Читать книгу "Битва за космос. СВО и «космическое» оружие будущего"

В ноябре 1958 г. в США приступили к разработке космических аппаратов раннего обнаружения МБР, получивших название «Мидас». Замечу, что к фригийскому царю Мидасу, которого Аполлон наградил ослиными ушами, это название не имело никакого отношения. МИДАС – это первые буквы слов Missile Defense Alarm System.

КА «Мидас» должен был фиксировать факт старта МБР по тепловому излучению её двигателя на активном участке траектории. Первоначально «Мидас» разрабатывался корпорацией ARPA, но в 1960 г. руководство проектом было передано ВВС. В том же 1960 г. на «Мидас» было истрачено 47 млн долларов.

Космические аппараты типа «Мидас» проектировались и изготавливались фирмой «Локхид». Согласно проекту, спутники «Мидас» предполагалось выводить на полярные орбиты с высотой 300–2400 км и периодом обращения около 60 минут. Запуск спутников должен был осуществляться с помощью ракетной системы «Атлас – Аджена В».

По своей конструкции КА «Мидас» представлял собой одно целое со второй ступенью ракетной системы. Общий вес ступени и аппаратуры «Мидас» без горючего – около 2 т, вес аппаратуры – 1,4 т.

Главной составной частью разведывательной аппаратуры являлся прибор обнаружения, основанный на принципе теплопеленгатора, но обладавший чрезвычайно высокой чувствительностью. Прибор работал в диапазоне дальней области инфракрасных лучей (10–100 мкм), в качестве чувствительного элемента использовался высокочувствительный сверхохлажденный детектор. Вес инфракрасного сканирующего устройства – около 23 кг, диаметр оптического собирательного зеркала – 30 см.

Фирма «Локхид» утверждала, что дальность обнаружения факела двигателя МБР составит 5000 км. Обзор пространства одним таким спутником, по мнению американских специалистов, позволял с высоты 400 км контролировать 100 млн кв. км, то есть до 19% земной поверхности, а с высоты 1600 км – до 30% территории земного шара. Поэтому 12–15 спутников этой системы планировалось «подвешивать» на орбиты высотой от 300 до 2400 км.

26 февраля 1960 г. с мыса Канаверал с помощью ракеты-носителя «Атлас – Аджена-А» был произведен первый пуск КА «Мидас». Однако из-за неисправностей системы отделения второй ступени спутник не был выведен на расчётную экваториальную орбиту высотой 250 км. Программой же испытаний предполагалось, что спутник просуществует две недели, и в течение этого времени планировался запуск двух ракет в сторону Луны, работу двигателей которых и должна была обнаружить инфракрасная сканирующая система «Мидаса».

Однако, хотя через 105 минут после запуска «Мидас–1» к моменту прохождения им первого витка вокруг Земли была запущена опытовая ракета «Поларис», спутник не вышел на расчётную орбиту, а ракета «Поларис» потеряла управление и была взорвана по команде с Земли.

24 мая 1960 г. с мыса Канаверал с помощью ракеты-носителя «Атлас – Аджена-А» был запущен КА «Мидас–2». Параметры его орбиты составили: перигей – 481 км, апогей – 516 км, угол наклонения орбиты – 33°, а период обращения – 94,5 минуты.

Дальнейшие запуски проводились с помощью ракеты-носителя «Атлас – Аджена-В» и с авиабазы Ванденберг.

12 июля был выведен на орбиту, близкую к круговой, высотой 3000 км космический аппарат «Мидас–3». Угол наклонения орбиты составлял 95,9°, а период обращения – 2 ч. 46 м.

Всего было запущено двенадцать спутников типа «Мидас». Запуск последнего состоялся 5 октября 1966 г. с помощью ракеты-носителя «Атлас – Аджена-Д». Спустя некоторое время американские СМИ были вынуждены признать, что чувствительная бортовая инфракрасная аппаратура спутников «Мидас» оказалась не способной отличить тепловые излучения факелов пламени стартующих МБР от естественной тепловой радиации, например, от излучения Солнца, отраженного от облаков и земной поверхности. В частности, приводился пример запуска МБР «Титан» в октябре 1964 г., который не был обнаружен спутником «Мидас–4». Кроме того, теоретические расчёты надежности такой системы показали, что при тогдашнем уровне развития радиоэлектроники её безотказная работа может быть обеспечена лишь в течение 10 часов, а не круглосуточно, как планировалось изначально.

В середине 1960-х гг. в США взамен системы «Мидас» в рамках программы DSP (Defense Support Program) приступили к проектированию новой космической системы «Имеюс» (IMEWS). По некоторым данным, эти спутники имели обозначение KH–12.

