Развязав войну с Украиной, Россия выложила свои карты на стол. В качестве одной из них россияне выбрали ракетный террор гражданского населения, выразившийся в ударах по критической инфраструктуре Украины. Это лишило многих жителей страны базовых бытовых потребностей в тепле, свете, воде.
Московские ракеты вынудили страны, принявшие сторону Украины, озаботиться созданием мощной многоуровневой космической архитектуры противоракетной обороны, использующей механизмы спутникового наблюдения за Землей (Earth Observation, EO). Спутники раннего предупреждения о ракетной угрозе стали первой частью этой большой работы по обнаружению пусков боевых ракет и созданию условий для их дальнейшего перехвата.
Мониторинг теплового спектра: старт программы MIDAS
Первые системы раннего оповещения о ракетной угрозе появились в США в самый разгар Холодной войны. В период с 1960 по 1966 год Америка запустила на геосинхронную орбиту девять из 12 запланированных спутников системы MIDAS (Missile Defense Alarm System).
Основной задачей спутников предупреждения стало отслеживание волн в инфракрасном (ИК) спектре, характерных для теплового излучения ракетного двигателя при запуске (>1000°C). Тепловой трек, оставляемый ракетой, в сочетании с информацией о локации ее пуска давал возможность рассчитать траекторию полета ракеты, позволяя американским силам противоракетной обороны (ПРО) подготовиться к отражению угрозы.
Так как тепловое излучение, исходящее от ракеты, хорошо видно в инфракрасном диапазоне, главным элементом в конструкции спутников MIDAS был именно инфракрасный датчик. Данные, улавливаемые датчиком, обрабатывались бортовым компьютером спутника. Важным элементом работы компьютера стало его умение анализировать полученную информацию и отличать ложные тревоги, такие как солнечные блики, отраженные от поверхности Земли или облаков.
Источник: Smithsonian National Air and Space Museum
Спутники MIDAS размещались на геосинхронной орбите Земли (GEO). Удачно отследить запуск можно было только на ранних этапах полета ракеты, когда активны ее маршевые двигатели. В среднем на то, чтобы увидеть первую вспышку возможной ракетной угрозы, у американцев было всего три минуты. Далее двигатели основных ступеней ракеты отключались, и она переходила в бреющий полет, делая ИК-спутники бесполезными для дальнейшего трекинга.
ИК-мониторинг в некоторых аспектах был более надежным, чем радарное обнаружение, которое предоставляло информацию об угрозе на более поздних этапах полета ракеты, когда до ее сближения с целью оставалось менее 20 минут. Методология спутникового ИК-мониторинга давала также наглядную (хотя для первых аппаратов и довольно низкокачественную) визуальную информацию о локации и направлении пуска. Несмотря на ряд качественно новых решений, программу MIDAS так и не приняли на вооружение, однако именно она проложила дорогу к развитию будущих спутниковых систем предупреждения о ракетных угрозах. Результатом этих улучшений стали система Defense Support Program (DSP) и последовавшая за ней Space-Based Infrared System (SBIRS).
Датчики, оптика и лазерная коммуникация: DSP и SBIRS
Появившиеся в 1970-х годах усовершенствованные ИК-спутники системы раннего предупреждения программы DSP были идейными продолжателями спутников MIDAS. Они прослужили США 37 лет, пока в начале нулевых им на смену не пришли новые поколения спутников предупреждения группировки SBIRS.
Система DSP сыграла важную роль в военных кампаниях, проводимых американцами. Так, во время операции «Буря в пустыне» система отследила запуски иракских ракет «Скад» по территории Израиля и Саудовской Аравии. Как результат — сотни, если не тысячи спасенных мирных людей, а также уцелевшая гражданская и критическая инфраструктура, которая была основной целью иракских ракет.
Четкость изображения в спутниках системы DSP достигалась с помощью мощного широкоугольного телескопа Шмидта, который обеспечивал орбитальным снимкам высокую разрешительную способность. За период с 1970 по 2007 год США запустили на геосинхронную орбиту 23 спутника системы DSP, построенные Northrop Grumman Aerospace Systems. Первые спутники DSP имели сравнительно небольшой вес (900 кг) и могли находиться на орбите всего 1,25 года. Поздние версии ИК-спутников DSP повысили свой эксплуатационный период уже до 10 лет и стали гораздо увесистее (2380 кг против 900 кг) и мощнее (1275 Вт вместо 400 Вт на ранних моделях). Во многом увеличение мощности было обусловлено возросшим количеством инфракрасных детекторов слежения, расположенных на спутниках.
