Активная фазированная антенная решётка (АФАР ) - фазированная антенная решётка, в которой направление излучения и (или) форма диаграммы направленности регулируются изменением амплитудно-фазового распределения токов или полей возбуждения на активных излучающих элементах .
Активная фазированная антенная решётка конструктивно состоит из модулей, которые объединяют излучающий элемент (или группу излучающих элементов) и активные устройства (усилительные, генераторные или преобразовательные). Эти устройства могут в простейшем случае усиливать передаваемый или принимаемый излучающим элементом сигнал, а также осуществлять преобразование частоты сигнала, генерировать (формировать) сигнал, преобразовывать сигнал из аналоговой в цифровую форму и (или) из цифровой в аналоговую. Для совместной согласованной работы все модули АФАР должны быть объединены цепью распределения сигнала возбудителя (в режиме приёма - цепью сбора сигнала в приёмное устройство), или работа модулей должна быть синхронизирована от единого источника.
В отличие от АФАР, пассивная ФАР не содержит активных устройств. Например, в передающей системе, оснащенной пассивной ФАР, радиосигнал генерируется и усиливается до требуемой мощности в едином для всей системы радиопередатчике, после чего распределяется (а мощность радиосигнала делится) между излучающими элементами. Напротив, в передающей АФАР нет единого выходного мощного усилителя: менее мощные усилители размещены в каждом её модуле.
Сравнение с пассивной решёткой[править | править вики-текст]
В обычной пассивной решётке один передатчик мощностью несколько киловатт питает несколько сотен элементов, каждый из которых излучает только десятки ватт мощности. Современный микроволновый транзисторный усилитель может, однако, также произвести десятки ватт, и в радаре с активной фазированной решёткой несколько сотен модулей, каждый мощностью в десятки ватт, создают в целом мощный главный луч радара в несколько киловатт.
В то время как результат идентичен, активные решётки намного более надёжны, поскольку хотя отказ одного приёмо-передающего элемента решётки и искажает диаграмму направленности антенны, что несколько ухудшает характеристики локатора, в целом он остаётся работоспособным. Катастрофического отказа лампы передатчика, которая является проблемой обычных радаров, просто не может произойти. Дополнительная выгода - экономия веса без большой лампы высокой мощности, связанной с ней системой охлаждения и большого блока питания высокого напряжения.
Другой особенностью, которая может использоваться только в активных решётках, является способность управлять усилением индивидуальных приёмно-передающих модулей. Если это может быть сделано, диапазон углов, через которые луч может быть отклонен, существенно увеличивается, и таким образом многие из ограничений геометрии решёток, которые имеют обычные фазированные решётки могут быть обойдены. Такие решётки называют решётками суперувеличения. Из изданной литературы неясно, используют ли какая-либо существующая или проектируемая антенная решётка эту технику.
Недостатки[править | править вики-текст]
Технология АФАР имеет две ключевые проблемы:
Рассеивание мощности[править | править вики-текст]
Первая проблема - рассеивание мощности. Из-за недостатков микроволновых транзисторных усилителей (монолитная микроволновая интегральная схема, MMIC (англ.)русск.), эффективность передатчика модуля - типично меньше чем 45%. В результате, AФAР выделяет большое количество теплоты, которая должна быть рассеяна, чтобы предохранить чипы передатчика от расплавления - надёжность GaAs MMIC-чипов улучшается при низкой рабочей температуре. Традиционное охлаждение воздухом, используемое в обычных ЭВМ и авионике, плохо подходит при высокой плотности упаковки элементов AФAР, в результате чего современные AФAР охлаждаются жидкостью (американские проекты используют polyalphaolefin (PAO) хладагент, подобный синтетической гидравлической жидкости). Типичная жидкостная система охлаждения использует насосы, вводящие хладагент через каналы в антенне, и выводящие затем его к теплообменнику - им может быть как воздушный охладитель (радиатор) так и теплообменник в топливном баке - со второй жидкостью, охлаждающей петлю теплообмена, чтобы уменьшить нагрев содержимого топливного бака.
