RU2326327C2

RU2326327C2 - Anti-ballistic missile self-defence system for launching silos

Info

Publication number: RU2326327C2
Application number: RU2004114625/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Одинцов (RU); Владимир Алексеевич Одинцов
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2008-06-10
Also published as: RU2004114625A

Abstract

FIELD: weapon systems.

SUBSTANCE: system comprising a warning radar for detection of approaching ballistic missile re-entry vehicles, a command point and launching installations, having guidance radars and containing antiprojectiles. An antiprojectile has the form of a short cylinder, the centre line of which coincides with the antiprojectile trajectory. An aimed axial action fragmentation warhead is arranged in the nose part of the antiprojectile, and an engine block and control systems are in its base part.

EFFECT: enhancing the efficiency of a launching silo's self-defense system.

13 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к системам вооружения, а более конкретно - к системам активной самообороны пусковых шахт, подземных командных пунктов и других стратегических объектов. Как правило, их действие основано на поражении подлетающей головной части баллистической ракеты встречным направленным потоком готовых поражающих элементов (ГПЭ), метаемых взрывом заряда ВВ.The invention relates to weapons systems, and more specifically to active self-defense systems of launch mines, underground command posts and other strategic objects. As a rule, their action is based on the defeat of the approaching warhead of a ballistic missile with a counter-directed flow of ready-to-use striking elements (GGE), which are thrown by an explosive charge explosion.

В [1] описана стационарная наземная установка, включающая в себя метательный блок, состоящий из корпуса, заряда ВВ и уложенного на его торцевой поверхности слоя ГПЭ, а также систему нацеливания. Основным недостатком установки является одноразовый характер ее действия. При взрыве метательного заряда установка со сложной и дорогостоящей системой нацеливания полностью уничтожается. Кроме того, наземный взрыв заряда может вызвать значительные разрушения в зоне защищаемого объекта.In [1], a stationary ground installation was described, including a propelling unit consisting of a housing, an explosive charge, and a GGE layer laid on its end surface, as well as a targeting system. The main disadvantage of the installation is the one-time nature of its action. In the explosion of a propellant charge, an installation with a complex and expensive targeting system is completely destroyed. In addition, a ground charge explosion can cause significant damage in the area of the protected object.

В патенте [2] приводится описание системы активной самообороны многоразового действия. Система включает в себя: многоствольную установку; аппаратуру слежения за целью и нацеливания; привод установки. В стволах располагаются пороховые метательные заряды и антиснаряды. Антиснаряд содержит реактивный твердотопливный двигатель, раскрывающийся стабилизатор и осколочную боевую часть направленного действия с взрывателем неконтактного или временного типа. Приведены три варианта исполнения боевой части - осевого действия: с многослойным блоком ГПЭ и радиально-направленного действия с однослойной укладкой ГПЭ и с менисковой пластиной. При перехвате головных частей баллистических ракет наиболее перспективными являются антиснаряды с осевыми потоками, обеспечивающие наибольшую плотность осколочного поля.The patent [2] describes a system of active self-defense of reusable action. The system includes: multi-barrel installation; target tracking and targeting equipment; installation drive. In the trunks are powder propellant charges and anti-shells. The anti-projectile contains a solid-fuel jet engine, a drop-down stabilizer and a fragmentation warhead of directional action with a fuse of non-contact or temporary type. Three versions of the execution of the warhead — axial action — are given: with a multilayer block of gas-turbine and radially directed action with a single-layer laying of gas-turbine and with a meniscus plate. When intercepting the warheads of ballistic missiles, the most promising are anti-projectiles with axial currents, which provide the highest fragmentation field density.

Основным недостатком предложенного в [2] антиснаряда с осевым потоком является большая относительная высота заряда ВВ, что приводит к низкому коэффициенту использования энергии заряда. Другими недостатками являются выполнение блока ГПЭ в виде многослойной укладки, что приводит, с одной стороны, к снижению скорости метания, с другой - к увеличению угла разлета ГПЭ (расширению осевого потока, т.е. к разуплотнению его), неудачная форма ГПЭ в виде сфер, приводящая к потерям энергии при взрыве на их деформацию, отсутствие возможности наведения и нацеливания антиснаряда на траектории. Существенными недостатками системы являются также применение ствольной (закрытой) схемы метания, создающей значительные усилия отдачи, и отсутствие стартового ускорителя.The main disadvantage of the anti-projectile with axial flow proposed in [2] is the large relative height of the explosive charge, which leads to a low coefficient of charge energy use. Other drawbacks are the construction of the GGE block in the form of a multilayer stacking, which leads, on the one hand, to a decrease in the throwing speed, and on the other, to an increase in the GGE expansion angle (expansion of the axial flow, i.e., to its decompaction), the unsuccessful GGE form in the form spheres, leading to energy losses in the explosion on their deformation, the lack of the possibility of guidance and aiming antis projectile on the trajectory. Significant disadvantages of the system are the use of a barrel (closed) throwing scheme, which creates significant recoil forces, and the absence of a starting accelerator.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков. Техническое решение состоит в том, что заряд ВВ выполнен в виде тела (цилиндра, параллелепипеда и др.) с отношением высоты, измеряемой по направлению метания, к поперечному размеру в пределах 0,3...0,5, укладка ГПЭ выполнена по преимуществу однослойной с формой ГПЭ, допускающей их плотную укладку, система и антиснаряд снабжены устройствами стабилизации полета, наведения и нацеливания, для метания антиснарядов используется открытая схема, антиснаряд снабжен стартовым ускорителем.The present invention addresses these drawbacks. The technical solution consists in the fact that the explosive charge is made in the form of a body (cylinder, parallelepiped, etc.) with a ratio of the height measured in the direction of throwing to the transverse size in the range of 0.3 ... 0.5, the laying of the GGE is made predominantly single-layer with the form of GGE, allowing their tight packing, the system and anti-shell are equipped with flight stabilization, guidance and targeting devices, an open circuit is used for throwing anti-shells, the anti-shell is equipped with a launch accelerator.

На фиг.1 представлено действие системы самообороны, на фиг.2, 3, 4 - различные исполнения направляющих устройств пусковых установок, на фиг.5, 6 - антиснаряды цилиндрической формы, на фиг.7 - антиснаряд в форме параллелепипеда.Figure 1 shows the action of the self-defense system, figure 2, 3, 4 - various versions of the guiding devices of launchers, figure 5, 6 - anti-shells of cylindrical shape, figure 7 - anti-shell in the form of a parallelepiped.

Система защиты включает в себя радиолокационную станцию 1 обнаружения и слежения за движущейся к защищаемой шахте головной частью баллистической ракеты 2, пункт управления 3, пусковые установки 4, снабженные радиолокаторами 5 и блоками наведения, нацеливания и подрыва 6, расположенные вокруг защищаемой шахты 7. В направляющих устройствах пусковых установок размещены антиснаряды 8. Радиолокационная станция и пункт управления соединены с пусковыми установками проводными линиями (на фиг.1 не показаны) или радиосвязью.The protection system includes a radar station 1 for detecting and tracking the head part of a ballistic missile moving toward a protected mine 2, a control point 3, launchers 4, equipped with radars 5 and guidance, targeting and detonation units 6, located around the protected mine 7. In guides launcher devices placed anti-shells 8. The radar station and the control center are connected to the launchers with wire lines (not shown in FIG. 1) or radio communication.

Варианты исполнения направляющих устройств пусковых установок показаны на фиг.2, 3, 4. На фиг.2 показано направляющее устройство в виде открытой пусковой трубы 10 для запуска антиснарядов цилиндрической формы, на фиг.3 представлено направляющее устройство в виде осевого стержня 11, на фиг.4 - направляющее устройство в виде параллельных балок 12.Embodiments of launcher guides are shown in FIGS. 2, 3, 4. FIG. 2 shows a guiding device in the form of an open launcher tube 10 for launching cylindrical anti-shells, FIG. 3 shows a guiding device in the form of an axial rod 11, FIG. .4 - a guiding device in the form of parallel beams 12.

Антиснаряд цилиндрической формы, предназначенный для запуска из пусковой трубы, представлен на фиг.5. Он включает в себя головной обтекатель 13, осколочную боевую часть направленного осевого действия 14 и блок двигателей и системы управления 15. Головной обтекатель в некоторых случаях, например при расположении в трубе нескольких антиснарядов, может отсутствовать. Неблагоприятная аэродинамическая форма антиснаряда при отсутствии обтекателя (плоский диск, летящий торцом вперед) не оказывает заметного отрицательного влияния на полет антиснаряда, т.к. его скорость относительно невелика (100-200 м/с). Корпус 16 выполнен из легкого сплава или композитных материалов. В задней части блока двигателей расположена радиоантенна 17, соединенный с ней блок управления 18, предохранительно-исполнительный механизм (ПИМ) 19, твердотопливный реактивный двигатель 20, механизмы регулирования тяги сопел 21, сопла 22, стартовый ускоритель 23. На боковой цилиндрической поверхности корпуса расположены двигатели коррекции траектории 24, каждый из которых содержит ствол 25, баллистический груз 26 и пороховой заряд 27. Оси стволов проходят через центр масс антиснаряда.A cylindrical anti-shell designed to be launched from a launch tube is shown in FIG. 5. It includes a head fairing 13, a fragmentation warhead of directional axial action 14 and a block of engines and a control system 15. The head fairing in some cases, for example, when several anti-shells are located in the pipe, may be absent. The unfavorable aerodynamic shape of the anti-projectile in the absence of a fairing (a flat disk, flying end-to-end) does not have a noticeable negative effect on the flight of the anti-projectile, because its speed is relatively low (100-200 m / s). Case 16 is made of light alloy or composite materials. At the rear of the engine block there is a radio antenna 17, a control unit 18 connected to it, a safety-actuating mechanism (PIM) 19, a solid propellant jet engine 20, nozzle thrust control mechanisms 21, nozzles 22, a starting accelerator 23. Engines are located on the side cylindrical surface of the housing correction of the trajectory 24, each of which contains a barrel 25, a ballistic load 26 and a powder charge 27. The axis of the trunks pass through the center of mass of the anti-projectile.

Боевая часть, расположенная в передней части антиснаряда, содержит заряд ВВ 28 с размещенным в нем детонатором 29 и взрывонепроводящей линзой 30. Взрывонепроводящая линза трансформирует детонационный фронт в заряде ВВ, обеспечивая малый угол разлета снопа ГПЭ. Могут быть применены и другие методы уменьшения угла разлета [3]. На переднем торце заряда ВВ расположен слой ГПЭ 31. Предпочтительной является однослойная укладка ГПЭ, выполненных в форме, обеспечивающей их плотную укладку (куб, шестигранная призма). В отдельных случаях может быть допущена двухслойная укладка. ГПЭ изготовлены из стали или тяжелых сплавов, например на основе вольфрама. Высота заряда ВВ по отношению к диаметру заряда находится в пределах 0,3...0,5.The warhead located in the front of the anti-projectile contains an explosive charge 28 with a detonator 29 and an explosion-proof lens 30 placed therein. An explosion-proof lens transforms the detonation front in the explosive charge, providing a small expansion angle of the sheaf of GGE. Other methods of reducing the angle of expansion can be applied [3]. At the front end of the explosive charge there is a layer of GGE 31. Preferred is a single-layer laying of GGE, made in a form that ensures their tight packing (cube, hexagonal prism). In some cases, two-layer installation may be allowed. GGE are made of steel or heavy alloys, for example, based on tungsten. The height of the explosive charge in relation to the diameter of the charge is in the range 0.3 ... 0.5.

На фиг.6 показан антиснаряд цилиндрической формы, имеющий осевой канал 32 для установки на направляющий стержень 11. В данном случае снаряд снабжен системой управляемого многоточечного инициирования 33, позволяющей осуществлять мгновенное нацеливание осколочного потока непосредственно перед подрывом. Стартовый ускоритель имеет боковой вывод 34.Figure 6 shows a cylindrical anti-projectile having an axial channel 32 for installation on the guide rod 11. In this case, the projectile is equipped with a controlled multipoint initiation system 33, which allows for instant targeting of the fragmentation flow immediately before detonation. The starting accelerator has a lateral terminal 34.

Антиснаряд, изображенный на фиг.7, выполнен в форме параллелепипеда. Применение такой и ей подобных конфигураций целесообразно в тех случаях, когда сечение зоны расположения семейства траекторий атакующей головной части не является кругом, а представляет некоторую вытянутую фигуру, например эллипс.The anti-projectile shown in Fig.7, is made in the form of a parallelepiped. The use of such and similar configurations is advisable in those cases when the section of the location zone of the family of trajectories of the attacking head is not a circle, but represents some elongated figure, for example an ellipse.

Предлагаемая система предназначена для перехвата головных частей в ближней зоне обороны шахты.The proposed system is designed to intercept the warheads in the near mine defense zone.

Радиолокационная станция командного пункта обнаруживает подлетающую головную часть, определяет ее траекторные параметры, устанавливает порядок работы пусковых установок и производит их нацеливание.The radar station of the command post detects the approaching warhead, determines its trajectory parameters, establishes the operating order of the launchers and makes them aim.

При подаче команды на запуск антиснаряда срабатывает стартовый ускоритель, а затем включается маршевый двигатель, под воздействием которого антиснаряд движется в расчетную точку подрыва. Стабилизация антиснаряда на полете осуществляется с помощью радиолокационного управления и системы сопел маршевого двигателя. Узкий луч радиолокатора пусковой установки, направленный на заднюю торцевую поверхность антиснаряда, отражается от нее и воспринимается приемником радиолокатора. При случайном отклонении оси антиснаряда от касательной к траектории отраженный луч изменяет свое положение в пространстве, что фиксируется приемником радиолокатора, в результате чего формируется команда на механизм управления расходом газа через сопла и, как следствие, восстановление правильной ориентации антиснаряда на полете.When a command is issued to launch the anti-projectile, the starting accelerator is triggered, and then the main engine is switched on, under the influence of which the anti-projectile moves to the estimated point of detonation. Stabilization of the anti-projectile in flight is carried out using radar control and a nozzle system for the mid-flight engine. A narrow launcher radar beam directed to the rear end surface of the anti-projectile is reflected from it and perceived by the radar receiver. If the axis of the anti-projectile accidentally deviates from the tangent to the trajectory, the reflected beam changes its position in space, which is fixed by the radar receiver, as a result of which a command is formed for the mechanism for controlling the gas flow through the nozzles and, as a result, restoration of the correct orientation of the anti-projectile in flight.

Корректировка траектории снаряда в поперечных направлениях производится с помощью импульсных двигателей коррекции. Точное нацеливание непосредственно перед подрывом производится путем доворота антиснаряда с помощью механизма ориентации. При невозможности механического доворота нацеливание может быть выполнено с помощью коммутации системы многоточечного инициирования.Correction of the trajectory of the projectile in the transverse directions is carried out using pulse correction engines. Precise targeting immediately before detonation is done by turning the anti-projectile using an orientation mechanism. If it is not possible to mechanically turn over, targeting can be done by switching a multipoint initiation system.

При подходе антиснаряда в расчетную точку по радиокоманде производится подрыв заряда ВВ с формированием узкого потока ГПЭ, направленного на подлетающую головную часть. В зависимости от взаимной ориентации антиснаряда и цели в нее попадет от нескольких единиц до нескольких десятков ГПЭ. По различным оценкам стальной эквивалент головной части (теплозащитное покрытие - корпус ГЧ - корпус боевого заряда), приведенный к нормали, колеблется в пределах от 50 до 75 мм. Для ГПЭ кубической формы с длиной ребра 30 мм, выполненного из стали с плотностью 7.85 г/см³, масса m составляет 212 г. Параметр формы Ф для куба равен 1.5, среднее значение скорости встречи принято 3000 м/с. Пробиваемая толщина стальной преграды h_пр определяется формулойWhen the anti-projectile approaches the calculated point by the radio command, the explosive charge is undermined with the formation of a narrow GGE stream directed at the approaching warhead. Depending on the relative orientation of the anti-projectile and the target, from several units to several tens of GGEs will fall into it. According to various estimates, the steel equivalent of the warhead (heat-shielding coating - warhead hull - warhead charge housing), reduced to normal, ranges from 50 to 75 mm. For a GGE of a cubic shape with a rib length of 30 mm made of steel with a density of 7.85 g / cm ³ , the mass m is 212 g. The shape parameter F for the cube is 1.5, the average value of the meeting speed is 3000 m / s. The punctured thickness of the steel barrier h _pr is determined by the formula

