Ракета «Хадж Касем»: вступление в клуб гиперзвуковых ракет

По определению, многие баллистические ракетные системы можно назвать гиперзвуковым скоростным оружием, работающим в режиме 5–25 Махов.

Однако современная тенденция развития гиперзвукового оружия определяет нечто иное: работу на гиперзвуковых скоростях в слоях атмосферы, позволяющих осуществлять аэродинамическое маневрирование.

Такое оружие использует свое кинематическое превосходство для поражения систем противоракетной обороны. Цель состоит в том, чтобы заставить перехватчик ПРО рассеять энергию, в конечном счете, энергетический механизм поражения.

Причина, по которой такое оружие было разработано и стало популярным так поздно, заключается, с одной стороны, в более низкой эффективности систем ПРО в прошлом и технологических трудностях с точки зрения тепловой защиты/управления.

Ракета «Хадж Касем» по сути является баллистической ракетой, летящей по настильной траектории на высоте 35–60 км. 

Ступень разгона разгоняет маневрирующий возвращаемый аппарат до 12 Махов, в то время как его аэродинамические поверхности управления остаются в контакте с атмосферой. После тщательно контролируемой фазы крейсерского полета он сталкивается на расстоянии 1400 км со скоростью выше 5 Махов.

Это позволяет отнести «Хадж Касем» к гиперзвуковому оружию.

Технические характеристики

Haj Qasem представляет собой новую ракетную платформу для тактического твердотопливного арсенала Ирана. Она началась с Fateh-110, которая перешла на композитный вариант корпуса двигателя с Fateh-313.

Работа продолжилась со второй платформой — Zolfaghar, вес которой был оптимизирован, что привело к появлению варианта Dezful.

В качестве третьей платформы Haj Qasem хорошо вписывается в категорию MRBM и предлагает новый потенциал роста. По сравнению с предыдущей платформой Zolfaghar, она весит 7000 кг вместо 4600 кг, имеет диаметр ~90 см вместо 67 см, но всего на ~70 см длиннее и ~11 м.

Как и Zolfaghar, он использует композитный корпус двигателя, который не намотан в одну деталь углеродным волокном. Former — это технология, которую организация аэрокосмической промышленности предпочитает на данный момент.

Представленная шестью месяцами ранее платформа Raad-500 организации SSJ IRGC-ASF, которая сама является производной от Fateh-110, перешла на цельный корпус двигателя из углеродного волокна с намотанной нитью. Вариант Haj Qasem с таким корпусом двигателя является опцией, чтобы еще больше уменьшить структурное отношение ступени ускорителя и тем самым улучшить ее производительность.

Однако даже при использовании технологически менее совершенной технологии композитного корпуса двигателя AIO расчетное структурное отношение составляет впечатляющее значение ~0,10 к 0,08, что означает, что 90–92% веса ускорителя составляет топливо и только 8–10% — пустая масса.

Это значение получено из официально опубликованных данных о ракете, в первую очередь из ее скорости сгорания 12 Махов. Основной причиной неопределенности является неизвестная марка используемого композитного твердого топлива и неизвестный вес маневрирующих систем боеголовок. 

Поскольку ступень разгона не имеет дополнительного веса из-за системы управления вектором тяги или системы прекращения тяги, низкое значение 8-10% может быть вполне возможным. Иранские конструкторы отдали предпочтение угловому методу запуска, чтобы избежать использования системы TVC, как на ракете Sejil или верхней ступени Salman. 

Использование MaRV, который исправляет любую ошибку скорости, созданную ускорителем, путем постоянного пересчета траектории, позволило пропустить систему прекращения тяги, которая использовалась на Sejil-1. Помимо веса, все эти меры также повышают экономическую эффективность.

Першинг II, тогдашний технический уровень, из США 1980-х годов, является хорошим сравнением с Хадж-Касемом с точки зрения производительности ускорителя. Оба разгоняют полезную нагрузку 600-750 кг до скорости 12 Маха.

Однако Pershing II с его композитным арамидным корпусом двигателя толще, тяжелее и требует двух ступеней для достижения этой цели. Это служит намеком на то, какой уровень технологий использует Haj Qasem, и Pershing II все еще не считается устаревшей технологией в 2020 году.

