ВМС США создают оружие на новых физических принципах
Казалось бы, военный флот США сегодня имеет достаточный набор средств защиты от крылатых и баллистических противокорабельных ракет (ПКР). Однако некоторые военные эксперты сомневаются в том, что эти средства обороны смогут противостоять крылатым и баллистическим ПКР нового поколения, разрабатываемым в ряде стран, прежде всего в Китае.
Залп на миллион
Анализу работ в области создания оружия на новых физических принципах посвящен сентябрьский отчет исследовательской службы конгресса США. Из этого отчета явно видна обеспокоенность военных экспертов тем, что в ряде боевых сценариев при массированных атаках надводных кораблей различными средствами воздушного нападения имеющегося боекомплекта традиционных средств защиты может, во-первых, не хватить, а во-вторых, стоимость корабельных зенитных управляемых ракет (ЗУР) этого боекомплекта будет просто несопоставимой со стоимостью атакующего оружия.
Известно, что ракетные крейсеры ВМС США имеют боекомплект из 122 ракет, а эсминцы - из 90-96 ракет. Однако из общего количества ракетного оружия часть приходится на крылатые ракеты «Томагавк» для ударов по наземным целям и противолодочное оружие. Оставшееся количество - это ЗУР, которых может быть до нескольких десятков единиц. При этом необходимо учитывать: для повышения вероятности поражения воздушной цели по ней могут запускаться две ракеты, что повышает темп расхода боекомплекта. В универсальных вертикальных пусковых установках (УВПУ) кораблей ракетное оружие различных типов устанавливается совместно, в связи с чем перезарядка УВПУ возможна только при возвращении в базу или на стоянке.
Если проанализировать стоимость конкретных образцов корабельных ЗУР ВМС США, то оборона надводного корабля требует больших затрат. Так, цена одной единицы зенитного ракетного оружия для некоторых типов превышает несколько миллионов долларов. Например, для защиты корабля от летательных аппаратов (ЛА) и крылатых ПКР в ближней зоне применяются ракеты RAM (Rolling Airframe Missile), обходящиеся казне в 0,9 миллиона долларов за единицу, и ракеты ESSM (Evolved Sea Sparrow Missile) за 1,1-1,5 миллиона.
Для защиты в средней зоне от ЛА и крылатых ПКР, а также от баллистических ПКР на конечном участке траектории используются ЗУР «Стандарт» SM-6 Block 1 стоимостью 3,9 миллиона долларов. Ракеты «Стандарт» SM-3 Block 1B (14 миллионов долларов за единицу) и ракеты «Стандарт» SM-3 Block IIA (более 20 миллионов) применяются для перехвата атакующих баллистических ПКР на среднем внеатмосферном участке траектории.
Для повышения эффективности средств обороны надводных кораблей ВМС США в настоящее время ведут работы в области лазерного оружия, электромагнитных пушек и гиперскоростных снарядов HPV (hypervelocity projectile). Наличие таких средств позволит противодействовать как воздушным, так и надводным средствам нападения.
Силой света
Работы ВМС в области разработки высокомощных военных лазеров достигли уровня, который позволяет противодействовать определенным типам надводных (НЦ) и воздушных целей (ВЦ) на дальности около 1,6 км и начать их развертывание на боевых кораблях (БК) через несколько лет. Более мощные корабельные лазеры, которые будут готовы к развертыванию в последующие годы, дадут надводным БК ВМС США возможность противодействия НЦ и ВЦ на дальностях около 16 км. Эти лазеры смогут, помимо выполнения других задач, обеспечить для БК противоракетную оборону на последнем рубеже против определенных типов баллистических ракет, включая новую китайскую баллистическую противокорабельную ракету ASBM (anti-ship ballistic missile).
ВМС и Минобороны США сегодня ведут разработку трех типов лазеров, которые в принципе смогут применяться на БК:
- волоконного твердотельного лазера SSL (solid state laser);
- щелевого лазера SSL;
- лазера на свободных электронах FEL (free electron lasers).
