Критические технологические трудности при разработке ПТРК Джавелин. Часть 1

Данный перевод охватывает часть научной статьи авторов Джона Лайонса, Дункана Лонга и Ричарда Чаита (John Lyons, Duncan Long, Richard Chait) из Национального института безопасности США. Статья посвящена критическим технологическим трудностям, с которыми столкнулись разработчики ПТРК Джавелин и ПЗРК Стингер, а также сравнению этих трудностей. Часть, посвященная Стингеру, здесь представлена не будет, также не будут представлены методология, моделирование, симуляции и выводы. Это третья работа авторов на данную тему, первые две были посвящены критическим технологическим трудностям при разработке танка Абрамс и вертолета Апачи.

Джавелин является переносным противотанковым ракетным комплексом, состоящим из ракеты в транспортно-пусковом контейнере и отделяемого командно-пускового блока (КПБ) многократного применения. Ракета в транспортно-пусковом контейнере состоит собственно из транспортно-пускового контейнера цилиндрической формы, блока энергоснабжения и охлаждения и самой ракеты. Командно-пусковой блок включает в себя дневной/ночной прицел для наблюдения, идентификации и захвата целей. Ракета обладает дальностью примерно в 2000 метров и может быть применена против зданий и бункеров, а также бронетехники.

Ракета Джавелин

Оператор ПТРК Джавелин смотрит в командно-пусковой блок

Предисловие
Переносные противотанковые комплексы были важным средством, благодаря которым пехота США имела возможность противостоять советским бронетанковым силам в Центральной Европе. Таким средством на протяжении большей части холодной войны был комплекс Дракон. Этот управляемый по проводам противотанковый комплекс был разработан в конце 1960-х — начале 1970-х годов и впервые был развернут в 1975-ом году. Его также применяли в войне в Персидском заливе в 1990-91 годах.

Дракон обладал значительными недостатками. Его ограниченная дальность стрельбы (около 1000 метров в своей оригинальной модификации) означала, что для ведения огня оператор должен был находиться слишком близко к цели, а система наведения по проводам означала, что стрелок должен был оставаться открытым и удерживать метку прицела на цели в течение всего полета ракеты (до 11-и секунд). Кроме того, комплекс был неточным. Пехотное училище в Форте Беннинг было непреклонным сторонником создания новой системы. В 1979-ом году армия предприняла первую попытку заменить Дракон на комплекс, называемый Ратлер (Rattler), но уже через несколько месяцев отказалась от этой идеи в связи с тем, что прототип был отвергнут как слишком тяжелый.

В 1981-ом году Управление перспективных исследовательских проектов (DARPA) провело исследование с целью разработки противотанковых ракетных комплексов, способных использовать инфракрасные (ИК) системы наведения и поражать наименее защищенную верхнюю часть танка. Эта программа была известна как "Tankbreaker". Технология Tankbreaker проявила себя как многообещающая, и в результате Redstone Arsenal армии США было поручено взять на себя управление проектом нового ПТРК.

Перед программой Tankbreaker был выдвинут ряд требований. Среди них, например, то, что, ракета должна была обладать системой "выстрелил-забыл", она должна была обладать дальностью стрельбы в 2000 метров, весить менее 16-и кг и атаковать цель сверху. В результате проведенного конкурса для дальнейшей разработки были отобраны заявки от Hughes Aircraft и Texas Instruments. Обе заявки были основаны на ИК головке самонаведения (ГСН). Как следует из названия, в отличие от более простой ГСН Стингера, которая различает только тепловые пятна, этот вид ГСН преобразует ИК сигналы в двухмерное изображение. Программа Tankbreaker состояла в основном в работах по разработке ИК ГСН, кульминацией которой стала серия летных испытаний (для определения уровня функциональности ракеты финансирование оказалось недостаточным). На протяжении 1985-86 годов пехотное училище в Форте Беннинг продолжало настаивать на необходимости замены комплекса Дракон и начало составлять техническое задание на новый комплекс. В конечном счете было создано совместное с Корпусом морской пехоты США техническое задание на замену Дракона.

В 1986-м году армия объявила о приеме предложений на двухлетнюю фазу проверки и подтверждения принципа действия (Proof of Principle, POP) для среднего современного противотанкового комплекса (Advanced Antitank Weapons System—Medium, AAWS -M), положив тем самым начало второй попытке заменить ПТРК Дракон. Контракты на сумму в $30 миллионов каждый были заключены с Texas Instruments (на разработку инфракрасных технологий), Hughes (на разработку волоконно-оптических технологий наведения) и Ford Aerospace (наведение по лазерному лучу). Примерно через 18 месяцев этапа проверки и подтверждения принципа действия армия и Корпус морской пехоты США опубликовали запрос предложений для этапа разработки полноразмерного образца. В конечном итоге было выбрано совместное предприятие (СП), состоящие из Texas Instruments (чей ракетный бизнес был позже куплен Raytheon) и Martin Marietta (в настоящее время Lockheed Martin). Совместное предприятие выиграло конкурс AAWS-М с помощью предлагаемой конструкции ракеты, очень похожей на то, что Texas Instruments разработала для программы Tankbreaker, а именно система "выстрелил-забыл", основанная на ИК ГСН, способная атаковать цель как сверху или по прямой траектории. Эта ракета впоследствии получила название Джавелин (Копье). Первое армейское подразделение было оснащено Джавелинами в 1996-м году.

