Зымыранды бағыттау әдісі: Жақын арадағы нысананы табу техникасы

Кіріспе

Ракетаны бағыттау техникасы. "Ракета арқылы із кесу" немесе TVM – жартылай белсенді радиолокациялық бағыттау (SARH) және радио командалық бағыттаудың ерекшеліктерін үйлестіретін ракета бағыттау техникасы. Бұл, әсіресе ұзақ қашықтықта, командалық бағыттаумен ұшырылатын ракеталардың терминалдық дәлдігімен байланысты туындайтын мәселелерді болдырмайды. Ол көптеген ұзақ қашықтықты жер-әуе зымырандарында (SAM), соның ішінде MIM-104 Patriot-та қолданылған.

Түсіндірме

Командалық басқарудың артықшылығы – зымыранды басқаруға қажетті жабдықтың басым бөлігін ұшыру қондырғысында орналастыру, онда өлшем мен салмақ айтарлықтай маңызды емес. Мұндай жүйелерде басқаруды қамтамасыз ететін радар жерде немесе кемеде орналасқан, ал зымыранда тәуелсіз басқару жүйесі болмайды. Әдетте екі радар қолданылады: біреуі нысананы, екіншісі зымыранды қадағалайды, осылайша олар тәуелсіз және қашық аралықта орналасқан траекториялармен ұша алады. Компьютер екеуінің де орналасуын және жылдамдығын есептеп, олардың қиылысу нүктесін анықтайды. Содан кейін сол компьютер зымыранды сол нүктеге жеткізу үшін қажетті басқару командаларын есептеп, радиосигнал арқылы зымыранға қажетті түзетулерді жібереді, көбінесе зымыранды қадағалайтын радар осы радиосигнал ретінде қолданылады. Бұл жүйенің құрылысы салыстырмалы түрде оңай болғандықтан, ол көптеген ертедегі жер-әуе зымырандары (ЖАЗ) жүйелерінің негізі ретінде пайдаланылды. Дегенмен, ол, әсіресе ұзақ қашықтықтағы оқ ату үшін, маңызды кемшілікке ие. Радар сигналдары кеңістікте таралады, фонарь сәулесінің конус тәрізді сәулесі сияқты, әдеттегі сәуле шамамен 5 градусқа таралады. Бұл ұзақ қашықтықта нысананың орналасуы бірнеше километрлік қателікпен ғана белгілі болады дегенді білдіреді. Сигналды кодтаудың әртүрлі әдістерін қолдану арқылы оны 0,1 градусқа дейін азайтуға болады, бірақ ұзақ қашықтықта бұл әлі де жүздеген метрлік дәлдікті қамтамасыз етеді. Мұндай дәлсіздік нысананы жою үшін үлкен жарылғыш бөлікті қажет етеді. Бұл мәселе жартылай активті радарлық басқару (SARH) тұжырымдамасымен шешіледі. Мұндай жүйелерде жер станциясы радар арқылы нысананы жарықтандырады, бірақ қабылдағыш зымыранда орналасқан. Сигналдың нысанадан шағылысуы конус тәрізді сәулені тудырады, бірақ ол нысанада ең тар болады. Зымырандағы қабылдағыш осы сигналды басқару үшін пайдаланады, осылайша нысанаға жақындаған сайын дәлдігі артады. Алғашқы конструкциялардағы ең жоғары дәлдік ондаған метрді құрайтын бірнеше ұсақ мәселелер бар, бірақ бұл қашықтыққа тәуелді емес. Бұл SARH зымырандарында зымыранда қосымша электроника орнатылғандықтан, бірдей тиімділікке ие, бірақ одан әлдеқайда кішкентай жарылғыш бөліктері болуы мүмкін. SARH тәсілінің кемшілігі – жер радарымен берілген сигнал зымыранның көретін конус тәрізді сигналдың ішінде нысананың бағытын анықтау үшін қосымша кодталуды қамтуы керек. Әдетте бұл конустық сканерлеу арқылы жүзеге асырылады, ол конустың ішіндегі бұрышты анықтау үшін сигналдың өзгеру уақытын пайдаланады, бірақ бұл сигналдың үздіксіз болуын немесе «көлденеңге тұруын» талап етеді. Бұл әдетте ЖАЗ-да осы міндетке арналған жеке нысананы жарықтандыру радары арқылы жүзеге асырылады. Екі жағдайда да ЖАЗ-ға әрбір басқарылатын зымыран үшін жеке радарлар қажет болды, яғни жүйе тұтастай алғанда тек радарлары бар зымырандардың санын басқара алады. Көбінесе әуе қозғалысы жоғары аймақтарда, әсіресе кемеге қарсы зымырандардың сальвасына тап болған кемелерде ЖАЗ жүйенің мүмкіндіктерін басып кетуі мүмкін. Теориялық тұрғыдан алғанда, зымыранға үздіксіз емес сигналдарды қадағалауға мүмкіндік беретін электрониканы қосуға болады, осылайша бір радар бірнеше зымыранға бақылау жасай алады, бірақ 1950 және 60-шы жылдардағы электрониканы пайдалану өте қымбат және үлкен болар еді; тіпті командалық басқарылатын жүйелерде де бұл мүмкіндік болмады. Бұл мәселе, әсіресе АҚШ және Ұлыбритания теңіз күштері үшін маңызды мәселе болды. Зымыран арқылы қадағалау осы екі тұжырымдаманы біріктіреді, осылайша екеуінің де проблемаларын болдырмайды. SARH сияқты, қабылдағыш зымыранға орналастырылады, осылайша нысанаға жақындаған сайын дәлдігі артады. Анықтамаларды жерде өңдеудің орнына сигнал басқа жиілікте қайта таратылады және ұшыру қондырғысы қабылдайды. Ұшыру қондырғысы жіберген сигналды зымыран алған сигналмен салыстырады және осы салыстыру арқылы зымыранға қатысты нысананың орналасуын анықтайды. Бірақ жер станциясы нысананың шамамен орналасқан жерін және алғашқы жіберілген сигналдың егжей-тегжейін білетіндіктен, сигналдың үздіксіз болуын талап етпейді, сондықтан жеке жарықтандыру радары қажет емес. Салыстыру мен есептеуден кейін жаңартулар деректерді сілтеме арқылы командалық басқарудағыдай зымыранға жіберіледі. TVM командалық басқарудың дәлдік мәселесін шешеді, бірақ жеке радарларды қажет ету мәселесін шешпейді. Теориялық тұрғыдан алғанда, бұл мәселені зымыранға қажетті электрониканы орнату арқылы шешуге болады, бірақ 1950-ші жылдардағы технологияны пайдалану зымыранның өлшемін үлкендетеді және құнын жоғарылатады. Бұл мәселені ұшыру қондырғысында шоғырландыру әлдеқайда оңай, әсіресе 1950-ші жылдардың соңында әскери сападағы транзисторлар енгізілгеннен кейін. Бұл АҚШ теңіз күштерінің RIM 50 Typhon зымыраны мен оған қосатын AN/SPG 59 радарына әкелді, ол бір PESA радарына ие және көптеген зымырандарды бірдей ұшыруға қабілетті болды. Дамудағы мәселелер оның жобасын тоқтатуға әкелді. TVM-нің тағы бір артықшылығы – қадағалау радары болмағандықтан, нысанаға қадағалау жүргізіліп жатқанын көрсетуге ештеңе жоқ. Бұл әдеттегідей радар ескерту қабылдағышы үшін салыстырмалы түрде оңай міндет, ол нысанаға қарсы шаралар қолдану керектігі туралы ескерту береді, бірақ TVM жағдайында іздеу радарының сигналы ғана қажет, және зымыран ұшырылғанда ол өзгереді.

Command guidance has the advantage of isolating most of the equipment for the missile guidance at the launcher, where size and weight are significantly less important. In these systems, the radar that provides guidance is on the ground or ship and the missile lacks an independent guidance system. Typically two radars are used, one tracking the target and another the missile, so that they can fly independent and widely separated paths. A computer then calculates the position and velocity of the two and calculates an intercept point. The same computer then calculates the control inputs needed to fly the missile to that point and sends any required corrections to the missile via a radio signal, often using the radar tracking the missile as the radio signal. As this system is simple to build, it was used as the basis for many early surface to air missile (SAM) systems. However, it has a significant drawback, especially for long range fire. Radar signals spread out in space, similar to the cone like beam of a flashlight, with typical beam spreads on the order of around 5 degrees. This means that at longer ranges, the target's location is only known within a gross value, perhaps on the order of several kilometers. Various signal encoding techniques can be used to narrow this down to something on the order of 0.1 degrees, but at long range, this still provides accuracy only on the order of hundreds of meters. This inaccuracy demands a huge warhead to ensure the destruction of the target. This problem is avoided in the semi active radar homing (SARH) concept. In these systems, the ground station still illuminates the target with its radar, but the receiver is on the missile. The reflection of the original signal off the target produces another cone like beam, but one that is narrowest at the target. The receiver on the missile uses this signal to guide on, thus becoming increasingly accurate as it flies toward the target. There are a number of minor issues that result in a maximum accuracy (for early designs) on the order of tens of meters, but this is independent of range. This means SARH missiles can have much smaller warheads with the same overall effectiveness, although at the cost of having additional electronics on the missile. The downside to the SARH approach is that the signal provided by the ground radar has to contain some form of additional encoding of the signal for the missile to determine the direction of the target within the cone shaped signal it sees. Normally this is accomplished using a form of conical scanning which uses the timing of variations in the signal to determine the angle within the cone, but this demands that the signal is continuous, or "locked on". This is normally accomplished with SAMs by using a separate target illumination radar dedicated to this task. In both cases, SAMs required separate radars for each missile being guided, which means that the system as a whole can only guide the number of missiles that it has radars. For SAMs in high traffic environments, especially ships facing salvos of anti ship missiles, it is possible to overwhelm the system's capabilities. In theory, the missile can add electronics to allow it to continue tracking a non continuous signal and thus allow a single radar to provide tracking to several missiles, but using electronics of the 1950s and 60s this would be prohibitively expensive and large; even command guided systems generally lacked this capability. Addressing this was a major concern, especially for the US Navy and Royal Navy. Track via missile combines these two concepts to avoid the problems of both. Like SARH, the receiver is placed on the missile and thus has increased accuracy as it approaches the target. Instead of processing it locally, the signal is instead rebroadcast on another frequency and received by the launcher. The launcher then compares the signal it sent to the one received by the missile, and through this comparison can perform the determination of the target location relative to the missile. But because the ground station knows the rough location of the target, and details of the original signal it sent, it does not require the signal to be continual and thus does not demand a separate illumination radar. After comparison and calculation, updates are sent to the missile as in the command guided case using a data link. TVM solves the accuracy problem of command guidance, but not the issue of requiring separate radars. In theory, this can be solved by placing the required electronics on the missile, but doing so using 1950s technology would lead to very large size and make the missile cost very high. Centralizing this at the launcher site is a much more tractable problem, especially after the introduction of military grade transistors in the later 1950s. This led to the US Navy's RIM 50 Typhon missile and associated AN/SPG 59 radar, which had a single PESA radar and could salvo many missiles. Development problems led to its cancellation. One additional advantage of TVM is that, as there is no tracking radar, there is nothing to indicate to the target that it is being tracked. This is normally a relatively simple task for a radar warning receiver that gives the target a warning that it should employ countermeasures, but in the TVM case the search radar signal is all that is needed and it does not change when the missile is launched.

Артықшылықтар

Радалық бағыттаушы зымырандардан өзгеше, зымыран радио толқындармен нысананы жарықтандыру арқылы оған бағытталғанын хабарламайды. Әдетте, нысана SAM радарының өзіне бағытталғанын сезеді, бірақ шабуылға ұшырағанын нақты білмейді. Қазіргі заманғы фазалық антенналық радарлардың жіңішке сәулелері мен төменгі жақтан шығып тұратын бөліктері ұшақтың оны анықтауын одан да қиындатады. Жартылай белсенді радарлық бағыттаушы зымырандардан айырмашылығы, зымырандардың ішіндегі электрондық құрылғыларға қарсыласу траекториясын есептеу және оны ұстап тұру қажеттілігі болмайды, бұл олардың күрделілігін, салмағын және құнын төмендетеді. Зымыранның процессорлық қуаты шектеулі болғандықтан мүмкін болатыннан гөрі күрделі алгоритмдерді қолдану арқылы зымыранның дәлдігін арттыруға болады. Операторлар зымыранның ұшу жолын ұрыстың кез келген кезеңінде, тіпті соңғы бағыттау кезеңінде де өзгерте алады. Радио командасымен басқарылатын зымырандардан өзгеше, зымыранның радарлық қабылдағышы жер станциясынан гөрі нысанаға жақын болғандықтан, жүйе компьютері үшін дәлірек ақпарат алуға мүмкіндік туады. Сондай-ақ, бақылау сигналын бұғаттау немесе бұрмалау да қиынырақ. Жер станциясы нысанадан тікелей радарлық сигналды (зымыран жүктеген деректердің орнына) қабылдап, екі дерек көзін біріктіре отырып, нысананы жою траекториясын құра алады. Бұл жүйеге қарсы электрондық шараларға (ECM) қарсы қосымша кедергі тудырады.

Кемшіліктер

TVM-нің де бірнеше кемшіліктері бар. Мысалы, деректерді беру арнасы кедергіге ұшырауы мүмкін, ал белсенді басқару немесе "атып қою және ұмыту" принципімен жұмыс істейтін зымыранда мұндай жағдайға жол жоқ. Бұған қоса, бұл техниканы пайдаланғанда, нысанаға қарсы зымырандармен жабдықталған ұшақтар радарды анықтап, оған шабуыл жасауға тырысқанда, жердегі радардың қақтығыс бойында үнемі жұмыс істеуі қажет, бұл оларға көмектесуі мүмкін. Активті радарлық басқарумен салыстырғанда, тағы бір кемшілік – зымыран бағыт алу үшін жердегі радарға тәуелді болады. Сондықтан, нысана өзі мен бекітілген радар жүйесінің арасына кедергі (мысалы, төбе) қойса немесе радардың бақылау шеңберінен шығып кетсе (мысалы, PATRIOT радарының бақылау секторінен тысқары ұшса, немесе басқа жүйенің тиімді қашықтығынан тысқары ұшса), зымыран нысанадан шағылысқан сәулелерді анықтай алмайды және соның салдарынан қақтығысты жалғастыра алмайды.

Мысалдар

Қазіргі заманғы ұзақ қашықтықты зениттік-ракеталық жүйелердің көпшілігі зымыран арқылы бағыттау тәсілін қолданады. Оған мыналар жатады:
Қытайдың HQ-9 орташа және ұзақ қашықтықты, жартылай белсенді радарлық басқару жүйесі бар зымыраны. АҚШ-тың MIM-104 Patriot әуе шабуылына қарсы және крейсерлік зымырандарға қарсы жүйесі (кейбір шектеулі баллистикалық зымыранға қарсы мүмкіндіктерімен).