Система управления огнём

Система управления огнём (сокр. СУО) – это сложный аппаратно-программный комплекс, объединяющий вычислительную технику, датчики и приводы для автоматического обнаружения, сопровождения целей и точного наведения бортового вооружения (артиллерии, ракет, торпед).

История развития

История создания корабельных СУО неразрывно связана с увеличением дальности стрельбы морской артиллерии. Пока корабли сражались на дистанциях пистолетного выстрела (20–50 метров), наведение орудий осуществлялось вручную. Но на рубеже XIX и XX веков дальность орудий превысила 10 км, и попадать во врага без автоматизированных расчётов стало технически невозможно.

Эволюция корабельных систем управления огнём прошла четыре ключевых этапа:

Начало XX века - эра «ручного» централизованного наведения. С появлением крупных артиллерийских кораблей (дредноутов) возникла проблема: орудия стреляли далеко, но из-за качки корабля, его хода и движения цели наводчики в башнях просто не видели, куда падают их снаряды. На мачтах кораблей появились командно-дальномерные посты (сокр. КДП) с первыми оптическими дальномерами. Артиллерийский офицер с высоты мачты вычислял дистанцию и передавал данные вниз, в центральный пост. Первым кораблём с центральной системой наведения стал британский броненосец HMS Exmouth. В Российской империи развивалась электросигнализационная система компании «Гейслер и К», которая передавала наведение от КДП к орудиям.

1910–1940-е гг. - аналоговые компьютеры. Скорости кораблей росли, дистанции боя увеличились до 20–30 км. Человеческий мозг уже не успевал рассчитывать «упреждение» — точку, где вражеский корабль окажется через 40–60 секунд полёта снаряда. Появляются первые механические аналоговые вычислители (англ. rangekeepers). Это были гигантские стальные шкафы, заполненные тысячами шестерёнок, дифференциалов, валиков и кулачковых механизмов. Оператор вводил курс и скорость своего и чужого кораблей, а машина непрерывно вращала валы, выдавая готовые углы прицеливания. Легендарный британский прибор (Admiralty Fire Control Table (сокр. AFCT)) и американский Ford Mark 1. Именно аналоговые СУО управляли огнём линкоров Второй мировой войны (таких как IJN Yamato, Bismarck или USS Iowa).
1940–1950-е гг. - радиолокационные и зенитные СУО. Вторая мировая война показала, что главным врагом корабля стал самолёт. Рассчитывать огонь по пикирующему бомбардировщику механические «шкафы» для морского боя не успевали, а оптика была бесполезна ночью или в тумане. Внедрение радиолокационных станций (сокр. РЛС) в контур СУО. Теперь радар сам захватывал цель, определял точное расстояние и скорость, передавая данные на быстродействующие аналогово-электрические вычислители. Орудийные башни стали необитаемыми — силовые приводы крутили их автоматически вслед за радаром. Американская зенитная СУО Mark 37 с радиовзрывателями снарядов кардинально изменила противовоздушная оборона (сокр. ПВО) флота. В СССР после войны создаются артиллерийские СУО серии «Зенит» и «Лев».
1960-е — настоящее время - создание боевых информационно-управляющих систем (сокр. БИУС). Появление противокорабельных ракет (сокр. ПКР) потребовало мгновенной реакции. Скорости стали сверхзвуковыми, а атака могла идти одновременно с десятков направлений. Полный переход на цифровые ЭВМ и создание БИУС. СУО перестала быть просто «прицелом для пушки». Сегодня это единый цифровой организм корабля, который сам распределяет, какое оружие (зенитная ракета, пушка или помехи) эффективнее уничтожит конкретную цель. Американская система Aegis с фазированными решётками AN/SPY-1. В России — БИУС семейств «Сигма», «Требование» и СУО 5П-10 «Пума».

Конструкция и размещение

Конструкция и размещение элементов СУО разделены физически, но связаны в единую цифровую сеть. Из-за специфики корабля система строится по модульному принципу, а её элементы разнесены по разным уровням судна — от самой высокой точки мачты до глубоких внутренних отсеков под ватерлинией.

