Американские космические системы видовой разведки

Работы по созданию систем видовой космической разведки начались в США в конце 50-х годов. Их вели ВВС и ЦРУ в рамках программы WS-117L по трем взаимосвязанным проектам - «Корона», «Сентри» и «Мидас». Лучшие результаты были достигнуты в ходе исследований по проекту «Корона», согласно которому на экспериментальных ИСЗ типа «Дискавери» отрабатывалось функционирование аппаратуры фоторазведки, а также возвращение отснятой на орбите пленки на Землю в капсулах.

В августе 1960 года были получены первые снимки территории СССР из космоса, необходимые американским специалистам для оценки работ по советской ракетной программе в связи с вынужденным прекращением в мае 1960 года полетов высотных самолетов-разведчиков U-2. Для возвращения фотопленки использовались капсулы производства фирмы «Дженерал электрик» (размер 0,7 х 0,8 м, масса около 90 кг), которые отстреливались от космического аппарата (КА) и после торможения опускались на парашюте в назначенном районе Тихого океана. Несмотря на отдельные неудачи (например, одна из капсул из-за неполадок упала в советском районе Арктики), проект «Корона» положил начало оперативным системам космической фоторазведки, применявшимся до середины 80-х годов.

По второму проекту - «Сентри» - разрабатывалась аппаратура видовой разведки, позволяющая передавать полученные данные на Землю по радиоканалу. Рассматривалась возможность съемки с помощью бортовых телевизионных систем фотопленок, проявленных на борту КА (по аналогии с камерами «Поляроид»), а также непосредственно поверхности Земли. При высокой оперативности передачи информации (в пределах нескольких часов) эта аппаратура по сравнению с капсульными фотосистемами имела невысокую разрешающую способность. По свидетельству экспертов, первые снимки, переданные с борта экспериментальных ИСЗ «Сэмос», были такого низкого качества, что их не удалось привязать к конкретным географическим районам. После доработок данная аппаратура стала использоваться для обзорной видовой разведки. По сообщениям американской прессы, со спутников «Сэмос» были обнаружены строящиеся советские атомные ракетные подводные лодки и шахтные пусковые установки межконтинентальных баллистических ракет СС-7 и -8.

Научно-технический задел, полученный в результате реализации проекта «Сентри», позволил НАСА в 1966 - 1968 годах с помощью КА «Лунар орбитер» осуществить дистанционную съемку поверхности Луны с целью выбора мест будущих посадок космических кораблей серии «Аполлон». Основная аппаратура ИСЗ массой всего 66 кг включала камеру с двумя объективами, оборудование для проявления пленки (фирмы «Истмэн Кодак») и построчной передачи изображений по радиоканалу («Си-би-эс лэбораториз» и «Филко-Форд»). По оценкам американских специалистов, использование в такой камере объектива с фокусным расстоянием до 1 м позволило бы спутникам типа «Сэмос» получать изображения наземных объектов с разрешающей способностью около 2 м.

Реализация проекта «Мидас», предусматривавшего разработку космической аппаратуры обнаружения теплового излучения факелов межконтинентальных баллистических ракет, привела к созданию в конце 60-х годов системы обнаружения пусков баллистических ракет IMEWS (Подробнее об этом см.: Зарубежное военное обозрение. -1994. - N 12. - С.34 - 40. - Ред..)

Для координации усилий различных ведомств в области космической разведки в августе 1960 года организовано национальное управление по разведке (NRO - National Reconnaissance Office), куда вошли представители ЦРУ, ВВС и ВМС США, а в 1961-м был сформирован национальный центр дешифровки фотоизображений (NPIC - National Photo Interpretation Centre), расположенный в пригороде Вашингтона.

Рис.1. Внешний вид и компоновочная схема широкоформатной камеры LFC: 1 - объектив; 2 - устройство смены фильтра; 3 - термозащитные крышка и кожух объектива; 4 -затвор объектива; 5 - устройство протяжки пленки

Рис.2 Схема организации управления и передачи данных в системе ОЭР на базе ИСЗ KH-11

Совершенствование систем видовой разведки проходило по следующим направлениям: повышение надежности, увеличение разрешающей способности и срока активного функционирования ИСЗ, оптимизация параметров рабочих орбит.

