EКС: российская система раннего предупреждения о ракетном нападении космического базирования.The Space Review. Часть 1⁠⁠

Автор: Барт Хендрикс, понедельник, 8 февраля 2021 г.

Первоисточник:

Спутник раннего обнаружения ракетных запусков «Тундра». Источник

В мае прошлого года Россия запустила четвертый из своих спутников раннего обнаружения запусков ракет нового поколения под названием «Тундра». Летая по высокоэллиптическим орбитам, они постоянно отслеживают регионы, из которых потенциально могут быть нанесены ракетные удары по территории России. Спутники «Тундра» являются частью Единой Космической Системы (EKС), в которую также войдут несколько спутников на геостационарной орбите (ГСО). Сообщается, что после четвертого запуска спутника «Тундра» ЕКС достигла минимальной базовой конфигурации. В этой статье делается попытка пролить новый свет на технические особенности и возможности системы с использованием различных открытых источников.

Предшественники ЕКС

Советский Союз начал работу над спутниками раннего предупреждения в начале 1960-х годов, но первоначальные планы относительно низкоорбитальных спутников были отложены в пользу группировки спутников на высокоэллиптических орбитах (ВЭО, разновидность HОО — низкой околоземной орбиты), первый запуск которых был осуществлен до 1972 года. Спутники (названные УС-KС) летали по орбитам, аналогичным тем, которые использовались спутниками связи СССР «Молния». Но эти орбиты сконфигурированы таким образом, чтобы они могли наблюдать за районами размещения межконтинентальных баллистических ракет в континентальной части Соединенных Штатов. Поскольку датчики советской эпохи не могли видеть ракетные шлейфы на фоне освещенной Земли, спутники УС-KС наблюдали районы размещения межконтинентальных баллистических ракет под скользящим углом со своих апогеев над северной частью Атлантического океана, что позволяло им обнаруживать ракеты на фоне космоса, как только они поднимались над горизонтом.

Спутники первого и второго поколения продолжала запускаться до начала прошлого десятилетия, в значительной степени полагаясь на запас, оставшийся с советских времен.

Одним из недостатков такой геометрии обзора было то, что спутники можно было ослепить светом заходящего Солнца. Это вызвало по крайней мере одну ложную тревогу о ракетном нападении в сентябре 1983 года. К счастью, это событие было признано ложным дежурным на советской наземной станции управления. Когда инцидент был раскрыт после окончания холодной войны, дежурный (Станислав Петров) получил несколько международных наград за свою роль в предотвращении ядерной катастрофы. Тем не менее, сигнал тревоги вполне мог быть отозван на более высоком уровне в цепочке командования при отсутствии подтверждающих данных с наземных радаров раннего предупреждения.

Второе поколение спутников раннего предупреждения (УС-KMO), представленное в 1991 году, было разработано для обеспечения глобального покрытия с геостационарной орбиты (ГЕО). Оснащенные модернизированными датчиками, они могли видеть запуски ракет на фоне Земли, в том числе баллистических ракет, запускаемых с подводных лодок. Однако многие спутники рано вышли из строя, и поступали сообщения о том, что их датчики работают ниже ожиданий.

Генеральным подрядчиком разработки первых двух поколений космических систем раннего предупреждения был ЦНИИ «Комета» (переименованный в «Корпорацию Комета» в 2012 году), который выполнял ту же роль в отношении советских спутников для разведки океана и противоспутниковых проектов. Фактическая интеграция спутников была в руках НПО Лавочкина, которое также построило все планетарные и лунные зонды в СССР. Полезными нагрузками служили инфракрасные сканирующие датчики Государственного оптического института им. Вавилова (ГОИ) и инфракрасные телекамеры (так называемые «датчики взгляда») Научно-исследовательского института телевидения (НИИТ). Датчики сканировали пространство с широким полем обзора для обнаружения пусков ракет, а более чувствительные узконаправленные датчики выделяли цели и определяли их траектории. [1]

Рождение ЕКС

Спутники первого и второго поколения продолжала запускаться до начала прошлого десятилетия, в основном полагаясь на запас, оставшийся с советских времен. Экономический кризис, охвативший Россию в 1990-е годы, не позволил стране начать какие-либо новые спутниковые проекты раннего предупреждения до начала века. В 1999 году было объявлено о планах создания новой группировки спутников раннего предупреждения, известной как Единая Космическая Система (EKС), которая будет состоять из спутников на орбитах НОО и ГЕО. «Комета» снова была назначена генеральным подрядчиком, получив контракт на ЕКС от Министерства обороны 15 марта 2002 года. Несколько компаний, похоже, боролись за роль производителя спутников, в том числе НПО Лавочкина и Центр Хруничева. Однако 18 марта 2004 года выбор «Кометы» пал на РКК «Энергия».

Система EKС также известна под военным индексом 14K032 и недавно также упоминалась некоторыми официальными лицами как система «Купол». Это названия всей системы, включающей не только спутники НОО и ГЕО, но также наземный сегмент управления, ракеты-носители и инфраструктуру космодромов. Спутники на HОО называются «Тундра» и имеют военный индекс 14Ф142. Названия или индексы спутников на ГЕО пока не указаны.

Спутники «Тундра»

Достаточно хорошее представление о конструкции спутников «Тундра» можно получить из ряда источников, некоторые из которых труднее найти, чем другие. «Комета» даже опубликовала одну фотографию и как минимум три чертежа спутника, и хотя они не были конкретно идентифицированы как относящиеся к «Тундре», проект явно имеет несколько более низкий уровень классификации, чем многие другие российские военно-космические проекты (то же самое, кстати, относится к американским спутники раннего предупреждения).

Единственный общедоступный снимок спутника «Тундра», опубликованный в статье «Комета» в 2017 году. Источник

Спутники «Тундра» выводятся на орбиты типа «Молния» ракета-носителями «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат» с космодрома Плесецк на северо-западе России. Спутники построены на базе служебного модуля (или «автобуса»), который в публикациях РКК «Энергия» называется «Универсальная Космическая Платформа» (УКП) или «Виктория», производная от модуля, используемого на спутниках связи «Ямал». Это трехосная стабилизированная платформа, которая может быть адаптирована для полетов на солнечно-синхронных, высокоэллиптических и геостационарных орбитах, что, возможно, стало решающим фактором при выборе РКК «Энергия» в качестве производителя спутников. В отличие от советских спутников, в платформе УКП не используется герметичный отсек для обеспечения контролируемой среды для работы бортовой электроники. Сухая масса «автобуса» УКП колеблется от 950 до 1200 килограмм. Масса полезной нагрузки спутников на ВЭО HОО составляет от 500 до 1000 кг, а для спутников на ГЕО — от 250 до 300 кг. Расчетный срок службы составляет не менее 7,5 лет для спутников HОО и до 12,5 лет для спутников ГЕО. Вероятно, это связано с тем, что спутники на ВЭО регулярно проходят через радиационные пояса Ван Аллена [3].

В отличие от своих советских предшественников, спутники «Тундра» должны обладать достаточной вычислительной мощностью, чтобы выполнять большую часть обработки данных на борту, что позволит операторам на земле оперативно давать рекомендации руководству страны.

Мало что известно о конкретных изменениях, внесенных в служебный модуль спутников «Тундра». Он может иметь индекс 14С022, который появляется в некоторой документации, относящейся к EKС, и связан с «комбинированным двигателем» (термин, обычно используемый для системы жидкостного ракетного двигателя), звездными трекерами и гироскопами [4].

Гораздо больше информации доступно о модуле полезной нагрузки «Тундра» (известном под русской аббревиатурой МЦА). Два разобранных изображения модуля показывают общую компоновку его систем.

Изображение модуля полезной нагрузки «Тундры» в разобранном виде. Источник

Еще один разобранный вид модуля полезной нагрузки «Тундра». «Комета» в 2019 году.

Спутник состоит из двух модулей, обозначенных «A» (нижняя часть) и «B» (верхняя часть). Конструкционный каркас, сотовые панели и радиаторы предоставлены НПО им. Лавочкина [5]. В верхней части установлены по крайней мере две (а возможно, четыре) группы электрических двигателей. Известно, что это ионные двигатели на эффекте Холла СПД-100 (в русской терминологии называемые «стационарными плазменными двигателями») ОКБ «Факел», которые летают на многих российских и зарубежных спутниках. При весе 3,5 килограмма каждый из двигателей имеет тягу 83 мН и удельный импульс 1600 секунд [6]. Они, вероятно, помогают противостоять некоторым возмущениям, которым подвержены орбиты типа «Молния» из-за неравномерности притяжения Земли и гравитационных эффектов Луны и Солнца.

К секции полезной нагрузки прикрепляются ряд антенн, используемых для различных функций. Одна из них — комплект спутниковых навигационных антенн (АСН) производства Ярославского радиозавода, который должен помочь точно определять параметры орбиты спутников [7]. Также видны управляемые и фазированные антенные решетки бортовой системы радиосвязи (БРТК) и антенны с низким и большим усилением бортовой системы управления и передачи данных (БСУиПД). Эти системы, вероятно, используются для обработки данных, собранных полезной нагрузкой, и отправки их на Землю.

В отличие от своих советских предшественников, спутники «Тундра» должны обладать достаточной вычислительной мощностью, чтобы выполнять большую часть обработки данных на борту, что позволит операторам на земле оперативно давать рекомендации руководству страны о необходимости активировать системы противоракетной обороны или совершить ответный удар. Спутники также могут быть интегрированы в сеть связи, необходимую для обеспечения быстрого реагирования на ракетную атаку. Согласно некоторым источникам, полное название EKС на самом деле — «Единая космическая система обнаружения и управления боевыми действиями» (EKСOиБУ), потому что она объединяет функции обнаружения ракет, выполняемые спутниками раннего предупреждения, и некоторые из функций стратегической связи более ранней модели спутников связи «Молния». Ключевым игроком в разработке этих систем является НПО «Импульс», компании, основным направлением деятельности которой является поставка автоматизированных боевых систем управления для Ракетных войск стратегического назначения. 1 августа 2007 года НПО «Импульс» подписало контракт с компанией «Комета» на EKС, и в соответствующей документации есть ссылки на бортовые системы под названиями 15E1827, 14Р735 и 15Н1953, которые включают как минимум один специализированный компьютер. Некоторая часть работы, похоже, связана с защитой информации, передаваемой по нисходящей и/или восходящей линии связи [8].

Сама полезная нагрузка называется бортовым оборудованием обнаружения (БОО) и занимает обе секции модуля полезной нагрузки с солнцезащитным козырьком, установленным на верхней части, чтобы предотвратить попадание рассеянного света в телескоп. Официально ничего не было раскрыто о характере полезной нагрузки, но в одном документе, относящемся к EKС, упоминается система под названием «Иртыш-Э» с тем, что буквально называют «широкоугольным каналом» и «узкоугольным каналом» [9]. Это почти наверняка модифицированная версия двухканального «Иртышского инфракрасного телескопа», задуманного в институте НИИТ в конце 1980-х годов и аналогичного спутникам US-KMO второго поколения. На «Иртыше» были установлены криогенно охлаждаемые видеокамеры (видиконы) ЦНИИ «Электрон», которые были более чувствительны, чем неохлаждаемые видиконы на спутниках первого поколения.

Телескоп советского времени «Иртыш». Источник

Несмотря на быстрое развитие легких твердотельных датчиков получения изображения (особенно ПЗС), ясно, что планы разработки на «Иртыш» не были отменены даже на рубеже веков. В статье НИИТ, опубликованной в 2015 году, говорится, что его разработка затянулась на 30 лет, и это верный признак того, что в то время она все еще находилась в стадии разработки [10]. Кроме того, «Комета» и ЦНИИ «Электрон» подписали контракт на поставку видиконов для ЕКС 2 июля 2001 г., то есть еще до официального старта проекта. Видиконы имеют обозначение ЛИ489E и производятся совместными усилиями двух компаний, известных как «Катер-3Е». [11] ЛИ489E описан в одной статье ЦНИИ «Электрон» как основанный на так называемых полупроводниках A3B5 и способный работать на длинах волн до 3 микрон. [12] У него был предшественник под названием ЛИ489, который можно отнести к советской спутниковой программе раннего предупреждения 1980-х годов, основанной на докторской диссертации по инфракрасным видиконам, опубликованной в 2001 году [13]. Короче говоря, имеется достаточно свидетельств того, что «Иртыш-Э» и ЛИ489Е являются модернизированными версиями одноименного оборудования, разработанного в начале 1980-х годов, с добавленной буквой «Е», чтобы указать, что оно было адаптировано для системы EKС.

Есть веские основания полагать, что геостационарные спутники ЕКС будут оснащены новой полезной нагрузкой.

Так почему же русские решили придерживаться этой, казалось бы, устаревшей технологии? В вышеупомянутой докторской диссертации утверждается, что криогенно охлаждаемые инфракрасные видиконы по-прежнему обладают лучшими характеристиками, чем твердотельные датчики, дешевле в производстве и могут лучше противостоять излучению, и в качестве примера можно привести видикон ЛИ489. С другой стороны, в статье «Комета», опубликованной в 2016 году, говорилось, что дальнейшая разработка инфракрасных видиконов для «космических систем обнаружения» была прекращена, потому что они не отвечают сегодняшним требованиям к «надежности, массе и размеру», а также из-за их недостаточной чувствительности и небольшого количества используемых пикселей [14].