Технология систем инфракрасного орбитального мониторинга не стояла на месте, и уже начиная с 2007 года, спутники системы DSP были заменены на более мощные и надежные космические аппараты системы SBIRS.
Источник: Lockheed Martin
Часть спутников созвездия ПРО SBIRS размещались уже на высокоэллиптической орбите (HEO), которая позволила расширить область покрытия мониторинговых спутников, прежде всего в районах земных полюсов. SBIRS предприняла первые шаги и к выводу спутников на низкую околоземную орбиту (LEO). Спутники группировки SBIRS Low должны были снабжаться двумя типами датчиков: инфракрасного сканирующего датчика (для первоначальной фиксации пуска) и датчика инфракрасного слежения (для отслеживания дальнейшей траектории полета ракеты). Позже стало понятно, что именно за подобными системами — будущее космической ПРО, однако в начале 2000-х годов это было неочевидно, и от программы SBIRS Low в ее первоначальном виде решено было отказаться. Так или иначе, наработки SBIRS Low не были забыты — многие из них воплотились уже в Системе космического слежения и наблюдения (STSS).
Что касается уже выведенных на GEO спутников SBIRS, то основным их преимуществом стала многопрофильность. Благодаря внедрению высокочувствительных датчиков оптического наблюдения, спутники SBIRS получили возможность осуществлять не только ИК-мониторинг ракетных пусков, но и успешно проводить точечно направленную разведывательную деятельность.
Новые модификации инфракрасных датчиков позволяли использовать спутники как для мониторинга пусков стратегических межконтинентальных ракет (что умела и DSP), так и крылатых ракет ближнего и среднего радиуса действия, применяемых локально. Отныне даже тусклый ракетный след, исходящий от тактических ракет противника, был заметен новым датчикам группировки SBIRS. По высокоскоростным каналам спутниковой связи эта информация поступала в наземные центры обработки данных, в которых происходил анализ полученной информации для последующего принятия решений по перехвату.
Система SBIRS стала отличным и многофункциональным орбитальным куполом от баллистических ракетных угроз, однако новейшее время ознаменовалось развитием более совершенных типов крылатых ракет. Новые гиперзвуковые ракеты, способные маневрировать и изменять свою полетную траекторию, стали настоящим вызовом для специалистов в области космической ПРО и заставили переосмыслить всю технологию систем предупреждения о ракетных пусках.
Ставка на низкую орбиту: трекинг и перехват гиперзвука
Спутники системы MIDAS (равно как DSP и SBIRS) запускались на высокую геосинхронную орбиту (GEO), что позволяло всего одному аппарату в одночасье охватывать до 50% площади земной поверхности. У такого технического решения были и негативные стороны: спутники слежения за ракетными пусками были очень громоздкими и весьма дорогостоящими.
Эти спутники проектировались для отслеживания межконтинентальных баллистических ракет, которые, хотя и движутся с колоссальной скоростью, лишены возможности изменить свою траекторию полета, что дает силам ПРО больше времени для подготовки к их перехвату. Гиперзвуковые ракеты нового типа изменили правила игры. Их скорость по-прежнему превышала гиперзвук минимум в пять раз (6100 км/час), однако теперь ракеты получили возможность маневрировать, меняя не только направление, но и высоту своего полета.
Источник: L3Harris
Перед разработчиками спутниковых систем оповещения была поставлена непростая задача, идеальное решение которой не найдено по сей день. Возможным ответом на новые виды ракетных угроз может стать создание систем, базирующихся на комплексном использовании спутников раннего предупреждения о ракетных пусках, совместно с космическими системами перехвата ракет (SBI от space-based missile interceptor).
Переосмыслению подвергся и орбитальный потолок, на который следует выводить такие системы для их эффективной работы. Взамен GEO-орбиты подобные созвездия сегодня все чаще предлагают размещать на LEO, так как с нее можно более быстро и точно отслеживать изменения в траектории полета гиперзвуковой ракеты.
Для трекинга новых типов гиперзвуковых ракет собираются использовать спутники, оснащенные датчиками HBTSS (hypersonic and ballistic tracking space sensor), первый запуск которых планируется осуществить уже в 2023 году. Предполагается, что данные спутники будут сообщаться с системой SBIRS, функционально расширив ее архитектуру.
После обнаружения пусков ИК-спутниками и передачи соответствующей информации по каналам лазерной связи для уничтожения ракеты могут быть задействованы системы SBI — оснащенных противоракетным вооружением спутников. При должном знании о локации запуска, а также предварительном трекинге траектории полета ракеты SBI-спутник может сблизиться с ней для дальнейшего перехвата.