Все американские спутники видовой разведки с 70-х годов запускаются с Западного ракетного полигона (авиабаза Ванденберг, штат Калифорния) на полярные солнечно-синхронные орбиты, что обеспечивает просмотр участков Земли в одно и то же местное время. При этом используются, как правило, так называемые «утренние» орбиты, которые позволяют просматривать поверхность Земли на нисходящей части витка утром (с 9 до 11 ч по местному времени). Увеличение срока активного функционирования ИСЗ с нескольких недель до нескольких месяцев обеспечило к середине 70-х годов сокращение ежегодного количества запусков космических аппаратов с шести до одного, а с 1977 года дало возможность держать на орбите постоянно, как минимум, один спутник видовой разведки. Опыт эксплуатации первых систем фоторазведки привел к необходимости разделения функций детальной (close-look) и обзорной (area surveillance) разведки. Обзорные системы с широкой полосой захвата (100 - 400 км) использовались для просмотра обширных участков местности с целью поиска нужных объектов, которые в дальнейшем подвергались детальной съемке при небольшой полосе просмотра (10-20 км), но с высоким разрешением.

Наиболее совершенным американским ИСЗ детальной фоторазведки является КН-8 (американские спутники видовой разведки имеют наименование keyhole - «замочная скважина»). Эти космические аппараты, известные еще как «Гамбит» или «Сэмос-М», эксплуатировались в 1966 - 1984 годах и стали самыми распространенными американскими ИСЗ видовой разведки (на орбиту было запущено около 50). КН-8, разработанный фирмой «Локхид» на базе ступени «Аджена» с двигательной установкой многократного включения, предназначался для съемки стратегических объектов с высокой разрешающей способностью (до 0,2 м - наилучший показатель, достигнутый американскими КА детальной разведки).

Высокое разрешение достигалось путем установки на спутнике длиннофокусной оптической системы и уменьшения высоты перигея орбиты до 120 км. Для компенсации падения высоты из-за торможения ИСЗ в верхних слоях атмосферы и удержания перигейного участка орбиты над Северным полушарием ежесуточно проводились маневры по коррекции параметров орбит. Из-за большого расхода топлива срок функционирования КА на орбите в 60-х годах составлял около 10 сут, но затем в результате модернизации бортовых систем спутника продолжительность эксплуатации была увеличена до 125 сут. Последние образцы КН-8, запускавшиеся в 80-х годах, предназначались для отработки перспективной аппаратуры видовой разведки (в частности, системы передачи изображений по радиоканалу) в рамках программы FROG (Film Read-Out Gambit).

По данным американской печати, основными задачами этих спутников в 70-х годах были: поиск шахтных пусковых установок новых советских МБР; наблюдение за стратегическими базами и комплексами ПРО и ПКО; слежение за ходом боевых действий между Ираком и Ираном, а также в Афганистане. В 1984 году ИСЗ КН-8 (международный номер 84 391) активно использовался для съемки района боевых действий, которые велись между советскими войсками и отрядами афганской оппозиции в долине р. Панджшер. Результаты космической разведки, согласно сообщениям печати, передавались афганским боевикам, чтобы они могли избежать ударов советских войск. В 80-х годах специалисты Пентагона предоставляли Ираку спутниковые снимки территории Ирана, которые позволяли планировать ракетные и авиационные удары по объектам противника.

Для наведения спутников детальной разведки КН-8 использовались данные предварительного нацеливания, получаемые от ИСЗ обзорной фоторазведки типов КН-7 (с 1966-го по 1972-й) и КН-9 (с 1971-го по 1984-й). На базе широкоформатной оптической системы, разработанной фирмой «Айтек» для КН-7, в дальнейшем была создана широкоформатная камера LFC (Large Format Camera), которая в 1984 году устанавливалась в грузовом отсеке космического корабля «Шаттл» и применялась для картографической съемки местности (рис. 1). Ее масса 430 кг, размер 1,3x0,7x0,9 м, фокусное расстояние объектива 30,5 см, формат пленки 23x46 см, разрешающая способность камеры 90 лин/мм . При высоте орбиты 180 км (типовая высота перигея КН-7) размер кадра на местности составляет 270x136 км, а разрешающая способность - менее 10 м. Камера LFC позволяет получать цветные и черно-белые снимки, а также формировать стереопары с точностью определения высотного рельефа местности до 9 м. Последние применяются картографическим управлением министерства обороны США для разработки цифровых карт рельефа местности, используемых в системах наведения крылатых ракет.