По сравнению с обычным радаром истребителя с воздушным охлаждением, радар с AФAР более надёжен, однако потребляет больше электроэнергии и требует более интенсивного охлаждения. Но AФAР может обеспечить намного большую передаваемую мощность, что необходимо для большей дальности обнаружения цели (увеличение передающей мощности однако имеет недостаток - увеличения следа, по которому радиоразведка противника или RWR могут обнаружить радар).
Стоимость
Другая проблема - стоимость массового производства модулей. Для радара истребителя, требующего типично от 1000 до 1800 модулей, стоимость AФAР становится неприемлемой, если модули стоят больше чем сто долларов каждый. Ранние модули стоили приблизительно 2 тыс. долл., что не допускало массового использования AФAР. Однако стоимость таких модулей и MMIC-чипов постоянно уменьшается, поскольку себестоимость их разработки и производства постоянно снижается.
Несмотря на недостатки, активные фазированные решётки превосходят обычные радарные антенны почти во всех отношениях, обеспечивая более высокую следящую способность и надёжность, пусть и при некотором увеличении в сложности и, возможно, стоимости.
Семь вопросов и ответов о работе бортовой радиолокационной станции
БРЛС с АФАР («Жук-АЭ») Источник: Авиапанорама
Сегодня авиация немыслима без радаров. Бортовая радиолокационная станция (БРЛС) является одним из самых важных элементов радиоэлектронного оборудования современного летательного аппарата. По мнению экспертов, в скором будущем БРЛС останутся основным средством обнаружения, сопровождения целей и наведения на них управляемого оружия.
Мы попытаемся ответить на самые распространенные вопросы о работе РЛС на борту и рассказать, как создавались первые радары и чем смогут удивить перспективные радиолокационные станции.
1. Когда появились первые радары на борту?
К идее использования радиолокационных средств на самолетах пришли несколько лет спустя после того, как появились первые наземные РЛС. У нас в стране прототипом первой БРЛС стала наземная станция «Редут».
Одной из основных проблем стало размещение аппаратуры на самолете - комплект станции с источниками питания и кабелями весил примерно 500 кг. На одноместном истребителе того времени установить такую аппаратуру было нереально, поэтому станцию было решено разместить на двухместном Пе-2.
Первая отечественная бортовая радиолокационная станция под названием «Гнейс-2» была принята на вооружение в 1942 году. В течение двух лет было выпущено более 230 станций «Гнейс-2». А в победном 1945 году «Фазотрон-НИИР», ныне входящий в КРЭТ, начал серийный выпуск самолетной радиолокационной станции «Гнейс-5с». Дальность обнаружения цели достигала 7 км.
За рубежом первая авиационная РЛС «AI Mark I» — британская — была передана на вооружение немного раньше, в 1939 году. Из-за большого веса ее устанавливали на тяжелые истребители-перехватчики Bristol Beaufighter. В 1940 году на вооружение поступила новая модель — «AI Mark IV». Она обеспечивала обнаружение целей на дальности до 5,5 км.
2. Из чего состоит бортовая РЛС?
Конструктивно БРЛС состоит из нескольких съемных блоков, расположенных в носовой части самолета: передатчика, антенной системы, приемника, процессора обработки данных, программируемого процессора сигналов, пультов и органов управления и индикации.
Сегодня практически у всех бортовых РЛС антенная система представляет собой плоскую щелевую антенную решетку, антенну Кассегрена, пассивную или активную фазированную антенную решетку.
Современные БРЛС работают в диапазоне различных частот и позволяют обнаруживать воздушные цели с ЭПР (Эффективная площадь рассеяния) в один квадратный метр на дальности в сотни километров, а также обеспечивают сопровождение на проходе десятки целей.
Кроме обнаружения целей, сегодня БРЛС обеспечивают радиокоррекцию, полетное задание и выдачу целеуказания на применение управляемого бортового оружия, осуществляют картографирование земной поверхности с разрешением до одного метра, а также решают вспомогательные задачи: следование рельефу местности, измерение собственной скорости, высоты, угла сноса и другие.