Два «канала» «Иртыш-Э» должны позволить телескопу работать как в широкоугольном, так и в узкоугольном режимах. Необходимые для этого оптические приборы предоставлены дочерним предприятием «Кометы» — Научно-исследовательским институтом оптического и электронного приборостроения (НИИ ОЭП). Фотографии этих инструментов до недавнего времени были доступны на сайте «Кометы».

Узкоугольная (слева) и широкоугольная оптические системы фотооборудования «Иртыш-Э». Источник: сайт «Комета».

Полезная нагрузка оснащена криогенной системой охлаждения, разработанной Конструкторским бюро точного машиностроения Нудельмана (КБ «Точмаш»), также известным своим участием в нескольких противоспутниковых проектах. В пресс-релизе, появившемся на сайте компании в октябре 2017 года, отмечалось, что система успешно прошла испытания на втором спутнике «Тундра» [15]. В общедоступных годовых отчетах КБ «Точмаш» система именуется СГО-РФ. В патенте, поданном КБ «Точмаш» в 2016 году, описана космическая система охлаждения, которая почти наверняка предназначена для «Тундры». Она имеет два, так называемых, криогенных холодильника Стирлинга с замкнутым циклом, которые используют охлаждающий агент (аргон) для поддержки необходимой температуры. Два криокулера используются по очереди и активируются только тогда, когда телекамера не работает, так что любые вызываемые ими вибрации не мешают наблюдению. Каждый из них имеет расчетный срок службы 10 000 часов и должен гарантировать, что полезная нагрузка останется в рабочем состоянии в течение от семи до десяти лет [16]. Система охлаждения не видна в известной компоновочной схеме спутника, но должна быть установлена в нижней части модуля полезной нагрузки.

Схематическое изображение криогенной системы охлаждения «Тундра» из патента 2016 года. Два криохладителя Стирлинга находятся в позиции 2 и 10, криостат (содержащий аргон) - в позиции 1, а детекторы изображения - в позиции 5. Источник

Вторичная полезная нагрузка для спутника «Тундра» называется «Балка» и производится Научно-промышленной корпорацией «Системы точного измерения» (НПК СПП). Статья в корпоративном информационном бюллетене НПК СПП описывает его успешные испытания на первом спутнике «Тундра», но не раскрывает его цель [17]. Как можно определить из другого источника, от 1 июля 2000 г. (опять же, перед официальным запуском EKС) «Комета» заключила контракт на приобретение «Балки» (также именуемой «Продукт 16») с НПК СПП, и у прибора есть фотодетекторы под названием A -181A и A-181B, разработанные НПП «Пульсар» [18].

Те же детекторы также входят в состав полезных нагрузок НПК СПП на российских навигационных спутниках ГЛОНАСС, которые называются БАЛ-М (для Глонасс-М), БАЛ-К (для Глонасс-К) и БАЛ-К2 (для Глонасс-К2). Их основная цель — следить за соблюдением договоров о запрещении ядерных испытаний путем поиска признаков ядерных взрывов. Они выполняют ту же роль, что и система Nuclear Detection System установленная на американских спутниках GPS/Navstar, и спутниках раннего предупреждения Defense Support Program (DSP). Россия явно пошла по тому же пути, установив такие датчики как на своих спутниках навигации, так и на спутниках раннего предупреждения. Согласно одной статье, опубликованной НПК СПП, другая цель полезной нагрузки — наблюдение гамма-всплесков, космического и галактического излучения, корпускулярного излучения Солнца, молний, вулканической активности и «техногенных катастроф» [19].

Общее название системы обнаружения ядерных взрывов на базе ГЛОНАСС, которая также имеет наземный сегмент для приема информации, «Лира-М». Название системы на основе EKС может быть «Альтаир» [20]. В одном документе, опубликованном в 2013 году, говорилось, что эти две системы будут интегрированы с наземными системами обнаружения ядерных взрывов Ракетных войск стратегического назначения. Полезная нагрузка EKС должна включать в себя детектор гамма-излучения и два оптических детектора, работающих на разных длинах волн. Спутник будет использовать более эффективные каналы связи и будет более продвинутым, чем система на базе ГЛОНАСС, позволяя одному спутнику определять координаты ядерного взрыва с высокой точностью. В документе упоминались как спутники HОО, так и спутники ГСО, предполагая, что полезные нагрузки для обнаружения ядерного оружия будут нести оба спутника [21].

Конец первой части.
Первоисточник