Федосов Е.А. во главе направления НИИ-2 по созданию управляемого вооружения

Как уже было сказано, я возглавил направление, связанное с управляемым вооружением, с автоматизацией боевых режимов самолетов, но для меня по-прежнему оставалось тайной, что же собой представляют истребитель и бомбардировщик с точки зрения такой автоматизации. Личного опыта в этой области я не имел никакого, хотя был одним из немногих в НИИ, кто достаточно хорошо владел теорией управления и технологиями управляющих систем. Но мне ведь надо было работать с научными коллективами, которые уже имели достаточно большой практический опыт по решению проблем, за которые я только принимался. Это коллектив лаборатории *2 , которым руководил Евгений Иванович Чистовский . Его правая рука - Иосиф Аркадьевич Богуславский , который, кстати, в это время не без моей помощи переключился на работу по космическим программам.

Лабораторию *3 вел Константин Александрович Сарычев ; здесь занимались ударной, фронтовой и дальней бомбардировочной авиацией, в то время изучая в основном бомбардировочные режимы. Это были уже сложившиеся коллективы, где хорошо понимали, что такое задачи бомбометания и прицеливания, владели их теорией. И когда я посмотрел на нее с позиций собственного опыта, я вдруг уловил в ней некие общности с теорией самонаведения. Но это самонаведение - в конечную точку, а не в цель, то есть вывод самолета на определенный режим, когда надо сбросить бомбу. В какой-то мере, если сравнивать кинематические зависимости бомбометания, они напоминают самонаведение ракеты. В то же время и истребитель, который наводился на воздушную цель (только в нем сидел пилот) обладал закономерностями, очень похожими на самонаведение ракеты.

Но истребитель специфичен. Ракета обладает аэродинамической симметрией, а именно так строились ракеты класса "воздух - воздух" - крестокрылое оперение, цилиндрический фюзеляж, что заметно упрощает задачи управления. А самолет - это ярко выраженное крыло, состыкованное с фюзеляжем. Чтобы им управлять, надо создавать крен - координированный разворот, когда подъемная сила используется для того, чтобы создавать боковое и вертикальное движение самолета. То есть налицо специфическая динамика управления несимметричным объектом. Кроме того, самолет пилотирует летчик . Человек есть человек, и полностью исключать его из процесса наведения нельзя, он замыкает контур управления. Если смотреть на человека , как на звено в этом контуре, то можно и его динамику представить с помощью дифференциальных уравнений, описывающих его действия как оператора. Поэтому было введено понятие "передаточная функция человека" . И оказалось, что наряду с традиционными динамическими звеньями в передаточной функции человека присутствует запаздывание - время, за которое человек воспринимает информацию и начинает реализовать. Вот это временное запаздывание , которое связано с мышлением, принятием решения, с точки зрения теории управления является очень неприятным звеном, которое может привести к потере устойчивости и т.д. Более того, когда стали углубленно изучать человека, оказалось, что он - система со случайными параметрами, поскольку в разных условиях от него в принципе можно ожидать каких угодно неадекватных действий. Если же подойти к нему примитивно и усредненно, его можно описать достаточно точно, и тогда самонаведение истребителя (с учетом специфики несимметричной аэродинамики), очень напоминает решение для любой самонаводящейся системы перехвата - будь она зенитной, класса "воздух - воздух" или истребителем. В конце концов зенитную ракету можно рассматривать, как беспилотный истребитель.

Кстати, в это время в КБ С. А. Лавочкина строилась ЗРК "Даль" именно как беспилотный самолет-истребитель. Она тоже была аэродинамически несимметрична и по способу наведения очень похожа на самолет.

Прогресс в авиации привел к тому, что истребитель уже имел два ярко выраженных режима полета при перехвате цели. Сначала он выводился к ней с земли - системой командного наведения , когда летчику на директорные приборы по линиям связи передавался нужный курс, высота и скорость. Он пилотировал по ним самолет, пока его бортовой локатор, который находился в режиме поиска, не захватывал цель. Тогда летчик переходил на режим бортового наведения , что фактически и было самонаведением. Он получал на прицельном индикаторе метку цели и далее пилотировал самолет с учетом совмещения этой метки с текущей маркой положения самолета. Так что в динамическом плане самонаведение ракеты и перехват цели самолетом- истребителем очень похожи.

Но в каждом техническом направлении есть своя специфика, какие-то традиции, складываются свои школы, рождается терминология. Мы, к примеру, работая в одном и том же институте над ракетами класса "воздух - воздух" и над истребителем, иногда друг друга плохо понимали, хотя говорили об одном и том же. Ведь терминология во многом определяется личностью людей, их подходом к решению проблем и т.д. Поэтому моя задача заключалась в том, чтобы сначала хотя бы научиться понимать, что делается в коллективах, которыми мне предстоит руководить: я-то в них не работал. Мне необходимо профессионально стать на их уровень. При этом, конечно, я не обязан погружаться в тонкости каждого направления - это и не по силам одному человеку. Потому и существует иерархия управления, где у человека на каждом уровне имеется свой круг вопросов. Но профессиональное понимание деятельности коллективов необходимо. Поэтому мне пришлось оставить ракетную технику , тем более, что считалось: там работают уже вполне квалифицированные люди и погрузиться в проблематику авиационных систем. Для этого пришлось прочитать гору литературы, множество работ ЦАГИ, ЛИИ, всех классиков - И. В. Остославского , Г. С. Бюшгенса , В. С. Ведрова , М. Р. Тайца , Г. С. Калачева . Мне надо было разобраться в вопросах динамики управления самолетом, потому что аэродинамику я немного знал, и даже, как уже писал выше, набрался смелости прочитать курс лекций по этому предмету в МВТУ.

Естественно, я окунулся и в реальные программы, которые вел наш институт, в первую очередь в работу над системой "Ураган-5" , предшествовавшей МиГ-25 . В этой системе создавались экспериментальные самолеты фирмы Микояна, где как раз и отрабатывались режимы командного и бортового наведения. При этом мы столкнулись с различными проблемами эргономики кабины, со сложностью восприятия летчиком показаний индикаторов. Все это требовало глубокого изучения и выдачи необходимых рекомендаций. Почему так остро встал вопрос о перехватчике.

Дело в том, что понимание воздушного боя как дуэли истребителей базировалось на опыте Второй мировой войны , и вопрос автоматизации этой дуэли еще не стоял столь остро, а задача перехвата бомбардировщиков в это время вышла на первый план. Мы противостояли прежде всего Америке, ее стратегическая авиация стала считаться нашим основным противником и в случае возникновения конфликтных ситуаций надо было остановить ее налет, а не вступать во встречные воздушные бои с истребителями. Проблемы с ними возникли немного позже, когда СССР стал принимать участие в арабо-израильских и других локальных конфликтах.

В период же конца пятидесятых - начала шестидесятых годов мы вплотную занимались решением задачи перехвата бомбардировщиков. А поскольку она очень сильно напоминала задачу самонаведения ракеты, мне была достаточно хорошо знакома динамика и логика таких процессов. Поэтому очень многое из того, что было достигнуто при работе над ракетами класса "воздух- воздух", мы стали внедрять в методику моделирования полета истребителей- перехватчиков.

Но одновременно мне пришлось вплотную заняться и проблемами бомбометания , поражения наземных целей, которые для меня были в полном смысле "терра инкогнита". Институт занимался уже и управляемыми ракетами, работающими по наземным целям, но бомбометание - специфическая задача, когда нужно вывести самолет с определенной скоростью в некую точку, из которой баллистическая траектория бомбы накроет цель. Для этого нами широко применялись методы лабораторного имитационного моделирования , которое мы назвали полунатурным , поскольку аппаратура была реальной, а сам полет моделировался в вычислительной машине. То есть, выражаясь современным языком, полет был виртуальным, а аппаратура - реальной. Но чтобы она работала в реальном режиме, на ее вход надо было подать из виртуального пространства вычислительной машины столь же реальную физически воспринимаемую информацию, преобразованную из цифровой или аналоговой модели - будь то движение линии визирования, угловое движение самолета или ракеты, скоростной напор на входе системы воздушных сигналов, сигнал на входе радиовысотомера.

