Некоторые подсчеты с бриллиантами

[fonzeppelin]

Для начала, я напомню, что такое «Бриллиантовая галька» (англ. Brilliant Pebbles). Это была одна из более... консервативных программ, разрабатывавшихся в рамках Стратегической Оборонной Инициативы (СОИ) 80-ых. Идея заключалась в том, чтобы вывести на низкие околоземные орбиты созвездие из множества — десятков тысяч — очень маленьких и компактных спутников-перехватчиков, способных засечь запуск неприятельской баллистической ракеты, автономно навестись на нее, и протаранить на орбитальной скорости.

Перехватчик "Бриллиантовой гальки" сбрасывает орбитальный транспортно-пусковой контейнер и начинает наводиться на цель.

В сравнении с обычными противоракетами, «Бриллиантовая галька» имела то — огромное! — преимущество, что целью спутников-перехватчиков были не боеголовки, а сами баллистические ракеты. В отличие от маленькой, плохо заметной на радарах, скрытой среди ложных целей боеголовки, верхняя ступень взлетающей межконтинентальной баллистической ракеты — цель простая. Она крупная, движется по предсказуемой траектории (и значимо отклоняться от нее не может, иначе собьется точность наведения), и полыхает факелом ракетного двигателя, нацелиться на который проще простого. И если ее протаранить крохотным спутником-перехватчиком, то вместе с ней будут уничтожены все боеголовки разом.

Проект «Бриллиантовой гальки» был в достаточно высокой степени проработанности, когда закончилась Холодная Война и распался СССР. Некоторое время Пентагон рассматривал возможность развертывания сокращенной версии системы — для защиты от малочисленных ракетных атак, например, со стороны Ирана или Северной Кореи — но в итоге ставка была сделана на противоракеты наземного и морского базирования.

Прежде чем перейти к подсчетам, я хотел бы обратить внимание на предполагавшуюся архитектуру системы «Бриллиантовой гальки». Низкоорбитальное созвездие из множества крохотных, индивидуально дешевых и малоуязвимых сателлитов, распределенных так, чтобы обеспечивать максимально эффективное перекрытие желаемых регионов. Ничего не напоминает? Правильно, «Старлинк» компании SpaceX Илона Маска использует в принципе аналогичную архитектуру.

Теперь к цифрам.

Предположим, что целью США является создание системы спутников-перехватчиков, способных гарантированно остановить запуск 300 межконтинентальных баллистических ракет наземного базирования. Исходя из требований резервирования, необходимо иметь примерно по 2 перехватчика на 1 МБР постоянно в зоне поражения. Итого 600 перехватчиков.

Поскольку спутники на низких орбитах находятся над конкретной территорией лишь ограниченное (небольшое) время, то перехватчики должны быть развернуты в избыточном количестве. Данные СОИ указывают на соотношение 10 к 1 — то есть требовалось вывести на орбиту порядка 10 спутников, чтобы 1 из них постоянно находился над конкретной территорией. Следовательно, чтобы обеспечить постоянное нахождение 600 спутников-перехватчиков на позиции, необходимо запустить около 6.000 перехватчиков.

Цифра выглядит значительной, но я отмечу, что в настоящее время спутниковое созвездие «Старлинк» состоит уже из примерно 3.000 сателлитов, с планами дальнейшего увеличения. То есть создание созвездия из вдвое большего числа спутников-перехватчиков — задача вполне решаемая.

Насколько массивным и крупным должен быть индивидуальный перехватчик? Расчеты 80-ых предполагали, что масса единицы «гальки» может быть в пределах нескольких килограмм. Для более точных подсчетов, я предлагаю ориентироваться на кинетический перехватчик Raytheon EKV (англ. Exoatmospheric Kill Vehicle), представляющий собой «боевую часть» наземной противоракеты GBI системы национальной противоракетной обороны США. Его масса — около 64 кг. Можно резонно предположить, что орбитальный спутник-перехватчик будет иметь сопоставимую, или чуть меньшую суммарную массу (например, ему не требуется столь же эффективная сенсорная система — его цель не маленькие боеголовки, а большие, активно излучающие тепло, верхние ступени ракет).