В отличие от «Мидаса», «Имеюс» должны были выводиться на геостационарные орбиты. Главным преимуществом геостационарных спутников была возможность непрерывного наблюдения за районами дислокации МБР. Кроме того, было упрощено слежение за космическими аппаратами, прием и передача информации, а также легко поддерживалась стабильность уровня сигнала от КА из-за неизменности расстояния. К тому же почти не мешал эффект Доплера. С военной точки зрения, геостационарная орбита предпочтительнее ещё и тем, что в начале 1970-х гг. отсутствовали средства, способные помешать стационарным КА выполнять свои задачи.

Спутники типа «Имеюс» вошли в состав космической системы раннего обнаружения МБР SEWS. Эта система представляла собой первый рубеж системы предупреждения о ракетном нападении и предназначалась для обнаружения пусков МБР с территории Евразийского континента и МБР морского базирования из акваторий Тихого и Атлантического океанов.

В состав системы SEWS на первом этапе входили три основных и два резервных ИСЗ на стационарных орбитах. При создании системы SEWS использовалась технология конца 1960-х гг.

Спутники типа «Имеюс» выводились на орбиту с помощью ракеты-носителя «Титан-IIIС» с космодрома на мысе Канаверал. Первый старт «Имеюс–1» (DSPF–1) состоялся 11 июня 1970 г. Вес спутника составил 820 кг. Однако он был выведен не на стационарную, а на низкую орбиту. Было ли это запланировано заранее (для опробования аппаратуры КА) или имел место отказ последней ступени ракеты-носителя – неизвестно.

При следующем пуске «Имеюс–2» 5 мая 1971 г. спутник, по одним данным, вышел на геостационарную орбиту, а по другим – остался на низкой орбите с перигеем 148 км и апогеем 332 км.

И лишь «Имеюс–3» 1 марта 1972 г. гарантированно был выведен на геостационарную орбиту с параметрами 33 576–35 856 м. Орбита находилась в экваториальной плоскости, её наклон составлял всего 0,87°.

В процессе эксплуатации как орбитальная и наземная группировки, так и ИСЗ DSP претерпели ряд усовершенствований.

Последние образцы спутников DSP (спутники третьего поколения), получившие обозначение «модель–14», оснащались фотоприемным устройством (ФПУ), включавшим 6000 инфракрасных датчиков, в то время как ФПУ первых ИСЗ состояло из 2000 датчиков. ИСЗ DSP образца «модель 14» имели две рабочие длины волны (2,7 и 4,3 мкм), у первых была только одна (2,7 мкм). Вес последних спутников DSP – 2,36 т, первых – 1,15 т; потребляемая мощность – 1,27 кВт и 0,42 кВт соответственно.

Структура орбитальной группировки, зоны контроля системы SEWS на третьем этапе её создания и основные сведения об ИСЗ системы SEWS представлены ниже.

Размещение и контролируемые области ИСЗ «Имеюс–2» (1996 г.)

Основные сведения об ИСЗ системы SEWS

Основным элементом бортовой аппаратуры ИСЗ являлся инфракрасный телескоп, имевший максимальную чувствительность на длине волны 2,7 и 4,3 мкм и разрешающую способность 2,7–3 км.

Кроме инфракрасного телескопа на борту спутника была установлена аппаратура обнаружения ядерных взрывов с использованием датчиков нейтронного и гамма-излучения.

С борта ИСЗ информация в цифровом виде в реальном масштабе времени передавалась на наземную станцию, где она обрабатывалась и анализировалась. Обработанная информация передавалась в Главные центры оперативного управления, а оттуда – на командный пункт НОРАД (Аэрокосмическая оборона Североамериканского континента).

На командном пункте системы НОРАД по данным космических и радиолокационных средств системы предупреждения о ракетном нападении принималось решение о нанесении ракетного удара и меры по защите территории США от ракетного удара.

Спутники № 5–9 были рассчитаны на срок эксплуатации два года, впоследствии их характеристики были улучшены с целью обеспечения возможности выполнения более сложных орбитальных маневров, а также были предприняты меры по повышению радиационной защиты. Расчётный срок эксплуатации ИСЗ DSP, начиная с № 14, составлял пять лет. Основным отличием этих ИСЗ являлось оснащение их устройством лазерной межспутниковой системы связи.

Велись работы по созданию мобильных наземных станций приема информации с целью снижения уязвимости двух имеющихся стационарных станций – в Алис-Спрингсе (Австралия) и Бакли (штат Колорадо). В 1992 г. осуществлялась проверка возможности использования мобильной наземной станции в качестве дублера стационарной. В состав мобильной станции вошли антенны, терминалы, устройства обработки данных и система энергоснабжения.

