Система самообороны пусковых шахт от баллистических ракет
Владельцы патента RU 2326327:
Научно-исследовательский институт специального машиностроения Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (RU)
Изобретение относится к системам вооружения. Технический результат - повышение эффективности системы. Система самообороны пусковой шахты содержит радиолокационную станцию обнаружения подлетающих головных частей баллистических ракет, пункт управления, пусковые установки с радиолокаторами наведения, содержащие антиснаряды. Антиснаряд выполнен в виде низкого цилиндра, ось которого совпадает с траекторией движения антиснаряда. В передней части антиснаряда расположена осколочная боевая часть направленного осевого действия, в задней части - блок двигателей и системы управления. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к системам вооружения, а более конкретно - к системам активной самообороны пусковых шахт, подземных командных пунктов и других стратегических объектов. Как правило, их действие основано на поражении подлетающей головной части баллистической ракеты встречным направленным потоком готовых поражающих элементов (ГПЭ), метаемых взрывом заряда ВВ.
В [1] описана стационарная наземная установка, включающая в себя метательный блок, состоящий из корпуса, заряда ВВ и уложенного на его торцевой поверхности слоя ГПЭ, а также систему нацеливания. Основным недостатком установки является одноразовый характер ее действия. При взрыве метательного заряда установка со сложной и дорогостоящей системой нацеливания полностью уничтожается. Кроме того, наземный взрыв заряда может вызвать значительные разрушения в зоне защищаемого объекта.
В патенте [2] приводится описание системы активной самообороны многоразового действия. Система включает в себя: многоствольную установку; аппаратуру слежения за целью и нацеливания; привод установки. В стволах располагаются пороховые метательные заряды и антиснаряды. Антиснаряд содержит реактивный твердотопливный двигатель, раскрывающийся стабилизатор и осколочную боевую часть направленного действия с взрывателем неконтактного или временного типа. Приведены три варианта исполнения боевой части - осевого действия: с многослойным блоком ГПЭ и радиально-направленного действия с однослойной укладкой ГПЭ и с менисковой пластиной. При перехвате головных частей баллистических ракет наиболее перспективными являются антиснаряды с осевыми потоками, обеспечивающие наибольшую плотность осколочного поля.
Основным недостатком предложенного в [2] антиснаряда с осевым потоком является большая относительная высота заряда ВВ, что приводит к низкому коэффициенту использования энергии заряда. Другими недостатками являются выполнение блока ГПЭ в виде многослойной укладки, что приводит, с одной стороны, к снижению скорости метания, с другой - к увеличению угла разлета ГПЭ (расширению осевого потока, т.е. к разуплотнению его), неудачная форма ГПЭ в виде сфер, приводящая к потерям энергии при взрыве на их деформацию, отсутствие возможности наведения и нацеливания антиснаряда на траектории. Существенными недостатками системы являются также применение ствольной (закрытой) схемы метания, создающей значительные усилия отдачи, и отсутствие стартового ускорителя.
Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков. Техническое решение состоит в том, что заряд ВВ выполнен в виде тела (цилиндра, параллелепипеда и др.) с отношением высоты, измеряемой по направлению метания, к поперечному размеру в пределах 0,3...0,5, укладка ГПЭ выполнена по преимуществу однослойной с формой ГПЭ, допускающей их плотную укладку, система и антиснаряд снабжены устройствами стабилизации полета, наведения и нацеливания, для метания антиснарядов используется открытая схема, антиснаряд снабжен стартовым ускорителем.
На фиг.1 представлено действие системы самообороны, на фиг.2, 3, 4 - различные исполнения направляющих устройств пусковых установок, на фиг.5, 6 - антиснаряды цилиндрической формы, на фиг.7 - антиснаряд в форме параллелепипеда.
Система защиты включает в себя радиолокационную станцию 1 обнаружения и слежения за движущейся к защищаемой шахте головной частью баллистической ракеты 2, пункт управления 3, пусковые установки 4, снабженные радиолокаторами 5 и блоками наведения, нацеливания и подрыва 6, расположенные вокруг защищаемой шахты 7. В направляющих устройствах пусковых установок размещены антиснаряды 8. Радиолокационная станция и пункт управления соединены с пусковыми установками проводными линиями (на фиг.1 не показаны) или радиосвязью.
Варианты исполнения направляющих устройств пусковых установок показаны на фиг.2, 3, 4. На фиг.2 показано направляющее устройство в виде открытой пусковой трубы 10 для запуска антиснарядов цилиндрической формы, на фиг.3 представлено направляющее устройство в виде осевого стержня 11, на фиг.4 - направляющее устройство в виде параллельных балок 12.