Источник: American Physical Society’s 2004 «Study Group on Boost-Phase Intercept Systems for National Missile Defense«
В статье «Что 24 спутника могут сделать для ракетной защиты США?«, опубликованной в октябре 2018 года, рассматривался ряд нюансов и спорных моментов SBI-систем. Небезопасной на данный момент времени видится перспектива размещения на орбите такого большого количества боеприпасов, которые в случае детонации способны вызвать настоящую катастрофу орбитального загрязнения, поставив под угрозу все телекоммуникационные и научные спутники, находящиеся на LEO. Отчасти эту проблему можно решить созданием новых систем перехвата, использующих не конвенциональное, а лазерное вооружение. Лазерный луч может быть наведен на оптические датчики, отвечающие за ориентацию ракеты. По информации, опубликованной в июле этого года в The Space Review, россияне уже приступили к разработке наземных лазерных установок, способных создавать помехи оптическим датчикам на спутниках слежения, поэтому работы в этом направлении становятся все более актуальными.
Еще одним слабым местом подобного созвездия спутников космического перехвата является необходимость их массового нахождения на орбите. Для создания надежной зоны покрытия, способной гарантировать защиту от гиперзвуковых ракет, могут понадобиться тысячи спутников-перехватчиков. Но и здесь есть удачные примеры, в частности SpaceX с ее спутниковой группировкой Starlink. За несколько лет компания доказала, что даже 3000 спутников единой системы на орбите — не предел. В конечном итоге вопрос заключается в том, сколько оборонные ведомства готовы потратить на создание систем подобного типа.
Очевидно, что новая война, развязанная Россией, вынуждает конгрессменов куда легче расставаться с деньгами на оборону. В июле 2022 года Пентагон объявил, что намеревается потратить $1,3 млрд на то, чтобы к 2025 году вывести на орбиту 28 новых спутников отслеживания ракетных пусков. Половину из этих аппаратов разработает Northrop Grumman Strategic Space Systems, остальные 14 — флоридская L3Harris Technologies, Inc.
Будущее противоракетных EO-систем
Сегодня становится все более очевидным, что основная ставка при создании новых поколений спутниковых систем ПРО делается именно на внедрение комплексной многофункциональной архитектуры. Расположенные на разных орбитах спутники смогут обеспечивать более устойчивое присутствие и гарантировать надежную зону покрытия, минимизируя время, необходимое на отслеживание пуска.
Изображение: CSIS Missile Defence Project
Принципы лазерной межспутниковой коммуникации, реализованные в подобных системах, заметно повысят скорость сообщения космических аппаратов друг с другом и со станциями приема и обработки данных, расположенными в центрах управления на Земле.
Несмотря на тенденцию постепенного перехода на LEO, разработчики новых систем не отказываются и от присутствия на GEO. Так, идейным продолжателем системы SBIRS в будущем выступит OPIR (Overhead Persistent Infrared Block), разработкой которого занимаются в Центре космических и ракетных систем (Space and Missile Systems Center, SMC). Новое поколение систем OPIR позволит предоставлять американским ВВС и ПРО актуальную информацию о зонах пролета ракет в кратчайшие сроки благодаря использованию спутниковой шины LM 2100 производства Lockheed Martin. Основной отличительной особенностью систем ракетного предупреждения нового поколения станет непрерывный инфракрасный мониторинг планеты, который позволит реагировать на ракетные угрозы в режиме 24/7. Ожидается, что уже к 2025 году на орбите появится первый блок спутников системы OPIR, три из которых разместятся на GEO и два — на HEO.
Усилия по укреплению орбитального противоракетного купола прилагает и Агентство космического развития (Space Development Agency, SDA). Специалисты агентства выступили с инициативой арендовать коммерческие станции по сообщению со спутниками, находящимися на LEO. Это позволит сэкономить миллионы долларов, которые пришлось бы выделить на постройку аналогичных объектов с нуля. Среди главных арендодателей подобных наземных станций рассматривается Amazon, которая в свое время построила их под потребности своей Amazon Web Service.
Война в Украине продемонстрировала, что в современных военных противостояниях линия фронта проходит через территорию всей страны, так как ракетной угрозе подвержены абсолютно все предприятия, инфраструктура и гражданское население, вне зависимости от их удаления от фактической зоны ведения боевых действий. От своевременного развития и внедрения новых типов орбитальных систем раннего предупреждения о ракетных угрозах будет зависеть безопасность и нормальное существование миллионов украинцев уже в недалеком будущем.
