7.2. Общая характеристика зенитных ракетных комплексов

7.2.1. Назначение и состав ЗРК

Зенитный ракетный комплекс (ЗРК) - совокупность функционально связанных средств, предназначенных для поражения воздушных целей зенитными управляемыми ракетами ( ЗУР ).

ЗРК может выполнять боевые задачи самостоятельно или в составе зенитных ракетных систем ( ЗРС ) и составляет основу вооружения зенитных ракетных подразделений ПВО.

В состав ЗРК, как правило, входят: средства обнаружения , станция наведения ракет , пусковые установки с ЗУР .

Техническую основу ЗРК составляет система управления ЗУР .

Каждый ЗРК обладает определенными боевыми свойствами и особенностями, сово­купность которых может служить основой их отнесения к определенному типу или классификации ЗРК .

Боевые возможности ЗРК характеризуются его тактико-техническими характеристиками .

7.2.2. Классификация и боевые свойства ЗРК

К боевым свойствам ЗРК относятся всепогодность, помехозащищен­ность, мобильность, универсальность, надежность, степень автоматизации процессов ведения боевой работы и др.

Всепогодность - способность ЗРК обеспечить уничтожение воздушных целей в любых погодных условиях. Различают ЗРК всепогодные и не всепогодные. Последние обеспечивают уничтожение целей только при определенных по­годных условиях и времени суток.

Помехозащищенность - свойство, обеспечивающее способность ЗРК уничтожать воздушные цели в условиях помех , создаваемых противником для подавления электронных (оптических) средств.

Мобильность - свойство, проявляющееся в транспортабельности и вре­мени перевода из походного положения в боевое и из боевого в походное. Относительным показателем мобильности может служить суммарное время, необходимое для смены стартовой позиции в заданных условиях. Составной частью мобильности является маневренность.

Наиболее мобильным считается комплекс, обладающий большей транс­портабельностью и требующий меньшего времени на совершение маневра. Мобильные комплексы могут быть самоходными, возимыми и переносными. Немобильные ЗРК называют также стационарными .

Универсальность - свойство, характеризующее технические возможно­сти ЗРК уничтожать воздушные цели в большом диапазоне дальностей и вы­сот.

Надежность - способность ЗРК нормально функционировать в заданных ус­ловиях эксплуатации.

Классификация зенитных ракетных комплексов осуществляется следующим образом (рис. 1).

• По виду создаваемой противовоздушной обороны ЗРК подразделяются на ЗРК ПВО Воздушно-космических сил (ВКС), ЗРК ПВО Военно-морского флота (ВМФ) и ЗРК ПВО Сухопутных войск (СВ) (фото 1-3).
• По назначению различают противосамолетные комплексы (ЗРК ПСО), противоракетные (ЗРК ПРО) и универсальные (ЗРК ПСО-ПРО).
• По возможности боевого применения – ЗРК делятся на всепогодные и не всепогодные.
• По подвижности ЗРК подразделяются на стационарные, самоходные, буксируемые и переносные (ПЗРК).
• По способу наведения ЗУР на цель различают комплексы с командным телеуправлением, с теленаведением, с самонаведением, а также с комбинированным наведением.
• По степени автоматизации процесса наведения ЗУР  рассматривают автоматические, полуавтоматические и неавтоматические комплексы.
• По дальности действия ЗРК разделяют на комплексы дальнего действия, средней дальности, малой дальности и ближнего действия.

К ЗРК дальнего действия относятся, в первую очередь, ЗРК ПВО ВКС. Они являются всепогодными, могут быть самоходными или буксируемыми, оснащаются ЗУР, предназначенными для поражения целей на дальностях свыше 200 км.

ЗРК средней дальности имеют дальность стрельбы в несколько десятков километров. Они наиболее многочисленны, являются всепогодными, автоматическими, могут быть стационарными, самоходными или буксируемыми, и предназначены для решения задач ПВО, как страны, так и кораблей и войск.

К ЗРК малой дальности и ближнего действия относятся комплексы с дальностью стрельбы в несколько километров. В первую очередь они обеспечивают противовоздушную оборону войск и кораблей от низколетящих целей. Как правило, это зенитные пушечные (ЗПК), зенитные ракетно-пушечные (ЗРПК) комплексы и ПЗРК (фото 4-6).

Видеофильм «Панцирь-С1»

Рис.1. Классификация ЗРК

7.2.3. Основные тактико-технические характеристики ЗРК

Тактико-технические характеристики (ТТХ) характеризуют боевые воз­можности ЗРК. К ним относятся:

• назначение ЗРК;
• дальность и высоты пора­жения воздушных целей;
• возможности уничтожения целей, летящих с раз­личными скоростями;
• вероятности поражения воздушных целей при отсутст­вии и наличии помех, при стрельбе по маневрирующим целям;
• число целевых и ракетных каналов;
• помехозащищенность ЗРК;
• работное время ЗРК (время реакции);
• время перевода ЗРК из походного положения в боевое и на­оборот (время развертывания и свертывания ЗРК на стартовой позиции);
• ско­рость передвижения;
• боекомплект ракет;
• запас хода;
• массовые и габаритные характеристики и др.

ТТХ задаются в тактико-техническом задании на создание нового образ­ца ЗРК и уточняются в процессе полигонных испытаний. Значения показате­лей ТТХ обусловлены конструктивными особенностями элементов ЗРК, принципами их работы.

Назначение ЗРК - обобщенная характеристика, указывающая на боевые задачи, решаемые посредством данного типа ЗРК.

Дальность стрельбы - дальность, на которой цели поражаются с вероят­ностью не ниже заданной. Различают минимальную и максимальную даль­ность (ближнюю и дальнюю границы зоны поражения).