Один из опытных демонстраторов волоконного лазера SSL разработан ВМС по программе системы лазерного оружия LaWS (Laser Weapon System). Другой вариант волоконного лазера SSL ВМС создан по программе системы тактического лазера TLS (Tactical Laser System). Среди ряда программ Минобороны США по разработке щелевого лазера SSL для военных целей фигурирует и программа демонстрации морского лазера MLD (Maritime Laser Demonstration).
ВМС также создали маломощный опытный образец лазера на свободных электронах FEL и в настоящее время работают над прототипом данного лазера большей мощности.
В отчете подчеркивается, что хотя ВМС разрабатывают лазерные технологии и прототипы потенциальных корабельных лазеров, а также имеют обобщенное видение перспектив их дальнейшего развития, в настоящее время пока нет конкретной программы закупки серийных вариантов этих лазеров или некой программы, в которой указывались бы конкретные сроки установки лазеров на определенные типы БК.
Как отмечается в отчете, лазерное оружие имеет как определенные преимущества, так и ряд недостатков по противодействию различным видам угроз, включая баллистические ракеты.
Лазер - аргументы «за»
В числе достоинств лазерного оружия - экономичность. Стоимость корабельного топлива для выработки электроэнергии, необходимой для выстрела лазера с электрической накачкой, оказывается менее одного доллара за выстрел, тогда как стоимость одной ЗУР ближнего действия составляет 0,9-1,4 миллиона долларов, а ЗУР дальнего действия - несколько миллионов долларов. Применение лазеров может дать БК альтернативу при уничтожении менее важных целей типа БЛА, тогда как ракеты будут применяться для гарантированного уничтожения более важных целей.
БК является весьма дорогостоящим видом военно-морской техники, в то время как против него противник применяет сравнительно дешевые боевые средства, малые катера, БЛА, ПКР, баллистические ПКР. Поэтому за счет применения лазеров можно изменить соотношение расходов на оборону корабля. БК имеет ограниченный боекомплект ракетного и артиллерийского оружия, израсходование которого потребует временного вывода корабля из боя для пополнения боекомплекта.
Лазерное оружие не имеет ограничений по количеству выстрелов и может применяться для уничтожения ложных целей, активно применяемых для израсходования корабельного боекомплекта. Перспективный корабль с лазерным и ракетным оружием окажется более компактным и менее дорогостоящим, чем корабль УРО с большим количеством ракет в вертикальных пусковых установках.
Лазерное оружие обеспечит практически мгновенное поражение цели, что устраняет необходимость расчета траектории перехвата атакующей цели противоракетой. Цель выводится из строя фокусировкой на нее лазерного пучка в течение нескольких секунд, после чего лазер может перенацеливаться на другой объект. Это особенно важно при действии БК в береговой зоне, когда по нему могут вести огонь ракетным, артиллерийским и минометным оружием со сравнительно малых дистанций.
Лазерное оружие может поражать сверхманевренные цели, превосходящие по своим аэродинамическим характеристикам корабельные противоракеты.
Лазер обеспечивает минимальные побочные разрушения, особенно при ведении боя в портовой зоне. Кроме функций поражения целей, лазер может применяться для обнаружения и сопровождения целей и нелетально воздействовать на них, обеспечивая подавление бортовых оптико-электронных датчиков.
Лазерные недостатки
В их числе осуществление перехвата только в пределах линии визирования цели и невозможность уничтожения загоризонтных целей. Ограничение возможности перехвата малоразмерных объектов при сильном волнении, которое скрывает их в гребнях волн.
Интенсивность лазерного излучения при прохождении через атмосферу ослабляется вследствие поглощения в спектральных линиях различных атмосферных составляющих или благодаря рэлеевскому рассеянию, а также макроскопическим неоднородностям, связанным с атмосферной турбулентностью или нагревом атмосферы самим же пучком. В результате рассеяния на таких неоднородностях пучок лазерного излучения может расшириться, что приведет к уменьшению плотности энергии излучения - важнейшего параметра, характеризующего поражающую способность лазерного оружия.
