Хитрый койот: развитие сверхзвуковой ракеты-мишени ВМС США
Ракета-мишень GQM-163A сразу после пуска. На сегодняшний день совершено более 50 боевых полетов
Через десять лет после поступления на вооружение сверхзвуковая мишень Orbital ATK GQM-163A с предельно малой высотой полета остается уникальной в своем классе
Хотя все чаще используется среда моделирования с высокой степенью достоверности для имитации противодействия управляемому вооружению и прогнозирования необходимых для этого характеристик, все же обязательно проведение натурных огневых испытаний с целью демонстрации возможностей системы в реальных условиях. Это определяет потребность в воздушных мишенях, которые могут имитировать кинематические характеристики и признаки заметности вероятных угроз с целью подтверждения предельных боевых возможностей, теоретически оцененных в имитируемой обстановке.
Эти мишени во многих случаях представляют собой сложные беспилотные летательные аппараты, в состав которых входит авионика, двигатели и системы управления и которые позволяют представить характерные параметры угроз с тем, чтобы полностью воспроизвести цикл наведения испытываемой системы вооружения и ее поражающего воздействия на цель. Однако поскольку эти аппараты одноразовые, то всегда возникают противоречия между точностью имитации и стоимостью: достижение правильного баланса становится еще более проблематичным, когда моделируемая угроза представляет собой низколетящую сверхзвуковую противокорабельную ракету, способную выполнять на конечном участке траектории маневры с большими перегрузками.
Американские ВМС еще в 90-е годы, глядя на уменьшающиеся запасы устаревших ракет-мишеней MQM-8G Vandal, начали поиск сверхзвуковой мишени с предельно малой высотой полета над морем SSST (supersonic sea-skimming target) с высокой степенью достоверности и выдвинули к ней требования с тем, чтобы обеспечить подготовку флота и развитие систем вооружения, их испытания и оценку. Ракета-мишень GQM-163A Coyote, разработанная и изготавливаемая в настоящее время компанией Orbital ATK, позволила решить эти задачи.
Согласно тактико-техническим характеристикам, выпущенным Orbital ATK, GQMT63A SSST способна выдерживать скорость 2,6 чисел Маха во время круизного полета, затем снижаться до минимальной высоты 15 футов для подхода на конечном участке траектории в 10 морских миль (18 км), во время которого воздушный аппарат может выполнять маневры до 12g в горизонтальной плоскости и 5g в вертикальной плоскости при сохранении скорости М=2,5. Кроме того, может устанавливаться различная дополнительная бортовая аппаратура (например, симуляторы сигнатур угроз и комплекты радиоэлектронного подавления) с целью соответствия потребностям каждой отдельной задачи. В мире воздушных мишеней Coyote уникальна в своем классе.
Потребность в воздушных целях
Программа MQM-8G Vandal уходит своими корнями в середину 70-х годов, когда ВМС США объявили о срочной оперативной потребности в сверхзвуковой воздушной мишени в преддверии закупок на долгосрочную перспективу полностью доработанного и более функционального заменителя сверхзвуковой противокорабельной ракеты. Для того чтобы получить эту промежуточную систему, флот перепрофилировал и модифицировал ракеты класса «поверхность-воздух» дальнего действия Talos RIM-8G; жидкостная ракета Talos с прямоточным воздушно-реактивным двигателем на тот момент находилась в процессе снятия с вооружения ВМС.
Разрез ракеты Talos-RIM-8G
С целью же удовлетворения своих долгосрочных потребностей флот в 1984 году выдал компании Martin Marietta контракт на разработку сверхзвуковой низколетящей мишени AQM-127 Supersonic Low-Altitude Target (SLAT). Ракета SLAT была построена вокруг гибридного ракетного/воздушно-реактивного двигателя, но программа была закрыта в 1991 году из-за технических проблем, отставания от графика и перерасхода средств.
В 1995 году, когда в период после Холодной войны Россия остро испытывала нехватку денежных средств и, казалось, хотела торговать своим военным имуществом со всеми, в том числе и с бывшими противниками, ВМС США начали программу FCT (Foreign Comparative Test - иностранный сравнительный тест) по сверхзвуковой ракете-мишени воздушного запуска МА-31, которая базировалась на советской тактической управляемой ракете класса «воздух-поверхность» Х-31 (код НАТО AS-17 Krypton). Ракеты-мишени МА-31 были куплены компанией McDonnell Douglas (позднее Boeing) через российскую компанию «Росвооружение» с тем, чтобы удовлетворить краткосрочные потребности ВМС США в системах типа SSST. Вслед за оригинальной программой позднее последовали расширенные демонстрационные испытания EDT (Expanded Demonstration Test).
Пуск сверхзвуковой низковысотной мишени MA-31 с истребителя F-4
Российская тактическая управляемая ракета класса «воздух-поверхность» средней дальности Х-31. (внизу) Головка самонаведения ракеты Х-31
Командование авиационных систем ВМС (NAVAIR) через офис программы по воздушным целям и ловушкам заключило контракт с Boeing в декабре 1999 года на поставку 34 мишеней МА-31 (Boeing ранее переделала 13 ракет в мишени МА-31 в рамках программы FCT/EDT). Чтобы переделать Х-31 в ракеты-мишени, российско-американское НП «Звезда-стрела» удалило из нее боевую часть, головку самонаведения и другие военные компоненты. Далее полуфабрикаты поставлялись на завод компании Boeing, где они окончательно становились мишенями за счет интеграции системы прекращения полета, бортовых пеленгационных передатчиков и телеметрической аппаратуры.
Планов было громадьё, и в какой-то момент в компании Boeing начали говорить, что ВМС США будут закупать от 20 до 30 ракет-мишеней МА-31 в год. Впрочем, позднее Россия свернула эту программу, прекратив закупки дополнительных ракет и фактически сократив до минимума техническую поддержку. К концу 2007 года на балансе американцев оставалось всего три воздушных мишени МА-31; в конечном итоге их также использовали во время проведения оценочных испытаний в декабре этого года.
NAVAIR изучало возможность получения и конвертации противокорабельных ракет российского производства ЗМ80 Москит (НАТО SS-N-22 Sunburn), которая должна была служить в качестве «доступной по средствам американской мишени, имитирующей угрозы и выполнять задачи SSST» в соответствии с программой FCT. Было выпущено требование, но насколько известно на сегодняшний день ни одного экземпляра Москит не было получено в качестве ракеты-мишени.
Требование по закупке SSST на длительный срок оставалось актуальным все 90-е годы, при этом NAVAIR определило три особых типа угроз, классифицированных как Угроза А, Угроза В и Угроза С (самая существенная), которые желательно было имитировать. Однако, первая попытка реанимировать программу разработки SSST закончилась неудачей в октябре 1999 года, когда ни одно из предложенных решений с приемлемым балансом характеристик и стоимости не было выбрано.
Но вскоре был объявлен новый конкурс. На этот раз NAVAIR выбрало заявку от Orbital Sciences, выдав в июне 2000 года контракт на разработку начальной стоимостью 34 миллиона долларов. Им предусматривалось производство шести опытных образцов SSST, наземные и летные испытания, а также обеспечение этих испытаний плюс последующие опционы на производство, обслуживание и техническую поддержку общей стоимостью 76 миллионов.
Завершение этапа EMD-5 в апреле 2005 года. Экспериментальная мишень GQM-163А пролетает над кораблем-целью со скоростью M=2,5
Проектирование и разработка
Требованиями к SSST, обнародованными NAVAIR, предусматривалось создание расходуемой ракеты-мишени, способной летать на небольших высотах с выбираемыми сверхзвуковыми скоростями. В частности, технической спецификацией предусматривалась минимальная скорость 2 числа Маха и выдерживание расстояния от поверхности менее 66 футов во время крейсерского полета.
После этапа крейсерского полета, по меньшей мере, 35 морских миль, летательный аппарат должен был снижаться до высоты 15 футов и выполнять последние маневры при перегрузках выше 11g.
