Система преодоления противоракетной обороны противника, алгоритм её работы и боеголовка для неё Российский патент 2017 года по МПК G01S13/06 

Изобретение относится к двум областям - к радиолокации и к устройству стратегических боеголовок.

Известен «Радиолокатор Староверова» пат. №2429502, работающий в пассивном режиме и содержащий направленный приемник и процессор для определения приблизительной дальности до цели по косвенным данным.

Задача и технический результат изобретения - построение системы электронных элементов для преодоления противоракетной обороны (далее ПРО) противника, определение алгоритма их работы, определение конструктивных особенностей боеголовки.

Современные средства ПРО противника позволяют уничтожить наши боеголовки на всех этапах их полета, особенно на этапах активного полета и этапе снижения ниже высоты полета 350 км (досягаемость ракеты «Стандарт-3М» системы «Иджис»). В том числе легко уничтожаются спонтанно маневрирующие боеголовки. Для надежного пролета боеголовок до участка входа в атмосферу (после входа в атмосферу все радиолокационные устройства боеголовки сгорают) необходимо или поражение противоракет, или активное уклонение боеголовок от противоракет.

Для этого система преодоления ПРО должна содержать синхронизирующий радиопередатчик, выдающий кодовые импульсные сигналы с заданной частотой (10-1000 импульсов в секунду), несколько действующих и несколько запасных активных радиолокаторов, работающих в импульсном режиме, нужное число настоящих боеголовок и нужное число ложных боеголовок, причем настоящие боеголовки должны содержать радиолокаторы Староверова (пассивную их часть), лазерное оружие и/или ракетные двигатели, направленные так, что векторы их тяги проходят через центр масс боеголовки.

Разумеется, для надежности система имеет запасные синхронизирующие радиопередатчики, расположенные в космосе, на стационарной орбите, в точках либрации луны (это точки, в которых силы притяжения Луны и Земли уравновешиваются так, что спутники в них сохраняют стабильное положение), на луне, на поверхности земли, на авиационных средствах.

Например, синхронизирующий передатчик может находиться на ракете, запущенной с таким расчетом, чтобы она в нужный промежуток времени оказалась выше и позади направления полета боеголовок.

Несколько активных радиолокаторов должны лететь также позади и выше направления полета боеголовок. При уничтожении одного автоматически должен включиться запасной. При уничтожении второго - третий (трех достаточно).

Причем синхронизирующие передатчики (их мощность невелика) и активные радиолокаторы могут быть конструктивно расположены на одной платформе (на одной ракете, на одном спутнике).

Активные радиолокаторы могут обслуживать несколько десятков или даже несколько сотен боеголовок.

Алгоритм работы системы следующий

А. Производится запуск боеголовок с таким расчетом, чтобы они летели сплошным фронтом (глубиной не более 100-150 км), причем боеголовки охлаждены до температуры ниже -50 градусов C, а желательно и еще ниже. Это желательно для того, чтобы нельзя было отличить ложные боеголовки от настоящих по их инфракрасному излучению. Электроника и взрывчатое вещество должны уверенно срабатывать при температуре охлаждения.

Б. Вслед за ними производится запуск активных радиолокаторов (на более высокую орбиту, чтобы быть менее досягаемыми для средств ПРО и для того чтобы сектор их излучения можно было сделать более узким).

В. Предварительно, одновременно или вслед за ними производится запуск синхронизирующих радиопередатчиков, излучающих кодовые импульсные сигналы, по которым излучатели активных радиолокаторов и приемники боеголовок меняют рабочую частоту. Коды не должны повторяться в течение всего периода работы (около получаса), для чего достаточно шести цифр, но частоты при этом могут повторяться. Разумеется, выбран диапазон частот, в котором кинетические боеголовки ракет ПРО наиболее хорошо заметны.

Приемники синхронизирующих сигналов на активных радиолокаторах и на боеголовках должны быть направлены вверх-назад, чтобы меньше быть подвержены влиянию радиопомех, идущих, как правило, с земли.

Этапы Б и В могут быть совмещены на одной платформе. И даже если они распложены раздельно, на платформе активного радиолокатора должен быть свой синхронизирующий радиопередатчик, чтобы быть запасным, если будут уничтожены все штатные синхронизирующие радиопередатчики.

Получается направленный по направлению полета строй: впереди боеголовки, сзади и выше активные радиолокаторы, выше - синхронизирующие радиопередатчики, или же сзади выше - активные радиолокаторы с синхронизирующими радиопередатчиками на одной платформе.

