Полвека в авиации. Записки академика

На ней предполагалась установка двух головок самонаведения — тепловой и радиолокационной. Последняя — полуактивная, то есть цель «подсвечивалась» локатором с самолета-перехватчика, а головка ракеты захватывала отраженный сигнал и по нему наводилась.

Вначале более продвинутой была технология создания тепловых головок. Над ними работали несколько конструкторских коллективов, а наиболее удачные решения были найдены на «Геофизике», которую возглавлял главный конструктор Давид Моисеевич Хорол.

Радиолокационные головки разрабатывали коллективы Николая Александровича Викторова и Александра Викторовича Смирнова из Ленинграда. Между ними развернулось негласное соревнование, ни в каких документах не обозначенное; шли они разными техническими путями. Викторову удалось найти весьма оригинальные решения и в технологическом, и в конструкторском плане, которые выгодно отличали его изделие от того, что создал Смирнов, и в конце концов Николаю Александровичу поручили доводку его головки до промышленного внедрения. Конструктором же К-8 был Бисноват, а так как у него практически не было коллектива в тот момент, о чем я писал выше, то практически все динамическое проектирование, отработка, испытание узлов К-8 легли на плечи нашего молодого коллектива, которым я и руководил.

Теперь немного теории.

Поскольку мы имели подготовку в основном в области линейных систем — прежде всего я имею в виду частотные методы школы Солодовникова — то, естественно, к К-8 мы решили подойти как к линейной системе, хотя самонаведение — сложная задача, поскольку строится не только на динамике самой ракеты, но и на взаимодействии двух точек в пространстве: «ракета» — «цель». При их сближении положение ракеты относительно цели меняется, что вызывает вращение линии визирования — воображаемой линии, соединяющей их. И вот параметры вращения этой линии визирования используются как управляющий сигнал в режиме самонаведения.

Первые самонаводящиеся системы в качестве управляющего сигнала отслеживали угол пеленга — угол между осью ракеты и линией визирования — и сводили его к нулю, то есть направляли ось ракеты всегда точно на цель. Но такой метод — его еще назвали методом «собачьей кривой» — динамически очень неустойчив: он как бы загоняет ракету в хвост цели. Сразу же возрастают требования к способности ракеты переносить высокие перегрузки, к ее маневренности и т. д.

Более эффективен метод параллельного сближения. При этом за управляющий сигнал берется угловая скорость вращения линии визирования. «Обнуляя» ее, ракета разворачивается уже не прямо на цель, а в точку будущей встречи. Конечно, в зависимости от маневров цели эта точка ползет в пространстве, но ракета все время идет к ней, а не на саму цель. В таком режиме ракета при всех маневрах испытывает меньшие перегрузки, поскольку всегда упреждает дальнейшие движения цели. Но для этого нужно, ни много ни мало, измерить эту самую угловую скорость линии визирования. А чтобы это сделать, надо головку самонаведения поставить на гироскопическую платформу, то есть как бы изолировать ее от углового движения ракеты. На заре создания самонаводящихся ракет не делали гироскопической стабилизации головки, а ставили следящие привода. Но они не могли с достаточной быстротой отслеживать угловое движение самой ракеты, которая все время, образно говоря, «болтается» по углу атаки. Поэтому требовалось обязательно поставить антенну на гироплатформу.

К решению задачи были привлечены лучшие гироскописты страны, в частности, Е. Ф. Антипов и его коллектив (теперешний «Авиаприбор»). Он и конструировал первые гиростабилизаторы головок самонаведения, как тепловых, так и радиолокационных.