Особые требования были также определены к эффективной площади отражения, навигации по промежуточным точкам, специальному оборудованию, точности траектории полета и потенциалу дальнейшего развития системы.
При проектировании запускаемой с земли мишени SSST, впоследствии получившей обозначение GQM-163A и имя Coyote, компания Orbital объединила технологию твердотопливного прямоточно-ракетного движителя, первоначального разработанного по программе VFDR (Variable Flow Ducted Rocket - ракетный прямоточный двигатель с регулируемым потоком) ВВС США, с остающимися компонентами управляемых ракет (особенно это касается стартовых ускорителей от утилизируемых стандартных ракет) и готовыми технологиями. Например, при проектировании, разработке и производстве первоначальной подсистемы, включая программное обеспечение, автопилот и интеграцию авионики, использовались компоненты существующего оборудования Raytheon, уже поставленного для воздушной мишени AQM-37D. Кроме того, запуск GQM-163 планировался с направляющей при использовании существующей инфраструктуры пусковой установки Talos/Vandal.
При реализации программы разработки стремились постепенно снизить риски и продемонстрировать возможности воздушной мишени в свете требований к SSST. В частности, существовала необходимость подтвердить выбор прямоточного движителя. Хотя флот, начиная еще с 60-х годов, запускал в разное время несколько программ по самолетам и управляемым ракетам с прямоточными двигателями, ни одна из них не достигла этапа производства.
Ракета-мишень GQM-163A снята в момент включения стартового двигателя на пусковой установке Vandal на острове Сан-Николас. Твердотопливный ускоритель Мк 70 используется для ускорения SSST с рельсовой направляющей до включения прямоточного воздушно-реактивного двигателя
В связи с этим в качестве субподрядчика Orbital ATK была привлечена компания Atlantic Research Corporation (в настоящее время Aerojet). Она взяла на себя ответственность по разработке высокоскоростного прямоточного двигателя для GQM-63A, включая систему забора воздуха. Воздушно-реактивный двигатель с регулируемой тягой под обозначением MARC R282, или SABRE (Solid Air-breathing Ramjet Engine), использует твердое топливо с избытком горючего компонента. Клапан используется для контроля скорости истечения потока топлива и тяги двигателя во время полета.
Что касается конструкции, то двигатель MARC R282 состоит из газового генератора, четырех двумерных воздухозаборников, средней части с аппаратурой, клапана дросселирования и топливного инжектора, камеры сгорания и прямоточного сопла. Двигатель имеет базовый диаметр 35 см и длину 340 см.
Внешние элементы включают клипсы для крепления внешних кабельных каналов и кронштейны камеры сгорания для приводов стабилизаторов и управляющих устройств.
Газогенератор состоит из стального кожуха с двумя раздельными стальными закрылками. Для смесевого заряда с торцовым горением используется твердое ракетное топливо с избытком горючего компонента ARCADENE 428J, которое состоит из полибутадиена с концевой гидроксильной группой (связующее вещество), перхлората аммония (окислителя) и смеси топлив.
Воздухозаборники базируются на конструкции, ранее разработанной для продвинутого прямоточного двигателя ALVRJ (Advanced Low Volume Ramjet); это жидкостной прямоточный двигатель 70-х годов, который успешно продемонстрировал в летных испытаниях концепцию ракетного/воздушно-реактивного двигателя. Площадь захвата горла воздухозаборника была перенесена из проекта ALVRJ в проект GQM-163A, при этом были проведены усовершенствования в районе горла и в диффузоре с целью улучшения характеристик на малых углах атаки. Стальные воздухозаборники включают отверстия для отвода газов, напорную полость и V-образное отводное устройство.
Наземные испытания двигателя MARC R282 определили и подтвердили геометрию камеры сгорания, химический состав твердого топлива, конструкцию топливного клапана и инжектора, а также допускаемые уровни характеристик двигателя. Испытания двигателя были разбиты на две части: испытания с большой массой, во время которых были проведены статические тесты с разными режимами работы двигателя; и этап проверки конструкции с нормальной полетной массой, во время которого были проведены проверки характеристик двигателя и климатические испытания.
Были проведены статические испытания газогенератора с целью подтверждения характеристик горения топлива, характеристик ингибитора топливной смеси и надежность системы изоляции корпуса, оценки привода клапана и параметров теплоизоляции, а также проверки программного обеспечения контроля давления. Также были проведены дополнительные испытания в испытательном центре Aerojet Ait breathing с целью документальной фиксации полученных характеристик и продолжительности работы двигателя в условиях моделируемого полета.
Квалификационные испытания двигателя MARC R282 были завершены в декабре 2003 года. Испытательные установки состояли из двух отдельных газогенераторных сборок и одной полной сборки двигателя. Двигатель в сборе включал имитаторы массы для исполнительных механизмов стабилизаторов и аппаратуры управления, кабельный канал и сборки обтекателей. Набор квалификационных испытаний состоял из периодических повторений скачков температуры, ударных и вибрационных испытаний и проверки работоспособности системы.
Кроме программы испытаний двигателя была выполнена программа испытаний воздухозаборника в аэродинамической трубе с целью подтверждения его конструктивных характеристик. Что касается относительно малоисследованного газогенератора, работающего на топливе с избытком горючего компонента, то были проведены испытания на воздействие опасных факторов, включая попадание пули, передачу детонации через инертную преграду и ударное воздействие.
Российская сверхзвуковая противокорабельная ракета 3М80 Москит (обозначение НАТО SS-N-22 Sunburn) является одной из угроз, которую ракете-мишени GQM-163A необходимо воспроизвести
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель ПКР П-100 (3М80)
Летные испытания
Программа летных испытаний мишени GQM-163A состояла из двух этапов. На первом этапе было проведено два неуправляемых пуска с целью определения параметров разгонной ступени, аэродинамических характеристик летательного аппарата и проверки перехода с разгонной ступени на работу прямоточного воздушно-реактивного двигателя (твердотопливный стартовый двигатель первой ступени Мк 70 запускает ракету-мишень GQM-1.63A с рельсовой направляющей и ускоряет ее до перехода в сверхзвуковой режим).
Вслед за неуправляемыми пусками с мая 2004 по апрель 2005 года были проведены пять контролируемых/управляемых летных испытаний, получивших обозначения с EMD-1 по EMD-5; при этом соответственно сложность летных испытаний постепенно повышалась. Все полеты выполнялись с полигона острова Сан-Николас, входящего в состав морского полигона Центра боевого применения морской авиации.
Испытания EMD-1 были проведены 18 мая 2004 года. Этот первый контролируемый полет (примечателен тем, что стал первым полетом американской ракеты с твердотопливным ракетно-прямоточным двигателем) продемонстрировал работу воспламенения стартового двигателя и стабильный полет первой ступени. Также был проверен процесс перехода к работе прямоточного двигателя с момента отделения стартового ускорителя до начала работы воздухозаборной системы, проверены запуск основного двигателя и характеристики полета с работающим двигателем. Кроме того, была продемонстрирована работа компонентов, инерциальное и GPS наведение; на высоте 300 футов летательный аппарат пролетел на маршевой скорости заданное время и выполнил один поворот. Данные о давлении в воздухозаборниках были частично утеряны во время полета.
27 августа 2004 года ракета EMD-2 пролетела на высоте 100 футов, установленный лазерный высотомер весь полет вел сбор данных. Полетное задание было полностью выполнено: аппарат выполнил пять горизонтальных поворотов с перегрузкой 5g и несколько вертикальных поворотов с перегрузкой 4g.
14 декабря 2004 года был проведен третий испытательный полет EMD-3 при дальнейшем повышении уровня сложности. На участке маршевого полета лазерный высотомер зафиксировал высоту над поверхностью 30 футов, были проведены комбинированные маневры с перегрузкой 6g и зигзагообразный полет с перегрузкой 10g. И в этот раз были выполнены все полетные задания, включая самоуничтожение аппарат в конце полета.
