Евгений Федосов - Полвека в авиации: записки академика

Мы же шли от классических методов теории управления и старались их приспособить к конкретным дифференциальным уравнениям, которые описывают динамику движения ракет.

На этом пути мы столкнулись с большими проблемами. Первая, как я писал выше, возникла при линеаризации нелинеаризуемого уравнения кинематического сближения ракеты и цели. Получив так называемое неустойчивое кинематическое звено, мы попытались методами линейной теории управления скомпенсировать его, создав звено «антикинематин».

И только впоследствии мы поняли, что это была ошибка: Бог с ней, с угловой скоростью линии визирования, пусть раскачивается! Ведь главная цель расчетов — увидеть, как ведет себя текущий «пролет» или промах ракеты по отношению к цели. А когда мы перешли к его изучению, то этот параметр, к нашему удивлению, оказался устойчивым. И потому можно было, оказывается, не обращать внимания на ту неустойчивость, которую нам так хотелось устранить. Мы поняли, что нельзя быть рабами теории и бороться с тем, с чем бороться не надо. А помогли нам в этом именно методы аналогового моделирования, где решение кинематического уравнения получалось довольно строгое. Мы быстро сообразили: «пролет» ведет себя устойчиво, что нам, собственно, и нужно.

Следующая проблема, с которой мы столкнулись, была связана с радиолокационной головкой самонаведения. Дело в том, что отраженный от цели радиосигнал проходит не только по воздуху, но и через материал обтекателя, где возникает эффект преломления (так, например, в стакане воды «преломляется» чайная ложка). Но угол преломления в обтекателе зависит от его материала и от угла, под которым падает на него радиосигнал, то есть, в конечном счете, — . от угла отклонения головки или оси ракеты по отношению к цели. И поскольку при движении ракеты ее ось колеблется, луч от цели преломляется все время по-разному, а головка самонаведения воспринимает это как колебания самой цели и пытается их отслеживать. Это приводит к раскачиванию ракеты, и в итоге порождает так называемую синхронную ошибку.

Вначале мы даже не очень понимали физику этого явления. Столкнулись с ним впервые, когда создали полунатурную модель К-8: головку самонаведения поставили на стенд и стали вращать его согласно угловому движению ракеты. Целью же служил рупорный излучатель. Когда стенд начал имитировать движение ракеты в полете (которое задавалось с помощью интегратора ИПТ-5), мы вдруг получили раскачку «ракеты» не за счет изменения угловой скорости линии визирования, а раскачивался сам «пролет», чего допускать было нельзя. Вначале для нас эта раскачка явилась полнейшей загадкой, но потом сообразили, что ее вызывает изменение коэффициента преломления в обтекателе при угловом движении ракеты.

Поехали к очень известным радиофизикам, корифеям в области высокочастотных процессов и электродинамики Л. Д. Бахраху и Н. Д. Папалекси. Они были также крупными специалистами по расчету антенн. Попросили их помочь спроектировать обтекатель так, чтобы устранить раскачивание «пролета». Сами мы пытались добиться этого за счет подбора подходящей формы и материала обтекателя. Вначале это было стекловолокно, потом стали пробовать керамику… Проведя большую работу, мы поняли, что оба эти пути не безнадежны, но сколько ни бились, меняя форму и материалы, до конца эффект не устранялся. Вначале мы пробовали даже создавать «управляемое», прогнозируемое преломление, наклеивая на обтекатель станиолевые ленты. Оказалось, что это позволяет в какой-то мере контролировать процесс появления синхронной ошибки. Кажется, эта идея впервые пришла в голову А. И. Брызгалову и В. А. Черке.

И действительно, изменяя с помощью этих лент пеленгационную ошибку, мы научились как бы управлять коэффициентом преломления луча в обтекателе.

Когда мы приехали к Бахраху и рассказали о своих проблемах, он очень удивился и увидел в наших действиях чуть ли не великое открытие в электродинамике. После этого я понял, что даже крупные специалисты в данной области недалеко ушли в своей науке от нас, практиков, даже в общем-то дилетантов.

Поскольку я по образованию немножко радист, то мне еще и до этого стало ясно, что справиться с данной проблемой можно было бы только путем решения сложнейших уравнений математической физики, а этого, увы, не позволяют сделать методы вычислительной математики. И не было тогда инструментов, которые позже стали известны нам как компьютеры. Пришлось искать решения эмпирически. Собственно, так мы наткнулись и на станиолевые ленты. Но оказалось, что и они улучшали точность полета ракет, если луч попадал на какое-то определенное сечение обтекателя, где они были наклеены. Если же он падал на другое сечение, то ситуация ухудшалась. Мы поняли, что этот путь тоже ложный, и от него отказались.

В конце концов мы пришли к выводу, что самым верным решением проблемы будет просто изготовление обтекателя наиболее совершенной формы из материала с наименьшим преломлением, а также уменьшая нагрузку на крыло, увеличивая площадь крыла. Но для этого нам понадобился — ни много ни мало — год упорнейшей работы.

Надо сказать, что при самонаведении на цель истребителя наблюдались те же раскачивания, с которыми столкнулись и мы, но протекали они менее динамично, поскольку масса самолета намного больше маленькой ракеты, и с ними легко справлялись. Нам же пришлось поломать голову…

По-своему решили аналогичную проблему «зенитчики». В это же время в КБ-1 создавалась первая самонаводящаяся зенитная ракета системы С-200 (та самая, которой был сбит наш самолет Ту-154М украинскими ПВО в 2001 году). Характерной особенностью работы «оборонки» середины 50-х годов, да и позже, было то, что «зенитчики», которые тоже боролись с синхронной ошибкой, работали всего в паре километров от НИИ-2, но из-за режима секретности никакого обмена информацией между нами не было. И они пошли по другому пути — создавали матрицу ошибок на каждый конкретный обтекатель, а в полете специальный вычислительный блок в автопилоте компенсировал эту ошибку. Решение, конечно, «лобовое», громоздкое, но поскольку габариты зенитной ракеты вполне позволяли разместить вычислитель, то, видимо, в КБ-1 и не стали искать более простых путей. Мы же такими роскошными габаритами не располагали. Но примечательно, что позже и «зенитчики» использовали найденные нами решения, поскольку они наиболее рациональны в инженерном и технологическом плане.

В общем, с этими синхронными ошибками повозиться пришлось. Кстати, они возникали не только от обтекателя, но и от ошибок гиростабилизатора. В нашем институте этой проблемой занимался Авенир Константинович Неусыпин, мой однокашник по МВТУ, — только гироскопист по специальности, — который вскрыл эти ошибки и нашел способ избавления от них.