1 января, 2005

Стрельба за радиогоризонт

"Проблемы информационного обеспечения зенитных ракетных систем большой дальности

Кратко изложим суть проблемной ситуации, возникающей при информационной поддержке пуска зенитных управляемых ракет за горизонт. Для радиоволн сантиметрового диапазона, который используется в радиолокационных станциях наведения ракет, характерно прямолинейное распространение при практически полном отсутствии эффектов огибания препятствий. Следовательно, эффективное управление ЗУР возможно только в пределах области пространства, где обеспечивается прямая видимость между всеми взаимодействующими компонентами, участвующими в этом процессе (Рис. 1.). Если, например, ракета имеет полуактивную головку самонаведения (ГСН), то необходимо наличие прямой видимости по двум линиям: между наземной радиолокационной станцией из состава ЗРС и целью, и между целью и приемником на борту ЗУР.

Такие условия выполняются только при незначительной дальности до цели (десятки километров), когда кривизной земной поверхности можно пренебречь. Когда же требуемая дальность стрельбы оказывается много больше, выходом является применение комбинированного управления ракетой. При этом на начальном этапе полета ЗУР применяется командное наведение от РЛС ЗРС, в середине полета - от бортовой инерциальной системы, а на заключительном этапе используется активная (пассивная) головка самонаведения ракеты. Здесь уже с началом этапа инерциального наведения прямая видимость между наземной РЛС из состава ЗРС и ЗУР не требуется, т. е. ракета становится автономной. С одной стороны это хорошо: увеличивается дальность действия ЗРС и повышается их канальность. С другой стороны - ракета, лишенная всякой информационной поддержки от РЛС, фактически оказывается "один на один" с силами противника. Что её может ожидать?

Во-первых (Рис. 2), уже на этапе инерциального наведения, который длится до нескольких минут, она может быть сравнительно легко обнаружена и уничтожена, поскольку все это время движется по простой, легко прогнозируемой траектории и лишена возможности совершать маневр. Предположим, однако, что ракета достигла нужной точки, где происходит включение головки самонаведения. Здесь, принимая во внимание, что для современного вооруженного противоборства характерны динамичные массированные ракетно-авиационные удары, в поле зрения ГСН окажется сложная тактическая обстановка, не совпадающая с той, которая была заложена при старте. Цель будет не одна, а множество, а также среди них могут оказаться и свои летательные аппараты - из взаимодействующих частей. Кроме того, из-за накопившихся ошибок инерциальной системы, будет не совпадать с расчетным и само положение в пространстве точки включения головки самонаведения, а это дополнительно усугубит ситуацию. В таких условиях осуществить правильную селекцию, захват и сопровождение в течение крайне непродолжительного времени - непростая задача даже для мощной РЛС наземного базирования, не говоря уже о головке самонаведения ЗУР, с её ограниченными информационными возможностями.

Хотя ограниченность этих возможностей - следствие вполне объективных обстоятельств, вызванных, прежде всего, стремлением удовлетворить жестким массогабаритным характеристикам, предъявляемым к оборудованию ракеты, эффективность применения ЗУР от этого, к сожалению, не повышается. Вполне очевидно, пуск зенитных управляемых ракет за горизонт в указанных условиях, а на практике следует ожидать дальнейшего их усложнения, не только не принесет ожидаемых положительных результатов, но и может вызвать дополнительные потери своих войск.

Как же исправить ситуацию? Пожалуй, самый тривиальный выход - это использовать дополнительные РЛС, развернутые на переднем крае (где-то там, за горизонтом), тем более что у современных зенитных ракетных систем предусмотрена возможность соответствующего информационного сопряжения. Однако наибольшего эффекта от такого решения стоит ожидать, разве что, при стрельбе по грозовым облакам, которые не оказывают никакого противодействия. В случае с разумным противником, реализующим на современном этапе концепцию уничтожения сил противовоздушной (воздушно-космической) обороны, надеяться на чудо - некую сверхживучесть передовых РЛС, вряд ли оправданно. Как показывает опыт последних вооруженных конфликтов, именно РЛС являются первоочередными целями для многочисленных средств воздушно-космического нападения первого эшелона, а существующая "мобильность" этих РЛС дополнительно способствует превращению их в сравнительно легкую "добычу".

Неутешительный вывод напрашивается сам собой: суперсовременные (и супердорогие) радиолокационные станции, используемые в качестве основных источников информации для зенитных ракетных систем, оказываются бессильными, когда дело касается пуска ракет за горизонт.