И вот, чтобы описать динамику движения и сам процесс управления ракетой, мы попытались линеаризировать процесс, о котором я уже писал выше (эффект раскачивания ведра, вытаскиваемого из колодца). В теории управления динамика любого устройства — ракеты, гиростабилизатора, антенны и т. д. — описывается дифференциальными уравнениями. Кинематическая связь между целью и ракетой тоже описывается этими уравнениями, но они — нелинейные. И, по сути дела, они нелинеаризуемы, потому что по мере сближения ракеты и цели устойчивость теряется. Это дифференциальные уравнения, описывающие неустойчивый процесс, если управляющий сигналом служит угловая скорость вращения линии визирования. Сам этот сигнал просто снимался с гиростабилизатора, потому что когда он держит антенну, то сигнал, который корректировал положение гироплатформы, как раз и был пропорционален угловой скорости линии визирования. Этот электрический сигнал подавался на автопилот ракеты и им она управлялась. Его-то мы и «линеаризировали». С точки зрения законов математики это, конечно, очень грубое приближение, я бы даже сказал, недопустимое, но поскольку инженерно-аналитический аппарат, которым мы владели в середине 50-х годов, работал лишь в области линейных систем, то мы просто вынуждены были идти на такие «грубости».

Но кое в чем нам повезло. В это время в стране стали развиваться методы аналогового моделирования и создаваться первые интеграторы — своеобразные операционные усилители, которые выполняли функции интегрирования. Несколько таких устройств позволяли смоделировать уравнение любого порядка. Первыми интеграторами были ИПТ-4 и ИПТ-5. НИИ «Счетмаш» выпускал их небольшими партиями, а бурное развитие авиационной и ракетной техники заставляло КБ, научно-исследовательские институты, предприятия буквально охотиться за этими интеграторами. Госплан выделял наряды на них поштучно. Нашему институту удалось «выбить» несколько таких устройств, чему мы были безмерно рады, хотя трудностей в освоении этих первых образцов вычислительной техники испытали немало.

А поскольку начальство торопило нас, то наряду с аналитическими попытками оценить динамику самонаводящей ракеты К-8 мы начали создавать аналоговую модель на интеграторах — строили блоки, которые моделировали неустойчивость кинематического сближения ракеты и цели.

Блоки проектировались нашими, институтскими инженерами и у нас же делались. Большую работу в этой области провели Герольд Анатольевич Кирюшин, Михаил Гаврилович Кульчак. Они, кстати, были выходцами из того самого студенческого научного кружка, которым я руководил в МВТУ. Вместе с ними работали С. И. Леонтьев, Л. Я. Малдов, выпускники МЭИ, инженеры из МАИ… Они были первыми, кто создавал аналоговые модели К-8 с помощью интеграторов.

Отдел наш был небольшой. Но мы очень хорошо «чувствовали» частотные методы и с их помощью пытались понять поведение самонаводящихся ракет. Ситуация осложнялась тем, что хотя все эти работы велись и в других странах, но были очень жестко засекречены. Поэтому мы не могли сравнить свою работу с тем, что делалось за рубежом и оценить — правильным ли мы идем путем или он ведет в тупик. Изредка в каких-нибудь журналах появлялись лишь фотографии ракет и названия фирм, которые их делают, но о методах расчета, проектирования и речи не было.

Мы же шли от классических методов теории управления и старались их приспособить к конкретным дифференциальным уравнениям, которые описывают динамику движения ракет.

На этом пути мы столкнулись с большими проблемами. Первая, как я писал выше, возникла при линеаризации нелинеаризуемого уравнения кинематического сближения ракеты и цели. Получив так называемое неустойчивое кинематическое звено, мы попытались методами линейной теории управления скомпенсировать его, создав звено «антикинематин».

И только впоследствии мы поняли, что это была ошибка: Бог с ней, с угловой скоростью линии визирования, пусть раскачивается! Ведь главная цель расчетов — увидеть, как ведет себя текущий «пролет» или промах ракеты по отношению к цели. А когда мы перешли к его изучению, то этот параметр, к нашему удивлению, оказался устойчивым. И потому можно было, оказывается, не обращать внимания на ту неустойчивость, которую нам так хотелось устранить. Мы поняли, что нельзя быть рабами теории и бороться с тем, с чем бороться не надо. А помогли нам в этом именно методы аналогового моделирования, где решение кинематического уравнения получалось довольно строгое. Мы быстро сообразили: «пролет» ведет себя устойчиво, что нам, собственно, и нужно.