3. Как работает бортовой радиолокатор?
Сегодня на современных истребителях используются импульсно-доплеровские РЛС. В самом названии описан принцип действия такой радиолокационной станции.
Радиолокационная станция работает не непрерывно, а периодическими толчками — импульсами. В сегодняшних локаторах посылка импульса длится всего лишь несколько миллионных долей секунды, а паузы между импульсами — несколько сотых или тысячных долей секунды.
Встретив на пути своего распространения какое-либо препятствие, радиоволны рассеиваются во все стороны и отражаются от него обратно к радиолокационной станции. При этом, передатчик радара автоматически выключается, и начинает работать радиоприемник.
Одной из основных проблем импульсных РЛС является избавление от сигнала, отражающегося от неподвижных объектов. Например, для бортовых РЛС проблема в том, что отражение от земной поверхности затеняет все объекты, лежащие ниже самолета. Эти помехи устраняют, используя эффект Доплера, согласно которому частота волны, отраженной от приближающегося объекта, увеличивается, а от уходящего объекта — уменьшается.
4. Что означают Х, К, Ка и Кu диапазоны в характеристиках РЛС?
Сегодня диапазон длин волн, в котором работают бортовые радиолокационные станции чрезвычайно широк. В характеристиках РЛС диапазон станции указывается латинскими буквами, к примеру, Х, К, Ка или Кu.
Например, РЛС «Ирбис» с пассивной фазированной антенной решеткой, установленная на истребителе Су-35, работает в X-диапазоне. При этом дальность обнаружения воздушных целей «Ирбиса» достигает 400 км.
| Бортовая РЛС с фазированной антенной решеткой Ирбис-Э |
X-диапазон широко используется в радиолокации. Он простирается от 8 до 12 ГГц электромагнитного спектра, то есть это длины волн от 3,75 до 2,5 см. Почему он назван именно так? Есть версия, что во время Второй Мировой войны диапазон был засекречен и поэтому получил название X-диапазона.
Все названия диапазонов с латинской буквой К в названии имеют менее загадочное происхождение — от немецкого слова kurz («короткий»). Этот диапазон соответствует длинам волн от 1,67 до 1,13 см. В сочетании с английскими словами above и under, свои названия получили диапазоны Ka и Ku, соответственно находящиеся «над» и «под» K-диапазоном.
Радары Ka-диапазона способны работать на коротких расстояниях и производить измерения сверхвысокого разрешения. Такие радиолокаторы часто применяются для управления воздушным движением в аэропортах, где с помощью очень коротких импульсов — длиной в несколько наносекунд — определяется дистанция до самолета.
Часто Ка-диапазон используется в вертолетных радарах. Как известно, для размещения на вертолете антенна БРЛС должна иметь небольшие размеры. Учитывая этот факт, а также необходимость приемлемой разрешающей способности, применяется миллиметровый диапазон длин волн. К примеру, на боевом вертолете Ка-52 «Аллигатор» установлен радиолокационный комплекс «Арбалет», работающий в восьмимиллиметровом Ка-диапазоне. Этот радиолокатор разработки КРЭТ обеспечивает «Аллигатору» огромные возможности.
Таким образом, каждый диапазон имеет свои преимущества и в зависимости от условий размещения и задач, БРЛС работает в различных диапазонах частот. Например, получение высокой разрешающей способности в переднем секторе обзора реализует Ка-диапазон, а увеличение дальности действия БРЛС делает возможным Х-диапазон.
5. Что такое ФАР?
Очевидно, для того чтобы принимать и излучать сигналы, любому радару нужна антенна. Чтобы уместить ее в самолет, придумали специальные плоские антенные системы, а приемник и передатчик находятся за антенной. Чтобы увидеть разные цели радаром, антенну нужно двигать. Так как антенна радара достаточно массивная, двигается она медленно. При этом, становится проблематична одновременная атака нескольких целей, ведь радар с обычной антенной держит в «поле зрения» только одну цель.
Современная электроника позволила отказаться от такого механического сканирования в БРЛС. Устроено это следующим образом: плоская (прямоугольная или круглая) антенна разделена на ячейки. В каждой такой ячейке находится специальный прибор — фазовращатель, который может на заданный угол изменять фазу электромагнитной волны, которая попадает в ячейку. Обработанные сигналы из ячеек поступают на приемник. Именно так можно описать работу фазированной антенной решетки (ФАР).
А если точнее, подобная антенная решетка со множеством элементов-фазовращателей, но с одним приемником и одним передатчиком называется пассивной ФАР. Кстати, первый в мире истребитель, оснащенный радиолокатором с пассивной ФАР, — наш российский МиГ-31. На нем была установлена РЛС «Заслон» разработки НИИ приборостроения им. Тихомирова.
6. Для чего нужна АФАР?
Активная фазированная антенная решетка (АФАР) является следующим этапом в развитии пассивной. В такой антенне каждая ячейка решетки содержит свой приемопередатчик. Их количество может превысить одну тысячу. То есть, если традиционный локатор — это отдельные антенна, приемник, передатчик, то в АФАР приемник с передатчиком и антенна «рассыпаются» на модули, каждый из которых содержит щель антенны, фазовращатель, передатчик и приемник.
Раньше, если, например, вышел из строя передатчик, самолет становился «слепым». Если в АФАР будут поражены одна-две ячейки, даже десяток, остальные продолжают работать. В этом и есть ключевое преимущество АФАР. Благодаря тысячам приемникам и передатчикам повышается надежность и чувствительность антенны, а также появляется возможность работать на нескольких частотах сразу.
Но главное, что структура АФАР позволяет РЛС параллельно решать несколько задач. Например, не только обслуживать десятки целей, но и параллельно с обзором пространства очень эффективно защищаться от помех, ставить помехи радарам противника и картографировать поверхность, получая карты высокого разрешения.
Кстати, первую в России бортовую радиолокационную станцию с АФАР создали на предприятии КРЭТ, в корпорации «Фазотрон-НИИР».
7. Какая РЛС будет на истребителе пятого поколения ПАК ФА?
Среди перспективных разработок КРЭТ — конформные АФАР, которые смогут вписываться в фюзеляж летательного аппарата, а также так называемая «умная» обшивка планера. В истребителях следующего поколения, в том числе и ПАК ФА, она станет как бы единым приемо-передающим локатором, предоставляющим пилоту полную информацию о происходящем вокруг самолета.
Радиолокационная система ПАК ФА состоит из перспективной АФАР X-диапазона в носовом отсеке, двух радаров бокового обзора, а также АФАР L-диапазона вдоль закрылков.
Сегодня КРЭТ также работает над созданием радиофотонного радара для ПАК ФА. Концерн намерен создать натурный образец радиолокационной станции будущего до 2018 года.
Фотонные технологии позволят расширить возможности радара — снизить массу более чем вдвое, а разрешающую способность увеличить в десятки раз. Такие БРЛС с радиооптическими фазированными антенными решетками способны делать своеобразный «рентгеновский снимок» самолетов, находящихся на удалении более 500 километров, и давать их детализированное, объемное изображение. Эта технология позволяет заглянуть внутрь объекта, узнать, какую технику он несет, сколько людей в нем находится, и даже разглядеть их лица.
