Зенитный ракетный комплекс Talos
Талос — зенитный ракетный комплекс дальнего радиуса действия, разработанный в Америке. В 1958 году комплекс был в первые опробован на нескольких крейсерах типа «Галвестон», а к 1961 переоборудован.
Содержание
Состав
Комплектация:
- Система управления огнём Mk 77:
- 1 Пусковая установка:
- Mk 7 (на крейсерах типа «Галвестон»);
- Mk 12 (на крейсере «Лонг-Бич» и крейсерах типа «Олбани»).
- Зенитные ракеты RIM-8 «Талос» в погребе пусковой установки.
Так же, «Талос» получал информацию с радаров судна, не входящих в состав ЗРК:
- Радар воздушного обзора AN/SPS-43 — указывал цели для ЗРК «Талос»;
- Трёхкоординатный радар сопровождения AN/SPS-30 — при первоначальном целеуказании давал информацию о высоте цели;
- Радар обзора поверхности AN/SPS-10 — обеспечивал целеуказание по надводным целям;
- Радар управления артиллерийским огнём Mk 37 — ещё один источник целеуказания по надводным целям.
Принцип наведения ракеты
К 1945 году теория наведения ракеты на цель автоматически только начинала развиваться. В 1925 году был впервые представлен принцип наведения ракет с помощью светового луча. Ракета с установленными в хвосту фотоэлементами выстреливалась в луч прожектора, который нацеливался с наземной станции на самолёт противника. По сигналам с фотоэлементов ракета вырабатывала управляющие сигналы рулям, которые удерживали ракету в луче прожектора и в конце концов приводили её к физическому контакту с целью. В годы Второй мировой войны в Великобритании разрабатывалась управляемая ракета Brakemine, которая наводилась на воздушную цель при помощи луча радара. Ни один из этих проектов не был доведён до работоспособного устройства, а принципы наведения ракет на большой (100 и более км) дальности вообще не были известны.
Проект «Bumblebee», в рамках которого создавалась ракета «Талос», предполагал использовать такой же принцип наведения по лучу радара (в литературе этот принцип иногда называют «осёдланный луч»). Главный недостаток этого принципа в том, что ширина луча радара увеличивалась с дальностью, поэтому наведение было возможно только на тех расстояниях, где ширина луча не превышала радиус поражения боеголовки ракеты. Для увеличения максимальной дальности перехвата до 100 и более миль было решено сочетать управление по лучу на маршевом участке траектории с самонаведением в конечной фазе перехвата.
Техническая реализация принципа самонаведения была проблематична. На ракете не удавалось разместить достаточно мощный передатчик, который позволил бы головке самонаведения захватить цель на расстоянии 20 и более км, поэтому решили использовать принцип полуактивного самонаведения — на ракете размещался только приёмник, облучение цели осуществлялось мощным излучателем, установленным на корабле-носителе.
В простейшем случае наведение по лучу требует применения одного радара — в этом случае радар сопровождения цели одновременно выполняет функцию наведения ракеты. Однако этом метод малоэффективен при перехвате скоростных маневрирующих объектов, когда быстро меняется азимут и/или угол места цели. Следуя за лучом радара, ракета постоянно находится сзади от цели, тогда как с точки зрения эффективности перехвата следует направлять ракету с некоторым упреждением. В противном случае ракета может не догнать более скоростную цель или полностью израсходует горючее при перехвате менее скоростной. С этой точки зрения целесообразно разделить сопровождение цели и управление ракетой. Поэтому в ЗРК «Талос» в каждом из двух каналов использовалось по два радара — AN/SPG-49 и AN/SPW-2.
Фазы перехвата
Перехват цели состоит из трёх фаз, соответственно, траектория ракеты делится на три участка:
- Участок разгона — от пуска до сброса отработанного ракетного ускорителя и включения маршевого двигателя;
- Маршевый участок — от включения маршевого двигателя до перехода ракеты в режим самонаведения;
- Конечный (терминальный) участок — от перехода ракеты в режим самонаведения до поражения цели.
Участок разгона
Перед стартом система ориентирует гироскопы. Совместно с соответствующим контуром управления один из гироскопов обеспечивает неизменность направления движения ракеты во время работы ракетного ускорителя, другой — удерживает в течение всего полёта нулевой угол крена.
