Ламповые солдаты свободы: управляемые бомбы "Roc"

[Dilandualb]

К завершающему периоду Второй Мировой Войны, в американском оружии оформились два основных подхода к управляемым авиабомбам: планирующие, и вертикально падающие. Первые падали на цель под пологим углом, могли самостоятельно преодолевать значительные дистанции – но при этом были громоздкими и более подверженными сносу ветром и случайным отклонениям. Вторые падали на цель под углом, близким к вертикали, были сравнительно простыми и компактными – но не обеспечивали носителю безопасного удаления, вынуждая его проходить прямо над целью, а также требовали высокой точности при расчете точки сброса.



Интересным компромиссом выглядела “промежуточная” бомба – имеющая лучшую планирующую способность, чем вертикально падающая, но при этом способная размещаться в бомболюке бомбардировщика. Такая бомба падала бы на цель под углом порядка 30-60 градусов: больше, чем планирующая, меньше, чем вертикально падающая, значительно снижая тем самым требования к точности пуска.

Идея такой бомбы была предложена NDRC в 1943 году. Она весьма заинтересовала как армейское, так и флотское командование: новое оружие представлялось компактным и многофункциональным, способным решать самые разные задачи на поле боя. Разработку конструкции бомбы поручили фирме “Douglas”, в то время как NDRC занялось созданием системы управления. Проект получил название “Рух” (англ. Roc), в честь гигантской сказочной птицы из “Путешествий Синдбада”.
 

Скрытый текст

 

 

VB-9 Roc (X-wing)

Исходная “Рух” имела фюзеляж в форме вытянутой сигары, с Х-образным крылом в центре и крестообразным хвостовым оперением. Длина ее достигала 2,45 метров, наибольший диаметр – 40 см, и размах крыла – 1,95 метров. Корпус ее был изготовлен из алюминиевого сплава, за исключением центральной секции и крыла, которые делались из магния. Предполагалось, что серийные бомбы будут целиком изготавливаться из магния.



По конструкции “Рух” состояла из нескольких литых секций, соединенных болтами. В носовой части размещалась аппаратура управления – приемная антенна (за радиопрозрачным головным обтекателем), усилитель и система дешифровки принимаемого сигнала. Сразу за ней находилась боевая нагрузка. В качестве таковой использовалась 454-кг (1000-фунтов) полубронебойная бомба AN-M59 с инерциальным взрывателем. Вес полностью снаряженной бомбы равнялся 589 кг (1300 фунтов)

В центральной секции “Руха” располагался автопилот и сервоприводы системы управления. К центральной же секции крепилось Х-образное крыло бомбы. Единственными органами управления служили широкие флапероны (элероны-закрылки), расположенные на задней кромке крыла. Они были тщательно сбалансированы, и использовались как для управления по тангажу и рысканью, так и для контроля “Руха” по крену. В движение каждый закрылок приводился собственным электромотором, работающим через понижающую передачу.

Такая конструкция крыла и управления позволяла бомбе создавать равную подъемную силу в любом направлении, что облегчало маневрирование и не требовало жесткой стабилизации по крену. Вместо полноценного гироскопического автопилота, “Рух” оснащалась простым датчиком угловой скорости, который следил только, чтобы бомба не переворачивалась слишком быстро. Так как информацию о цели бомба получала из собственной системы координат, то ее ориентация в пространстве не имела особого значения.



VB-9 в музее.

В хвостовом обтекателе размещались аккумуляторные батареи, питавшие электронную аппаратуру. Крестообразное хвостовое оперение было исключительно стабилизирующим, не имея органов управления. Чтобы скорость падения бомбы не превысила скорости звука – что привело бы к потере управляемости и создало бы риск повреждения конструкции – на хвостовых стабилизаторах были установлены воздушные тормоза в виде перфорированных пластин.

Исходно, для наведения “Рок” предполагали использовать метод “осёдланный луч” (англ. Beam-rider). Сброшенная бомба должна была двигаться в узком вращающемся луче радиолокационного прицела самолета-носителя, который оператор удерживал на цели. Пока бомба двигалась точно по центру трассы, описываемой лучом, принимаемый ей сигнал был непрерывным. Если же бомба отклонялась от курса, то сигнал становился прерывистым, поступая только в тот момент, когда вращающийся луч касался бомбы. Сравнивая максимум и минимум сигнала, бомба понимала, в какую сторону она отклонилась, а сопоставляя относительную продолжительность сигналов и пауз – масштаб отклонения.

Преимуществом такого наведения было то, что вся интеллектуальная работа – поиск и идентификация цели – возлагались на оператора, в то время как вся чисто механическая работа по удержанию бомбы на курсе выполнялась автоматически, без ограничений по скорости человеческой реакции.