("Физика взрыва", изд. 3-е, под ред. Л.П.Орленко, ФИЗМАТЛИТ, т.2, стр.188, ф-ла 16.83)("Explosion Physics," 3rd ed., Edited by L.P. Orlenko, FIZMATLIT, vol. 2, p. 188, file 16.83)

и для данных условий составляет h_пр=77 мм, что обеспечивает уверенное проникание ГПЭ внутрь боевого заряда с возможным инициированием заряда ВВ и уничтожением головной части непосредственно перед подрывом.and for these conditions is h _CR = 77 mm, which ensures reliable penetration of the GGE inside the warhead with the possible initiation of an explosive charge and the destruction of the warhead immediately before undermining.

При отсутствии подрыва головная часть выводится из строя за счет множественных пробоин, срыва значительной части теплозащитного покрытия, разрушения электронной системы высотного подрыва ГЧ и других факторов. Эти воздействия становятся особенно существенными для проникающих ГЧ баллистических ракет. В этом случае ослабленная конструкция корпуса ГЧ будет разрушена в момент входа в грунт.In the absence of undermining, the warhead is incapacitated due to multiple holes, disruption of a significant part of the heat-shielding coating, the destruction of the electronic system of high-altitude warhead damage and other factors. These effects become especially significant for penetrating warhead ballistic missiles. In this case, the weakened construction of the hull will be destroyed at the moment of entry into the ground.

Проникающее действие ГПЭ может быть значительно усилено при изготовлении их из тяжелых сплавов, например на основе вольфрама.The penetrating effect of GGE can be significantly enhanced in the manufacture of them from heavy alloys, for example, based on tungsten.

Оптимизация характеристик антиснарядов с помощью компьютерного моделирования процессов перехвата головных частей БР показала, что масса антиснаряда должна находиться в пределах 300...800 кг, диаметр антиснаряда - в пределах 0.8-1.1м, масса ГПЭ - в пределах 100-250 г, высота подрыва - в пределах 300-1000 м. При этих характеристиках подрыв снаряда над стартовой позицией не приведет к значительным повреждениям ее оборудования ни воздушной ударной волной (компрессионным действием), ни осколочным действием. Осколочное действие подрыва будет значительно ослаблено за счет изготовления корпуса из легких сплавов или композитов.Optimization of the characteristics of the anti-projectiles using computer simulation of the interception of the warheads of the ballistic missile showed that the mass of the anti-projectile should be in the range of 300 ... 800 kg, the diameter of the anti-projectile should be in the range of 0.8-1.1 m, the mass of the geomotive force should be in the range of 100-250 g, - within 300-1000 m. With these characteristics, undermining a projectile above the launch position will not lead to significant damage to its equipment either by an air shock wave (compression action) or by fragmentation. The fragmentation effect of the detonation will be significantly weakened by the manufacture of a housing made of light alloys or composites.

Предусмотрен вариант с размещением в одной пусковой установке нескольких антиснарядов. В этом случае предпочтительным является использование направляющих устройств по схемам фиг.3, 4. Для исключения воздействия стартовых ускорителей на расположенный сзади антиснаряд предусмотрен вывод сопел ускорителя на боковую поверхность (фиг.6).An option is provided for placing several anti-shells in one launcher. In this case, it is preferable to use the guiding devices according to the schemes of FIGS. 3, 4. To exclude the impact of the starting accelerators on the rear anti-projectile, the accelerator nozzles are led to the side surface (FIG. 6).

В заключение приводятся расчетные данные варианта антиснаряда, выполненного по схеме фиг.5.In conclusion, the calculated data of a variant of the anti-projectile made according to the scheme of FIG. 5 are given.

Диаметр антиснарядаAnti-projectile diameter 1000 мм1000 mm ДлинаLength 50 мм50 mm Длина заряда ВВExplosive charge length 200 мм200 mm Масса антиснарядаAnti-projectile mass 600 кг600 kg в том числеincluding суммарная масса ГПЭtotal mass of GGE 185 кг185 kg масса заряда ВВexplosive charge mass 267 кг267 kg масса корпуса с двигателямиbody weight with engines 148 кг148 kg Тяга стартового двигателяStarting engine thrust 60 кН60 kN Перегрузка при стартеStartup overload 1010 Скорость полета антиснарядаAnti-projectile flight speed 100 м/с100 m / s Укладка ГПЭGGE laying однослойнаяsingle layer Масса одного ГПЭ (стальной куб 30×30×30 мм)The mass of one GGE (steel cube 30 × 30 × 30 mm) 212 г212 g Количество ГПЭThe number of GGE 872872 Скорость метания ГПЭGGE throwing speed 1200 м/с1200 m / s Угол полураствора потока ГПЭ в динамикеThe half-angle of the GGE flow in dynamics 3°3 ° Радиус круга накрытия на расстоянии 100 мCoverage circle radius at a distance of 100 m 5 м5 m Плотность поля ГПЭGGE field density 11 1/м² 11 1 / m ²

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. D.R.Kennedy An historical survey of aimable air defense warhead technology. Int. Workshop on air defense lethality 1998, Freiburg, Germany.1. D.R. Kennedy An historical survey of aimable air defense warhead technology. Int. Workshop on air defense lethality 1998, Freiburg, Germany.

2. Патент США №5661254, М. кл. F41F 3/04, рег. 26.08.97.2. US patent No. 5661254, M. cl. F41F 3/04, reg. 08/26/97.

3. Одинцов В.А. Конструкции осколочных боеприпасов, ч.I. Изд-во МГТУ им.Баумана, 2002, стр.27.3. Odintsov V.A. Designs of fragmentation ammunition, part I. Publishing House of MSTU named after Bauman, 2002, p. 27.

Claims

1. Self-defense system of the launch shaft, containing a radar station for detecting and measuring trajectory parameters of the ballistic missile head, one or more launchers with guiding devices and anti-shells containing a solid-propellant rocket engine and a fragmentation warhead with directional charge and an explosive charge unit ( GGE), characterized in that each launcher is equipped with an anti-projectile guidance radar, the explosive charge is made in the form of a cylinder or pairs a llelepiped with a ratio of the height measured in the direction of throwing to the transverse size within 0.3 ... 0.5, the anti-projectile is equipped with a flight stabilization system controlled by a radio signal, while the jet engine is equipped with a system of nozzles located at the periphery of the rear end of the anti-projectile, and a thrust control mechanism for each nozzle, the anti-projectile is equipped with trajectory correction engines located on the side surface of the anti-projectile and a launch accelerator.

2. The system according to claim 1, characterized in that the anti-projectile body is made of a material that does not produce destructive fragments during the explosion, for example, an aluminum alloy or composite materials.

3. The system according to claim 1, characterized in that the GGE is made in a shape that ensures their tight packing in a block, for example, in the form of cubes, hexagonal prisms.

4. The system according to claim 1, characterized in that the GGE is made of a heavy alloy, for example, based on tungsten.

5. The system according to claim 1, characterized in that the explosive charge contains an explosion-proof lens.

6. The system according to claim 1, characterized in that on the rear side of the explosive charge is a multipoint initiation system.

7. The system according to claim 1, characterized in that the laying of the GGE at the end of the explosive charge is made single-layer.

8. The system according to claim 1, characterized in that the ratio of the thickness of the GGE layer to the diameter of the explosive charge is in the range of 0.02-0.04.

9. The system according to claim 1, characterized in that the launcher guide device is made in the form of a pipe open on both sides.

10. The system according to claim 1, characterized in that the anti-projectile is made with an axial cylindrical channel, and the guiding device is made in the form of a rod placed in this channel.

11. The system according to claim 1, characterized in that the anti-projectile is made with grooves on the side surface, and the guiding device is made in the form of beams included in these grooves.

12. The system according to claim 1, characterized in that the anti-projectile is equipped with a starting accelerator, the nozzles of which are brought to the side surface.

13. The system according to claim 1, characterized in that the launcher has several anti-shells installed in series along the axis of the installation.