Г. Теперь отдельно рассмотрим алгоритм работы боеголовок, входящих в систему. Получая от радиопередатчика кодовый сигнал, приемник боеголовки настраивается на ту же частоту, на которой в данный момент излучает импульс активный радиолокатор (это сделано для большей помехоустойчивости), причем учитывается задержка времени в радиолокаторе. Работая по принципу радиолокатора Староверова, патент №2429502, приемник боеголовки определяет запаздывание или опережение сигналов, отраженных от нескольких противоракет противника (они приходят в разное время). То есть он определяет дальность до цели плюс длину промежуточного участка (см. упомянутый патент, дальность отрезков СЦ+ЦП). Ее можно пересчитать в километры, но этого в данном случае даже не требуется, пусть эта дальность останется в секундах.

Чтобы не перегружать процессор боеголовки излишними целями, процессор отсеивает цели, для которых упомянутое расстояние в секундах больше определенного значения. Для этого в нужный момент достаточно просто выключить радиоприемник. Допустим, через 1/5000 сек после получения прямого импульса от активного радиолокатора, что соответствует суммарной дальности 60 км.

Затем, чтобы отсеять лишние цели, процессор исключает из рассмотрения цели, чей пеленг (пространственный угол, равный геометрической сумме азимута и вертикального угла) меняется от импульса к импульсу. Это значит, что эти противоракеты летит мимо данной боеголовки. Останется цель, пеленг которой не меняется или мало меняется (с заданной погрешностью). Это значит, что эта цель летит пересекающимся курсом на столкновение. Кстати, разные цели процессор боеголовки различает по разному времени прихода отраженного от них радиосигнала.

Для оставшейся, как правило, одной цели по нескольким импульсам активного радиолокатора апроксимируется и постоянно уточняется условная дальность до противоракеты, и высчитывается и постоянно уточняется время столкновения.

При уменьшении условного расстояния, например, до 1/50000 сек (что соответствует 6 км) боеголовка облучает выделенную единственную цель лазерным оружием. Кстати, для ориентации следует использовать гироскопы, чтобы не выдавать себя инфракрасным излучением двигателей ориентации. А для наведения лазерного оружия следует использовать отдельный привод.

А если противоракета при этом не изменила курс, то за заданное время до столкновения боеголовка включает на короткое время ракетный двигатель, чья тяга придает ракете большее ускорение, чем то, которое может создать кинетическая боеголовка противоракеты (по имеющимся разведданным). Если бы противоракета и боеголовка были математическими точками (то есть, имели исчезающе малый размер), то достаточно было бы за одну миллионную долю секунды до столкновения включить на одну миллионную долю ракетный двигатель, тяга которого в пересчете на ускорение была бы лишь немногим больше, чем у противоракеты, и точки разминулись бы. Но так как и боеголовка, и противоракета - это физические тела с достаточно большим размерами, то следует стремиться к тому, чтобы был некоторый запас по «расстоянию расхождения». То есть тяга двигателя боеголовки должна быть «большой», а время его работы «достаточным». Например, двигатель, дающий ускорение 500 м/сек*сек, должен работать 0,1 сек, чтобы отодвинуть боеголовку на 2,5 метра. Направление сдвига желательно выбрать перпендикулярным плоскости, в которой лежат две траектории - боеголовки и противоракеты, тогда их расхождение будет максимальным).

Затем почти сразу же (через 0,1-0,2 сек) должен включиться второй такой же двигатель, направлены противоположно и возвращающий боеголовку на прежнее направление полета (второй двигатель может быть чуть меньше, так как боеголовка стала легче на массу сгоревшего топлива).

В качестве таких двигателей можно использовать ракетные двигатели, применяемые в управляемых 152-мм снарядах с лазерным наведением «Краснополь».

Возможен редкий случай, когда боеголовка вычислит время столкновения с противоракетой, а оно окажется уже в пределах атмосферы, где приемник боеголовки мгновенно сгорит от динамического нагрева. В этом случае есть шанс избежать столкновения с противоракетой, для этого процессор запоминает последнее вычисленное время столкновения, и в нужное время дает команду на срабатывание ракетного двигателя боеголовки, а затем - второго. То есть, уже «слепая» боеголовка может избежать столкновения «по памяти».

