управления огнем
В задачи средств поиска и управления входит следующее:
— держать под постоянным контролем всю территорию потенциального противника, акваторию Мирового океана и околоземное космическое пространство;
— обнаруживать, распознавать и следить за всеми потенциально опасными объектами (баллистическими и крылатыми ракетами, самолетами и спутниками и т. д., а после применения оружия оценить степень поражения цели;
— управлять системой ПРО, т. е. распределять имеющиеся боевые ресурсы по целям, следить за работоспособностью всех элементов системы и при необходимости вводить в действие резервные элементы, решать задачу степени опасности и необходимости применения оружия;
— точно наводить оружие на цели.
По мнению многих специалистов именно средства поиска и управления являются наиболее сложной, а значит, наименее надежной компонентой системы космической ПРО. Ведь эта система должна будет обеспечить борьбу с тысячами МБР, десятками тысяч боеголовок и сотнями тысяч ложных целей, которые необходимо сопровождать от точки их пуска до точки перехвата.
Близятся к завершению работы по созданию малогабаритного спутника наблюдения и целеуказания типа «Бриллиант Айз» («бриллиантовые глаза»), большое количество которых будет использоваться совместно с перехватчиками «Бриллиант Пеблз». Вывод в космос большого количества этих устройств позволит реализовать систему ПРО нелазерного типа.
Считается, что «глазами» космического оружия будут инфракрасные (ИК) мозаичные фотоприемники, содержащие до 20 млн. элементарных детекторов. Они имеют существенно лучшие характеристики, чем сканирующие ИК-приемники (типа телевизионных трубок): мозаичные приемники обладают коротким временем получения изображения (~100 мс) и высокой помехозащищенностью; информацию с них легко вводить в компьютер. Министерство обороны США запустило спутник «AFP-888» массой 2160 кг, главным компонентом которого является ИК-телескоп «Тил Руби» для обнаружения наземных военных целей (ракет, самолетов). Приемниками изображения в этом телескопе являются мозаичные ИК-датчики, охлаждаемые жидким неоном и метаном. Для обнаружения стартующих МБР нужны охлажденные до сверхнизких температур матрицы из теллурила ртути и кадмия. Для точного сопровождения цели матрица должна содержать по крайней мере 4000 х 4000 элементарных детекторов.
Большую трудность представляет обнаружение боеголовок после их разделения с носителем; ведь в отличие от ракеты боеголовка не имеет горячих частей. Для решения этой задачи необходимо создать длинноволновые ИК-приемники, способные обнаруживать объекты комнатной температуры, но на их работу большое влияние оказывает тепловой фон земной поверхности. Поэтому они могут успешно обнаруживать свою цель только на фоне космоса. Вследствие этого спутник обнаружения должен находиться на низкой орбите между поверхностью Земли и пролетающими над ним боеголовками, а его следящая аппаратура должна иметь большой угол обзора.
Сейчас разрабатываются новые широкоугольные оптические системы, имеющие конструкцию наподобие глаз у насекомых и некоторых ракообразных. Они состоят из большого количества стерженьковых линз, которые называются омматидиями, и создают неискаженное изображение большого поля зрения вплоть до полусферы. Это значительно упрощает компьютерную обработку изображения, захват и распознавание цели. Тем не менее задача обработки сигнала, поступающего с приемника изображения, весьма нетривиальна.
После того как цель обнаружена, встает задача ее распознавания и селекции (т. е. отделения ложных целей от истинных ракет и боеголовок). Системы селекции пассивного типа исследуют излучение самой цели, а активные системы воздействуют на цель потоками квантов или частиц и изучают результаты этого воздействия. Истинные боеголовки отличаются от ложных целей главным образом гораздо большей массой, а форма и свойства поверхности их могут быть почти неразличимы. Поэтому считается более надежным использовать для селекции целей не радиолокаторы и тепловые датчики, а пучки нейтральных частиц. Под воздействием такого пучка облучаемый объект испускает нейтроны и гамма-лучи пропорционально его массе. Надувную оболочку из пластика в форме боеголовки с металлическим покрытием радиолокатор не сможет отличить от истинной цели, а при облучении этой боеголовки пучком нейтральных частиц такая ошибка исключена. В ответ на это противник в принципе может дезориентировать средства распознавания целей, снабдив свои ложные цели устройством, которое при облучении пучком частиц испускает нейтроны. В 90-х годах ВВС США намерены провести летные испытания по селекции целей с помощью пучка частиц. На орбиту высотой около 300 км с помощью «шаттла» будет выведен в сложенном виде ускоритель длиной 35 м и массой 20 т, а также спутник-мишень и спутник с приборами, регистрирующими нейтроны и гамма-лучи. Ускоритель будет создавать пучок атомов водорода или дейтерия с энергией 50 МэВ и мощностью пучка до 2,5 МВт. Электропитание будет обеспечиваться кислородноводородными топливными элементами.
В огромной степени работоспособность всей системы ПРО зависит от надежности управляющих компьютеров. Но, как известно, память компьютера не обладает абсолютной надежностью: время от времени, случайным образом в ней возникают сбои. Обычно их источником являются быстрые альфа-частицы, испущенные ядром тяжелого атома при радиоактивном распаде и поражающие основу памяти компьютера — кремниевые кристаллы. Так как радиоактивные ядра в небольших количествах присутствуют почти во всех материалах, с проблемой надежности компьютерной памяти люди столкнулись уже на Земле. В околоземном пространстве вблизи или внутри радиационных поясов фон заряженных частиц значительно выше, чем у поверхности Земли, и вероятность возникновения сбоя памяти значительно возрастает.
После того как цель обнаружена, идентифицирована и принято решение об ее уничтожении, необходимо произвести прицеливание. Чем меньше диаметр пятна от луча лазера или пучка заряженных частиц, тем сложнее его навести на цель. Для большинства видов космического оружия в качестве прицела будут применяться настоящие телескопы с объективом диаметром порядка метра. Не исключено, что при наведении лазерного луча на цель будет использован эффект обращения волнового фронта. Для этого цель необходимо осветить маломощным лазером, а отраженный от нее свет, пройдя оптическую систему мощного боевого лазера, сам запустит поражающий импульс точно в том направлении, откуда он пришел, т. е. по направлению к цели.
Проблемы реализации первоначальной программы СОИ
Системы космического базирования
Возможность создания больших космических противоракетных систем, основанных на лучевом оружии, на современном уровне маловероятна, в первую очередь из-за проблемы энергообеспечения работы оптических лазеров на орбите. Для глобальной противоракетной обороны, «эффективно защищающей территорию США от ракетной атаки», о которой шла речь в многочисленных заявлениях американского руководства, необходимо, по самым скромным подсчетам, не менее 100 лазеров мощностью 20 мегаватт, вращающихся на различных орбитах. Наиболее глубоко разработанные в настоящее время химические лазеры на фтористом водороде при максимальном теоретически возможном КПД потребляют килограмм горючего на один мегаджоуль излучаемой энергии. Для уничтожения современной ракеты на стадии ускорения расходы энергии составят 300 мегаджоулей. При атаке 1000 ракет, что приблизительно соответствует современному числу межконтинентальных баллистических ракет России или США, для их уничтожения необходимо 300 тыс. кг горючего. Однако, поскольку над территорией противника в конкретный момент будет находиться только незначительная часть лазеров, вращающихся на низких орбитах, общее количество горючего на орбитах, необходимое для разрушения атакующих ракет противника с учетом соответствующего уровня резервирования, достигнет 8 млн. кг.
Современный американский челночный корабль типа «Шаттл» способен доставить на орбиту 15 т грузов. Следовательно, только чтобы вывести в космос горючее для лазеров потребуется более 500 полетов челночных кораблей. Такого же количества рейсов потребует вывод на орбиту самих лазеров, зеркал, систем наведения и других компонентов ПРС, способной уничтожить 1000 ракет. Не говоря о том, что это невыгодно по чисто экономическим соображениям (стоимость доставки на орбиту и сборки одной лазерной платформы в 2–3 раза превышает стоимость современной МБР), развертывание такой системы на современном уровне развития технологии и техники космических полетов просто нереально.
Схема выведения компонентов системы СОИ шаттлами на орбиту
Таким образом, в ближайшем будущем речь может идти только о создании «ограниченных» систем ПРО космического базирования. Одним из наиболее перспективным вариантов ПРС в военно-промышленных кругах США считается система из 18 боевых лазерных платформ с 4-метровыми зеркалами и дальностью действия до 500 километров, размещенных на полярных орбитах. Предполагается, что ПРС будет способна уничтожать 15 ракет за 100 секунд или 100 ракет за 15 минут (при рассредоточенном запуске).
Популярна также в кругах американских специалистов идея о создании так называемых «подпрыгивающих» рентгеновских лазеров, запускаемых с атомных ракетоносцев, находящихся у территории противника при начале ответной ракетной атаки с его стороны. Но и она вряд ли способна привести к созданию надежного «космического щита» над США и достижению возможности нанесения первого удара. Реализация этой идеи требует выведения и развертывания ПРС космического базирования за время, не превышающее 2–3 минуты, и разработки ракет, намного более мощных, чем огромная «Сатурн-5», использовавшаяся при полете астронавтов на Луну. Кроме того, подобные системы оказываются чрезвычайно уязвимыми для контратаки с земли и с верхних слоев атмосферы.
Для претворения в жизнь идеи «подпрыгивающих» лазеров потребовались бы разработка нового класса подводных ракетоносцев, способных осуществлять одновременный запуск большого числа ракет, и создание новых сложнейших систем коммуникации и связи с подлодками. Все это, по мнению российских экспертов, делает разработку КПС на основе рентгеновских лазеров стратегически и экономически нецелесообразной перед лицом ответных действий противника.
Не менее сложные проблемы как технологического, так и экономического плана стоят перед разработчиками мощных сверхвысокочастотных (СВЧ) генераторов и пучкового оружия. Микроволновое сверхвысокочастотное излучение теоретически может быть использовано для уничтожения ракет в космосе, однако техническое осуществление этого проекта требует создания СВЧ-генераторов и источников питания мощностью в десятки и сотни мегаватт и антенных систем огромных размеров — от нескольких сотен метров до нескольких километров. Создание подобных систем в космосе (помимо всего прочего чрезвычайно уязвимых и дорогостоящих), по мнению большинства экспертов, технически вряд ли возможно по крайней мере до начала следующего столетия.
Что же касается пучкового оружия, разработка которого ведется в ряде лабораторий США с 1958 г., то здесь возникают проблемы другого характера. Большая проникающая способность пучкового оружия привлекает к нему пристальное внимание стратегов из Пентагона, но по некоторым оценкам даже предварительная модель этого оружия будет стоить не менее 20 миллиардов долларов.
Система наземных лазеров и орбитальных зеркал
Когда специалисты оценили всю сложность размещения лазеров в космосе, появилось несколько проектов, в которых предусматривалось монтировать коротковолновые лазеры на стационарных наземных установках, а в космосе развернуть систему зеркал для трансконтинентальной передачи лазерного луча и наведения его на цель. Эта идея требует непременного использования адаптивной оптики, с большой скоростью реагирующей на изменение структуры атмосферы и соответствующим образом перестраивающей форму волнового фронта лазерного луча так, чтобы за пределом атмосферы луч все время имел минимальную расходимость. Адаптивные оптические системы сейчас уже существуют, но эффективность их пока невелика.
Один из вариантов поражения МБР на активном участке траектории
Предполагается, что использование химических лазеров, генерирующих излучение в «окнах прозрачности» атмосферы и установленных на горных массивах на высоте свыше 4000 метров над уровнем моря, где атмосфера значительно менее плотная, позволит разрешить технические трудности, связанные как с созданием систем ПРО наземного базирования, так и с реализацией идей СОИ (вывод на околоземные орбиты громоздких лазеров и химического горючего, необходимого для их работы). В последнем случае излучение наземных лазеров будет фокусироваться с помощью огромных зеркал, размещенных на геостационарных орбитах (36000 км), и направляться на ракеты или самолеты противника с помощью значительно меньших по размерам боевых зеркал, расположенных на низких орбитах (300–500 км).
Глобальная противоракетная система этого типа будет состоять минимум из 12 лазеров, работающих на флюориде криптона или ксенона, размещенных высоко в горах и обладающих мощностью не менее 400 мегаватт. При этом сильное поглощение, рассеивание и атмосферные эффекты не позволят довести до боевых зеркал более 1/10 первоначальной мощности лазерного излучения.
Одновременно требуется создание зеркал диаметром до 50 метров на земле, до 30 метров на геостационарной орбите и боевых наводящих зеркал меньшего размера на низких орбитах.
Получение невероятно высоких мощностей неизбежно приведет к огромным технологическим трудностям даже при использовании усилителей на «свободных электронах» или систем сложения импульсов десятков отдельных лазерных модулей. Кроме того принципиально невыясненным является вопрос о возможности работы при столь высоких мощностях зеркал и другой оптики.
Достижение необходимой плотности энергии при радиусе действия космических противоспутниковых систем в несколько тысяч километров и реально достижимых в ближайшие годы мощностях лазерного излучения требует создания огромных зеркал диаметром 15–30 метров и систем их наведения высочайшей точности (10-7 радиана). Чтобы реально представить точность наведения, необходимую для отслеживания и уничтожения МБР, ее можно сравнить с точностью, необходимой для того, чтобы попасть из Вашингтона в десятицентовую монетку, находящуюся в Нью-Йорке на расстоянии 350 километров. Такая точность уже достигнута в телескопах при исследовании астрономических объектов, однако в данном случае речь идет о необходимости разработки систем наведения значительно больших размеров и существенно более высокой скорости перефокусирования и перенаведения (около ОД с) в условиях всевозможных помех и возмущающих воздействий, создаваемых как противником, так и самой «лазерной пушкой». Синхронная же работа нескольких десятков лазерных станций, обеспечение необходимого уровня контроля и коммуникации, а также способности распознавания реальных боеголовок среди сотен тысяч ложных мишеней при наличии оптических и электронных помех, создаваемых противником, оценивается многими экспертами как нереальная задача на ближайшие десятилетия.
«Силайт» — установка для наведения лазерного луча на космические объекты
Ненадежность систем управления
Человеку, не связанному с компьютерами, может показаться, что с передачей функций управления оружием от человека к компьютеру надежность системы в целом возрастает. Это не совсем так. Возрастает быстродействие и точность системы, но степень ее надежности, связанная с тем, что программированием современных компьютеров занимаются люди, не изменяется. К тому же жизненно важные для человека как биологического вида функции нашего мозга зарезервированы в нем с огромной избыточностью, а при программировании ЭВМ такая избыточность никогда не используется.
Ошибочное срабатывание крупных стратегических систем, связанное с неверным программированием, удавалось до сих пор предотвращать. Например, 3 июня 1980 г. система НОРАД выдала ложное сообщение, что на США движутся советские ракеты. В результате были приведены в повышенную готовность стратегические бомбардировщики с ядерным оружием на борту, запущены их двигатели, заняли свои места в кабинах члены экипажа. Виной ошибки оказалась неисправность компьютера, которую не учли разработчики программного обеспечения. Особенно опасно то, что такие ошибки происходят все чаще. У той же системы НОРАД число сбоев возросло с 25 за первую половину 1978 г. почти до 250 за первую половину 1983 г. Причину этого понять несложно.
Если в начале «ядерной эры» средства нападения были однотипными и сравнительно легко отождествимыми (тяжелые бомбардировщики и мощные МБР), то сейчас они стали весьма разнообразными и изощренными (ракеты различных типов, самолеты любого веса, крылатые ракеты, ядерная артиллерия, а в перспективе возможны «космические мины», наземные мобильные носители и т. п.). Поэтому граница между носителями ядерного оружия и всеми иными подвижными объектами, постоянно понижается, и соответственно уменьшается устойчивость военно-стратегического равновесия. Понижение порога дискриминации выражается в увеличении числа ложных срабатываний в системах раннего обнаружения.
Но ведь предотвращали ошибочные решения ЭВМ до сих пор люди, время реакции у которых (минуты) было короче подлетного времени ракет (десятки минут). В случае же перспективной системы космической ПРО перехват ракет должен производиться на активном участке их полета, длительность которого может быть сокращена до 100 с. В этом случае вмешательство человека исключается, и ошибочное решение управляющей системы об «ответном ударе» в действительности может стать решением о начале третьей мировой войны.