В 1966 - 1971 годах фирма «Локхид» на основе базовой ступени «Аджена» разработала ИСЗ КН-9 (LASP), который предназначался для комплексного решения задач обзорной и детальной видовой разведки. В состав бортовой аппаратуры спутника входили оптические системы двух типов: длиннофокусная камера детальной фоторазведки (масса 8,1 т) фирмы «Перкин-Эльмер»; камера обзорной фоторазведки («Истмэн Кодак»).

Для возвращения на Землю отснятой фотопленки на КА имелись четыре - шесть капсул. Предполагается, что информация обзорной разведки могла быть передана также по радиоканалу через бортовую антенну диаметром 6 м.

В процессе совершенствования бортовой аппаратуры в 1973 году на борту ИСЗ LASP-5 дополнительно была установлена широкоформатная камера для картографической съемки местности с высокой точностью определения координат целей в интересах картографического управления министерства обороны США. В 1977 году появились сообщения о размещении на ИСЗ LASP-13 аппаратуры радиотехнической разведки. Программа запусков КА типа КН-9 завершилась в 1986 году после неудачной попытки вывести на орбиту последний, 20-й образец. Благодаря менее интенсивному (трехсуточному) циклу проведения коррекций продолжительность их функционирования, в начале 70-х годов составлявшая всего 40 - 50 сут, к 1984-му достигла 275 сут.

Как сообщалось в западной прессе, основными объектами разведки КА КН-9 по-прежнему оставались советские стратегические объекты и полигоны. Один из спутников (КН-9 N 18) использовался в 1983 году во время поиска района строительства новой РЛС для обнаружения пусков МБР под Красноярском (была выявлена лишь спустя 18 месяцев после начала строительства) и для картографической съемки территории европейской части СССР. На основе полученных данных разрабатывались полетные задания для американских крылатых ракет, размещаемых в Западной Европе.

Главным недостатком систем детальной фоторазведки считалась низкая оперативность доставки информации (2-5 сут), что стало очевидным при ведении разведки в ходе шестидневной арабо-израильской войны 1967 года, когда все добытые американцами данные представляли лишь «исторический интерес» и не могли быть использованы для оценки развития конфликта. В 1967 году были разработаны требования к новым ИСЗ оптико-электронной разведки (ОЭР), которые позволяли получать снимки объектов с высоким разрешением и передавать их на наземные пункты в масштабе времени, близком к реальному. В качестве основного разработчика такого спутника (КН-11) была выбрана фирма «Томсон - Рамо - Вулдридж».

Согласно требованиям спутниковая система ОЭР должна была обеспечивать ежесуточный обзор любого участка земной поверхности, получение изображений объектов с очень высоким разрешением и передачу их в центр обработки с минимальной задержкой по времени. В ее состав входили два КА КН-11, подсистема спутников-ретрансляторов типа SDS (Satellite Data System), а также центр управления и приема данных в Форт-Бельвуар, штат Вирджиния (рис. 2).

Высокая разрешающая способность (около 15 см) с высоты 270 км достигалась благодаря установке на борту КН-11 длиннофокусного оптического телескопа и фотоприемника на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Так называемые ПЗС-матрицы были созданы в конце 60-х годов «Белл телефон лэбораториз» и при относительно небольших размерах имели несколько десятков тысяч детекторов (для сравнения, у современной ПЗС-матрицы, установленной на борту космического телескопа НАСА «Хаббл», имеется 640 000 элементов, каждый размером 15x15 мкм). Оптическая система КА КН-11 построена по двухзеркальной схеме Кассегрена: диаметр основного зеркала 2,3 м, вторичного более 0,3 м (оптическая система телескопа «Хаббл» с аналогичными характеристиками имеет эффективное фокусное расстояние 57,6 м).

