Створення систем управління балістичні ракети підводних човнів

Н. А. Семихат академік. Герой Соціалістичної Праці, лауреат Ленінської та Державної премій, В.В. Чеботарьов кандидат технічних наук

Проектування систем управління балістичні ракети, яка стартує з підводних човнів (БРПЛ), на всіх етапах була пов'язана з рішенням цілого ряду великих науково-технічних проблем, зокрема:

- з забезпеченням постійної готовності до старту балістичної ракети (БР) з будь-якої заздалегідь невідомої точки Світового океану, в будь-який час року і доби з малим часом передстартової підготовки і високою точністю стрілянини;

- з керуванням стартом БР с качающейся основи;

- з стабілізацією руху БР на початковому, в тому числі на підводному і перехідному ділянках руху ракети;

- з передстартової орієнтацією комплексу командних приладів (ККП) системи управління по азимуту і горизонту і в зв'язку з цим - узгодження координатних систем навігаційного комплексу підводного човна (ПЛ) та системи управління (СУ) БР;

- з визначенням початкової швидкості БР на момент запуску з рухомої ПЛ;

- з мінімізацією обсягу розраховуються перед стартом вихідних даних для управління польотом з метою забезпечення можливості оперативного розрахунку перед стартом польотних завдань для всіх ракет залпу;

- з забезпеченням гранично малого і гнучкого часу передстартової підготовки і інтервалів між пусками ракет залпу для оптимізації загального часу стрільби з метою забезпечення безпеки ПЛ.

Слід особливо відзначити складність виконання системою управління вимог за високою точності стрільби, з огляду на наступні фактори:

- точність стрільби БРПЛ повинна забезпечуватися з урахуванням помилок навігаційного комплексу ПЛ в знанні координат, напрямки меридіана і швидкості ПЛ в точці старту;

- стрільба по заздалегідь невідомим трасах має, як правило, підвищення помилки геодезичного забезпечення в точці старту і по траєкторії польоту;

- жорсткі вимоги до масогабаритні характеристики (МГХ) командних приладів створюють труднощі в забезпеченні їх прецизійної точності;

- передстартова орієнтація, періодичні і передстартові таріровкі ККП проводяться в умовах качки ПЛ, що вимагає компенсації відповідних динамічних помилок систем приведення і таріровкі ККП.

Стрільба БРПЛ за заздалегідь невідомим трасах, впровадження двигунів на твердому паливі з нерегульованої тягою, перехід до багатоелементних бойовому навантаженні, несприятливі характеристики БРПЛ як об'єкта управління змусили розробників СУ синтезувати більш досконалі алгоритми управління для мінімізації похибки розрахунку та відпрацювання прогнозованого промаху у польоті ракети. Вимоги щодо точності стрільби для всіх ракетних комплексів БРПЛ задавалися на рівні максимально можливих для відповідного етапу розвитку вітчизняної науки і техніки, в результаті чого при розробках СУБРПЛ за останні 20років точність стрільби потрібно покращувати більш ніж на порядок. Жорсткі обмеження по габаритах і масі апаратури СУБРПЛ, високі вимоги по надійності, відсутність доступу до бортової апаратури за час експлуатації зажадали розвитку нових оригінальних методів та технології виготовлення бортових приладів СУ. Значні труднощі в забезпеченні працездатності і прецизійної точності приладів СУ викликали некомфортні умови при поділі ступенів, зумовлені обмеженнями МГХ БРПЛ і застосуванням для цієї мети піротехнічних засобів. Обмеження по довжині БРПЛ зумовили істотну аеро-і гідродинамічну нестійкість БРПЛ і, як наслідок, викликали значні науково-технічні складності при вирішенні завдань стабілізації їх руху на підводному і повітряному ділянках польоту.

Аналіз напрямків робіт зі створення перших зразків СУБРПЛ показав, що за принципами управління та забезпечення точності стрільби можна виділити наступні етапи розробки СУ.

I етап -- використання чутливих елементів (ЧЭ) інерціальній навігації, жорстко встановлених на борту БРПЛ, найпростіших функціоналів управління польотом, реалізованих електромеханічними пристроями.

II етап -- використання ЧЭ, стабілізованих в інерціальній просторі, рішенням в СУ за їх показаннями завдань інерціальній навігації, використанням складних, що володіють малими методичними похибками функціоналів управління. Рішення всіх цих завдань вимагає розробки і використання в складі СУБРПЛ, вперше у вітчизняному ракетобудуванні, бортових обчислювальних комплексів.

Аналіз результатів проектування, льотних випробувань та експлуатації БРПЛ з СУ IIетапа показав, що через дії специфічних для морських ракет факторів, що впливають на точність стрільби (помилки навігаційних комплексів (ПК) ПЛ у визначенні координат і напряму меридіана в точці старту, помилки передстартової орієнтації ККП СУ в умовах рухається і рухається підстави), подальше розвиток інерційних СУ не дозволить виконати зростаючі вимоги щодо точності стрільби. У зв'язку з цим в 1960-1970гг. Науково-виробничим об'єднанням автоматики (НПОА) спільно з Конструкторським бюро машинобудування (КБМ) і суміжними організаціями були проведені дослідження, спрямовані на розробку концепції забезпечення вимог по точності стрільби для розробляються і перспективних БРПЛ. З наведених досліджень прямував принциповий висновок про те, що під час польоту морської балістичної ракети необхідна корекція траєкторії з використанням природних або штучно створених навігаційних полів.

До основних особливостям обраної концепції ставилися:

Використання в польоті корекції траєкторії за результатами вимірювання координат навігаційних зірок (астрокоррекціі), що дозволяє компенсувати вплив на точність стрільби основних специфічних для БРПЛ факторів.

Корекція траєкторії польоту за результатами навігаційних вимірювань параметрів руху БР щодо штучних супутників Землі, що входять в єдину космічну навігаційну систему.

Впровадження так званих прямих методів визначення в польоті ракети поточного прогнозованого промаху, на основі розрахунку пролонгованої траєкторії до точки падіння, що дозволило знизити методичні помилки управління і зменшити обсяг розрахунків при передстартової підготовки.

Використання термінальних (граничних) способів управління, де в якості кінцевих умов управління БР, поряд з традиційними критеріями (відхилення точок падіння від мети), задаються додаткові умови (повне вигоряння палива, час польоту, кут входу в атмосферу і т.п.).

Впровадження таріровок точностних параметрів ККП СУ при постійному їх залученні або при періодичних включених, що дозволило зменшити вплив на точність стрільби зміни параметрів ККП за час експлуатації БРПЛ і підвищити точність стрілянини у всіх режимах роботи СУ.

Використання статистики оптимальних систем для обробки всієї навігаційної інформації як при передстартової підготовки, так і при польоті.

Прийняття особливих заходів, що забезпечують підвищення точності стрільби в інерціальній режимі (ІР) роботи СУ, як найбільш захищеному від зовнішніх і внутрішніх специфічних збурюючих факторів.

Реалізація цих положень привела, вперше у світовій практиці створення субра, до розробки починаючи з 60-х років високоточних інерційних СУБРПЛ, коректованих на активній ділянці польоту ракети по астроспутніковой інформації. Розроблені в НПОА і впроваджені при проектуванні сучасних СУ високоточні прямі методи визначення параметрів термінальних стали основою способів управління БРПЛ з багатоелементних корисним навантаженням, управління БРПЛ при побудові різного виду нетрадиційних траєкторій польоту і особливо управління польотом за методом "Гнучких" траєкторій.

Використання астро-і радіокоррекціі не знімає необхідності в систематичному проведенні робіт по вдосконаленню точносних характеристик СУ в інерціальній режимі її роботи. У розглянутий період часу ці роботи велися в основному в напрямку зниження тих похибок, які найбільшим чином впливають на точнісні параметри БРПЛ. У цих напрямках всіма розробниками проведені дуже великі і серйозні роботи, що призвели до конкретних позитивним результатами. Удосконалення тактико-технічних характеристик СУ проводилося в нерозривному зв'язку з поліпшенням точностних і експлуатаційних параметрів комплексу командних приладів. Розпочавши в 50-60-х роках з використання так званої "розсипний" структури ККП - гірогорізонтов, гіровертікантов для кутовий і лінійної стабілізації вироби і гіроінтеграторов для управління дальністю польоту, розробники вже в 60-і роки перейшли на гіростабілізатори. Поряд з цим продовжувалося удосконалення гіроскопів з опорами на шарикопідшипниках, впроваджувалися більш прогресивні типи підвісів гіроузлов -- конденсаційні (НІІАП), газостатіческіе (НІІКП), що дають додаткові резерви для підвищення точності роботи гіроскопічних приладів.

Для забезпечення роботи ККП у складі СУ здійснено поетапний перехід від аналогового взаємодії з апаратурою системи управління до цифрового, розроблені високоточні датчики команд, вихідні датчики гіроінтеграторов позиційного типу, що дозволяють вирішити завдання захисту вихідної інформації з ГІ в умовах можливих збоїв електронної апаратури СУ, суттєво поглиблені знання з математичної моделі похибок в заданих умовах експлуатації, що дозволили запровадити періодичні і передстартові таріровкі приладів, і пр. Введення астроінерціального режиму роботи СУ зажадало розміщення на гіростабілізований платформі телеблока астровізіра з азимутальної-висотних підвісом, що створило додаткові труднощі при забезпеченні високих точносних характеристик ККП і при мінімізації їх масогабаритних характеристик. У всіх режимах роботи СУ (інерційних, астроінерціальний, радіоінерціальний) вплив інструментальних помилок ККП на точність стрільби було визначальним.

З таріровкамі ККП в морських ракетних комплексах, які розташовуються на що рухається підводному човні, справу було значно складніше. Загальновідомо, що сигнали, пропорційні систематичної частини похибок ККП, становлять досить малу величину, яку необхідно виділити із загального сумарного сигналу, у багато тисяч разів переважаючого корисну інформацію. З кінематичної схеми руху видно, що сумарні сигнали визначаються двокомпонентною качко ПЛ, її подовжнім рухом, параметрами орбітального переміщення корабля і взаємним розташуванням центру ваги, центру обсягу підводного човна і установкою шахт з ракетами. Для вирішення цієї складної і принципово нової науково-технічної проблеми для ракетних комплексів ВМФ були залучені відповідні інститути Академії наук СРСР, представники передових провідних вищих навчальних закладів країни і сама кваліфікована група вчених та інженерів з розробників СУБРПЛ. Спільними зусиллями фахівців цього великого колективу вперше в вітчизняній практиці були розроблені способи та алгоритми динамічної компенсації "заважають" сигналів, викликаних рухом ПЛ.

Реалізація заходів по підвищенню точності навігаційного забезпечення стрільби БРПЛ, ККП, системи орієнтації ККП та вироблення початкових умов, а також впровадження досконалих алгоритмів керування і таріровкі точностних параметрів ККП дозволили забезпечити підвищення точності стрільби БР в інерціальній режимі в кілька десятків разів і виконати пропоновані генеральним замовником вимоги за рівнем точності відповідних ракетних комплексів ВМФ.

Для досягнення заданих характеристик у Науково-виробничому об'єднанні автоматики (НПОА), як головної організації СУ, спільно з суміжними організаціями були розроблені і впроваджені у відповідні комплекси БРПЛ алгоритмічні, апаратурні і програмні рішення, які забезпечують реалізацію заданих вимог щодо точності стрільби для сучасних і перспективних ракетних комплексів. Ці рішення пройшли повний обсяг наземної відпрацювання. Льотні випробування та експлуатація СУБРПЛ підтвердили очікувану високу ефективність відповідних комплексів.

Характерними особливостями БРПЛ як об'єктів стабілізації була їх висока аеродинамічна нестійкість, підвищені розкид параметрів і наявність несприятливого впливу пружних коливань у робочому діапазоні частот. Це вимагало розробки та впровадження спеціальних вдосконалених методів стабілізації, в тому числі:

- гнучких методів настроювання параметрів АС в польоті у функції параметрів руху (прискорення, швидкості) БРПЛ;

-- автоматичної самонастроювання параметрів АС в польоті у функції внутрішніх параметрів АС (амплітуди і частоти автоколивань поблизу верхньої межі стійкості системи);

- настройки параметрів АС в польоті і формування керуючих сигналів з використанням математичної моделі виробу, що формується у бортової апаратури СУ.

