью и выводил перехватчик на догонный курс.

Когда расстояние до цели сокращалось до 1830 метров (2000 ярдов ровно), оператор выполнял пуск ракеты и управлял ее полетом с помощью джойстика. На экране, “Спаниэль” отображался как вторая растянутая полоска. Задачей оператора было совместить полоску ракеты с полоской цели, в то время как задачей пилота было удерживать полоску цели строго симметричной, прямо по курсу самолета. Когда полоски сливались, задержка отраженного сигнала от ракеты и от цели выравнивалась (что означало, что они находятся на равном удалении от истребителя), и автоматическое реле транслировало команду на подрыв боевой части. Также рассматривалась возможность оснастить “Спаниэль” неконтактным взрывателем американского VT-типа.



Изображение цели на дисплеях радара AI Mk.IV. Требуется изрядная фантазия, чтобы суметь по этим данным визуализировать положение цели и ракеты...

Проект “Истребительно-Наводимый Спаниэль” поначалу развивался весьма успешно, но по мере проработки стали очевидны его недостатки. Главная проблема заключалась в том, что крошечное время управляемого полета ракеты (не более пяти-шести секунд) практически не оставляло оператору возможности внести какие-либо существенные поправки. С учетом неточности радиокомандного управления, и неумения примитивного авиационного радара автоматически сопровождать цель, вероятность попадания для FC-S оставляла желать лучшего. Вдобавок, само по себе использование катодных трубок для визуализации курса ракеты требовало от оператора… очень богатого воображения.

Но главным аргументом против “Спаниэля” стал технический прогресс. К 1942 году, прогресс в области радиолокации сделал возможным формирование существенно более узких лучей и автоматическое сопровождение цели радаром самолета. Подобные технические решения позволяли создать значительно более эффективное оружие, и проект “Спаниэль” был закрыт в 1943 году. Прямым наследником “Спаниэля” стала великолепная “Артемида” – пожалуй, единственный проект управляемой ракеты “воздух-воздух” времен Второй Мировой, который (А) мог быть реализовал в разумные сроки, и (Б) действительно мог бы работать. О ней будет рассказано в отдельной статье.

Интересным представляется сравнить FC-S с ее ближайшим “оппонентом” – германской управляемой ракетой “воздух-воздух” Ruhrstahl X-4. Обе они являлись УРВВ малого радиуса действия, с ручным командным управлением, предназначенными для применения вдогонку по неприятельским бомбардировщиком.



Германская ракета использовала двигатель на жидком топливе – что, несомненно, являлось ее крупным недостатком. ЖРД на азотной кислоте и Тонка-250 требовал заправки непосредственно перед стартом (коррозийный окислитель не допускал хранения в заправленном виде), был взрывоопасен и ненадежен. Его теоретические преимущества в виде долгого горения нельзя было использовать, поскольку дальность полета ракеты была ограничена зрением оператора. Ruhrstahl X-4 наводилась визуально, с отслеживанием оператором при помощи фальшфейеров. Ее нельзя было использовать при плохой видимости. Кроме того, проводная система управления была менее надежна. К достоинствам немецкой ракеты можно отнести только помехозащищенность (немаловажную против лидировавших в радиоэлектронной борьбе британцев) и сравнительно тяжелую 20-кг боевую часть.

С другой стороны, британская ракета была всепогодной, наводимой на цель при помощи радара. Она могла применяться в любых условиях видимости. Ее 3-дюймовый твердотопливный двигатель был чрезвычайно надежен, хранился в снаряженном виде, и производился в огромных количествах. Хотя радиокомандная система управления и была уязвима к радиопомехам, но основные противники - немцы - никогда не были особо компетентны в ведении радиоэлектронной борьбы. Основными недостатками “Спаниэля” была сложность визуализации процесса наведения (при помощи катодных трубок) и небольшой вес боевой части.

Little Ben/LONGSHOT (УРВВ)

Параллельно со “Спаниэлем”, Королевские Военно-Воздушные Силы занялись и собственной программой управляемого оружия “воздух-воздух”. Вопрос был актуальным не только в военном, но и в организационном плане. Новообразованный Комитет Управляемых Вооружений при RAF стремился упорядочить под своим руководством ведущиеся вразнобой программы управляемого оружия.

Первой инициативой RAE была идея адаптировать проект зенитной ракеты “Ben” под воздушный запуск. Первоначально, ракета рассматривалась как оборонительная - замена кормовой пулеметной турели на тяжелых бомбардировщиках. Однако, проанализировав ситуацию, британские инженеры были вынуждены сделать вывод, что маневренные возможности "Бена" недостаточны для стрельбы по маневрирующим истребителям, и программу переключили на разработку наводимого радаром вооружения для перехватчиков.