Высота стрельбы - высота, на которой цели поражаются с вероятностью не ниже заданной. Различают минимальную и максимальною высоты (ниж­нюю и верхнюю границы зоны поражения).

Возможность уничтожения целей, летящих с различными скоростями, - характеристика, указывающая на предельно допустимое значение скоростей полета целей (минимальных и максимальных), уничтожаемых в заданных диапазонах дальности и высот их полета.

Величина скорости полета цели обусловливает значения потребных пе­регрузок ракеты, динамических ошибок наведения, а, в итоге и вероятность поражения цели одной ракетой. При больших скоростях цели возрастают потребные пе­регрузки ракеты, динамические ошибки наведения, уменьшается вероятность поражения. В результате уменьшаются значения максимальной дальности и высоты уничтожения целей.

Вероятность поражения цели - вероятность появления события, со­стоящего в нанесении цели такого ущерба при стрельбе ЗУР, в результате которого цель не в состоянии выполнить боевую задачу. Цель может быть поражена при стрельбе одной или несколькими ракетами, поэтому рассматривают соответ­ствующие вероятности поражения Р ₁ и Р _n .

Целевой канал - совокупность элементов ЗРК, обеспечивающих одновре­менное сопровождение и обстрел одной цели. Различают ЗРК одно- и много­канальные по цели. Многоканальный по цели комплекс позволяет одно­временно обстреливать несколько целей.

В состав целевого канала входят визир и устройство определения коор­динат цели.

Ракетный канал - совокупность элементов ЗРК, обеспечивающая одно­временно подготовку к старту, старт и наведение одной ЗУР на цель. В со­став ракетного канала входят: пусковое устройство (пусковая установка), устройство подготовки к старту и старта ЗУР, визир и устройство определе­ния координат ракеты; элементы устройства выработки и передачи команд управления ракетой. Составной частью ракетного канала является ЗУР.

ЗРК могут быть одно- и многоканальными по ракете. Одноканальными выполняются, как правило, переносные ЗРК (ПЗРК). Они позволяют одновременно наво­дить на цель только одну ракету.

Многоканальные по ракете ЗРК обеспечивают одновременный обстрел одной или нескольких целей несколькими ракетами. Такие ЗРК имеют боль­шие возможности по последовательному обстрелу целей.

Для получения заданного значения вероятности уничтожения цели ЗРК имеет 2-3 ракетных канала на один целевой канал.

В качестве показателя помехозащищенности используются: коэффициент помехозащищенности ( К _пз ), допустимая плотность мощности помехи, при которой обеспечивается своевременное обнаружение (вскрытие на фоне помех) и уничто­жение (поражение) цели ( r _доп ); дальность открытой зоны ( D _о.з. ) - дальность, начиная с которой цель обнаруживается (вскрывается) на фоне помех при по­становке постановщиком помехи, плотность мощности которой r .

В качестве коэффициента помехозащищенности К _пз используется, как правило, отношение М _ОЖ числа уничтоженных целей в условиях помех ( М _ц.п ) к его значению без помех ( М ₀ ):

.

Работное время ЗРК (время реакции) - интервал времени от начала об­наружения цели (поступления целеуказания) до момента пуска первой ракеты. Оно определяется временем, которое затрачивается на поиск и захват цели и на подготовку ис­ходных данных для стрельбы. Работное время ЗРК зависит от конструктив­ных особенностей и характеристик ЗРК, от уровня подготовки боевого расче­та. Для современных ЗРК его величина находится в пределах от единиц до десятков секунд.

Время перевода ЗРК из походного положения в боевое - время с мо­мента подачи команды на перевод комплекса в боевое положение до готов­ности комплекса к открытию огня.

Время перевода ЗРК в боевое положение определяется исходным состоя­нием его элементов, режимом перевода и видом источника электропитания.

При  условии, что комплекс развернут на позиции, время перевода ЗРК в го­товность к боевому применению Т _гот определяется как:

,

где t _{c э c} - время включения средств электроснабжения;

t _кф - время проведения контроля функционирования ЗРК.

Тогда полное время перевода ЗРК из походного положения в боевое Т _боев :

,

где t _поз - время занятия позиции;

t _разв - время развертывания техники ЗРК на позиции;

t _топ - время топопривязки;

Т _гот - время перевода ЗРК в го­товность к боевому применению.

Время перевода ЗРК из боевого положения в походное Т _пох - время с мо­мента подачи команды на перевод 3FK в походное положение до окончания построения элементов ЗРК в походную колонну:

,

где t _сверт - время свертывания техники ЗРК;

t _постр - время построения походной колонны.

Возможности по перемещению ЗРК характеризуются скоростью его пе­ремещения по шоссе, грунтовым дорогам, воде, а также возможностью транспортировать его железнодорожным, водным и воздушным транспор­том.

Боевой комплект (БК) - количество ракет, установленное на один ЗРК. Является расчетно-снабженческой единицей при исчислении обеспеченности и потребности в ракетах для выполнения боевой задачи. Для ЗРК он состав­ляет единицы - десятки ракет.

Запас хода - предельное расстояние, которое может пройти автотранс­портное средство ЗРК, израсходовав полную заправку топлива. Запас хода учитывается при расчете маршей и т.п.

Массовые характеристики - предельные массовые характеристики эле­ментов (кабин) ЗРК и ЗУР.

Габаритные характеристики - предельные внешние очертания элемен­тов (кабин) ЗРК и ЗУР, определяемые их наибольшей шириной, длиной и вы­сотой.

Массовые и габаритные характеристики элементов ЗРК учитываются при организации маршей и перевозках зенитного ракетного комплекса.

7.2.4. Средства обнаружения ЗРК

В зенитных ракетных комплексах в качестве средств обнаружения ЛА могут использоваться радиолокационные станции (РЛС), оптические и пассивные пеленгаторы (фото 1).

