История создания уникального ракетного комплекса
Сегодня, когда с советского ракетостроения постепенно снимаются покровы секретности, появляется уникальная возможность ознакомиться с выдающимися достижениями отечественных конструкторов и инженеров. Созданные ими образцы вооружений не имеют аналогов даже спустя десятилетия.
Одним из примеров подобных разработок является стратегическая сверхзвуковая крылатая ракета (КР) «Метеорит». Этот комплекс – уникальное явление в области ракетного вооружения. И не только по своим ТТХ. Данная разработка в случае принятия на вооружение могла оказать существенное влияние на военно-политическую обстановку в мире и расклад сил в мировой гонке вооружений.
Отечественные решения
Для доказательства данного утверждения необходимо проанализировать ситуацию на мировой арене, которая по большей части определялась отношениями между двумя государствами – СССР и США. К середине 70-х годов ХХ века между этими сверхдержавами был достигнут паритет в области стратегического вооружения, однако создание в США систем космического базирования для обнаружения и уничтожения советских баллистических ракет при одновременном широкомасштабном развертывании дозвуковых стратегических крылатых ракет привело к изменению соотношения ударных потенциалов в сторону США.
Крылатыми ракетами планировалось оснащать подводные лодки и тяжелые бомбардировщики. Ракеты морского базирования получили обозначение BGM-109 «Томагавк», а авиационного – AGM-86 ALCM. По мнению американских военных аналитиков, разработка и принятие на вооружение КР позволяли поддерживать военно-стратегическое и экономическое превосходство США относительно дешевым и эффективным оружием, тем более что главным преимуществом США обладали именно в области военно-морских сил и стратегической авиации. Ситуацию осложняло наличие военных баз вокруг СССР.
Сложившаяся ситуация требовала создания принципиально нового комплекса ракетного оружия с крылатой ракетой, обладающей увеличенной дальностью. 9 декабря 1976 года вышло Постановление СМ СССР о разработке универсальной стратегической сверхзвуковой крылатой ракеты 3М-25 «Метеорит» с дальностью полета около 5000 километров. Ракета должна была стать универсальной и получить возможность старта как с морского – «Метеорит-М», так и с авиационного – «Метеорит-А» носителей.
Разработку поручили ЦКБ машиностроения (ЦКБМ) – одной из ведущих советских ракетно-космических фирм, имеющих опыт создания полного спектра ракетной и космической техники, и ее руководителю Владимиру Челомею.
К будущей ракете были предъявлены следующие тактические требования: она должна обладать большой дальностью полета, обеспечивающей устойчивость носителя ракетного оружия от средств поражения противника, сверхзвуковой скоростью, высокой вероятностью преодоления рубежей ПВО и высокой точностью попадания в цель.
Для размещения ракеты на существующих носителях будущему «Метеориту» необходимо было иметь длину не более 12 метров, описанная окружность вместе со стартовой разгонной ступенью не должна превысить 1650 миллиметров.
Учитывая опыт создания в СССР подобных систем, эти требования выглядели поистине фантастическими. Предыдущие ракетные комплексы с аналогичной дальностью, скоростью и такими же решаемыми боевыми задачами (МКР «Буря», МКР «Навахо» и МКР «Буран») имели длину свыше 20 метров, что было невозможно в новых условиях.
В ходе работы пришлось перебрать множество вариантов аэродинамических схем ракеты в увязке с типом двигателя для маршевого полета.
Система управления
Особенность разработки системы управления заключалась в том, что полет выполнялся на большой высоте, это делало невозможным использование системы коррекции траектории по рельефу местности, аналогичная которой применялась в крылатой ракете «Томагавк». Однако конструкторам удалось найти решение и этой проблемы – впервые в мире была разработана уникальная система коррекции траектории по радиолокационным картам местности.
Разработчикам системы управления (СУ) пришлось столкнуться с рядом трудностей прежде всего потому, что требуемые характеристики по гироскопам и СУ в целом до того момента не имели аналогов. К примеру, гироскопическая платформа должна была стать миниатюрной, а все разработки того времени, имевшие схожие характеристики по точности, отличались внушительными размерами. Новые требования выдвигались и к бортовой цифровой вычислительной машине (БЦВМ). Надо было создать новую, производительность которой в пять-шесть раз должна была превысить имевшиеся на тот момент показатели при значительном уменьшении массогабаритных характеристик.