Антиснаряд цилиндрической формы, предназначенный для запуска из пусковой трубы, представлен на фиг.5. Он включает в себя головной обтекатель 13, осколочную боевую часть направленного осевого действия 14 и блок двигателей и системы управления 15. Головной обтекатель в некоторых случаях, например при расположении в трубе нескольких антиснарядов, может отсутствовать. Неблагоприятная аэродинамическая форма антиснаряда при отсутствии обтекателя (плоский диск, летящий торцом вперед) не оказывает заметного отрицательного влияния на полет антиснаряда, т.к. его скорость относительно невелика (100-200 м/с). Корпус 16 выполнен из легкого сплава или композитных материалов. В задней части блока двигателей расположена радиоантенна 17, соединенный с ней блок управления 18, предохранительно-исполнительный механизм (ПИМ) 19, твердотопливный реактивный двигатель 20, механизмы регулирования тяги сопел 21, сопла 22, стартовый ускоритель 23. На боковой цилиндрической поверхности корпуса расположены двигатели коррекции траектории 24, каждый из которых содержит ствол 25, баллистический груз 26 и пороховой заряд 27. Оси стволов проходят через центр масс антиснаряда.
Боевая часть, расположенная в передней части антиснаряда, содержит заряд ВВ 28 с размещенным в нем детонатором 29 и взрывонепроводящей линзой 30. Взрывонепроводящая линза трансформирует детонационный фронт в заряде ВВ, обеспечивая малый угол разлета снопа ГПЭ. Могут быть применены и другие методы уменьшения угла разлета [3]. На переднем торце заряда ВВ расположен слой ГПЭ 31. Предпочтительной является однослойная укладка ГПЭ, выполненных в форме, обеспечивающей их плотную укладку (куб, шестигранная призма). В отдельных случаях может быть допущена двухслойная укладка. ГПЭ изготовлены из стали или тяжелых сплавов, например на основе вольфрама. Высота заряда ВВ по отношению к диаметру заряда находится в пределах 0,3...0,5.
На фиг.6 показан антиснаряд цилиндрической формы, имеющий осевой канал 32 для установки на направляющий стержень 11. В данном случае снаряд снабжен системой управляемого многоточечного инициирования 33, позволяющей осуществлять мгновенное нацеливание осколочного потока непосредственно перед подрывом. Стартовый ускоритель имеет боковой вывод 34.
Антиснаряд, изображенный на фиг.7, выполнен в форме параллелепипеда. Применение такой и ей подобных конфигураций целесообразно в тех случаях, когда сечение зоны расположения семейства траекторий атакующей головной части не является кругом, а представляет некоторую вытянутую фигуру, например эллипс.
Предлагаемая система предназначена для перехвата головных частей в ближней зоне обороны шахты.
Радиолокационная станция командного пункта обнаруживает подлетающую головную часть, определяет ее траекторные параметры, устанавливает порядок работы пусковых установок и производит их нацеливание.
При подаче команды на запуск антиснаряда срабатывает стартовый ускоритель, а затем включается маршевый двигатель, под воздействием которого антиснаряд движется в расчетную точку подрыва. Стабилизация антиснаряда на полете осуществляется с помощью радиолокационного управления и системы сопел маршевого двигателя. Узкий луч радиолокатора пусковой установки, направленный на заднюю торцевую поверхность антиснаряда, отражается от нее и воспринимается приемником радиолокатора. При случайном отклонении оси антиснаряда от касательной к траектории отраженный луч изменяет свое положение в пространстве, что фиксируется приемником радиолокатора, в результате чего формируется команда на механизм управления расходом газа через сопла и, как следствие, восстановление правильной ориентации антиснаряда на полете.
Корректировка траектории снаряда в поперечных направлениях производится с помощью импульсных двигателей коррекции. Точное нацеливание непосредственно перед подрывом производится путем доворота антиснаряда с помощью механизма ориентации. При невозможности механического доворота нацеливание может быть выполнено с помощью коммутации системы многоточечного инициирования.
При подходе антиснаряда в расчетную точку по радиокоманде производится подрыв заряда ВВ с формированием узкого потока ГПЭ, направленного на подлетающую головную часть. В зависимости от взаимной ориентации антиснаряда и цели в нее попадет от нескольких единиц до нескольких десятков ГПЭ. По различным оценкам стальной эквивалент головной части (теплозащитное покрытие - корпус ГЧ - корпус боевого заряда), приведенный к нормали, колеблется в пределах от 50 до 75 мм. Для ГПЭ кубической формы с длиной ребра 30 мм, выполненного из стали с плотностью 7.85 г/см3, масса m составляет 212 г. Параметр формы Ф для куба равен 1.5, среднее значение скорости встречи принято 3000 м/с. Пробиваемая толщина стальной преграды hпр определяется формулой
("Физика взрыва", изд. 3-е, под ред. Л.П.Орленко, ФИЗМАТЛИТ, т.2, стр.188, ф-ла 16.83)
и для данных условий составляет hпр=77 мм, что обеспечивает уверенное проникание ГПЭ внутрь боевого заряда с возможным инициированием заряда ВВ и уничтожением головной части непосредственно перед подрывом.
При отсутствии подрыва головная часть выводится из строя за счет множественных пробоин, срыва значительной части теплозащитного покрытия, разрушения электронной системы высотного подрыва ГЧ и других факторов. Эти воздействия становятся особенно существенными для проникающих ГЧ баллистических ракет. В этом случае ослабленная конструкция корпуса ГЧ будет разрушена в момент входа в грунт.
Проникающее действие ГПЭ может быть значительно усилено при изготовлении их из тяжелых сплавов, например на основе вольфрама.
Оптимизация характеристик антиснарядов с помощью компьютерного моделирования процессов перехвата головных частей БР показала, что масса антиснаряда должна находиться в пределах 300...800 кг, диаметр антиснаряда - в пределах 0.8-1.1м, масса ГПЭ - в пределах 100-250 г, высота подрыва - в пределах 300-1000 м. При этих характеристиках подрыв снаряда над стартовой позицией не приведет к значительным повреждениям ее оборудования ни воздушной ударной волной (компрессионным действием), ни осколочным действием. Осколочное действие подрыва будет значительно ослаблено за счет изготовления корпуса из легких сплавов или композитов.
Предусмотрен вариант с размещением в одной пусковой установке нескольких антиснарядов. В этом случае предпочтительным является использование направляющих устройств по схемам фиг.3, 4. Для исключения воздействия стартовых ускорителей на расположенный сзади антиснаряд предусмотрен вывод сопел ускорителя на боковую поверхность (фиг.6).
В заключение приводятся расчетные данные варианта антиснаряда, выполненного по схеме фиг.5.
| Диаметр антиснаряда | 1000 мм |
| Длина | 50 мм |
| Длина заряда ВВ | 200 мм |
| Масса антиснаряда | 600 кг |
| в том числе | |
| суммарная масса ГПЭ | 185 кг |
| масса заряда ВВ | 267 кг |
| масса корпуса с двигателями | 148 кг |
| Тяга стартового двигателя | 60 кН |
| Перегрузка при старте | 10 |
| Скорость полета антиснаряда | 100 м/с |
| Укладка ГПЭ | однослойная |
| Масса одного ГПЭ (стальной куб 30×30×30 мм) | 212 г |
| Количество ГПЭ | 872 |
| Скорость метания ГПЭ | 1200 м/с |
| Угол полураствора потока ГПЭ в динамике | 3° |
| Радиус круга накрытия на расстоянии 100 м | 5 м |
| Плотность поля ГПЭ | 11 1/м2 |
ЛИТЕРАТУРА
1. D.R.Kennedy An historical survey of aimable air defense warhead technology. Int. Workshop on air defense lethality 1998, Freiburg, Germany.
2. Патент США №5661254, М. кл. F41F 3/04, рег. 26.08.97.
3. Одинцов В.А. Конструкции осколочных боеприпасов, ч.I. Изд-во МГТУ им.Баумана, 2002, стр.27.
1. Система самообороны пусковой шахты, содержащая радиолокационную станцию обнаружения и измерения траекторных параметров головной части баллистической ракеты, одну или несколько пусковых установок с направляющими устройствами и антиснарядами, содержащими реактивный твердотопливный двигатель и осколочную боевую часть направленного действия с зарядом ВВ и блоком готовых поражающих элементов (ГПЭ), отличающаяся тем, что каждая пусковая установка снабжена радиолокатором наведения антиснаряда, заряд ВВ выполнен в виде цилиндра или параллелепипеда с отношением высоты, измеряемой по направлению метания, к поперечному размеру в пределах 0,3...0,5, антиснаряд снабжен системой стабилизации полета, управляемой по радиосигналу, при этом реактивный двигатель снабжен системой сопел, расположенных по периферии заднего торца антиснаряда, и механизмом регулирования тяги каждого сопла, антиснаряд снабжен двигателями коррекции траектории, расположенными на боковой поверхности антиснаряда, и стартовым ускорителем.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что корпус антиснаряда выполнен из материала, не дающего при взрыве убойных осколков, например, алюминиевого сплава или композитных материалов.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что ГПЭ выполнены в форме, обеспечивающей их плотную укладку в блоке, например, в форме кубов, шестигранных призм.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что ГПЭ выполнены из тяжелого сплава, например, на основе вольфрама.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что заряд ВВ содержит взрывонепроводящую линзу.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что на задней стороне заряда ВВ расположена система многоточечного инициирования.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что укладка ГПЭ на торце заряда ВВ выполнена однослойной.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что отношение толщины слоя ГПЭ к диаметру заряда ВВ находится в диапазоне 0,02-0,04.
9. Система по п.1, отличающаяся тем, что направляющее устройство пусковой установки выполнено в виде открытой с двух сторон трубы.
10. Система по п.1, отличающаяся тем, что антиснаряд выполнен с осевым цилиндрическим каналом, а направляющее устройство выполнено в виде стержня, размещенного в этом канале.
11. Система по п.1, отличающаяся тем, что антиснаряд выполнен с пазами на боковой поверхности, а направляющее устройство выполнено в виде балок, входящих в эти пазы.
12. Система по п.1, отличающаяся тем, что антиснаряд снабжен стартовым ускорителем, сопла которого выведены на боковую поверхность.
13. Система по п.1, отличающаяся тем, что в пусковой установке размещено несколько антиснарядов, последовательно установленных по оси установки.
