Инновации для воздушно-космической обороны
Испытания гиперзвуковых аппаратов и космопланов создают предпосылки для появления в ближайшие годы нового вида вооружения. В частности, Пентагон намерен разработать и продемонстрировать технологии осуществления быстрого неядерного глобального удара («ВПК», №№ 46 и 47, 2011 год), а возможность долговременного размещения беспилотника на высотах от 200 до 750 километров, способного быстро менять орбиты и маневрировать, фактически реализована («ВПК», № 27, 2012 год).
Для эффективного противодействия фактически создаваемым средствам нападения планетарного масштаба необходима новая система отслеживания воздушно-космической обстановки, обеспечивающая оперативный контроль за ней. Требуется многократно расширить зону наблюдения. Это, в частности, обусловлено тем, что результаты изменения орбит космических аппаратов (КА) над Южным полушарием Земли могут повлечь чрезвычайные ситуации в Северном полушарии.
Постановка проблемы
Будущая орбитальная информационная система будет призвана выполнять функции службы мониторинга космического пространства, то есть вести и обновлять каталог орбит действующих и прекративших свое функционирование КА. Но еще более важная задача – фиксация ракетных стартов с поверхности Земли, а также учет маневрирования или преднамеренных сходов космических аппаратов с орбит. Периодичность обновления данных – несколько секунд.
Качество и количество регистрируемой информации должны обеспечивать определение траекторий летящих ракет и корректировку каталога орбит КА, установление координат вхождения различных объектов в плотные слои атмосферы.
Таким образом, в перечень вопросов, которые предстоит решать системе, войдут обнаружение и сопровождение полетов БР всех классов, космических и гиперзвуковых аппаратов, космопланов, стратегических бомбардировщиков, а также крылатых ракет дальнего действия. С ее разработкой нельзя медлить, чтобы не отстать от реализации планов США по постановке на вооружение космических средств нападения.
Однако удастся ли нам создать орбитальную систему заданной информативности и как уложиться в сжатые сроки?
Пути решения
Ответ можно получить после объявления конкурсных исследований по данной тематике. В наукоградах, технопарках и других организациях наверняка найдутся группы специалистов, творческий потенциал и энтузиазм которых будет соответствовать заявленной далеко не тривиальной проблеме. Также необходим мониторинг инициативных предложений. Хороший пример – разработки проблем использования космоса малочисленным коллективом Московского авиационного института под руководством профессора Г. В. Малышева.
В 2010 году НПО имени С. А. Лавочкина готовило к запуску космический аппарат «Электро-Л» для метеонаблюдений. Малышев поставил перед своими сотрудниками вопрос: нельзя ли из точки Лагранжа L1 системы «Земля-Луна», в которой гравитационные силы нашей планеты и ее спутника скомпенсированы и КА находится над Луной практически в одной точке на удалении около 60 000 километров (около 320 000 километров от Земли), получать изображения земной поверхности с таким же разрешением, каким обладали бы снимки аппаратуры КА «Электро-Л» на геостационарной орбите (ГСО) с высотой 35 786 километров. Речь шла об одном километре в видимом и четырех километрах в ИК-диапазонах.
Через несколько месяцев был получен неожиданный по своей значимости результат. Оказалось, что информативность оптико-электронного комплекса на базе телескопа диаметром 3,2 метра в точке L1 вполне не только достаточна для достижения поставленных целей, но и позволяла КА работать в интересах и экономики, и обороны страны. Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) могло осуществляться с высокой эффективностью. Так, тепловые карты ландшафтов получались с разрешением по температуре при отрицательных значениях до 0,03 градуса. Очаги верховых, низовых, лесных и даже торфяных тлеющих пожаров площадью менее 900 квадратных метров выявлялись в течение десяти секунд, а не за пять минут, как ранее.
Что касается военного применения, то объем и качество регистрируемой информации позволяли вскрывать динамику баллистической обстановки. Фиксировалась как активная, так и пассивная космическая обстановка.
Успех предложенной схемы был обусловлен двумя обстоятельствами. Первое – телескопу, находящемуся в точке L1 системы «Земля-Луна», обеспечивается практически та же освещенность наблюдаемого объекта, что и на ГСО. Второе – это сравнительно небольшой размер формируемого в фокальной плоскости изображения Земли – около 15–30 сантиметров в зависимости от относительного отверстия телескопа (отношения диаметра объектива к фокусному расстоянию), размещенного в точке L1. Это позволяет снимать информацию внутренним сканированием, чем достигается большая оперативность обзора.
Вдобавок открылась возможность перейти от сканирующих схем к схемам телевизионного типа и использовать статистические методы обработки данных, применение которых повышает чувствительность трактов и достоверность выходной информации. Что означает выход на уровень менее одной ложной тревоги за 15 лет.
Практическая реализация
Результаты исследования коллектива Малышева докладывались на Королевских чтениях 2011 года – конференции по космонавтике в Московском государственном техническом университете имени Н. Э. Баумана (МГТУ). Они вызвали повышенный интерес, особенно к проблематике контроля баллистической и космической обстановки. Поступали предложения использовать и другие точки Лагранжа для расширения обзора от диска планеты до глобального контроля.
Отзыв на доклад был получен и из Государственного оптического института имени С. И. Вавилова (ГОИ). Справедливо отмечалась необоснованность многих решений по внутреннему контуру и по формированию самой космической системы. Тем не менее замечания носили конструктивный характер и фактически стали основой для доведения представленных материалов до статуса инженерной записки.
В итоге отзыв позволил обосновать реальность создания системы контроля воздушно-космической обстановки, состоящей из четырех КА, размещаемых в точках Лагранжа. Информативность предложенной космической системы наблюдения достаточна для удовлетворения высоких требований по следующим основным параметрам: степени глобальности, непрерывности наблюдения, периодичности и оперативности обновления информации, диапазону регистрируемых объектов за исключением воздушных целей, точности координатной информации, пропускной способности, достоверности информации, технической реализуемости.
Стоимость и срок создания системы являются прерогативой профильных организаций. Объем финансирования проекта в первую очередь определяется затратами на запуск телескопа. Для справки: чтобы к 2018 году отправить американский ИК-телескоп «Джеймс Уэбб» с мозаичным зеркалом диаметром 6,5 метра в точку Лагранжа L2 системы «Солнце-Земля» на расстояние 1,5 миллиона километров, ассигнования уже составили 6,8 миллиарда долларов. Но это бюджет всей программы. Кстати, руководство ГОИ дало понять, что в случае открытия НИР институт готов взять на себя роль головной организации по разработке телескопа.
Первоначальное несоответствие характеристик предложенной системы с размещением КА в точках Лагранжа требованиям к информационной системе ВКО в части сроков и стоимости реализации заставило авторов продолжить инженерный поиск. Во взаимодействии с вузами и отраслевыми предприятиями был спроектирован улучшенный вариант, который удовлетворяет всем требованиям военных, в том числе и по регистрации воздушных объектов. Окончательные материалы с прилагаемыми отзывами и согласием привлекаемых организаций представлены в Федеральное космическое агентство.
Иван Маглинов, кандидат технических наук, полковник в отставке
Опубликовано в выпуске № 39 (456) за 3 октября 2012 года
