ПЕРЕНОСНОЙ ЗЕНИТНО-РАКЕТНЫЙ КОМПЛЕКС /ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2014 года по МПК F41F3/45 

Изобретение относится к переносным пусковым устройствам, но ракета от него может быть применена и в моторизованных комплексах, и как ракета класса «воздух-воздух», в том числе как ракета ПРО, запускаемая с самолетов.

Известны переносные ракетные комплексы (далее ПЗРК), содержащие зенитную ракету в транспортно-пусковом контейнере (далее «контейнер»), см., например, интернет, википедия, ПЗРК «Игла».

Практика последних локальных войн показала, что дальнобойные зенитные комплексы очень уязвимы и быстро уничтожаются противником. А существующие ПЗРК не могут поражать цели на высоте более 3600 м или летящие со скоростью более 400 м/с. Как следствие, авиация противника, летающая на высотах более 4000 м или со скоростями более 1,3 М, беспрепятственно поражала наземные объекты управляемыми и неуправляемыми бомбами и ракетами всех типов.

Назрела необходимость создания ПЗРК, имеющего досягаемость по высоте до 15000 м, по дальности до 20000 м и по скорости до 2,5 М. Это стало возможным благодаря изобретению «Бескорпусного двигателя с самоподачей», пат. №2431052 и еще более совершенного «Ракетного двигателя Староверова - 8 (варианты)», заявка №2012106695, а также ряду изобретенных ракетных топлив, «плоской» ракеты по пат. №2439376, системы наведения по пат. №2400590 и лазерного взрывателя по пат. №2412427, «Боеголовка» (заявка без номера). В некоторых случаях незаменимой является и противовертолетная ракета по пат. №2443968. Применение всех этих изобретений позволит создать ПЗРК нового поколения. Дополнительные качества может придать ракете появление телевизионных (и тепловизионных) систем обнаружения и удержания цели в поле зрения телекамеры (тепловизора). Такие системы могут иметь большую дальность обнаружения и больший угол обзора, нежели существующие.

Данный ПЗРК предназначен не для замены существующих, а для дополнения их. Разумеется, его ракета может использоваться и как ракета для комплексов «Панцирь», «Кортик», «Тунгуска», и как ракета класса «воздух-воздух». Ввиду большего калибра и массы ракета комплекса может иметь как тепловую головку самонаведения (далее ГСН), так и радиолокационную.

ВАРИАНТ 1. Упомянутый выше «Ракетный двигатель Староверова - 8», не имеющий ни корпуса, ни сопла и состоящий на 99% из твердого ракетного топлива, может иметь стабилизаторы, каждый из которых представляет собой несколько приклеенных к шашке двигателя коротких стабилизаторов, соединенных «нос в хвост» с помощью соединения «выступ-паз». Такие стабилизаторы в сумме будут иметь длину, чуть большую длины шашки, и будут равномерно передавать боковые аэродинамические усилия на шашку двигателя. Но у них есть один недостаток - они не складываются.

«Плоская» противосамолетная ракета по упомянутому пат. №2439376 дает ракете большие преимущества в полете - она имеет не четыре, а всего лишь два руля, два рулевых привода и два полноразмерных стабилизатора, то есть их аэродинамическое сопротивление примерно в 1,9 раза меньше и в 1,9 раза меньше их вес. Кроме того, благодаря упомянутому двигателю ракета укорачивается в полете, и ее аэродинамическое сопротивление уменьшается, а маневренность, наоборот, увеличивается. «Плоская» ракета имеет также преимущество при хранении и транспортировке - передние вертикальные рули можно сделать нескладывающимися, так как их всего два вместо обычных четырех, и контейнер от этого не будет слишком громоздким. Но возможны и складывающиеся рули - в пределах габаритов стабилизаторов это сделать достаточно просто.

Вследствие перечисленных факторов в таком ПЗРК транспортно-пусковой контейнер имеет в поперечном сечении в части двигателя сплющенный вид. Сплющенный вид - это значит ромб, овал, эллипс, прямоугольник, шестигранная неосесимметричная фигура и т.п. (см. фиг.1, 2, 3, 4). Такой контейнер хорошо будет ложиться на плечо оператора или на два плеча расчета из двух операторов (желательно предусмотреть мягкие ложементы). Ожидаемый вес ракеты составит около 50-60 кг, вес всего ПЗРК - около 65-80 кг, длина - 2,2-2,5 метра, поэтому пуск ракеты может осуществляться или одним сильным человеком, или с помощью двух человек.

Возможен и вариант пуска с опорой на землю - так легче поднимать и наводить ПЗРК в одиночку. Чтобы при этом создать зазор для выхода газов из контейнера, в его нижней задней части (все направления даны относительно направления вылета ракеты) может быть откидная ножка для опоры на землю.

Следует отметить еще одно положительное качество упомянутого двигателя - ракета с ним не нуждается в разделении на ступени - любая скорость, например 10 М, достижима одной ступенью, достаточно лишь обеспечить нужное соотношение массы головной части и массы шашки двигателя.

Следует особо отметить, что для реализации технологии «прямое попадание» управление должно быть обязательно типа «Флюгерная регрессивная «утка»» по пат. №2410286 - механический или электрический варианты.

ВАРИАНТ 2. Не всегда будет возможность пуска ракеты в идеальных условиях - стоя или с колена, возможно с опорой на землю. Наоборот, весьма вероятно противодействие наземных средств противника пуску ракеты - обстрел из стрелкового оружия, гранатометов или артиллерийско-минометный обстрел. В этом случае надо предусмотреть возможность пуска из-за укрытия, из воронки, оврага или из специально вырытого для этой цели колодцеобразного окопа. Для этого транспортно-пусковой контейнер имеет спереди откидной или выдвижной кронштейн с тепловизором, поворачиваемым в вертикальной плоскости или в двух плоскостях, причем поворот тепловизора с помощью дистанционных датчиков положения синхронизируется с поворотом подвижной головки самонаведения ракеты.

В этом варианте из окопа высовывается только объектив тепловизора, наводится на цель и производится пуск ракеты. Вылетев из контейнера всего на 30-40 сантиметров, головка самонаведения уже увидит цель. Первую секунду ракета должна лететь, не управляясь рулями вследствие их малой эффективности на малой скорости, а отслеживая положение цели поворотом подвижной головки самонаведения. И лишь затем включаются рули, и ракета выбирает упреждающий курс. Можно не предусматривать специального отключения рулей - они просто будут неэффективны до какой-то скорости.

Полезно применение патента №2443968 - ракета сначала набирает высоту под углом примерно 45 градусов, чтобы выйти из плотных слоев атмосферы, и лишь затем на высоте около 5000 м поворачивает на цель (этот режим может быть отключаемым). Однако в течение этого подъема должно производиться наведение на цель по горизонтали для выработки упреждения.

ВАРИАНТ 3. Крепление тепловизора может быть двухвариантным - на кронштейне и на контейнере, а монитор при этом крепится напротив глаза оператора. Но возможен вариант, когда прицельный тепловизор с монитором находятся в отдалении от контейнера и соединены с ним кабелем, по которому происходит управление подвижной головкой самонаведения, или тепловизор находится в головке самонаведения, а монитор - в отдалении. Контейнер при этом может быть просто положен на край неровности почвы, окопа или воронки (можно предусмотреть двуногую опору спереди). В этом случае оператор не рискует подвергнуться обстрелу после пуска ракеты - обстреляно будет то место, где остался пустой контейнер.

ВАРИАНТ 4. Выброс ракеты пороховым зарядом из контейнера, имеющего некруглую форму, затруднен, так как внутреннее давление будет стремиться придать контейнеру более округлую форму. Это может привести или к деформации контейнера и заклиниванию ракеты, или к необходимости значительно упрочнять контейнер, что приведет к повышению его веса.