На основе опыта создания и практического использования системы SEWS в США были развернуты работы по созданию усовершенствованной системы FEWS, предназначенной для обнаружения стартов тактических и стратегических баллистических ракет.

Работы по системе FEWS были проведены в 1992–1994 гг. фирмами «Локхид» и «ТРВ» на конкурсной основе. В соответствии с существующими планами по результатам работ заказчики (ВВС США) должны были выбрать единого подрядчика для полномасштабной разработки и производства системы FEWS. Фирма «Локхид» предложила использовать в будущей системе основное чувствительное устройство сканирующего типа, а фирма «ТРВ» – несканирующего типа. В последнем случае предусматривались краткие быстрые движения фотоприемной матрицы для изменения поля зрения нескольких миллионов её детекторов, изготовленных на основе материала HgCdTe.

К 2001 г. в США на боевом дежурстве находилась космическая система SEWS, созданная в рамках оборонной программы DSP. Основной задачей этой системы являлось обнаружение стартов ракет и оповещение об этом командование США. В составе этой системы функционировали пять оперативных и два резервных спутника DSP («Имеюс–2») и наземный комплекс управления. При этом спутники «Имеюс–2» № 14, 15, 16, 17 и 18 относятся к КА нового поколения. Основным их отличием от спутников, запущенных ранее, являлось наличие аппаратуры межспутниковой лазерной связи и усовершенствованной бортовой ЭВМ, увеличен срок активного существования КА с 5 до 7 лет. В составе наземного комплекса управления и приема информации использовались как стационарные станции приема информации, так и мобильные станции.

Согласно проекту, спутники системы FEWS имеют усовершенствованные фокальные решетки, способные производить обработку большого объёма информации на борту и поставлять данные потребителям более оперативно. Кроме того, они обладают большей живучестью, а также оборудованы устройствами связи «спутник – спутник», что снизило зависимость этой системы от наземных станций, расположенных на территории других государств.

Новую систему обнаружения стартов было решено создавать на основе системы BSTS (Boost Surveillance and Tracking System), работы по которой велись в рамках программы СОИ. Специалисты Минобороны и промышленности отмечали, что затраты, связанные с работами по системе BSTS, значительно превосходят стоимость прежней системы SEWS. Вместе с тем новая система обладает большей живучестью, проще в эксплуатации и, соответственно, меньше эксплуатационные расходы. Появилась возможность уменьшить число используемых наземных средств управления, а также постепенно отказаться от приемной станции в Австралии, применяя межспутниковые линии связи. В системе BSTS предусматривалось обеспечить на борту ИСЗ уровень обработки данных, позволяющий передавать их непосредственно на театре военных действий.

Оценочная стоимость развертывания системы FEWS и её эксплуатации в течение 20 лет составляет 12–17,7 млрд дол. Официальные лица – сторонники доработки существующей системы считают, что расходы на систему на основе спутников DSP нового поколения составили бы за тот же период 6,3 млрд дол. Система на основе усовершенствованных ИСЗ DSP могла бы иметь 85% возможностей системы FEWS, но при расходах, составляющих всего 46% затрат на систему FEWS.

Летом 1993 г. представители ВВС сообщили, что возможно снижение стоимости системы FEWS ориентировочно в два раза за счёт сокращения дублирующих устройств, и, соответственно, за счёт снижения веса спутника. Тогда спутники системы FEWS можно было бы выводить на орбиту менее дорогостоящими носителями «Атлас–2АS» средней грузоподъемности или другими такого же класса. Переход от большегрузных ракетоносителей за время эксплуатации системы FEWS даст экономию около двух миллиардов долларов.

Для использования ракетоносителя средней грузоподъемности вес спутника не должен превышать 2,27 т, что связано с определенными ограничениями функций спутников системы FEWS, а именно:

– изменение характеристик обзора в северном направлении, за счёт организации вывода ИСЗ на эллиптическую орбиту;

– изъятие блока обнаружения ядерных взрывов, что позволит уменьшить вес ИСЗ на 317 кг. Отсутствие данного блока считается возможным, поскольку обнаружение ядерных взрывов является одной из функций спутников глобальной навигационной системы GPS;

– уменьшение габаритов, а следовательно, и пропускной способности блока обработки данных о наблюдаемых объектах позволит снизить вес спутника более чем на 45 кг.

Согласно заявлению представителей ВВС США, несмотря на предлагаемые меры по снижению веса ИСЗ системы FEWS, характеристики их чувствительных устройств не ухудшатся.