При отражении массированной атаки одного лазера на корабле может оказаться недостаточно ввиду необходимости его многократного перенацеливания в ограниченный промежуток времени. В связи с этим потребуется размещение на БК нескольких лазеров по типу зенитных артиллерийских комплексов (ЗАК) самообороны на последнем рубеже.
Лазеры малой мощности киловаттного уровня могут быть менее эффективными, чем более мощные лазеры мегаваттного уровня при действии по защищенным целям (абляционное покрытие, высокоотражающие поверхности, вращение корпуса и т. д.). Повышение мощности лазера увеличит его стоимость и массу. Воздействие лазерного пучка в случае промаха может привести к нежелательным побочным разрушениям и повреждениям своих самолетов или спутников.
Размер имеет значение
Тем не менее, потенциальными целями для лазерного оружия могут быть оптико-электронные датчики, в том числе применяемые на ПКР; малоразмерные лодки и катера; неуправляемые ракеты, снаряды, мины, БЛА, пилотируемые самолеты, ПКР, БР, включая баллистические ПКР.
Лазеры выходной мощностью около 10 киловатт могут противодействовать БЛА на ближних дальностях, мощностью в десятки киловатт - БЛА и лодкам некоторых типов, мощностью в сто киловатт - БЛА, лодкам, НУР, снарядам и минам, мощностью в сотни киловатт - всем вышеперечисленным целям, а также пилотируемым самолетам и некоторым типам управляемых ракет, мощностью на уровне нескольких мегаватт - всем ранее упомянутым целям, включая сверхзвуковые ПКР и БР на дальностях до 18 километров.
БК с лазерами мощностью свыше 300 киловатт могут защищать не только себя, но и другие корабли в зоне своей ответственности при нахождении, например, в составе авианосной ударной группы.
По данным ВМС США, крейсеры с системой ПРО «Иджис» и эсминцы (корабли типов CG-47 и DDG-51), а также десантно-вертолетные корабли-доки (ДВКД) типа «Сан-Антонио» LPD-17 имеют достаточный уровень энергоснабжения для боевых действий с применением лазерного оружия типа LaWS. Некоторые корабли ВМС США будут способны применять в боевых условиях лазеры типа SSL выходной мощностью до 100 киловатт.
Пока в составе ВМС нет БК, имеющих достаточный уровень энергоснабжения или возможностей охлаждения, чтобы обеспечить работу лазеров SSL выходной мощностью свыше 100 киловатт. Ввиду больших габаритов лазеров типа FEL они не могут быть размещены на существующих крейсерах или эсминцах. Габариты авианосцев и универсальных десантных кораблей (типа LHA/LHD) с большой полетной палубой могут обеспечить достаточное пространство для размещения лазера типа FEL, однако они не имеют достаточного уровня энергоснабжения для обеспечения работы лазера типа FEL мегаваттного класса.
Исходя из этих условий ВМС в предстоящие годы должны будут определить требования к конструкциям перспективных БК и ограничения, предъявляемые к ним в случае установки корабельных лазеров, в частности лазеров SSL мощностью свыше 100 киловатт, а также лазеров FEL.
Эти ограничения привели, например, к завершению программы создания крейсера типа CG(X), поскольку в этом проекте предусматривалось обеспечить работу лазера SSL мощностью свыше 100 киловатт и/или лазера типа FEL мегаваттного класса. После завершения программы CG(X) ВМС не объявили о каких-либо перспективных планах приобретения БК, способных обеспечить работу лазера типа SSL мощностью свыше 100 киловатт или лазера FEL.
Лазероносцы
Однако как подчеркивается в отчете, варианты конструкций кораблей, способных расширить возможности ВМС по установке на них лазеров в ближайшие годы, могут охватывать следующие варианты.
Проектирование нового варианта эсминца DDG-51 Flight III, которые ВМС планируют закупать в 2016 финансовом году, с достаточным пространством, уровнем энергоснабжения и возможностями холодильных установок для обеспечения работы лазера SSL мощностью 200-300 киловатт или более. Для этого потребуется удлинить корпус DDG-51, а также обеспечить помещение для размещения лазерного оборудования и дополнительных электрогенераторов и холодильных установок.
