Запуск ракет боевым вертолетом по наклонной траектории схож с работой реактивных систем залпового огня. Дымные следы от выхлопа ракет устремляются в небо, а вертолет подпрыгивает, поднимая нос вверх. Невооружённым глазом сложно увидеть множество моментов и деталей, которые сопровождают такой залп. Naked Science решил разобраться с причинами, методами, эффективностью, преимуществами и недостатками подобных действий.
Кабрирование: что за зверь?
Кабрированием называют полет самолета или вертолета с увеличением высоты и поднятым вверх носом, превышающим горизонт.
Лучше использовать выражение «аэродинамический летательный аппарат» вместо «самолет или вертолет». К нему могут относиться планер, автожир, крылатая ракета, от дозвуковой до гиперзвуковой, а также управляемая ракета класса «воздух—воздух».
Если околоземный спутник на восходящей части орбиты поднимается до такой высоты, что его передняя часть оказывается выше плоскости местного горизонта, о кабрировании не говорят. То же самое относится к мине миномёта, которая, поднимаясь к наивысшей точке траектории, своим носом выходит над горизонтом и набирает высоту.
Главным фактором при кабрировании является угол наклона самолета к горизонту, а не скорость его подъема.
Его величиной является угол кабрирования – угол между продольной осью самолёта и плоскостью горизонта. Это равно положительному тангажу, определённому углом тангажа, который также есть угол между продольной осью самолёта и плоскостью горизонта.
Кабрирование применяется летчиком для увеличения высоты или предотвращения снижения, например, при удерживании самолета над полосой во время посадки. Увеличение угла тангажа часто сопровождается ростом угла атаки и обдува встречным потоком воздуха, что повышает подъемную силу. Это используется в фигурном пилотаже и для отрыва и набора высоты при взлете. В целом кабрирование используют для управления самолетом, выполнения элементов полета и обеспечения необходимых параметров.
Существует специфический вид кабрирования, где угол подъема носовой части самолета превышает горизонт, а не для продолжения полета. В таком случае кабрирование выполняется самолетом или вертолетом, служа ему не аэродинамикой, а баллистике — решению баллистической задачи. Эта задача заключается в определении начального угла траектории для баллистического движения боеприпаса, отделяемого или запускаемого с углом кабрирования.
Вооружение вертолётов и его применение с самолёта.
Самолеты первыми в авиации стали применять неуправляемые боеприпасы. Способы их использования были созданы до появления управляемых. С режима пикирования с самолетов бросали бомбы свободного падения. Отделяемая бомба получала начальную скорость полета самолета и угол движения относительно горизонта, под которым она набирала высоту. Далее бомба летела по баллистической траектории, достигая верхней точки и переходя после нее на нисходящую часть. Сброс бомбы под углом вверх увеличивал дальность ее полета вперед после отделения (это называется относ бомбы). Вариации такого сброса давали другие преимущества, ради которых выполнялось бомбометание и вертикально вверх, с углом пикирования 90 градусов, и даже несколько назад, с кабрированием 110 градусов.
В 1939 году пять специально оборудованных истребителей И-16 под командованием капитана Звонарева применили на Халхин-Голе неуправляемые ракетно-осколочные снаряды РС-82 по самолётам противника, открыв эру этого вида оружия. Позже запуск их по наземным целям, в том числе и с кабрирования, стал логичным продолжением способов бомбометания. Не для каждого пуска таких реактивных снарядов использовалось кабрирование. Его практиковалось тогда, когда требовалось поразить наземную цель с наибольшего удаления и при этом не входя в зону противовоздушной обороны цели. Оставаясь вдалеке, самолёт после пуска реактивных снарядов под углом значительно выше горизонта разворачивался и уходил, а растянутая горка, выполняемая снарядами, дотягивалась до цели.
Такой пуск, разумеется, имеет обратную сторону — вместе с ростом дальности растет и рассеивание запущенных снарядов. Неуправляемые снаряды проводят основную часть полета баллистически в свободном падении, поэтому их ничем не корректируемый удлиненный полет даст увеличение эллипса рассеивания при падении на землю. Такой удар можно наносить по площадным целям, но не по точечным объектам. Учитывая разнообразие целей и боевых задач, пуск неуправляемых ракет с кабрирования занял свое место в авиационной боевой практике.