Оптические средства обнаружения (ОСО). В зависимости от места расположения источника излучения лучистой энергии оптические средства обнаружения подразделяются на пассивные и полуактивные.

В пассивных ОСО, как правило, используется лучистая энергия, обуслов­ленная нагревом обшивки ЛА и работающими двигателями, либо световая энергия Солнца, отраженная от ЛА.

В полуактивных ОСО на наземном пункте управления располагается оп­тический квантовый генератор (лазер), энергия которого используется для зондирования пространства.

Пассивное ОСО представляет собой телевизионно-оптический визир (рис. 1), в состав которого входят передающая телевизионная камера (ПТК), синхронизатор, каналы связи, видеоконтрольное устройство (ВКУ).

Телевизионно-оптический визир преобразует поток световой (лучистой) энергии, идущей от ЛА. в электрические сигналы, которые передаются по кабельной линии связи и используются в ВКУ для воспроизведения передан­ного изображения Л А, находящегося в поле зрения объектива ПТК.

Рис. 1. Структурная схема телевизионно-оптического визира с ручным сопровождением цели

В передающей телевизионной трубке оптическое изображение преобра­зуется в электрическое, при этом на фотомозаике (мишени) трубки возникает потенциальный рельеф, отображающий в электрической форме распре­деление яркости всех точек ЛА.

Считывание потенциального рельефа происходит электронным лучом передающей трубки, который под действием поля отклоняющих катушек движется синхронно с электронным лучом ВКУ. На сопротивлении нагрузки передающей трубки возникает видеосигнал изображения, который усилива­ется предварительным усилителем и по каналу связи поступает на ВКУ. Ви­деосигнал после усиления в усилителе подается на управляющий электрод приемной трубки (кинескопа).

Синхронизация движения электронных лучей ПТК и ВКУ осуществляет­ся импульсами строчной и кадровой разверток, которые не замешиваются с сигналом изображения, а передаются по отдельному каналу.

Оператор наблюдает на экране кинескопа изображения ЛА, находящихся в поле зрения объектива визира, а также визирные метки, соответствующие положению оптической оси ТОВ по азимуту (β) и углу места (ε), в результате чего могут быть определены азимут и угол места ЛА.

Полуактивные ОСО (лазерные визиры) по своей структуре, принципам построения и выполняемым функциям почти полностью аналогичны радио­локационным. Они позволяют определять угловые координаты, дальность и скорость цели. Состав лазерного визира показан на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема лазерного визира

В качестве источника сигнала используется лазерный передатчик, запуск которого осуществляется импульсом синхронизатора. Световой сигнал лазе­ра, пройдя систему зеркал телескопа, излучается в пространство, отражается от ЛА и принимается телескопом.

Узкополосный фильтр, стоящий на пути отраженного импульса, умень­шает воздействие посторонних источников света на работу визира. Далее от­раженные от ЛА световые импульсы попадают на светочувствительный при­емник, преобразуются в сигналы видеочастоты и используются в блоках из­мерения угловых координат и дальности, а также для отображения на экране индикатора.

В блоке измерения угловых координат вырабатываются сигналы управ­ления приводами оптической системы, которые обеспечивают как обзор про­странства, так и автоматическое сопровождение ЛА по угловым координатам (непрерывное совмещение оси оптической системы с направлением на ЛА).

В современных ЗРК, в первую очередь, в ЗРК малой дальности и ближнего действия, а также в ЗРПК, используются комплексные оптико-электронные системы (ОЭС), использующие различные принципы визирования цели в оптическом диапазоне волн (рис.3).

Рис.3. Оптико-электронная система ЗРПК

7.2.5. Станции наведения ракет в ЗРК

Станция наведения ракет (СНР) ЗРК – совокупность устройств, предназначенных для непрерывного определения координат целей и ракет, выработки команд управления и передачи их на борт ракеты. Определение координат целей и ракет осуществляется радиолокационными, оптическими, инфракрасными, лазерными, телевизионными и другими устройствами сопровождения; выработка команд управления – вычислительным комплексом, а передача команд на борт ракеты – по радиолиниям связи. Внешний вид СНР ЗРК приведен на фото 1-3.

Современные радиолокационные СНР (фото 3, рис.1) строятся, как правило, на базе доплеровских локаторов с фазированными антенными  решетками (ФАР) со сложными зондирующими сигналами (ЗС) и предназначены для поиска целей по данным целеуказания или в режиме автономного поиска, точного измерения их координат (две угловых координаты, дальность и радиальная скорость), определения их государственной принадлежности, захвата на сопровождение и точного измерения трех координат ракет (две угловых координаты, дальность), организации линии радиосвязи РЛС - ракета (для передачи команд управления на ракету и приема от нее бортовой информации) и подсвета цели для работы пеленгатора ракеты и радиовзрывателя. Измеренные значения координат объектов служат исходными данными для решения задач пуска и наведения ракет на цели. Зона видимости СНР по угловым координатам ограничена размерами рабочего сектора, в пределах которого обеспечивается высокий темп обновления информации об объектах (период обращения к каждому из объектов составляет доли секунд).

Рис 1. Структурная схема СНР ЗРК

7.2.6. Пусковые установки и пусковые устройства ЗРК

Пусковые установки (ПУ) и пусковые устройства - специальные устрой­ства, предназначенные для размещения, прицеливания, предстартовой подго­товки и пуска ракеты. ПУ состоит из пускового стола (транспортно-­пускового контейнера) или направляющих, механизмов наводки, средств горизонтирования, проверочно-пусковой аппаратуры, источников электропита­ния и лр.

ПУ различают (фото 1-3):

• по виду старта ракет - с вертикальным и наклонным стартом;
• по подвижности - стационарные, полустационарные (разборные), под­вижные.

Стационарные ПУ в виде пусковых столов монтируются на специальных бетонированных площадках и перемещению не подлежат.

Полустационарные ПУ при необходимости могут разбираться и после транспортировки устанавливаться на другой позиции.

Подвижные ПУ размещаются на специальных транспортных средствах. Применяются в мобильных ЗРК и выполняются в самоходном, возимом, но­симом (переносном) вариантах. Самоходные ПУ размещаются на гусеничных или колесных шасси, обеспечивая быстрый переход из походного положения в боевое и обратно. Возимые ПУ устанавливаются на гусеничных или колес­ных несамоходных шасси, перевозятся тягачами.

Переносные пусковые устройства выполняются в виде пусковых труб, в которые устанавливается ракета перед пуском. Пусковая труба может иметь прицельное устройство для предварительного нацеливания и пусковой меха­низм (ПЗРК).

По количеству ракет, находящихся на пусковой установке, различают одинарные ПУ, спаренные и т.д.

7.2.7. Назначение и классификация ЗУР ЗРК

Зенитная управляемая ракета (ЗУР) – беспилотный летательный аппарат (ЛА) с реактивным двигателем, предназначенный для поражения воздушных целей.

Зенитные управляемые ракеты классифицируются      (рис. 1):

• по количеству ступеней;
• по аэродинамической схеме;
• по способу наведения;
• по типу двигателя.

По количеству ступеней ЗУР могут быть:

• одноступенчатые;
• двухступенчатые.

Рис.1.  Классификация ЗУР

По аэродинамической схеме различают ЗУР, выполненные по:

• нормальной схеме;
• бескрылой схеме;
• схеме «бесхвостка»;
• схеме «утка»;
• схеме «поворотное крыло».

По способу наведения различают:

• самонаводящиеся ЗУР;
• телеуправляемые ЗУР.

По типу двигателя зенитные управляемые ракеты могут быть:

• ЗУР с ракетным двигателем;
• ЗУР с воздушно-реактивным двигателем (ВРД).

Одноступенчатые ракеты, как например, в ЗРК С-25, работали на одном двигателе (рис. 2).

Двухступенчатые ЗУР – это ракеты, в которых устанавливаются два двигателя: стартовый и маршевый, как например, это сделано в зенитных ракетах, используемых в ЗРК С-125 (рис. 3). Стартовый двигатель, называемый иногда стартовым ускорителем, служит для придания ЗУР высокой скорости полета на начальном (стартовом) участке траектории (размещен в первой ступени корпуса ЗУР).

Применение стартового двигателя необходимо для сокращения общего полетного времени ЗУР и для более быстрого обеспечения ее управляемости. По мере выгорания топлива стартовый двигатель (стартовая ступень) автоматически сбрасывается.

Маршевый двигатель (размещен во второй ступени корпуса ЗУР) служит для обеспечения определенной скорости, дальности и высоты полета зенитной ракеты на основном участке траектории ее полета.

Следует отметить, что современные зенитные управляемые ракеты в основном являются одноступенчатыми.

При нормальной аэродинамической схеме , рули расположены в хвостовой части корпуса, а крылья – впереди. Бескрылая схема и схема «бесхвостка» являются разновидностями нормальной аэродинамической схемы.

В первом случае отсутствуют крылья, а во втором рули непосредственно примыкают к крыльям (рис. 4 а, б, в).

В схеме «утка» рули вынесены далеко вперед от центра тяжести ЗУР, а стабилизаторы расположены в хвостовой части корпуса (рис. 4 г).

В схеме «поворотное крыло» подвижные поверхности (аэродинамические рули) располагаются, как правило, в районе центра тяжести ЗУР, а крылья – в хвостовой части корпуса (рис. 4 д).

Преимуществом нормальной схемы является то, что рули, расположенные на значительном удалении от центра тяжести ракеты, создают достаточные управляющие моменты при их относительно небольших площадях. Благодаря этому уменьшаются мощность и вес приводов рулей, а также снижается лобовое сопротивление ЗУР. Недостаток этой  схемы – запаздывание маневра ракеты после отклонения рулей.

Достоинством схемы «утка» также является малая площадь рулей. Недостатком можно считать вредное воздействие потока воздуха от носовых рулей на крылья. В целом эта схема обладает большим быстродействием при реализации маневра при повороте рулей.

Преимущества схемы «поворотное крыло» заключаются в удобстве компоновки (бортовая аппаратура управления полетом и автопилот могут располагаться в средней части корпуса непосредственно возле осей аэродинамических рулей), что значительно повышает маневренность таких ЗУР. Основной недостаток этой схемы – большая площадь рулей, что приводит к росту лобового сопротивления и требует увеличения мощности, а значит, и большего веса приводов аэродинамических рулей.

Самонаводящейся называется ракета, на борту которой установлена аппаратура управления ее полетом.

Телеуправляемыми называют ЗУР, управляемые (наводимые) наземными средствами управления (наведения).

Ракетным называется двигатель, который использует топливо, полностью находящееся на борту ракеты. Для его работы не требуется забора кислорода из окружающей среды. По виду топлива ракетные двигатели разделяются на ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ) и жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). В качестве топлива в РДТТ используются ракетный порох и смесевое твердое топливо, которые заливаются и прессуются непосредственно в камеру сгорания двигателя.

Воздушно-реактивные двигатели (ВРД) - двигатели, в которых окислителем служит кислород, забираемый из окружающего воздуха. В результате на борту ракеты содержится только горючее, что позволяет увеличить запас топлива. Недостаток ВРД - невозможность их работы в разреженных слоях атмосферы. Они могут применяться на ЛА при высотах полета до 35-40 км.