После пуска твёрдотопливного ускорителя ракета сходит с пусковой установки и продолжает двигаться в направлении, заданном первоначальным положением направляющей. Гироскопическая система обеспечивает в течение фазы разгона отклонение от первоначального направления не более 5°. Это необходимо, чтобы в конце разгонного участка ракета оказалась в луче радара наведения AN/SPW-2, который на маршевом участке траектории будет наводить ракету на цель. Соответственно, луч радара наведения должен быть достаточно широким (не менее 10°), поэтому при близком к горизонтальному разгонном участке ракеты возникают помехи, связанные с отражением сигнала радара от поверхности воды. Это накладывает ограничения на угол подъёма направляющей при пуске. Ракета может быть пущена при углах возвышения в пределах 25-55°.
Управление ракетой на разгонном участке имеет некоторые особенности. Поскольку крыло, рассчитанное на сверхзвуковые скорости, малоэффективно на дозвуковом полёте, коэффициенты усиления в контурах управления на начальной стадии полёта завышены в 2,6 раза. Через 1,75 с после старта, когда будет достигнута сверхзвуковая скорость, система автоматически уменьшит коэффициенты усиления до нормального уровня. Предусмотрена также защита приёмного устройства от мощного сигнала радара, который на небольших дистанциях может вывести из строя чувствительную электронику. Приёмная антенна при старте покрыта тонким защитным кожухом из сплава с малой температурой плавления. На разгонном участке ракета разогревается из-за трения об воздух, защитный кожух плавится, и к моменту выхода ракеты на маршевый участок, антенна приёмного устройства готова к работе в штатном режиме.
Маршевый участок
Маршевый участок траектории начинается с отделения стартового ускорителя и запуска реактивного двигателя второй ступени. Система управления в этой фазе перехвата переключается из режима стабилизации направления движения в режим следования лучу радара наведения. В этот момент ракета находится в луче радара AN/SPW-2, установленного на корабле-носителе. Приёмник сигналов управления ракеты принимает сигналы радара и передаёт их системе управления, которая приводит ракету на ось симметрии луча. Когда происходит захват ракеты радаром управления, с целью увеличения точности наведения система уменьшает ширину направляющего луча.
На этой стадии перехвата коэффициент усиления в контуре управления сделан зависимым от давления воздуха, так как от него зависит плотность атмосферы и, соответственно, эффективность рулей. Благодаря этому скорость реакции ракеты на управляющие сигналы не зависит от высоты полёта.
В процессе наведения ось луча отклоняется от точки, куда следует двигаться ракете, а совершает коническое движение вокруг этой точки с частотой 30 об/с. Ширина луча и отклонение его оси от целевого направления составляют, соответственно, 3° и 0,85° (по другим данным — 4° и 2°). РЛС наведения, работающая в диапазоне 5-6 ГГц, генерирует группы из трёх импульсов с коротким интервалом между импульсами и длительным интервалом между группами. Временной интервал между группами меняется в зависимости от того, в какой фазе конического сканирования находится луч, в результате чего частота повторения групп импульсов меняется от 850 до 950 Гц. Максимальная частота повторения 950 Гц достигается в тот момент, когда луч находится в левой верхней позиции относительно оси вращения, минимальная частота 850 Гц — в правой нижней позиции относительно корабля. Таким образом, формируется частотно-модулированный импульсный сигнал с частотой модуляции 30 Гц и вариацией частоты 850—950 Гц. На основе этого сигнала приёмник ракеты формирует опорный синусоидальный сигнал с частотой 30 Гц, который используется как эталонная частота при определении фазового сдвига сигналов.
Для разного положения ракеты в зоне действия направляющего луча картина принимаемого сигнала различна. В общем случае амплитуда принимаемых импульсов меняется синусоидально. Максимальная величина импульсов также зависит от положения ракеты. Если ракета находится на окружности, по которой сканирует пространство ось луча, эта величина максимальна. Чем ближе расположена ракета к оси вращения луча, тем эта величина меньше. Таким образом, система управления ракеты получает от РЛС наведения:
- Опорный синусоидальный сигнал частотой 30 Гц, выделяемый частотным детектором;
- Синусоидальный сигнал частотой 30 Гц, выделяемый амплитудным детектором. Сдвиг фазы этого сигнала относительно опорного соответствует направлению смещения ракеты от целевого направления;
- Постоянный сигнал, выделяемый амплитудным детектором. Чем больше величина этого сигнала, чем сильнее отклонилась ракета от целевого направления.
Вычислив вектор отклонения ракеты от целевого направления, система управления вырабатывает сигналы для рулей, которые приводят ракету на нужную траекторию.
Поскольку на корабле может быть несколько станций наведения, и в полёте может одновременно находиться несколько ракет, необходимо различать сигналы различных станций наведения. Идентификационным признаком станции являются интервалы между импульсами в трёхимпульсных группах.
Сигнал радара наведения, принятый ракетой, ретранслируется обратно антенной, установленной в хвостовой части. Этот сигнал принимается радаром AN/SPW-2 и используется для вычисления дальности и угловых координат ракеты с целью их использования при расчёте траектории наведения. Компенсация качки корабля осуществляется системой наведения, которая вносит поправки в управляющие сигналы в соответствии с сигналом гироскопического датчика.
Примерно за 10 секунд до встречи с целью ракета по сигналу с корабля-носителя переводится в режим самонаведения.
Терминальный участок
На терминальной стадии перехвата ракета направляется на цель в режиме полуактивного самонаведения, руководствуясь отражённым от цели сигналом радара AN/SPG-49, который переводится в режим непрерывного излучения.
Наведение осуществляется путём поддержания постоянного курсового угла цели относительно ракеты. Благодаря этому ракета летит не точно на цель, а по более оптимальной траектории с упреждением в точку, где при данной скорости ракеты и цели должна произойти их встреча. 4 интерферометрических датчика в головной части ракеты принимают сигналы от цели, определяя её угловые координаты. При изменении угловых координат цели система управления ракеты вырабатывает управляющее воздействие на рули, которые поддерживают постоянный курсовой угол цели.
Пусковой комплекс
Существовали две основные версии пускового комплекса «Талос»: ранняя, с хранением части ракет в разобранном виде и пусковой установкой Mk-7, и поздняя, в которой все ракеты хранились в собранном виде, с пусковой установкой Mk-12. Первые устанавливались на легких ракетных крейсерах типа «Галвестон», вторые — на ракетных крейсерах типа «Олбани» и атомном ракетном крейсере «Лонг Бич».
В обеих версиях, ракеты хранились горизонтально в ангаре, со снятыми крыльями и стабилизаторами. Непосредственно перед подачей на пусковую установку, ракеты проходили цикл обслуживания, заключающийся в установке на них (вручную) крыльев и стабилизаторов и замене предохранителя взводящим механизмом.
Пусковой комплекс Mk-7 (ранний)
Ракеты «Талос» хранились на борту корабля в палубном ангаре, длиной более 40 метров и массой почти в 200 тонн. Ангар представлял собой комплекс хранения, снаряжения и предстартовой подготовки ракет перед подачей на пусковую установку. Его конструкция была выполнена из броневой стали толщиной в 30 мм и была герметизирована для защиты от воздействия оружия массового поражения.
Изнутри ангар «Талоса» был разделён на три секции: секция долговременного хранения ракет, секция хранения собранных ракет, секция предстартовой подготовки. Боеголовки и крылья хранились отдельно от ракет. Все три секции разделялись броневыми переборками с защитными противовзрывными дверями. Транспортировка ракет между секциями осуществлялась с помощью гидравлической транспортной системы.
Секция долговременного хранения ракет — в этой секции разобранные ракеты находились на долговременном хранении. В двух горизонтальных магазинах (по правому и левому бортам) хранились на стеллажах в пять рядов по три ракеты (всего 60 ракет в секции долговременного хранения). Стартовые ускорители и основные корпуса ракет хранились раздельно. Расположенный под потолком кран поднимал ракеты и ускорители со стеллажей и перекладывал их на транспортные тележки, двигавшиеся по рельсам вдоль стен отсека.
Секция готовых к запуску ракет — предназначалась для хранения собранных и заправленных ракет в ожидании подачи на ПУ. Ракеты располагались на «подносах», расположенных в два ряда по четыре в каждом (с учётом правого и левого борта в отсеке одновременно хранилось до 16 ракет). Каждый ряд мог смещаться на ширину одного «подноса» влево или вправо, за счёт чего можно было переставлять «подносы» с ракетами из ряда в ряд. Например, чтобы переставить крайнюю левую ракету из нижнего ряда в верхний, нижний ряд смещался в крайнее левое положение, а верхний — в крайнее правое. Затем крайняя левая ракета из нижнего ряда поднималась в верхний, а крайняя правая из верхнего ряда перемещалась в нижний. Это было предусмотрено для того, чтобы иметь возможность выбрать ракету нужного типа, так как «Талос» производился во многих специализированных модификациях. Двигающийся под потолком кран позволял перекладывать ракеты с транспортных тележек из секции долговременного хранения на свободные «подносы». Подача же собранных ракет в секцию предстартовой подготовки осуществлялась подвесной гидравлической транспортной системой.
Секция предстартовой подготовки — в этот отсек ракеты доставлялись из секции хранения собранных ракет с помощью гидравлической транспортной тележки под потолком. Здесь ракеты проходили предстартовую подготовку, заключающуюся в установке крыльев, стабилизаторов и изъятии предохранительного механизма из боеголовки. Здесь же располагалась регламентная аппаратура, с помощью которой хранящиеся ракеты проходили регулярный техосмотр (каждая ракета нуждалась в осмотре в среднем каждые 30 дней). Здесь же осуществлялась сборка доставляемых из секции долговременного хранения ракет, присоединение к ним боеголовок (доставлявшихся из расположенного вблизи киля погреба специальным лифтом) и последующая отправка в секцию готовых к запуску ракет.
После того как собранная ракета поступала в специю предстартовой подготовки, команда механиков брала хранившиеся отдельно крылья и стабилизаторы со стеллажей и закрепляла их на корпусе ракеты. Инертный предохранитель изымался из боеголовки и заменялся взводящим механизмом. После завершения сборки все механики отступали за специальный защитный экран, и каждый из них нажимал ногой специальную педаль, сигнализируя, что он находится в безопасном месте. Такая система была предусмотрена по той причине, что гидравлическое устройство подавало ракету на пусковую установку с высокой скоростью, и её широкие крылья могли серьёзно травмировать случайно оказавшего на пути механика.
Защитная противовзрывная дверь ангара с ракетами состояла из двух створок, распахивавшихся одна вверх, а другая вниз. На внутренней поверхности верхней створки располагались рельсовые направляющие, являвшиеся продолжением рельсов транспортной системы под потолком ангара. По этим рельсам ракета подавалась на балку пусковой установки и фиксировалась на ней. После этого взрывозащитная дверь немедленно закрывалась.
Пусковой комплекс Мк-12 (поздний)
Более поздняя версия комплекса имела существенные отличия от ранней. От хранения ракет в разобранном виде отказались: теперь весь боезапас состоял из соединенных с бустерами и заправленных ракет в подпалубном горизонтальном магазине. Ракеты лежали на «подносах», подающихся наверх с помощью рельсовых направляющих. Общий боезапас составляла 52 ракеты: рассматривалась версия с удвоенным магазином на 104 ракеты, но она не была реализована.
Расположенный над палубой ангар теперь служил только для предстартовой подготовки ракет. Процедура установки на ракеты крыльев и оперения, замены предохранителя взводящим механизмом осуществлялась аналогично Mk-7. В целом, комплекс Mk-12 считался более надежным и более простым в обслуживании.
Тактико-технические характеристики
Комплекс обладал следующими характеристиками:
- Зона поражения:
- по дальности — 105 км
- по высоте — 28 км
- Скорость ракеты — 2,5 М
- Масса ракеты:
- без ускорителя — 410 кг
- с ускорителем — 3175 кг
- Управление:
- маршевый участок — по радиолучу
- оконечный участок — полуактивное радиолокационное самонаведение
- Боевая часть:
- ядерная — W30
- осколочно-фугасная — 136 кг
Корабли-носители
- Ракетные крейсера типа «Галвестон»
- Ракетные крейсера типа «Олбани»
- Ракетный крейсер «Лонг-Бич»
Оценка проекта
ЗРК «Талос» имел ограниченное применение из-за большой массы ракеты, пусковой установки и сопутствующей электронной аппаратуры. Двухканальная система требовала наличия четырёх радаров (два AN/SPG-49 и два AN/SPW-2). Установка такой системы была возможна только на кораблях большого водоизмещения, но даже корабли класса тяжёлый крейсер испытывали проблемы с остойчивостью из-за большой массы оборудования, установленного в надводной части корабля. Возможности совершенствования комплекса также были ограничены из-за большого количества ручных операций при предстартовой подготовке, не позволяющих существенно ускорить процесс перезарядки.