Вооружение боевых вертолётов, появившихся после самолётов, позаимствовано из авиационной области: бортовая артиллерия, управляемые ракеты, бомбы и неуправляемые реактивные снаряды. Применение последних с вертолёта сохранило запуск с кабрирования, который был адаптирован под специфику вертолётной техники.
НАР — неуправляемая авиационная ракета
Неуправляемые авиационные снаряды, или НАР, применяются для поражения наземных целей. Конструктивно это металлическая труба с твердым топливом, реактивным соплом и боевой частью с осколочной массой. Передняя часть трубы имеет обтекаемый нос, а задняя — оперение для стабилизации в полете. НАРы размещаются в блоках цилиндрической формы с пусковыми трубами. Блок подвешивается на пилонах вертолета. При применении из блока запускаются твердотопливные двигатели ракет и создается залп.
Для лучшего понимания принципов работы НАР обратимся к повсеместно используемой неуправляемой ракете С-8, имеющей ряд модификаций.
Металлическая труба размером примерно как человек среднего роста (1428-1700 мм), диаметром 80 мм и весом 11-15 кг. Боевые части весом от 3,5 до 7,5 кг содержат 1-3 кг взрывчатки, обычно гексогена или октогена, высокоэффективных бризантных взрывчаток с высокой скоростью детонации. Назначение боевых частей разнообразно: кумулятивно-осколочные, включая те с стреловидными поражающими элементами (маленькие стальные гвозди с четырьмя стабилизаторами вместо шляпки, 2 тысячи в ракете), бронебойные, бетонобойные, фугасные объемно-детонирующие, осколочно-фугасные проникающие, тандемные кумулятивные, осветительные, помеховые, маркерные (дымовые для целеуказания) и другие.
Семейство С-8 — сверхзвуковые ракеты: скорость полета после выгорания топлива 450-700 метров в секунду. Дальность пуска — 1,2-4 километра, эффективная дальность — 2 километра. Для уточнения дальности необходимо знать высоту и скорость самолета при пуске, угол к горизонту. Ракеты размещаются в пусковых блоках Б8 различных модификаций (самолетные и вертолетные), вмещающие по 20 и 7 ракет соответственно. Блоки крепятся на держатели носителя и остаются на них после пуска. После вылета из блока за ракетками раскрываются шесть перьев стабилизаторов, двигатель работает 0,7 секунды, разгоняя ракету до рабочей скорости. Далее происходит баллистическое падение на цель, подобно реактивной гранате, мине, пуле или снаряду. При встрече с целью срабатывает боевая часть, вызывая поражающее действие, тип которого специализируется в модификации ракеты.
Вертолетная специфика применения НАР
Управляемые ракеты являются наиболее действенным оружием вертолетов. Однако неуправляемые ракеты также применяются на винтокрылых боевых машинах. Самым эффективным применением неуправляемых ракет признается их пуск по визуально наблюдаемой цели, видимой пилоту из кабины вертолета. Пуск производится с горизонтального полета или пикирования на цель. Такой способ обеспечивает прицельный удар по точечной цели, объекту малых размеров, с концентрацией падающих ракет в непосредственной близости к нему.
Важно отметить, что неуправляемые авиационные ракеты типа «самолетных» эффективнее при запуске с самолета из-за большей скорости полета воздушного судна. Пуск НАРов С-8 происходит при скорости самолета от 166 до 330 метров в секунду — почти до околозвуковой. Ракетам, запускаемым с него, передается эта скорость, позволяя им быстрее достигать цели и меньше подвергаться воздействию ветра. Самолет летит стабильно, без заметных колебаний, а пусковые блоки НАРов закреплены на нем по оси его главной оси: направление запуска ракет почти параллельно продольной оси самолета (СГФ — строительная горизонталь фюзеляжа). Это упрощает точное прицеливание перед запуском путем пилотирования.
Условия запуска НАР с вертолета отличаются от условий запуска с самолета. Скорость вертолета в пределах первых сотен километров в час заметно меньше скоростей самолетов. Ракета до цели движется медленнее, вследствие чего ее ветровой снос больше. Пуск ракет совершается в условиях вибраций и тряски, постоянных малых угловых движений корпуса вертолета, что увеличивает разброс траекторий ракет при пуске и точек их падения на земле. Подвеска блоков не всегда совпадает с продольной осью вертолета.