Все это заставляет искать новые пути совершенствования информационного обеспечения зенитных ракетных систем большой дальности, имеющих возможность осуществлять загоризонтные пуски ЗУР. При этом желательно, чтобы при условии обеспечения требуемого прироста эффективности, стоимость возможных решений была бы минимальной. Возможно ли такое?

ТОЧКИ ПРИЛОЖЕНИЯ УСИЛИЙ

Что необходимо сделать для поражения цели? Очевидно, доставить ракету хоты бы в некоторую окрестность цели, в пределах которой обеспечивается нанесение гарантированного ущерба в результате подрыва боевой части. Как уже отмечалось, для ракет дальнего действия процесс доставки включает несколько последовательных этапов. При этом качество решения задачи наведения на текущем этапе во многом определяет ее результативность на последующем этапе. Учитывая, что речь, по сути, идет о системе управления, а, как известно, качество функционирования системы управления напрямую зависит от качества входных данных, усилия необходимо направить именно на улучшение характеристик входной информации.

Что это за информация, какие сведения заключены в ней? Здесь ответим коротко. Она содержит, прежде всего, сведения о координатах и параметрах движения цели, ракеты, а также данные о пространственном положении наземных элементов ЗРС. Это дает основания классифицировать входную информацию системы наведения как координатно-временную информацию (КВИ).

Отметим, что для придания более строгого, обоснованного, и в то же время более наглядного вида дальнейшим рассуждениям целесообразно использовать некоторые элементы информационного подхода. Ключевыми понятиями такого подхода являются неопределенность (энтропия) - мера хаоса, и информация - мера порядка, которые могут быть выражены количественно. Обращаясь теперь к задаче загоризонтного пуска ЗУР, можно отметить, что для успешного её решения требуется обеспечить паритет между количеством неопределенности в отношении значений координат пространственного положения, а также параметров движения взаимодействующих элементов, и количеством получаемой координатно-временной информации. Разумеется, указанный паритет должен поддерживаться на протяжении всех основных этапов стрельбы: подготовки и пуска ЗУР; инерциального наведения ракеты; самонаведения ракеты.

В настоящее время источником координатно-временной информации для зенитных ракетных систем являются измерения, проводимые посредством различных технических средств. Так, на первом этапе КВИ поступает от геодезических средств - она характеризует пространственное размещение элементов ЗРС на позиции и используется для подготовки исходных данных для пуска ЗУР. На этапе инерциального наведения основным источником КВИ является бортовая инерциальная система ракеты, а на заключительном этапе - головка самонаведения ЗУР.

Однако в динамике современного боя измерения проводятся в условиях крайне ограниченного времени при воздействии множества мешающих факторов, в том числе и случайных. Это указывает на вероятностный характер измерений, а, следовательно, количество получаемой КВИ прямо пропорционально точности этих измерений. Посмотрим, позволяют ли вышеназванные средства обеспечить требуемую информационную производительность для снятия неопределенности в процессе наведения ЗУР за горизонт.

Геодезические средства теоретически способны выдавать необходимое количество КВИ, однако для достижения высокой точности им необходимо сравнительно много времени (десятки минут), а его-то в боевых условиях как раз и не будет. Это приведет к неполному снятию начальной неопределенности на этапе подготовке к пуску. Далее, к концу второго этапа, инерциальная система ракеты, выставленная с ошибкой из-за неполного снятия начальной энтропии при подготовке пуска, существенно увеличит величину неопределенности в системе управления. Для снятия этой неопределенности остается этап самонаведения. Но, как уже отмечалось, его время очень ограничено, а количество привносимой в его течение энтропии сравнительно велико. К тому же существуют ограничения по располагаемой перегрузке ракеты, дополнительно снижающие возможности ЗУР.

Очевидно, в условиях, приближенных к реальным, ни одно из перечисленных средств не в состоянии удовлетворить нужды загоризонтного пуска ЗУР в полном объеме, а значит, необходим новый источник координатно-временной информации.

И такой источник, на наш взгляд, вполне может быть создан на основе спутниковых радионавигационных систем (СРНС). Известно, что отличительными особенностями СРНС являются высокая точность (до единиц метров и менее) и глобальность зоны обслуживания, что позволяет доставлять всем объектам, оборудованным навигационной аппаратурой потребителей (НАП) координатно-временную информацию.

