Вертолет: пуск боевых ракет с кабрирования⁠⁠

Пуск боевым вертолетом ракет вверх по навесной траектории напоминает работу систем залпового огня. Дымные полосы выхлопа ракет, наклонно уходящие в небо. «Подскок» вертолета с задиранием носа. Со стороны не видно множества моментов и деталей, сопровождающих такой залп. Зачем и как он делается, чем эффективен и какой выигрыш дает, какие минусы содержит? Naked Science решил углубиться в подробности.

Пуск НАР с кабрирования с вертолета Ка-52. Фото: Красная весна

Кабрирование: что за зверь?

Кабрированием называется полет самолета или вертолета с набором высоты и задранным выше горизонта носом. Это слово пришло к нам из французского языка и происходит от французского «кабраж» (cabrage), восходящего к cabre (вздыбленное положение животного под наездником) или cabrer — поднимать на дыбы.

А слова «самолет или вертолет» лучше заменить на «аэродинамический летательный аппарат». Это может быть и планер, и автожир, и крылатая ракета, от дозвуковой до гиперзвуковой, или управляемая ракета класса «воздух—воздух».

А вот если набирает высоту околоземный спутник на восходящей части своего орбитального эллипса, и его передняя часть поднята выше плоскости местного горизонта, то про кабрирование не говорят. Равно как не говорят о кабрировании минометной мины, поднимающейся к высшей точке своей траектории с носом выше горизонта и с набором высоты.

Определяющим в кабрировании является не скорость набора высоты, а угловое положение самолета относительно горизонта

Его мерой выступает угол кабрирования — угол между продольной осью самолета и плоскостью горизонта. Это то же самое, что положительный тангаж, определяемый углом тангажа — также углом между продольной осью самолета и плоскостью горизонта.

Зачем используют кабрирование? Летчик задирает нос самолета, чтобы усилить набор высоты или прекратить снижение (например, при выдерживании самолета над полосой при посадке). С ростом угла тангажа обычно происходит и увеличение угла атаки, угла обдува самолета встречным потоком, что приводит к росту подъемной силы. Это используется при выполнении многих фигур пилотажа или для отрыва и набора высоты при взлете. Иными словами, кабрирование применяют для управления движением самолета, ради выполнения текущих и дальнейших элементов полета, обеспечения их нужных параметров.

И есть частный случай использования кабрирования, при котором угол задирания носа самолета выше горизонта служит не для дальнейшего полета. Выполняемое самолетом или вертолетом, такое кабрирование служит не аэродинамике, а баллистике, баллистической задаче. Это задача начального угла траектории для баллистического движения боеприпаса, отделяемого или запускаемого с угла кабрирования.

Первыми в авиации использовать неуправляемые боеприпасы начали самолеты. Способы их применения были разработаны задолго до появления управляемых боеприпасов. C режима кабрирования стали бросать с самолетов бомбы свободного падения. Отделяемая бомба получала начальную скорость, с которой летел самолет, и угол движения относительно горизонта, под которым сброшенная бомба набирала высоту. Далее бомба летела по баллистической траектории, достигая верхней точки и переходя после нее на нисходящую часть траектории. Сброс бомбы под углом вверх увеличивал дальность ее полета вперед после отделения от самолета (это называется относ бомбы). Вариации такого сброса давали и другие преимущества, ради которых выполнялось и бомбометание вертикально вверх, с углом кабрирования 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 самолетам противника, открыв эру этого вида оружия. Позже их запуск по наземным целям, в том числе и с кабрирования, стал логичным продолжением способов бомбометания. Разумеется, не для каждого пуска таких реактивных снарядов использовалось кабрирование. Оно практиковалось тогда, когда требовалось поразить наземную цель с наибольшего удаления и при этом не входя в зону противовоздушной обороны цели. Оставаясь вдалеке, самолет после пуска реактивных снарядов под углом значительно выше горизонта разворачивался и уходил, а растянутая горка, выполняемая снарядами, дотягивалась до цели.