Наш институт был одним из ведущих НИИ в разработке методов цифрового моделирования. И поскольку в то время БЭСМ делали только первые шаги, мы, как я уже писал, стали разрабатывать свою машину, способную моделировать процессы в реальном масштабе времени , то есть обладающую таким быстродействием, чтобы вычислительные процессы не опаздывали по отношению к реальным, и на вход приборов поступала реальная информация. Для этого нам пришлось делать скоростную машину, каковых в СССР еще не было. Однако к тому моменту, когда мы сделали ВДМ-101 и начали моделировать полеты, появились "бурцевские" машины и на каком-то этапе институт просто закупил две или три машины заводского исполнения - М-50 и 5Э51 , а впоследствии и "Эльбрус" . С их помощью перехват цели самолетом-истребителем мы уже моделировали на более высоком уровне - чисто "цифровом", целиком внутри машины. Никто ничего подобного до этого в Советском Союзе не моделировал в реальном времени на цифровых машинах. Они ведь создавались как управляющие для систем ПРО , а при решении авиационных задач они как моделирующие не применялись. В общем, я стал одним из тех, кто начал внедрять в институте моделирование процесса самонаведения истребителей с использованием ЦВМ, поскольку еще у себя в отделе очень много занимался цифровым моделированием ракет.

Надо сказать, что применение цифровой техники в моделировании, как и в управлении, рождало дополнительные проблемы. Действительно: процессы в машине живут своей жизнью в особом "виртуальном" мире. Здесь, кстати, рождаются очень интересные философские вопросы о существовании материального и идеального миров в машине. Так вот, идеальный мир должен в динамическом плане соответствовать реальному пространству и времени, и нам надо было понять, насколько этот виртуальный мир искажает процессы реального мира, совместимы ли они. Оказалось, что на этапе преобразования цифровой информации в аналоговую и ее "входа" в реальный мир появляются ступенчатые нелинейности, связанные с разрядностью преобразований сигнала "туда и обратно", а также определенное запаздывание в процессе обмена информацией между машиной и реальной средой. Все это надо было увидеть и понять самим, поскольку тогда использование цифровой техники в управлении только начиналось и было засекречено, так что ничего на эту тему в литературе не публиковалось.

Полунатурное моделирование - это тоже в какой-то мере управление, поскольку представляет собой некий замкнутый процесс, в который включена цифровая машина. Когда ЦВМ появилась на борту ракеты и самолета, мы столкнулись с проявлением тех же физических закономерностей, что и при полунатурном моделировании - физические параметры полета преобразуются в цифровую информацию, машина ее "осмысливает", вырабатывает управляющие сигналы, которые снова преобразуются и выходят в реальный мир.

Одновременно с изучением процессов перехвата мне пришлось вплотную заняться и проблемами бомбометания . Здесь необходимо вывести самолет уже не на цель, а в некую точку, с которой начинается траектория падения бомбы. Эта задача и рассматривается в теории бомбометания, причем она распадается на две фазы: сначала надо точно выйти в точку сброса бомбы, а затем довернуть самолет по курсу полета так, чтобы траектория падения бомбы пересекала цель. Эта вторая фаза получила название "боковой наводки". В ней участвует динамика самого самолета - его надо накренить, ввести в вираж и выйти на нужный курс, но одновременно надо не упускать из виду и визировать цель. Вот здесь и возникает связка, похожая на самонаведение, поскольку необходимо вести визирование цели, а еще - учитывать баллистику падения бомбы. Этой теорией бомбометания занимались многие наши корифеи, начиная с Н. Е. Жуковского , но наиболее впечатляющие результаты были достигнуты академиком Н. Г. Бруевичем , заведующим кафедрой бомбометания академии им. Жуковского и сотрудниками нашего института, которые этой проблемой занимались со дня его основания. В их числе Г. Г. Абдрашитов , который первым стал изучать вопросы боковой наводки. Американцы на В-29, а соответственно и мы на Ту-4 , задачу бомбометания решали с помощью прицела ОПБ-5 . Сигнал с него шел на авиапилот, который автоматически выводил самолет на цель и так же автоматически обеспечивался сброс бомбы. Я с этой проблемой столкнулся, когда началось освоение бомбометания с самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью . До этого все бомбы сбрасывались на "дозвуке", в том числе с Ту-16 и других машин.

Надо сказать, что бомбардировочная авиация в эти годы мало развивалась, потому что Хрущев считал, что вообще ею нет смысла заниматься, поскольку есть МБР .

См. НИИ-2: Отработка бомбометания с самолета Як-28И

Ссылки: