Как на самом-то деле?
Стратегическая ПРО США. Часть 5
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.
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.
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.
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.
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.
Условные средние (рекламные) оценки ЭПР различных боевых самолетов. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Про «глаза» будет ещё одна часть – корабельный элемент. Здесь тоже много интересного и много заблуждений по поводу всемогущества Иджис. А потом про «кулаки», которыми американцы собираются сбивать боеголовки.
Виталий Каберник, Игорь Галабурда