Принципиальным недостатком же было то, что из-за расширения луча радара, точность наведения падала по мере приближения бомбы к цели. Чем шире становился луч, тем больше времени у бомбы уходило на то, чтобы сообразить, что она отклонилась от центра. В результате получалось, что непосредственно перед попаданием, когда бомбе желательно наводиться максимально точно, она будет наводиться минимально точно.

Тем не менее, военное командование было готово смириться с этим недостатком. Главным аргументом в пользу метода наведения “осёдланный луч” была его простота и дешевизна: бомба принимала мощный сигнал непосредственно от радара бомбардировщика, поэтому не требовала особой чувствительности. Однако, эксперименты показали, что оператору трудно удерживать луч прицела на цели достаточно ровно, из-за чего к нарастающей ошибке наведения добавлялась еще и ошибка оператора. В результате, было принято решение отказаться от метода “осёдланный луч” и вместо этого оснастить бомбу полуактивной головкой самонаведения – наводящейся на отраженный от цели луч радарного прицела носителя. Головку самонаведения для этого собирались позаимствовать от флотской планирующей бомбы “Пеликан”.

Однако, переход к полуактивной системе наведения создал неожиданные проблемы – все имеющееся производство радарных ГСН было уже зарезервировано флотом, и адмиралы отказывались делиться ценной аппаратурой. Поскольку система управления и автопилот бомбы находились уже в значительно продвинутой стадии, было решено направить бомбу на испытания с импровизированной фотоэлектрической системой самонаведения. Установленный в носовом обтекателе “Руха” фотоэлемент наводил бомбу на наземный источник света, интенсивность и угол рассеивания которого подбирались так, чтобы возможно более соответствовать по своей геометрии отраженному излучению радара. Таким интересным способом NDRC хотела оценить, насколько бомба будет соответствовать предъявляемым требованиям.



Фотоэлектрическая ГСН "Рух".

Фотоэлектрическая головка самонаведения опытного “Руха” состояла из четырех неподвижных фотоэлементов, расположенных X-образно, и вращающегося перед ними объектива – который, вращаясь по часовой стрелке, последовательно направлял поток светового излучения от мишени на каждый фотоэлемент. Сигналы от противоположных элементов сравнивались между собой. Если мишень находилась прямо по курсу, то время сканирования ее каждым фотоэлементом было одинаковым, и соответственно сигналы взаимно гасили друг друга. Но если мишень смещалась, то время сканирования ее фотоэлементами начинало различаться, сигналы переставали гасить друг друга, и в сети появлялось напряжение. Замыкалось соответствующее реле, и ток поступал на приводные моторы рулей.

С фотоэлектрическими головками самонаведения, прототипы “Рух” представили на испытания в 1944 году. Тестовые сбросы проводились на ракетном полигоне Калифорнийского Технологического Института, в качестве мишени использовались электрические лампы, дополненные пиротехническими светильниками. В ходе испытаний были сброшены девять прототипов бомбы. Из них только четыре (2-ой, 3-ий, 4-ый и 5-ый) оказались удачными – были достигнуты попадания с отклонением в 79, 30, 21 и 9 метров от центра мишени.



4-ый испытательный сброс "Рух" VB-9 на освещенную мишень.

Испытания выявили критическую проблему: несоответствие возможностей бомбы и предполагаемой ГСН. “Рух” был спроектирован с расчетом на минимальный угол атаки в 45 градусов. Однако, головка самонаведения могла принимать более-менее четкий отраженный сигнал от цели только под углом атаки не более 50 градусов. В результате получалось, что “Рух” может адекватно наводиться только в пределах небольшого угла в 5 градусов, причем находящегося на границе возможностей как бомбы, так и ГСН. Теоретически проблему можно было решить, убрав воздушные тормоза, но в этом случае бомба разгонялась до трансзвуковых скоростей, и никто не мог поручиться, что она просто не развалится в полете.

Кроме того, изменилась планируемая боевая нагрузка. Изначально предполагалось, что “Рух” будет оснащаться 454-килограммовой (1000-фунтовой) полубронебойной бомбой AN-M59, диаметром 380 миллиметров (15 дюймов). Но к 1944 году целей, заслуживающих попадания такого оружия – вроде крупных боевых кораблей – осталось сравнительно немного. С точки зрения командования, более выгодной была бы осколочно-фугасная боевая часть, способная эффективно поражать широкий спектр целей. Однако, имеющиеся в производстве 454-кг фугасные бомбы AN-M65 имели значительно больший диаметр – около 460 миллиметров (18,5 дюймов).

