Без спутников и GPS: как в СССР создали сверхточную систему наведения ракет
В эпоху холодной войны советские учёные в обстановке строгой секретности создали каталог слабых звёзд (КСЗ). Эта карта светил оказалась самой точной по тем временам — американские учёные смогли создать подобное лишь через 40 лет. Рассказываем, как советская наука опередила западных конкурентов и создала систему координат, которая легла в основу навигации ракет с ядерными боеголовками.
Зачем военным идеальные звёзды
Основой навигации для межконтинентальных баллистических ракет (МБР) и подводных лодок служит инерциальная навигационная система. Она работает за счёт гироскопов и акселерометров. Но у механических гироскопов есть серьёзный недостаток: со временем они накапливают ошибку из-за трения деталей и перепадов температур. Смещение оси прибора всего на 0,001 градуса приводит к тому, что боеголовка промахивается мимо цели на километры.
Чтобы убрать эту ошибку, инженеры придумали систему автоматической астрокоррекции. Во время полёта ракета приоткрывает иллюминатор оптико-электронного датчика и делает снимок звёздного неба. Бортовой компьютер сверяет этот снимок с эталонной картой в своей памяти, понимает, насколько сбился гироскоп, и обнуляет ошибку. По такому принципу работали ракеты Р-29Р и экспериментальная крылатая ракета «Буря».
Развитие систем астрокоррекции шло очень быстро:
- Комплекс Д-9 с ракетой Р-29 был принят на вооружение в 1974 году. Это был первый в мире ракетный комплекс, использующий бортовую астрокоррекцию. Дальность его стрельбы составляла 7800 километров.
- К 1986 году на вооружение поступил комплекс с ракетой Р-29РМ, дальность которого превысила 8300 километров. В новой ракете использовалась совмещённая система наведения: она ориентировалась и по звёздам, и по системе ГЛОНАСС.
Чтобы эта технология работала без сбоев, координаты звёзд в памяти компьютера должны быть вычислены с точностью до десятых долей угловой секунды. Любая неточность в карте приводила к гарантированному промаху.
Почему западные каталоги ошибались
Западные фундаментальные каталоги, такие как немецкие FK3 и FK4, строили свою систему координат на основе очень ярких звёзд. Их легко найти на небе, но крайне сложно измерить точно. При фотографировании на пластинку яркая звезда оставляет слишком большое и размытое пятно. Из-за этой «ошибки блеска» определить точный геометрический центр звезды невозможно.
Ещё одна проблема заключалась в том, что звёзды движутся. Земная ось также постоянно смещается из-за прецессии и нутации. Попытки рассчитать положение звёзд на годы вперёд приводили к постоянному накоплению ошибок. Западные карты быстро устаревали и требовали бесконечных перерасчётов.
Объект 825 ГТС: подземная цитадель, о которой СССР молчал 40 лет
Обходной манёвр пулковских астрономов
Решение этой проблемы предложили задолго до полёта первых ядерных ракет, ориентирующихся по звёздам. В 1939 году советские астрономы Пулковской обсерватории М. С. Субботин и А. Н. Дейч предложили привязать сетку координат не к ярким звёздам нашей Галактики, а к далёким внегалактическим туманностям и квазарам.
Эти объекты находятся от Земли на расстоянии миллионов и миллиардов световых лет. Поэтому их собственное движение для земного наблюдателя практически равно нулю. Они стали неподвижными «гвоздями», к которым учёные намертво привязали советскую карту неба.
Европейское космическое агентство пришло к использованию внегалактических объектов (система ICRF) только к концу 1990-х годов. Таким образом, советская теоретическая база опередила западную науку почти на 40 лет.
Инженерный триумф в стекле и металле
Реализация этого проекта потребовала десятилетий работы от сотрудников Пулковской, Ташкентской обсерваторий и ГАИШ МГУ. Небо фотографировали на стеклянные пластины с помощью Нормального астрографа, который был установлен в Пулково ещё в 1893 году. Использование стекла вместо плёнки исключало температурную усадку и деформацию изображения.
Чтобы исключить человеческий фактор при обработке снимков, инженеры создали специальные измерительные машины. Они в автоматическом и полуавтоматическом режиме считывали координаты звёзд со стёкол с точностью до долей микрона.
Параллельно нужно было решить проблему деформации самих телескопов. Металлическая труба обычного телескопа прогибается под воздействием гравитации, что даёт погрешность до двух угловых секунд. В 1952 году конструктор Л. А. Сухарев построил в Пулково Горизонтальный меридианный круг. Он заменил тяжёлую поворотную трубу на компактное плоское зеркало. Это позволило полностью устранить гравитационное искажение и добиться невиданной точности.
Как оцифровали Вселенную для ракет
Собранный массив данных нужно было поместить в память бортовых компьютеров ракет. Но советские вычислительные машины серий «Аргон» и «Салют» обладали крайне малым объёмом памяти на магнитных ферритовых сердечниках. Загрузить туда полный каталог звёзд было физически невозможно.
Тогда советские математики разработали алгоритмы сжатия. Оптико-электронная головка наведения сканировала небольшой участок неба и вычисляла угловые расстояния между группами звёзд. Программа мгновенно распознавала созвездия по этим расстояниям, отсеивая облака, помехи и даже вспышки от ядерных взрывов.
Эта технология сделала навигационные комплексы советских подлодок проектов 667Б «Мурена» и 667БДР «Кальмар» полностью автономными. Им больше не нужно было всплывать на поверхность для связи, что сделало их невидимыми для врага. Точно такие же системы астрокоррекции успешно работали в космосе на станциях «Салют» и «Мир».
Шок западных учёных
После распада СССР в 1990-х годах военные архивы открыли, и советские каталоги слабых звёзд стали доступны мировому научному сообществу.
В это же время в Европе завершали обработку данных с новейшего космического телескопа Hipparcos. Этот аппарат за сотни миллионов долларов был запущен в 1989 году специально для создания точной карты неба без помех земной атмосферы. Когда западные астрономы сравнили свои спутниковые данные с советскими наземными картами, они были поражены. Систематическая точность советских каталогов, сделанных на Земле с помощью аналоговых пластин, практически не уступала данным дорогостоящего космического аппарата. За этот труд группа российских учёных в 1999 году получила престижную Ломоносовскую премию.
Советская секретная звёздная карта доказала простую вещь. Глубокие фундаментальные исследования, которые на первый взгляд кажутся оторванными от реальности, в критический момент могут стать основой для насущных прикладных задач. Вычисленные десятилетия назад координаты звёзд до сих пор остаются надёжным ориентиром в навигации.
Подписывайтесь на Рамблер в Max! Так мы останемся на связи даже в нестабильные времена.
«Вечный двигатель» из 90-х: как чиновников обманули на отоплении