Российская наука и техника

АНАЛИЗ

Людмила Белова

Олег Дубенсков

Алексей Кочкин

сотрудники НПО машиностроения

 

 

Для того, чтобы узнать о факте нарушения режима нераспространения ядерного оружия и предупредить об этом мировое сообщество, необходимы способы глобального контроля.

 

Контроль за ЯО может проводиться наземными, воздушными и космическими средствами. Наземный контроль под эгидой МАГАТЭ может осуществляться непосредственно на объекте предполагаемого получения делящихся материалов, изготовления и хранения компонентов ЯО и самого оружия. Это возможно только при договоренности о допуске на объект суверенного государства представителей МАГАТЭ. Если же страна будет вести разработку и изготовление ЯО тайно, то этот вариант официального доступа будет исключен. Воздушные способы контроля подразумевают размещение аппаратуры наблюдения на самолетах и вертолетах. Этот способ контроля ЯО, так же как и первый, возможен только при согласии подозреваемого государства на пролет над контролируемым объектом. В противном случае инспектирующий самолет или вертолет может быть сбит средствами ПВО контролируемой стороны. Контроль с борта космического аппарата (КА) является глобальным, доступным, неуязвимым и наиболее эффективным. На космическом аппарате может быть установлена аппаратура.

 

В США после 2000 г. для наблюдения за территорией вероятного нарушителя режима нераспространения предполагается использовать воздушно-космический самолет (планируется создать на базе экспериментального пилотируемого самолета X-30, предполагаемая скорость полета 25-27 тыс. км/час, высота 70-80 км;) и космические аппараты, выводимые на различные орбиты, вплоть до стационарной.

 

В условиях ограниченности военных бюджетов в США и Франции наблюдается тенденция разработки и применения технологий двойного назначения. Примером может служить использование вооруженными силами западных стран данных от коммерческих КА дистанционного многоспектрального зондирования земной поверхности. На таких КА устанавливается преимущественно оптико-электронная аппаратура, предназначенная для съемки заданных районов и объектов в различных спектральных диапазонах. Получаемые наземными станциями по радиоканалу данные преобразуются в изображения с разрешением до 10-30 м, достаточным для решения многих задач обзорной разведки и наблюдением за ведением боевых действий, что убедительно было продемонстрировано в ходе вооруженного конфликта в зоне Персидского залива, в Кувейте.

 

В настоящее время эксплуатируются два американских и три французских искусственных спутника земли (ИСЗ) такого назначения. Космические аппараты США (Лэндсат 4 и Лэндсат 5), запущенные в 1982 и 1984 гг., работают в режиме покадровой съемки (размер кадра 158 х 170 км на местности) в шести спектральных диапазонах видимого и ближнего ифракрасного диапазона (ИК) 0,45-2,5 мкм и в дальнем ИК - 10,4-12,5 мкм. Съемка ведется только по следу орбиты в надир (условная точка, противоположная зениту) с периодичностью для одного и того же района в 16 суток. Космические аппараты Франции Спот 1, Спот 2, Спот 3 запущены в 1986, 1990 и 1993 гг., соответственно, ведут покадровую (60 х 60 км) съемку двумя четырехканальными камерами, работающими в видимом и ближнем ИК диапазонах с разрешающей способностью до 10 м в многоспектральном режиме. Съемка может проводиться как по следу орбиты (в надир), так и до 475 км в сторону от местной вертикали.

 

По оперативно-техническим характеристикам спутники типов Лэндсат и Спот дополняют друг друга. Спутники США имеют более широкие спектральные возможности, больший размер кадра, предусмотрен режим сброса данных съемки в реальном масштабе времени через стационарные спутники-ретрансляторы. У французских космических аппаратов более высокое разрешение и возможность съемки в сторону от следа орбиты, что позволяет получать стереоизображения при съемке с разных витков, гибкий учет облачности и сокращение периодичности съемки районов (объектов) до 2,4 суток на широте 45о и чаще - в более высоких широтах. Информация, полученная с этих КА, используется в интересах разведки военно-экономического потенциала других стран, оценки оперативного оборудования ТВД, контроля за режимом функционирования крупных военных и военно-промышленных объектов, включая испытательные полигоны. Съемка определенных участков спектра позволяет получать изображения дна на глубине до нескольких метров. Многоспектральные и черно-белые снимки используются для создания или обновления топографических и цифровых карт любого района земного шара. Совмещение снимков местности с данными о рельефе, а также стереоснимки позволяют изготовлять топографические карты с горизонталями и формировать трехмерные изображения нужных районов под различными ракурсами.

 

Информация, полученная с помощью вышеуказанных КА, дополняется при необходимости данными других разведывательных источников и наоборот. Спутники такого назначения рассматриваются зарубежными специалистами как одно из основных потенциальных средств контроля за соблюдением договоров и соглашений о запрещении или сокращении вооружений, о нераспространении ЯО.

 

Для наращивания возможностей спутниковых систем наблюдения в США и Франции разработаны усовершенствованные КА с аппаратурой многоспектральной съемки в 1993 г.. Был запланирован запуск Лэндсат-6, но спутник не был выведен на рабочую орбиту из-за аварии. Следует отметить, что США, в связи с этим, вынуждены закупать информацию, получаемую с индийского космического аппарата PSSP.

 

В 1993 г. запущен французский КА Спот-3, который передает информацию с заявленным качеством. В 1996 г. планируется запустить КА Спот-4 с дополнительным каналом съемки в средневолновом инфракрасном диапазоне с разрешением 200 м., а в 1999 г. - Спот-5 с аппаратурой, разрешающая способность которой 5 м.

 

Однако, Лэндсат и Спот не всепогодны. Недостаток всепогодности устраняется установкой на космическом аппарате радиолокационных средств. Например, в 1991 г. Европейским космическим агентством запущен КА разведки природных ресурсов ERS-1, с бортовой радиолокационной системой (РЛС), обеспечивающей получение изображений с разрешением до 25 м в полосе обзора 100 км с периодичностью съемки до 3 суток вне зависимости от времени суток и погодных условий. В 1992 г. запущен японский КА разведки природных ресурсов GERS-1 с аппаратурой радиолокационной съемки земной поверхности в полосе 75 км с разрешением 18 м и многоспектральной оптико-электронной камерой (семь каналов видимого и инфракрасного диапазонов) с полосой обзора также 75 км и разрешением 18 и 50 м (в зависимости от участка спектра). В 1995 г. Канада вывела на орбиту КА, разработанный по программе Радар-сат, для разведки природных ресурсов с бортовой РЛС, .

 

Космический аппарат третьего поколения DSP-16 (США) выведен в 1992 г. на геостационарную орбиту. Он предназначен для обнаружения запусков баллистических ракет, регистрации ядерных взрывов и предупреждения о ракетных нападениях. КА DSP-16 размером 9,7 х 4,2 м и массой 2400 кг оснащен инфракрасным телескопом, в фокальной плоскости объектива которого установлено 6 тыс. фоточувствительных элементов.

 

В США, Франции и Китае осуществляются запуски КА радио- и радиотехнической разведки на высокие эллиптические орбиты (12-часовые) и стационарные (24-часовые). Это обеспечивает непрерывное круглосуточное перехватывание излучений практически с любой заданной территории, что позволяет выявлять дислокацию командных пунктов, пусковых установок БР (подвижных и стандартных), перехват каналов связи.

 

Ученые лаборатории Филлипса на собственной производственной базе завершают работы по созданию КА FORTE, впервые целиком изготовленного из композиционных материалов. Он выполнен в виде усеченного конуса длиной 2,1 м. Целевая аппаратура спутника включает приборы и системы для регистрации импульсов радиоизлучений, испускаемых вблизи поверхности Земли. Ожидается, что технологии, испытанные на спутнике, можно будет использовать на низкоорбитальных аппаратах военного назначения для обнаружения ЭМИ, испускаемых при взрывах скрытых ядерных устройств, изготовленных на технической базе стран третьего мира.

 

Вышеперечисленные КА и им подобные могут решать довольно широкий перечень задач обнаружения, приведенный в таблице 1.

 

США, Франция и Китай рассматривают космос как весьма приоритетное направление национальной оборонной политики. Эти страны стремятся к интеграции при разработке космических программ.

 

Необходимость международного сотрудничества в космосе признана ООН в 1963 г. Для эффективной реализации международных договоров и соглашений необходима разработка механизма их проверки. Это особенно важно с учетом возможности нарушений договоров военными ведомствами многих стран. В статье Х Договора "О принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства (включая Луну и другие небесные тела) 27 января 1967 г. говорится, в частности, что все КА должны быть открыты для представителей стран, подписавших Договор, на основе принципа взаимности. Но выполнение требований данной статьи сопряжено с большими трудностями, особенно если это касается использования ядерных технологий (двигательных установок, ядерных взрывных устройств) для мирных и военных целей. Только совместный международный контроль за освоением космоса и за разработкой ЯО может обеспечить глобальную безопасность. Несмотря на существование естественных опасностей для будущего человеческой цивилизации, главные опасности создаются самими людьми и являются результатом ожесточенного соперничества государств.

