Способ кинетического поражения FPV-дронов противника
Начнем издалека. В 1687 году Исаак Ньютон описал несколько закономерностей в естествознании, которые, как оказалось, невозможно нарушить. Одна закономерность – третий закон его имени – говорит о том, что сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. С тех пор этот закон существенно осложняет жизнь оружейникам (и не только им), ломая гениальные замыслы.
Сегодня серьезные оружейные фирмы одержимы идеей «летающего солдата» – мультикоптера, вооруженного автоматом. Но и тут, согласно закону Ньютона, возникает «проблемка», которая заключается в том, что отдача оружия при стрельбе в полете или зависании коптера в безопорном пространстве оказывает сильное влияние на его позиционирование и прочность конструкции, которые купировать сильно затратно. Стрельба же в воздухе из нарезного оружия, из-за отсутствия «твердой» опоры, выявляет еще одну проблему – воздействие крутящего момента пули на носитель, что может привести к перевороту аппарата (если он малого веса), а пуля не получит достаточную гироскопическую стабилизацию.
Чтобы оснастить коптер «стрелялкой», используют безоткатные схемы и с отстреливаемой противомассой, но эти решения не особо прижились, т. к. сложны и плохо решают проблемы. Например, у классических «безоткаток» недостаточная скорость снаряда, большой расход пороха, опять же калибр далеко не «пистолетный», к тому же при стрельбе на большие расстояния требуется ведение снаряда до цели, а это утяжеляет аппарат, следовательно, увеличивает его размеры на радость операторам средств ПВО. Одновременный выстрел из стволов, направленных в противоположные стороны одинаковыми снарядами, для взаимопоглощения сил отдачи (кстати, эта схема придумана Леонардо да Винчи более пяти веков тому назад), возможен при синхронизации вылета снарядов из стволов, что усложнит стреляющее устройство.
Обеспечение четкого позиционирования легкого летательного аппарата при стрельбе в воздухе из имеющихся стреляющих устройств требует разработки сложных программ для его стабилизации, учитывающих потерю веса при расходовании патронов и изменение центра тяжести по этой же причине и при наводке, направление и силу ветра, вибрацию от винтов, изменение траектории пули от высоты полета и т. д.
Работа адская, но устранить «родовые» недостатки технологии очень сложно, поэтому и результата не видно, т. к. получится большой (много разных датчиков и электронных схем для согласования их работы), вибрирующий аппарат (много несущих винтов, которые трудно идеально сбалансировать), из которого стрелять из неустойчивого положения сложно. К тому же внешняя баллистика при стрельбе вниз иная, нежели вдоль земли, а из-за тряски аппарата и подвижности солдат, защищенных бронежилетами и совершенно не желающих быть убитыми, требуется быстрая реакция механизмов на сигналы по наводке оружия, т. к. из-за инертности аппарата наблюдается т. н. гистерезис, т. е. ответная запоздалая реакция системы позиционирования и реакции коптера на изменение положения оружия, поэтому стреляющий агрегат дрона и система управления оружием нуждаются в сложных решениях – всё это увеличивает стоимость и размеры коптера.
Применение дробовых ружей не всегда решает проблему из-за их небольшой дальности стрельбы, т. к. даже на средней высоте полета их непросто сбить из стрелкового оружия.
Использование легких коптеров в качестве тарана — дорогое «удовольствие». Тратить хороший коптер для поражения дронов противника методом кинетического перехвата (hard-kill) — дорого, да и не всегда такой метод приводит к выводу аппарата противника, такого как «Баба Яга», к крушению. Он достаточно живуч и может лететь даже с повреждением одного винта.
Перспективный способ поражения ударного дрона-камикадзе лазером пока в становлении, и он не очень-то мобильный – использовать его на локальной позиции нецелесообразно. К тому же «свет» лазера легко обнаруживаемый, следовательно, легко поражаемый артиллерией, против которой у него «нет методов».
Да, стрельба по пехоте из коптера является возможной, но при этом круговое вероятное отклонение будет «запредельным», поэтому при таком количестве сложно компенсируемых факторов попасть в солдата можно только на близком расстоянии, на котором коптер сам становится уязвим для многих средств поражения.
Преимуществом малых беспилотных летательных аппаратов является их небольшой размер, что превращает их в трудную для поражения цель. Поэтому для противника дроны – это единственная надежда на организованное сопротивление нашим Вооруженным Силам. Поиск средств для купирования опасности, исходящей от дронов, осуществляется многими разработчиками.
Способы кинетического поражения дронов-камикадзе стреляющими дронами-перехватчиками всё-таки являются более надежными, и они, конечно же, будут развиваться. При этом тактику применения стреляющих дронов-перехватчиков придется подгонять под реалии. А они таковы:
- в качестве приоритетных целей для дронов-перехватчиков должны выступать ударные и/или разведывательные БПЛА противника, как наносящие максимальный вред;
- лучшим способом борьбы с ударными дронами-«камикадзе» является их кинетическое уничтожение (дробью, картечью, шрапнелью);
- стрелять по мультикоптерам противника нужно с максимально близкого расстояния – тогда есть вероятность попадания, а чтобы сноп дроби успел раскрыться, целесообразно применять устройства, позволяющие обеспечить быстрый разлёт дроби (насадками или специальными пыж-контейнерами).
- обеспечить возможность автоматического резкого ухода перехватчика, стреляющего с близкого расстояния, от лобового столкновения с целью;
- наличие мощной отдачи от выстрела требует новой технологии и способа стрельбы; маленькие летательные аппараты не могут нести сколь-нибудь большой арсенал поражающих средств, поэтому они должны иметь возможность гарантированного поражения дронов противника с минимального расстояния одним-двумя выстрелами;
- уничтожение БПЛА самолётного типа возможно перехватчиком на встречных курсах; коптер-перехватчик должен быть оборудован видеокамерой-прицелом и выносным направленным микрофоном для поиска дронов противника;
- необходимо разработать акустические обнаружители дронов, улавливающие звук работы винтов, т.к. противник уже применяет не отсвечивающие в электронном поле способы управления, а винты любых коптеров «жужжат» достаточно громко;
- обнаружение и уничтожение малого коптера ночью можно осуществить по звуку и тепловизору, установленным на дроне-перехватчике; управление перехватчиком целесообразно осуществить по инфракрасному (ИК) каналу, а видео- и звукоряд с перехватчика можно передавать по радиоканалу. Причем ИК луч целесообразно устанавливать в рефлектор и направлять узкий ИК луч на перехватчик, который может быть оборудован специальным светодиодом-«маячком», на который ориентируется рефлектор ИК-диода станции управления. Это позволит увеличить дальность управления.
И т.к. концепция применения коптеров-перехватчиков предусматривает преимущественное их применение над боевой позицией или локальным гражданским объектом, то преимущество инфракрасной передачи сигналов перед радиоуправлением будет иметь преимущество, а оно таково: малое энергопотребление; отсутствие электромагнитных помех; радиомаскировка станции управления; высокая защищённость передаваемой информации от перехвата; легкая малогабаритная конструкция приемника и передатчика; быстрое развёртывание; дешевизна.
Пассивный акустический способ обнаружения дронов противника над локальной позицией является легко реализуемым, так как малогабаритную станцию акустического обнаружения дронов можно упаковать в носимые ранцы, при этом она мало потребляет электроэнергии, поэтому должна работать постоянно. Её невозможно обнаружить средствам радиоэлектронной разведки противника. Противник может «догадаться» о способе управления перехватчиков по ИК-каналу и установить на свои дроны датчики ИК-излучения, поэтому во избежание засечки противником станции управления, включение узкого луча ИК канала управления перехватчиком должно происходить только на время передачи сигналов управления в полете, что затруднит определение её местоположения. Выносить штанги с микрофонами и ИК-диодом целесообразно над деревьями или на открытом месте вдали от охраняемой позиции, а передачу потока информации на ИК-диод управления можно осуществить по проводу.
Для решения проблем с отдачей, влияющей на носитель оружия, предлагается одноразовое стреляющее устройство, которое само по себе является отстреливаемой назад противомассой. При этом стреляющее устройство до выстрела надежно удерживается электромагнитом на направляющей коптера-перехватчика, а при подаче электроимпульса на воспламенитель порохового заряда происходит отключение электромагнита удержания, поэтому стреляющее устройство теряет механическую связь с носителем, и при выстреле и отдаче не оказывает на носитель никакого влияния, и, из-за кратковременности производства выстрела, не изменяет своего положения (нацеливания) в пространстве, при этом после выстрела отстреливается назад отдачей.
Технический результат при реализации изобретения позволяет обеспечить: вооружение легких БПЛА огнестрельным оружием любого подъемного калибра; надежность выстрела за счет полного исключения подвижных механических частей в стреляющем устройстве и направляющей; селективный выбор типов снарядов для разных задач; установку сборок стреляющих устройств в разнообразных вариантах форм для установки их на носитель в удобных местах; резкий уход вверх из-за потери массы во время выстрела, предотвращающий лобовое столкновение с целью; проведение скрытной стрельбы при применении стволов с отсечкой газов или с использованием ружейных глушителей; а также установку снарядов в виде раскрывающихся сеток для «ловли» вражеских дронов.
Стреляющее устройство — это одноразовый боеприпас в виде одноствольного оружия дальнего и/или близкого боя, ствол которого заглушен со стороны казенника и которое выстреливает один снаряд.
В одном из вариантов исполнения стреляющее устройство содержит ствол, дульный конец которого закрыт крышкой от воздействия атмосферных явлений, и ввинченный в массивную камеру заряжания, внутри которой расположен пороховой заряд с электровоспламенителем, уплотненный спереди пыжом, и дробовой заряд, зафиксированный спереди прокладкой, прижатой ввинченным стволом.
Схема стреляющего устройства
Важной особенностью обеспечения устранения влияния отдачи на носитель является удержание стреляющего устройства в/на/под направляющими посредством электромагнита, который выключается в момент подачи электроимпульса на электровоспламенитель.
Фиксация и герметизация электрического провода в камере сгорания порохового заряда осуществляется коническим резиновым уплотнителем, который также, как и пыж, является амортизатором для твердой дроби.
Количество одноразовых стреляющих устройств на носителе определяется боевой необходимостью или его грузоподъемностью и позволяет производить выбор нужного типа снаряда в стреляющем устройстве в любой последовательности.
Стенки ствола стреляющего устройства выполняются с минимальной прочностью для обеспечения надежности однократного применения, при этом, чтобы во время выстрела обеспечить высокую разность скоростей движения снаряда по отношению к движению назад ствола в безопорном пространстве, массу стреляющего устройства увеличивают добавочной инертной массой. Инертная масса может быть выполнена из любых доступных тяжелых материалов, например, из бетона.
Принцип работы стреляющего устройства в статике такой: пороховые газы в камере зажигания давят во все стороны с равной силой и, действуя в один и тот же промежуток времени на маленькую массу снаряда (дробового заряда) и на большую массу стреляющего устройства, придают им скорости, обратно пропорциональные массам: если снаряду — заряду дроби в 30 г (аналогично патрону 12 калибра) придана скорость в 400 м/сек., то стреляющему устройству в 3 кг (т. е. в 100 раз более тяжелому) будет одновременно придана скорость в 4 м/сек., т. е. в 100 раз меньшая. При этом импульсы, полученные обоими предметами, т. е. произведения массы на скорость, будут равны: 0,030х400=12 кг*м/с и 3,0х4=12 кг*м/с.
Из этого вытекает, что финальная скорость снаряда будет: 400 – 4 = 396 м/сек, т. е. на такой скорости снарядом в виде стальных шариков или твердой дроби можно причинить дрону противника повреждения, «не совместимые с жизнью». В динамике же к 400 м/сек надо прибавить скорости сближения перехватчика и БПЛА. Например, при сумме скоростей сближения в 100 км/час добавочная скорость снаряда будет равна 27 м/сек, что существенно повышает разрушающий эффект снаряда. Для информации – импульс пули автомата калибра 5,45 мм равен, в среднем, 3 кг*м/с, но попасть ей в жизненно важные узлы в маленькой ажурной конструкции дрона проблематично.
После вылета снаряда из ствола стреляющее устройство отстреливается назад реактивной силой пороховых газов. При этом движение стреляющего устройства назад никак не влияет на носитель, а его разобщение с направляющими при выстреле снизит вес полезной нагрузки, что заставит перехватчик резко приподняться вверх. Непроизвольное увеличение высоты перехватчика легко купируется автоматически или вручную посредством снижения линии прицела либо уменьшением тяги винтов. При этом масса стреляющего устройства как противомассы имеет значение только в качестве инертного тела для снижения скорости его подвижки назад в начальный период выстрела – пока не вылетел снаряд.
И так как дрон-перехватчик становится многоразовым, то имеет смысл оснастить его автоматизированными системами или «искусственным интеллектом» для поиска, автозахвата, сопровождения цели, наведения, управления огнем, автоматического производства выстрела, купирования убывающего веса, что облегчит работу оператора дрона и повысит вероятность поражения цели.
В стреляющем устройстве отсутствуют подвижные механические детали, что существенно упрощает конструкцию. Схема стреляющего устройства предполагает большую вариативность конструкционных и компоновочных схем при разработке и размещении стреляющих устройств на беспилотных аппаратах любого назначения. Электрический способ инициации метательного заряда позволяет проводить выбор нужного типа снаряда в сборке стреляющих устройств перед выстрелом и производить выстрелы залпом, дуплетом, одиночными выстрелами или поочередно (при оборудовании носителя системой автоматизированной компенсации убывающего веса стреляющих устройств).
Ведущая часть ствола стреляющего устройства для легких БПЛА преимущественно выполняется гладкой, но может быть установлена пара нарезных стволов, которые в области центра масс соединяются общим ребром, которым они удерживаются электромагнитом направляющей. Ребро удерживает стволы от проворота при закручивании пуль в нарезах. На легких БПЛА, чтобы крутящий момент не передавался на носитель, целесообразно производить выстрел дуплетом, т. е. стрелять сразу из соединенных между собой двух стреляющих устройств, оборудованных стволами с противоположными направлениями нарезов (например, один с левым, второй с правым закручиванием).
Стволы стреляющего устройства могут быть выполнены в ружейном калибре либо в произвольном – в зависимости от того, какая труба имеется под рукой. И так как дрон-перехватчик может подлететь к чужому БПЛА для его поражения достаточно близко, то длина ствола может быть короткой. Для формирования рассредоточенного снопа дроби ствол может изготавливаться или оснащаться дульными насадками. При этом в стреляющих устройствах можно применять весь комплекс типов снарядов и пуль, а также снаряжать «ловчими» сетками.
Стреляющее устройство работает следующим образом.
При обнаружении дрона противника запускается перехватчик, а система управления огнем (или оператор) наводит его на цель и производит выстрел посредством подачи по проводу электроимпульса на электровоспламенитель. В момент выстрела отключается электромагнит удержания стреляющего устройства в направляющей. Стреляющее устройство (при расположении под направляющей) на короткий временной интервал «зависает» в воздухе в наведенном на цель положении. При этом в стреляющем устройстве воспламенённый пороховой заряд своими расширяющимися газами толкает снаряд вперед, а реакция от движения снаряда вперед заставляет стреляющее устройство двигаться назад строго по оси ствола, сначала на небольшую величину, а затем, после выстреливания снаряда, стреляющее устройство с ускорением отстреливается назад, не оказывая влияния на носитель. При этом провод электровоспламенителя обрывается, или обрезается, или штекер провода выдергивается из гнезда. Дрон-носитель из-за потери массы резко взмывает вверх.
Электромагнит на направляющих может быть также использован для удержания на них мин и гранат с возможностью их гравитационного сброса на позиции противника.
Использование предлагаемого стреляющего устройства позволит повысить эффективность борьбы с беспилотными летательными аппаратами противника на поле боя и при защите объектов и позиций, а при использовании пулевого огнестрельного оружия может применяться для поражения живой силы и выполнения специальных задач.
В процессе стрельбы использованные стреляющие устройства отстреливаются силой отдачи назад из блока направляющих/держателей, при этом должно обеспечиваться их гарантированное движение в зону, безопасную для винтов перехватчика.
Изобретение позволяет применить стреляющие устройства любого подъемного калибра на перехватчике. Отсутствие отдачи оружия, действующей на перехватчик, обеспечивает его быструю ориентацию и позиционирование в пространстве и «дострел» целей. При этом выстрел в дрон противника можно осуществлять почти в упор в лобовой атаке, т.к. отключение электромагнита, удерживающего стреляющее устройство, или удаление стреляющего устройства после отстрела с направляющей облегчит перехватчик, что заставит его резко приподняться вверх, уворачиваясь от лобового столкновения с атакуемым дроном, а оператор или система позиционирования снова направляет его на маршрут дрона противника, что позволит, при необходимости, добить аппарат противника.
Беспилотник-перехватчик может рассматриваться в качестве легкого вспомогательного огневого средства для решения отдельных огневых задач. Такой БПЛА может удаляться от оператора на некоторое расстояние, атаковать найденную «мягкую» цель огнестрельным способом и/или сбрасыванием гранат и вернуться обратно. Огонь с высоты по земле может представлять элемент запугивания и деморализации противника, при этом сам дрон достаточно мал и труден для поражения.
Ситуации, в которых мог бы пригодиться такой БПЛА-перехватчик, вполне реальны и нередко встречаются в практике. Также возможно групповое применение перехватчиков в наступательных операциях в «Kill Zone». Использование же для управления роем искусственного «интеллекта» позволит существенно повысить успешность боя.
Перехватчик строится с применением готовых БПЛА. Заново необходимо спроектировать и изготовить только стреляющие устройства и направляющие, что совершенно несложно. Также необходимо обучить операторов тактике применения и, желательно, доработать и усовершенствовать программное обеспечение системы управления.
Стреляющее устройство является расходным материалом, т.к. после выстрела оно улетает на большое расстояние и искать его для повторного использования в боевых условиях нецелесообразно.
Кстати, данным стреляющим устройством можно вооружать космические «спутники-инспекторы», которые могут даже не сближаться со спутниками противника с целью «посмотреть», т.к. такой выстрел в космосе отследить сложно. При этом сам спутник-инспектор может быть микроспутником, а арсенал вооружений при этом может быть внушительным. Да и на земле, над и под водой это стреляющее устройство можно использовать с пользой для дела, устанавливая «крупный» калибр на «мелкие» носители.
На данном этапе требуется развитие и воплощение идеи, доводка и насыщение такими средствами войск.
(Патент РФ № 2842987)
Информация