Система FEWS может иметь определенные возможности обнаружения атак крылатых ракет и бомбардировщиков. Согласно оценкам, способность их обнаружить и обеспечить точное сопровождение этих целей будет зависеть от угла взаимного положения ракеты относительно ИСЗ, от степени затухания в атмосфере инфракрасного излучения крылатой ракеты и от наличия облачного покрова. Полностью проблему обнаружения налета крылатых ракет и бомбардировщиков система FEWS решить не сможет.

С начала 1990-х гг. в США ведутся работы по созданию средств обороны от тактических ракет средней и меньшей дальности. Разработка же средств обороны от стратегических ракет отодвигается на более поздние сроки. Это объясняется, с одной стороны, конкретными требованиями обеспечения безопасности (с учетом опыта военных действий в районе Персидского залива), а с другой – состоянием разработки.

ИСЗ «Бриллиант Айс» должны обеспечить наблюдение, обнаружение и слежение за целями не только на среднем участке траектории, но и на участке разведения боеголовок, а также, возможно, будет выполнять задачи раннего обнаружения пусков ракет. Датчики этих ИСЗ разрабатываются на основе передовых технологий датчиков перехватчика ракет «Бриллиант Пебблз», что позволяет создать сравнительно дешевые миниатюрные ИСЗ.

Вес спутников – не более 500 кг. В состав датчиков ИСЗ включаются пассивные (в длинноволновом 8–14 мкм, средневолновом 3–5 мкм, коротковолновом инфракрасном и видимом 0,5 мкм диапазонах спектра) и активные (лазерные) приборы. Кроме того, изучается возможность использования датчика ультрафиолетового диапазона.

Для распознавания целей в состав устройства наблюдения ИСЗ должны входить два телескопа. Телескоп с единой оптической системой, работающий в диапазоне длинных и сверхдлинных инфракрасных волн и видимой части спектра и предназначенного для захвата и сопровождения целей с тепловым излучением и видимых в солнечном свете. Предполагается, что длинноволновые ИК-датчики смогут осуществлять слежение за МБР на фоне космоса, летящей на большой высоте. Коротко– и средневолновые ИК-датчики смогут следить за ракетами малой и средней дальности, летящими на небольшой высоте и наблюдаемыми на фоне Земли.

Использование лазерного локатора позволит измерять точное расстояние до цели. В датчике видимого диапазона предполагается использовать четыре решетки чувствительных элементов с зарядовой смесью. Процессор датчика должен обеспечить фильтрацию сигналов от звезд и использовать эти данные для ориентации КА. Процессор также обеспечивает исключение влияния фона, создаваемого светом, рассеянным в атмосфере Земли.

В ИК-диапазоне длин волн для ночного наблюдения потребуются большие телескопы, поэтому предлагается осуществлять ночное наблюдение и измерение дальности с помощью лазеров, что позволит следить за разводными ступенями баллистической ракеты в космосе, выделять надувные ложные цели по характерным скоростям вращения.

Использование УФ-датчиков в комбинации с ИК-датчиками, по мнению американских специалистов, позволит повысить эффективность селекции МБР, особенно с укороченным активным участком. Самыми сложными проблемами при разработке ИСЗ «Бриллиант Айс» считаются: обеспечение распознавания баллистической ракеты на фоне ложных целей, а также точной ориентации оптических датчиков и лазерного локатора, действующих только в боевом режиме.

В целях снижения веса ИСЗ ИК-датчики не будут постоянно находиться в рабочем состоянии. Менее напряженный – дежурный – режим позволит использовать устройства охлаждения, разрабатываемые для перехватчика ракет «Бриллиант Пебблз», которые способны охлаждать датчики до температуры 60 °K.

Важной особенностью ИСЗ «Бриллиант Айс» является то, что они могут функционировать в космосе как средства стратегической и тактической обороны во время кризисных ситуаций, а также могут осуществлять глобальное наблюдение с близкого расстояния за всей поверхностью Земли.

Данные от ИСЗ «Бриллиант Айс» будут передаваться информационным средствам наземного базирования (через КА на стационарных орбитах) или непосредственно на борт противоракет (по лазерным каналам связи) для обеспечения целеуказания и корректировки движения противоракеты при подлете к цели.

Из-за того, что эти ИСЗ могут обнаруживать и сопровождать баллистические ракеты с момента их разведения, они представляют гораздо большие возможности активным средствам ПРО для выполнения перехвата цели.

Утверждается, что спутники «Бриллиант Айс», рассчитанные на ведение постоянного наблюдения, могли бы использоваться для контроля за ракетными испытаниями в любом районе земного шара. Данные, получаемые при этом, способствовали бы постоянному совершенствованию национальной системы ПРО.