Аппаратура дистанционного наблюдения

 

Для контроля за нераспространением и испытанием ЯО в настоящее время могут использоваться КА различного назначения: коммерческие, топографические, обзорной, детальной и видовой разведки. Космические аппараты оснащаются аппаратурой: фотографической, оптико-электронной, работающей в различных участках электромагнитного спектра (УФ, ВД, ИК), радиолокационной и радиотехнической (возможно сочетание).

 

Основными параметрами аппаратуры дистанционного зондирования поверхности Земли с борта КА являются:

 

- разрешающая способность (математическое ожидание требуемого линейного разрешения на местности для обеспечения заданной вероятности обнаружения и правильной квалификации объектов и целей и их характерных признаков);

- полоса захвата;

- полоса обзора;

- спектральный диапазон, количество поддиапазонов;

- возможность и скорость перенацеливания;

- периодичность обзора (время между двумя последовательными просмотрами/покрытиями заданного района/объекта полосами обзора аппаратуры наблюдения);

- оперативность доставки потребителю информации (т.е. время с момента наблюдения объекта/района до момента получения информации потребителем в виде, пригодном для анализа и принятия решения);

- зависимость от освещенности солнечным светом (для оптической аппаратуры);

- время активного существования;

- производительность (характеризует объем доставляемой информации, а для систем наблюдения определяется площадью земной поверхности, покрываемой в единицу времени; условная производительность - количество наблюдаемых объектов на маршруте заданной длины или в течение суток).

Средства космического наблюдения обладают рядом преимуществ по сравнению с другими:

 

- возможность беспрепятственного и систематического контроля за территорией в любом районе Земли и околоземном космическом пространстве;

- глобальность наблюдения (широкие полосы захвата и обзора на поверхности Земли, достоверность контроля, высокая периодичность обновления информации и т.п.);

- большая производительность при высокой геометрической точности изображений объектов и целей;

- возможность комплексного применения технических средств наблюдения, основанных на различных физических принципах (оптические, радиолокационные, радиотехнические, лазерные и др.);

- выполнение задач контроля в любое время суток и года, в простых и сложных метеоусловиях;

- вскрытие замаскированных объектов и целей, определение их качественных характеристик (состояние, степень готовности к применению, функционирование и т.п.);

- сроки получения информации по наблюдаемым районам и объектам могут быть максимально приближены к времени, близкому к реальному;

- длительные сроки активного существования космических средств на орбите, а следовательно, и проведения наблюдения (контроля).

Космические средства могут подразделяться на:

 

- космические средства наблюдения объектов и целей на поверхности Земли и в ее атмосфере;

- космические средства контроля околоземного космического пространства (инспекция КА-целей).

Космические средства наблюдения объектов на поверхности Земли и в ее атмосфере получили наибольшее развитие и распространение как в интересах военных ведомств, так и для различных отраслей народного хозяйства (картографии, метеорологии, геологии, океанологии, сельском и лесном хозяйстве), а также фундаментальных научных исследований Земли и атмосферы как общей экологической системы. Ниже приведены сведения и основные технические характеристики аппаратуры наблюдения существующих и разрабатываемых космических средств, которые в принципе могут привлекаться для контроля нераспространения ЯО.

 

В качестве средств наблюдения в основном используется фотоаппаратура различного уровня разрешения на местности (обзорного, детального и осободетального уровня), специальная оптико-электронная аппаратура (детального и обзорного уровня), многоканальные оптические сканирующие устройства исследования природных ресурсов земли (видимого и ИК диапазона), а также всепогодные радиолокационные системы наблюдения обзорного уровня.

 

Космические средства наблюдения за околоземным космическим пространством практически не получили развития и ограничены проведением отдельных научно-технических проработок и экспериментальных исследований (проработки по инспекции в космосе, эксперименты в интересах программы СОИ и др.).

 

Были проанализированы характерные отличительные признаки КА с ядерными системами электропитания или системами ЯО. Этими признаками является:

 

- отсутствие солнечных батарей;

- длительный срок существования (не менее 10 периодов полураспада ЯМ, свыше одного года);

- отсутствие экипажа на борту;

- отсутствие фотографических средств на борту КА (вследствие необходимости защиты фотопленки от излучения для исключения появления вуали).