Технологический демонстратор перспективной бортовой РЛС с активной ФАР «Жук-АМЭ». На 50% большая дальность действия будет реализована благодаря передовой технологии изготовления приёмо-передающих модулей, основанной на низкотемпературной совместно обжигаемой керамической подложке. Благодаря в разы более высокой теплопроводности диэлектрической стеклокерамической подложки появится возможность более эффективного охлаждения ППМ данного радара, что позволит увеличить мощность каждого модуля с 5 до 7-8 Вт
ДЕТАЛИ ЗАПАДНОГО КУРСА ПО ОБНОВЛЕНИЮ БОРТОВЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ПРИЦЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ТАКТИЧЕСКОЙ ИСТРЕБИТЕЛЬНОЙ АВИАЦИИ
Неотъемлемой частью комплексной модернизации тактических истребителей 4-го поколения до уровня машин с «двумя плюсами» является интеграция в их бортовое радиоэлектронное оборудование современных бортовых РЛС с пассивными и активными ФАР, что всегда требует внедрения высокотехнологичных цифровых интерфейсов управления и преобразования информации от новых БРЛК. Признанными лидерами в этой области являются российские, американские, европейские, а также китайские аэрокосмические концерны-гиганты, которые сегодня ведут многоуровневую модернизацию истребителей семейств Су-30, МиГ-29, F-15C, F-16C, J-10B, J-15, а также EF-2000 «Typhoon». Начнём с тех корпораций, программы которых уже успели отличиться как наибольшим экспортным успехом, так и востребованностью среди внутренних заказчиков, часть из которых вовлечена в работы над данными контрактами. Как ни крути, но фаворитом на сегодняшний день здесь является штатовская компания «Northrop Grumman», которая поставляет современные бортовые радиолокаторы корпорации «Lockheed Martin» в рамках внешних и внутренних продаж модернизированных F-16C/D и обновления модификаций F-16A/B.
Так, к примеру, 16 января 2017-го года на мощностях тайваньской компании «Aerospace Industrial Development Corporation» в Тайчжуне стартовала амбициозная программа обновления 144 многоцелевых истребителя F-16A/B Block 20, состоящих на вооружении ВВС Тайваня, до уровня F-16V. Контракт на модернизационные работы был заключён между Министерством обороны Тайваня и «Lockheed Martin» 1 октября 2012 года. Он предусматривает расширенное переоснащение F-16A/B на более совершенную цифровую элементную базу, продвинутое индикационное оборудование кабины пилота, а также бортовые комплексы, в числе которых бортовая АФАР-РЛС AN/APG-83 SABR (с режимом синтезированной апертуры), новые широкоформатные ЖК МФИ для вывода тактической информации, современный высокопроизводительный бортовой компьютер и новая интегрированная станция радиоэлектронной борьбы. Успешному подписанию данного контракта способствовала многолетняя военно-политическая напряжённость между Тайбэем и Пекином, установившаяся из-за разногласий по поводу территориальной принадлежности Тайваня. В связи с данной ситуацией силовое ведомство последнего приступило к реализации многочисленных оборонных программ для защиты от возможной «экспансии» КНР.
Вторым заказчиком аналогичного пакета модернизации своих F-16C стало Минобороны Сингапура. Несмотря на более-менее нормальные отношения с КНР, богатейший город-государство Юго-Восточной Азии поддерживает весьма тесные политические и оборонные связи с США, Великобританией и Австралией, являющимися одними из главных участников «антикитайской оси». По этой причине Сингапур уделяет максимум внимания боевому потенциалу своих ВВС, на вооружении которых уже состоит 32 тяжёлых тактических истребителя поколения «4++» F-15SG. Машины оснащаются мощной БРЛС с АФАР AN/APG-63(V)3 с дальностью обнаружения типовых целей 165 км, а по суммарным характеристикам соответствуют катарским и аравийским модификациям F-15QA и F-15SA. Что касается контракта по усовершенствованию сингапурских F-16C/D, в его рамках будет обновлено 32 одноместных F-16C и 43 двухместных F-16D на сумму в 914 млн. долларов. Третьим проверенным заказчиком можно считать ВВС Республики Корея, которые 22 октября 2015-го года заключили с «Локхид Мартин» контракт на модернизацию 134 истребителей F-16 Block 32 до уровня F-16V на сумму 2,7 млрд. долларов. Комплект опций аналогичный тайваньскому контракту. Таким образом, только тайваньский, сингапурский и южнокорейский контракты на обновление 353 «Фальконов» уже оцениваются в 7,1 млрд. долларов, не учитывая возможность начала подобных работ для переоснащения ВВС Польши, Дании, Турции и т.д. Что даёт перспективная БРЛС с АФАР AN/APG-83 SABR многоцелевым истребителям F-16A/B/C/D.