Для выброса ракеты данный ПЗРК имеет стартовый ракетный двигатель с направленным назад соплом/соплами, расположенный позади ракеты, причем время его работы соответствует появлению среза сопла этого двигателя около переднего среза контейнера. То есть двигатель работает только когда движется внутри контейнера, а поравнявшись с передним срезом контейнера, заканчивает свою работу, чтобы не обжечь оператора. Ракета при этом получает достаточную начальную скорость, чтобы отлететь от оператора на несколько метров для безопасного включения основного двигателя.

Однако есть опасность того, что стартовый двигатель при пуске основного двигателя будет отброшен на оператора. Если испытания покажут такую возможность, то, чтобы этого не случилось, стартовый двигатель может принудительно тормозиться. Например, он может быть привязан к задней части контейнера термостойким тросом, проволокой или цепью (титановой или из углеволокна), уложенной в спираль, которая ограничивает его вылет. Причем проволока, трос или цепь могут даже растягиваться и обрываться при пуске - все равно они погасят его скорость и не позволят стартовому двигателю отлететь далеко от контейнера.

ВАРИАНТ 5. Более интересен вариант, когда комплекс имеет позади ракеты стартовый двигатель с двумя или более соплами, повернутыми наружу от продольной оси на угол 30-60 градусов (оптимально 45). В этом случае струи этого двигателя с косыми векторами тяги даже после выхода из контейнера не обжигают операторов, так как направлены назад-вбок под углом около 45 градусов. Эффективность двигателя при этом составляет всего 71% от его потенциальной эффективности, но так как он работает недолго и весит немного, с этим можно смириться.

Такой вариант имеет перед предыдущим два преимущества, во-первых, двигатель может работать значительно дольше - он может отвести ракету на несколько десятков метров от оператора, а во-вторых, это позволит применить в основном двигателе токсичные компоненты, например боргидрид бериллия. Топливо стартового двигателя должно быть нетоксичным.

Для предотвращения поднятия пыли с земли и предотвращения обжигания ног стоящего оператора стартовому двигателю желательно иметь два сопла, расположенных в горизонтальной плоскости.

ВАРИАНТ 6. Упомянутый стартовый двигатель/двигатели с косыми векторами тяги может быть расположен и в передней части ракеты сбоку от нее, причем сопла одного или двух двигателей должны быть направлены в одной продольной плоскости относительно центра тяжести связки «ракета - стартовый двигатель» (чтобы результирующий вектор тяги проходил через центр тяжести связки). В этом случае даже один двигатель обеспечит прямолинейное движение ракеты.

Такой двигатель/двигатели может крепиться на ракете с помощью наклонного вперед штифта/штифтов, входящего в глухое отверстие, или на передних рулях (их всего два в одной плоскости), если они имеют достаточную прочность. После пуска и выгорания в них топлива стартовые двигатели сами отделяются.

Причем, если расположить два двигателя на рулях или просто направить на рули две струи из двигателя/двигателей, то ракета сможет управляться с первых метров траектории (хотя в этом и нет особой нужды).

Этот вариант хорош еще и тем, что из задней части контейнера не выходит никаких газов - при пуске он может быть погружен в воду или грязь или может быть поставлен на землю без упомянутой в первом варианте ножки. Контейнер при этом получается короче.

У этого варианта с двумя двигателями есть один недостаток - при отказе зажигания одного двигателя ракета неконтролируемо завертится в воздухе, причем вместе с контейнером. Чтобы устранить этот недостаток, оба двигателя должны быть с двумя диаметрально расположенными соплами.

Двигатель в этом варианте должен быть хорошо приклеен к головной части, иначе при рывке за головную часть он может оторваться.

ВАРИАНТ 7. Система опознавания «свой-чужой» имеет широкую диаграмму направленности, да и вообще может быть обманута современной электроникой. Поэтому данный ПЗРК имеет второй оптический прицел большего увеличения для второго оператора.