О наличии ядерных систем электропитания можно судить по компоновочной схеме КА, тепловому и ядерному излучениям. Так, например, радиоизотопный генератор может иметь форму цилиндра, сферы, эллипсоида вращения и других тел с радиаторами. Необходимость сброса тепла излучения с поверхности генератора обуславливает вынос его за пределы размещения остальной аппаратуры и минимальное затенение элементами конструкции КА. Наличие ядерного реактора на борту КА обуславливает: значительный уровень нейтронного и гамма-излучения, необходимость вывода КА на более высокую орбиту, специфическую формы и габариты, необходимость защиты по теневому принципу, что приводит к сильно вытянутой форме космического аппарата. Большая часть теплового излучения радиоизотопных генераторов приходится на область ИК излучения с l=(5-7,8) мкм (в зависимости от температуры излучающей поверхности). Знание ядерных излучений и спектра позволяет определить используемый изотоп, а значит - возможное время работы.

 

По полученному фотоснимку инспектируемого КА (цели) можно будет определить многие его важные характеристики (форму, размеры, направление вращения, конструктивные особенности). Оптико-электронные средства могут работать при условии освещения цели солнцем при соответствующем ракурсе, а ИК средства могут работать как на освещенном участке, так и в тени. В качестве основной аппаратуры для проведения наблюдения за объектами в околоземном пространстве может использоваться оптико-электронная и лазерная аппаратура (видимого и ИК диапазона), а также радиолокационные средства. Технические характеристики, которым должна удовлетворять указанная аппаратура, могут быть определены после получения ИД по демаскирующим признакам, сопровождающим использование элементов ЯО на космических объектах.

Требования к техническим средствам наблюдения

 

Проведенный американскими специалистами сравнительный анализ эффективности различных видов разведки показал, что в современных условиях наиболее информационными являются технические виды наблюдения, основанные на использовании радиолокационных, оптико-электронных (видимого, УФ и ИК диапазонов), радиотехнических, фотографических, лазерных и других средств [1].

 

Из сообщений зарубежной печати известно, что 20-25% информации, добываемой США, поступает из открытых источников (газет, журналов, радио и др.), 20-25% - из докладов официальных представительств США в других странах, 5% из неофициальных источников, а остальная часть (45-55%) приходится на технические средства разведки (наземные, космические, авиационные и др.). Около 65% всех ресурсов разведки выделяется службам наблюдения, которые занимаются прежде всего ведением воздушно-космической разведки с применением оптико-электронной, радиотехнической и радиолокационной аппаратуры.

 

Президент США Билл Клинтон подписал в начале 1996 г. специальную директиву, в которой, в частности, говорится о своевременном предотвращении распространения оружия массового пораженния, о своевременном предоставлении информации, необходимой для осуществления контроля за ходом выполнения международных договоров .

 

В этой директиве подчеркивается "необходимость совершенствования технической возможности в глобальном масштабе по вскрытию и определению характера действий других государств в области создания ОМП и средств его доставки, а также препятствовать такого рода деятельности".

 

Зарубежные специалисты считают, что наблюдение из космоса с использованием технических средств, работающих на различных физических принципах (оптико-электронных, инфракрасных, радиолокационных, радиотехнических, лазерных, фотографических и др.), занимают и будут занимать ведущее место в получении достоверной и оперативной информации о военном, военно-экономическом, научно-техническом потенциале государств, а также применении их для международного контроля над вооружением, нераспространением ЯО и для контроля кризисных ситуаций, возникающих в различных районах нашей планеты.

 

Для определения требований к техническим средствам наблюдения должны быть установлены демаскирующие признаки и характеристики излучения и отражения объектов наблюдения с целью выявить оптимальные рабочие диапазоны пространственного и спектрального разрешения.

 

К достоинствам оптико-электронной аппаратуры (видимая и ИК области спектра) можно отнести пассивный характер ее работы (наблюдение можно проводить скрытно, без активного излучения), высокое пространственное и спектральное разрешение. Основной недостаток оптической аппаратуры - возможность работы только при отсутствии облачности, определенный уровень освещенности местности (видимый диапазон), глубокое охлаждение фотоприемников (для дальней области ИК спектра). Эффективность ИК наблюдения зависит от местного времени суток: в дневное время, благодаря солнечной подсветке объектов, обнаружительная способность ИК аппаратуры выше, чем ночью. Оптимальные для работы ИК средств распределения температуры объектов наблюдения - предрассветные часы.

 

Основным средством всепогодного наблюдения является радиолокационная и ИК аппаратура, которая эффективно может дополняться оптико-электронной аппаратурой видимого и ближнего ИК диапазонов, а также радиотехнической аппаратурой. Однако при этом следует учитывать, что радиолокационная аппаратура является аппаратурой активного наблюдения и не обеспечивает скрытность его проведения. Для получения наиболее достоверной информации необходимо проводить комплексное наблюдение аппаратурой - РЛС, ИК, оптико-электронной аппаратурой (ОЭА), радиотехнической аппаратурой (РТА), лазерной аппарутурой (ЛА) и другой.