Высокопроизводительный ускоритель вскоре отделяется от MaRV, который он переводит на траекторию с пониженной малой высотой. Иранские конструкторы использовали модифицированный MaRV, полученный от Zolfaghar/Dezful, чтобы снизить затраты и риски. Похоже, это причина, по которой дальность ограничена 1400 км, поскольку эта платформа MaRV произошла от Zolfaghar с дальностью полета 700 км, который позже был улучшен до Dezful с дальностью полета 1000 км, разработанного для значительно более низких скоростей.

Он использует углерод-углеродный композитный наконечник, который принимает большую часть тепловой энергии, создаваемой при скольжении сквозь атмосферу. Четыре большие аэродинамические поверхности управления, разработанные для маневрирования в очень тонких слоях атмосферы, также имеют большое значение. Вместе с высокой скоростью и создаваемой скоростью набегающего давления воздуха это позволяет MaRV маневрировать на самых больших высотах.

Ключом к выживанию в горячем путешествии к своей цели являются обширные аэротермические научные знания, полученные с помощью испытаний и моделирования. Необходима аэротермическая модель управления, которая учитывает допустимую скорость, маневрирование и высоту в любой момент полета. Выполняемый в определенном узком диапазоне, данный MaRV или будущий гиперзвуковой планирующий аппарат достигнет целевой области в правильном энергетическом состоянии. Иран открыто заявил, что освоил такую ​​передовую адаптивную систему динамики полета с ракетой Haj Qasem.

При правильном маневрировании на поздней стадии полета двигатель MaRV «Хадж-Касема» рассеет кинетическую энергию в более тонких слоях атмосферы, что позволит ему достаточно замедлиться и, наконец, врезаться в землю со скоростью более 5 М на расстоянии 1400 км. 

Это означает, что вместо увеличения дальности полета за счет сильного эффекта подъемной силы кузова «на волнах», характерного для грузового автомобиля, как это происходит в китайском DF-17, «Хадж Касем» маневрирует, снижая скорость, чтобы его MaRV мог пережить путешествие.

Положительным побочным эффектом здесь является то, что истинная траектория цели может быть замаскирована из-за значительных изменений курса, что сбивает с толку обороняющегося противника. Самое главное, что освоение научного пакета этого гиперзвукового оружия открывает дверь к лучшему MaRV или HGV за пределами платформы MaRV Zolfaghar.

Китайское гиперзвуковое оружие DF-17 — это передовое и относительно дорогое решение, оснащенное радиолокационной головкой самонаведения в качестве конечного датчика, что указывает на противокорабельную роль. Иранские ракеты, даже дальнобойные, достигают попаданий с точностью до 10-30 м без конечного датчика.

Это поднимает вопрос, используется ли обновление INS по GPS/ГЛОНАСС на промежуточном этапе или что-то экзотическое, например, система астронавигации, или просто новые иранские гироскопы и акселерометры обеспечивают высокоточную INS. Внешние обновления INS на промежуточном этапе в безопасной форме могут также включать наземную систему позиционирования на иранской земле или обновление положения наземного радара.

Отсутствие конечного датчика исключает возможность использования ракет против движущихся целей, а также существенно упрощает конструкцию MaRV, в первую очередь, тепловую защиту.

Проблема, связанная с этим, заключается в огромных перегрузках при входе в атмосферу и конечном противоракетном маневрировании, которые могут легко разрушить чувствительную авионику, такую ​​как ИНС. Поэтому возможно, что вторичная твердотельная механически прочная ИНС на основе МЭМС с более низкой точностью, разработанная для того, чтобы выдерживать высокие перегрузки, используется для короткой конечной фазы.

Будь то GPS/ГЛОНАСС, позволяющий Хадж Касему наносить точечные удары на расстоянии 1400 км, или системы, на которые вообще невозможно повлиять извне; угроза, которую он представляет, огромна, разрушительная сила разрушительна. Например, обновление ГЛОНАСС на середине курса на высоте 60 км и на расстоянии 300 км от целевой области будет практически невозможным для противника для глушения или обмана. 

Время прибытия ракеты крайне мало из-за более короткой настильной траектории; только мобильные системы уровня «выстрелил-убежал» могли бы достаточно быстро менять свое положение, и уж точно не радары ПРО с большой апертурой.

Механизм поражения ПРО

Описанные до сих пор качества системы вооружения ракеты «Хадж Касем» могут быть также реализованы в баллистической ракете с МБР, например, МБР Sejil-2.

Русский «Искандер» — самый известный SRBM для противодействия системам ПРО НАТО. Несмотря на то, что он не попадает в категорию гиперзвукового оружия, в первую очередь потому, что при ударе замедляется ниже 5 Махов, он делает почти все, что гиперзвуковое оружие использует для поражения ПРО.

Очень быстрая ракета в превосходном кинематическом состоянии выполняет псевдослучайные маневры при достижении прогнозируемого диапазона системы ПРО. Постоянное изменение ее вектора заставляет перехватчик ПРО реагировать на эти изменения, которые перехватчик должен изначально выполнять в плотных слоях атмосферы, борясь с гравитацией. Атакующая ракета выполняет изменения своего курса в тонких слоях атмосферы и ей помогает гравитация на ее пути вниз. Каждая реакция перехватчика происходит с крошечной задержкой датчика, реле и исполнительного механизма, что оказывает существенное неблагоприятное воздействие на таких высоких скоростях.

Запас кинетической энергии, который может использовать для такого маневрирования ракета-носитель типа «Искандер» со скоростью более 6 М, весьма ограничен по сравнению с ракетой «Хадж-Касем» со скоростью 12 М.

Западные летчики-истребители знают механизм энергетического поражения как маневр F-pole, в первую очередь используемый для поражения BVR AAM путем изменения вектора истребителя и заставляя AAM терять свою энергию при обновлении своего курса. Та же ситуация возникает, если перехватчик ABM поражает MaRV или ракету типа «Искандер».

Другой метод эксплуатации слабостей западных перехватчиков ПРО — это работа в режимах, для которых они не были предназначены. Часто потому, что они были созданы для противодействия обычным неманевренным баллистическим ракетам.

Перехватчики ПРО, такие как SM-3, THAAD и Arrow-3, ограничены высотой, они не могут работать ниже определенного порога высоты из-за трения воздуха. Эти внеатмосферные перехватчики малоэффективны против гиперзвуковых ракет или ракет типа «Искандер». 

Из этих трех только THAAD имеет аэродинамически сформированную носовую головку самонаведения, которая может выдерживать динамическое давление и тепловые нагрузки в определенной степени. На какой высоте и на каких скоростях это возможно, неясно. Однако даже если головка самонаведения не является ограничивающим фактором, например, через поздно сброшенный защитный кожух: THAAD является управляемой системой TVC, и двигатели управления высотой ее истребителя предлагают только очень ограниченные резервы коррекции курса. Следовательно, против Хадж-Касема он может контрреагировать на изменения курса, пока его ускоритель активен, но впоследствии отсутствие у него аэродинамических поверхностей управления ухудшает его способность коррекции курса, поскольку большие изменения вектора истощат его запасы топлива KV.

Вторая категория; внутриатмосферные перехватчики, представлены, например, Patriot PAC-2 и PAC-3, Arrow-1/2, SM-2/6, S-300/-400 и David Sling. Именно против этих перехватчиков используется маневрирование с энергетическим поражением. Цель перехватчика — оказаться в определенный момент времени достаточно близко к атакующей ракете и, кроме того, достаточно быстрым и маневренным для разворота с высокой перегрузкой в ​​конце игры и, наконец, поразить или спровоцировать ее осколочно-фугасную боеголовку.

Чем больше энергии перехватчик вынужден рассеивать посредством контр/реакционного маневрирования, тем меньше становится его зона поражения. Площадь, которую он способен защитить, уменьшается до такой степени, что он вообще никогда не достигнет позиции встречи атакующих ракет.

В случае ракеты Haj Qasem со скоростью 12 Махов энергия должна рассеиваться, чтобы замедлить ее до скорости ниже 6 Махов при ударе. Таким образом, кинетическая энергия, эквивалентная 6 числам Маха, доступна ее MaRV для поздней фазы крейсерского полета и маневрирования на конечном этапе. Рассеянная энергия нагреет MaRV и вызовет желаемые позиционные изменения. 

Маневры с относительно низкой перегрузкой, которые изменяют угол направления на несколько градусов, на таких высоких скоростях создадут большую разницу в расстоянии от ракеты до перехватчика. Чем больше запас энергии/скорости доступно, тем больше таких циклов изменения угла направления может быть выполнено, на которые перехватчик должен реагировать, поскольку он не знает, какая цель предполагается.

Поскольку маневры становятся более интенсивными, чем ближе ракета подходит к цели, она внезапно переходит в вертикальное положение с максимальной интенсивностью маневрирования, чтобы поразить намеченный объект сверху. Этот вертикальный маневр пикирования увеличивает непредсказуемость и затрудняет перехват. 

Искандер может выполнять только поздние и относительно немногочисленные циклы маневрирования во время вертикального пикирования, в первую очередь предназначенные для поражения перехватчиков ПРО типа PAC-3 и David Sling. Хадж Касем начинается раньше, с большим количеством циклов, с более серьезными изменениями вектора. 

Это повышает ее эффективность против перехватчиков с высокими кинематическими возможностями, таких как Arrow-2, и дополнительно сокращает зоны поражения до точек, в которых сама система ПРО может быть атакована.

Чтобы ухудшить работу сенсоров ПРО и системы раннего оповещения, необходимо понимать, что гиперзвуковые ракеты можно рассматривать как высоко летящие крылатые ракеты. В то время как космические ИК-датчики могут улавливать фазу разгона Haj Qasem при запуске и на начальной траектории, ее высокий уровень энергии может быть использован для радикального изменения ее траектории после фазы разгона.

Это, в сочетании с малым MaRV с низкой ЭПР, особенно по сравнению со всем корпусом ракеты «Искандер», создает цель, которую трудно обнаружить и отслеживать. Псевдослучайное маневрирование означает, что конечный пункт назначения MaRV также невозможно предсказать.

Это создает ряд проблем, когда предупреждение запаздывает и не является конкретным.

Одним из немногих преимуществ систем ПРО против гиперзвукового оружия является невозможность использования ложных целей и эффективного «перемещающегося» облака дипольных отражателей.

Варианты базирования: ракетные фермы

Предыдущая платформа, а именно ракета Zolfaghar, использовалась на транспортерных пусковых установках, которые имели одну или две ракеты каждая. Существует высокая вероятность того, что мы увидим такие спаренные пусковые установки для ракеты Haj Qasem в будущем.

Однако самый интригующий метод базирования был представлен КСИР-АСФ летом 2020 года: так называемый метод базирования «ракетной фермы».

Канистра с ракетой закапывается в землю на глубину до нескольких метров. После запуска горячие газы, выходящие из верхней части канистры, отбрасывают покрывающую землю, и ракета вылетает из канистры. Также утверждалось, что возможна более глубокая открытая шахта, по которой проходит ракета.

По сравнению с иранскими «ракетными городами», проложенными в твердых горных породах, эта концепция не является укрепленным методом базирования. Но двусмысленность из-за потенциально ложных стартовых площадок создает относительно мягкую, но выживаемую концепцию базирования.

Не прибегая к ядерному контрудару для нейтрализации зарытых ракет, концепции требуют оружия с очень низким КВО для поражения стартовой площадки и ее уничтожения. Для стартовых площадок выбирается ровная безликая местность, на расстоянии десятков-сотней метров друг от друга. Это создает серьезные проблемы для достижения КВО <5 м в среде, где сигнал GPS, вероятно, ухудшается из-за глушения, поскольку оптическое/ИК сопоставление местности затруднено.

Поскольку обычное избыточное давление взрыва не работает против ракеты, зарытой в ровную местность, для нейтрализации ракеты требуется очень прямое попадание тяжелого оружия. Ложные места не могут быть идентифицированы каким-либо известным физическим принципом, основанным на воздухе или космосе, что делает HUMINT единственным средством для определения того, где зарыты настоящие ракеты.

Другим аспектом этой новой концепции базирования, новаторской для Ирана, является то, что ракеты готовы к запуску. В реалистичном сценарии большая часть зарытых ракет была бы запущена мгновенно, до того как могла бы начаться кампания по нейтрализации ракетных ферм.

Реалистичным сценарием, который обеспечивает данная концепция базирования, является возможность множественных одновременных пусков по заранее запрограммированным целям в начале боевых действий, что перегружает системы ПРО.

С точки зрения логистики это дает преимущество, что взрывоопасные твердотопливные ракеты не хранятся в туннельных системах или специально построенных бункерах, где инцидент или нанесенный ущерб могут вызвать катастрофический каскадный эффект. Усилия по безопасному контейнеру для хранения и бункеру или даже туннелю вместо этого вкладываются в пусковой контейнер, который просто закапывается в обширной защищенной зоне.

Фиксированное базирование также обеспечивает преимущество точно известного начального положения, что повышает точность при использовании наведения полностью на основе ИНС.

Тактически наиболее привлекательной из всех функций является возможность запуска по требованию. Цель, обнаруженная любыми средствами, может быть немедленно атакована без времени на подготовку. 

Первый военный спутник КСИР-АСФ, Noor, который, по-видимому, работает в инфракрасном диапазоне, является намеком на будущие возможности обнаружения целей. Созвездие таких расширяемых спутников ИК или РСА, обнаруживающих цель и способных сообщать ее местоположение достаточно быстро, позволило бы провести мгновенную атаку. Цепочка действий от обнаружения до передачи данных, анализа и приказа на запуск значительно выиграла бы от оружия, мгновенно готового к стрельбе и с очень коротким временем прибытия.

Мобильный, компактный Qased SLV намекает на то, что Иран заинтересован в приобретении расширяемого и недорогого спутникового созвездия размером с кубсат. В конфликте, который ухудшит такое созвездие возможностями противника по противоспутниковым системам, запуски по требованию военных спутников-заменителей, произвольно запускаемых компактными мобильными SLV, станут основным средством поиска целей для ракетных сил большой дальности.

Привлекательные черты этой новой концепции базирования потребовали технологических прорывов для Ирана. Прежде всего, это достижения в области внутреннего энергоснабжения ракет, полностью электрические сервоприводы и достижения в системах наведения, которые должны ориентировать ракету в трехмерном пространстве.

Пневматические приводы систем предыдущего поколения заменяются полностью электрическими, которые можно хранить. Им, в свою очередь, нужны батареи, которые сохраняют свою мощность в течение многих лет, батареи, которые должны обеспечивать достаточно энергии для интенсивного маневрирования, гиперзвуковое оружие выполняет. Обычные алгоритмы наведения в 2D-плоскости, которые требовали, чтобы ракета находилась под правильным углом вращения, больше не применимы. Ракета должна выдерживать среду горячего газа, которая используется для сброса защитного верхнего слоя земли.

Компактная конфигурация 8-реберного заднего стабилизатора Haj Qasem явно предназначена для использования в этом режиме горячего запуска в заглубленном контейнере. Для простоты процесса производства конфигурация стабилизатора предыдущих поколений с вихревым генератором, помогающим стабилизатору, в Haj Qasem исключена. Хотя его все еще можно применять в композитных корпусах двигателей Zolfaghar и Dezful, вихревой генератор больше не будет применяться в будущем корпусе двигателя Raad-500, полностью выполненном из углеродного волокна.

Заключение

Haj Qasem можно описать двумя характеристиками: во-первых, это новая высокопроизводительная платформа-ускоритель, созданная для того, чтобы оставаться в пределах самопровозглашенного Ираном ограничения дальности в 2000 км. Во-вторых, это демонстрация научного пакета, необходимого для гиперзвукового оружия, прежде всего в аэротермической области.

Третий момент, который, безусловно, приведет к более мощному варианту в будущем, это термостойкие материалы и их экономичное применение в процессе производства. Это приведет к оружию, подобному DF-17, хотя ускоритель Haj Qasem, по-видимому, уже лучше, чем тот, что используется на DF-17.

Подъемный корпус HGV будет использовать преимущества дальности, что приведет к 7-8-тонной одноступенчатой ​​ракете со значительным весом обычной высокоэнергетической взрывчатой ​​боеголовки с дальностью ~2000 км. Эта дальность является порогом, после которого тактическая авиация больше не может эффективно использоваться, оставляя стратегическую авиацию как вариант в этой категории.

Концепции ракетной фермы позволяют хранить готовую к запуску ракету в течение многих лет или даже более десятилетия в относительно защищенных заглубленных контейнерах. Поэтому живучесть арсенала Хадж Касема можно считать очень высокой. Относительно небольшие внедорожные TEL 8×8 с двумя ракетами на каждой из возможностей MRBM являются еще одной особенностью этого вида оружия следующего поколения.

Хотя его можно охарактеризовать как практически неуязвимый для любой современной развернутой системы ПРО в западном мире, вариант HGV с лучшей теплозащитой усилил бы его возможности в этой области благодаря его способности летать на еще более низких высотах — от 40 до 50 км.

Хадж-Касем представляет собой новый вид угрозы, и хотя в прошлом, например, у Израиля была готовая или близкая к завершению система противодействия новым типам иранских ракет большой дальности, это первый случай, когда даже не было объявлено о разработке системы противодействия ей.

https://patarames.blogspot.com/2020/08/haj-qasem-missile-entering-hypersonic.html