Проектирование и закупка нового эсминца, представляющего собой дальнейшее развитие варианта DDG-51 Flight III, который обеспечит работу лазера SSL выходной мощностью 200-300 киловатт и более и/или работу лазера FEL мегаваттного класса.
Модификация конструкции УДК, которые будут закупаться в предстоящие годы таким образом, чтобы было можно обеспечить работу лазера SSL мощностью 200-300 киловатт и более и/или лазера FEL мегаваттного класса.
Модификация при необходимости конструкции нового авианосца типа «Форд» (CVN-78), чтобы можно было обеспечить работу лазера SSL мощностью 200-300 киловатт и более и/или лазера FEL мегаваттного класса.
В апреле 2013 года ВМС объявили о том, что планируют установить лазерное оружие на УДК «Понс» (USS Ponce), который был переоборудован из десантного корабля в опытный для технологической отработки лазерного оружия против атакующих катеров и БЛА. В августе прошлого года данный лазер мощностью 30 киловатт был установлен на этом корабле, который находится в Персидском заливе. По заявлению Центрального командования ВС США корабельный лазер при испытаниях успешно уничтожил скоростную лодку и БЛА.
В рамках программы по созданию корабельного лазерного оружия ВМС инициировали проект технологической доработки твердотельного лазера SSL-TM (solid-state technology maturation), в рамках которого промышленные группы под руководством компаний «БАе Системз» (BAE Systems), «Нортроп Грумман» (Northrop Grumman) и «Рейтеон» (Raytheon) конкурируют за разработку корабельного лазера мощностью 100-150 киловатт, эффективного против малоразмерных лодок и БЛА.
Управление НИОКР ВМС США проведет тщательный анализ результатов испытания лазера на УДК «Понс» для его дальнейшего применения в программе SSL-TM, целью которой является создание опытного образца лазера мощностью 100-150 киловатт для морских испытаний до 2018 года. Будут определены правила перехвата и технология применения LaWS в боевых условиях, которые затем предполагается реализовать в более мощных образцах лазерного оружия.
Дальнейшее повышение мощности лазера до 200-300 киловатт позволит этому оружию противодействовать некоторым типам крылатых ПКР, а увеличение выходной мощности до нескольких сотен киловатт, а также до одного мегаватта и выше может сделать это оружие эффективным против всех типов крылатых и баллистических ПКР.
Но даже в том случае, если разрабатываемое оружие на основе твердотельных лазеров имеет достаточную мощность для уничтожения малоразмерных лодок, катеров и БЛА, но не может противодействовать крылатым или баллистическим ПКР, его появление на кораблях повысит их боевую эффективность. Лазерное оружие позволит, например, сократить расход ЗУР для перехвата БЛА и увеличить количество ракет, которые могут применяться для противодействия ПКР.
Силой индукции
В дополнение к твердотельным лазерам ВМС с 2005 года разрабатывают электромагнитную пушку, идея которой заключается в том, что к двум параллельным (или коаксиальным) токонесущим шинам-рельсам прикладывается напряжение от источника питания. При замыкании контура, поместив на шины, например, подвижную тележку, проводящую ток и обладающую хорошими контактами с шинами, возникает электрический ток, индуцирующий магнитное поле. Это поле создает давление, которое стремится раздвинуть проводники, образующие контур.
Но поскольку массивные рельсы-шины закреплены, то единственным подвижным элементом является тележка, которая под действием давления начинает двигаться по рельсам так, чтобы объем, занимаемый магнитным полем, возрастал, то есть по направлению от источника питания. Совершенствование ЭМ-пушек направлено на повышение конечной скорости до чисел М=5,9-7,4 на уровне моря.
Первоначально ВМС начали разработку ЭМ-пушки в качестве оружия непосредственной береговой поддержки морской пехоты при проведении десантных операций, однако затем переориентировали эту программу на создание ЭМ-оружия для защиты от ПКР. В настоящее время ВМС финансируют работы компаний «БАе Системз» и «Дженерал атомикс» по созданию двух демонстраторов ЭМ-оружия, оценка которых началась в 2012 году. Эти два опытных образца рассчитаны на метание снарядов с энергией 20-32 МДж, что обеспечивает полет снаряда на дальность 90-185 км.
В апреле 2014-го ВМС объявили о планах установить в 2016 финансовом году опытный образец ЭМ-пушки на борту скоростного многоцелевого быстроходного десантного корабля-катамарана JHSV (Joint High Speed Vessel) типа «Спиехед» для проведения морских испытаний. В январе 2015-го стало известно о планах ВМС принять на вооружение ЭМ-пушку в период 2020-2025 годов. В апреле было сообщено, что флот рассматривает возможность установки ЭМ-пушки на новом эсминце типа «Зумвольт» (Zumwalt, DDG-1000) в середине 2020-х годов.
В конце 2014-го командование морских систем ВМС США NAVSEA (Naval Sea Systems Command) случайно опубликовало запрос о предоставлении информации RFI (Request for Information) по программе создания мощной рельсовой ЭМ-пушки. Запрос был опубликован от имени Управления программ оружия направленной энергии и электрических боевых средств NAVSEA (PMS 405), управления НИОКР ВМС США ONR (Office of Naval Research) и аппарата министра обороны. Он появился на правительственном веб-сайте FedBizOpps 22 декабря 2014 года, а спустя четыре часа аннулирован.
Тот, кто успел ознакомиться с RFI, может составить представление о направлениях развития программы рельсовой ЭМ-пушки. В частности, промышленности и академическим институтам предлагалось представить свои предложения по разработке датчика системы управления огнем FCS (fire-control sensor) ЭМ-пушки для обнаружения, сопровождения и поражения наземных и воздушных целей и баллистических ракет.
Согласно RF датчик FCS будущей рельсовой ЭМ-пушки должен иметь угол поля зрения электронного сканирования более 90 градусов (по азимуту и в вертикальной плоскости), отслеживать на большой дальности цели с малой эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР), отслеживать и поражать баллистические цели в атмосфере, блокировать помехи окружающей среды (погоды, местности и биологические), обеспечивать обработку данных при отражении удара баллистическими ракетами, обеспечении противовоздушной обороны и поражении надводных целей, одновременно отслеживать атакующие цели и запущенные сверхзвуковые снаряды, проводить качественную оценку степени боевых повреждений.
Кроме того, датчик FCS должен продемонстрировать быстрое замыкание шлейфа контура управления огнем, повышенную устойчивость к техническим и тактическим мерам противодействия, высокую скорость отслеживания и сбора данных, а также готовность технологий, достаточную для создания опытного образца в третьем квартале 2018 финансового года, и обеспечения боеготовности в 2020-2025-м.
В RFI имелось обращение к промышленным компаниям и научно-исследовательским институтам описать ключевые элементы и степень готовности технологий своих FCS, представить информацию об их пригодности для многоцелевых приложений, возможные проблемы интеграции с существующими военно-морскими боевыми системами и воздействие на логистическую цепочку.
Предполагалось, что научно-исследовательский центр проблем надводной войны NAVSEA в городе Дальгрене (штат Вирджиния) будет принимать предложения промышленности в период 21-22 января 2015 года и выдаст окончательный ответ 6 февраля. Но теперь, естественно, все эти даты смещены вправо.
Рельсотрон (RailGun) - электромагнитная пушка будущего
Управление НИОКР ВМС США инициировало инновационную программу создания опытного образца рельсовой ЭМ-пушки в 2005 году. В рамках первого этапа программы предусматривалось создание пусковой установки с приемлемым жизненным сроком и надежной технологией импульсной мощности. Основные работы были сконцентрированы на создании ствола пушки, источника энергоснабжения, технологии рельсовых направляющих. В декабре 2010-го демонстрационная система, разработанная НИЦ в Дальгрене, достигла мирового рекорда по уровню дульной энергии, составившей 33 МДж и достаточной для запуска снаряда на расстояние 204 км.