Программа сначала получила название “Литл Бен” (англ. Little Ben – Маленький Бен), но в 1944 году была переименована в “Лонгшот” (англ. Longshot – Дальний Выстрел). Так как в процессе разработки RAF и RN пришли к выводу, что функции УРВВ и ЗУР малой дальности во многом дублируются (популярная идея в 1950-ых), новая ракета рассматривалась не только как средство вооружения перехватчиков RAF, но и как противовоздушная система малой дальности для эсминцев и фрегатов Королевского Флота. Предполагалось, что новая система заменит старые “Пом-Помы” и дополнит счетверенные “Бофорсы” и перспективные зенитные установки STAAG.



Исходный эскиз "Лонгшот".

Проект “Лонгшот” был логическим развитием “Бена”, хотя концептуально имел с ним мало общего. Это был значительно более крупный и тяжелый снаряд, длиной примерно 2,67 метра (из них более половины приходилось на ускоритель) и диаметром корпуса около 178 миллиметров.

Ракета состояла из двух основных частей:

* Сбрасываемый ускоритель “Triplex” (англ. “Триплекс”), состоящий из трех стандартных 3-дюймовых ракет RP-3.

* Управляемый снаряд “Dart” (англ. “Дротик”) с Х-образным крылом, вмещающий аппаратуру наведения, органы управления и боевую часть.

При запуске, “Триплекс” должен был за 2 секунды разогнать “Дротик” до сверхзвуковой скорости (около 1,2-1,3 Маха) и ввести его в луч радара. После этого отгоревший ускоритель сбрасывался при помощи пиропатронов, и “Дротик” продолжал полет по-инерции, используя приданный ускорителем запас кинетической энергии. Собственного двигателя “Дротик” не имел, являясь чисто “метательным” снарядом. Такое решение (отказ от маршевого двигателя) было выбрано как в стремлении уменьшить габариты ракеты, так и исходя из желания упростить взаимодействие автопилота с системой наведения. Управляемый полет начинался только после отделения ускорителя.

Была и еще одна причина. Испытывая ракетные двигатели, инженеры RAE столкнулись с эффектом ионизации воздуха горячими струями выхлопа. Понимание этого процесса в то время еще отсутствовало, и ракетчики были всерьез обеспокоены тем, что ионизация будет нарушать прием сигнала антенной. Поскольку время полета ракеты предполагалось очень небольшим, “метательного” принципа для нее вполне хватало, а значит, от маршевого двигателя можно было отказаться и не создавать себе проблем на голову.

При разгоне, стабилизация ракеты осуществлялась за счет больших неподвижных стабилизаторов, установленных на ускорителе. Эти стабилизаторы отбрасывались вместе с ускорителем, чтобы уменьшить сопротивление. В полете, для управления ракетой служили поворотные рули (по тангажу и рысканью) и элероны (по крену). И те и другие представляли собой отдельные плоскости, расположенные в хвостовой части фюзеляжа “Дарта”.



Наведение ракеты осуществлялось методом “оседланный луч”, то есть ракета удерживала себя в пределах вращающегося луча радара самолета-носителя, выполняющего коническое сканирование цели. В качестве такового предполагалось использовать либо перспективную РЛС AI Mk.IX (разработка которой, впрочем, так и не была завершена), либо американскую SCR-720, адаптированную под обозначением AI Mk.X. Обе эти РЛС имели функцию захвата и автоматического сопровождения лучом выбранной цели. Зенитная корабельная версия должна была, скорее всего, использовать сантиметровый радар Type 262, разработанный для перспективной зенитной установки STAAG. Система управления ракеты была разработана предприятием телекоммуникационных исследований (англ. Telecommunication Research Establishment, TRE), по некоторым данным – с учетом работ “Cossor” над “Брейкеминой”.

К моменту завершения войны в Европе, работы над “Лонгшот” продвигались достаточно успешно. Была изготовлена и успешно испытана стендовая модель системы автоматического управления и TRE получила заказ на создание уменьшенной версии, способной вместиться в ограниченные габариты ракеты. Несколько бросковых пусков массогабаритного имитатора “Лонгшот” были выполнены в 1945-1946 году, для оценки баллистических характеристик ракеты. Однако, при этом выявился целый спектр непредвиденных проблем, главным образом сводившихся к полному отсутствию опыта в управлении сверхзвуковыми ракетами. Стало ясно, что задача сложнее, чем представлялась изначально.