Нужно особо обратить внимание на тот факт, что вплоть до настоящего времени в мире не имелось работоспособной системы маршрутной навигации по радиолокационным изображениям местности, аналогичной той, что разработана для КР «Метеорит». Создание этой системы поручили Научно-исследовательскому институту точных приборов (главный конструктор Юрий Каско). В результате проведенных работ был создан первый прототип системы «Кадр», использовавший яркостной пеленгатор и осуществлявший коррекцию по радиолокационным снимкам горной местности, для которой характерно коррелирование яркостной изменчивости. Однако согласно требованиям ТЗ создаваемая система должна была проводить измерения по местности всех типов – как рельефной, так и равнинной. Дополнительная сложность заключалась в необходимости правильной работы во всех сезонных и погодных условиях, включая аномальные.
Поэтому для выполнения требования ТЗ необходимо было разработать принципиально новую технологию распознавания. Решение этой фундаментальной задачи успешно нашли на основе разработанной модели случайного изменения яркости на изображениях местности. Созданный на базе данной модели алгоритм распознавания позволил успешно решить проблему яркостной изменчивости, используя специальные инвариантные эталоны. Алгоритм показал эффективную работу при любых условиях фоноцелевой обстановки.
Силовая установка
ТЗ на создание новой КР определяло ее максимальную скорость полета свыше М=3, что в свою очередь потребовало от конструкторов глубокой проработки вопросов, связанных с выбором типа силовой установки.
В результате проведенных исследований разработчики остановились на схеме, при которой двигательная установка включала в себя двигатели стартовой ступени, маршевой ступени, их системы топливоподачи, а также воздухозаборник (ВЗ) и выходное устройство. Силовая установка в целом должна была обеспечить следующие требования: надежный запуск стартового и маршевого двигателей, максимальные тяговые характеристики на всех участках полета ракеты, высокую экономичность на маршевом участке и устойчивое снижение в режиме авторотации.
Стартовая разгонная ступень (СРС) изначально разрабатывалась в двух вариантах – с жидкостным (ЖРД) и твердотопливным (РДТТ) ракетными двигателями. Помимо основной задачи создания необходимой стартовой тяги ступень должна была обеспечить управление ракетой путем качания сопел в карданных шарнирах. Двигатели для СРС разрабатывало Воронежское КБ химавтоматики. Помимо ЖРД для СРС в Уфимском КБ машиностроения шла работа и над пороховым двигателем. Твердотопливный вариант был разработан и прошел успешные испытания, но затем путем сравнения параметров РДТТ и ЖРД 3Д24 выбор был сделан в пользу последнего.
Составляющими маршевой ступени являлись воздухозаборник, выходное устройство и маршевый турбореактивный двигатель (ТРД) КР-23. Топливная система маршевой ступени характеризовалась разделением топливного бака емкостью 2800 литров на пять секций, что позволило сохранять центровку ракеты на всех этапах выработки топлива. Стоит также отметить и двухступенчатую систему наддува топливного бака. Во время полета на больших высотах температура топлива и КР в целом опускалась ниже минус 50 градусов, что вызвало проблемы с запуском ТРД. Для выхода из сложившейся ситуации в систему был введен дополнительный пусковой топливный бачок емкостью пять литров, который имел обогрев и тем самым обеспечивал нормальный запуск.
В двигателе применялась комбинированная автоматическая электронно-гидравлическая система управления, включающая в себя электронный аналоговый регулятор Р-93А и топливный насос-регулятор НР-93А, который имел канал резервирования, позволяющий обеспечивать двигатель топливом в случае отказа основной системы.
Высокая удельная скорость потока на входе в двигатель с учетом требуемой массы и габаритов привела к необходимости применения новых технических решений в конструкции ТРД. В результате удалось создать компактную камеру сгорания с нормальным температурным полем. Когда во время испытаний возникла проблема преодоления трансзвуковых скоростей, удачные конструктивные решения позволили провести форсирование двигателя без изменения его конструкции. Увеличения тяги добились за счет газогенератора и повышения оборотов двигателя, ввиду отсутствия форсажной камеры, а также благодаря повышению температуры газа перед турбиной.
Еще одним уникальным техническим решением стала система запуска ТРД при помощи твердотопливного стартера. Конструкторы, поставленные в жесткие весовые рамки, смогли реализовать технологию сбрасываемого твердотопливного стартера, который за восемь – десять секунд выводил двигатель на 80 процентов мощности.