Во-первых, это значительно большая дальность обнаружения воздушных целей: объект с ЭПР 2 м2 может быть обнаружен и взять на сопровождение на удалении 150-160 км и захвачен на дальности около 125 км. Сопровождаются гораздо более малоразмерные цели, нежели обычной бортовой РЛС со щелевой антенной решёткой (ЩАР) AN/APG-66. Современная высокопроизводительная вычислительная база AN/APG-83 SABR позволяет каждому ППМ АФАР (или группам ППМ) работать на собственной частоте, моделируя сложную диаграмму направленности в режиме LPI («низкой возможности перехвата сигнала») для устаревших СПО типа «Берёза». Также АФАР имеет в разы более высокие помехозащищённость и разрешение при сканировании водной/морской поверхности в режиме синтезированной апертуры (SAR). Станция предыдущего поколения AN/APG-68(V)9 хоть и имеет режим SAR, его разрешение весьма посредственное и не позволяет классифицировать малоразмерные наземные цели, исходя из их геометрических особенностей.
Во-вторых, AN/APG-83 имеет гораздо большую пропускную способность (в режиме СНП не менее 20-30 ВЦ), целевую канальность (8 одновременно обстреливаемых целей), а также аппаратную адаптированность для использования части приёмо-передающих модулей АФАР в качестве излучателей радиоэлектронных помех. Последняя опция также нашла применение в БРЛС AN/APG-81 истребителя 5-го поколения F-35A. В-третьих, как и каждая РЛС с активной АФАР, AN/APG-83 обладает в разы большей надёжностью (временем наработки на отказ). И даже после отказа части ППМ, эффективность станции сохраняется на уровне, позволяющем выполнять боевое задание. Все РЛС AN/APG-83 SABR, поступающие на внешний и внутренний рынки вооружения, находятся на уровне начальной боевой готовности EMD, который полностью соответствует крупносерийному производству изделий.
Ведутся аналогичные программы и европейскими группами компаний, специализирующихся на аэрокосмических технологиях. К таким программам относится проектирование и отработка перспективной АФАР-РЛС «Captor-E». В работах задействованы известные европейские компании «Selex Galileo», «Indra Systems» и «EADS Defense Electronics» («Cassidian»), объединённые в консорциум «Euroradar». Станция «Captor-E» разработана специально для замены устаревающих БРЛС с ЩАР ECR-90 «Captor-M» на части многоцелевых тактических истребителях EF-2000 «Typhoon», состоящих на вооружении ВВС европейских стран-участниц НАТО, а также ВВС государств Аравийского полуострова; также она будет устанавливаться на новые модификации машины IPA5/8.
Тактико-технические параметры нового радара, в сравнении с предыдущим «Captor-M», являются уникальными не только в модернизационной линейке «Тайфунов», но и среди американских программ по внедрению AN/APG-63(V)3 и AN/APG-83 SABR в БРЭО «Иглов» и «Фальконов». «Captor-E» обладает редкой для АФАРов технической особенностью: полотно антенной решётки не закреплено на фиксированном модуле, а оснащено специализированным механизмом азимутального доворота, благодаря которому сектор обзора в азимутальной плоскости составляет 200 градусов, что на 80 градусов больше, чем у «рапторовской» РЛС AN/APG-77. Новый «Кэптор» может «заглядывать» в заднюю полусферу, на что сегодня не способна ни одна известная бортовая РЛС с АФАР, кроме РЛС с пассивными ФАР. Более того, цели типа «истребитель» (ЭПР 2-3 м2) будут обнаруживаться РЛС «Captor-E» на расстоянии 220-250 км, что на сегодняшний день является лучшим показателем среди бортовых радаров для лёгких многоцелевых истребителей. В данный момент опытные образцы этой станции проходят тестирование на британских «Тайфунах», и результаты их достаточно успешны, что уже в недалёком будущем сулит «Еврорадару» многомиллиардные контракты на европейском и азиатском рынках.
Не отстают в программах обновления своего «лёгкого авиапарка» фронтовых истребителей и шведы. Компания SAAB, к примеру, в 2008-м году объявила о начале разработки перспективного истребителя поколения «4++» JAS-39E «Gripen-NG». Помимо модулей глубоко усовершенствованной высокоскоростной системы обмена тактической информацией CDL-39, новые истребители получат перспективную бортовую РЛС с АФАР ES-05 «Raven» (на фотографии) от итальянской компании «Selex ES». Станция будет представлена более чем 1000 ППМ, способными реализовать все известные для АФАР режимы работы, включая создание энергетических «провалов» диаграммы направленности в направлении средств радиоэлектронной борьбы противника. Аналогично радару «Captor-E», «Рэйвен» снабдят системой механического доворота антенной решётки, что доведёт зону его обзора до 200 градусов, позволяя «заглядывать» на 10 градусов в заднюю полусферу машины, обеспечивая стрельбу «через плечо». Естественно, дальность обнаружения целей в таком режиме будет в 3-4 раза меньше из-за сильных энергетических потерь площади приёмо-передающей апертуры радиолокационного комплекса. Бортовая РЛС ES-05 «Raven» способна обнаруживать цель с ЭПР 3 м2 на дальности 200 км с одновременным сопровождением 20 воздушных объектов. Станция имеет жидкостную и воздушную системы охлаждения.
За антенным модулем БРЛС «Рэйвен» (на верхней поверхности носовой части фюзеляжа, перед фонарём кабины) можно видеть обтекатель оптико-электронного прицельного комплекса «Skyward-G», разработанного компанией «Leonardo Airborne & Space Systems». Согласно информации из рекламного листа, сенсор биспектральный и работает в 2-х основных инфракрасных диапазонах 3-5 мкм и 8-12 мкм. Первый диапазон более коротковолновой и позволяет отлично селекционировать цели с низкой инфракрасной сигнатурой на фоне окружающих объектов (деревья, сооружения, детали рельефа); дальность работы этого диапазона не такая высокая, как у длинноволнового. Диапазон 8-12 мкм не имеет возможности реализовать высококачественную селекцию малоразмерных целей с малой ИК-сигнатурой, зато дальность его действия значительно большая, чем у первого.
Оптико-электронный прицельный комплекс «Skyward-G/SHU» имеет 4 режима обзора: узкоугольный (8 х 64 град), среднеугольный (16 х 12,8 град), широкоугольный (30 х 24 град), в нём реализована визуализация сопровождаемого объекта, а также общий режим, который охватывает 170 град в азимутальной плоскости и 120 град - в угломестной. Мощность воздушно охлаждаемого ОЛПК «Skyward-G» достигает 400 Вт. Станция сопровождает до 200 целей в режимах «воздух-поверхность» и «воздух-воздух».
МОДЕРНИЗАЦИЯ РОССИЙСКИХ «ТАКТИКОВ» СЕМЕЙСТВА МИГ-29: НАРАБОТКИ ЕСТЬ, НО ВОПЛОЩЕНИЕ «В ЖЕЛЕЗЕ» ЗАДЕРЖИВАЕТСЯ
Как мы видим, у западных корпораций дела продвигаются относительно успешно и с постоянной положительной динамикой; и это не учитывая факта, что новыми радиолокаторами модернизируют не менее 300 единиц F-16C/D, состоящих на вооружении ВВС США, после чего эти истребители будут полностью превосходить наши МиГ-29С/СМТ и Су-27СМ в режиме дальнего воздушного боя. Чем мы можем ответить на подобные амбициозные штатовские программы? Какие асимметричные меры прорабатывает Министерство обороны России для ликвидации опасной тенденции отставания от АФАРизации строевых частей истребительной авиации ВВС США? Вопросы эти очень наболевшие, относящиеся к рангу стратегических.