"Дарт" без ускорителя.

Решением стало создание на основе наработок по “Лонгшот” чисто экспериментальной ракеты, предназначенной для проверки концепции и отработки практических решений. Она получила обозначение CTV.1 (англ. Component Test Vehicle, Система Испытания Компонентов) и представляла собой уменьшенный до диаметра в 127 миллиметров “Дарт”, запускаемый с наклонной направляющей при помощи трех твердотопливных ракет. Именно с его помощью в 1951 году был достигнут первый полностью управляемый полет сверхзвуковой британской ракеты. Прямым наследием “Лонгшот” стала первая британская УРВВ, принятая (ограниченно) на вооружение – Fairey “Fireflash”.

Red Hawk

В январе 1945 года, Министерство Авиации решило, что ракетостроение пора переводить из отдельных инициатив в официальные государственные программы с четко сформулированными целями. Значительный прогресс в области УРВВ делал это направление особо перспективным. Министерство Авиации было всерьез обеспокоено очевидным снижением эффективности пушечно-пулеметного вооружения истребителей-перехватчиков. Во-первых, высокая скорость новых турбореактивных и турбовинтовых бомбардировщиков не позволяла эффективно атаковать их пушечным вооружением иначе как на догонном курсе. Во-вторых, оборонительное вооружение новых бомбардировщиков теперь состояло из автоматических пушек, наводимых баллистическими вычислителями с помощью бортовых РЛС. Все это означало, что в будущем перехват бомбардировщиков станет очень сложным и опасным занятием для вооруженных только пушками истребителей.



Несовершенный и во многом импровизационный, немецкий реактивный бомбардировщик Ar.234 тем не менее продемонстрировал, что для перехвата новых самолетов потребуется новое вооружение.

Решением проблемы виделись управляемые ракеты, способные А – поразить цель с любого ракурса (что позволяло бы успешно перехватывать скоростные бомбардировщики на встречном курсе), и Б – атаковать из-за предела досягаемости оборонительного вооружения.

Технические требования OR.1056 (кодовое обозначение проекта “Red Hawk” – англ. “Красный Ястреб”) предусматривали создание всепогодной, всеракурсной ракеты, использующей полуактивное радиолокационное самонаведение. В качестве радара “подсветки” цели предписывалось использовать новейшую авиационную РЛС AI Mk.IX. Эта РЛС должна была стать первым британским авиационным радаром с функцией захвата и автоматического сопровождения выбранной цели - однако, при ее разработке произошел несчастный случай. Испытательный самолет был случайно принят зенитчиками за немецкий, и сбит “дружественным огнем”. При этом погиб главный конструктор – Дерек Джексон – и был потерян единственный готовый прототип радара.

Для ракетчиков, главной проблемой был значительный диаметр параболической антенны Mk.IX. Проведенные расчеты показывали, что для уверенного сопровождения цели, диаметр антенны ракеты должен быть равен 91,4 см! Ракета неминуемо получалась весьма “полноватой”, что не очень-то укладывалось в базовые требования к оружию “воздух-воздух”.

Тем не менее, перспективы государственного заказа манили многих, и конструкторы, повздыхав, взялись за проектирование ракет-толстушек. В работе над “Ред Хоком” приняли участие фирма “Gloster Aircraft Company” и, разумеется, RAE. При этом обе организации пошли совершенно разными путями в реализации проекта, представив свои предложения осенью 1947 года:



* Фирма “Глостер”, не имевшая особого опыта в создании управляемых ракет, пошла по пути наименьшего сопротивления. Ракета “Глостер” напоминала небольшой беспилотный самолет традиционной компоновки, со стреловидным крылом и обтекателем антенны в носовой части. В движение его должен был приводить ракетный двигатель на жидком топливе. По концепции “Глостер”, ракета транспортировалась полуутопленной в отсек вооружения перехватчика. Перед запуском, ракета опускалась вниз с помощью гидравлической трапеции, после чего происходила расцепка и запуск двигателя.



* RAE представила собственный вариант ракеты, отличавшийся куда большей оригинальностью. Развивая концепцию “Лонгшот”, ракета RAE представляла собой бездвигательный снаряд каплевидной формы с крестовидным крылом и хвостовым оперением. Импульс ему придавал сбрасываемый ускоритель из четырех твердотопливных ракет. Запущенная из-под крыла носителя, ракета RAE за 2-3 секунды разгонялась до сверхзвуковой скорости, затем отгоревший ускоритель сбрасывался, и ракета далее летела по инерции, наводясь на отраженный от цели сигнал радара носителя.

