Точка крепления (противоракетная оборона)

Тестовый запуск HIBEX в Уайт-Сэндс.

Hardpoint (ПРО) малой дальности, — это предлагаемая система противоракетной обороны задуманная ARPA и разработанная армией США в рамках программы ARPA Project Defender . с учетом относительно низкой точности советских Hardpoint был разработан межконтинентальных баллистических ракет , что затрудняло уничтожение ракетных шахт . Идея заключалась в том, чтобы стрелять только по боеголовкам, которые должны были поразить землю на смертельном расстоянии от шахт, игнорируя остальные и позволяя им упасть на землю. Это подействовало как мультипликатор силы , позволив небольшому количеству перехватчиков компенсировать большое количество советских ракет.

Для выполнения этой задачи концепция Hardpoint предполагала чрезвычайно быстрое и точное отслеживание приближающихся боеголовок. Это привело к разработке радара с демонстрационной решеткой Hardpoint , или HAPDAR , радиолокационной системы с пассивной решеткой , которая была построена на ракетном полигоне Уайт-Сэндс в начале 1960-х годов. Hardpoint также полагался на ожидание до последней секунды перед запуском приближающихся боеголовок, как для обеспечения точности траектории, так и для предотвращения возможности маневрирования возвращаемых боеголовок . Это привело к экспериментам с ракетами HiBEX и UpSTAGE , в которых проверялось ускорение до 377 g .

К этой концепции проявился некоторый интерес со стороны армии и ВВС США , которые продолжили изучение базовой концепции под названием Hardsite . В конечном итоге, как уже несколько раз случалось в прошлом, ВВС в конечном итоге отвергли любое участие армии в «своей» стратегической роли, а различные последующие исследования не дали результатов. В более поздней разработке, известной как LoADS, рассматривалось объединение ракеты и радара в ракетную шахту в рамках ракетной программы MX , но в конечном итоге от нее отказался Рональд Рейган .

История

Найк Зевс

Основная статья: Найк Зевс

В конечном итоге Hardpoint ведет свою историю от программы Nike Zeus конца 1950-х годов. общего назначения Nike Zeus — противоракета (ПРО), предназначенная для обеспечения защиты от любых атак баллистических ракет. По мере продолжения программы стало ясно, что система столкнулась с рядом серьезных проблем, которые предполагали, что она в конечном итоге станет бесполезной еще до того, как ее можно будет развернуть.

Среди проблем было то, что в системе «Зевс» использовались радары с механическим управлением, что требовало по одному радару на каждую цель. Типичный объект Zeus может иметь четыре таких радара слежения за целями. Это было разумное количество, когда советский ракетный флот насчитывал несколько десятков ракет, но было ясно, что они производят больше ракет, и объекты «Зевс» в конечном итоге столкнутся с большим флотом. В отчете Группы оценки систем вооружения (WSEG) сделан вывод, что атака четырьмя боеголовками приведет к тому, что одна из них пройдет в 90% случаев, что Советы могли легко себе позволить к тому времени, когда «Зевс» был полностью боеспособен в начале 1960-х годов.

Еще одна серьезная проблема заключалась в использовании радиолокационных ложных целей. Они состоят из легкой металлической фольги или пластика с металлическим покрытием, которые обеспечивают радиолокационную отдачу, неотличимую от возвращаемых аппаратов , если их видеть на радаре на большом расстоянии. Первые межконтинентальные баллистические ракеты запускали очень тяжелые ядерные боеголовки , а когда стали доступны более легкие конструкции боеголовок, у этих ракет появились значительные остаточные характеристики, которые они могли использовать для запуска этих ложных целей. Для Зевса они выглядели бы как дополнительные боеголовки, которые нужно было атаковать, а это означало, что одна межконтинентальная баллистическая ракета с небольшим количеством ложных целей достигла бы предела в четыре «боеголовки», с которым мог справиться Зевс. WSEG предположил, что даже одна ракета с приманками почти наверняка победит Зевса.

Если этого было недостаточно, ядерные испытания, проведенные на больших высотах в конце 1950-х годов, продемонстрировали новый и неожиданный эффект, который привел к радара отключению на территории в сотни миль. Сегодня это известно как ядерное отключение . Советы могли использовать этот эффект, взорвав одну боеголовку вне досягаемости ракет «Зевс», вызвав затемнение всей территории. Это не позволило бы радарам «Зевса» увидеть боеголовки за взрывом, и к тому времени, когда боеголовки пролетели через зону затемнения в верхних слоях атмосферы, «Зевсу» было уже слишком поздно атаковать их.

Защитник проекта

Когда проблемы с Зевсом стали очевидны, президент Эйзенхауэр попросил недавно созданную ARPA изучить проблему и предложить потенциальные решения. Они организовали комплексный проект, известный как Project Defender , который породил множество подпроектов, в которых рассматривались все аспекты: от того, как отличить ложные цели от боеголовок на большом расстоянии, до высокотехнологичного оружия, такого как лазеры .

Из этих испытаний стало ясно, что проблемы с ложными целями и затемнением имеют одну и ту же ахиллесову пяту ; они работали только в космическом пространстве или в самых верхних пределах атмосферы. Ложные цели были настолько легкими, что сопротивление начало замедлять их еще на большой высоте, тогда как гораздо более плотная боеголовка не замедлялась заметно до тех пор, пока они не опустились намного ниже. Выбрать возвращаемый аппарат можно было, сравнив различные замедления на высоте около 60 километров (37 миль). Затемнение также зависело от физических эффектов, которые происходили только в верхних слоях атмосферы, а также на нижней границе около 60 км.

Это обеспечило решение проблем Зевса; Система ПРО могла бы успешно атаковать боеголовки, если бы она могла собирать информацию слежения и успешно атаковать боеголовки на высотах ниже 60 км. Для этого потребуется радар с очень быстрым сканированием, что стало возможным благодаря новым методам активной антенной решетки с электронным сканированием (AESA). В сочетании с новым компьютером, такой радар также сможет отслеживать десятки объектов одновременно, исключая возможность простого подавления системы из-за их количества. Системе также потребуется ракета, соответствующая этим характеристикам, способная осуществлять перехват всего за пять секунд. К 1963 году стало ясно, что Зевс бесполезен, и армии было приказано использовать свои средства для разработки новой системы, включающей эти идеи. Это стало проектом Nike-X .

В рамках того же исследования ARPA рассматривался ряд других потенциальных концепций систем ПРО. Пока армия продвигала Nike-X, Project Defender продолжал изучать другие возможности. Среди них была концепция, которая в конечном итоге стала называться Hardpoint.

Точка крепления

Ранние МБР при подготовке к пуску были совершенно незащищенными. Поскольку эта подготовка заняла около 15 минут, ракеты считались уязвимыми для скрытых атак.

(SAC) ВВС Одной из концепций, рассматриваемых с самых первых дней программы «Зевс», была идея использования ракет для защиты баз Стратегического авиационного командования . Их было всего несколько десятков, и существовали опасения, что скрытая атака даже ограниченного количества советских ракет может уничтожить большую часть парка бомбардировщиков САК на земле. Когда в 1960-х годах на смену пилотируемым бомбардировщикам пришли межконтинентальные баллистические ракеты, такая же озабоченность стала выражаться по поводу безопасности ракет, особенно первых образцов, которые имели длительное время заправки топливом и были незащищены во время подготовки к запуску, который занимал около 15 минут.

Живучесть парка межконтинентальных баллистических ракет США была значительно повышена за счет использования ракет, хранящихся в ракетной шахте , и особенно ракеты «Минитмен» , которая постоянно поддерживала свою инерциальную систему наведения во включенном состоянии и могла быть запущена за несколько минут. По сравнению с системой защиты города, где одна боеголовка, уклоняющаяся от перехвата, может привести к миллионам жертв, атака на эти шахты не окажет никакого влияния на другие ракеты. Таким образом, в этом случае, даже если система провалит несколько перехватов, те шахты, которые она защищает, будут чрезвычайно эффективны с точки зрения сохранения противодействия.

