Тополь против Минитмена

Вокруг шарика  

  Стандартное расстояние вдоль поверхности Земли, которое покрывают межконтинентальные баллистические ракеты (МБР),  составляет 10 000 км. Этого достаточно, чтобы старые друзья США и Россия могли поражать любые цели на территории друг друга. Китаю сложней из-за большей удаленности Америки, хотя способность Поднебесной запускать космические аппараты позволяет ей дотянуться термоядерной дубиной до любой точки Земного шара. А до России доброму соседу «рукой подать».

Источник изображения:  http://abyss.uoregon.edu/~js/space/lectures/lec18.html  

     Оптимальными по энергозатратам являются траектории с апогеем 1000 — 1500 км. При этом полетное время составляет около 30 минут, а активный участок траектории заканчивается на высоте 200 — 350 км.  Сравнительно короткий участок разгона можно не учитывать, оценивая дальность полета боевых частей ракеты. Последние описывают длинные баллистические кривые, разгонясь до 7 км/сек на участках снижения к цели.  Смоделируем их численно, используя следующие уравнения динамики материальной точки:

Центр Земли находится в начале координат, а при падении на ее поверхность имеет место:

Предположим, что в момент времени t = 0 платформа разведения (bus) находится на высоте h км и имеет скорость v км/сек, направленную под некоторым углом к горизонтали (угол тангажа). Пренебрегая тем, что на участке разведения траектория каждой боеголовки слегка изменяется, результаты вычислений при разных исходных данных сведем в таблицу :

Таблица 1. Численное моделирование баллистического участка траектории. 

    Из таблицы видно, что небольшое снижение дальности полета, которое не является существенным для БРПЛ, приводит к резкому снижению полетного времени. Фактор времени  может иметь критическое значение в ситуации, когда атакующая сторона наносит упреждающий удар по центрам управления и ядерным силам противника. Первая космическая скорость на высоте h = 100 км составляет 7.843 км/сек, а на высоте h = 200 км - 7.783 км/сек. Видно, что при межконтинентальной дальности полета т.н. настильные траектории  возможны лишь в том случае, когда на активном участке ракета разгоняется до скорости, существенно превышающей 7 км/cек и приближающейся к первой космической.

Кто вы, мистер Тополь М ? 

    Наиболее современная из российских МБР, которая является незначительной модификацией еще советского изделия, это ракета 15Ж65, известная также как «Тополь-М». Пропагандистский миф о том, что против Тополя нет эффективной ПРО, стал очень популярен в 2000-х. Рассмотрим этот предмет национальной гордости поближе. 

     Длина 22.5 м, максимальный диаметр 1.9 м, взлетная масса 47 тонн. Имеет 3 ступени с твердотопливными двигателями и боевую часть массой 1.2 тонны, которая оснащена боеголовкой мощностью 0.55 Мт. Кроме нее полезной нагрузкой Тополя служат десятки ложных целей + электронные средства противодействия ПРО: как радиолокационным методам селекции целей, так и инфракрасным. По сведениям из http://rbase.new-factoria.ru/missile/wobb/topol_m/topol_m.shtml, двигатели первой ступени создают  тягу в 91 тонну. Круговое вероятностное отклонение (КВО) выражает радиус круга, в который боеголовка попадет с вероятностью не меньше 50%. Показатель КВО критически важен с точки зрения ударов по ракетным шахтам и подземным центрам управления. Для него приводится размытая оценка 200 — 350 м. Возможно, что в этом Тополь-М не уступает ветерану Минитмен-3, который больше 30 лет является главной американской МБР. 

       О летных данных Тополя-М нет сведений, которые  заслуживают доверия. Утверждается, что дальность достигает 11 000 км и встречается оценка скорости 7.3 км/сек, которую боевой блок имеет при выходе на баллистический участок траектории. Численное моделирование приводит к различным вариантам. Например возможно, что боевая часть отделяется на уровне 300 км с углом тангажа 6 градусов и, поднимаясь на максимальную высоту 550 км (апогей),  за 27 минут преодолевает расстояние 11 000 км вдоль поверхности земного шара. Однако, такой профиль полета не адекватен популярным представлениям о низкой, настильной траектории Тополя-М. Весьма реалистично выглядит сценарий, согласно которому  моноблок отделяется на высоте 200 км с начальным тангажом 5 градусов, пролетая в итоге 8 800 км за 21 минуту и достигая апогея 350 км. Такой дальности вполне достаточно для обстрела территории США с различных направлений, а полетное время существенно меньше того, которое характерно для МБР на дистанции 10 000 км (~30 минут). Это создает дополнительные трудности для ПРО, которая должна успеть провести селекцию боеголовки среди ложных целей. Ясно, что сокращенное полетное время является более важным фактором при упреждающем ударе,  нежели ответном. 

     Чтобы хоть как-то разобраться в «исключительных» способностях Тополя-М, полезно сравнить его с американским аналогом LGM-30 Minutemen-3. Длина 18.2 м, максимальный диаметр 1.67 м, взлетная масса 36 тонн. Имеет 3 ступени с твердотопливными двигателями и боевую часть неизвестной массы. Которая в настоящее время оснащена боеголовкой W62 мощностью 170 килотонн, а также несет ложные цели вместе с мелким металлическим мусором, затрудняющим радиолокационное обнаружение. КВО Минитмена-3 оценивается в 150 — 200 м. Согласно данным из http://www.af.mil/information/factsheets/factsheet.asp?id=113, стартовая тяга первой ступени достигает 92 тонны, и при выходе на баллистический участок боевая часть имеет скорость около 6.7 км/сек. При этом  МБР имеет дальность 9 600 км и апогей 1 120 км. Такой «классический» профиль полета соответствует начальному углу тангажа в 15.5 градусов и высоте 450 км при выходе на баллистический участок. Полетное время Минитмена — 28 минут. При таких скромных скоростных характеристиках о настильной траектории межконтинентального полета не может быть и речи. Это контрастирует с тяговооруженностью Минитмена-3, которая в 1.3 раза превосходит Тополь-М. На видео пусков он не выглядит особенно резвым спринтером http://www.youtube.com/watch?v=VHuFh_PNc68&feature=related, а реликтовый Минитмен-I срывался с места не хуже даже без «пинка» от минометного старта http://www.youtube.com/watch?v=mrnfRfawtI0&feature=related. Попробуем объяснить это несоответствие.          

       Доступные сведения о летных данных Минитмена-3 относятся к его модификации, которая была оснащена тремя боеголовками W78 по 335 Кт, с индивидуальным наведением на цели. Но эта же ракета способна разогнать относительно легкий моноблок до большей скорости, чем заявленные 24 000 км/час, чтобы забросить его на большую дальность и по более пологой траектории. Это косвенно подтверждается тем, что встречаются сведения о предельной дальности Минимена в 15 000 км. Для США такая дистанция актуальна ввиду растущей военной мощи Китая, который находится от Америки достаточно далеко. Высокая тяговооруженность Минитмена-3 также могла иметь значение в конфигурации с тремя боеголовками, обеспечивая более энергичный старт и уход ракеты из зоны поражения от ядерного удара по району расположения пусковых шахт. 

Ужас, летящий на крыльях ночи ?

      Таким образом  выдающиеся  способности Тополя в том, что касается способности быстро набрать скорость и  выйти на пологую траекторию, сильно преувеличены. Но если боевая часть Тополя-М  летит по настильной траектории, то это означает следующее. В конце активного участка моноблок  практически выходит на круговую орбиту, имея неограниченную дальность полета. В таком случае траектория может быть очень низкой (см. строки 7, 8 в таблице),  хотя данное обстоятельство является сомнительным достоинством, учитывая возможности перехватчиков ПРО действовать на высотах до 200 км. Очевидно также, что новое поколение антиракет класса Standard-3 достигнет больших высот. Кроме того, летящий по настильной траектории моноблок, как мишень для перехвата, мало отличается от обычного спутника. А сбить спутник на низкой орбите давно не проблема. При этом слишком низко опуститься не получится, т.к. в свои права вступает сопротивление атмосферы — уже на высоте 120 км Шаттлы использовали аэродинамическое маневрирование вместо ракетных двигателей (новая статья о проблемах настильной траектории http://extremal-mechanics.org/archives/9573).  

   На это можно возразить другим популярным свойством Тополя-М, которое якобы заключается в умении моноблока совершать маневры, используя специальные мини-двигатели на баллистическом  участке траектории. Данная способность имеет отчасти мифологический характер, т.к. во многих источниках пишется лишь о том,  что Тополь может быть оснащен такими моноблоками. Восторженные реляции о неуловимом для перехватчиков и реально существующем моноблоке не подтверждаются серьезными источниками в то время, как несерьезные дописались до того, что существуют боевые части с ПВРД (ramjet), летающие и маневрирующие подобно гиперзвуковым самолетам.  

   Орбитальные маневры боеголовок имеют плохую оборотную сторону, о которой скромно умалчивает пропаганда. А именно, при любом маневре моноблока окружающее его, экранирующее облако из ложных целей, источников помех и всякого металлизированного мусора останется в стороне, продолжая движение по баллистической траектории. Боеголовка как бы вынырнет из-под защитного покрывала и останется голой, что сразу снимет задачу селекции для системы ПРО. После первого же  маневра моноблок будет виден на радарах,  как на ладони. При этом ему не хватит топлива и времени, чтобы долго рыскать из стороны в сторону, учитывая не слишком большой запас полезной нагрузки Тополя-М и необходимость наведения на цель.    

   Таким образом сомнительно, что хорошая МБР «Тополь-М» чем-либо существенно превосходит «Минитмен-3″, кроме использования мобильной пусковой установки. Однако число таких развернутых установок по разным оценкам составляет 20 — 25, поэтому они не являются основной частью Российских сил ядерного сдерживания. Интересно, что Китай тоже любит мобильные МБР и у него их не меньше  http://extremal-mechanics.org/?p=160#more-160 .

Дмитрий Зотьев

Статьи о настильных траекториях, гиперзвуковых БЧ и других кошмарах ПРО: 

«Жар стратосферы»  http://extremal-mechanics.org/archives/9573 

«Космический слалом»  http://extremal-mechanics.org/archives/15162.

Тополь против Минитмена: 19 комментариев

  1. В последнее время много шумихи вокруг «Ярс», якобы убийцы ПРО. Хотя это по сути «Тополь-М» с тремя боеголовками. На «Минитмен-3″ тоже ставится 3 боеголовки, поэтому «Ярс» для американцев не представляет особых проблем.

    • «…является незначительной модификацией еще советского изделия, это ракета 15Ж65…».

      - выдумка, т.к. внутренности ракет авторы не видели, чертежей у них тоже нет. Тем более о КСП ПРО.(Как оценивать ее эффективность, если данных нет, одни домыслы)

    • В такой же мере, как популярные домыслы о маневрирующих боеголовках, настильных траекториях и т.д. Разумеется, я не инсайдер в ракетной теме, иначе не писал бы таких статей. Мои выводы основаны на анализе доступной и открытой информации. А также на науке, в отличии от разудалых сказок о Тополе, которыми полон рунет.

    • При анализе тополя, это просто «доставлялка» боевого блока. То есть у тополя нет, ни ложных целей, и уж тем более его боевой блок не маневрирует.

      В тополе-м уже имеется некоторое количество ложных целей. А в целом это тот же старый тополь. По некоторым данным боевой блок имеет маневровый двигатель,но точных данных нет.

      В ярсе просто нет платформы разведения, на каждом боевом блоке стоит маневровый двигатель, либо несколько двигателей. Может по этому очень много слухов о том, что боевые блоки ярса маневрируют.

    • В принципе да, но для спутников этот фактор не имеет большого значения. Однако настильная траектория невозможна — боеголовка сгорит от аэродинамического трения http://extremal-mechanics.org/archives/9573

  2. «Орбитальные маневры боеголовок имеют плохую оборотную сторону, о которой скромно умалчивает пропаганда. А именно, при любом маневре моноблока окружающее его, экранирующее облако из ложных целей, источников помех и всякого металлизированного мусора останется в стороне, продолжая движение по баллистической траектории. Боеголовка как бы вынырнет из-под защитного покрывала и останется голой, что сразу снимет задачу селекции для системы ПРО. После первого же маневра моноблок будет виден на радарах, как на ладони. При этом ему не хватит топлива и времени, чтобы долго рыскать из стороны в сторону, учитывая не слишком большой запас полезной нагрузки Тополя-М и необходимость наведения на цель.»
    Я конечно все понимаю… однако, на каком основании делается вывод
    1- скорость ЛЦ (ложная цель)=скорости боеголовки
    2- количество «мусора» (уголковых отражателей =ЛЦ) только 1 заряд??

    уголковые отрожатели могут быть простой фольгой….и этой фольги может быть …

    • 1. На том простом основании, что обе движутся по инерции в безвоздушном пространстве. Странный вопрос ))

      2. «Мусор» выводится вместе с боеголовками на этапе разведения. Можно конечно домыслить боеголовку, которая разбрасывает вокруг себя помехи после каждого маневра. Фантазировать так фантазировать, чего уж там! Нужно же как-то миф спасать ))

      Но в таком случае количество этих помех нужно делить на число маневров. Со всеми вытекающими в отношении защитных свойств маскирующего «облака», уменьшившегося в объеме или плотности в несколько раз. По поводу энергетической осуществимости маневров, простейшие оценки в статье http://extremal-mechanics.org/archives/15162.

  3. Все таки маленькая натяжечка есть. На самом деле, наверно, существует статистика о том, ск. надо «в мегатоннах» мусора, чтобы гаратированно спрятать БГ. Может это в «мегакилограммах» достаточно? Тогда и правда, вышел из облака, будте любезны, напылите еще. Это не для того, чтобы миф спасать. Это было бы действительно разумно, так спасать БГ. Если, конечно, для этого есть возможности. А нельзя ли допустить, что пока БГ находится в космосе (20 минут) она организует не одно облако, а несколько ложных? А когда останется до цели 40 сек, разок можно и уклониться (рули+тяга). Наверняка, какие-то оценки известны. Не 100 же раз требуется БГ увертываться. Может и один раз включить режим маневра достаточно, чтобы с 99% преодолеть ПРО стало возможно.

    • Мелким, металлическим мусором БЧ все-таки полностью не скроешь — слишком много его нужно. Хотя это навскидку, разумеется. Насколько я понимаю, основной способ маскировки — ложные боеголовки, которые расходятся на значительное расстояние (десятки км). Как только одна из целей начнет двигаться с ускорением, так сразу ПРО возьмет ее на прицел и будет отслеживать дальнейшие перемещения. Это и называется селекцией цели. Маневры эту задачу помогут решить.

      Самое главное, что в маневрирующих БЧ нет никакой необходимости. Несколько сотен МБР с разделяющимися БЧ и массой ложных целей не отразит на 100% никакая ПРО. Вся эта ура-патриотическая чепуха придумана видимо для того, чтобы оправдать резкое сокращение российских ядерных сил в 2000-х. Мол ничего, что мы порезали на лом сотни тяжелых МБР по 6 — 10 БЧ каждая и взорвали шахты (как усердные дебилы). Зато у нас есть несколько десятков моноблочных, мобильных Тополей и вот еще Ярсы появились, от которых супостату не укрыться!

  4. В отношении 2000-ых я с Вами полностью согласен. Прочитав текст первого СНВ я подумал, что я тупой. Мне было странно, что долгое время никто даже не чирикнул против. Ни в лагере Горбачева, ни в лагере Ельцина-Сахарова.

    • При этом наиболее рьяно и «успешно» он исполнялся не при разрушителе Ельцине, а в пору раннего «вставания с колен». Об этом сегодня предпочитают не вспоминать http://extremal-mechanics.org/archives/13999.

  5. Ответ на комментарий http://extremal-mechanics.org/archives/142#comment-4008, в котором Артем пишет, что:

    «При анализе тополя, это просто «доставлялка» боевого блока. То есть у тополя нет, ни ложных целей, и уж тем более его боевой блок не маневрирует.

    В тополе-м уже имеется некоторое количество ложных целей. А в целом это тот же старый тополь. По некоторым данным боевой блок имеет маневровый двигатель, но точных данных нет.

    В ярсе просто нет платформы разведения, на каждом боевом блоке стоит маневровый двигатель, либо несколько двигателей. Может по этому очень много слухов о том, что боевые блоки ярса маневрируют.
    »
    Спасибо за интересный комментарий, но я с Вами не во всем согласен. У «Минитмена», насколько можно судить из доступной информации, есть ложные цели. Например надувные шары с металлизированной поверхностью. «Тополь» (старый) — это аналог «Минитмена», поэтому я не вижу причин, по которым его бы не снабдили ложными целями. В этом же никакой проблемы нет и стоимость копеечная, а без ложных целей вероятность поражения боеголовки противоракетой многократно выше.

    Что касается «Тополя-М», то, как мне кажется, он отличается от исходного «Тополя» только электроникой. В прежнем была еще советская, а в новом более-менее современная, но тайваньская (во вставшей с колен России, как известно, нет своей микроэлектронной промышленности, поэтому военные процессоры семейства «Эльбрус» производятся на Тайване). «Тополь-М» также имеет систему наведения по Глонасс, которой, видимо, нет у «Тополя». Хотя это сомнительное достоинство, т.к. в случае глобальной атаки вероятный противник заглушит Глонасс и другие системы связи ядерными взрывами в стратосфере.

    Маневровые двигатели, как я не раз уже писал, это — агитпропчепуха. Маневры несовместимы с маскировкой ложными целями и источниками помех, что служит наиболее эффективным средством защиты от ПРО. Кроме того боеголовку, сошедшую с заданной траектории, будет сложно нацелить заново. Это же не крылатая ракета! Нужно будет компенсировать смещение по нормали к траектории, которая не является прямой, а также погасить касательное приращение скорости. Для этого потребуются несколько движков ориентации, работающих в различных направлениях, и ювелирное управление ими (прецизионное, как любят говорить инженеры). Я просто не верю, что в том плачевном состоянии науки и технологий, до которого довели «эффективные менеджеры», Россия способна разработать и внедрить такую систему наведения.

    Правдоподобно, что у «Ярса» нет платформы разведения. Хотя без нее значительно трудней вывести боеголовку на траекторию к отдельной цели. Ведь платформа — это стабильно движущийся объект с точно известными координатами. Теперь представим себе, что боеголовки тупо отделились от носовой части и каждая начинает наводиться на цель. Перед пуском движка ее нужно, как минимум, правильно ориентировать и стабилизировать в пространстве (чтобы не вращалась). Для этого нужны дополнительные движки ориентации. Кроме того, при пуске основного двигателя боеголовка может приобрести вращательный момент. Мы снова возвращаемся к весьма непростой системе наведения, которая для этого нужна. Именно поэтому придумали «автобус» — платформу разведения.

    Кстати, Китай использует МБР с несколькими боеголовками, которые не наводятся на цели индивидуально, а тупо летят кучей в одну цель (скажем, мегаполис Нью-Йорка). До недавнего времени Поднебесная не располагала системами индивидуального наведения, поскольку эта мехатроника очень непроста (к вопросу о маневровых двигателях имени Виталия Коротченко). Нельзя исключать, что сегодня Китай такой системой уже обзавелся — его ядерные силы суть тайна за семью печатями.

    Так вот я думаю, что у «Ярса» платформой разведения служит сама носовая часть (как и у «Минитмена» в 3-х головом варианте). Если же число боеголовок больше 3-х, то это вранье либо «китайский принцип».

    P.S. Интересно, что сказки о маневрирующих боеголовках «Булавы» и «Ярса» уже официально преподносятся, как 100% факт.

  6. Случайно заметил в сети, как на основе данных в таблице 1 делают выводы о том, что «Тополь-М» способен за 18.5 минут долететь до Нью-Йорка. Эта оценка времени получена в предположении, что апогей составит 340 км, т.е., для очень настильной траектории. Летает ли «Тополь-М» на самом деле так — неизвестно. Скорее всего нет, поскольку такая траектория многократно усиливает фактор аэродинамического нагрева при входе в атмосферу, который и при отвесной траектории является критическим с точки зрения способности БЧ не сгореть. Подробная статья об этом http://extremal-mechanics.org/archives/9573.

    По всей видимости супер-настильная тректория «Тополя» — это такой же пропагандистский миф, как маневрирующая БЧ. На мой взгляд, его апогей близок в 850 км, поэтому время полета от Москвы до Нью-Йорка больше, чем 18.5 минут, хотя и существенно меньше 30 мин. По формулам из вышеуказанной статьи каждый может посчитать самостоятельно в MathCad. Главный тезис этой публикации состоит в том, что между «Тополем» и «Минитменом» нет принципиальной разницы.