В лучшем положении находились академики Академии наук СССР. Вообще, отношение к ученым было весьма уважительным, работы над кандидатской или докторской диссертациями стимулировались, а после их защиты твоя зарплата резко возрастала и открывались новые возможности в продвижении по работе. К тому же в научном коллективе считалось неприличным занимать какую-то руководящую должность, не имея ученой степени. Это не значит, что поголовно все научные сотрудники были "остепененными" - нет, встречались очень сильные конструкторы, которые степени не имели. Например, я могу назвать Г. Н. Бабакина, который занимал в КБ Лавочкина должность начальника теоретического отдела, не имея даже… инженерного диплома. Но он блестяще разбирался в динамике управляемых ракет, в чем я не раз убеждался, сталкиваясь с ним по работе. И все же в конце концов я стал руководителем его дипломного проекта. Ему все-таки пришлось его защищать. Видимо, где-нибудь по линии отдела кадров ему сказали: "Товарищ Бабакин, надо же иметь совесть… Вы же начальник отдела, диплом-то сделайте?!" Я думаю, что у него просто времени не хватало, чтобы оформить свои разработки в виде диплома, поскольку человек он очень увлекающийся, все время стремился вперед, а на рутинную работу отвлекаться не хотел. Но пришлось. Дипломным проектом у него стал истребитель Ла-250, управление им и самонаводящейся ракетой К-250. Формально он попросил меня быть его руководителем, я написал рецензию… Позже Бабакин стал одним из корифеев космических разработок, членом-корреспондентом АН СССР… Кстати, он еще до войны сотрудничал с С. П. Королевым и прорабатывал управление ракетами - об этом он мне сам рассказывал.
…Итак, три ракеты "пришли" в наш институт, и я возглавил коллектив, который должен был заниматься самонаводящейся ракетой К-8, главным конструктором которой был назначен М. Р. Бисноват. Для него специально создали заново конструкторское бюро - оно получило наименование ОКБ-4. В этот момент сотрудников у Бисновата практически не было, он имел лишь заместителя - Владимира Николаевича Елагина да несколько конструкторов. Поэтому основной объем работ по К-8 лег на плечи нашего НИИ-2. К этому времени - а мне исполнилось 25 лет - я уже очень быстро прошел ступеньку старшего, затем ведущего инженера и был назначен начальником отдела ракет класса "воздух - воздух". Но поскольку отдел под работы над К-8 расширялся, я начал набирать новых сотрудников - прежде всего из выпускников МВТУ, членов кружка студенческого научного общества при кафедре Солодовникова, которым я когда-то руководил. Всех их я хорошо знал и многих перетащил к себе. Одновременно к нам подключились выпускники МАИ, которым прочитали курс спецлекций по ракетам, в чем участвовал и я. И первый выпуск МАИ со специально организованной кафедры полностью тоже пришел к нам. По сути дела, тогда из этих людей и был создан коллектив, который потом десятки лет занимался управляемыми ракетами, а традиции этой школы живы и сейчас. Все мы имели, как говорил Капица, свежие головы, поскольку были молоды, не обременены большими знаниями, но жаждали познать все новое.
Школа ракеты К-8
К-8 заставила нас пройти непростую школу.
Рассматривая с позиций сегодняшнего дня весь класс ракетных вооружений, в том числе зенитные ракеты, противоракеты, морские, противотанковые, баллистические и т. д., - мне приходилось не раз оценивать их, входя в состав государственных комиссий, - скажу, что ракета класса "воздух - воздух", по моему убеждению, как это ни парадоксально, - одна из самых сложных. Хотя она - одна из самых маленьких: ее вес - от нескольких десятков до сотни килограммов, длина - от метра до двух-трех… Но эта ракета работает в особо сложном режиме.
Во-первых, она "уходит" с подвижной платформы, которой является самолет. Уже одно это создает ряд трудностей, таких, как необходимость стартовать в условиях маневренного воздушного боя либо с направляющих рельсов, либо катапультируясь из отсека вооружений при значительных перегрузках. Тут сразу же начинаются сложные аэродинамические интерференционные процессы…
Во-вторых, большинство этих ракет имеют твердотопливные двигатели, в основном пороховые, с мощным стартовым импульсом, создающим также немалые перегрузки.
В-третьих, это короткоживущая ракета, которая должна решить свою задачу - уничтожить воздушную цель - за малый отрезок времени: от нескольких секунд до минуты.
И самое сложное в ней то, что она должна работать по принципу "пустил-забыл". Ей приходится самой решать непрерывно возникающие проблемы, поскольку цель активно борется с ней - стремится уйти от атаки, маневрирует по высоте, меняет курс, ставит "ловушки", помехи - словом, создает очень сложную информационную обстановку, требующую от ракеты безошибочного решения. При этом конструктору и "развернуться"-то негде - все оборудование, механизмы, обеспечивающие выполнение поставленных задач, должны быть уложены в очень малые габариты. Поэтому от создателей ракеты класса "воздух - воздух" требуется если и не искусство, то высочайшее мастерство, чтобы в одном изделии "примирить", казалось бы, непримиримые факторы, как в области физических процессов (аэродинамика, газодинамика, механика полета), так и информационных.