Розробка і впровадження нових ефективних методів стабілізації руху БРПЛ виявилися можливими тільки завдяки впровадженню в бортову апаратуру субра потужних, швидкодіючих цифрових обчислювальних засобів.

Перераховані вище заходи дозволили забезпечити стійкий політ відповідних ракет морського базування у всіх, визначених генеральним замовником, ситуаціях і виконання високих вимог по точності відпрацювання в польоті прогнозованого промаху. Багаторічна серійне виробництво апаратури СУ, розробленої Науково-дослідним інститутом автоматики (НІІА), показало, що вона є найбільш технологічною і малогабаритної серед інших розробок СУ.

Другий основоположною ідеєю, визначальним чином впливає на закладаються принципи конструктивно-технологічного використання апаратури, було всебічне і системне зниження масогабаритних характеристик приладів і СУ в цілому. Виконання цих вимог призвело розробників до використання тонкоплівкової технології та уніфікованих товстоплівкових мікрозборок, розрахованих на застосування безкорпусних інтегральних схем та інших субмініатюрних компонентів елементної бази. Цей напрямок, хоча і вимагало опанування мікроелектронного виробництва в гермозони, дало можливість, незважаючи на постійне ускладнення СУ, систематично знижувати масогабаритні характеристики бортової і корабельної апаратури.

На всіх етапах створення СУ перевірялася працездатність бортовий і корабельної апаратури СУ в умовах, максимально наближених до реальних з механічних, кліматичних та інших видів впливу, проводилися випробування СУ у всіх режимах її роботи на спеціально створюваних комплексних і комплексно моделюючих стендах.

У результаті в НПОА склалася єдина система експериментальної відпрацювання субра з всебічної перевіркою її роботи в наземних умовах. Висока ефективність використання такої системи відпрацювання, що включає останній етап комплексного моделювання зі штатною апаратурою СУ, підтверджена натурними випробуваннями СУ БРПЛ і позитивними результатами їх експлуатації.

Створення систем управління БРПЛ вироблялося головною організацією - НПОА, що забезпечує розробку систем управління, виготовлення та постачання дослідних і серійних комплексів апаратури СУ для БР і підводних човнів під керівництвом М. М. Комлева, І. Т. Скрипниченко, І. І. Величко, Ю. Т. Миронюк, В. В. Чеботарьова, Н. А. Семіхатова в тісній співпраці з рядом наукових і виробничих підприємств і талановитих вчених організаторів від АНСССР, ВМФ і міністерств ВПК: В. П. Арефьева, Ю. А. Буйнякова, А. М. Ісаєва, Н. Е. Іванова, С. Н. Ковальова, Л. М. Косого, В. С. Кузьміна, В. П. Макєєва, І. Д. Спаського, а також брали активну участь представників ВМФ - Н. І. Боравенкова, Ф. І. Новосьолова, В. В. Синіцина, В. А. Сичова, З. Б. Хабліева.

Рішення найбільш складних наукових і технічних проблем, що виникають при проектуванні, розробки та відпрацювання сучасних СУБРПЛ, було б неможливим без активного участі в цих розробках вчених країни, дійсних членів і членів-кореспондентівАкадемії наук - В. С. Авдуевского, А. Ю. Ішлінського, Н. М. Красовського, Ю. С. Осипова, А. Ф. Сидорова, Б. Е. Чертока, і багатьох інших.

Роботи в НПОА проводилися під керівництвом і при виробничому участю Л. М. Бєльського, В. І. Велика, В. И. Виноградова, С. Ф. Дерюгіна, Н. С. Домрачева, Е. В. Замятіна, Д. С. Євстигнєєва, Г. Г. Конєва, В. В. Козлова, В. М. кутового, І. П. Малкіна, В. П. Мурзіна, В. П. Смирнова, В. В. Суворова, А. С. Фількина, Ю. І. Шилко, Г. М. Щепкіна.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.navy.ru/