 

Выявление различных демаскирующих признаков ЯО с помощью оптической аппаратуры может осуществляться:

 

- по собственному излучению (люминисценции, ИК);

- по отраженному солнечному излучению.

Собственное излучение (люминисценция) - дискретно-непрерывная форма излучения с наличием многих ярковыраженных спектральных полос достаточной ширины или полосовой структуры (с узкими спектральными линиями). Собственное тепловое (ИК) излучение испускается всеми телами при любых температурах, отличных от абсолютного нуля. Характер излучения зависит от агрегатного состояния веществ. Спектры излучения газов состоят, как правило, из отдельных линий и полос, характерных для данного газа. Для спектров жидкостей характерно большое влияние межмолекулярного взаимодействия. Ширина полос возрастает, и появляются новые полосы, отсутствующие в спектрах газов. У твердых тел вследствие сильного взаимодействия между молекулами спектры излучения становятся сплошными. При этом фотоприемники аппаратуры должны иметь узкую мгновенную спектральную полосу пропускания, а для анализа всего спектра принимаемого излучения приемник должен быть перестраиваемым (или в аппаратуре должно быть предусмотрено необходимое количество каналов с фотоприемниками, работающими в различных спектральных диапазонах). Измерение спектрального распределения ИК излучения производится с помощью специальных оптико-электронных приборов (спектрометров). Следует отметить, что проведение детального анализа тонкой структуры спектрального излучения целей - достаточно сложная технически задача.

 

Оптико-электронная аппаратура позволяет получить информацию об объектах наблюдения на основе анализа распределения амплитуд отраженного солнечного излучения от объектов и целей на земной поверхности. Многоспектральные оптико-электронные системы - это системы, в которых для повышения дешифруемости получаемых изображений используется высокая цветоразличающая способность человеческого глаза. Принцип работы таких оптико-электронных систем заключается в том, что сигналы ее каналов, регистрирующих излучение объектов одновременно в нескольких спектральных диапазонах, подаются на блоки аддитивного светосмесительного устройства, создающего цветное синтезированное изображение в условных или естественных цветах, позволяющих с более высокой вероятностью по незначительным изменениям в цветах осуществлять обнаружение необходимых объектов и целей.

 

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Предварительные технические материалы эскизного проекта системы "Сельва".

2. Итоговый научно-технический отчет по НИР "КОСЭК", 1989г.

3. Зарубежное военное обозрение

4. Ракетно-космическая техника, ГОНТИ-1, 1977-1996 гг.

5. Сборник информационных материалов, #22-91. Приборная техника космических средств наблюдения. ГОНТИ-13, 1991 г.

6. Научно-технический отчет "Анализ требований к народно-хозяйственным космическим комплексам наблюдения земной поверхности", АО, "Косминформа", Москва, 1992 г.

7. Сборник информационных материалов #94-90. ИСЗ раннего предупреждения пусков стратегических ракет (программа), ГОНТИ-151, 1990 г.

8. Сборник информационных материалов "7-93. Средства наблюдения и раннего предупреждения систем ПРО, ПВО и ПКО США , 1993 г.

9. ТИИЭР, #6 1985 г.

12. Pre-Phase Study on the Advanced Land Mission ADLAND, 1993

13. Радиация. Дозы, эффекты, риск. Перевод с англ. - М, "Мир"

14. История развития разведывательного спутника "Биг Берд". Перевод 478, ГОНТИ-13, 1979 г.

15. Космическое оружие: дилемма безопасности. Под ред.Велихова Е.П., М, "Мир", 1986

16. Конверсия в машиностроении, #1, 1996

 

Сокращения

БСН - бортовая система накопления

ВА - возвращаемый аппарат

ВД - видимый диапазон

ИК - инфракрасный диапазон

ИКВ инфракрасная вертикаль

КА - космический аппарат

КСИ -капсула сброса информации

ОЭА - оптико-электронная аппаратура

ПЗС - прибор с зарядовой связью

ППИ -пункт приема информации

РЛС - радиолокационная система

РМВ -реальный масштаб времени

РТА - радиотехническая аппаратура

ЛА - лазерная аппаратура

СР - спутник-ретранслятор

ТВД - театр военных действий

УФ - ультрафиолетовый диапазон

ЯВ - ядерный взрыв

ЯО - ядерное оружие

Н - высота полета

i - угол наклона орбиты