Кроме того, перехват был технически проще. Согласно данным, полученным британскими и американскими спецслужбами, точность первых советских систем наведения составляла порядка нескольких миль. Это означало, что вероятность того, что отдельная советская боеголовка уничтожит американскую шахту, была настолько мала, что им пришлось использовать несколько боеголовок для каждой шахты, чтобы гарантировать ее уничтожение. США могли бы отслеживать приближающиеся боеголовки и определять, какие из них, если таковые имеются, действительно приближаются к шахтам, а затем атаковать только те, которые попадут в пределы этой смертельной дальности. В таком обмене небольшое количество ракет-перехватчиков могло бы успешно защититься от очень крупной контрсиловой атаки, измотав ее до такой степени, что она могла бы использовать огромное количество советского ракетного парка и оставить флот США практически нетронутым. Это дало бы США огромное стратегическое преимущество, настолько великое, что Советы не захотели бы начать атаку с таким исходом.

Чтобы это было успешным, траектории приближающихся боеголовок должны быть чрезвычайно точными и создаваться очень быстро. Серьезной проблемой для системы Nike-X была высокая стоимость ее радара MAR. Это было разработано для обнаружения боеголовок противника на большом расстоянии, быстрого определения их маршрутов и последующего использования определения скорости для распознавания ложных целей. Чтобы обеспечить все эти функции, MAR использовала радар с АФАР, в котором каждый элемент решетки представлял собой автономный передатчик/приемник. Это было дорого и чрезвычайно сложно подключить.

Наконец, система должна была быть дешевой. Основная идея Hardpoint заключалась в том, что обороняющемуся нужно меньше ракет, чем атакующему, чтобы компенсировать любое пополнение своего флота, но ракеты и радиолокационные системы, которые их приводили в движение, были сложными и дорогими. Следовательно, система должна была быть менее дорогой, чем ракеты, которые она будет компенсировать, а не просто менее многочисленными. В противном случае, возможно, будет дешевле построить больше ракет «Минитмен». Сегодня эта концепция известна как критерии Нитце .

Хотя испытания Hardpoint считались весьма успешными, к моменту свертывания программы стало ясно, что Советы соблюдают Договор по ПРО и, похоже, заинтересованы в дальнейшем сокращении количества боеголовок в рамках процесса ОСВ-2 . Проект завершился с общими затратами около 25 миллионов долларов на HAPDAR и HiBEX и еще 26 миллионов долларов на PRESTAGE и UpSTAGE.

Хардсайт

Работа ARPA над Hardpoint вызвала достаточный интерес, чтобы привести к некоторой работе армии и ВВС США над аналогичной концепцией, известной как Hardsite . Разница заключалась в том, что эти системы будут использовать существующую технологию Nike-X вместо собственных специализированных ракет и радаров. Первоначальная идея заключалась в том, чтобы использовать площадку Nike-X в городе для защиты близлежащих военных баз, например аэродрома. Это можно было бы обеспечить, разместив удаленную пусковую площадку рядом с целью и осуществляя перехват с радара MAR, который в любом случае был бы установлен.

Hardsite был достаточно интересен для армии и военно-воздушных сил, чтобы провести последующее исследование Hardsite-II, чтобы рассмотреть возможность создания специальной базы Sprint, прикрывающей ракетные поля США. Первоначально поддерживая концепцию Hardsite, к 1966 году ВВС стали выступать против нее в основном по тем же причинам, по которым они выступали против Зевса в той же роли. Если деньги должны были быть потрачены на защиту Минитмена, они считали, что деньги лучше потратить ВВС, чем армию. Как отметил Мортон Гальперин :

Отчасти это была рефлекторная реакция, желание не защищать ракеты ВВС «армейскими» ПРО. ... ВВС явно предпочитали, чтобы средства противоракетной обороны использовались ВВС для разработки новых твердокаменных шахт или мобильных систем.

НАГРУЗКИ

Основная статья: Программа Sentry

В рамках продолжающихся дебатов о том, как лучше всего защитить ракету MX от нападения, была предложена система, подобная Hardpoint. Эта система, первоначально известная как LoADS, была основана на ракете, по существу идентичной оригинальной HiBEX. Основное изменение заключалось в использовании недавно разработанных радиолокационных систем, которые были настолько малы, что их можно было упаковать в контейнер вместе с ракетой. MX будет упакован в аналогичный контейнер вместе с еще 22 контейнерами-приманками. Затем MX и LoADS будут случайным образом перемещаться по группе из 24 шахт, чтобы Советы не знали, в какой шахте они находятся. При предупреждении об атаке радар поднимался из шахты, наблюдая за приближающимися боеголовками, чтобы увидеть, есть ли все приближались к шахте с МХ, и ракета стреляла только в этом случае. Когда Рональд Рейган выбрал Dense Pack в качестве окончательного базового решения для MX, LoADS, к тому времени известный как Sentry, был отменен.

Описание

Вскоре после того, как было принято решение о переходе с Nike Zeus на Nike-X, Project Defender решил начать разработку недорогой радиолокационной системы — демонстрационного армейского радара Hard Point, или HAPDAR, а также нового радара малой дальности и высокой дальности действия. ракета-ускоритель HiBEX. Во время первоначального определения проекта США начали изучать маневренные боеголовки (MARV), которые были предназначены для обхода советской противоракетной обороны за счет постоянного движения и тем самым нарушения любого заранее рассчитанного курса перехвата. ARPA решила добавить еще один этап исследований, чтобы рассмотреть возможность создания высокоманевренной второй ступени, которую можно было бы использовать для противодействия советским MARV. Это стало «Экспериментом по ускорению и наведению верхней ступени» или UpSTAGE.

ХАПДАР

Радар HAPDAR был встроен в существующее здание радара обнаружения Zeus.

Миссия Hardpoint полностью отличалась от миссии Nike-X. Защищаемая территория была меньше, размер ракетного поля вместо большого пригородного города, поэтому первоначальное обнаружение на большом расстоянии можно было обеспечить с помощью других радаров, таких как радар обнаружения периметра (PAR). В способности MAR дискриминации не было необходимости, поскольку ложные цели и затемнение радара находились значительно выше высот, на которых могла работать система. Требовалась очень высокая точность и очень высокая скорость сканирования, чтобы можно было быстро рассчитать точные траектории и с такой степенью точности, которая позволила бы обнаружить опасные боеголовки. Результатом стал демонстрационный армейский радар Hard Point, или HAPDAR.

Для этой задачи команда ARPA выбрала несколько более простую концепцию пассивной решетки с электронным сканированием (PESA), в которой есть один передатчик и приемник, а также ряд фазовращателей, расположенных в решетке. В HAPDAR передатчик посылает когерентный сигнал, который освещает заднюю часть массива переключателей на лицевой стороне радара. Каждый переключатель имеет антенну на стороне, обращенной к передатчику, и еще одну антенну снаружи решетки. Когда сигнал принимается сзади, он проходит по коаксиальному кабелю или волноводу к внешней антенне, где ретранслируется. Механизм переключения имеет более одного пути от задней части к передней, каждый из которых добавляет дополнительную длину к общему пути сигнала, тем самым задерживая сигнал на выбранную величину. Смещая некоторые части сигнала, а не другие, волновой фронт меняет направление, позволяя лучу управляться без движущихся частей.

В случае конструкции HAPDAR Сперри использовал новую конструкцию, известную как TACOL, сокращение от «Вычисляемая линза с тонкой апертурой». Основная концепция заключалась в том, что задняя часть массива фазовращателей обычно имела форму кривой, поэтому сигнал достигал всех фазовращателей одновременно. В TACOL фазовращатели индивидуально модифицируются для вставки той же самой задержки, что позволяет сделать заднюю поверхность антенны плоской. В системе использовался один передатчик клистрона и было 2165 сдвигов, каждый из которых имел трехбитный сдвиг (значения от 0 до 7). Дополнительные 1585 неактивных каналов дополнили антенну из 3750 элементов.

Система управлялась UNIVAC 1218, военизированной версией компьютера UNIVAC 418 . Он мог воспроизводить до пяти треков одновременно.

HiBEX

Хотя на этом изображении это не так легко увидеть, белая коническая секция справа представляет собой систему «плавников». Газы, впрыскиваемые между конусом и внутренним соплом ракеты, создавали направленную тягу.

Целью Hardpoint было перехватить приближающиеся ракеты на достаточном расстоянии, чтобы не допустить их смертельного радиуса боеголовок. Номинально это было установлено на высоту около 20 000 футов (6 100 м). На этой высоте боеголовки противника будут двигаться со скоростью около 10 000 футов в секунду (3 000 м/с), а это означало, что перехватчикам придется действовать очень быстро.

Чтобы выяснить, возможна ли такая система, ARPA и Ракетное командование армии США профинансировали разработку HiBEX, при этом Boeing был генеральным подрядчиком, а Hercules поставляла новый твердотопливный ракетный двигатель . По сути, HIBEX был уменьшенной версией концепции Sprint: около 16 футов (4,9 м) в длину и 3,6 футов (1,1 м) в диаметре. Он был оснащен ракетой мощностью 2180 килоньютонов (490 000 фунтов силы) и, поскольку весил всего 2600 фунтов (1200 кг), давал ракете начальное ускорение 377 г и максимальную скорость 8400 футов в секунду (2600 м/с). ). С февраля 1965 года по январь 1966 года по ракетному полигону Уайт-Сэндс (WSMR) было выпущено не менее семи ракет HiBEX.

UpSTAGE

После успеха HiBEX ARPA начала первоначальную работу над проектом PRESTAGE, в котором изучалась концепция внешнего горения, новая идея, которая, по-видимому, обеспечивает простой способ создания огромных боковых ускорений. Этот проект был реализован компанией McDonnell-Douglas и экспериментировал с рядом различных концепций.

В 1968 году APRA начала проект UpSTAGE. В системе использовалась новая система маневрирования «финлет», которая впрыскивала горячий газ между фюзеляжем и выхлопом ракеты, что обеспечивало огромную боковую тягу до 300 г и время отклика порядка миллисекунд. Маневрирование было настолько быстрым, что системе пришлось использовать недавно разработанный кольцевой лазерный гироскоп, поскольку механические гироскопы не могли реагировать достаточно быстро. Слежение осуществлялось существующими радарами сопровождения целей Zeus, а инструкции передавались машинам UpSTAGE с земли. С ноября 1971 по август 1972 года на WSMR было проведено пять испытаний UpSTAGE.

Ссылки

Библиография

• Рид, Сидни (1991). Технические достижения DARPA, Том 2 . Институт оборонного анализа.
• Кахрилас, П.Дж. (ноябрь 1968 г.). «HAPDAR; Оперативная РЛС с фазированной антенной решеткой». Труды IEEE . 56 (11): 1967–1975. дои : 10.1109/PROC.1968.6773 .
• «СМ-65 Атлас» . Ракетная угроза . 2 августа 2021 г.
• Bell Labs (октябрь 1975 г.). Исследования и разработки ABM в Bell Laboratories, История проекта (PDF) (Технический отчет). Архивировано из оригинала (PDF) 30 декабря 2014 г. Проверено 13 декабря 2014 г.
• Маккензи, Дональд (1993). Изобретая точность: историческая социология наведения ядерных ракет . МТИ Пресс. ISBN  9780262631471 .
• Крепон, Майкл (28 июля 2010 г.). «Стратегическая концепция Нитце» .
• Группа оценки систем вооружения армии США (23 сентября 1959 г.). Потенциальный вклад Nike-Zeus в защиту населения США и его промышленной базы, а также систему ответного удара США (PDF) (Технический отчет) . Проверено 13 декабря 2014 г.
• Гарвин, Ричард; Бете, Ганс (март 1968 г.). «Системы противоракетной обороны» (PDF) . Научный американец . Том. 218, нет. 3. С. 21–31. Бибкод : 1968SciAm.218c..21G . doi : 10.1038/scientificamerican0368-21 . Проверено 13 декабря 2014 г.
• Мердок, Кларк (1974). Формирование оборонной политики: исследование и перевод . СУНИ Пресс. ISBN  978-1-4384-1394-5 .
• Кахрилас, П.Дж.; Ян, DM (ноябрь 1966 г.). «Демонстрационный радар с жесткой решеткой» . Транзакции IEEE по аэрокосмическим и электронным системам . 2 (6): 286–299. Бибкод : 1966ITAES...2R.286K . дои : 10.1109/TAES.1966.4502020 . S2CID   51640184 .
• Аркин, Уильям; Кокран, Томас; Хёниг, Милтон (август – сентябрь 1984 г.). «Информационный документ о ядерном арсенале США» . Бюллетень ученых-атомщиков . стр. 3–15 с.