Горизонтальный полет Ми-8 на крейсерских скоростях совершается с отрицательным тангажем 2-3 градуса: вертолет движется вперед, наклонив нос. Такое движение возникает из-за создания горизонтальной тяги несущим винтом — конус вращения винта наклоняется вперед за счет работы механизма качания лопастей. Из-за конструкции автомата перекоса винта, в результате разнесения горизонтальных шарниров лопастей, появляется момент, наклоняющий нос вертолета вниз при создании горизонтальной тяги.
Для выполнения горизонтального пуска НАР в полете блоки устанавливают под углом вверх к оси (СГФ) вертолета на 2-3 градуса. При обычном наклоне вертолета вниз ось блока и оси пусковых труб занимают горизонтальное положение. Угол установки блоков для каждого типа вертолета свой. На современных боевых вертолетах могут применяться сервоприводы для изменения угла установки блоков НАР в полете.
Ситуации для пуска НАР вертолетами с кабрирования
Применение вертолетами неуправляемых авиационных ракет (НАР) при маневрировании увеличивает дальность и рассеивание точек падения ракет, что мешает поражению точечных целей. Вместе с тем в определенных обстоятельствах пуск НАР с вертолетов целесообразно проводить при маневрировании.
Пуск по навесной траектории дает возможность перебросить ракеты через препятствие, которое вертикально ориентировано. Такая маневр невозможен при пуске с прямым наблюдением цели (например, при горизонтальном полете или пикировании).
Локальным вертикальным препятствием может быть возвышенность: сопка, холм, горный хребет, увал, отрог горы, высокий берег или складка рельефа. Вместе с тем это препятствие маскирует вертолет, скрывая его от обнаружения и наблюдения со стороны цели.
Вертолет, прячась за возвышением, запускает ракеты в большей безопасности.
Выполняя задачу по площадной цели, защищённой местной ПВО, кабрирование при запуске неуправляемых ракетных зарядов обеспечивает решение задачи без попадания в зону её видимости и действия.
В момент запуска с кабрирования ракет перемещаются по вытянутой траектории. Длительность полета и сопротивление воздуха заставляют ракеты снижать скорость до субзвуковой. Потеря скорости увеличивает угол падения траектории, чем более круто ракеты входят в атмосферу, напоминая стрельбу из минометов.
Такое навесное падение эффективно при большом количестве окопов и траншей на площади цели. Также его применение целесообразно при поражении техники, находящейся в капонирах — высоких подковообразных грунтовых насыпях, окружающих стоянку с самолетом, вертолетом или другой техникой. Эти насыпи защищают технику на стоянке от осколков и ударных волн от взрывов бомб и боевых частей ракет снаружи капонира. При пуске НАР издали, с горизонтального полета или пологого пикирования, цели не видно — ее закрывает собой капонир. И НАРы прилетят, скорее всего, в склон капонира, не поразив цель. А при навесном падении выше вероятность попадания сверху по стоянке с поражения техники на ней.
Нельзя спрятаться от ударов НАТО в окопах и траншеях. Кроме урона, это сильно угнетает дух войск противника.
Чтобы поразить цель, нужно точное сочетание параметров: курса, расстояния до цели, скорости, высоты и угла запуска относительно горизонтали (в упрощенном случае — угла кабрирования). Процесс поворота вертолета на угол кабрирования занимает время и повышает высоту полета.
Пилот должен определять высоту и дальность для входа в кабрирование, а также необходимый угол. Требуемая точка ввода (в сочетании с высотой полета), где пилот берет управление. Он удерживает ручку до достижения угла кабрирования (17-25 градусов). После пуска всех ракет, сохраняя этот угол, вертолет разворачивается на обратный курс и снижается.
Пилот обязан знать тактическое положение, включая высоту обнаружения своего вертолета радиолокационными системами противника. Обычно это около 150 метров при зонной ПВО с мощными ракетами большой дальности. Объектовая же ПВО, использующая ПЗРК или самоходные зенитные комплексы малой дальности, обнаруживает вертолет на высоте 50 метров, а в пустыне и того ниже. Во время кабрирования вертолет не должен подниматься выше указанной высоты.
Управление вертолетом во время пикирования отличается от управления самолетом.
Кабрирование на самолете и вертолете отличается. Для перехода в кабрирование пилот самолета выполняет одно движение: берет (тянет) ручку управления или штурвал на себя и удерживает ее в таком положении. Самолет начинает поднимать нос, непрерывно увеличивая угол тангажа. По достижении нужного угла тангажа пилот отпускает ручку в нейтральное положение. Самолет сохраняет полученный угол тангажа и продолжает набор высоты.
Например, сверхзвуковые истребители с треугольным крылом при полете на боевой потолок выполняют подъем по специальному высотному профилю. На высоте 10 км самолет переходит в горизонтальный режим с розжигом форсажа (если до этого форсаж был убран). Это делается для быстрого выхода на сверхзвуковой режим; еще быстрее достижение сверхзвука будет на пологом снижении с 11 до 10 км. После выхода самолета на сверхзвук и разгона летчик берет ручку управления, задирая нос до угла порядка 30 градусов выше горизонта. В таком положении, удерживая ручкой управления угол тангажа (кабрирования) и значение числа Маха порядка 1,7, контролируя его по махометру, за минуту поднимается на потолок. Где переводит самолет в горизонтальный полет и разгоняется уже до максимальной скорости.
Увертюра в кабрирование у вертолета отличается от обычных процедур.
Пилот вертолета постоянно поддерживает равновесие машины, чтобы избежать лишних движений, которые сразу появятся при изменении режима полета. Вертолет в этом отношении гораздо более устойчив, чем самолёт. Ротор несущего винта — это большой и мощный гироскоп с большим моментом инерции. Попытки изменить положение оси несущего винта приводят к гироскопическому моменту, который поворачивает ось вращения в другом, перпендикулярном направлении.
Реактивный момент несущего винта не компенсируется. Главная пара вертолетных моментов — гироскопический и реактивный — может привести к скольжению вертолета. В результате НАРы уйдут не по цели. Роторно-гироскопические эффекты проявляются сильнее на вертолетах с одним несущим винтом, а слабее — на вертолетах с соосными винтами, вращающимися в противоположных направлениях. Последние тоже имеют особенности, требующие внимания и правильной отработки.
В полете для подъема носа вертолета пилот тянет ручку управления на себя. Из-за наклона оси несущего винта назад срабатывает гироскопический момент, отклоняющий вертолет влево. Чтобы компенсировать это, летчик одновременно с протаскиванием ручки вверх перемещает её и вправо по диагонали.
Скорость вертолета задается горизонтальной тягой, создаваемой наклоном конуса несущего винта вперед — наклоном его подъемной силы. При задирании носа вертолета наклон винта вперед уменьшается, снижается воздушная скорость вертолета и, как следствие, уменьшается тяга несущего винта в целом. Также из-за падения скорости обтекания рулевого винта уменьшается и его тяга. В результате возникает нескомпенсированный реактивный момент несущего винта. Для его парирования летчик должен придавить ногой правую педаль, скомпенсировать снижение тяги рулевого винта и не допустить ненужного разворота вертолета по курсу. Это происходит только в первые мгновения ввода в кабрирование, за которыми последует не менее насыщенное пилотирование.
Вертолетчик при выполнении кабрирования управляет несколькими органами управления, одновременно корректируя несколько отклонений. Он постоянно следит за положением шарика внизу авиагоризонта, показывающего скольжение вертолета. Допустимое скольжение негативно влияет на точность попадания — пуск при скольжении практически гарантирует уклонение ракет от цели. Потому пилот должен выполнять вход в кабрирование точно, соблюдая требуемые параметры на всей траектории движения вертолета, и компенсируя все возникающие «паразитные» движения без разбалансировки сложного движения вертолета.
Кабрирование для вертолетов более кратковременное по сравнению с самолетом, где оно может быть формой статического полета. Длительное удержание вертолета в положении кабрирования сложнее, чем у самолета, и скорее всего невозможно. Правильное выполнение кабрирования вертолета быстро приводит к другим движениям, непредсказуемым и искаженным. Для компенсации пилоту вертолета требуется совершать больше действий, чем пилоту самолета. Это требует от вертолетчика летнего опыта, правильного построения ввода в маневр кабрирования и его умелого и грамотного выполнения.
Наведение и выпуск ракет неуправляемых при визуальном наведении цели осуществляется как с горизонтального полета, так и в пикировании.