Для простоты, определим вес 1 спутника-перехватчика в 50 кг. 

Стандартная нагрузка ракеты-носителя Falcon 9 Block 5 при выводе спутников «Старлинк» в частично-многоразовом режиме (с возвращением первой ступени) составляет от 40 до 60 спутников. Точное количество зависит от параметров орбиты и конкретной модели. Спутники версии 1.0 имеют массу около 260 кг, версии 1.5 — около 295 кг.

Взяв среднее значение в 50 спутников «Старлинк» за запуск, и учитывая что наш теоретический спутник-перехватчик имеет массу около 50 кг (т.е. более чем вчетверо меньше) можно сделать вывод, что вполне реален вывод до 200 перехватчиков одним запуском Falcon 9 Block 5. Лимитирующим фактором становится не столько масса, сколько объем головного обтекателя.

Вывод на орбиту полного созвездия из 6.000 перехватчиков потребует при таком соотношении 30 пусков. Для сравнения: за 2022 год компания SpaceX выполнила 32 запуска по программе «Старлинк». При среднем времени межполетного обслуживания в районе 60 дней (2 месяца), вывод на орбиту всего созвездия в течении года потребует задействования пяти первых ступеней Falcon 9 Block 5, каждая из которых совершит по 6 полетов. Что вполне в пределах возможного и потребует задействования не более чем 50% наличного флота первых ступеней SpaceX. 

Разумеется, это лишь абстрактные спекулятивные калькуляции. Однако:

* Создавая и развертывая систему «Старлинк», компания SpaceX успешно решила вопросы создания, поддержания и координации гигантского спутникового созвездия, осуществляющего непрерывный обмен коммуникационной и сенсорной информацией (в количествах, многократно превосходящих требования системы противоракетной обороны)

* Противоракетная оборона США располагает несколькими типами кинетических перехватчиков, способных (пускай и не всегда гарантированно) решить задачу перехвата боеголовки. Все эти перехватчики гарантированно способны решить задачу перехвата взлетающей баллистической ракеты (представляющей собой намного более легкую цель)

* За счет повторного использования первых ступеней ракеты-носителя Falcon 9, и высокого темпа межполетного обслуживания, компания «SpaceX» создала флот ракет-носителей, способных решить задачу развертывания созвездия перехватчиков.

В целом... учитывая общий рост международной напряженности, а также возрастающую доступность ракетных технологий (к примеру, на днях скромная КНДР испытала твердотопливный ракетный двигатель тяжелого класса с управлением вектором тяги — технология, которая еще недавно была доступна только супердержавам...), вопрос о «Бриллиантовой гальке» сводится к простому «когда?»

Comments

[fonzeppelin.livejournal.com]

Ну, авторы "An Optimal t-delta-V Guidance Law for Intercepting a Boosting Target" (Livemore, 2002) считают возможным запихнуть 2,5 км/с в 30-кг перехватчик боеголовок. Там же упоминаются данные для "Бриллиантовой гальки":

[iv-an-ru.livejournal.com]

На 2.5 км/с перехватчиков понадобятся десятки на каждую орбиту -— активные участки непрерывно сокращаются, а та часть участка, которая в атмосфере, перехватчику недоступна никак. Надо словить цель в короткий заатмосферный хвостик активного участка.

А контрмерой будет немудрячий залповый пуск, так что число перехватчиков надо будет ещё умножить на число ракет в полку.

[vashu11.livejournal.com]

> словить цель в короткий заатмосферный хвостик активного участка.

Длина 3х минутного разгона до 7 км/c — 1300 км (да хоть до 10 же доведите — 500 км — отнюдь не хвостик). И естественно до 7 км ракета в атмосфере не разгоняется — ей самой там выжить посложнее чем перехватчику будет.