Но если даже ракета подошла к цели, то возникают новые проблемы: как настроить механизм подрыва, чтобы время его срабатывания, направление разлета осколков были наиболее эффективными. Ведь летательный аппарат, который надо сбить, снабжен мощными элементами конструктивной защиты, обеспечивающей его боевую живучесть. Какие-то узлы бронируются (двигатель, кабина летчика или экипажа), свою защиту имеют топливные баки… Не зря во время Второй мировой войны очень популярной была песенка:
"Мы летим, ковыляя во мгле,
Мы идем на последнем крыле.
Бак пробит, хвост горит,
Но машина летит
На честном слове и на одном крыле…"
Кстати, отечественная авиация всегда отличалась хорошей боевой живучестью (чему немало способствовали и работы нашего института после его создания). Самым ярким подтверждением этого в годы Великой Отечественной войны стал штурмовик Ил-2, совершенно справедливо названный "летающим танком". Современный самолет, естественно, защищен намного лучше, поскольку с этой целью применяются самые последние достижения науки и техники, что намного усложняет задачу ракеты класса "воздух - воздух".
Приведу пример более близкий. Во время войны Ирака с Ираном обе стороны имели смешанный парк самолетов, включавший, на стороне Ирака, и наши Су-17, Ту-22, и французские "Миражи". Так вот, во время готовности номер один к вылету все иракские летчики сидели в "Миражах". Но как только поступала команда "На взлет!", они дружно выскакивали из "Миражей", перебегали в Су-17 и летели воевать на них. Эту тактику они объясняли просто: "В "Мираж" достаточно попасть одному 20-миллиметровому снаряду из авиационной пушки, - и отваливается крыло. Су-17 выживает даже с множеством пробоин и отбитыми кусками плоскостей. И мы возвращаемся живыми. Но зато в кабинах "Миражей" есть кондиционеры"…
А с Ту-22 на той же войне произошел вообще фантастический случай. Когда экипаж открыл створки бомбоотсеков и сбросил бомбы, в один из них влетела американская ракета "Хок", которая стояла на вооружении Ирана, и взорвалась. Но Ту-22 повезло - она не повредила силовые шпангоуты и органы управления, и изрешеченный самолет вернулся на базу. Все эти случаи создали такую славу живучести нашей авиации, что и до сих пор в арабских странах, куда Советский Союз в свое время поставлял авиационную технику, авторитет ее очень высок.
Американцы тоже уделяли и уделяют этой проблеме большое внимание, подтверждением чему является очень хороший штурмовик А-10.
Но вернемся к ракетам. Зенитная ракета решает ту же задачу, что и ракета класса "воздух - воздух": сбить воздушную цель. Но у нее нет жестких ограничений по габаритно-весовым параметрам, стартует она в более благоприятных условиях со стационарной площадки… Если рассматривать баллистические ракеты, то они имеют более простую систему управления - стабилизация и программный вывод на боевой курс. Правда, у нее намного сложнее двигатель, топливная система.
В общем, в каждом классе ракет есть свои особенности, но класс "воздух - воздух", мне кажется, стоит выше всех по сложности в части управления.
Когда мы начали создавать К-8, работы по ракетам этого класса начались и за рубежом. Во Франции их вела фирма "Матра", в Англии - "Бритиш аэроспейс", в Америке - "Хьюз". Французы и американцы пошли по линии освоения самонаводящихся ракет, а англичане первые разработки вели в области управления по лучу - телерадиоуправления, так же, как и мы на К-6 и К-7. Однако все эти разработки объединило то, что они исповедовали принцип "удлинения поражающей руки". Авиационная пушка успешно сбивала цель на расстоянии одной-двух сотен метров. На большем удалении - как бы мы ни совершенствовали прицельное оборудование, ни снижали техническое рассеивание снарядов, - эффективность воздушной стрельбы падала весьма резко. А с появлением реактивной авиации, увеличением скорости самолетов сближение истребителя с целью на расстояние эффективной пушечной стрельбы вообще маловероятно. Естественным решением этой проблемы и стало "удлинение поражающей руки", для чего неплохо подходили первые ракеты класса "воздух - воздух". Они строились для поражения цели на расстоянии в один-два километра или чуть больше.
К-8 тоже задумывалась для решения задачи "удлинения". Но это уже была довольно крупная ракета, вес ее достигал 250 кг. Если К-6 и К-7 создавались под микояновские МиГ-19, МиГ-21 и суховские Су-9, Су-11, то К-8 была первой самонаводящейся ракетой для более тяжелого истребителя-перехватчика ПВО Як-28П.
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.
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.