Первый радар с фазированной антенной решёткой типа *Aegis*

Cовременная корабельная СУО состоит из четырёх уровней:

Сенсорный уровень (Обнаружение и сопровождение). Размещены обычно на клотиковых площадках мачт, крышах ходовых рубок и надстроек. Включает в себя:
- Антенные посты РЛС сопровождения целей и подсвета (например, РЛС МР-123 для артиллерии или фазированные решётки типа Aegis).
- Оптико-электронные станции (сокр. ОЭС) - модули с телевизионными, тепловизионными каналами и лазерными дальномерами. Применяются для скрытного (пассивного) слежения за целью без включения радара.
- Пост гидроакустики (сокр. ГАК) - размещаются в подкильном обтекателе в носовой части (самая тихая зона корабля) для торпедных СУО.

Вычислительный и командный уровень (Центральный пост). «Мозг» СУО, который рассчитывает траектории, управляет баллистикой и решает задачу встречи снаряда/ракеты с целью. Размещены внутри корпуса корабля, под броневой палубой или в изолированных помещениях внутри надстройки, защищённых от затопления, огня и осколков. Обычно находится в непосредственной близости от Главного командного пункта (сокр. ГКП) или Боевого информационного центра (сокр. БИЦ). Включает в себя:
- ЭВМ/Центральный процессорный блок. Высокопроизводительные серверные стойки в амортизированных шкафах, защищающих электронику от вибраций при стрельбе и гидроударов от взрывов.
- Пульты операторов. Многофункциональные индикаторы, экраны отображения тактической обстановки, органы управления пуском и стрельбой.

Баллистический уровень (Датчики условий стрельбы). Для точного выстрела СУО должна знать все о движении самого корабля и состоянии атмосферы. Включают в себя:
- Гировертикаль. Находится в трюме, как можно ближе к центру масс корабля. Отслеживает углы бортовой и килевой качки, передавая данные вычислителю для непрерывной стабилизации орудий.
- Метеостанции и анеморумбометры. Датчики ветра, температуры воздуха и давления вынесены на открытые реи мачт.
- Датчики угла крена и дифферента, а также датчики начальной скорости снаряда (устанавливаются прямо на дульном срезе артиллерийских стволов).

Исполнительный уровень (Приводы и системы связи). Связующее звено, которое мгновенно превращает цифровые команды вычислителя в физический поворот оружия. Размещены непосредственно в подбашенных отделениях артиллерийских установок и на пусковых комплексах ракет. Состоит из силовых следящие приводов (гидравлические или мощные электрические), которые вращают башню и поднимают стволы орудий строго по углам, присланным из центрального поста, компенсируя качку в реальном времени.

Принцип работы

В основе работы любой корабельной СУО лежит решение главной математической задачи баллистики — «задачи встречи». Системе необходимо рассчитать, в какую точку пространства и под каким углом направить оружие, чтобы выпущенный снаряд или ракета встретились с движущейся целью через определённое время. Весь процесс работы современной цифровой корабельной СУО делится на четыре последовательных этапа, которые происходят в режиме реального времени:

Обнаружение и захват цели.
Фильтрация и вычисление вектора.
Расчёт упреждения.
Стабилизация, наведение и выстрел.

После выстрела РЛС сопровождения фиксирует всплески от падения снарядов (или траекторию полета ракеты), и СУО автоматически вносит корректуру для следующего залпа.

См. также

Литература и источники информации

Литература

Л. М. Клячко Проектирование высоконадежных систем автоматического управления движением корабля : монография. — Санкт-Петербург: ЦНИИ «Электроприбор», 2018. — 248 с.

Правила артиллерийской службы Военно-Морского Флота (ПАС ВМФ-2015). Книга 1. Подготовка и ведение огня корабельной артиллерией.. — Москва: Воениздат, 2015. — 192 с.

Ссылки