У такого пуска, разумеется, есть и обратная сторона — вместе с ростом дальности растет и рассеивание запущенных снарядов. Ведь они неуправляемые, и основную часть полета проводят баллистически в свободном падении. Значит, их ничем не корректируемый удлиненный полет даст и 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 вертолетов, появившихся позже самолетов, пришло из самолетной области — и бортовая артиллерия, и управляемые ракеты, и бомбы, и неуправляемые реактивные снаряды. Применение последних с вертолета сохранило и запуск с кабрирования, только он был адаптирован под вертолетную специфику.

НАР — неуправляемая авиационная ракета

Сегодня неуправляемые авиационные снаряды называются неуправляемыми авиационными ракетами, или НАР. Они уже не используются для поражения воздушных целей, но широко применяются по наземным. Конструктивно эти ракеты не претерпели существенных изменений более чем за 80 лет существования: это длинная металлическая труба, наполненная твердым топливом, с реактивным соплом позади для создания реактивной тяги. Передняя часть трубы имеет обтекаемый нос (обычно взрыватель выполнен в форме конуса), за ним располагается боевая часть с зарядом взрывчатки и корпусом, дающим осколочную массу при подрыве. Сзади трубы находится оперение для аэродинамической стабилизации в полете — либо жесткое, либо раскрывающееся после пуска. НАРы снаряжаются в блок цилиндрической формы, этакий бочонок с многочисленными пусковыми трубами. (Самолетные блоки имеют заостренный обтекаемый нос, поскольку скорости полета самолетов выше, и такая форма даст меньше аэродинамического сопротивления.) Блок подвешивается на пилоны вертолета, несущие вооружение. В момент применения НАРы запускают свои твердотопливные двигатели и поочередно и часто вылетают из блока, создавая растянутый залп.

Чтобы лучше представить себе НАР и его работу, возьмем широко распространенную сегодня неуправляемую ракету С-8, имеющую несколько модификаций

Это металлическая труба длиной примерно с человека среднего роста (1428-1700 мм), диаметром 80 мм, и массой 11-15 кг. Боевые части в несколько килограммов весом (3,5-7,5 кг) содержат 1-3 кг взрывчатки, обычно на основе гексогена или октогена, мощных бризантных взрывчаток с высокой скоростью детонации. Назначение боевых частей самое разное: это и кумулятивно-осколочные, в том числе со стреловидными поражающими элементами (небольшие стальные гвозди с четырьмя стабилизаторами вместо шляпки, 2 тысячи штук в ракете). Это и бронебойные, бетонобойные, фугасные объемно-детонирующие боевые части, осколочно-фугасные проникающие, тандемные кумулятивные, осветительные, помеховые, маркерные (дымовые для целеуказания) и другие.

Различные типы НАР С-8 и блоки БМ8 для их запуска на заднем плане, самолетный (слева) и вертолетный (справа). Фото: voennoe-obozrenie.ru

Все семейство С-8 сверхзвуковое: скорость полета после выгорания топлива 450-700 метров в секунду. Дальность пуска составляет 1,2-4 километра, эффективной дальностью считается 2 км. Разумеется, дальность нужно конкретизировать: с какой высоты и скорости самолета произведен пуск, под каким углом к горизонту. Ракеты размещаются в пусковых блоках Б8 разных модификаций (самолетные и вертолетные), на 20 и на 7 ракет. Блоки подвешиваются на держатели носителя и остаются на них после пуска. После вылета из блока позади ракеты раскрываются шесть перьев стабилизаторов, двигатель работает 0,7 секунды, разгоняя ракету до рабочей скорости. Далее идет баллистическое падение на цель, подобно реактивной гранате, мине, пуле или снаряду. При встрече с целью срабатывает боевая часть, вызывая поражающее действие, под которое специализирована модификация ракеты.