Испытания аппарата EMD-4 были проведены 24 марта 2005 года, они включали зигзагообразный полет на высоте 15 футов с перегрузкой 10g и комбинированный маневр на этой же высоте с перегрузкой 11,2g. Все цели испытательного полета были достигнуты. (см. видео)
Финальный экспериментальный полет EMD-5 был проведен 22 апреля 2005 года. Программа полета включала пролет над движущимся судном, комбинированные маневры (горизонтальные 12g и вертикальные 11g) и маневры для нагружения воздухозаборной системы.
Во время этого полета ракета GQM-163A достигла круизной скорости М=2,5 при полете над поверхностью моря на высоте 49 футов и максимальной скорости М=2,8. Она также успешно пролетела с места пуска более 50 км и прошла в 20 метрах от движущегося дистанционно управляемого судна. Весь полет занял около 120 секунд, за это время ракета пролетела с места своего старта на острове Сан-Николас примерно 100 км. Было продемонстрировано выполнение всех полетных заданий, при этом во время маневров был зафиксирован положительный коэффициент запаса воздухозаборной системы.
Испытательные полеты показали полное соответствие требованиям, предъявляемым к прямоточному двигателю MARC R282, изменения его конструкции не требовалось. По данным компании Aerojet, параметры двигателя в полете были очень близки к прогнозируемым значениям, основанным на результатах наземных испытаний. Кроме того, параметры работы воздухозаборников во время маневрирования хорошо соотносились с данными испытаний в аэродинамической трубе, а полученная сила тяги соответствовала данным, разработанным для моделируемого полета с шестью степенями свободы. Финальным показателем соответствия заявленным параметрам двигателя стала дальность полета, которая почти совпала с расчетным данными.
Заказ на начальное производство партии из 10 ракет 10 GQM-163A был выдан компании Orbital в ноябре 2001 года с опционом на вторую партию тоже из 10 ракет в апреле 2005 года. Успешное проведение летных испытаний позволило в июне 2005 года принять решение о начале серийного производства.
Первый боевой пуск ракеты-мишени GQM-163 Coyote SSST был проведен в октябре 2005 года. А всего лишь за два месяца до этого были использованы последние четыре мишени MQM-8G Vandal.
О контракте на серийное производство 19 мишеней было объявлено в начале 2006 года. По данным NAVAIR, на данный момент закуплено в общей сложности 116 систем GQM-163A (включая первые две предсерийные партии, 10 серийных партий и заказы по программе продажи вооружений за рубеж, но исключая экспериментальные и опытные образцы). Контракт стоимостью 28,7 миллиона долларов на 10-ю серийную партию был выдан в сентябре 2016 года; он включает пять ракет для ВМС США и две для Японии.
Периодические закупки американским флотом ракет-мишеней GQM-163A планируется осуществлять до 2023 года. В августе 2016 года NAVAIR выпустило предварительное уведомление на выдачу компании Orbital ATK нового контракта на 11 партию с опционом на 12 и 13 партии. Через месяц была выпущено извещение о планируемом контракте на 14 партию с опционами на 15-17 партии. Во всех случаях в соответствии с контрактами с фиксированной ценой будут закупаться ракеты-мишени воздушного базирования GQM-163A, при этом предполагается, что в каждой партии будет до 24 систем. Помимо самих ракет-мишеней будет закуплено соответствующее оборудование, запасные части, компоненты с длительным сроком изготовления и пакет технического обслуживания.
Мишень GQM-163A способна реализовывать низковысотную траекторию полета для имитации сверхзвуковых крылатых ракет и высотную траекторию полета для имитации сверхзвуковых радиолокационных ракет
Послужной список
Ракета-мишень GQM-163A Coyote на данный момент эксплуатируется уже десять лет, обеспечивая испытания и оценку систем вооружения и подготовку технических специалистов флота.
«Было проведено 53 боевых вылета (без полетов EMD), 96% которых прошли в соответствии с планом, - сообщил капитан Том Сесил, руководитель программы в командовании NAVAIR, добавив, что «GQM-163A продолжает превосходить ожидания по характеристикам и надежности. За счет частой модификации полетных заданий, а также включения новых функциональных комплектов она показал себя функционально гибкой сверхзвуковой мишенью, которая сохраняет свое значение в качестве важного средства тестирования и оценки».