Многофункциональные средства защиты
Еще одним требованием, которое предъявлялось к КР «Метеорит», была способность успешно преодолевать систему ПВО вероятного противника. Реализовать это получилось путем создания многофункционального комплекса средств защиты. В его состав вошли радиопоглощающие покрытия, электронная установка, средства радиоэлектронной разведки, станция активных помех, буксируемая ложная цель, алгоритмы адаптации к радиоэлектронной обстановке.
Современных специалистов вряд ли можно удивить такими понятиями, как малозаметность и станция активных помех. Однако нужно понимать, что никто в мировой практике ракетостроения до КР «Метеорит» не устанавливал на ракеты средства радиотехнической защиты.
Снижение радиолокационной заметности осложнялось тем, что высота полета ракеты достигала 24 тысяч метров. Для уменьшения эффективной поверхности рассеивания (ЭПР) разработали 15 новых радиопоглощающих материалов для нанесения на поверхность конструкции. Впервые с целью снижения заметности были оптимизированы аэродинамические и электродинамические формы. Перед конструкторами встала задача поиска так называемых блестящих точек – элементов конструкции, обладающих наибольшими отражающими свойствами. Одной из таких точек был воздухозаборник. Именно на КР «Метеорит», опять-таки впервые, на ее внутреннюю поверхность напылялись радиопоглощающие материалы, чтобы в результате многократного переотражения поглотить возможный отраженный сигнал. Проведенные мероприятия позволили снизить ЭПР на два порядка. Но, как известно, подобная эффективность существует только в ограниченном диапазоне длин волн, что требовало дальнейшей работы в этом направлении.
Задача ставилась простая – скрыть КР от средств дальнего обнаружения и целеуказания, чтобы сократить баланс времени сил и средств ПВО. И тогда разработчики обратили внимание на генераторы искусственной ионизации окружающей среды, которые в ходе экспериментов показали способность эффективно маскировать объект. Однако подобные эксперименты проводились на высотах свыше 100 километров, а тем временем КР выполняла полет на высоте 24 километра. Тогда в НИИ тепловых процессов под руководством члена-корреспондента Академии наук Виталия Ивлева были разработаны технические предложения по созданию электронной установки, которая способна ионизировать воздух перед ракетой. Таким образом, было создано сложнейшее устройство, включившее в себя массу изобретений.
После наземной отработки всех систем начались летные испытания. Совместно с главным штабом радиотехнических войск удалось обеспечить включение всех РЛС ПВО по пути следования ракеты. Это позволило в полной мере оценить эффективность принятых технических решений. Включение электронной ионизирующей установки приводило к тому, что метка цели попросту пропадала с экрана радиолокаторов.
Радиотехническая защита включала в себя станцию активных помех и буксируемую ложную цель, которая выбрасывалась на конечном участке траектории при помощи специального троса длиной 100 метров. Приемник контроля облучения проводил прием и анализ во всем возможном диапазоне длин волн работы РЛС вероятного противника. На основе анализа этих сигналов он определял режимы работы РЛС и на базе заложенных алгоритмов управлял как самой станцией помех, так и работой электронной установки.
Вопросы аэродинамики
Для обеспечения требуемой высоты полета свыше 20 тысяч метров КР необходимо иметь крыло площадью больше 20 квадратных метров. В связи с этим специалисты по аэродинамике называли «Метеорит» малогабаритной летающей квартирой.
КР имела воздухозаборник большой площади, поскольку на немалой высоте для работы ТРД требовался крупный объем воздуха. Перед ВЗ была установлена плоская подсечка, которая позволяла повысить характеристики ВЗ и всей силовой установки в целом, а также увеличить аэродинамическое качество.
Стратегическая сверхзвуковая крылатая ракета 3М-25 "Метеорит" (П-750) Фото с сайта http://only-paper.ru/ |
В связи с возникшей потерей устойчивости при отделении СРС было принято решение об изменении изначального режима работы СРС – отделяться ей приходилось на дозвуковой скорости.
Решение одной проблемы неминуемо повлекло за собой другую. Дело в том, что изначально планировалось преодолевать трансзвуковые скорости за счет тяги двигателя СРС, теперь же это нужно было делать за счет маршевого ТРД. В какой-то момент на трансзвуковом участке избыток тяги оказывался нулевым и в результате КР не удавалось выйти на скорость М>1.
Анализ сложившейся ситуации привел к повышению требований по качеству поверхностей. Выступающие элементы конструкции, шероховатость поверхностей, сварные швы – все это было заново пересчитано и проанализировано. Именно в данный момент возникла необходимость форсирования ТРД с целью увеличения его тяги. Эта работа, а также шлифовка поверхностей и доработка элементов конструкции позволили «Метеориту» преодолеть звуковой барьер.
