Лазерная головка самонаведения

Лазерная головка самонаведения — это устройство, устанавливаемое на управляемых ракетах, бомбах и других боеприпасах, которое обеспечивает наведение на цель по отражённому лазерному излучению. Лазерная головка самонаведения (ЛГСН) относится к классу пассивных оптико-электронных систем самонаведения, так как она не излучает энергию сама, а принимает и обрабатывает сигнал, отражённый от цели, подсвеченной внешним источником — лазерным целеуказателем-дальномером.

Принцип действия

Основной принцип работы ЛГСН основан на обнаружении и отслеживании пятна лазерного излучения, которое формируется на цели при её подсветке. Процесс наведения включает несколько этапов:

Подсветка цели. Оператор (на земле, в воздухе или на корабле) с помощью лазерного целеуказателя-дальномера направляет узкий луч лазера на цель. Луч отражается от поверхности цели, создавая характерное световое пятно в лазерном диапазоне длин волн (обычно 1,064 мкм для твердотельных лазеров на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом — Nd:YAG).
Захват цели. ЛГСН, установленная на боеприпасе, сканирует пространство в поисках отражённого лазерного сигнала. После обнаружения пятна система переходит в режим захвата и начинает отслеживать его положение.
Слежение и коррекция. Оптическая система ЛГСН фокусирует отражённое излучение на фотоприёмнике (обычно на основе кремниевого фотодиода или ПЗС-матрицы). Электронный блок обрабатывает сигнал, определяя угловое отклонение оси головки от направления на пятно. Сигналы рассогласования передаются на автопилот или рулевые приводы ракеты, которые корректируют её траекторию, удерживая боеприпас на линии визирования цели.
Наведение на поражение. Ракета или бомба движется по траектории, обеспечивающей попадание в точку подсветки. В некоторых системах (например, в полуактивных лазерных головках) используется метод пропорционального сближения, при котором ракета стремится к точке, где угловая скорость линии визирования минимальна.

Важной особенностью является то, что лазерная подсветка должна быть непрерывной или импульсной с высокой частотой повторения (обычно 10–20 импульсов в секунду) на протяжении всего полёта боеприпаса до момента поражения. Если подсветка прекращается, головка теряет цель, и наведение срывается.

Устройство и основные компоненты

Конструкция ЛГСН включает несколько ключевых элементов, размещённых в обтекаемом корпусе, который устанавливается в носовой части боеприпаса:

Оптическая система. Состоит из объектива (линзы или зеркала), который собирает отражённое лазерное излучение и фокусирует его на фотоприёмнике. Часто применяется система с коническим сканированием или с неподвижной оптикой и вращающимся растром для определения угла отклонения.
Фотоприёмное устройство. Высокочувствительный фотодетектор, работающий в ближнем инфракрасном диапазоне (1,064 мкм). Для повышения помехозащищённости используются узкополосные оптические фильтры, пропускающие только длину волны подсветки.
Электронный блок обработки сигналов. Усиливает, фильтрует и декодирует сигнал с фотоприёмника. Вычисляет координаты пятна относительно оптической оси и формирует команды управления для рулевых приводов.
Система стабилизации и слежения. Обеспечивает удержание оптической оси на цели, компенсируя вибрации и манёвры боеприпаса. Включает гироскопы, акселерометры и сервоприводы, поворачивающие головку или зеркало.
Корпус с обтекателем. Изготавливается из материалов, прозрачных для лазерного излучения (например, из кварцевого стекла или сапфира). Обтекатель имеет аэродинамическую форму, обеспечивающую минимальное сопротивление.

Классификация

Лазерные головки самонаведения классифицируются по нескольким признакам:

По типу модуляции лазерного излучения

Головки с непрерывным излучением. Используются в системах, где лазер работает в непрерывном режиме. Проще по конструкции, но менее помехозащищены.
Головки с импульсным излучением. Работают с лазерными целеуказателями, излучающими короткие импульсы. Позволяют реализовать кодирование сигнала (например, изменение частоты повторения импульсов) для защиты от помех и распознавания «свой-чужой».

По способу наведения

Полуактивные лазерные головки (ПАЛГСН). Самый распространённый тип. Боеприпас не имеет собственного лазерного излучателя, а принимает отражённый сигнал от внешнего целеуказателя. Применяются в авиационных бомбах (например, КАБ-500Л, KAB-1500Л), ракетах «воздух-земля» (Х-29Л, AGM-114 Hellfire) и артиллерийских снарядах (Краснополь, M712 Copperhead).
Активные лазерные головки (АЛГСН). Содержат собственный лазерный излучатель, который подсвечивает цель, а затем принимает отражённый сигнал. Теоретически позволяют реализовать принцип «выстрелил и забыл», но на практике имеют ограниченную дальность из-за высокой мощности, требуемой для подсветки, и проблем с рассеиванием излучения. Встречаются реже, в основном в экспериментальных образцах.

По типу фотоприёмника

На основе фотодиодов. Простые, дешёвые, но менее чувствительные.
На основе ПЗС-матриц. Позволяют получать изображение цели, что повышает помехозащищённость и точность, но увеличивает стоимость и сложность обработки.

История развития

Первые разработки лазерных систем наведения начались в 1960-х годах, сразу после создания первых лазеров. В СССР и США работы велись параллельно.

