Текст книги "Полвека в авиации. Записки академика"

Автор книги: Евгений Федосов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 34 страниц)

Спутник-истребитель был мне не очень понятен, поскольку он должен выводиться на базовую орбиту, обнаруживать цель и, путем ускорения или торможения, переходить на орбиту цели, затем идти на сближение и уничтожать ее. Это была не идея какой-то ракеты, которая на пересекающемся курсе сбивает с орбиты космический корабль, а идеология причаливания корабля к станции, широко практикующаяся сегодня. Я не очень понимал эту идеологию, поскольку противник легко мог «вскрыть» такую промежуточную орбиту спутников-перехватчиков и применить меры противодействия. Тем не менее такая система тоже была создана…

К чему столь долгая преамбула? К тому, что наш институт тоже поддался всем этим ракетно-космическим влияниям. В то время, когда я стал заместителем начальника института, начал разгораться всеобщий интерес к космонавтике, Челомей активно и успешно стал продвигать свои идеи, в том числе благодаря Хрущеву, да и нашему институту, ведущему тему авиационных вооружений, как говорится, сам Бог велел заняться спутником-истребителем (ИС). В какой-то мере мы занялись и морскими ракетами (правда, воздушного базирования) и их спутником-разведчиком, или УС – управляемым спутником. Поэтому систему эту окрестили «ИСУС» Челомея. И в институте – на базе моего отдела, который занимался ПРО, а также ряда отделов лаборатории № 4 Ю. И. Топчеева и специалистов из лаборатории № 2, ведущих темы пилотируемых истребителей, – был создан коллектив, взявший на себя всю космическую тематику. Я, как человек, который пришел от ракет и имел ракетный менталитет, конечно, всячески способствовал развитию этого направления уже в ранге зам. начальника НИИ-2. А поскольку я выпускник МВТУ и был там аспирантом, то, лично зная В. Н. Челомея, сумел быстро подключить институт к тематике, по которой он работал, на весь срок, пока она велась в недрах Министерства авиационной промышленности.

Конечно, когда состоялся переход Челомея и его соратников в Министерство общего машиностроения, в МАПе произошло отрезвление от космического угара и нас «вернули в атмосферу», все внеземные темы постепенно ушли в небытие. Но до этого новый коллектив находился в бурном развитии вместе со сподвижниками Челомея и занимался космосом, в котором ни мы, ни они не понимали – так же, как в начальный период работы над ракетами «воздух – воздух». Но бодренько пытались избавиться от этого незнания, тем более, что мы владели навыками программирования на больших вычислительных машинах, умели вести баллистические расчеты, которыми овладели, ведя противоракетную тематику… Поэтому мы быстро «стали на ноги», подключились и к ряду коллективов, которые традиционно работали на Королева. Это прежде всего Институт прикладной математики им. Келдыша, который всегда занимался баллистикой космических полетов, коррекциями орбит кораблей и т. д. С его коллективом, возглавляемым академиком Дмитрием Евгеньевичем Охоцимским, мы очень тесно сотрудничали как раз в проведении расчетов перехватов и полетов спутников-разведчиков. С точки зрения математики, небесной механики и т. п. возникало море интереснейших проблем и инженерных задач.

В этот же период мы стали заниматься живучестью космических аппаратов, защитой их от метеоритных потоков и других воздействий из космоса, что стало логическим следствием тех работ, которые вел институт по повышению живучести боевых самолетов. Мы много работали в экспериментальном плане по защите летчика, самолета от пуль, осколков снарядов… С чем-то подобным должен был бы столкнуться и экипаж космического корабля, если бы ему пришлось участвовать в «звездных войнах», но только защиту эту надо было строить с учетом уже космических скоростей.

Это была юность космической техники, с присущей ей романтикой, в которую наш институт окунулся в конце 50-х – начале 60-х годов.

Глава II. ШЕСТИДЕСЯТЫЕ

Научные направления института в 60-е годы

К 1960 году НИИ-2 уже имел богатую историю. За 13 лет – со времени организации в 1946 году – в нем сложился ряд научных школ и направлений. Я, к тому времени, как стал заместителем начальника, успел прикоснуться лишь краешком жизни к этой истории – работал только над ракетами класса «воздух – воздух» и противоракетами. В самой же авиационной тематике я разбирался слабо и, став в положение научного руководителя целых направлений, почувствовал всю сложность положения, в которое попал. Тем более, что я не очень хорошо представлял себе, что это вообще значит – быть руководителем подобного ранга. Весь мой опыт начальника ограничивался областью определенных авиационных ракет и управлением коллективом, который я сам создавал из студентов, знакомых аспирантов и однокашников. Это были люди, которых знал я лично, а они знали меня, и поэтому мои отношения с ними строились на совершенно неформальных методах управления. Скорее я работал с группой единомышленников, где мое руководство в административном плане было чисто номинальным. Я был некий лидер в чисто технических областях, да и не такой уж это большой администратор – начальник отдела, поскольку от него не зависит ни уровень заработной платы, ни карьера, ни решение социальных проблем…

А тут я попал в положение, когда должен руководить серьезным научным направлением. Их в институте к этому времени сложилось три.

Первое, которое НИИ-2 получил в готовом виде к моменту своего рождения, – совместимость оружия и самолета. Самолеты, закончившие Вторую мировую и первое поколение реактивных машин, были оснащены стрелково-пушечным, бомбардировочным вооружением и неуправляемыми ракетами. Авиационные пушки традиционно строились в Туле, где сложилась одна из лучших в мире школ их конструкторов, которая и по сей день держит пальму первенства. Трудно представить, что кто-то в мире может сделать авиационную пушку лучше, чем старик Василий Грязев из Конструкторского бюро приборостроения, которым руководит А. Г. Шипунов. В этом же ряду стоят такие конструкторы, как А. Э. Нудельман, А. А. Рихтер из школы Б. Г. Шпитального и другие.

Что же в этой области делал наш институт? Пушка стояла на самолете и надо было изучать, как стрельба из нее отражается на конструкции, поскольку при этом возникает сила отдачи, которую самолет должен выдержать без заметных потерь в точности стрельбы, как полет влияет на рассеивание снарядов. То есть институт занимался стрелково-пушечными установками, или, если употребить артиллерийский термин, – лафетами самолетов. Кроме нас, этими исследованиями не занимался никто, поэтому мы на своем полигоне под Москвой «отстреливали» практически все пушечные установки, выдавали рекомендации по их прочности в условиях многоимпульсных динамических нагрузок. В этом заключалась специфика работы нашего института по сравнению с ЦАГИ, который занимался статическими нагрузками.

Далее – бомбардировочное вооружение, сход бомб. Их также выбрасывали из бомбоотсеков. Бомба сразу попадала в воздушный поток, в то время – дозвуковой. Мы изучали поведение бомб на траекториях падения и, как следствие, техническое их рассеивание.

Изучали мы и стрельбу из НРС-блоков, то есть неуправляемыми реактивными снарядами. Здесь отдачи никакой нет, поскольку это безоткатное орудие, зато есть влияние факела двигателя ракеты на двигатель самолета (как и при стрельбе из пушки, когда звуковая волна попадает на вход воздухозаборника). Факел создавал неустойчивый воздушный поток на входе реактивного двигателя, так что он мог и «заглохнуть». Это очень опасно и приводило к катастрофам. И мы должны были вырабатывать рекомендации по борьбе с этими явлениями. Самый простой выход – проектировать самолет так, чтобы факел не попадал в поток, идущий на двигатель, но крыло ведь ограничено по размерам и ракету далеко не утащишь. И потом, число точек подвески оружия все время увеличивается, поэтому ближайшие из них все равно подбирались к самому соплу. А пушка и вовсе традиционно встраивается рядом с ним в фюзеляж. Мы по сей день занимаемся этими проблемами, поскольку они характерны и для управляемых ракет, хотя имеют свои особенности. Но физика этих явлений очень сходна.

В комплексе же все это и представляло собой такое направление работы нашего института, как совместимость оружия и самолета.

Изучали мы также техническое рассеивание – и снарядов, и неуправляемых ракет, и авиабомб, то есть баллистику боеприпасов. Это тоже требовало отработки специфических подходов.

Если же просуммировать все сказанное выше, то направление, с которого начинал свою жизнь институт, базировалось на летном эксперименте с исследованием физических процессов – нестационарной аэродинамики, газодинамики, нестационарной динамической прочности и других, подобных им по характеру явлений.

Это направление существовало до момента появления управляемого оружия.

Второе направление, которое вел институт, это – теория эффективности. Эффективность – вероятностная характеристика, описывающая возможность выполнения боевой задачи в целом. Она определяется как некий интегральный результат влияния многих факторов: точности прицеливания, технического рассеивания, возможности самолета выполнить возложенные на него функции… Задача определения эффективности системы, состоящей из многих компонентов, очень сложна, так как требует многочисленных оценок вероятности различных событий и процессов. Но решение этой задачи необходимо, поскольку при итоговой оценке боевых систем, их сравнении друг с другом военные в основном руководствуются именно этим критерием. Не так уж важна точность стрельбы или бомбометания, важна эффективность. Потому что точность можно компенсировать весом боевой части и т. д. А эффективность говорит о том, что задача будет выполнена с достаточно высокой вероятностью. В дальнейшем к критерию эффективности добавился критерий стоимости, потому что создавать военную систему, не оглядываясь на стоимость, тоже нельзя. Поэтому родился такой комбинированный критерий, как «эффективность – стоимость».

Коллектив НИИ-2 уже в начальной фазе жизни занимался проблемами эффективности и в какой-то мере начал изучать целые «операции», – перехвата, воздушного боя, ударно-бомбардировочную, то есть прорыв бомбардировщиков через зону ПВО противника… Эта тематика – исследование боевых операций и эффективности – тоже выросла в отдельное направление работы.

И третье направление, в котором довелось участвовать и мне, это – управляемое оружие. А уже параллельно с его развитием родилась система автоматизации режимов управления самолетом. То есть автоматика и управление стали широко внедряться и в оружие, и в самолет. Вначале это были работы по автоматизации режимов прицеливания, а в последующем и весь самолет стал фактически полностью автоматическим. Удельный вес действий летчика значительно снизился по сравнению с зарей авиации, когда человек в воздухе делал все сам, если выполнял какую-то задачу. Сейчас появилась понятие человеко-машинной системы с очень большой долей автоматизированных режимов.

Вот это третье направление и было поручено вести мне, как заместителю начальника института, поскольку я был к нему наиболее подготовлен.

Первое направление вел заместитель начальника института Владимир Иванович Ермилов, второе – сам начальник, Виктор Арчилович Джапаридзе. Это направление, кстати, вначале курировал мой предшественник – Всеволод Евгеньевич Руднев. Он один из тех, кто отдал много сил и энергии созданию теории эффективности авиационных систем. Эта работа шла в тесном взаимодействии с академией им. Н. Е. Жуковского.

Особняком стояла очень интересная проблема – боевой живучести и поражения цели. Как выбрать боевую часть ракеты? Как организовать разброс осколков, чтобы наиболее эффективно поразить воздушную цель? Ведь на ракетах класса «воздух – воздух» боевая часть не может быть большой, и надо было обеспечить разлет осколков в определенной плоскости, своего рода «диском», который как бы перерезал цель. А в дальнейшем появились стержневые боевые части, имеющие вид свернутой «гармошки», которая при взрыве распрямлялась и получившееся кольцо перерубало цель.

Естественно, возникает и обратная задача: как защищать конструкцию самолета от воздействия оружия противника? Сейчас, благодаря нашим работам, Россия занимает уникальное положение в мире боевой авиации – нигде нет более живучих самолетов, чем российские. Они возвращаются домой с пробитыми крыльями, поврежденным до последних пределов оперением… Яркий пример – применявшийся в Афганистане Су-25, который был скомпонован полностью по рекомендации нашего НИИ. Мы отрабатывали его конструкции на поражение и в результате наши ВВС почти не несли потерь летчиков, даже если в Су-25 попадала ракета «воздух – воздух» или «Стингер».

В этом направлении мы работали и по линии самолетов Су-7 – Су-17. О случае с Ту-22 я уже рассказывал, когда он вернулся на базу после попадания в открытый бомболюк ракеты «Хок». Иракские летчики после этого беспредельно поверили в наши машины и говорили, что русские делают чудеса. Но эта культура закладывалась еще при создании штурмовика Ил-2 – самого массового самолета Второй мировой войны, когда С. В. Ильюшин защитил броней двигатель, кабину летчика, другие жизненно важные элементы машины. Душой и энтузиастом этого направления в нашем институте был доктор технических наук Сергей Иванович Базазянц.

Как уже было сказано, я возглавил направление, связанное с управляемым вооружением, с автоматизацией боевых режимов самолетов, но для меня по-прежнему оставалось тайной, что же собой представляют истребитель и бомбардировщик с точки зрения такой автоматизации. Личного опыта в этой области я не имел никакого, хотя был одним из немногих в НИИ, кто достаточно хорошо владел теорией управления и технологиями управляющих систем. Но мне ведь надо было работать с научными коллективами, которые уже имели достаточно большой практический опыт по решению проблем, за которые я только принимался. Это коллектив лаборатории № 2, которым руководил Евгений Иванович Чистовский. Его правая рука – Иосиф Аркадьевич Богуславский, который, кстати, в это время не без моей помощи переключился на работу по космическим программам. Лабораторию № 3 вел Константин Александрович Сарычев; здесь занимались ударной, фронтовой и дальней бомбардировочной авиацией, в то время изучая в основном бомбардировочные режимы.

Это были уже сложившиеся коллективы, где хорошо понимали, что такое задачи бомбометания и прицеливания, владели их теорией. И когда я посмотрел на нее с позиций собственного опыта, я вдруг уловил в ней некие общности с теорией самонаведения. Но это самонаведение – в конечную точку, а не в цель, то есть вывод самолета на определенный режим, когда надо сбросить бомбу. В какой-то мере, если сравнивать кинематические зависимости бомбометания, они напоминают самонаведение ракеты.

В то же время и истребитель, который наводился на воздушную цель (только в нем сидел пилот) обладал закономерностями, очень похожими на самонаведение ракеты. Но истребитель специфичен. Ракета обладает аэродинамической симметрией, а именно так строились ракеты класса «воздух – воздух» – крестокрылое оперение, цилиндрический фюзеляж, что заметно упрощает задачи управления.

А самолет – это ярко выраженное крыло, состыкованное с фюзеляжем. Чтобы им управлять, надо создавать крен – координированный разворот, когда подъемная сила используется для того, чтобы создавать боковое и вертикальное движение самолета. То есть налицо специфическая динамика управления несимметричным объектом. Кроме того, самолет пилотирует летчик. Человек есть человек, и полностью исключать его из процесса наведения нельзя, он замыкает контур управления. Если смотреть на человека, как на звено в этом контуре, то можно и его динамику представить с помощью дифференциальных уравнений, описывающих его действия как оператора. Поэтому было введено понятие «передаточная функция человека». И оказалось, что наряду с традиционными динамическими звеньями в передаточной функции человека присутствует запаздывание – время, за которое человек воспринимает информацию и начинает реализовать. Вот это временное запаздывание, которое связано с мышлением, принятием решения, с точки зрения теории управления является очень неприятным звеном, которое может привести к потере устойчивости и т. д. Более того, когда стали углубленно изучать человека, оказалось, что он – система со случайными параметрами, поскольку в разных условиях от него в принципе можно ожидать каких угодно неадекватных действий. Если же подойти к нему примитивно и усредненно, его можно описать достаточно точно, и тогда самонаведение истребителя (с учетом специфики несимметричной аэродинамики), очень напоминает решение для любой самонаводящейся системы перехвата – будь она зенитной, класса «воздух – воздух» или истребителем.

В конце концов зенитную ракету можно рассматривать, как беспилотный истребитель. Кстати, в это время в КБ С. А. Лавочкина строилась зенитная ракета «Даль» именно как беспилотный самолет-истребитель. Она тоже была аэродинамически несимметрична и по способу наведения очень похожа на самолет. Прогресс в авиации привел к тому, что истребитель уже имел два ярко выраженных режима полета при перехвате цели. Сначала он выводился к ней с земли – системой командного наведения, когда летчику на директорные приборы по линиям связи передавался нужный курс, высота и скорость. Он пилотировал по ним самолет, пока его бортовой локатор, который находился в режиме поиска, не захватывал цель. Тогда летчик переходил на режим бортового наведения, что фактически и было самонаведением. Он получал на прицельном индикаторе метку цели и далее пилотировал самолет с учетом совмещения этой метки с текущей маркой положения самолета. Так что в динамическом плане самонаведение ракеты и перехват цели самолетом-истребителем очень похожи.