Решение Армии привлечь совместное предприятие для разработки ПТРК Джавелин стало важной частью успеха программы. Намерение правительства США потребовать создания СП имело под собой задачу уже на стадии разработки привлечь двух основных подрядчиков посредством выбранной ими же структуры. На стадии же производства правительство намеревалось разделить это совместное предприятие с целью получения конкурентоспособной продукции от каждого из них по отдельности. Позже по ряду причин правительство решило не исполнять эту возможность и продолжило работу с совместным предприятием также и на стадии производства ПТРК Джавелин.

Руководство программы Джавелин также взяло на себя обязанности по общему управлению этим совместным предприятием, тем не менее техническая работа и большая часть производства осуществлялись обеими компаниями-участниками на основе партнерского соглашения. Raytheon теперь отвечает за командно-пусковой блок, электронный блок системы наведения ракеты, системное программное обеспечение и контроль системного проектирования. Lockheed Martin отвечает за окончательную сборку ракет и производство ГСН ракеты (хотя, как отмечается ниже, Texas Instruments была ответственна за разработку ГСН ракеты).

Для работы с Джавелином оператор использует ИК искатель в командно-пусковом блоке, который обеспечивает необходимое для обнаружения цели изображение, наподобие телевизионного. Затем оператор переключается на ИК ГСН ракеты, что позволяет ему установить метку на цель, "закрепить" её и произвести выстрел. Так же, как и ПЗРК Стингер, ПТРК Джавелин использует систему мягкого запуска для старта ракеты из пусковой трубы, что необходимо для стрельбы из помещений (требование технического задания Джавелин). Маршевый ракетный двигатель срабатывает, как только ракета покидает пусковой контейнер, раскрываются 6 маленьких крыльев и 4 хвостовых закрылка, и ракета на высокой скорости направляется к цели на высоте около 46-и метров на траектории прямой атаки или 150-и метров для атаки цели сверху. Ракета снабжена тандемной кумулятивной боевой частью.

ПТРК Джавелин оказался успешным на поле боя. В 2003-м году в войне в Ираке были выпущены более 1000 ракет, а командно-пусковой блок применялся независимо от ракеты и продолжает оставаться популярным в американских войсках прибором ночного видения.

В следующем разделе будет рассмотрен командно-пусковой блок и связанные с ним ключевые компоненты системы. Сначала будет рассмотрена разработка КПБ, затем ГСН, системы наведения и управления, а также двигательная установка и боеголовка. Раздел заканчивается обсуждением использования моделирования и симуляций в процессе разработки ракеты (в данном переводе не приводится).

Командно-пусковой блок (КПБ)
Процесс стрельбы начинается с командно-пускового блока (КПБ). В отличие от сравнительно простого КПБ, применяемого на Стингере, КПБ Джавелина является сложным компонентом системы. КПБ обладает четырехкратным телескопом и длинноволновым инфракрасным ночным прицелом с двумя полями зрения с четырехкратным и девятикратным увеличениями. Оба изображения — видимое и ИК — наблюдаются в тот же монокуляр. КПБ работает от стандартной армейской батарейки, обеспечивающей энергией, необходимой для работы, электронику КПБ и охлаждающее устройство, поддерживающее рабочую температуру матрицы детектора. ИК детектор является наиболее важной частью КПБ. В отличие от предыдущих систем, обозначающих источник тепла как простое пятно, детектор Джавелина создает детальную картину цели. КПБ сканирует ИК массив для возможности распознавания целей. Он обладает более высоким разрешением, чем ГСН ракеты, так как оператору необходимо изображение с высоким разрешением, чтобы определить вражеская ли цель, или нет. ИК-детектор ГСН ракеты (см. ниже) просто должен обнаружить цель после того, как оператор распознал её и установил на неё прицельную метку.

КПБ, разработанный Texas Instruments, превзошел альтернативные проекты, участвующие в конкурсе, позволяя видеть на большие расстояния и демонстрируя превосходные показатели сквозь дым и другие препятствия. Он обладал матрицей в фокальной области 240x1, позже 240x2 и 240x4, изготовленной из детекторов теллурида кадмия ртути, действующих в длинноволновой инфракрасной области 8-12 микрон. Детекторы сканировали с частотой 30 Гц в двух направлениях чередуясь, сканируя справа налево нечетные пиксели (1, 3, 5 и т.д.) и слева направо четные пиксели. Счётно-решающий прибор позволил КПБ определять угловое положение сканирующего зеркала так, что он способен осуществить прямое и обратное сканирование для получения когерентной картины. Двунаправленное сканирование, разработанное для ПТРК Джавелин, было уникальным и обеспечивало значительную экономию электроэнергии. Этот метод сканирования позже был применен в нескольких программах Texas Instruments.