7.2.8. Компоновка ЗУР ЗРК

ЗУР как правило, включает в себя следующие основные части (рис. 1):

• планер;
• двигатель;
• бортовая аппаратура управления полетом;
• автопилот (АП);
• боевое снаряжение (боевая часть, взрыватель);
• бортовой источник электропитания.

Рис. 1. Схема компоновки зенитной управляемой ракеты (вариант)

Все бортовые устройства размещены на планере ракеты.

Планер является несущей конструкцией ракеты и состоит из:

• корпуса;
• аэродинамических поверхностей.

Корпус планера изготавливается обычно цилиндрической формы с конической или оживальной головной частью. Оживал образуется вращением дуги, центр этой дуги может быть в плоскости основания головной части ЗУР (рис. 2).

Рис. 2. Планеры ЗУР
(а – с конической головной частью корпуса;
б – с оживальной головной частью)

Корпус современных ЗУР, как правило, состоит из 4-х отсеков (рис. 1):

• Отсек №1 – носовая часть ракеты. В нем, как правило, размещается антенная система головки самонаведения (ГСН) или бортового радиопеленгатора (БРП).
• Отсек №2 – аппаратный отсек. В этом отсеке размещена бортовая аппаратура управления полетом, автопилот и боевое снаряжение ЗУР.
• Отсек №3 – отсек, в котором размещен двигатель ракеты.
• Отсек №4 – отсек управления. В отсеке располагаются задняя часть двигателя и сопло с газовыми рулями. На корпусе отсека установлены четыре аэродинамических руля-элерона. В отсек также входит механизм управления воздушными и газовыми рулями.

Аэродинамические поверхности размещаются на корпусе планера и служат для создания подъемной и управляющих сил в полете, а также для стабилизации полета ЗУР.

К ним относятся:

• крылья (неподвижные аэродинамические поверхности);
• аэродинамические рули (подвижные аэродинамические поверхности).

Крылья служат для создания подъемной силы и стабилизации зенитной ракеты в полете (поэтому их иногда называют стабилизаторами).

Аэродинамические рули предназначены для управления ЗУР в полете. Свои функции они выполняют при поворотах относительно продольной оси ЗУР на определенный угол.

Таким образом, при повороте аэродинамических рулей изменяется воздействие воздушного потока и, как результат этого, направление подъемной силы. По своему назначению рули разделяют на рули поворота и рули высоты (рис. 3).

Рис. 3. Аэродинамические рули ЗУР
(а – рули поворота; б – рули высоты;
в – элероны)

Отклоняясь, рули воспринимают встречный поток воздуха, который создает давление на их поверхность (рис. 3 а, б). За счет возникающей реакции ракета будет отклоняться, приобретая новое направление, противоположное направлению отклонения рулей. Управляющие усилия рулей зависят от скорости полета ракеты.

Для исключения крена ракеты (возникает при вращении ракеты относительно оси ОХ р ) при наличии рулей применяют дополнительные подвижные аэродинамические поверхности, которые называются элеронами .

Действия элеронов сводятся к следующему. Для ликвидации кренящего момента элероны отклоняются в разные стороны (рис. 3 в). Таким образом, рули-элероны выполняют функцию подвижных стабилизаторов.

При полете с малой скоростью, которая бывает в начале полета, а также при полете на больших высотах, где плотность атмосферного воздуха незначительна, аэродинамическое управление дополняется газодинамическим, как правило, за счет применения газовых рулей . В этом случае газовые рули устанавливаются в потоке струи, истекающей из сопла ракетного двигателя. При отклонении этих рулей создается усилие, которое передается на корпус ракеты.

Бортовая аппаратура управления полетом обеспечивает управление полетом ракеты. В телеуправляемых ЗУР она представляет собой часть аппаратуры управления, предназначенную для приема команд с наземных средств наведения и передачи их на автопилот. В самонаводящихся ракетах бортовая аппаратура управления полетом самостоятельно формирует или команды управления, или исходные данные для их выработки на наземных средствах наведения. В этом случае в ее состав входит бортовой координатор (бортовой радиопеленгатор).

Автопилот предназначен для стабилизации ракеты в полете, предотвращая ее произвольное вращение под действием внешних сил.

Взрыватель и боевая часть составляют боевое снаряжение ракеты, обеспечивающее непосредственное уничтожение цели.

Для обеспечения бортовой аппаратуры электроэнергией на борту ЗУР устанавливают бортовой источник электропитания , чаще выполняемый в виде аккумуляторных батарей.

7.2.9. Автопилот ЗУР

Автопилот ЗУР, являясь составной частью системы управления ракеты, предназначен для стабилизации угловых движений ракеты относительно ее центра масс в пространстве в соответствии с командами управления.

Для стабилизации ракеты в продольной и азимутальной плоскостях и при движении относительно продольной оси ракеты (по крену) в автопилоте ЗУР используются три независимых канала стабилизации – по тангажу, курсу и крену (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема автопилота ЗУР

Чувствительные элементы автопилота (АП) измеряют угловые отклонения ракеты α (по тангажу), γ (по крену), υ (по курсу), ее скорость V и скоростной напор q=ρ V ² /2 . При воздействии внешних возмущений (под воздействием ветра, при изменении плотности воздуха, асимметрии ракеты и т.п.) происходит, например, поворот ракеты на некоторый угол γ вокруг продольной оси ракеты ОХ _р т.е. возникает крен). Наличие крена ракеты может в некоторых системах управления привести к тому, что рули курса будут изменять положение ракеты по тангажу, а рули высоты - по курсу, что приведет к нарушению работы системы управления.