Работает расчет ПЗРК так: первый (главный) оператор осуществляет грубую наводку через тепловизионный прицел, допустим, 6-кратного увеличения. А второй оператор, глядя через второй оптический прицел, допустим, 200-кратного увеличения, увидит на короткое время цель с большим увеличением и может визуально определить по типу самолета ее принадлежность. На своей ручке (у него может иметься на контейнере отдельная ручка) он нажмет спусковой крючок, что отключит систему опознавания и даст разрешение на пуск.

ВАРИАНТ 8. При использовании радиолокационной ГСН ракета не увидит стелс-цель. Поэтому в данном варианте комплекс состоит из двух ПЗРК с радиолокационными головками самонаведения, причем передатчик первой ракеты и приемник второй работают на одной частоте, а передатчик второй ракеты и приемник первой работают на другой частоте.

Направленный приемник может состоять из четырех или более направленных антенн с сектором приема около ±25-30 градусов.

Смысл этого в том, что стелс-цель не отражает попавшее на нее радиоизлучение в том направлении, откуда оно пришло, но отражает его почти во всех других направлениях. То есть первая ракета подсвечивает цель для второй ракеты, и наоборот.

Работает этот вариант так: в сторону предполагаемого местонахождения цели под углом около 90 градусов выпускаются одновременно две ракеты. В заданной точке, например через 2 км, они поворачивают на 45 градусов так, что летят параллельно. При этом каждая ракета периодически сканирует (удобнее всего по спирали) пространство в секторе около ±45 градусов на одной частоте и постоянно принимает в том же секторе на направленный приемник на другой частоте. Обнаружив отраженный сигнал, обе ракеты поворачивают на цель.

У антенн такой ракеты должны отсутствовать боковые лепестки излучения и/или приема, иначе ракеты просто повернут друг на друга.

Одна ракета обязательно попадет в цель несколько раньше другой. При этом вторая ракета лишается подсветки цели и может промахнуться. Чтобы этого не произошло, блок управления ракеты имеет блокировку при пропадании сигнала подсветки с другой ракеты, узел блокировки, соединенный с блоком настройки частоты приемника, переключает приемник на частоту своего передатчика.

ВАРИАНТ 9. ГСН радиолокационного типа обычно тяжелее ГСН инфракрасного типа. То есть ракета с радиолокационной ГСН будет иметь боеголовку меньшей массы или не будет иметь ее вообще (поражение прямым попаданием). Чтобы увеличить вероятность поражения цели, комплекс в данном варианте содержит два ПЗРК - один с ракетой радиолокационного типа, а второй с ракетой инфракрасного типа, и имеет реле времени, автоматически запускающее инфракрасную ракету через заданное время после запуска радиолокационной ракеты.

Смысл этого в следующем: чтобы поразить цель в облачности, в тумане, в дождь или в снегопад, запускается сначала радиолокационная ракета, а через короткий промежуток времени рядом (но не из одного места, чтобы не обжечь ГСН инфракрасной ракеты) в ту же сторону запускается инфракрасная ракета, которая захватывает сопло радиолокационной ракеты и идет ей в хвост с небольшим отставанием. Отставание должно быть таким, чтобы инфракрасная ракета не потеряла сигнал от сопла радиолокационной ракеты в этих условиях плохой видимости, например 0,1 с или в пересчете на расстояние около 100 метров при скорости 1000 м/с.

Вес и скорость обеих ракет должны быть абсолютно одинаковыми. Если инфракрасная ракета догонит радиолокационную, обе взорвутся. Если она будет отставать, то в условиях плохой видимости она может потерять радиолокационную. Впрочем, так как вторая ракета летит в аэродинамическом следе первой, то, возможно, она должна быть несколько тяжелее и менее обтекаемой, чем первая (нужны испытания).

На фиг.1, 2 показана сверху и сбоку предлагаемая ракета ПЗРК, состоящая из шашки твердого ракетного топлива двигателя 1, головной части 2, не одинаковых сверху и сбоку стабилизаторов 3 (верхний и нижний стабилизаторы в несколько раз меньше боковых). На головной части имеются рули 4 (пунктиром показан складывающийся вариант рулей).

На фиг.3, 4 показан сверху и в сечении контейнер 5 (внутри показана ракета со стабилизаторами). Видно, что нескладывающиеся рули не существенно увеличивают габариты контейнера, зато упрощают, облегчают и повышают надежность конструкции. А можно просто сделать рули такого же размаха, как и стабилизаторы - на большой скорости это несущественно. Контейнер несколько длиннее ракеты, так как в данном варианте предусмотрено заднее расположение стартового двигателя. Если используется стартовый двигатель с косыми соплами, то он должен иметь небольшие стабилизаторы для придания ему горизонтальной ориентации во время хранения и пуска.

На фиг.5, 6 показана в виде снизу и в виде «спереди-повернуто» головная часть ракеты 2 со стартовым двигателем 6, имеющим на двух патрубках 7 два реактивных сопла 8, направленных под углом 45 градусов к продольной оси ракеты и направленных на рули 4 (благодаря этому ракета может управляться на нулевой скорости). Передний стартовый двигатель несколько увеличивает габарит контейнера «вниз», но это не имеет значения, так как в этом же направлении расположена ручка, баллон, система опознавания и планшет (если он есть).

При таком расположении стартового двигателя крышка контейнера должна включать в себя часть расширения, на фиг.3, чтобы обеспечить беспрепятственный отток реактивных струй из сопел 8.

Работает ПЗРК так: стартовый двигатель 6 вытаскивает ракету из контейнера 5 и отводит ее на безопасное расстояние, после чего запускается основной двигатель 1 и ракета начинает полет. По мере сгорания и укорачивания шашки двигателя 1 стабилизаторы 3 (и широкие, и узкие), состоящие из 15-20 более мелких стабилизаторов, постепенно отваливаются. Управляется ракета по высоте рулями 4, а по направлению креном, создаваемым путем «ножниц» рулей 4, и опять же синхронным отклонением этих рулей в положении крена, то есть как самолет (в системе управления желателен гироскоп, следящий за преимущественно горизонтальным положением рулей 4).

Особо следует остановиться на работе ракеты в качестве комплекса ПРО. Особенность бескорпусного бессоплового двигателя в том, что можно изготавливать его любой длины, в зависимости от желаемой конечной скорости. Для использования в системе ПРО ракета оснащается двигателем, в 2-3 раза более длинным, чем для ПЗРК, и фигурным хомутиком для катапультного пускового устройства (вторая точка - на БЧ). Хомутик должен с зазором повторять контуры двигателя вместе со стабилизаторами, то есть полый крестообразный контур (после пуска он сдувается потоком). Все остальное то же самое.

Самолет-истребитель после объявления тревоги должен быстро подняться выше облаков, откуда даже без локаторов хорошо видны приближающиеся боеголовки на атмосферном участке траектории - они ярко светятся во всех диапазонах. Вследствие большой скорости боеголовки стрелять следует с расстояния 40-50 км навстречу или 15-20 км вбок.

Это будет самая дешевая ПРО, ведь стоимость ракеты невелика, а истребитель после уничтожения боеголовки сразу, не садясь на землю, может приступить к выполнению своих прямых обязанностей, то есть его стоимость в стоимость ПРО не входит.

Изобретение относится к оружейной технике, а именно к переносным зенитно-ракетным комплексам. Переносной зенитно-ракетный комплекс (ПЗРК) содержит транспортно-пусковой контейнер (ТПК) (поперечное сечение в части двигателя имеет вид ромба, или овала, или прямоугольника, или шестигранной неосесимметричной фигуры), монитор, зенитную ракету или два ПЗРК с ракетами радиолокационного и инфракрасного типа, блок управления ракетой, оптический прицел оператора. Ракета содержит передатчик и приемник с четырьмя и более антеннами. ТПК содержит стартовый двигатель с двумя или более соплами, привязанный к задней части ТПК титановой проволокой или термостойким тросом, откидной или выдвижной кронштейн с тепловизором, откидную ножку. Изобретение позволяет поражать высокоскоростные цели на больших дальностях и высотах. 9 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Переносной зенитно-ракетный комплекс, содержащий зенитную ракету и транспортно-пусковой контейнер, отличающийся тем, что транспортно-пусковой контейнер имеет в поперечном сечении в части двигателя вид ромба, или овала, или прямоугольника, или шестигранной неосесимметричной фигуры.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в нижней задней части контейнера имеется откидная ножка для опоры на землю.

3. Переносной зенитно-ракетный комплекс, содержащий зенитную ракету и транспортно-пусковой контейнер, отличающийся тем, что транспортно-пусковой контейнер имеет спереди откидной или выдвижной кронштейн с тепловизором, поворачиваемым в вертикальной плоскости или в двух плоскостях, причем поворот тепловизора с помощью дистанционных датчиков положения синхронизируется с поворотом подвижной головки самонаведения ракеты.

4. Переносной зенитно-ракетный комплекс, содержащий зенитную ракету и транспортно-пусковой контейнер, отличающийся тем, что прицельный тепловизор с монитором находятся в отдалении от контейнера и соединены с ним кабелем, по которому происходит управление подвижной головкой самонаведения, или тепловизор находится в головке самонаведения, а монитор - в отдалении.

5. Переносной зенитно-ракетный комплекс, содержащий зенитную ракету и транспортно-пусковой контейнер, отличающийся тем, что стартовый ракетный двигатель с направленным назад соплом/соплами, расположенный позади ракеты, причем время его работы соответствует появлению среза сопла этого двигателя около переднего среза контейнера.

6. Комплекс по п.5, отличающийся тем, что стартовый двигатель привязан к задней части контейнера термостойким тросом или проволокой (титановой), уложенной в спираль, которая ограничивает его вылет.

7. Переносной зенитно-ракетный комплекс, содержащий зенитную ракету и транспортно-пусковой контейнер, отличающийся тем, что имеет позади ракеты стартовый двигатель с двумя или более соплами, повернутыми наружу от продольной оси на угол 30-60 градусов.

8. Переносной зенитно-ракетный комплекс, содержащий зенитную ракету и транспортно-пусковой контейнер, отличающийся тем, что имеет стартовый двигатель/двигатели с векторами тяги, направленными назад-вбок, который расположен в передней части ракеты сбоку от нее, причем сопла одного или двух двигателей должны быть направлены в одной продольной плоскости относительно центра тяжести связки «ракета - стартовый двигатель».

9. Переносной зенитно-ракетный комплекс, содержащий зенитную ракету и транспортно-пусковой контейнер, отличающийся тем, что имеет второй оптический прицел большего увеличения для второго оператора.

10. Переносной зенитно-ракетный комплекс, содержащий зенитную ракету и транспортно-пусковой контейнер, отличающийся тем, что комплекс состоит из двух ПЗРК с радиолокационными головками самонаведения, причем передатчик первой ракеты и приемник второй работают на одной частоте, а передатчик второй ракеты и приемник первой работают на другой частоте.

11. Комплекс по п.10, отличающийся тем, что направленный приемник содержит четыре или более направленные антенны с сектором приема около ±25-30 градусов.

12. Комплекс по п.10, отличающийся тем, что блок управления ракеты имеет блокировку - при пропадании сигнала подсветки с другой ракеты, узел блокировки, соединенный с блоком настройки частоты приемника, переключает приемник на частоту своего передатчика.

13. Переносной зенитно-ракетный комплекс, содержащий зенитную ракету и транспортно-пусковой контейнер, отличающийся тем, что комплекс содержит два ПЗРК - один с ракетой радиолокационного типа, а второй - с ракетой инфракрасного типа, и имеет реле времени, автоматически запускающее инфракрасную ракету через заданное время после запуска радиолокационной ракеты.