Высокая оперативность достигается передачей изображений объектов по радиоканалу в сантиметровом диапазоне радиоволн через спутники-ретрансляторы. Для обеспечения непрерывного радиоконтакта между центром управления и разведывательными ИСЗ, пролетающими над Северным полушарием, КА SDS выводятся на вытянутые наклонные 12-часовые орбиты типа «Молния» (наклонение 64°, высоты орбиты в апогее и перигее соответственно 39 000 и 600 км). В состав подсистемы ретрансляторов входят, как минимум, три спутника SDS, плоскости орбит которых разнесены на 120° относительно друг друга. Они движутся по одной трассе, поочередно зависая на рабочих апогейных участках, размещенных над Атлантическим и Тихим океанами.

Увеличения срока эксплуатации спутников КН-11 по сравнению с фоторазведывательными ИСЗ удалось достичь благодаря использованию более высоких орбит и менее частому осуществлению коррекций. Сравнительные данные по циклам коррекций орбит КА КН-8, -9 и -11 приведены на рис. 3. В системе ИСЗ ОЭР применяются два вида коррекций: с целью поддержания средней высоты и для фазирования трасс двух КА (чтобы исключить возможность возникновения непросматриваемых зон). В отличие от ИСЗ фоторазведки не выполняются маневры спутников ОЭР для удержания перигей-ных участков орбит над Северным полушарием.

Рис. 3. Сравнительные данные по циклам коррекции ИСЗ КН-8, -9 и -11

КН-11 выводятся на солнечно-синхронные орбиты, плоскости которых образуют угол 48 - 52° и расположены симметрично относительно направления на Солнце. При таком баллистическом построении системы один из спутников ведет разведку объектов на поверхности Земли на нисходящих витках с 10 до 11 ч по местному времени («утренний» КА, одна плоскость), а второй - с 13 до 14 ч («послеполуденный», другая). Это обстоятельство улучшает условия дешифровки изображений, так как на снимках одного и того же объекта, сделанных двумя спутниками, тень находится по разные стороны от него. Дальнейшая наземная цифровая обработка изображений позволяет повысить их контрастность, устранить влияние дымки, а в некоторых случаях даже выявить объекты, расположенные в тени зданий. Бортовая аппаратура КН-11 может функционировать в трех режимах: покадровой съемки небольших участков земной поверхности с максимальной разрешающей способностью до 0,15 м, непрерывной съемки (в виде непрерывной полосы) и площадной съемки местности (разрешение около 1 м).

Система ОЭР, развернутая в полном составе в 1976 - 1980 годах, до середины 80-х привлекалась наряду с системами фоторазведки в основном для ведения военно-технической разведки в интересах ВВС и ЦРУ, в частности для определения некоторых характеристик новых образцов советской военной техники. По данным зарубежной печати, с помощью КН-11 впервые удалось получить снимки нового стратегического бомбардировщика Ту-160, космического корабля многоразового использования «Буран» (можно было даже различить его название, написанное на борту), авианесущего корабля «Адмирал флота Н.А.Кузнецов» и других военных объектов. Снимки с КН-11 активно использовались при планировании операции по освобождению американских заложников в Иране в 1980 году (после ее провала иранская сторона захватила и опубликовала несколько секретных фотографий). Фотоснимки советского авианосца, строящегося на верфи в г.Николаев (рис. 4), сделанные с борта КН-11 (разрешающая способность 0,3 м), были опубликованы в 1984 году в журнале «Джейн'с дефенс уикли», за что сотрудник одной из разведслужб США, передавший их английскому журналу, был приговорен к тюремному заключению. По свидетельству ряда американских экспертов, фотографии наиболее важных объектов предоставлялись лично президенту США через 40 - 50 мин после пролета спутника над районом разведки.