Оба подхода имели свои достоинства и преимущества, но концепция RAE явно более соответствовала требованиям. Однако, не хватало главного – системы полуактивного самонаведения. Разработка радара AI Mk.IX шла ни шатко ни валко, опыта работы с полуактивным радиолокационным самонаведением у британских ракетчиков не было. В результате, получалась нелепая ситуация: на чертежных досках фигурировала ракета с полностью просчитанной аэродинамикой, двигательной установкой, автопилотом, однако на месте системы управления красовался большой знак вопроса. И никто не мог сказать, когда же положение изменится.



Наконец, даже чиновникам Министерства Авиации стало ясно, что программа буксует на месте. В предполагаемом техзаданием виде, “Ред Хок” явно превосходил возможности существующей технологии. Пришлось идти на компромисс с реальностью. “Ред Хок” “побледнел” и стал “Пинк Хоком” (англ. Pink Hawk – Розовый Ястреб), а требования уменьшили до всепогодной ракеты, пригодной для догонных атак против винтовых бомбардировщиков.

Такое урезание требований изрядно упростило жизнь инженерам, но перспективы самой ракеты стали весьма туманными. В варианте исключительно-догонного оружия, “Пинк Хок” не имел значимых преимуществ над значительно более близким к реализации “Лонгшотом”. Вдобавок, радар AI Mk.IX за время разработки успел изрядно устареть, и в 1948 году от его принятия на вооружение отказались. Взвесив все “за” и “против”, Министерство Авиации приняло решение отказаться от сомнительных перспектив “Пинк Хок”, и сосредоточить все усилия на разработке УРВВ на основе “Лонгшот”.

Заключение:

Значение британской программы управляемых ракет "воздух-воздух" в годы ВМВ часто недооценивают. Многие не-специалисты склонны полагать, что история УРВВ в буквальном смысле началась с немецкой Х-4 (которая, на самом деле, не сыграла в развитии противовоздушных ракет практически никакой роли). Но на самом деле, основоположниками практически всей концепции УРВВ были именно британцы. В линейке британских ракет, начиная от "Спаниэля" и заканчивая "Файрфлэш" ясно прослеживается одна эволюционная линия со всеми характерными британскими чертами: ставкой на достижимый результат, активным использованием перспективных решений вроде наведения "оседланный луч".

История британских УРВВ служит ясным ответом на вопрос (популярный в альтернативно-исторических кругах): "что бы произошло, если бы немцы перед войной сделали ставку на тяжелые бомбардировщики". Ответ прост - британцы пустили бы в ход УРВВ еще в 1942-1943 году.



Первая британская (и одна из первых в мире) принята на вооружение УРВВ - "Fairey Fireflash". Ее концепция была прямым наследием "Лонгшота" - наводимый "по лучу" радара бездвигательный снаряд, разгоняемый парой сбрасываемых ускорителей и затем летящий по-инерции. Интересно расположение ускорителей в носовой части ракеты - выбранное как для упрощения стабилизации на малых скоростях, так и чтобы снизить возможное воздействие ионизированных газов двигателей на антенну.

Источники:

* British rocketry during World War II - John Becklake, AAS History Series, Vol. 14 (1993)
* British Secret Projects 4: Hypersonics, Ramjets and Missiles - C. Gibbons, T. Battler, Midland Publishing (1997)
* The Early Development of Guided Weapons in the United Kingdom, 1940-1960 - S.R. Twigge, Harwood Academic Publishers (1993) - самой книги у меня нет, данные по цитатам в других источниках.

Изменено 26 Jan 2019 пользователем Граф Цеппелин

[Affidavit Donda]

Всё же "Бристоль Бофайтер", извините.

[Граф Цеппелин]

Всё же "Бристоль Бофайтер", извините.

Ок, спорить не буду)

[Zenitchik]

. Вдобавок, само по себе использование катодных трубок для визуализации курса ракеты требовало от оператора… очень богатого воображения.

Это вообще не нужно. Нужно просто совмещать одну полосочку с другой и иметь навык прикидывать, как полосочка реагирует на отклонения джойстика.

[Граф Цеппелин]

Это вообще не нужно. Нужно просто совмещать одну полосочку с другой и иметь навык прикидывать, как полосочка реагирует на отклонения джойстика.

Аргумент. Коллега Тангстен заметил аналогично.