Малые габариты и стоимость, возможность рассредоточения, использование широкого спектра наблюдения, высокая пространственная разрешающая способность и живучесть, способность оперативной обработки и передачи информации перехватчикам обеспечивают ИСЗ «Бриллиант Айс» высокую помехозащищенность, малую ЭПР и длительное функционирование на орбите.

В интересах Национальной ПРО ВВС США с середины 1990-х гг. ведут также разработку ИСЗ раннего обнаружения пусков баллистических ракет по программе создания ИК-системы космического базирования SBIRS (Spase-Based Infrared System). Программа SBIRS является развитием программы DSP, и ИСЗ этой программы должны заменить ИСЗ системы DSP.

Основной задачей системы SBIRS является получение информации для раннего предупреждения о ракетном нападении на США, страны-союзники и экспедиционные силы.

На основе новых технологий предполагается улучшить обнаружение и обеспечить прямое оповещение о нападении МБР, БРСД и ОТР, а также распознавание и сопровождение целей в интересах национальной ПРО и ПРО на театре военных действий. Орбитальная группировка этой системы представляет собой совокупность спутников, размещаемых на геостационарной и высокоэллиптических орбитах (SIRS-High) и низких орбитах (SBIRS-Low).

В системе SBIRS предполагается использовать 5 спутников на геосинхронных орбитах, а также 2 спутника на высокоэллиптических орбитах. В отличие от ИСЗ DSP и FEWS ИСЗ SBIRS должны быть более легкими и дешевыми и выводиться на орбиту с помощью ракеты-носителя средней грузоподъемности. При этом стоимость вывода на геосинхронную орбиту снижается с 250–750 млн долл. до 80 млн долл. Стоимость работ по программе SBIRS с учетом замены ИСЗ системы DSP и соответствующего наземного оборудования к 2020 г. составит, по оценкам ВВС США, более 10 млрд долл.

Летом 2000 г. в ходе плановых испытаний разработчики новой системы SBIRS-High установили, что на воспринимающие приборы (датчики) на спутниках могут воздействовать потоки солнечного излучения повышенной интенсивности по сравнению с расчётной, что может привести к снижению их чувствительности. После анализа полученных результатов было принято решение о проведении доработок, направленных на блокирование эффекта солнечных лучей, и тем самым существенное улучшение рабочих характеристик датчиков.

Программа SBIRS (головной разработчик – фирма «Локхид – Мартин») встретила ряд непредвиденных трудностей. В результате общая оценочная стоимость выросла с 4 млрд долларов до 10–12 млрд долларов, а дата первого запуска была перенесена с 2002 на 2009 г. Программа SBIRS подвергалась неоднократному пересмотру в соответствии с действующими положениями Конгресса по превышению первоначально запланированных затрат.

Основные трудности SBIRS связаны с выполнением заданных характеристик ИК-аппаратуры. По сути, программа SBIRS нацелена не только на обнаружение пусков ракет, но и на ведение видовой обзорной разведки в инфракрасном диапазоне. Основные задачи системы SBIRS – обнаружение пусков баллистических и малых тактических ракет, информационное обеспечение системы ПРО, ведение технической разведки и вспомогательной ИК-разведки театра военных действий.

В действующей системе DSP используется 4–6 спутников на геостационарной орбите со сканирующими двухдиапазонными ИК-датчиками (период обзора диска Земли – 10 секунд). В отличие от DSP, новые спутники SBIRS-High планируется оснастить ИК-аппаратурой двух типов: сканирующими датчиками для обнаружения баллистических ракет большой дальности и датчиками непрерывного мониторинга отдельных зон для обнаружения ракет малой дальности и ИК-источников малой интенсивности излучения. По сообщениям прессы, время обнаружения стартов ракет в системе SBIRS сократится в несколько раз – с 40–50 секунд до 10–20 секунд.

Долгое время от закрытия и пересмотра SBIRS спасал статус «проблемной, но безальтернативной» программы. Однако в 2005 г. выяснилось, что старые спутники DSP работают дольше, чем ожидалось, поэтому появилась временная «альтернатива».

В декабре 2005 г. министерство ВВС США объявило о результатах очередного пересмотра программы: объём заказа снижен с пяти (4 на орбите и 1 резервный на Земле) до трёх космических аппаратов.

Первый спутник НСО по программе SBIRS был запущен 28 июня 2006 г. в ходе очередного «секретного запуска» ВВС. К началу 2009 г. на орбите было уже два таких спутника. А в 2010 г. ожидается запуск 2–3 космических аппаратов на геостационарную орбиту и ввод системы SBIRS в эксплуатацию.