Первый построенный промышленной компанией демонстратор ЭМ-пушки принадлежит «БАе Системз» и имеет мощность 32 МДж. Этот демонстратор доставили в Дальгрен в январе 2012 года, а несколько месяцев спустя туда прибыл конкурирующий опытный образец компании «Дженерал атомикс».
На основе достижений первого этапа работ в 2012 году начат второй этап, в рамках которого работы были сконцентрированы на разработке оборудования и методов, обеспечивающих темп стрельбы на уровне 10 выстрелов в минуту. Для обеспечения постоянной скорострельности необходимо разработать и внедрить наиболее эффективные методы терморегулирования ЭМ-пушки.
Первые испытания опытного образца ЭМ-пушки разработки компании «БАе Системз» или «Дженерал атомикс» на море пройдут на борту многоцелевого быстроходного десантного корабля-катамарана JHSV-3 «Миллинокет» (Millinocket). Они запланированы на 2016 финансовый год и предусматривают стрельбы одиночными выстрелами. Стрельбы в полуавтоматическом режиме с использованием полностью интегрированной корабельной ЭМ-пушки запланированы на 2018 год.
Гиперскоростные снаряды
Разработка ЭМ-пушки предусматривает и создание специальных управляемых гиперскоростных снарядов HVP (hypervelocity projectile), которые могли бы также применяться в качестве штатных снарядов 127-мм корабельных и 155-мм сухопутных пушек. Крейсеры ВМС США, а их насчитывается 22 единицы, имеют две, а эсминцы (69 единиц) - одну 127-мм пушку. У трех новых строящихся эсминцев DDG-1000 типа «Зумвольт» по две 155-мм пушки.
По данным компании «БАе Системз», снаряд HVP имеет длину 609 мм и массу 12,7 кг, включая полезную нагрузку массой 6,8 кг. Масса всего комплекта для запуска HVP - 18,1 кг при длине 660 мм. Специалисты «БАе Системз» утверждают, что максимальный темп стрельбы снарядами HVP составляет 20 выст/мин из пушки Mk45 калибра 127 миллиметров и 10 выст/мин из перспективной 155-мм пушки эсминца DDG 1000, получившей обозначение AGS (advanced gun system). Темп стрельбы из ЭМ-пушки - шесть выстрелов в минуту.
Дальность стрельбы снарядами HVP из 127-мм пушки Mk 45 Mod 2 превышает 74 км, а при стрельбе из 155-мм пушки эсминца DDG-1000 - 130 км. В случае стрельбы этими снарядами из ЭМ-пушки дальность стрельбы окажется более 185 км.
Гиперскоростной снаряд HVP должен стать альтернативой дорогим зенитным ракетам и 155-мм снарядам
В запросе ВМС о предоставлении информации RFI, направленном промышленности в июле 2015 года для изготовления опытного образца ЭМ-пушки, указывалась масса пускового комплекта снаряда HVP в пределах 22 кг.
При запуске из артиллерийской 127-мм пушки снаряд достигает скорости, соответствующей числу М=3, что в два раза меньше, чем при выстреле из ЭМ-пушки, но более чем в два раза больше скорости обычного 127-мм снаряда, запущенного из корабельной пушки Mk 45. Этой скорости, по оценкам специалистов, вполне достаточно для перехвата, по крайней мере, некоторых типов крылатых ПКР.
Преимуществом концепции применения 127-мм пушки и снаряда HVP является тот факт, что такие пушки уже установлены на крейсерах и эсминцах ВМС США, что создает предпосылки для быстрого распространения новых снарядов на флоте по мере завершения разработки HVP и интеграции этого оружия в боевые системы кораблей вышеупомянутых типов.
По аналогии с корабельным лазерным оружием, даже если гиперскоростные снаряды, запускаемые из артиллерийских 127-мм пушек, неспособны противодействовать баллистическим ПКР, они, тем не менее, улучшат боевую эффективность корабля. Наличие этих снарядов позволит применять меньшее количество ЗУР для противодействия крылатым ПКР, увеличивая при этом количество ракет для перехвата баллистических ПКР.
Н. Новичков