Но сразу заметим, ограничившись только установкой специализированной НАП на ЗУР дальнего действия, решить задачи информационного обеспечения при стрельбе за радиогоризонт на уровне, достаточном для заметного прироста эффективности ЗРС и системы ВКО в целом, не представляется возможным. Причинами этого являются:

- недостаточно высокая точность и надежность определения координат объекта и параметров его движения НАП СРНС в обычном режиме работы СРНС, - т. е. без применения комплекса мер по функциональному дополнению СРНС;

- отсутствие возможности использования органами управления привносимой СРНС информации о местоположении и параметрах движения ЗУР, оснащенных НАП СРНС, для решения текущих задач координации усилий разнородных сил и средств в ходе ведения боевых действий из-за отсутствия комплекса средств сбора, обработки и выдачи указанных сведений.

Сложность и многоплановость перечисленных задач обусловливает необходимость применения методологии системного подхода при поиске вариантов их решения. Закономерным результатом такого поиска является создание специализированной системы - системы координатно-временного обеспечения (КВО). Под этой системой будем понимать совокупность пространственно распределенных сил и средств из состава спутниковых радионавигационных систем и их функциональных дополнений, а также органов управления ими, функционирующих по единому замыслу в целях своевременного определения местоположения и параметров движения мобильных объектов (войск), обработки и выдачи координатно-временной информации.

Учитывая, что подробное описание функционирования такой сложной системы как система КВО, займет не один десяток страниц, ограничимся рассмотрением только основных его моментов, существенных при информационном обеспечении загоризонтного пуска ЗУР (Рис. 3).

Навигационные космические аппараты (НКА) создают в околоземном пространстве глобальное радионавигационное поле, позволяющее всем объектам (применительно к рассматриваемой задаче это, прежде всего, элементы боевого порядка ЗРС, а также ЗУР), оснащенным приемной аппаратурой, получать координатно-временную информацию независимо от наличия или отсутствия радиовидимости между ними. В случае, если по каким-либо причинам, параметры принимаемых со спутников сигналов не удовлетворяют заданным требованиям, в работу включается пространственно распределенная в пределах заданного района сеть приемопередающих станций. Совместная обработка сигналов от неё и от спутников позволяет даже при частичной неработоспособности последних получать высокоточную КВИ в сжатые сроки как на борту ЗУР, так и на позиции ЗРС. В результате оказывается возможным практически полное снятие неопределенности на этапе подготовки пуска, а также на этапе инерциального наведения ЗУР.

Уже только этого достаточно, чтобы обеспечить прирост эффективности загоризонтного пуска. Однако наиболее важно повысить эту результативность в сложных условиях, например, когда в зоне поражения загоризонтных ЗУР могут оказаться и свои летательные аппараты. Для этого, с помощью специальных средств системы КВО производится сбор координатно-временной информации от объектов, оборудованных навигационной аппаратурой потребителей, среди которых есть и указанные свои летательные аппараты, далее осуществляется её агрегирование и выдача в комплексы средств автоматизации, решающие задачи координации разнородных сил и средств. В результате, уже при подготовке к пуску загоризонтной ЗУР в её память закладывается информация о расположении в её секторе обзора своих ЛА, наведение на которые запрещено, а на этапе инерциального наведения возможно обновление указанных сведений. В итоге, это приведет к формированию локальных областей запрета наведения (см рис. 3), что позволит уменьшить вероятность стрельбы по своим.

ЦЕНА ПРИРОСТА ЭФФЕКТИВНОСТИ

Расчеты показывают, что цена всей системы КВО, достаточной для обслуживания сил и средств целого объединения, сравнима по стоимости с несколькими средними по характеристикам радиолокационными станциями. Сравнительно невысокая цена вызвана тем, что наиболее дорогой сегмент - спутниковая радионавигационная система, не создается специально для системы КВО, а уже существует и является продуктом технологий двойного назначения. При условии грамотной организации рынка услуг в области высокоточной координатно-временной информации, она может не только окупать все свои затраты, но и приносить ощутимую прибыль. Но это уже тема другой статьи...

Внедрение современных технологий получения и использования высокоточной координатно-временной информации уже сегодня открывает дорогу к решению множества актуальных проблем в сфере воздушно-космического противоборства. Это и различные аспекты управления войсками, и вопросы координации разнородных сил и средств в реальном масштабе времени. Наконец, только при наличии достаточного уровня высокоточного координатно-временного обеспечения и охвата им как органов управления всех уровней, так и средств на поле боя, можно всерьез говорить о приобретении войсками такого качества, как мобильность.

Разумеется, есть и свои, далеко не малочисленные, трудности на пути использования средств спутниковой радионавигации, и скорейшее их преодоление - залог устойчивого роста возможностей самых различных систем вооружения, решающих задачи воздушно-космической обороны.