[iv-an-ru.livejournal.com]

Окей. Убираем атмосферу, убираем разгон самой головки. Пусть есть 200 секунд на перехват на предельной скорости. Примерно 2.5 км/с помножить на примерно 200 секунд -— круг 500 радиусом км. Таких кругов на 40000 км низкой орбиты уложится без перекрытия 40 штук, а на 50-ю параллель длиной 25 тысяч с хвостиком -— 25. Это уже 1000 кружочков. Дырки между кружочками надо заткнуть, и их стало 1400. Теперь эти 1400 надо помножить на избыточность, вы предлагали 2 перехватчика на 1 ракету. 2800. И теперь осталось умножить на количество ракет, которые могут одновременно стартовать из одного кружка в 500 км.

Вывод: система реалистична, если её цель -— перехватить единичные ракеты, уцелевшие после успешного удара по России, и никак иначе.

[iv-an-ru.livejournal.com]

Поправка: надо число перехватчиков на 2 поделить, потому что или полуорбита, или полупараллель.

[alexmironov24.livejournal.com]

Зато для КНДР-Ирана вполне сойдет.

[iv-an-ru.livejournal.com]

Не сойдёт: все ракеты КНДР взлетят из одного кружка в 500 км. Разом. То есть польза только в случае опять-таки успешного первого удара по ним, и никак иначе.

[alexmironov24.livejournal.com]

а как же доблестные Patriot и THAAD?

+ приплюсуйте Иджис,КНДР очень неудачно расположена в этом плане.

[lilibay.livejournal.com]

А зачем таранить болванками если уже есть лазеры для обмена информации? Сделать их помощнее и концентрировать н цели от разных спутников, всё проще управлять лазерным лучом, чем разгонять 50-ти килограммовый кусок хрупкого металла.

[alexander-daisy.livejournal.com]

Браво!

[john-jack.livejournal.com]

Уже было у Цысиня. Где космический корабль ручными лазерными пистолетами сбивали.

[aikr.livejournal.com]

Лазер для обмена информацией и лазер, способный сбить ракету, различаются примерно так же, как карманный браунинг и крупнокалиберное артиллерийское орудие. В карман не влезет.

[igor-sabadah.livejournal.com]

Сколько надо топлива для этого? Посчитайте, я молчу про баки для него и двигатель. Это не кино ЗВ.

[psylocybinus.livejournal.com]

ссука Лукасу было проще, вне физики-то )

[aikr.livejournal.com]

Что ж, давайте посчитаем.
Возьмём долгохранящееся гептил-амиловое топливо (удельная тяга, согласно вики, 291,1 с, то есть удельный импульс 2855,7 м/с).
Предположим, что из упомянутых в посте 50 килограммов сухая масса составляет половину, т.е. 25 кг, а остальные 25 — топливо.
По формуле Циолковского получаем характеристическую скорость 1979,4 м/с. Вполне себе порядок «километры в секунду».

[igor-sabadah.livejournal.com]

Ок 25 кг на всё про всё, и сколько будет весить из этих 25 двигатель способный за десятку секунд разогнать этот спутник до указанной скорости? А ещё ведь баки которые перегрузку при разгоне должны выдержать и системы наблюдения, наведения и связи, плюс солнечные батареи и аккумуляторы. Уложитесь?

[fonzeppelin.livejournal.com]

Ну вот вам MR-106:

Вес — 0,5 кг, тяга — 27 ньютонов (т.е. для 50-кг перехватчика один такой двигатель может выдать ускорение примерно 0,5g). Удельный импульс 218-232 с, работает на гидразине.

[igor-sabadah.livejournal.com]

А вот в этом калькуляторе

https://www.calculatoratoz.com/ru/acceleration-of-rocket-calculator/Calc-8368 (https://www.calculatoratoz.com/ru/acceleration-of-rocket-calculator/Calc-8368) у меня на порядок меньше ускорение получилось или я что-то не так сделал? И сколько он тогда разгонять будет?

[fonzeppelin.livejournal.com]

Да, виноват — мой ляп. 0,5 м/с2, а не 0,5 g.