В советское время для каждого типа вертолета, учитывая его аэродинамику (каждая разновидность имеет свои специфические черты), рассчитывались таблицы значений сочетаний типа НАР — дальность цели — скорость полета — высота ввода в маневр — угол кабрирования. Наведение осуществлялось по аналоговым прицелам (Ми-8, Ми-24, Ка-27 и прочим). Стрельбу НАР производил только командир воздушного судна, второй летчик мог (при наличии опыта) подсказывать удаление.
Современные цифровые прицельные комплексы функционируют иначе. Различные модели могут работать с небольшими отличиями, но общая схема остается схожей. Комплекс для НАР состоит из круглосуточной оптической системы (ГОЭС), блока визуализации и вычислителя. ГОЭС размещается внизу кабины вертолета на карданном подвесе. Система может фиксироваться по оси (СГФ) вертолета или направляться туда, куда её приведут. Вычислитель обрабатывает информацию от ГОЭС, навигационных систем вертолета, данных о типе НАР и других источников. Блок визуализации отображает результаты вычислений на прицельном интерфейсе в кабине.
При измерении лазерной дальности до цели в вычислителе фиксируются воздушная и путевая скорость вертолета, высота относительно замеренной точки, наклонная дальность до нее, курс, углы крена и тангажа. Раз в секунду вычислитель начинает рассчитывать поправки к стрельбе и генерировать визуальные команды на блок визуализации.
Летчик на интерфейсе видит подвижное кольцо или квадратик — марку, показывающую направление отклонения вертолета для попадания в выбранную цель. Марка не отображает поправки к стрельбе, но указывает летчику положение главной оси вертолета (СГФ) для попадания по цели. Летчик, управляя вертолетом, приближает марку к перекрестию (где находится СГФ), то есть направляет СГФ в марку. После совмещения марки с перекрестием и достижения дальности пуска производится пуск. Такой режим прицеливания называется директорным.
В полете экипаж знает местоположение цели. Вертолет выводится в район запуска ракет с курсами, отклоняющимися от боевого плюс-минус 30 градусов. Иначе потребуется маневр значительного доворота до боевого курса с большими углами крена и тангажа, что для вертолета влечет за собой развитие большого скольжения и пуск ракет не по цели. Второй пилот на дальних дистанциях обнаружения и распознавания управляет ГОЭС, находит цель в переднем секторе и измеряет линейное расстояние до неё.
Миссия второго пилота завершена. Командир, глядя на монитор, выводит вертолет в указанную кружком (квадратиком) меткой сторону. В момент, когда кружок попадает на перекрестие, командир нажимает кнопку пуска ракет.
Прицеливание и пуск НАР с кабрирования
При старте с кабрирования цель может быть не видна из-за большого расстояния или препятствий, скрывающих её от глаз пилота. В таком случае координаты цели устанавливаются заранее. Географические координаты накладываются на карту высот, определяющую высоту точки. Таким образом формируются геодезические координаты цели, которые загружаются в прицельный комплекс. Вычислитель, используя текущую высоту, скорость полета, курс вертолета и координаты цели, рассчитывает выход на боевой курс, начало маневра кабрирования и его параметры, включая угол кабрирования.
Пилот выполняет пуск НАР в директорном управлении, строго следуя расчётам прицельного комплекса.
Вертолет доводится до точки начала маневра кабрирования с заданными высотой, курсом и скоростью. Затем производится кабрирование, вертолёт поднимает нос до марки, расположенной сверху. Ось вертолета и стволы оружия — пусковые трубы блоков НАР — вводятся в этот директорный кружок. Пуск выполняется без скольжения, чтобы НАРы улетели по цели. После совмещения марки и задранной выше горизонта главной оси вертолета запускаются НАРы. После этого производится выход из атаки и вертолет удаляется от места пуска.
Развитие вечного главного баланса двух базисных начал вертолетной атаки — эффективности применения и безопасности — происходит таким образом. В ситуации оптимального сочетания этих базисных факторов применяют пуск неуправляемых ракет с кабрирования. Широко распространенным и повседневным этот пуск не стал, но совершенствование прицельных систем упрощает его выполнение летчиком, а эффективность растет благодаря более точному и быстрому динамическому расчету параметров пуска и маневра по текущим параметрам полета и обстановки.
Применение вооружения вертолетами из-под крыла во время маневров сохранилось и по сей день. Фотографии подобных запусков регулярно появляются в СМИ как иллюстрация данной тактики.