С появлением угла γ , чувствительный элемент канала стабилизации ракеты по крену измеряет величину угла и выдает пропорциональный по величине сигнал. После усиления и преобразования этот сигнал, как правило, поступает на наземные средства наведения, которые вырабатывают команду управления на устранение крена ЗУР и выдают ее на автопилот ракеты, вырабатывающий сигнал на органы управления, которые повернут элероны на определенный угол. В результате вращение ракеты по крену прекратится и угол крена будет устранен. После этого элероны займут нейтральное положение. Подобным образом осуществляется стабилизация ракеты относительно осей OY _р и OZ _р .

В системах стабилизации ракет в качестве чувствительных элементов используются гироскопы, датчики линейных ускорений (акселерометры), датчики скоростного напора и др.

Гироскоп (рис. 2) представляет собой быстро вращающийся маховик (ротор) 1 , укрепленный концами оси вращения 4 в рамке, называемой рамкой гироскопа ( 2,3) . Ротор приводится во вращение электродвигателем.

При сообщении ротору гироскопа скорости вращения вокруг оси Y , он сохраняет положение оси Y в пространстве неизменным, если на нее не действуют внешние силы. Способность сохранять неизменным положение оси Y в пространстве зависит от момента инерции и скорости вращения ротора.

Чем больше скорость вращения ротора вокруг оси Y и чем больше его момент инерции (т.е. масса сосредоточена на ободе маховика и обод имеет большой диаметр), тем выше способность гироскопа сохранять постоянство положения оси Y в пространстве.

Датчики линейных ускорений (ДЛУ) (рис. 3) представляют собой инерционное тело, подвешенное на пружинах 2 , концы которых закреплены на корпусе 1 и грузе датчика 3 . Для устранения колебаний тела установлен демпфер 4 . На оси перемещения груза закреплен подвижный контакт потенциометра.

При ускорении ракеты, равном нулю, груз находится в среднем положении. С появлением ускорения ракеты груз перемещается вдоль оси на величину, пропорциональную величине ускорения. В результате с подвижного контакта потенциометра снимается напряжение, пропорциональное величине ускорения.

ДЛУ могут быть использованы для измерения продольных и боковых (нормальных) ускорений. В первом случае ось ДЛУ параллельна (совпадает) продольной осью ОХ _р ракеты, во втором – направлена по оси OY _р или OZ _р .

Для измерения скоростного напора применяют датчики, измеряющие давление воздуха при набегании воздушного потока. В результате выдается электрический сигнал, пропорциональный величине q=ρ V ² /2 .

Преобразовательно - усилительные устройства АП чаще представляют собой электронные преобразователи токов и напряжений. Для этого применяют магнитные и транзисторные усилители-преобразователи, интегральные микросхемы, обладающие высокой стабильностью работы и надежностью в условиях вибраций и перегрузок ракеты.

Исполнительные устройства АП служат для перемещения рулей ракеты. Они могут быть пневматическими, гидравлическими и электромоторными. Их назначение – преобразование электрической энергии команд управления в угол поворота рулей ракеты. Часто эти устройства называют рулевыми машинами.

К задающим устройствам относятся устройства управления полетом ракеты на автономном участке траектории. В их задачу входит изменение режима работы бортовой аппаратуры по заранее заданной программе.

7.2.10. Бортовая аппаратура управления полетом ЗУР

Бортовая аппаратура управления полетом ракеты является составной частью системы управления полетом ЗУР. Ее устройство определяется принятой системой управления, реализованной в ЗРК.

В системах командного телеуправления I вида (ТУ-1) на борту ракеты устанавливаются приемные антенны и устройства обработки команд управления от СНР

В системах командного телеуправления II вида (ТУ-2) на борту ракеты устанавливают бортовой координатор (бортовой радиопеленгатор), измеряющий текущие угловые координаты цели, и передатчик для выдачи их в соответствующем коде на СНР. Прием команд управления от СНР осуществляется аналогично, как и при ТУ-1.

В системах теленаведения и самонаведения бортовая аппаратура управления включает координатор цели и счетно-решающий прибор (СРП). Координатор измеряет параметр рассогласования (сигнал ошибки) и выдает в СРП напряжение рассогласования соответствующей величины и знака. В СРП на борту ракеты формируются команды управления, в состав которых вводятся составляющие компенсации ошибок наведения. С выхода СРП команды управления поступают на автопилот для управления рулями ракеты.

Характерной особенностью бортовых координаторов является использование равносигнальных методов измерения текущих координат цели (пеленгации цели). Антенные системы бортовых координаторов  выполняют роль угловых датчиков, при этом в зависимости от построения этих систем для извлечения информации об угловом положении цели используются амплитудные или фазовые соотношения их выходных сигналов. В соответствии с этим бортовые координаторы подразделяются на амплитудные и фазовые.

Как при амплитудной, так и при фазовой пеленгации определение угловых координат цели производится путем совмещения равносигнального направления (РСН) антенны с направлением на цель.

7.2.11. Боевое снаряжение ЗУР

Боевое снаряжение зенитных управляемых ракет, в общем случае, представляет собой боевую часть и взрыватель.

Боевая часть (БЧ) включает боевой заряд, детонатор и корпус. По принципу действия боевые части могут быть осколочными и осколочно-фугасными. По данным зарубежной печати, некоторые типы ЗУР могут оснащаться и ядерными боевыми частями (например, ЗУР ЗРК «Найк-Геркулес»).

Поражающими элементами боевой части являются как осколки, так и готовые элементы, размещенные на поверхности корпуса. В качестве боевых зарядов применяют бризантные (дробящие) взрывчатые вещества (тротил, смеси тротила с гексогеном и др.).

Рис. 1. Классификация взрывателей ЗУР

Взрыватели ракет могут быть (рис. 1):

• неконтактными;
• контактными.