Бортовая подсистема стабилизации и ориентации космического аппарата КН-11 рассчитана на сопровождение целей с высокой угловой скоростью перемещения. Эта особенность позволяет использовать спутники такого типа для съемки других ИСЗ в космосе. По сообщениям печати, в 1982 году КН-11-4 привлекался к съемке орбитальной ступени «Колумбия» для оценки состояния теплозащитного покрытия корабля перед его посадкой.

Основными факторами, ограничивающими применение подобных спутников, являются метеообстановка в районе разведки и условия освещенности. В связи с этим планирование работы спутников осуществляется после предварительной оценки передаваемых с борта ИСЗ типа «Блок-5D2» военной системы DMSP (Defence Meteorological Satellite Program) данных метеоразведки о состоянии облачного покрова, осуществляемой в метеоцентре ВВС США на авиабазе Оффут (штат Небраска).

Рис. 4. Снимок авианосца, строящегося на судоверфи в г. Николаев, сделанный со спутника КН-11 в 1984 году (видны полосы элементов ПЗС-матриц, сканировавшие по полю кадра)

Главными недостатками первых спутников КН-11 были ограниченные возможности при съемке обширных площадей, относительно невысокие характеристики энергетической и оптической подсистем, а также сравнительно низкая общая производительность. После модернизации КН-11 американские специалисты в 1984 году отказались от дальнейшей эксплуатации ИСЗ фоторазведки.

Первый усовершенствованный КА КН-11-6 (известен также под наименованием «Усовершенствованный Кристалл»), выведенный на орбиту в 1984 году, явился самым «долгоживущим» американским спутником видовой разведки. Срок его активного функционирования значительно превзошел расчетный и составил более девяти лет. После серии маневров высота апогея его орбиты впервые превысила 1000 км и стала типовой для всех последующих ИСЗ данного типа. Она позволяет этим космическим аппаратам решать задачи видовой разведки, которые ранее возлагались на фоторазведывательные КА, имеющие широкую полосу захвата (при работе в режиме детальной съемки с высоты 1000 км размер кадра на местности составляет 10 - 15 км, а разрешение 0,6 - 1,5 м, что сравнимо с соответствующими характеристиками спутников детальной фоторазведки).

Основное отличие усовершенствованного КН-11 - наличие новой широкоформатной картографической камеры ICMS (Improved Crystal Metric System), которая позволяет определять координаты объектов с высокой точностью (ранее эти задачи решались с помощью камеры, устанавливаемой на КН-9). Кроме того, новые КА оснащены более совершенными подсистемами электропитания, передачи данных и орбитального маневрирования, благодаря чему возросла их производительность (количество снимков в течение суток), автономность и продолжительность эксплуатации. Масса ИСЗ увеличилась на 1,5 т (до 14т), а срок активного существования - с двух до пяти лет.

В период с 1984 по 1992 год на орбиту были выведены четыре КА КН-11 усовершенствованного типа (NN 6-9). Первый из них из-за неудачных запусков других американских разведывательных ИСЗ в 1985 и 1986 годах на протяжении почти двух лет был единственным спутником системы, и только после запуска (1987) КН-11-7 ее удалось восстановить в полном составе. В 1988 году место КН-11-6 занял новый спутник - КН-11-8, однако старый КА впервые был выведен в резерв (до ноября 1994 года), а не сведен, как обычно, с орбиты. Наиболее совершенный спутник (N 9), запущенный в 1992 году, заменил КН-11-7, прекративший свое существование. В настоящее время в системе эксплуатируются два оперативных ИСЗ (NN 8 и 9).

Прогресс, достигнутый в 80-х годах в области создания многоэлементных ПЗС-матриц, позволяет довести разрешающую способность бортового телескопа КА КН-11 до теоретически возможного результата - 7 - 10 см, а также установить на его борту усовершенствованную аппаратуру инфракрасной съемки. Согласно приведенным в одном из журналов расчетам, разрешающая способность гипотетического разведывательного КА с оптической системой, аналогичной телескопу «Хаббл», который был создан фирмами -разработчицами ИСЗ видовой разведки, составила около 7 см с высоты 275 км.