Но в каждом техническом направлении есть своя специфика, какие-то традиции, складываются свои школы, рождается терминология. Мы, к примеру, работая в одном и том же институте над ракетами класса «воздух – воздух» и над истребителем, иногда друг друга плохо понимали, хотя говорили об одном и том же. Ведь терминология во многом определяется личностью людей, их подходом к решению проблем и т. д. Поэтому моя задача заключалась в том, чтобы сначала хотя бы научиться понимать, что делается в коллективах, которыми мне предстоит руководить: я-то в них не работал. Мне необходимо профессионально стать на их уровень. При этом, конечно, я не обязан погружаться в тонкости каждого направления – это и не по силам одному человеку. Потому и существует иерархия управления, где у человека на каждом уровне имеется свой круг вопросов. Но профессиональное понимание деятельности коллективов необходимо.

Поэтому мне пришлось оставить ракетную технику, тем более, что считалось: там работают уже вполне квалифицированные люди и погрузиться в проблематику авиационных систем. Для этого пришлось прочитать гору литературы, множество работ ЦАГИ, ЛИИ, всех классиков – И. В. Остославского, Г. С. Бюшгенса, В. С. Ведрова, М. Р. Тайца, Г. С. Калачева… Мне надо было разобраться в вопросах динамики управления самолетом, потому что аэродинамику я немного знал, и даже, как уже писал выше, набрался смелости прочитать курс лекций по этому предмету в МВТУ.

Естественно, я окунулся и в реальные программы, которые вел наш институт, в первую очередь в работу над системой «Ураган-5», предшествовавшей МиГ-25. В этой системе создавались экспериментальные самолеты фирмы Микояна, где как раз и отрабатывались режимы командного и бортового наведения. При этом мы столкнулись с различными проблемами эргономики кабины, со сложностью восприятия летчиком показаний индикаторов… Все это требовало глубокого изучения и выдачи необходимых рекомендаций.

Почему так остро встал вопрос о перехватчике? Дело в том, что понимание воздушного боя как дуэли истребителей базировалось на опыте Второй мировой войны, и вопрос автоматизации этой дуэли еще не стоял столь остро, а задача перехвата бомбардировщиков в это время вышла на первый план. Мы противостояли прежде всего Америке, ее стратегическая авиация стала считаться нашим основным противником и в случае возникновения конфликтных ситуаций надо было остановить ее налет, а не вступать во встречные воздушные бои с истребителями. Проблемы с ними возникли немного позже, когда СССР стал принимать участие в арабо-израильских и других локальных конфликтах. В период же конца пятидесятых – начала шестидесятых годов мы вплотную занимались решением задачи перехвата бомбардировщиков. А поскольку она очень сильно напоминала задачу самонаведения ракеты, мне была достаточно хорошо знакома динамика и логика таких процессов. Поэтому очень многое из того, что было достигнуто при работе над ракетами класса «воздух– воздух», мы стали внедрять в методику моделирования полета истребителей-перехватчиков.

Но одновременно мне пришлось вплотную заняться и проблемами бомбометания, поражения наземных целей, которые для меня были в полном смысле «терра инкогнита». Институт занимался уже и управляемыми ракетами, работающими по наземным целям, но бомбометание – специфическая задача, когда нужно вывести самолет с определенной скоростью в некую точку, из которой баллистическая траектория бомбы накроет цель.

Для этого нами широко применялись методы лабораторного имитационного моделирования, которое мы назвали полунатурным, поскольку аппаратура была реальной, а сам полет моделировался в вычислительной машине. То есть, выражаясь современным языком, полет был виртуальным, а аппаратура – реальной. Но чтобы она работала в реальном режиме, на ее вход надо было подать из виртуального пространства вычислительной машины столь же реальную физически воспринимаемую информацию, преобразованную из цифровой или аналоговой модели – будь то движение линии визирования, угловое движение самолета или ракеты, скоростной напор на входе системы воздушных сигналов, сигнал на входе радиовысотомера…

Наш институт был одним из ведущих НИИ в разработке методов цифрового моделирования. И поскольку в то время БЭСМ делали только первые шаги, мы, как я уже писал, стали разрабатывать свою машину, способную моделировать процессы в реальном масштабе времени, то есть обладающую таким быстродействием, чтобы вычислительные процессы не опаздывали по отношению к реальным, и на вход приборов поступала реальная информация. Для этого нам пришлось делать скоростную машину, каковых в СССР еще не было. Однако к тому моменту, когда мы сделали ВДМ-101 и начали моделировать полеты, появились «бурцевские» машины и на каком-то этапе институт просто закупил две или три машины заводского исполнения – М-50 и 5Э51, а впоследствии и «Эльбрус».

С их помощью перехват цели самолетом-истребителем мы уже моделировали на более высоком уровне – чисто «цифровом», целиком внутри машины. Никто ничего подобного до этого в Советском Союзе не моделировал в реальном времени на цифровых машинах. Они ведь создавались как управляющие для систем ПРО, а при решении авиационных задач они как моделирующие не применялись.

В общем, я стал одним из тех, кто начал внедрять в институте моделирование процесса самонаведения истребителей с использованием ЦВМ, поскольку еще у себя в отделе очень много занимался цифровым моделированием ракет.

Надо сказать, что применение цифровой техники в моделировании, как и в управлении, рождало дополнительные проблемы. Действительно: процессы в машине живут своей жизнью в особом «виртуальном» мире. Здесь, кстати, рождаются очень интересные философские вопросы о существовании материального и идеального миров в машине. Так вот, идеальный мир должен в динамическом плане соответствовать реальному пространству и времени, и нам надо было понять, насколько этот виртуальный мир искажает процессы реального мира, совместимы ли они. Оказалось, что на этапе преобразования цифровой информации в аналоговую и ее «входа» в реальный мир появляются ступенчатые нелинейности, связанные с разрядностью преобразований сигнала «туда и обратно», а также определенное запаздывание в процессе обмена информацией между машиной и реальной средой.

Все это надо было увидеть и понять самим, поскольку тогда использование цифровой техники в управлении только начиналось и было засекречено, так что ничего на эту тему в литературе не публиковалось. Полунатурное моделирование – это тоже в какой-то мере управление, поскольку представляет собой некий замкнутый процесс, в который включена цифровая машина. Когда ЦВМ появилась на борту ракеты и самолета, мы столкнулись с проявлением тех же физических закономерностей, что и при полунатурном моделировании – физические параметры полета преобразуются в цифровую информацию, машина ее «осмысливает», вырабатывает управляющие сигналы, которые снова преобразуются и выходят в реальный мир.

Одновременно с изучением процессов перехвата мне пришлось вплотную заняться и проблемами бомбометания. Здесь необходимо вывести самолет уже не на цель, а в некую точку, с которой начинается траектория падения бомбы. Эта задача и рассматривается в теории бомбометания, причем она распадается на две фазы: сначала надо точно выйти в точку сброса бомбы, а затем довернуть самолет по курсу полета так, чтобы траектория падения бомбы пересекала цель. Эта вторая фаза получила название «боковой наводки». В ней участвует динамика самого самолета – его надо накренить, ввести в вираж и выйти на нужный курс, но одновременно надо не упускать из виду и визировать цель. Вот здесь и возникает связка, похожая на самонаведение, поскольку необходимо вести визирование цели, а еще – учитывать баллистику падения бомбы. Этой теорией бомбометания занимались многие наши корифеи, начиная с Н. Е. Жуковского, но наиболее впечатляющие результаты были достигнуты академиком Н. Г. Бруевичем, заведующим кафедрой бомбометания академии им. Жуковского и сотрудниками нашего института, которые этой проблемой занимались со дня его основания. В их числе Г. Г. Абдрашитов, который первым стал изучать вопросы боковой наводки.

Американцы на В-29, а соответственно и мы на Ту-4, задачу бомбометания решали с помощью прицела ОПБ-5. Сигнал с него шел на авиапилот, который автоматически выводил самолет на цель и так же автоматически обеспечивался сброс бомбы. Я с этой проблемой столкнулся, когда началось освоение бомбометания с самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью. До этого все бомбы сбрасывались на «дозвуке», в том числе с Ту-16 и других машин. Надо сказать, что бомбардировочная авиация в эти годы мало развивалась, потому что Хрущев считал, что вообще ею нет смысла заниматься, поскольку есть МБР.