Вертолетная специфика применения НАР

Наиболее эффективное оружие вертолетов, несомненно, управляемые ракеты. Но и НАРы находят применение на винтокрылых боевых машинах. Самым результативным использованием неуправляемых ракет признается их пуск по визуально наблюдаемой цели, находящейся в поле зрения вертолета. Такой пуск делают с горизонтального полета либо пикирования на цель, прямо наблюдаемую летчиком. Этим достигается прицельный пуск по точечной цели, объекту небольших размеров, с концентрацией падающих ракет на этом объекте и в непосредственной близости к нему.

Тут стоит отметить важный момент. Изначально «самолетные», неуправляемые авиационные ракеты более эффективны при использовании с самолета. Почему? У самолета выше скорость полета. Пуск НАРов С-8 происходит при скорости самолета в сотни метров в секунду — от 166 до 330, до околозвуковой скорости. Соответственно, выше скорость получают и запускаемые с него ракеты. В итоге они быстрее подлетают к цели и за счет этого их меньше сносит ветром. Самолет при этом летит стабильно, без ощутимой тряски и вибраций. А пусковые блоки НАРов закреплены на самолете соосно его главной оси: направление пуска ракет в высокой степени параллельно главной, продольной оси самолета (она называется СГФ — строительная горизонталь фюзеляжа). Что упрощает точное прицеливание перед пуском путем пилотирования самолета.

Условия пуска НАР с вертолета другие. Здесь скорость вертолета составляет лишь первые сотни километров в час, что значительно меньше самолетных скоростей. Ракеты летят до цели медленнее, поэтому их ветровой снос больше. Пуск ракет производится в условиях вибраций и тряски, постоянных небольших угловых движений корпуса вертолета, что повышает разброс траекторий ракет при пуске и их точек падения на земле. А подвеска блоков не всегда соосна продольной оси вертолета.

Пуск НАР с вертолета Ми-8. Фото: ria.ru

Так, горизонтальный полет Ми-8 на крейсерских скоростях происходит с отрицательным тангажем 2-3 градуса: вертолет летит вперед, наклонив нос. Это происходит в результате создания горизонтальной тяги несущим винтом — конус вращения несущего винта наклоняется вперед благодаря работе механизма качания лопастей. Из-за хитрой механики автомата перекоса винта, вследствие разноса горизонтальных шарниров лопастей, возникает момент, наклоняющий нос вертолета вниз при создании горизонтальной тяги.

Чтобы в полете выполнить горизонтальный пуск НАР, их блоки устанавливают под таким же углом вверх к оси (СГФ) вертолета — вверх на 2-3 градуса. Тогда при обычном наклоне вертолета вниз ось блока и оси пусковых труб в нем занимают горизонтальное положение. Для каждого типа вертолета этот угол свой. На самых современных боевых вертолетах могут применяться сервоприводы для изменения угла установки блоков НАР в полете.

Ситуации для пуска НАР вертолетами с кабрирования

Итак, вертолетное применение НАР с кабрирования увеличивает дальность и рассеивание точек падения ракет, не позволяя работать по точечной цели. Тем не менее в ряде ситуаций пуск НАР с вертолетов оптимально проводить с кабрирования.

Пуск НАР с вертолетов, снятый через тепловизор. Хорошо видно рассеивание НАР в полете и точки взрывов при падении на землю

Пуск по навесной траектории позволяет перебросить ракеты через вертикальное препятствие, что невозможно при пуске с прямым наблюдением цели (с горизонтального полета или пикирования). Локальным вертикальным препятствием обычно выступает поднятый элемент рельефа — сопка, холм, небольшой горный хребет или увал, отрог горы, высокий берег, складка рельефа. Одновременно препятствие играет роль маскирующего вертолет элемента, закрывая его от обнаружения и наблюдения со стороны цели. Прячась за возвышением, вертолет запускает НАРы в большей безопасности.

При работе по площадной цели, защищенной местной ПВО, кабрирование при пуске НАР позволяет выполнить задачу, не входя в зону видимости или действия ПВО

При пуске с кабрирования ракеты летят по более длинной навесной траектории. Длительность полета и действия аэродинамического сопротивления приводит к торможению ракет до дозвуковых скоростей. Снижение скорости делает нисходящую часть траектории более навесной, увеличивая угол падения (угол наклона траектории) и напоминая минометную стрельбу.

Пуск НАР семейства С-8 с вертолета Ми-8. Фото: Виталий Кузьмин

Такое навесное падение эффективно при обилии окопов и траншей на площади цели. А также при поражении техники, укрытой 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.

Невозможность укрыться от навесного падения НАРов в окопах и траншеях, помимо самого поражения, оказывает сильное деморализующее действие на живую силу противника

Для попадания по цели необходима верная комбинация нескольких параметров полета: курса, дистанции до цели, скорости, высоты и угла пуска над горизонтом (в простом случае угла кабрирования). При этом процесс разворота вертолета на угол кабрирования занимает время и увеличивает высоту полета.

Поэтому пилот вертолета должен знать высоту и дальность (до цели) ввода вертолета в маневр кабрирования, а также требуемый угол кабрирования. То есть точку ввода в кабрирование на местности (в сочетании с высотой полета), в которой он должен взять ручку управления на себя. И держать ее до достижения требуемого угла кабрирования, лежащего обычно в пределах 17-25 градусов. После чего, сохраняя этот угол, произвести пуск всех НАР. После пуска происходит разворот вертолета на обратный курс со снижением.

Одновременно пилот должен знать тактическую обстановку, в том числе высоту обнаружения своего вертолета радиолокационными станциями противника. Обычно это высота около 150 метров, если мы говорим про зональную ПВО, прикрывающую большую территорию мощными ракетами большой дальности. А объектовая ПВО, прикрывающая отдельный объект цели, в виде ПЗРК или самоходных зенитных комплексов небольшой дальности, видит вертолет уже при высоте его полета 50 метров, а в пустыне и того меньше. При выполнении кабрирования вертолет не должен «вылезти» выше этой высоты.

Пилотирование вертолета при кабрировании: разница с самолетом

Кабрирование на самолете и вертолете выполняется различно. Пилот самолета для перехода в кабрирование делает только одно движение — берет (тянет) ручку управления или штурвал на себя и держит его в таком взятом на себя положении. Самолет начинает задирать нос, непрерывно увеличивая тангаж. И по достижении нужного угла тангажа (угла кабрирования) пилот отдает ручку от себя в ее нейтральное положение. Самолет остается с полученным углом тангажа и продолжает набор высоты.

Например, сверхзвуковые истребители с треугольным крылом при полете на боевой потолок должны выполнять подъем по специальному высотном профилю. На высоте 10 км самолет переводился в горизонтальный режим с розжигом форсажа (если до этого форсаж был убран). Так делали 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 дальнейшего разгона летчик брал ручку управления на себя, задирая нос до угла порядка 30 градусов выше горизонта. И в таком положении, удерживая ручкой управления угол тангажа (кабрирования) и значение числа Маха порядка 1,7, контролируя его по махометру, за минуту поднимался на потолок. Где переводил самолет в горизонтальный полет и разгонялся уже до максимальной скорости.

У вертолета ввод в кабрирование происходит по-другому, со своими особенностями

Пилот вертолета непрерывно удерживает вертолет в сбалансированном состоянии, чтобы не было лишних движений, которые немедленно появятся при любом изменении режима полета. Вертолет, если можно так выразиться, намного «гироскопичнее» самолета. Ротор несущего винта является большим и «мощным» гироскопом с большим моментом инерции. При попытках изменить положение оси несущего винта в пространстве немедленно возникает гироскопический момент, поворачивающий ось вращения в другом, перпендикулярном направлении.

Не «дремлет» и реактивный момент несущего винта, который становится нескомпенсированным. Результатом действий этой главной пары вертолетных моментов, гироскопического и реактивного, может стать скольжение вертолета. Оно означает, что НАРы улетят не по цели. Наиболее сильно эти роторно-гироскопические эффекты проявляются на вертолетах с одним несущим винтом, и в меньшей степени на вертолетах с соосными винтами, вращающимися в противоположных направлениях. Хотя у последних есть свои особенности, требующие внимания и правильной отработки.

Пуск НАР с кабрирования вертолетами КА-52 и Ми-28

Как это происходит практически, в полете? Чтобы задрать нос вертолета, летчик должен потянуть ручку управления на себя. Но из-за наклона оси несущего винта назад включится его гироскопический момент, который станет заваливать вертолет набок влево — даст левый крен. Поэтому летчик перемещает ручку управления сразу и одновременно на себя и вправо, по диагонали, для компенсации возникающего при задирании носа левого крена.

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. А значит, возникает нескомпенсированный реактивный момент несущего винта. Для его парирования летчик должен придавить ногой правую педаль («дать правую ногу», как говорят летчики), и этой дачей правой педали скомпенсировать снижение тяги рулевого винта и не допустить ненужного разворота вертолета по курсу. И это только в первые мгновения ввода в кабрирование, за которыми последует не менее насыщенное пилотирование.

Кабина транспортно-десантного вертолета Ми-8МТВ-5/Ми-17В-5, современной модификации вертолета Ми-8МТ, разработанной с учетом опыта боевого применения. Видны педали и ручка управления, а в центре приборной панели авиагоризонт с шариком внизу — индикатором скольжения. Фото: airwar.ru

Таким образом, вертолетчик при выполнении кабрирования работает несколькими органами управления, компенсируя сразу несколько возникающих отклонений. При этом он постоянно контролирует положение шарика внизу авиагоризонта, показывающего скольжение вертолета. Допущенное скольжение оказывает наиболее негативное влияние на точность попадания — пуск при скольжении практически гарантирует уход ракет мимо цели. Поэтому пилот должен выполнять ввод в кабрирование очень четко, точно выдерживая требуемые параметры на всей траектории движения вертолета, и компенсируя все возникающие «паразитные» движения. При этом не допуская разбалансировки сложного движения вертолета.

Авиагоризонт АГР-29-Р15. Внизу гирогоризонта находится шарик — индикатор скольжения. Фото: vk.com

В целом для вертолета кабрирование является более скоротечным состоянием по сравнению с самолетом, где оно может быть формой статичного полета. Долго удерживать вертолет в положении кабрирования сложнее, чем самолет, и, скорее всего, не получится. Начинаясь правильным образом, кабрирование вертолета быстро трансформируется в другие движения, искривленные и нерасчетные. Пилоту вертолета для их компенсации приходится выполнять намного больше действий, чем пилоту самолета. Что требует от вертолетчика летного опыта, правильного построения ввода в маневр кабрирования и его умелого и грамотного выполнения.

Прицеливание и пуск НАР при наблюдении цели — из горизонтального полета или пикирования

В советские годы для каждого типа вертолета, с учетом его аэродинамики (а аэродинамика каждого типа имеет свои уникальные особенности), рассчитывались табличные значения сочетаний типа НАР — дальность цели — скорость полета — высота ввода в маневр — угол кабрирования. Прицеливание происходило по аналоговым прицелам (Ми-8, Ми-24, Ка-27 и другим). Прицеливался и стрелял только командир воздушного судна, а второй летчик мог (если позволял опыт) подсказывать удаление. Поэтому стрельба НАР в те времена производилась с более крутого пикирования для повышения кучности.

Современные цифровые прицельные комплексы работают иначе. Их варианты могут действовать немного по-разному, но в целом схема работы остается похожей. Прицельный комплекс для НАР блочно состоит из круглосуточной оптической системы (ГОЭС, гиростабилизированная оптико-электронная система со встроенным лазерным дальномером), блока визуализации и вычислителя. ГОЭС — это расположенное внизу кабины вертолета «Око Саурона» на карданном подвесе, которое может фиксироваться в положении по оси (СГФ) вертолета или смотреть туда, куда его наведут. Вычислитель обрабатывает информацию с ГОЭС, навигационных систем вертолета, данных по типу НАР, и из других источников. Блок визуализации отображает результаты вычислений на прицельном интерфейсе в кабине.

ГОЭС в носовой части вертолета Ка-50. Фото: maks.sukhoi.ru

Работает же это так — в момент замера лазерной дальности (ЛД) до цели в вычислителе фиксируются с дальнейшем отслеживанием: воздушная и путевая скорости вертолета, высота относительно замеренной точки, наклонная дальность до нее, курс, углы крена и тангажа. С частотой 1 герц, раз в секунду, вычислитель начинает рассчитывать поправки к стрельбе и генерировать визуальные команды на блок визуализации.

Что при этом видит летчик? Он видит на интерфейсе подвижное кольцо или квадратик — марку. Которая показывает, куда ему нужно отклонить вертолет, чтобы попасть по выбранной цели (до которой померили лазерную дальность), то есть совместить неподвижное перекрестие с подвижной маркой. При этом марка не показывает значения поправок к стрельбе, но показывает летчику, куда нужно вывести СГФ (главную ось) вертолета для попадания по цели. Летчик, пилотируя вертолет, вызывает приближение марки к перекрестию (где находится СГФ), то есть направляет СГФ в марку. После совмещения марки с перекрестием (и после достижения дальности пуска) можно производить пуск. Такой режим прицеливания называется директорным — от английских слов to direct — «направлять», и direction — «направление».

Как это происходит в полете? Экипаж знает район расположения цели. Вывод вертолета в район пуска НАР будет выполнен с курсами, отличными от боевого плюс-минус 30 градусов. В противном случае станет необходим маневр значительного доворота до боевого курса, с большими углами крена и тангажа, что для вертолета характерно развитием большого скольжения и, как следствие, пуском НАР не по цели. На дальностях обнаружения и распознавания второй пилот, управляя ГОЭС, находит цель в переднем секторе и замеряет ЛД до цели. На этом миссия второго пилота выполнена. Теперь командир, глядя на монитор, выводит вертолет в ту сторону, куда показывает кружок (квадратик) марки. В момент, когда кружок наскакивает на перекрестие, командир жмет кнопку пуска НАР.

Прицеливание и пуск НАР с кабрирования

Но при пуске с кабрирования цель может быть (и как правило) не видна, находясь либо на большом удалении неразличимой черточкой на горизонте, либо закрываемая возвышением рельефа. В этом случае координаты цели определяются заранее, до боевого вылета. Географические координаты цели накладываются на матрицу высот, дающую высоту этой точки, так формируются геодезические координаты цели. Они и заводятся в прицельный комплекс. Вычислитель по текущей высоте, скорости полета, курсу и координатам вертолета рассчитывает выход на боевой курс, начало маневра кабрирования и его параметры, включая угол кабрирования.

Далее пилот выполняет пуск НАРов в директорном управлении: он должен четко выполнять то, что рассчитал ему прицельный комплекс. Довести вертолет в точку начала маневра кабрирования с заданными параметрами: высотой, курсом и скоростью. Далее выполнить кабрирование, задрав нос вертолета до марки, которая будет сверху. Ввести в этот директорный кружок ось вертолета и стволы оружия — пусковые трубы блоков НАР. И сделать это без скольжения, иначе НАРы улетят не по цели. И после совмещения марки и задранной выше горизонта главной оси вертолета произвести пуск НАРов. После чего выполнить выход из атаки и увести вертолет из места пуска.

Ка-52 производит пуск НАР с кабрирования

Так происходит развитие вечного и главного баланса двух базовых начал вертолетной атаки: эффективность применения и безопасность. Сегодня пуск неуправляемых ракет с кабрирования применяется в ситуации оптимального сочетания этих базовых факторов. Сказать, что пуск НАР с кабрирования стал широко распространенным и повседневным, нельзя. Однако с совершенствованием прицельных систем пуск с кабрирования упрощается для выполнения летчиком, а его эффективность растет благодаря более точному и быстрому динамическому (по текущим параметрам полета и обстановки) расчету параметров пуска и маневра.

Поэтому пуск ракет с борта вертолета при кабрировании остается используемым сегодня способом применения вооружения боевым вертолетом. А картины такого пуска периодически попадают в массовое информационное пространство как наглядный пример этой практики.

Источник