книги из ГПНТБ / Радиотехнические системы в ракетной технике

ся. Приведенные ниже математические соотношения характери­ зуют эффективность ЛЦ в случае, если система ПРО проводит целераспределение антиракет в условиях неполного (частичного)

распознавания.

В качестве показателей технической эффективности защиты ГЧ используются:

— вероятность правильного выбора системой ПРО баллисти­ ческой цели для перехвата, т. е. вероятность правильного распоз­ навания ГЧ;

—среднее число «опасных» целей* (головных частей и лож­ ных целей), по которым проведено целераспределение антиракет;

—вероятность того, что головные части останутся непоражен­ ными (либо их не будут обстреливать, ошибочно приняв за ЛЦ, либо произойдет промах при их перехвате).

В расчетных формулах используются следующие обозначения:

М— число ложных целей;

PR — вероятность правильного распознавания ГЧ;

Рм —-вероятность того, что ложная цель будет принята за ГЧ;

Рк[ — вероятность поражения цели одной антиракетой после одного выстрела;

R — общее число головных частей;

S — число ГЧ, оставшихся неуничтоженными;

П — общее число АР, которыми располагает система ПРО;

о)— среднее число АР, приходящихся на каждую баллистиче­ скую цель.

Предполагается, что Pr, P m , Pki независимы между собой и постоянны. В рассматриваемой модели также принято, что все цели, как ГЧ, так и ЛЦ, располагаются в пространстве произ­ вольным образом.

Зарубежные специалисты считают, что вероятность правиль­ ного распознавания целей системой ПРО зависит от априорной информации, имеющейся в ее распоряжении. Если системе ПРО заранее не известно действительное число ГЧ, участвующих в на­ лете, то она должна работать в режиме распознавания одновре­ менно по всем целям, не производя окончательного выбора целей для перехвата до тех пор, пока дальнейшая задержка пуска анти­ ракет станет неприемлемой. Если же системе ПРО известно коли­ чество ГЧ в налете, то она может производить распознавание и обстрел выбранных целей последовательно, не затягивая этот про­ цесс на максимально возможное время.

В режиме одновременного распознавания вероятность пра1вильного распознавания целей, участвующих в налете, может быть определена как вероятность того, что Ri из R головных частей бу­ дут определены как истинные цели (ГЧ), a Mi из М — как ложные цели.

Р», «, = Ч ‘ и - Pr)M ' - р “' ■CJ!' (1 - Р „ Г ’ - РЯ-"., [4.14]

* Т. е. целей, подлежащих перехвату в первую очередь.

130

где CRi (CJJ ■) — число сочетаний количества правильно распознан­

ных истинных (ложных) целей из общего числа истинных (лож­ ных) целей.

При последовательном распознавании вероятность правильного распознавания зависит от порядка, в котором анализируются цели. Для любой последовательности и заданного числа ложных целей

Общее число возможных последовательностей головных частей и ложных целей равняется числу сочетаний по R или М из R+ M.

Тогда правильная классификация всех ГЧ выражается следую­ щим образом:

CR C ‘ _ 1+ i( t - P M)'. [4.15]

'“'R-fM S '

i=0

Для стороны, планирующей ракетный удар, представляет инте­ рес выяснить, какое число ГЧ будет обстреляно и сколько расхо­ дуется антиракет на одну атакуемую головную часть.

Предполагается, что система ПРО использует в этом случае режим одновременного распознавания всех баллистических целей в налете. Кроме этого, обороняющаяся сторона обладает априорной информацией о наличии среди наблюдаемых целей ложных, и на каждую из целей, принимаемую за «опасную», (Выделяется одина­ ковое количество антиракет. Необходимо отметить два обстоятель­ ства. Во-первых, система ПРО будет использовать часть антиракет для перехвата ложных целей, которые приняты за «опасные», и, во-вторых, некоторая часть истинных целей вообще не будет под­ вергаться обстрелу, поскольку они будут классифицированы как ложные. Рассмотрим эти случаи.

Среднее число антиракет ш, выделяемых для обстрела каждой из «опасных» целей, может быть определено из [4.14], если поло­ жить R i~i и Mi = M—j, где i, j — число истинных и ложных целей,

Для реальных значений R и М проводить вычисления по фор­ мулам [4.16] и [4.17] весьма трудоемко. В связи с этим для при­

131

ближенных расчетов можно использовать средние значения таких характеристик, как число обстрелянных головных частей (PrR) и общее число обстрелянных целей ( P r R + PjviM). В этом случае выра­ жения [4.16] и [4.17] могут быть представлены в упрощенном виде

Приведенные уравнения составлены в предположении, что имею­ щийся запас антиракет обеспечивает обстрел всех «опасных» це­ лей (по одной антиракете на каждую цель).

Оценку количества обстрелянных истинных целей, оставшихся не пораженными системой ПРО, проведем следующим образом.

ным (0.

Вероятность того, что ровно N головных частей останутся неуничтоженными, т. е. преодолеют рубежи перехвата ПРО с приме­ нением только ложных целей, определится выражением

где 1 — PRP K— вероятность того, что любая из рассматриваемых ГЧ осталась неуничтоженной.

Уравнения [4.14—4.20] позволяют найти наиболее рациональ­ ное соотношение между числом истинных и ложных целей. Опре­ деляя среднее число прорвавшихся ГЧ и среднее количество использованных антиракет, можно в дальнейшем найти величину общего ущерба, наносимого ракетным комплексом. Зная предпола­ гаемый ущерб, система ПРО, в свою очередь, может оптимизиро­ вать свои действия, например, сколько и в какой последователь­ ности следует запускать антиракет, какое количество их необхо­ димо использовать для защиты того или иного объекта и т. и.

4.3. Маскировка ГЧ активными радиопомехами

Как указывалось выше, показатель эффективности маскировки головных частей активными помехами Рпр0 дп в простейшем слу­

132

чае представляет собой условную вероятность подавления РЛС ПРО при использовании в комплексах РПД станций активных ра­ диопомех.

Ниже приведены общие принципы определения величины Рпро, ап> в основе которых лежат общие закономерности воздей­ ствия активных радиопомех на работу радиолокаторов ПВО.

Возможности конкретных передатчиков помех в определенных тактических ситуациях можно оценить с помощью так называе­ мого критерия информационного ущерба. Мерой информационного ущерба является переменный во времени объем (или площадь) пространства вдоль баллистической траектории, замаскированный активными помехами от радиолокационного наблюдения. Это соот­ ветствует указанной выше вероятности подавления РЛС, т. е. ве­ роятности обеспечения требуемого коэффициента подавления РЛС

Под коэффициентом подавления понимают иногда величину от­ ношения мощностей помехи и полезного сигнала, при которой имеет место заданный информационный ущерб, характеризующий­ ся, например, областью неопределенности по дальности и угловым координатам.

При воздействии станций радиопомех по боковым лепесткам диаграммы направленности РЛС величина информационного ущерба достигает максимума. Границы области, маскируемой ак­ тивными помехами, определяются параметрами станций радиопо­ мех, характеристиками РЛС ПРО, их взаимным положением, ЭПР целей и их количеством в ракетном комплексе.

Вероятность эффективного воздействия активных помех на РЛС определяется рядом тактических и технических условий и может быть представлена в виде

^ про, ап П Pj при п 5,

j=i

где P i — вероятность правильного определения частотного диапа­ зона РЛС;

Рг — фактический уровень эксплуатационной надежности ра­ боты станций радиопомех;

Рз — вероятность аппаратурной реализации технических ха­

133

В основе определения частотного диапазона работы РЛС ле­ жит, как правило, априорная информация о радиолокационных средствах ПРО. Значения показателя Pi существенно зависят от вида помехи и диапазона работы генераторных и усилительных ламп станций помех, в котором достигается постоянство излучае­ мой мощности и к. п. д.

При оснащении ракетного комплекса станциями радиопомех организатор РПД стремится скомплексировать помеховые средства

го расположения РЛС и станций радиопомех, от ориентации стан­ ции на баллистической траектории, ширины диаграммы направ­ ленности ее антенной системы.

Точность наведения диаграммы направленности на подавляе­ мую РЛС определяется:

— точностью определения направления на РЛС, характеризуе­ мого вероятной ошибкой Е0Р;

— точностью наведения оси антенны на определенное направ­ ление с вероятной ошибкой Еен.

Если суммарная ошибка наведения диаграммы направленности станции радиопомех на подавляемую РЛС имеет нормальное рас­ пределение, диаграмма направленности симметрична и имеет ши­ рину, равную 0 П, а систематические ошибки при наведении отсут­

ствуют, то показатель Р4 для одной станции радиопомех в дуэль­ ной ситуации

[4.21]

л

где Ф — приведенная функция Лапласа.

В случае реализации принципа заградительное™ по направле­ нию, т. е. когда ширина диаграммы перекрывает возможную ошиб­

ку наведения антенны на подавляемую РЛС (0 П> 4 у гЕ |р+ Е0Н),

показатель Р4~1. Последнее свойственно для ненаправленных или слабонаправленных антенных систем передатчиков помех.

С другой стороны, пространственное распределение станций по­ мех одного ракетного комплекса в зоне ПРО может носить двоя­ кий характер:

—программный, основанный на предварительной оценке ра­ диотехнической обстановки в зоне ПРО и централизованном рас­ пределении передатчиков помех по радиолокационным постам;

—случайный, когда каждый из передатчиков помех исполь­ зуется самостоятельно, независимо от других.

Обозначив через Ncn число станций помех на баллистической

траектории, а через р угол визирования максимально удаленных

134

друг or друга радиолокаторов ПРО, получим с учетом [4.21], что вероятность наведения на РЛС одной станции помех равна:

— при программном распределении станций помех

где — число угловых направлений на РЛС ПРО;

при случайном распределении

Вероятность наведения помехи по частоте определяется точно­ стью разведки частоты Е[Р, точностью настройки радиостанции на

рабочую частоту РЛС Ет , а также соотношением ширины спектра помехи АРП и полосы пропускания приемника РЛС AFnp.

По аналогии с предыдущим для дуэльной ситуации справедливо

[4.23]

1,2 >/е2р + е2н

Для ретрансляционных помех, частота которых совладает с не­ сущей частотой РЛС, т. е. ]/Е'^р + Е 2н = 0 , а также для заградитель­

ных шумовых помех, ширина полосы которых АЕП^> У Е2р + Е^н, показатель P s= l.

4.4. Вероятность выполнения боевой задачи

Боевая задача, решаемая антиракетами ПРО, заключается в своевременном поражении цели, следующей по баллистической траектории. За критерий боевой эффективности может быть вы­ бран показатель РкЬ являющийся вероятностью поражения цели антиракетой после одного выстрела.

Известно, что размеры зоны, в которой возможен своевремен­ ный перехват ГЧ, зависят от предельно допустимого рубежа пере­ хвата, местоположения батарей антиракет, рубежа обнаружения целей радиолокаторами и параметров траектории движения балли­

стической цели.

Допустим, что в распоряжении системы ПРО объекта имеется некоторое количество антиракет, базирующихся в нескольких ме­ стах. Зоны возможных перехватов баллистических целей с каждо­ го места базирования антиракет могут перекрывать друг друга.

Обозначим вероятности попадания любой баллистической цели в области, где она может быть перехвачена антиракетами j бата­

135

рей (с разных мест их базирования), соответственно Pnj (j = 0, 1, 2,...), тогда среднее число батарей антиракет, которые могут осу­ ществить перехват,

кср = 2 Pnj 4

j—0,1, . . .

Если каждая батарея содержит nj антиракет, то среднее число антиракет, приходящихся на каждую «опасную» цель в соответ­ ствии с [4.16а], составит:

Средняя вероятность перехвата каждой из числа «опасных» баллистических целей при стрельбе кср батарей антиракет опреде­ ляется выражением [4.18],

Выражением [4.25] можно пользоваться при оценке боевой эф­ фективности антиракет ПРО.

Величина кср может быть оценена из конкретной тактической ситуации налета, характеризуемой зоной перехвата цели. Показа­ тель Рк1 зависит от различных свойств антиракет и баллистических

целей, например, от устойчивости ГЧ к поражающим факторам ядерного взрыва, разрушительной способности боеголовки антира­ кеты и т. п.

Обозначим (рис. 4.5) границы зоны, внутри которой возможен перехват цели с одной батареи антиракет (в точке А), т. е. ширину

136

полосы, в которой баллистические цели могут быть перехвачены до подхода к некоторому предельному рубежу, через 21. Величи­ на 21 должна удовлетворять условию равенства времени полета цели от рубежа обнаружения до рубежа перехвата сумме интерва­ лов времени, затрачиваемых системой ПРО на все операции обна­ ружения, распознавания и т. п., вплоть до расчетной точки встречи

Вероятность PKi в общем случае определяется двумя состав­ ляющими:

—точностью вывода антиракеты в окрестность перехватывае­ мой цели;

—радиусом поражения боеголовки антиракеты, зависящим от устойчивости ГЧ к поражающим факторам ядерного взрыва.

Если заряд боеголовки антиракеты не ядерный, то максималь­ ный радиус поражения баллистической пели, как правило, невелик (не более 20 м). Если же применяется ядерный заряд, то вели­ чина гп существенно возрастает (особенно за пределами земной атмосферы). В связи с этим рассмотрим кратко механизмы пора­ жения ГЧ ядерным взрывом.

Основными факторами, воздействующими на головную часть

МБР при взрыве боеголовки антиракеты, считаются:

—нейтронное излучение;

—гамма-лучи;

—ударная волна (при взрыве в атмосфере).

Нейтроны, проникая через теплозащитное покрытие, корпус ГЧ и оболочку ядерного боезаряда, вызывают расщепление атомных ядер с выделением большого количества тепла. Происходит пол­ ный захват нейтронов ядрами боезаряда ГЧ. При этом ядерный заряд ГЧ может расплавиться и потерять свою форму, в резуль­ тате чего он не взорвется.

* В том случае, когда ширина полосы перехвата ограничивается распола-

гаемым радиусом действия антиракеты хнакс, то Г = у х„акс — Dj[ep макс

(рис. 4.5).

137

Радиус поражения нейтронным излучением зависит от кон­ струкции головной части МБР и мощности заряда антиракеты. Для поражения головной части нейтронным излучением промах антиракеты должен быть достаточно мал. Этого можно достигнуть лишь при поражении МБР на малых дальностях (несколько десят­

нию ядерных зарядов антиракет с «уникальным» нейтронным из­ лучением, в 1000 раз превышающим нейтронное излучение совре­ менных серийных образцов боеголовок АР. Однако такой заряд можно будет применять лишь на внеатмосферном участке траек­ тории ГЧ с тем, чтобы не подвергать риску поражения обороняе­ мый объект.

При ядерном взрыве, температура которого составляет не­ сколько миллионов градусов, плотность энергии излучения дости­ гает 1016 эрг/см3, а энергия частиц 1014-ь1015 эрг/см3, около 80% суммарной энергии выделяется в виде энергии гамма-лучей*, осо­ бенно при взрыве зарядов мегатонного класса. Интенсивное воздей­ ствие гамма-лучей на ГЧ может вызвать сублимацию теплозащит­ ного покрытия за очень короткий промежуток времени, что может разрушить оболочку ГЧ и даже ее внутреннюю конструкцию.

Действие гамма-лучей особенно эффективно в верхних слоях атмосферы, где отсутствует их поглощение молекулами воздуха. При этом взрыв за пределами атмосферы не угрожает обороняе­ мому объекту, так как поверхность Земли защищена атмосферой. Радиус поражения гп головной части для заряда мегатонного клас­ са вне пределов атмосферы может достигать десятка километ­ ров.

В США разработан и новый тип ядерной боеголовки антираке­

Существует несколько способов поражения ГЧ с помощью гам­ ма-излучения:

— облучение головной части, в результате чего внутри нее вы­ свобождаются вторичные рентгеновские лучи, которые способны вывести из строя бортовую электронную аппаратуру наведения ГЧ

иподрыва ее боезаряда;

—поглощение рентгеновских лучей теплозащитным покрытием вызывает сгорание покрытия до входа в атмосферу;

—использование гамма-лучей для преждевременного подрыва ядерного боезаряда ГЧ.

В США изучается воздействие гамма-излучения на различные материалы и элементы электронных устройств, устанавливаемых на головных частях баллистических ракет. Импульсное рентгенов­

* По общепринятой мировой классификации гамма-излучения подразделя­ ются по диапазону длин волн на жесткое гамма-излучение {Х= 10-7—10-8 см) й мягкое (Х= 10—10—10~и см), обладающее сравнительно меньшей энергией.

138

ское излучение, проникая в глубь материала, вызывает чрезвычай­ но быстрое накопление в нем внешней энергии, в результате чего происходит взрыв материала.

Наиболее эффективными поглотителями рентгеновского излуче­ ния являются материалы, имеющие высокое атомное число, такие, как золото, серебро и другие элементы, которые за рубежом широко используются для соединений в бортовых электронных устройствах МБР. Теплозащитные покрытия не защищают голов­ ную часть МБР от воздействия рентгеновского излучения. Степень этого воздействия зависит от мощности и высоты ядерного взрыва.

Третий поражающий фактор — ударная волна — будет действо­ вать лишь в плотных слоях атмосферы. Входящая в плотные слои атмосферы головная часть тормозится с ускорением до 100 g; при близком ядерном взрыве замедление может быть в несколько раз больше. Но если ГЧ можно защитить от нейтронов и гамма-лучей, то ее можно защитить и от ударной волны, обеспечив соответствую­ щую жесткость конструкции.

Для определения величины гп используем формулу для нахож­

* Захватное гамма-излучение имеет более жесткий спектр и действует в те­ чение 0,2—0,3 сек.

139