Полвека в авиации. Записки академика

Следующая проблема, с которой мы столкнулись, была связана с радиолокационной головкой самонаведения. Дело в том, что отраженный от цели радиосигнал проходит не только по воздуху, но и через материал обтекателя, где возникает эффект преломления (так, например, в стакане воды «преломляется» чайная ложка). Но угол преломления в обтекателе зависит от его материала и от угла, под которым падает на него радиосигнал, то есть, в конечном счете, — . от угла отклонения головки или оси ракеты по отношению к цели. И поскольку при движении ракеты ее ось колеблется, луч от цели преломляется все время по-разному, а головка самонаведения воспринимает это как колебания самой цели и пытается их отслеживать. Это приводит к раскачиванию ракеты, и в итоге порождает так называемую синхронную ошибку.

Вначале мы даже не очень понимали физику этого явления. Столкнулись с ним впервые, когда создали полунатурную модель К-8: головку самонаведения поставили на стенд и стали вращать его согласно угловому движению ракеты. Целью же служил рупорный излучатель. Когда стенд начал имитировать движение ракеты в полете (которое задавалось с помощью интегратора ИПТ-5), мы вдруг получили раскачку «ракеты» не за счет изменения угловой скорости линии визирования, а раскачивался сам «пролет», чего допускать было нельзя. Вначале для нас эта раскачка явилась полнейшей загадкой, но потом сообразили, что ее вызывает изменение коэффициента преломления в обтекателе при угловом движении ракеты.

Поехали к очень известным радиофизикам, корифеям в области высокочастотных процессов и электродинамики Л. Д. Бахраху и Н. Д. Папалекси. Они были также крупными специалистами по расчету антенн. Попросили их помочь спроектировать обтекатель так, чтобы устранить раскачивание «пролета». Сами мы пытались добиться этого за счет подбора подходящей формы и материала обтекателя. Вначале это было стекловолокно, потом стали пробовать керамику… Проведя большую работу, мы поняли, что оба эти пути не безнадежны, но сколько ни бились, меняя форму и материалы, до конца эффект не устранялся. Вначале мы пробовали даже создавать «управляемое», прогнозируемое преломление, наклеивая на обтекатель станиолевые ленты. Оказалось, что это позволяет в какой-то мере контролировать процесс появления синхронной ошибки. Кажется, эта идея впервые пришла в голову А. И. Брызгалову и В. А. Черке.

И действительно, изменяя с помощью этих лент пеленгационную ошибку, мы научились как бы управлять коэффициентом преломления луча в обтекателе.

Когда мы приехали к Бахраху и рассказали о своих проблемах, он очень удивился и увидел в наших действиях чуть ли не великое открытие в электродинамике. После этого я понял, что даже крупные специалисты в данной области недалеко ушли в своей науке от нас, практиков, даже в общем-то дилетантов.

Поскольку я по образованию немножко радист, то мне еще и до этого стало ясно, что справиться с данной проблемой можно было бы только путем решения сложнейших уравнений математической физики, а этого, увы, не позволяют сделать методы вычислительной математики. И не было тогда инструментов, которые позже стали известны нам как компьютеры. Пришлось искать решения эмпирически. Собственно, так мы наткнулись и на станиолевые ленты. Но оказалось, что и они улучшали точность полета ракет, если луч попадал на какое-то определенное сечение обтекателя, где они были наклеены. Если же он падал на другое сечение, то ситуация ухудшалась. Мы поняли, что этот путь тоже ложный, и от него отказались.

В конце концов мы пришли к выводу, что самым верным решением проблемы будет просто изготовление обтекателя наиболее совершенной формы из материала с наименьшим преломлением, а также уменьшая нагрузку на крыло, увеличивая площадь крыла. Но для этого нам понадобился — ни много ни мало — год упорнейшей работы.