Неконтактные взрыватели в зависимости от места положения источника энергии, используемой для срабатывания взрывателя, подразделяются на:

• активные;
• полуактивные;
• пассивные.

Кроме того, неконтактные взрыватели подразделяются на:

• электростатические;
• оптические;
• акустические;
• радиовзрыватели.

В современных образцах ракет чаще применяются радио - и оптические взрыватели. В отдельных случаях одновременно работают оптический и радиовзрыватель, что повышает надежность подрыва боевой части в условиях электронного подавления.

В основу работы радиовзрывателя (РВ) положены принципы радиолокации. Поэтому такой взрыватель представляет собой миниатюрный радиолокатор, формирующий сигнал подрыва при определенном положении цели в луче антенны взрывателя (рис.2), т.е. область срабатывания РВ Δφ _рв должна быть согласована с областью разлета осколков БЧ Δφ _оск .

Рис. 2. К пояснению согласования области срабатывания РВ с областью разлета осколков БЧ

По устройству к принципам работы радиовзрыватели могут быть:

• импульсными;
• доплеровскими (частотными);
• фазовыми.

В импульсном радиовзрывателе (рис. 3) передатчик вырабатывает высокочастотные импульсы малой длительности, излучаемые антенной в направлении цели.

Отраженные сигналы принимаются антенной РВ, проходят приемное устройство и поступают на каскад совпадений, куда подается строб-импульс Δ t _опт . При их совпадении выдастся сигнал подрыва детонатора боевой части.

Рис. 3. Структурная схема импульсного радиовзрывателя

Длительность строб-импульсов обусловливает диапазон возможных дальностей срабатывания взрывателя, оптимально согласованных с областью разлета осколков БЧ. Минимальная дальность срабатывания РВ:

где с – скорость света;

τ _и – длительность импульса передатчика.

Другой способ согласования области срабатывания РВ с областью разлета осколков заключается в измерении угла срабатывания φср по изменению доплеровской частоты, которая для систем с полуактивным наведением может быть найдена из соотношения:

где V _отн – относительная скорость сближения цели и ЗУР;

λ – длина волны;

φ _ср – угол срабатывания радиовзрывателя.

Изменение доплеровской частоты определяется лишь относительной скоростью сближения ракеты с целью и измеряется в диапазоне пороговых значений ΔF _д . Поэтому для повышения надежности срабатывания РВ и его помехоустойчивости на практике, чаще всего, используют два канала с различными значениями отстройки ΔF _д1 , и ΔF _д2 .

Рис. 4. Структурная схема доплеровского радиовзрывателя

Таким образом, РВ с одним или двумя доплеровскими каналами (рис. 4) построены на сравнении доплеровского сдвига частоты с заранее известной, определяющей требуемый (оптимальный) угол срабатывания РВ.

Каждый канал содержит смеситель, УПЧ с АРУ и узкополосные фильтры (УПФ1 и УПФ2). Следящая система по скорости поддерживает на большом удалении ракеты от цели постоянство частоты гетеродина. После срыва слежения по скорости начинается резкое изменение промежуточной частоты в обоих каналах.

Узкополосные фильтры отстроены от канала промежуточной частоты приемника РВ на величины ΔF _д1 и ΔF _д2 . В моменты времени, когда ΔF _д = ΔF _д1 и ΔF _д = ΔF _д2 в каналах вырабатываются сигналы, поступающие на схему "И". При их последовательном появлении выдастся сигнал подрыва. Использование двух или более каналов повышает надежность и помехозащищенность РВ.

При выборе частот отстройки доплеровских каналов учитывается запаздывание в исполнительных устройствах РВ.

Для улучшения согласования РВ с БЧ, особенно в условиях помех и при малых скоростях сближения ракеты с целью, в РВ может вводиться частотный экстраполятор, который в зависимости от промаха и скорости сближения ракеты с целью (времени Δt _1-2 изменения частоты сигнала на величину, равную расстройке фильтров относительно друг друга) формирует регулируемое время задержки ( τ _зад )в срабатывании исполнительной схемы РВ.

При использовании фазового метода пеленгации в приемные каналы РВ до старта или перед включением выдается разность фаз:

где d – расстояние между фазовыми центрами приемных антенн РВ.

Структурная схема полуактивного РВ с фазовым методом пеленгации приведена на рис. 5. Каждый канал содержит смеситель и усилитель с АРУ. Сопровождение по скорости (частоте Доплера) осуществляется следящей системой (СС "V"), изменяющей частоту гетеродина. Один из каналов содержит управляемый фазовращатель (ФВ), куда вводится фазовый сдвиг ( ψср ) , соответствующий расчетному углу срабатывания. Когда разность фаз в каналах сравняется с заданной, фазовый детектор (ФД) выдает сигнал подрыва.

Рис. 5. Структурная схема фазового радиовзрывателя

В ЗРК фазовый сдвиг, пропорциональный величине относительной скорости сближения ракеты и цели , может вводиться до старта (для ЗРК с самонаведением) либо непосредственно перед встречей ракеты с целью (для ЗРК с телеуправлением).

Контактные взрыватели могут быть:

• электрическими;
• ударными.

Они находят применение, как правило, в ракетах малой дальности при высокой точности стрельбы, что обеспечивает подрыв боевой части при прямом попадании ракеты.

Поскольку прямое попадание ракеты в цель практически исключается из-за больших скоростей полета целей, то подрыв боевого заряда в большинстве случаев осуществляется без непосредственного соприкосновения ракеты с целью.

7.2.12. Системы управления ЗУР

Система управления ЗУР — совокуп­ность элементов, обеспечивающих подготовку к пуску, пуск и наведение ра­кет на цели. Частью системы управления является система наведения, управ­ляющая полетом ракеты.

Различают системы: командного телеуправления, теленаведения, самонаведения и комбинированного наведения (рис. 1).

Рис. 1. Классификация систем управления ЗУР

Командными системами телеуправления называют такие, в которых управление полетом ракеты осуществляется с помощью команд, формируе­мых на пункте управления и передаваемых на ракету по радиолинии управ­ления. В состав системы входят устройства измерения и сопровождения координат цели и ра­кеты (УСЦ и УСР), устройство формирования команд управления (УФК), командная ра­диолиния управления (КРУ), пусковые устройства (пусковые установки). Различают командные системы телеуправления 1 и 2 типа (ТУ-1, ТУ-2).

Командная система ТУ-1 (рис. 2). СНР по данным целеуказания или самостоятельно обнаруживает цели. В процес­се автоматического или ручного сопровождения УСЦ измеряет координаты це­ли, а после пуска ракет - УСР измеряет координаты ЗУР.

Рис. 2. Схема командной системы телеуправления первого вида (ТУ-1)

Измеренные значения координат целей и ракет поступают в УФК, где формируются команды управ­ления, которые далее через КРУ передаются на борт ракеты.

Дальность действия КРУ зависит от технических параметров аппаратуры передающего и приемного трактов

После дешифрации в бортовой аппаратуре ЗУР команды управления посту­пают в автопилот и на рули ракеты, управляя их положением.

Командная система ТУ-2 (рис. 3) отличается от ТУ-1 тем, что устройство получения информации о параметрах движения цели (координа­тор или бортовой радиопеленгатор - БРП) размещено на борту ракеты. Данные о цели после предварительного преобразования и обработки бортовой аппаратурой по радиолинии переда­ются на наземный пункт управления и вводятся в УФК.

Рис. 3. Схема командной системы телеуправления второго вида (ТУ-2)

Сюда же поступают и коорди­наты ракеты, измеряемые УСР. Дальнейший процесс аналогичен управлению в системе ТУ-1.

Исходя из вышеизложенного, БРП должен включать в себя (рис. 3):

• антенну приема сигналов отраженных от цели ( 1 );
• приемник ( 2 );
• устройство определения координат цели ( 3 );
• шифратор ( 4 );
• передатчик сигналов, содержащих информацию о координатах цели ( 5 );
• передающую антенну ( 6 ).

Для приема команд управления ЗУР, их преобразования и отработки, на ее борту устанавливается такая же аппаратура, как и в системах телеуправления первого вида ( 7 – приемник команд, 8 – автопилот).

Следует отметить, что в современных ЗРС системы ТУ-2 в чистом виде практически не используются. Для надежности наведения ЗУР на цель и повышения точности стрельбы при наведении ЗУР одновременно измеряются координаты цели как на борту ЗУР, так и наземными средствами. Предпочтение отдается источнику, который обеспечивает наилучшую точность. Такой способ наведения получил название бинарного .

Системы теленаведения - системы управления ракетами, в которых команды управления полетом формируются на борту ракеты. Их величина пропорциональна отклонению ракеты от равносигнального направления, создаваемого радиолокационными визирами пункта управления (рис. 4). Такие системы иногда называют системами наведения по радиолучу. Они бывают одно- и двухлучевыми. В первом случае ракета наводится по тому же лучу, который формирует устройсво сопровождения цели и наведения ракеты (УСЦНР). Во втором случае ракета сопровождается отдельным лучом, формируемым наземным устройством наведения ракеты (УНР).

Системы самонаведения - системы, в которых управление полетом ракет осуществляется командами управления, формируемыми на борту ракет. При этом информация, необходимая для их формирования, выдается бортовым устройством (координатором). В таких системах используются самонаводящиеся ракеты, в управлении полетом которых пункт управления участия не принимает.

По виду энергии, используемой для информации о параметрах движения цели, различают системы самонаведения: активные, полуактивные, пассив­ные.

Активными называются системы самонаведения, в которых источник облучения цели установлен на борту ракеты. Отраженные от цели сигналы принимаются бортовым координатором и служат для измерения параметров движения цели (параметра рассогласования). рис.5, а. В полуактивных системах самонаведения источник облучения цели (станция подсвета цели  - СПЦ) размещен на пункте управления (рис. 5, б). Отраженные от цели сигналы используются бортовым координатором для измерения параметра рассогла­сования.

Пассивными называют такие системы самонаведения, в которых для измерения параметров движения цели исполь-зуется энергия, излучаемая це­лью. Это может быть тепловая (лучистая), световая, радиотепловая энергия (рис. 5, в).

В состав системы самонаведения ЗУР входят устройства, измеряющие пара­метр рассогласования, счетно-решающий прибор, автопилот и рулевой тракт. Контроль качества наведения может быть визуальным или с помощью ра­диолокационных и телевизионно-оптических средств, установленных на пункте управления.

Комбинированные системы управления — системы, в которых наведение ракеты на цель осуществляется несколькими системами последовательно. Они могут находить применение в комплексах средней дальности и дальнего действия. Это может быть комбинация командной системы телеуправления на начальном участке траектории полета ракеты и самонаведение на конеч­ном или наведение по радиолучу на начальном участке и самонаведение на конечном. Такая комбинация систем управления обеспечивает наведение ра­кет на цели с достаточной точностью при больших дальностях стрельбы.

Кроме рассмотренной схемы комбинированного управления могут при­меняться и другие. Например, сочетание комбинированного управления (на время вывода ракеты на кинематическую траекторию), инерциального наве­дения (на основном участке наведения ЗУР) с переходом на телеуправление 2-го вида или на самонаведение (активное, полуактивное или пассивное) на конечном участке наведения ракеты.