Для создания системы ПРО требуются мишени, причем не только для антиракет, но и для наземных РЛС. В этом случае целесообразно использование мишеней разной формы, например, эталонных сфер и имитаторов радиолокационных характеристик реальных боеголовок. Использование космических мишеней для проверки радиолокационных средств для Советского Союза более актуально, чем для США, которые отрабатывали свои системы слежения на тихоокеанском атолле Кваджалейн с использованием реальных пусков МБР из Калифорнии, тогда как СССР был лишен аналогичной возможности.
Самолёты, различные ИСЗ или наземные средства не обеспечивают формирование заданных видов целевой обстановки, включая одно– и многоэлементные цели, мало– и крупноразмерные сгустки неразрешенных элементов, модели радиолинии управления перехватчиками в районах боевой дислокации средств ПРО, ПРН, ПКО, ККП, то есть практически над всей территорией России и стран СНГ. Кроме того, метрологические возможности этих средств, включая отражательные характеристики и точности эталонных траекторных данных, не соответствуют высоким ТТХ локационных средств и систем ПРО, ПКО, ПРН, ККП.
С точки зрения отражающих свойств все радиолокационные цели принято делить на элементарные и сложные. К элементарным целям относятся отражающие объекты геометрически правильной формы, эффективная отражающая поверхность которых может быть определена аналитическим путем (например, уголковые отражатели, шар, вибратор). Подавляющее большинство реальных радиолокационных целей, представляющих собой отражающие объекты сложной конфигурации, относятся к сложным целям. Их эффективная отражающая поверхность может быть определена только экспериментально. Любую сложную цель можно рассматривать как совокупность определенным образом расположенных элементарных отражателей, а отраженный от сложной цели сигнал – как алгебраическую сумму сигналов, рассеянных элементарными отражателями. В процессе движения цели непрерывно изменяется положение отражателей относительно РЛС (а иногда и относительно друг друга), что приводит к изменению амплитудных и фазовых соотношений слагаемых сигналов и в конечном счёте к возникновению флюктуаций результирующего сигнала.
Поэтому при испытаниях и контроле функционирования РЛС с заданными на нее требованиями по точностным характеристикам (параметрам) целесообразно использование (в качестве эталонной цели) юстировочных и калибровочных ИСЗ (оснащенных аппаратурой высокоточного определения своего местоположения на орбите и точно известными значениями ЭПР). В начале 1960-х гг. в СССР совместными усилиями организаций МО и промышленности была начата разработка принципиально нового вида средств обеспечения натурных работ: специальных КА обеспечения отработки, испытаний и эксплуатации создававшихся в то время средств и систем ракетно-космической обороны (РКО).
Первым таким аппаратом был ДСП-Ю РКК «Радуга».
C применением этого аппарата была обеспечена эффективная отработка, испытания и ввод в строй ряда полигонных средств РКО.
Одновременно в процессе эксплуатации этих КА разрабатывались и отрабатывались на практике элементы методологии применения КА данного вида по целевому назначению.
По своим весогабаритным и орбитальным характеристикам, составу бортовой аппаратуры и решаемым задачам рассматриваемые в данном обзоре спутники относятся к малым исследовательским ИСЗ юстировочно-калибровочного класса.
Малые КА обеспечивали юстировку, калибровку и контроль точностных характеристик РЛС, используемых в системах ККП, ПРН и ПРО Москвы, а также позволяли определять динамические параметры верхних слоев атмосферы в зависимости от времени года, суток и состояния солнечной активности, влияющих на точность движения космических объектов.
Первые запуски юстировочных спутников были произведены в 1964 г. ракетой-носителем «Космос 63С1» с космодрома Капустин Яр. Первый КА «Космос–31» 6 июня был выведен на орбиту с параметрами: апогей – 508 км, перигей – 228 км и углом наклонения 49°, а второй – «Космос–36» – 30 июля с приблизительно теми же параметрами орбиты.
Согласно постановлению Совмина № 771 от 20 октября 1971 г. была начата разработка второго поколения котировочных и калибровочных космических средств – ракетно-космического комплекса «Тайфун» с модификациями «Тайфун–1» и «Тайфун–2», обеспечивающего поддержание боеготовности и отработку вновь вводимых специальных наземных комплексов МО СССР. В составе комплекса «Тайфун» были созданы две модификации унифицированных космических платформ «Тайфун–1» и «Тайфун–2», на базе которых были разработаны и введены в эксплуатацию шесть типов специализированных КА. Унификация КА охватывала бортовой обеспечивающий комплекс и узлы конструкции КА, а также отдельные составные части бортовых специальных комплексов. Эти платформы, так же, как и автоматическая универсальная орбитальная станция (АУОС), относились к классу КАМ–1.
Неориентированный КА класса «Тайфун–1» конструктивно состоял из двух основных узлов – сферического каркаса с расположенными на его поверхности солнечными батареями, антеннами обеспечивающей и специальной аппаратуры и размещенного внутри каркаса герметичного цилиндрического контейнера, в котором располагаются фермы с обеспечивающей и специальной аппаратурой. Унифицированная конструкция КА позволяла легко переходить от одной комплектации к другой посредством замены фермы специальной аппаратуры и установки антенн этой аппаратуры на унифицированные посадочные места на каркасе. Имеющиеся на поверхности каркаса люки с крышками обеспечивали доступ к местам обслуживания. Особенностью каркаса является разработанная оригинальная конструкция винтовых замков для быстрого соединения двух половин каркаса. Особенностью антенно-фидерного устройства командно-программнотраекторной радиолинии является подъем и складывание четвертьволновых двухчастотных вибраторов по командам при отработке полётной программы.
ЛКИ комплекса «Тайфун–1» начались 18 июня 1974 г. Постановлением Совмина № 729 от 28 августа 1978 г. ракетно-космический комплекс «Тайфун–1» с аппаратами «Тайфун–1А» и «Тайфун–1В» был принят на вооружение. Всего выведено на орбиту 25 космических аппаратов обеих комплектаций. Все аппараты были запущены с космодрома Плесецк.
Опыт эксплуатации «Тайфуна–1» доказал необходимость создания космического аппарата в виде радиолокационного пассивного отражателя, обладающего высокой однородностью и малым уровнем флуктуации отраженного сигнала. Разработанный в 1978–1979 гг. аппарат «Тайфун–1Б» позволил определять и контролировать энергетический потенциал радиолокационного канала без использования в составе КА специальной аппаратуры. КА имел сферическую форму, выдержанную с высокой точностью. Аппарат выполнен из двух полусфер, свариваемых в вакууме с помощью автоматической установки электронно-лучевой сварки. Для определения положения центра масс КА применялась оригинальная методика, предусматривающая использование водяной ванны.
Для крепления КА к ракете-носителю и отделения его на орбите была спроектирована уникальная конструкция системы отделения, состоящая из шасси и шарнирно соединённых с ним четырёх двухплечных рычагов.
В 1983 г. КА «Тайфун–1Б» был принят на вооружение и введен в состав космического комплекса «Тайфун–1». С 1979 г. по 1991 г. на орбиту с космодрома Плесецк были выведены девять КА «Тайфун–1Б».
Разработка экспериментального космического аппарата «Дуга-К», созданного на базе платформы «Тайфун–1», началась по постановлению Совмина № 473 от 31 февраля 1982 г.
Для работы с КА «Дуга-К» при орбитальном полёте использовались средства автоматизированного комплекса управления КА «Тайфун–1» и «Тайфун–2» со специальным математическим обеспечением, доработанным с учетом специфики КА «Дуга-К». Для проведения ЛКИ изготовили два аппарата. Оба КА были выведены на расчётные орбиты с космодрома Плесецк.
Параллельно с разработкой и отработкой КА «Тайфун–1» шла разработка специализированных КА на базе второй модификации унифицированной платформы «Тайфун–2». Эта платформа была оснащена трёхосной магнитно-гравитационной гироскопической системой ориентации в орбитальной системе координат с точностью не хуже ±10°, что обеспечивало условия для выполнения требований по созданию многоэлементной модели цели. В конструктивном и аппаратурном плане базовая платформа «Тайфун–2» полностью унифицирована со станцией АУОС–3. Исключение составляли бортовая аппаратура командно-программной радиолинии и телеметрической системы.
Характерной особенностью космических аппаратов на базе платформы «Тайфун–2» стало оснащение их системой отстрела эталонных отражателей разработки КБЮ, предназначенной для формирования многоэлементных моделей цели по заданной программе, и системой определения скорости отстрела эталонных отражателей. Система отстрела разработана в трёх комплектациях. В состав системы отстрела отражателей комплектации «А» и «Б» входили по 24 устройства отстрела с эталонными сферическими отражателями, отличающимися номинальными значениями скоростей, в систему отстрела комплектации «В» – устройства отстрела с эталонными сферическими отражателями с оптическими элементами. Эталонные отражатели располагаются на КА тремя поясами по восемь штук в каждом поясе. Отстрел отражателей осуществлялся попарно в плоскости местного горизонта.
На базе унифицированной платформы «Тайфун–2» были разработаны три КА с различными комплектациями аппаратуры специального назначения – «Тайфун–2А», «Тайфун–2Б», «Тайфун–2В». ЛКИ космических аппаратов комплекса «Тайфун–2» начались в апреле 1976 г. Постановлением Совмина № 268 от 12 марта 1981 г. ракетно-космический комплекс «Тайфун–2» был принят на вооружение. С начала ЛКИ на орбиты выведено 25 космических аппаратов «Тайфун–2». Все запуски осуществлены с космодрома Плесецк.
Разработка космического аппарата «Тайфун–3» началась в КБЮ по постановлению Совмина № 1265–336 от 25 декабря 1984 г. Этот КА был задуман как модификация базовой унифицированной платформы, на основе которой создавались КА типа «Тайфун–2», АУОС–3 и др. Разработчики предложили оснастить базовую платформу КА спецаппаратурой для решения конкретных целевых задач средств систем ПВО, ПРО и ПКО.
По своим характеристикам и возможностям аппарат удовлетворял требованиям выведения его на орбиту ракетой-носителем 11К65М или «Циклон», был оснащен имитаторами одиночных многоэлементных целей различного геометрического исполнения (шар, конус, цилиндр), оснащался специальной системой отделения указанных элементов с различными скоростями и системой замера этих скоростей. Была разработана конструкторская документация и практически завершена наземная экспериментальная отработка.
Но тема была закрыта, так как заказчик от нее отказался, поскольку для экономии средств было принято решение заменить юстировку с помощью космических средств на использование только наземной юстировки.
Разработка космического аппарата «Кольцо» началась по постановлению Совмина № 8 от 31 мая 1985 г. КА «Кольцо» стал дальнейшим развитием идей целевого применения технических решений, заложенных в КА «Тайфун–2», и предназначался для отработки наземных средств системы ПВО Москвы.
В КА «Кольцо» были значительно увеличены абсолютные и удельные выходные характеристики системы электроснабжения, повышена точность системы ориентации, реализована возможность программного разворота КА в плоскости местного горизонта, увеличен запас отстреливаемых элементов. Была реализована полная программа ЛКИ аппарата, которые начались в 1988 г.
Всего было выведено на орбиту три КА «Кольцо».
По постановлению Совмина от 15 октября 1971 г. в КБЮ началась разработка космической телевизионной глобальной системы наблюдения. Ранее проработки по указанной системе велись в ЦКБМ (генеральный конструктор В.М. Челомей), но результатов не было, и работу передали в КБЮ. Новизна задачи и высокие ТТХ системы потребовали неординарного подхода к её созданию и, в частности, к определению облика космического аппарата.
В разработанном эскизном проекте были заложены новые, нетрадиционные на то время решения. Так, наряду с новой аппаратурой для обеспечения высокой производительности КА на борту использовались ядерная энергетическая установка, электроплазменная двигательная установка, система терморегулирования с широкими возможностями, автономная навигационная система и ряд других.
При защите эскизного проекта заказчик предложил на первом этапе отказаться от ЯЭУ (поскольку она была ещё недостаточно отработана) при соответствующем снижении ТТХ, перейти на традиционную схему с использованием солнечных батарей. Дополнение к эскизному проекту с таким вариантом энергетической установки и с использованием для запуска КА носителя «Зенит» было выполнено в короткий срок и одобрено заказчиком. Дополнение к эскизному проекту КБЮ наиболее полно отвечало требованиям заказчика по сравнению с проектом ЦКБ ВКРС МРП[7] (генеральный конструктор А.И. Савин), назначенным к тому времени головной организацией по системе в целом (за КБЮ сохранилась разработка и создание ракетно-космического комплекса). Однако из-за большой загрузки КБЮ дальнейшая разработка КА была вновь передана в ЦКБМ, но там продолжения не получила, хотя отдельные системы – телевизионная, видеомагнитофоны, оптико-электронные блоки и ряд других, разработанные по техническому заданию и исходным данным КБЮ нашли воплощение, практически без переделок, в других космических системах («Янтарь», «Алмаз»).
Несколько слов стоит сказать и о калибровочных (юстировочных) спутниках следующих поколений.
Юстировочный КА «Вектор» конструктивно выполнен в виде сферы диаметром 2007 мм, которая служит отражателем и одновременно является силовой конструкцией для размещения элементов солнечной батареи и антенн. Вес аппарата 570 кг. Кроме служебной аппаратуры в состав бортовой аппаратуры КА «Вектор» входят приемоответчики РЛС и фазопеленгаторы для работы с наземными радиотехническими средствами внешнетраекторных измерений (ВТИ). Бортовая аппаратура ВТИ обеспечивает определение параметров орбит средствами наземного командно-измерительного комплекса с точностью 190–260 м по положению и параметров эталонных траекторий полигонными средствами ВТИ на мерном участке с точностью 20–25 м. Предусмотрено, что в состав бортовой аппаратуры КА «Вектор» также может входить научная аппаратура общим весом до 180–200 кг.