Попытка создать версию “Рух” большего диаметра, способного вместить фугасную боеголовку, столкнулась с целым рядом инженерных противоречий. Из-за поменявшейся аэродинамики бомбы, для сохранения прежних летных характеристик пришлось увеличить размеры оперения. Но это привело к тому, что “Рух”, и так будучи не особенно компактной, начала сильно смахивать на своего сказочного предка: подвесить ее под бомбардировщик было нелегкой задачей. Военных это не слишком-то устраивало. Особенно недоволен был флот, который требовал, чтобы новую бомбу можно было бы подвешивать и под палубные самолеты.

Все эти проблемы ясно указывали, что программа “Рух” зашла в тупик. Требовалось принципиально новое решение.

VB-10 Roc (Model 00-1000T)

Чтобы решить проблему размеров, фирма “Дуглас” пошла на радикальную перекомпоновку всего проекта. От Х-образного крыла пришлось отказаться. Вместо этого, инженеры решили использовать кольцеобразное крыло, ранее предложенное MIT для программы AZON. Такое крыло позволяло создавать подъемную силу в любом требуемом направлении, тем самым облегчая маневрирование.



Новая бомба имела цилиндрическую форму, с закругленным головным обтекателем. Длина ее составляла 3,6 метра, диаметр – 50 см, и размах крыла 1,2 метра. Корпус ее целиком делался из алюминиевого сплава. Вес полностью снаряженной “Рух” равнялся 752 кг (1600 фунтов), из которых 454 кг (1000 фунтов) приходились на осколочно-фугасную боевую часть.

Крыло бомбы теперь имело форму замкнутого кольца, “обернутого” вокруг ее фюзеляжа. Оно закреплялось на единственном опорном стержне, проходившем насквозь через центр тяжести “Руха”, и служило как для создания подъемной силы, так и для управления бомбой. Опорный стержень крыла состоял из двух частей, соединенных шарниром. Стержень как вращаться вокруг своей продольной оси (наклоняя крыло по тангажу), так и перекашиваться вправо/влево (наклоняя крыло по рысканью) на шарнире.

Хвостовое оперение нового “Руха” состояло из неподвижного кольцевидного стабилизатора, под которым размещались четыре элерона. На задней кромке стабилизатора размещалось перфорированное металлическое кольцо воздушного тормоза.



VB-10 в музее.

Схема управления “Рух” также была полностью пересмотрена. Инженеры “Дуглас” в конечном итоге решили отказаться от проблематичного радарного самонаведения, и оснастить бомбу телевизионным командным наведением. В носовой части, под прозрачным пластиковым обтекателем, размещалась компактная телекамера “Mimo”. Изображение с нее передавалось по радио на экран в кабине самолета-носителя, и оператор, отслеживая цель “глазами бомбы”, использовал джойстик, чтобы направить ее командами в цель.

При этом, инженеры оставили прежней практически всю электронику бомбы, отвечавшую за анализ сигнала и выработку команд в самонаводящейся версии. Единственным различием было то, что управляющие сигналы теперь не вырабатывались головкой самонаведения, а поступали из радиоприемника, передаваемые с контрольной станции на самолете-носителе.



Два варианта антенны на хвосте "Рух".

Существовали два варианта контрольной системы “Рух”. Один использовал обычный джойстик и нарисованное на экране перекрестье прицела. Оператор, наклоняя джойстик, удерживал изображение цели под перекрестьем, вручную вырабатывая команды для бомбы. В другом варианте использовался аналог пистолетной рукоятки, оснащенный потенциометрами. Специальный контур проецировал на экран подвижный светящийся круг, и оператор, манипулируя рукояткой, удерживал круг поверх цели, автоматически вырабатывая команды для бомбы.

Система управления была пропорциональной – отклонение крыла соответствовало углу наклона джойстика. В дальнейшем, впрочем, NDRC разработало упрощенную систему управления, в которой отклонение крыла соответствовало времени удержания джойстика в наклонном положении. Сравнительные испытания показали, что между двумя системами нет никакой принципиальной разницы в точности, но вторая система была существенно дешевле.

Для улучшения точности наведения, отдел 7.2 NDRC (системы управления) предложил интересное полуавтоматическое решение. При обычном сбросе, оператор непрерывно удерживал камеру “Рух” направленной прямо на цель. В результате, бомба оказывалась на дугообразной траектории “преследования”, что увеличивало время полета и снижало точность.

Более эффективным было бы наведение, при котором бомба изначально нацеливалась бы с упреждением, а затем уменьшала его до попадания в цель. Для расчета упреждения, NDRC разработала специальный ламповый вычислитель, который проецировал на экран оператора подвижное перекрестье прицела. Движение перекрестья по экрану рассчитывалось исходя из параметров сброса и угла наклона крыла (определяемого по отклонению джойстика). Оператор удерживал изображение цели под перекрестьем, тем самым приводя траекторию бомбы к оптимальной. Такое полуавтоматическое наведение позволило улучшить точность “Рух” десятикратно – круговое вероятное отклонение уменьшилось с 36,5 метров до 3,5 метров.



Две VB-10 под бомбардировщиком.

Интересной деталью была сбрасываемая призматическая линза, устанавливаемая перед объективом камеры для расширения угла обзора. Сделано это было для того, чтобы оператор мог “захватить” цель, пока бомба еще висит горизонтально на подвеске бомбардировщика. После сброса бомбы, линза тоже отделялась, и поле зрения камеры уменьшалось до обычного.

Испытания новой версии бомбы начались в сентябре 1944 года и продолжались до мая 1945. Первые сбросы “Рух” проводились без телекамеры – бомба отслеживалась оператором через бомбовый прицел. Около двух десятков снарядов было сброшено в ходе этих тестов, имевших целью отработать систему управления и изучить динамику полета бомбы.



Полигон "Рух" с воздуха: видны мишени.

До конца войны, NDRC успела провести десять сбросов оснащенных телекамерами комплектных “Рух”. Шесть из них оказались неудачными ввиду плохого приема сигнала от телекамеры бомбы: тщательный анализ, впрочем, не выявил никаких дефектов аппаратуры. Причиной в итоге оказался “человеческий фактор”, неправильная настройка приемника и передатчика.

Четыре бомбы, на которых телеаппаратура работала штатно, выдали отклонение от центра мишени в 21 метр, 68 метров, 36 метров и 40,5 метров. Лучший результат выдала первая бомба, которую наводили при помощи оснащенной потенциометрами пистолетной рукоятки. Остальные три наводили с помощью обычного джойстика: при этом 2-ю и 3-ю бомбу наводили с самолета-носителя, а 4-ю – с наземного поста управления (генералы хотели понять, можно ли использовать “Рух” как оружие поля боя), командой из двух операторов. Один оператор удерживал бомбу на курсе только в горизонтальной плоскости, другой - только в вертикальной.



Изображение мишени на экране оператора по мере приближения "Рух" к цели.

Испытания дали достаточно благоприятные результаты: “Рух” управлялась сравнительно легко, и гораздо лучше слушалась рулей, чем RAZON. Оборотной стороной была сравнительно высокая сложность и стоимость бомбы. Если RAZON представлял собой, по сути дела, комплект управления, собираемый из массово доступных компонентов, то “Рух” была сложным оружием, требовавшим тщательной сборки и проверки.

После окончания войны, интерес к “Рух” быстро ослабел. В серийном производстве уже находился RAZON, и другие типы перспективных вооружений. Флот, добившийся значительного успеха с бомбами, оснащенными радарным (ASM-N-2 “Bat”) и тепловым (ASM-N-4 “Dove”) всепогодным самонаведением, быстро утратил интерес к телевизионно-наводимой “Рух”, эффективность которой зависела от условий видимости. В конце 1945, NDRC передала программу разработки USAAF.

Судя по имеющимся данным, работы над “Рух” под эгидой сначала USAAF, а затем и USAF продолжались еще какое-то время после войны. Однако, командование теперь уже независимых военно-воздушных сил в тот момент было полностью захвачено стратегическими перспективами атомного оружия, и не интересовалось управляемыми бомбами. Хотя программа “Рух” фигурировала в документах еще и в 1949 году, на вооружение бомба так и не поступила.



VB-9 и VB-10 в музее.

VB-11 Roc (обозначение не присваивалось)

Версия “Рух” VB-10 с инфракрасной головкой самонаведения, предположительно, заимствованной от VB-6 “Феликс”. Так как система командного управления бомбы была заимствована от самонаводящейся VB-9, то обратное ее переоснащение под самонаведение не составляло никакого труда – нужно было лишь установить инфракрасную ГСН на место телекамеры, и вывести ее выходной сигнал на систему управления. Проект, по-видимому, не вышел за рамки предложения.

VB-12 Roc (Model 00-1000V)

Упрощенная версия “Рух” VB-10, на которой демонтировали телекамеру и установили на хвосте фальшфейеры. Оператор наводил бомбу, отслеживая ее полет визуально через бомбовый прицел, командами совмещая изображение бомбы с изображением цели. Командование USAAF сочло такое применение “Рух” неэффективным, поскольку оно требовало от самолета-носителя перелетать цель, не позволяя реализовать планирующие возможности бомбы – фактически, превращая “Рух” в аналог куда более дешевого VB-3 AZON. Проект, по-видимому, не вышел за рамки предложения.

 

ИСТОЧНИКИ:


* Guided missiles and techniques - Summary Technical Report of Division 5, NDRC, Vol.1 (1946)
* The Long Road To Desert Storm And Beyond: The Development Of Precision Guided Bombs - Donald I. Blackwelder (2015)
* Near Miss: The Army Air Forces' Guided Bomb Program in World War II - Donald J. Hanle (2007)