Надо сказать, что при самонаведении на цель истребителя наблюдались те же раскачивания, с которыми столкнулись и мы, но протекали они менее динамично, поскольку масса самолета намного больше маленькой ракеты, и с ними легко справлялись. Нам же пришлось поломать голову…

По-своему решили аналогичную проблему «зенитчики». В это же время в КБ-1 создавалась первая самонаводящаяся зенитная ракета системы С-200 (та самая, которой был сбит наш самолет Ту-154М украинскими ПВО в 2001 году). Характерной особенностью работы «оборонки» середины 50-х годов, да и позже, было то, что «зенитчики», которые тоже боролись с синхронной ошибкой, работали всего в паре километров от НИИ-2, но из-за режима секретности никакого обмена информацией между нами не было. И они пошли по другому пути — создавали матрицу ошибок на каждый конкретный обтекатель, а в полете специальный вычислительный блок в автопилоте компенсировал эту ошибку. Решение, конечно, «лобовое», громоздкое, но поскольку габариты зенитной ракеты вполне позволяли разместить вычислитель, то, видимо, в КБ-1 и не стали искать более простых путей. Мы же такими роскошными габаритами не располагали. Но примечательно, что позже и «зенитчики» использовали найденные нами решения, поскольку они наиболее рациональны в инженерном и технологическом плане.

В общем, с этими синхронными ошибками повозиться пришлось. Кстати, они возникали не только от обтекателя, но и от ошибок гиростабилизатора. В нашем институте этой проблемой занимался Авенир Константинович Неусыпин, мой однокашник по МВТУ, — только гироскопист по специальности, — который вскрыл эти ошибки и нашел способ избавления от них.

Еще одна проблема, которая очень остро встала перед нами при создании К-8, - это борьба с флюктуационной ошибкой. Когда цель облучается радиолокатором, то различные ее участки по-разному отражают эти сигналы. Так возникает флюктуация. Она зависит, от множества факторов: способа «подсветки» самолета, его поведения в полете, особенностей прохождения радиосигнала в воздушной среде и т. д. В итоге помимо регулярного отраженного сигнала, который используется для наведения ракеты на цель, возникает случайная составляющая. Она попадает на вход автопилота вместе с полезным сигналом и вызывает случайную ошибку наведения. Ее приходится учитывать при выборе боевой части, других компонентов ракеты. Методы борьбы с этими ошибками известны — фильтрация сигнала. Но всякая фильтрация неизбежно ведет к ухудшению динамики ракеты, то есть снижает скорость ее реакции на перемещение цели. Мощные фильтры могут «задушить» случайную составляющую, но ракета становится «вялой», инертной, и, естественно, возрастает вероятность динамических ошибок. Поэтому нам надо было найти компромисс между величиной фильтрации и конечным пролетом. Это и по сей день единственный способ уберечь ракету класса «воздух — воздух» от случайной ошибки, но тогда мы делали к нему лишь первые шаги, пытаясь отфильтровать сигнал.

Однако, чтобы двигаться в этом направлении, нам надо было изучить параметры флюктуации. Для этого пришлось ставить очень сложный летный эксперимент, когда в воздух одновременно поднимались три самолета: самолет-цель Ту-16, самолет-носитель Як-28 с радиолокационной станцией «Орел» главного конструктора Г. М. Кунявского и самолет-«ракета» Як-25, на котором размещалась головка самонаведения. Эти три машины надо было свести в пространстве и, управляя расстоянием между ними, фиксировать отраженный от цели флютуирующий сигнал.

Тогда я впервые столкнулся с летными испытаниями и понял, какое это дорогостоящее мероприятие, как сложно увязать между собой работу в небе трех самолетов через полетные задания, инструкции летчикам, команды с диспетчерского пункта и т. д. И все же нам удалось провести довольно большое количество экспериментов. Для записи их результатов использовались шлейфовые осциллографы. Километры фотопленки фиксировали случайный сигнал, ее требовалось проявить и определить статистические параметры флюктуации. Согласно теории случайных процессов следовало по каждой записи построить так называемую коррелляционную функцию и по ней вычислить спектральную плотность процесса, которая и служила основой для последующих расчетов: то есть, если знать эту спектральную плотность в разных условиях, то всегда можно достаточно реально смоделировать и учесть случайную составляющую отраженного от цели сигнала. Этот эксперимент мы вели весь летный период. Далее требовалось обработать экспериментальные записи и построить корреляционные функции. Мы же тогда не имели никаких приборов для обработки случайных процессов.