1960-е — 1970-е годы. В США компания Texas Instruments создала первую серийную ЛГСН для бомбы Paveway I. В СССР в 1970-х годах были разработаны лазерные головки для авиабомб КАБ-500Л и КАБ-1500Л, а также для ракет Х-25 и Х-29. Первые системы были громоздкими и имели низкую помехозащищённость.
1980-е годы. Появились более компактные и надёжные головки с улучшенной оптикой и цифровой обработкой сигналов. В этот период были созданы артиллерийские снаряды с лазерным наведением (например, советский «Краснополь» и американский M712 Copperhead). ЛГСН стали стандартным оснащением высокоточных боеприпасов.
1990-е — 2000-е годы. Развитие микроэлектроники позволило уменьшить размеры и массу головок, повысить их чувствительность и помехозащищённость. Появились головки с комбинированным наведением (лазерное + инерциальное, лазерное + спутниковое), что позволило применять их в сложных метеоусловиях и при наличии дымовых завес.
2010-е — 2020-е годы. Современные ЛГСН интегрируются с системами автоматического распознавания целей, используют лазерные коды для предотвращения захвата ложных целей и защиты от лазерных помех. Активно разрабатываются головки, работающие в нескольких спектральных диапазонах (например, лазерном и тепловизионном) для повышения устойчивости к противодействию.

Применение

Лазерные головки самонаведения широко используются в различных типах вооружений:

Авиационные бомбы. Корректируемые авиабомбы (КАБ) с ЛГСН обеспечивают круговое вероятное отклонение (КВО) порядка 1–3 метров, что позволяет поражать точечные цели (бункеры, мосты, командные пункты) с минимальным сопутствующим ущербом. Примеры: КАБ-500Л, КАБ-1500Л (Россия), GBU-10, GBU-12 (США).
Управляемые ракеты «воздух-земля». Ракеты с ЛГСН применяются для поражения бронированной техники, укреплённых сооружений и кораблей. Примеры: Х-29Л, Х-25МЛ (Россия), AGM-114 Hellfire (США), AS-30L (Франция).
Артиллерийские снаряды. Высокоточные снаряды с лазерным наведением, такие как «Краснополь» (Россия) и M712 Copperhead (США), позволяют поражать цели с первого выстрела на дальностях до 20–25 км.
Противотанковые ракетные комплексы (ПТРК). Некоторые ПТРК (например, «Корнет» — разработка КБП, Россия) используют лазерное наведение по лучу, где ракета удерживается в центре лазерного луча, направленного на цель. Однако в этом случае головка самонаведения не является классической ЛГСН, так как ракета не ищет отражённый сигнал, а следует по лучу.
Зенитные ракеты. В некоторых зенитных ракетных комплексах (например, в ПЗРК «Стрела-10») применяется лазерное наведение, но обычно это системы с командным наведением по лучу, а не с самонаведением.

Достоинства и недостатки

Достоинства

Высокая точность. КВО современных боеприпасов с ЛГСН составляет 1–3 метра, что позволяет поражать цели с минимальным расходом боеприпасов.
Селективность. Возможность поражения конкретной цели в группе, так как подсветка производится оператором именно на нужный объект.
Относительная простота и дешевизна по сравнению с системами с активным радиолокационным наведением.
Возможность применения с различных носителей (самолёты, вертолёты, беспилотные летательные аппараты, наземные комплексы).

Недостатки

Зависимость от внешней подсветки. Оператор или носитель с лазерным целеуказателем должен находиться на линии визирования цели до момента поражения, что подвергает его риску ответного огня.
Уязвимость к помехам. Дымовые завесы, туман, пыль, а также лазерные средства противодействия (например, системы постановки лазерных помех) могут ослепить или обмануть головку.
Погодные ограничения. Облачность, осадки и сильная задымлённость снижают дальность обнаружения и точность наведения.
Необходимость кодирования сигнала. Для предотвращения перехвата управления или захвата ложной цели требуется кодирование лазерного импульса, что усложняет систему.

Интересные факты

Первое боевое применение лазерных бомб с ЛГСН состоялось во время войны во Вьетнаме в 1968 году, когда американские самолёты F-4 Phantom II использовали бомбы Paveway для разрушения моста Тханьхоа, который ранее не удавалось поразить обычными бомбами.
В России и СССР разработкой лазерных головок самонаведения занимались такие предприятия, как НПО «Геофизика» (Москва) и КБ «Луч» (Рязань). Созданные ими головки устанавливаются на боеприпасы семейства КАБ, Х-25, Х-29 и «Краснополь».
Современные ЛГСН могут работать в режиме «лазерного кода», когда каждому боеприпасу присваивается уникальный код импульсов подсветки, что позволяет одновременно наводить несколько ракет на разные цели, не опасаясь взаимных помех.

Источники

Бабичев В. И., Гусев В. В., Козлов В. И. «Системы самонаведения управляемых ракет». — М.: Воениздат, 1985.
Кириллов В. А. «Оптико-электронные системы самонаведения». — М.: Машиностроение, 2004.
Jane’s Air-Launched Weapons. — Jane’s Information Group, 2020.
Шипунов А. Г., Березин С. М. «Высокоточное оружие: теория и практика». — Тула: ТулГУ, 2012.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →