Рис. 1. Составляющие поля допусков на «промах» ВТО
КН — канал наблюдения, точка прицеливания;
КУ — номинальное положение канала управления;
Р — параллакс КУ относительно КН;
Ос — суммарная ошибка слежения за целью;
Δφ — погрешность юстировки КУ относительно КН;
δс — «трубка» — погрешность системы управления.
Главной задачей обзорно-прицельной системы является управление вооружением и прежде всего — высокоточным оружием, поэтому само понятие «высокоточное оружие» (ВТО), на наш взгляд, нуждается в уточнении. В применении любого оружия можно выделить четыре обязательных фазы: поиск, обнаружение и распознавание цели (1); прицеливание (2); доставка средств поражения к цели или наведение (3); воздействие средств поражения на цель (4). Любая обзорноприцельная система предназначается для обеспечения всех этих фаз.
Эффективность оружия определяется точностью доставки средств поражения (СП), то есть попаданием в цель при минимальном расходе боеприпасов (в идеале — первым выстрелом), а также воздействием СП на цель. При этом результат воздействия часто определяется попаданием не в цель вообще, а именно в ее уязвимую часть. Очень часто к этому добавляется требование избирательности поражения, то есть нанесения минимального ущерба другим близко расположенным объектам. Таким образом, высокоточным называется такое оружие, которое обеспечивает попадание средств поражения в круг радиусом менее 1 м при всех заявленных дальностях и с вероятностью, близкой к 1. Как правило, это управляемое оружие, по крайней мере, оно должно быть таковым, если речь идет о дальностях свыше 1000 м, то есть за пределами возможностей снайперской стрельбы.
Управляемое оружие «воздух-поверхность» подразделяется на несколько подклассов по принципам наведения:
— так называемые трехточечные системы, в которых линия визирования цели является единственной базой для коррекции управляемого средства в процессе его доставки к цели;
— системы с самонаведением, использующие различные признаки цели;
— системы с телеуправлением от датчика, размещенного на управляемом средстве.
Первый подкласс (трехточечные системы) является наименее дорогим и наиболее распространенным во всем мире. В качестве примеров можно привести такие системы, как TOW, НОТ, Hellfire, «Штурм», «Вихрь». По-видимому, еще долгое время трехточечные системы будут иметь приоритет. Именно поэтому наша статья будет посвящена анализу принципов построения обзорно-прицельных систем для подкласса трехточечных систем. К тому же эти обзорно-прицельные системы могут быть использованы для наведения управляемого оружия других подклассов, а также для неуправляемого оружия. Рассмотрим некоторые существенные требования к обзорно-прицельной системе для рассматриваемого подкласса управляемого вооружения.
Поскольку базой управления является линия визирования (JIB), оптическая ось канала управления должна быть соосной или параллельной ЛВ с минимальной угловой погрешностью, так как эта погрешность целиком войдет в общую ошибку наведения ракеты. Общее поле ошибки будет складываться из нескольких компонентов: параллакс между оптическими осями канала наблюдения (КН) и канала управления (КУ); угловая погрешность между осями КН и КУ; суммарная ошибка слежения оператора, в которой поглощена ошибка стабилизации ЛВ; погрешность системы управления ракетой (рис. 1).
Параллакс — это конструктивный параметр, который может быть равен нулю, если КН и КУ выведены на одну оптическую ось или он определяется межцентровым расстоянием между осями КН и КУ. Практически эта величина может составлять 100–200 мм, она не зависит от дальности и не является случайной ошибкой.
Угловая погрешность между осями КН и КУ регулируется и минимизируется в заводских условиях. Практически удается обеспечить параллельность осей с погрешностью 20–30 с. Следует иметь в виду, что этот параметр подвержен изменениям в эксплуатации, связанным главным образом с температурными деформациями.
Ошибка слежения за целью с учетом качества системы стабилизации и подбора коэффициентов управления в системе «человек-машина» представляет угловую величину и составляет около 0,2° т. д. (тысячных дальности).
Современные системы управления позволяют «держать» ракету на траектории относительно ЛВ «в трубке» 0,5–0,6 м независимо от дальности.
Если привести эти компоненты ошибки к линейным размерам в картинной плоскости на удалении 5000 м и просуммировать их, получившаяся суммарная погрешность окажется несколько больше 1 (1,2–1,3 м), то есть выше принятого нами для ВТО критерия.
Из вышесказанного следует, в частности, несостоятельность предложения разместить КН и КУ на самостоятельных стабилизированных платформах, связав их между собой следящей системой, так как в лучшем случае при этом вклинивается ошибка в дистанционном сопряжении КН и КУ (не менее 2'), которая добавит к «промаху» дополнительно 3–4 м (на дальности 5000 м), что совершенно неприемлемо, так как система перестанет быть высокоточной.
Рис. 2. Принципиальная схема «зеркальной» обзорно-прицельной системы
Рис. 3. Принципиальная схема «платформенной» обзорно-прицельной системы
Таким образом, обзорно-прицельная система для реализации ВТО должна состоять, как минимум, из канала наблюдения и канала управления, оптические оси которых взаимно съюстированы и стабилизированы в инерциальном пространстве.
Для работы в дневное время канал наведения должен включать в себя оптический или телевизионный канал или оба эти канала. Если же система должна работать круглосуточно, в КН обязательно должен входить и тепловизионный датчик. Помимо этого, как правило, в состав обзорноприцельной системы включается лазерный дальномер.
Существуют две принципиально различающиеся конструктивные схемы построения обзорно-прицельных систем. В основе первой лежит гиростабилизированное зеркало, на плоскость которого сведены все необходимые каналы, размещенные неподвижно (рис. 2). Эту систему мы будем впоследствии называть «зеркальной», а вторую, в которой все каналы размещаются на единой стабилизированной платформе — «платформенной» (рис. 3).
Первую группу представляют отечественные приборы «Радуга», «Шквал» и иностранные разработки BEZU, SFIM, АРХ-334 и ряд других. Ко второй группе относятся российские приборы типа ГОЭС, американские системы TADS, М-65, французские Strix, Osiritis, Viviane и ряд других. Рассмотрим особенности обоих вариантов, их преимущества и недостатки.
Рис. 4. Зона обзора обзорно-прицельной системы
Рис. 5. Схема геометрических параметров «зеркальной» системы
D — диаметр светового потока
в в. н — угол места (верх, низ)
β п.л.- угол азимута (право, лево)
Л.В. -линия визирования
L-длина зеркала
L — расстояние до входного отверстия
На — высота входного окна
Вб — ширина входного окна
Нв. н — высота верхней (нижней) части входного окна
m в.л. — проекция ЛВ на плоскость
h в.н. — часть светового потока в плоскости окна