Возможен также маловероятный режим, когда противник уничтожит все активные радиолокаторы. Тогда процессор боеголовки дает команду радиоприемнику боеголовки перейти в режим непрерывного приема (до этого он включался по синхроимпульсу и отключался через 1/5000 сек), чтобы воспользоваться радиолокаторами противника. Если какие-то из радиолокаторов противника будут работать в моноимпульсном режиме, это позволит боеголовке продолжить работу почти без ущерба. Но это маловероятно. Тем не менее, даже без моноимпульсных радиолокаторов направленный приемник боеголовки с помощью процессора сможет отличать отраженные от противоракет сигналы от прямых сигналов радиолокаторов (они отличаются по мощности на несколько порядков), а среди отраженных сигналов - выделить тот, пеленг которого не меняется. То есть ту противоракету, которая летит пересекающимся курсом прямо на боеголовку. И хотя данных по дальности нет, боеголовка может периодически, допустим, каждую секунду, применять по этой противоракете лазерное оружие.

Возможно периодическое измерение дальности с помощью этого же или менее мощного лазера, и тогда возможно рассчитать время столкновения, и уклониться от него с помощью двигателя.

Следует отметить, что применить по противоракете кинетическое оружие, то есть - «свою» ракету, практически невозможно. Так как скорость полета боеголовки примерно 5 км/сек, то для пуска «своей» ракеты в сторону, допустим, на 45 градусов от курса, потребуется ракета, которая за несколько секунд могла бы развить скорость 6 км/сек. Реально «своя» ракета может воздействовать на противоракету противника в секторе +-2-3 градуса от курса, что не имеет практического значения.

Итак, если описывать весь процесс сокращенно, система далее (то есть - боеголовка) работает по следующему алгоритму.

Г. Приемник боеголовки по коду синхронизирующего радиопередатчика настраивается на ту же частоту, на которой в данный момент будет излучать импульс активный радиолокатор, причем учитывается задержка времени в радиолокаторе.

Д. Работая по принципу радиолокатора Староверова, патент №2429502, приемник боеголовки определяет запаздывание или опережение сигнала, отраженного от нескольких противоракет противника, и отсеивает цели, для которых упомянутое запаздывание в секундах больше определенного значения.

Е. Процессор исключает из рассмотрения цели, чей пеленг меняется от импульса к импульсу.

Ж. Обнаружив противоракету, которая находится ближе заданного расстояния и не меняет пеленг, боеголовка облучает выделенную выделенную цель лазерным оружием.

З. Если противоракета при этом не изменила курс, то за заданное время до столкновения боеголовка включает на короткое время ракетный двигатель, а вскоре после этого включает ракетный двигатель в противоположном направлении.

И. Первая долетевшая до линии противоракетной обороны боеголовка взрывается в стратосфере, чтобы нарушить работу радиолокаторов противника. Как известно, опытный взрыв термоядерного устройства США в стратосфере привел к нарушению радиосвязи на тысячи километров вокруг. Этот эффект следует использовать в данном контексте.

Боеголовка, как уже было сказано, должна содержать направленный радиоприемник (пассивную часть радиолокатора Староверова), лазерное оружие и/или ракетный двигатель (двигатели), и соединенный с ними процессор.

На прилагаемых эскизах на фиг. 1 сверху, а на фиг. 2 - сбоку показано построение и работа данной системы. Направление полета на фиг. 1, 2 показано стрелкой.

Сзади летят работающий 1 и запасные 1а синхронизирующие радиопередатчики. Они посылают синхронизирующие кодированные импульсы на активные радиолокаторы 2, и на запасные 2а, а также на настоящие боеголовки 3 (ложные - 3а). По этим импульсам передатчики 2 и приемники 3 настраиваются на одну частоту.

Если появляется противоракета 4 (или много их), то на боеголовку 3 попадает прямой сигнал от активного радиолокатора 2 и отраженный от противоракеты 4. Процессор боеголовки по данным направленного приемника сразу определяет пеленг каждой противоракеты, а по задержке во времени (см. патент №2429502) определяет некое «условное» расстояние до нее в секундах. Вычисления истинного расстояния не требуется. Кстати, как правило, при показанном расположении элементов, настоящее расстояние до противоракеты равно примерно половине условного.

При приближении противоракеты боеголовка обстреливает ее лазером или отклоняется и возвращается на прежнее направление полета.