Не меньше вопросов вызывала проблема аэроупругости. Разработанная аэродинамическая схема с многозвенным крылом и рулями, расположенными на задней кромке, оказалась подвержена этому явлению – отклоненные рули создавали сосредоточенную силу в месте их установки и деформировали все крыло в целом. Хоть величина деформации и незначительна, но тем не менее большая площадь крыла заметно снижала эффективность рулей. Ситуация была критической, и если бы не предусматривалось переднего дестабилизатора, берущего на себя значительную часть момента тангажа, решить проблему управляемости было бы невозможно.
Носители КР и проведение испытаний
Как уже говорилось выше, комплекс ракетного оружия с КР «Метеорит» предназначался для размещения на ракетных подводных крейсерах и тяжелых бомбардировщиках.
При выборе носителя для морского варианта ракеты наибольшее внимание было уделено ПЛАРК проекта 949 «Антей», которая являлась носителем ракетного комплекса «Гранит». Однако проработка такого решения показала невозможность размещения КР «Метеорит» на АПЛ этого типа. В связи с этим было принято решение переоборудовать под носитель «Метеорита» атомный подводный крейсер проекта 667А.
Доработка данной ПЛАРБ выполнялась путем замены отсека с БР на отсек с 12 пусковыми установками (ПУ) СМ-290 под КР «Метеорит», которые устанавливались вне прочного корпуса по шесть ПУ с каждого борта. Доработанная лодка получила индекс 667М «Андромеда».
Что касается авиационного варианта КР «Метеорит-А», то наиболее подходящим носителем стал стратегический ракетоносец Ту-95МС, однако ввиду недостаточного размера его грузового отсека было принято решение о размещении КР на внешней подвеске с использованием четырех балочных держателей.
Переоборудованный самолет получил обозначение Ту-95МА. Авиационный носитель прошел множество испытаний с целью определения его ЛТХ с подвешенными КР.
Первый пуск КР «Метеорит» выполнен в 1980 году. Основная задача его заключалась в отработке новых систем, узлов и агрегатов и возможности полета ракеты на сверхзвуковой скорости. После подтверждения заданных требований начался следующий этап испытаний, во время которого отрабатывались бортовые системы КР. Этот этап включал в себя 32 пуска. Разумеется, случались и неудачи, тем не менее летно-конструкторские испытания завершились в 1987 году, когда «Метеорит» был готов предстать для оценки государственной комиссией.
При испытаниях авиационного варианта ракеты («Метеорит-А») самолет Ту-95МА с ракетой на наружной подвеске поднимался с одного из подмосковных аэродромов, уходил в зону пуска СКР, выполнял пуск и возвращался обратно.
К сожалению, количество успешных пусков на всех этапах испытаний примерно соответствовало числу неудачных, так как комплекс все же не был доведен до ума. Сказалось и низкое качество изготовления как самой ракеты, так и отдельных ее агрегатов. Кроме того, стоимость переоборудования под комплекс «Метеорит-М» РПКСН проекта 667 оказалась слишком высокой. В результате по совместному решению промышленности и ВМФ работы по программе в конце 1989-го были прекращены. Корабельную часть комплекса передали на ответственное хранение личному составу ПЛ, а саму лодку в 1990 году сдали флоту в торпедном варианте.
Заключение
Стоит отметить, что хотя «Метеорит» так и не был принят на вооружение, работа по этой теме оказала существенное влияние на все отечественное ракетостроение в целом. В первую очередь благодаря тому, что позволила воспитать новое поколение кадров, способных решать любые, даже самые сложные задачи, а также вывела отечественное ракетостроение на качественно новый уровень. За время создания КР получено больше 100 авторских свидетельств и несколько сотен патентов, опубликовано 300 статей, параметры некоторых систем и в настоящее время не имеют аналогов. Решения и наработки, лежащие в основе «Метеорита», нашли применение при разработке новейших комплексов ракетного оружия и их информационного обеспечения.
Не так давно была издана книга «Яркий след крылатого «Метеорита». Организатором ее выхода в свет стал Герберт Александрович Ефремов. Особенных усилий потребовало рассекречивание многих материалов, опубликованных в книге впервые. На страницах данного издания читатель сможет во всех деталях проследить историю создания, испытаний и отработки этого уникального ракетного комплекса.
Евгений Друзин
Опубликовано в выпуске № 7 (475) за 20 февраля 2013 года