На сегодняшний день GQM-163A была сертифицирована на соответствие инфраструктуре полигона на острове Сан-Николас в Калифорнии, на Гавайях, Уайт-Сэндс в Нью-Мексико, а также полигона на острове Иль-дю-Леван у южного побережья Франции.
Сдвоенные пусковые установки ракет Мк 7 Talos, ранее также использовавшиеся для запуска мишеней Vandal, были доработаны для пусков GQM-163A Coyote с четырех разных площадок. «Эти пусковые установки в настоящее время расположены на острове Сан-Николас, на Гавайях и в Нью-Мексико, - сказал Сесил. - Хотя французский полигон также был сертифицирован, но его пусковые установки должны возвратиться в Соединенные Штаты для обеспечения оперативных потребностей флота».
Общая компоновка GQM-163A Coyote. Ракета-мишень SSST состоит из двух основных подсистем: твердотопливного ускорителя Мк 70 и собственно мишени GQM-163A. В носовой части установлена система самоподрыва для аварийного прерывания полета
Единственный пуск с полигона острова Иль-дю-Леван был проведен в апреле 2012 года. Целью его была проверка работы зенитной ракеты Principal Anti-Air Missile System компании MBDA по низколетящей сверхзвуковой цели.
Контракт стоимостью 9,2 миллиона долларов на покупку одной системы GQM-163А и соответствующего оборудования для Франции был выдан компании Orbital в марте 2007 года. Демонстрация возможностей SSST было намечена на 2011 год, но в связи с некоторыми проблемами на полигоне Иль-дю-Леван полет ракеты-мишени состоялся только в апреле 2012 года.
В 2013 году австралийский флот провел испытания ракет по двум мишеням GQM-163A, запущенным с гавайского полигона, тогда как японский Технологический институт провел серию из пяти пусков на полигоне Уайт-Сэндс.
Первая презентация GQM-163A SSST за пределами Соединенных Штатов была проведена в апреле 2012 года на ракетном полигоне, расположенном на французском острове Иль-дю-Леван
Поэтапная эволюция
Различные нововведения и доработки были реализованы NAVA1R и Orbital АТК с целью расширения функциональных возможностей и совершенствования тактики боевого применения системы SSST с момента ее поступления на вооружение. Так, с конца 2007 года было введено требование по «быстрой последовательности», когда выполняется пуск двух мишеней с разницей в несколько секунд.
Еще одно изменение касается комплекта оборудования GQM-163A. Разработка и производство продвинутых компонентов, включая программное обеспечение, автопилот и авионику (комплекс бортовой авиационной радиоэлектронной аппаратуры) было передано компании Raytheon. Доработанная авионика GQM-163A базируется на мультипрограммной системе Orbital ATK Modular Avionics Control Hardware (MACH). Бортовой компьютер МАСН имеет современное мощное вычислительное ядро с операционной системой работающей в реальном времени и архитектуру программных средств на базе общедоступного объектно-ориентированного приложения C++.
Все работы проводились с целью решения проблем, связанных с моральным старением систем наведения и комплекта авионики. Также были проедены доработки, направленные на то, чтобы можно было устанавливать опциональные комплекты, повышающие возможности системы. ВМС США приняли первую ракету-мишень в новой конфигурации в сентябре 2011 года; и все последующие мишени GQM-163 поставлялись уже в этой конфигурации.
Как ожидается, система GQM-163A Coyote SSST будет исполнять роль сверхзвуковой «рабочей лошадки» в ВМС США, по крайней мере, еще одно десятилетие. Действительно, отмена программы по многоступенчатой сверхзвуковой ракете-мишени GQM-173A в 2015 году означает, что в обозримом будущем GQM-163A останется во флоте единственной сверхзвуковой мишенью с высокой степенью достоверности.
Ракета-мишень GQM-163 Coyote
Использованы материалы:
www.shephardmedia.com
www.orbital.com
www.boeing.com
www.rocket.com
www.raytheon.com
www.ktrv.ru
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org
Информация