Изобретение относится к радиолокации, а также к устройству стратегических боеголовок, в частности к системе преодоления ПРО противника. Система преодоления ПРО противника содержит боеголовки, синхронизирующий радиопередатчик, несколько действующих и несколько запасных активных радиолокаторов, нужное число настоящих боеголовок и нужное число ложных боеголовок. Алгоритм работы системы следующий: производится запуск боеголовок и активных радиолокаторов на более высокую орбиту; производится запуск синхронизирующих радиопередатчиков; приемник боеголовки по коду синхронизирующего радиопередатчика настраивается на ту же частоту, на которой в данный момент будет излучать импульс активный радиолокатор; радиолокатор боеголовки, работающий в пассивном режиме и содержащий направленный приемник и процессор для определения дальности по косвенным данным, определяет запаздывание или опережение сигнала, отраженного от нескольких противоракет противника; процессор исключает из рассмотрения цели, чей пеленг меняется от импульса к импульсу. Боеголовка в составе системы содержит боевую часть, направленный радиоприемник, лазерное оружие и/или ракетный двигатели, а также процессор. Достигается преодоление ПРО противника. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система преодоления противоракетной обороны противника, содержащая боеголовки, отличающаяся тем, что содержит синхронизирующий радиопередатчик, выдающий кодовые импульсный сигналы с заданной частотой, несколько действующих и несколько запасных активных радиолокаторов, работающих в импульсном режиме, нужное число настоящих боеголовок и нужное число ложных боеголовок, причем настоящие боеголовки должны содержать радиолокаторы, работающие в пассивном режиме и содержащие направленный приемник и процессор для определения дальности до цели по косвенным данным, а также лазерное оружие и/или ракетные двигатели, направленные так, что векторы их тяги проходят через центр масс боеголовки.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что синхронизирующий радиопередатчик выдает импульсы с частотой 10-1000 импульсов в секунду.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что имеет запасные синхронизирующие радиопередатчики, расположенные в космосе, на стационарной орбите, в точках либрации луны, на луне, на поверхности земли, на авиационных средствах.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что синхронизирующие передатчики и активные радиолокаторы конструктивно расположены на одной ракете или на одном спутнике.

5. Алгоритм работы системы по п. 1, отличающийся тем, что

A) производится запуск боеголовок;

Б) вслед за ними производится запуск активных радиолокаторов на более высокую орбиту, чтобы быть менее досягаемыми для средств ПРО и для того чтобы сектор их излучения можно было сделать более узким;

B) одновременно или вслед за ними производится запуск синхронизирующих радиопередатчиков, излучающих кодовые импульсные сигналы, по которым излучатели активных радиолокаторов и приемники боеголовок меняют рабочую частоту, получается направленный по направлению полета строй: впереди боеголовки, сзади и выше активные радиолокаторы, выше - синхронизирующие радиопередатчики, или сзади выше - активные радиолокаторы с синхронизирующими радиопередатчиками;

Г) приемник боеголовки по коду синхронизирующего радиопередатчика настраивается на ту же частоту, на которой в данный момент будет излучать импульс активный радиолокатор, причем учитывается задержка времени в радиолокаторе;

Д) радиолокатор боеголовки, работающий в пассивном режиме и содержащий направленный приемник и процессор для определения дальности по косвенным данным, определяет запаздывание или опережение сигнала, отраженного от нескольких противоракет противника, и отсеивает цели, для которых упомянутое запаздывание в секундах больше определенного значения;

Е) процессор исключает из рассмотрения цели, чей пеленг меняется от импульса к импульсу;

Ж) обнаружив противоракету, которая находится ближе заданного расстояния и не меняет пеленг, боеголовка облучает выделенную выделенную цель лазерным оружием;

З) если противоракета при этом не изменила курс, то за заданное время до столкновения боеголовка включает на короткое время ракетный двигатель, а вскоре после этого включает ракетный двигатель в противоположном направлении;

И) первая долетевшая до линии противоракетной обороны боеголовка взрывается в стратосфере, чтобы нарушить работу радиолокаторов противника.

6. Алгоритм по п. 5, отличающийся тем, что боеголовки охлаждены до температуры ниже -50°С.

7. Алгоритм по п. 5, отличающийся тем, что через 1/5000 с после получения прямого импульса от активного радиолокатора радиоприемник боеголовки выключается.

8. Алгоритм по п. 5, отличающийся тем, что для ориентации боеголовки использованы гироскопы.

9. Боеголовка в составе системы по п. 1, содержащая боевую часть, отличающаяся тем, что содержит направленный радиоприемник, лазерное оружие и/или ракетный двигатель/двигатели и соединенный с ними процессор.

10. Боеголовка по п. 9, отличающаяся тем, что лазерное оружие или дополнительный лазер выполняют функцию дальномера.