ИК детектор КПБ также стал доступным благодаря новому методу нормализации чипов детектора. Ранее для поддержания калибрации чипов ИК системы использовали так называемое "черное тело" с постоянной температурой. Texas Instruments разработала тепловой блок калибрации (Thermal Reference Assembly, TRA) представляющий собой пассивный оптический блок, обеспечивающий две температурных точки привязки по которым калибруется каждый пиксель детектора. Первая точка заключается в одном внеосевом опорном изображении, вторая точка получается от "отражения" создаваемого холодным элементом. Каждый раз при сканировании матрицы пиксели подвергаются калибровке на основе считывания двух температурных точек. Важно отметить, что TRA является пассивным элементом, не требующим дополнительного питания или схемы управления. Это позволило разработчикам использовать для калибровки существующие элементы детектора, а также снизить энергопотребление и сэкономить место.

Для увеличения отношения сигнал-шум инфракрасные детекторы КПБ Стингера и Джавелина требуют охлаждения до очень низкой температуры. КПБ использует сосуд Дьюара, емкость использующей для обеспечения тепловой изоляции вакуум между двойными стенками. Охлаждение осуществляется с помощью двигателя Стирлинга замкнутого цикла с холодным щупом от сосуда Дьюара и до задней части детектора. Охлаждающее устройство, разработанное Texas Instruments, было создано для уменьшения потребляемой энергии (оно потребляет всего 1/5 ватта) и отвечает требованиям веса, при этом охлаждая видеопреобразователь до необходимой температуры на протяжении двух с половиной минут. Производство охлаждающего устройства поначалу столкнулось с определенными трудностями, но благодаря совместным усилиям DARPA и Texas Instruments были достигнуты приемлемые затраты.

При разработке ИК детектора КПБ Texas Instruments воспользовалась услугами Лаборатории ночного видения армии США (Night Vision Laboratory, NVL). NVL поделилось необходимым опытом в моделировании ИК систем, особенно в области измерений минимальной разрешающей температуры (Minimum Resolvable Temperature, MRT) и разработки видеопреобразователя. Для обеспечения требований по помехоустойчивости, выдвинутым армией и корпусом морской пехоты, была создана специальная группа разработчиков во главе с армейской исследовательской лабораторией (Army Research Laboratory, ARL). Группа, в частности, разработала техническое задание по помехоустойчивости системы. Методы и моделирование, разработанные NVL, все еще являются стандартными для измерения характеристик ИК видеопреобразователей. NVL также помогла внедрить методику измерений, называемую трехмерным шумом и используемую для более точного теплового моделирования динамического шума в датчиках на стадии тестирования. Дальнейшие развитие моделирования привело к появлению новых, более удобных для пользователя и более высокоточных моделей.

С момента появления оригинальной конструкции ИК детектора она постоянно подвергалась модернизации с целью повышения характеристик системы. В начале 1990-х годов DARPA профинансировала программу, в итоге позволившую сделать более технологичные детекторы (легкие в производстве). В результате появился так называемый детектор Даш 6 (Dash 6), который тише охлаждался и тише сканировал, что позволило снизить акустическую заметность оператора Джавелина на поле боя. Детектор Даш 6 поступил в производство в 1998-1999 годах.

Оригинальный КПБ был разработан с использованием так называемой технологии печатных плат "сквозного отверстия", но это конструкция не удовлетворяла весовым требованиям. Эти печатные платы использовали компоненты поверхностного монтажа. В программе по сокращению стоимости были использованы достижения в области интеграции полупроводниковых устройств, особенно в уплотнении логических элементов, которые могут применены в цифровых специализированных интегральных схемах для их уменьшения до двух двусторонних печатных плат.

Уменьшение веса было постоянной задачей разработчиков, повлиявшей на все аспекты разработки систем Джавелина, начиная с ИК детектора КПБ и других его частей и заканчивая самой ракетой. Корпус КПБ был первоначально изготовлен из алюминия. Конструкторы даже подвергли корпус кислотному травлению в попытке уменьшить толщину стенок, насколько это возможно. Это действительно уменьшило вес, но и увеличило стоимость его изготовления и ухудшило надежность устройства. В 1999-м году алюминий был заменен на 17 слоев углеродного композитного волокна. Это несколько уменьшило вес, но в основном сделало корпус прочнее. Кроме того, производственный процесс оказался более последовательным по сравнению с кислотным травлением. В нынешнем КПБ Джавелина среднее время между отказами составляет более 300 часов по сравнению со 150-ю, указанными в техническом задании.

В новом поколении Джавелин Блок 1 планируется использовать улучшенный КПБ. Он будут оснащен оптикой с увеличением 4x и 12x вместо 4х и 9x. КПБ также будет включать цветной плоский дисплей на основе органических светодиодов. Целью модернизации является увеличение дальности действия детектора на 50 процентов, однако ограничения по весу, в свою очередь, налагают серьезные ограничения улучшение оптики.

Продолжение следует

Источник: http://topwar.ru