В одном из вариантов КА этого типа предусматривалась возможность установки на поверхности КА оптических уголковых отражателей. В диапазоне длин волн 3,2–180 см корпус КА представляет собой неоднородный отражатель. Величина среднего значения ЭПР космического аппарата зависит от угла локации и поляризации радиоволн РЛС.
Калибровочный КА «ЮГ» представляет собой радиолокационный отражатель сферической формы, преимуществами которого являются: всенаправленность вторичного излучения, независимость ЭПР от типа поляризации облучающего сигнала и возможность точного расчёта ЭПР отражателя не только в коротковолновой области, но также в резонансной и длинноволновой областях. Высокая точность изготовления поверхности позволяет использовать КА «ЮГ» как отражатель с эталонным значением ЭПР. Вес КА 750 кг. Внешний диаметр корпуса 2 м.
Космический аппарат «ЮГ» является первым отечественным спутником юстировочно-калибровочного класса. Длительный опыт эксплуатации подтверждает высокую эффективность применения КА по целевому назначению. Наряду с эффективной оценкой энергетических характеристик, КА обеспечивает решение широкого круга научных и практических задач. К их числу относятся исследования стабильности потенциала РЛС в зависимости от режимов работы передающих устройств, качества настройки приемников, влияния антенных укрытий и метеоусловий, оценка ошибок измерения эффективной отражающей поверхности (ЭОП) РЛС, калибровка РЛС перед работой по сложным космическим объектам (КО), определение баллистических коэффициентов КО, уточнение параметров верхней атмосферы, оценка возможностей РЛС по определению ориентации КО, сравнение результатов измерений характеристик других объектов, проведённых РЛС, разнесенными на большие расстояния и др.
Многоэлементный КА «Ромб» представляет собой стабилизированный многоцелевой КА с отделяемыми элементами. Оборудован служебной, специальной и научной бортовой аппаратурой. Вес КА «Ромб» около 1100 кг. Космические аппараты этого типа оснащены пассивными эталонными сферическими отражателями (ЭСО) и системой отстрела отражателей небольшими группами во время полёта. Предельное количество отделяемых ЭСО на аппаратах, запускаемых в период с 1975 по 1988 г., составляло 24 шт., а с 1988 г. – до 32 шт. Материал ЭСО – алюминий. Диаметр – 0,3 м, вес – 0,6 и 1,2 кг.
Система отстрела обеспечивает одновременный отстрел в любой момент времени от одной до 12 пар ЭСО с фиксированными значениями скорости от 0,3 до 12 м/с. В состав бортовой аппаратуры КА входит аппаратура внешнетраекторных измерений, обеспечивающая измерение траекторных параметров движения КА наземными измерительными средствами.
Предусмотрена возможность оборудования КА системой импульсной световой сигнализации и лазерными уголковыми отражателями для высокоточных траекторных измерений, а также установки научной аппаратуры весом 200 кг в интересах организаций, непосредственно связанных с разработкой и эксплуатацией информационных средств.
Основу постоянно действующей системы (ПДС) 1990-х гг. обеспечения испытаний составляли КА «ЮГ», «Вектор», «Ромб», которые запускаются с учетом задач войск РКО на круговые и эллиптические орбиты.
В соответствии с требованиями на РКК «Тайфун» одновременно на орбитах должны были находиться шесть космических аппаратов «Ромб» и «Вектор» различной модификации (в том числе не более трёх КА «Вектор» и не более четырёх КА «Ромб») и, в соответствии с требованиями к КА «ЮГ», – 3–4 аппарата «ЮГ».
Таким образом, общее количество космических аппаратов, находящихся на орбитах в составе ПДС, составляло 9–10. В зависимости от модификации КА могли выводиться на орбиты с параметрами: по наклонению плоскости орбиты к плоскости экватора – от 51 до 83°, по высоте – от 280 до 2000 км. Такой состав и орбитальная структура КА обеспечивает решение широкого круга задач отработки, испытаний и поддержания в боевой готовности всех средств РКО.
Спрос на использование КА по целевому назначению достигал еженедельно до 35 заявок. Порядок организации запусков, сопровождение КА в орбитальном полёте, изложены в специально разработанных «Руководствах по применению КА “Юг”, “Вектор” и “Ромб” при отработке, испытаниях и поддержании боевой готовности средств Войск ПВО».
Всего юстировочных и калибровочных космических аппаратов в СССР за период 1964–1991 г. было запущено до 150.
В конце 1990-х гг. на околоземных орбитах находились несколько юстировочных КА (11Ф633) «Вектор», запущенных в 1990–1994 гг. и прекративших свое активное существование, а также два калибровочных КА (17 Ф31) «ЮГ» («Космос–2265» и «Космос–2332»), запущенных в 1993 г. и 1996 г. на высокоэллиптические орбиты.