Тем не менее, по совокупности характеристик «Талос» долгое время оставался одним из самых совершенных зенитно-ракетных комплексов, как морского так и наземного базирования. Его дальность поражения и возможности системы наведения равно как и мощность боевой части давали достаточно хорошие гарантии поражения (особенно с применением ядерных боевых частей) любых существующих на 1960-ые противокорабельных ракет, включая Х-22 «Буря».
Судьба проекта
ЗРК «Талос» перестал эксплуатироваться в ВМС США в 1976 году. На крейсере «Лонг-Бич» ЗРК был демонтирован в 1978 году, на остальных кораблях он оставался до момента вывода корабля из состава флота. Последним кораблём, оснащённым ЗРК «Талос», был крейсер «Олбани», выведенный из состава флота в августе 1980 года. На смену «Талосу» пришли ракеты RIM-67 Standard, которые запускались с пусковой установки Mk 10 меньшего размера.
RIM-8 Talos
Бендикс RIM-8 «Талос» (англ. Bendix RIM-8 Talos) — двухступенчатая, сверхзвуковая, с отделяющимся в полете корпусом ускорителя ракета. Принята на вооружение ВМС США в 1957 году, выведена из эксплуатации в 1979 году. Является одной из первых зенитных ракет использовавшихся для оснащения кораблей ВМС США.
Первыми кораблями, вооружёнными этой ракетой стали три крейсера типа «Галвестон», переоборудованные в 1958—1961 годах.
Ракета RIM-8 «Талос» оснащалась обычной или ядерной боевой частью W30 мощностью в 2 килотонны. Тяга обеспечивалась твердотопливным ускорителем на разгонном участке и прямоточным воздушно-реактивным двигателем компании Bendix на участке управляемого полёта до цели. Пусковая установка палубная наводимая, станкового типа с двумя пусковыми балками и нижней подвеской ракеты. Ближайший советский аналог, ЗУР 3М8 для ЗРК «Круг», также имел двухступенчатую компоновку.
Не израсходованные к 1976 году ракеты «Талос» были переделаны в сверхзвуковые ракеты-мишени MQM-8G «Вандал». Запас этих ракет был израсходован к 2008 году.
Большие размеры ЗУР позволяют использовать их только на крейсерах и эсминцах. На крейсере водоизмещением 15 тыс. тонн может находится почти 100 ракет. Ракеты хранятся в погребах в горизонтальном положении без стаблизаторов и стартового двигателя. Из погреба с помощью лифта они подаются в пост предстартовой подготовки.
Подготовленные к пуску ракеты через большие окна в кормовой стенке надстройки подаются на спаренную пусковую установку, направляющие которой приведены на нулевой угол возвышения.
Весь процесс подачи и заряжания производится автоматически, при этом система подачи, связанная с системой управления огнем, выбирает ЗУР с нужной БЧ.
Испытания комплекса начались в 1951 году на полигоне White Sands. На полигоне был построен испытательный комплекс №35, принадлежащий ВМФ США. На данной площадке находились экспериментальные пусковые установки для отработки корабельных зенитных ракет. Среди служащих полигона комплекс №35 получил шутливое наименование USS Desert Ship.
Первым кораблем, вооруженным ЗРК "Talos" был крейсер "Галвестон" (USS Galveston), с которого в феврале 1959 года была запущена первая ЗУР "Talos". Всего данным комплексом было оснащено 9 кресейров ВМС США: USS Galveston, USS Little Rock, USS Oklahoma City, USS Albany, USS Columbus, USS Chicago, включая атомный крейсер USS Long Beach.
Конструкция
Боевая часть На протяжении периода эксплуатации, различные модификации ракет оснащались разными типами боевых частей. С самого начала разработки, обычные осколочно-фугасные боевые части были сочтены непригодными из-за быстрого снижения плотности поля осколков по мере отдаления от точки детонации и малой поражающей способности отдельных осколков.
Боевая часть ракеты была оснащена двумя типами взрывателей: контактным и дистантным радиолокационным. Четыре антенны радиовзрывателя создавали впереди ракеты четыре перекрывающихся конических сектора, при появлении цели в любом из которых на дистанции менее 30 метров срабатывал взрывчатый заряд. Прямо по курсу ракеты находилось «слепое пятно» радиовзрывателя: считалось, что если цель находится прямо по курсу, то ракета с высокой степенью вероятности поразит её прямым попаданием. По отзывам экипажей оперировавших «Талосом» кораблей вероятность прямого поражения мишени на учениях была достаточно высока.
Стержневая боевая часть Устанавливалась на первой модификации RIM-8A. Располагалась вокруг канала воздухозаборника ракеты в головной части. Состояла из множества плотно упакованных стержней, под которыми находился заряд взрывчатки, разбрасывающий стержни в стороны от ракеты при детонации. Хотя масса (и следовательно, поражающая способность) каждого отдельного стержня была значительно выше чем у обычного осколка, тем не менее, проблема с быстрым снижением плотности поля поражающих элементов сохранялась.
Неразрывно-стержневая боевая часть (ранняя) Модификация ракеты RIM-8C была оснащена неразрывно-стержневой боевой частью, поражающий элемент в которой состоял не из отдельных стержней, но из сложенного «гармошкой» стального прута толщиной 8 миллиметров. При детонации заряда взрывчатки, прут стремительно распрямлялся, образуя в воздухе сплошное кольцо, ориентированное перпендикулярно центральной оси ракеты и расширяющееся до двадцати метров в диаметре.
Эта модификация существенно повысила эффективность боевой части ракеты. Сплошное кольцо в качестве поражающего элемента гарантировало, что неприятельский летательный аппарат в радиусе двадцати метров будет поражён почти со 100 % вероятностью, при этом удар о полосу прута гарантировал намного более тяжёлые повреждения чем отдельные осколки или стержни.
Первые неразрывно-стержневые боевые части также размещались в виде полого цилиндра, вокруг канала воздухозаборника ракеты.
Неразрывно-стержневая боевая часть Mk-46 Эта боевая часть устанавливалась на RIM-8E «Универсальный Талос». Главным её отличием было расположение — боевую часть перенесли в центральное тело воздухозаборника (на это место также могла устанавливаться ядерная боевая часть), что позволило улучшить конструкцию ракеты и усовершенствовать конструкцию боевой части.
Боевая часть Mk-46 состояла из слоя сложенного гармошкой стального прута вокруг заряда. При детонации, прут образовывал кольцо диаметром 30 метров.
Ядерная боевая часть W-30 Ядерная боевая часть W-30 мощностью от 0,5 до 4,7 килотонн была разработана для эффективного поражения групповых целей (плотные ракетные залпы или самолёты в плотном построении). Боеголовка использовала сферическую имплозию на урановом сплаве (94 % U235, 5 % U238 и 1 % U234) с двумя дополнительными внешними источниками нейтронов, необходимыми ввиду небольшого количества распадающегося материала в боеголовке. Для увеличения мощности заряда, непосредственно перед детонацией дейтериевая газовая смесь впрыскивалась из баллона внутрь боеголовки.
При детонации, боеголовка обеспечивала эффективное поражение нейтронным потоком, световой и тепловой волной летательных аппаратов в радиусе 900—1800 метров от эпицентра. Ударная волна имела меньшее значение, так как детонация обычно проводилась на большой высоте, где атмосфера была существенно разрежённой. Считалось, что само наличие атомных боевых частей вынудит самолёты противника рассредотачивать построение, становясь лёгкой мишенью для ракет с обычным снаряжением.
Первоначально, атомными боеголовками была оснащена модификация RIM-8B и модификация увеличенного радиуса действия RIM-8D. Атомные боевые части устанавливались в центральном теле впускной воронки воздухозаборника. В дальнейшем, была разработана универсальная ракета RIM-8E, которая, в зависимости от необходимости, могла быть быстро оснащена ядерной или обычной боевой частью.