Как известно, 27 января 2017-го года в подмосковных Луховицах успешно прошла международная презентация наиболее совершенного варианта лёгкого тактического истребителя МиГ-35 «Fulcrum-F». Несмотря на то, что к 5-му поколению машина не относится, было отмечено особое внимание со стороны представителей американских и европейских средств массовой информации. И это абсолютно неудивительно, ведь МиГ-35 является единственным российским многоцелевым истребителем лёгкого класса, способным в дальнем воздушном бою одержать полное превосходство над «Рафалем», «Тайфуном», F-16C Block 60, F-15SE «Silent Eagle», F/A-18E/F и даже любой модификацией F-35 «Лайтнинг-2». Более того, согласно заявлениям главнокомандующего ВКС России Виктора Бондарева и информации других источников, примерно 140 из 170 серийных МиГ-35 получат перспективную бортовую РЛС с активной ФАР семейства «Жук». Такого количества этих машин вполне хватит, чтобы изменить расстановку сил в свою пользу на любом воздушном направлении (ВН) Восточноевропейского ТВД; да и в ближнем воздушном бою МиГ-35 одолеет любой натовский многоцелевой истребитель. В начале нашего предыдущего материала мы уже говорили, что без учёта радиуса действия, боевой потенциал МиГ-35 с перспективными БРЛС на шаг опережает показатели тяжёлого Су-30СМ: скорость «Фалкрума» на 0,25М выше (порядка 2450 против 2150 км/ч), форсажная тяга на 11% выше (2647 против 2381 кгс/м2), а значит и разгонные качества у «МиГа» куда более высокие. Более того, экипаж МиГ-35 сможет более оперативно и достоверно фиксировать внезапно появляющиеся воздушные угрозы, а затем также быстро их устранять, чего не сможет сделать экипаж Су-30СМ.
Всё дело в том, что на нижней поверхности левой мотогондолы и на гаргроте у МиГ-35 находятся оптико-электронные сенсоры высокого разрешения НС-ОАР (для обзора нижней полусферы) и ВС-ОАР (для обзора верхней полусферы), объединённые в общую станцию обнаружения атакующих ракет СОАР, работающую в ТВ-диапазоне, и способную обнаруживать УРВВ противника на удалении 30 км, и сопровождать в 5-7 км. Данная станция будет передавать координаты угрожающих ракет в компьютеризированную СУО истребителя, а затем на ракеты воздушного боя типа Р-73РМД-2 или Р-77 (РВВ-АЕ), способные перехватывать другие ракеты подобного класса. Также, в дополнение к штатному носовому оптико-электронному прицельному комплексу ОЛС-УЭМ, на правой мотогондоле устанавливается накладной контейнер с турелью, в которой установлен вспомогательный комплекс ОЛС-К, предназначенный для наблюдения за надводными и наземными объектами в нижней и задней полусферах. Подобного разнообразия оптико-электронных прицельных визиров на «Сушках» сегодня не встретишь - отсюда и столь высокий интерес. По радиоэлектронной начинке машина близка к 5-му поколению. Но всё ли так хорошо, как на первый взгляд кажется?
Во-первых, 140 МиГ-35 с новыми радарами не является тем количеством, которого хватит для полноценного перекрытия всех возможных ТВД близ наших границ на Евразийском континенте, ведь на одном только дальневосточном оперативном направлении нам может противостоять: 65 современных тактических истребителей поколения «4++» F-2A/B, 42 истребителя 5-го поколения F-35A ВВС Японии, а также несколько истребительных эскадрилий F-22A, развёрнутых на авиабазе «Элмендорф-Ричардсон», и это не считая палубной истребительной авиации ВМС США, которая может быть переброшена в количестве 3-4-х сотен единиц западную часть Тихого океана. Аналогичная ситуация складывается и на северо-западном, а также западном ОН, где будет наблюдаться численное превосходство модернизируемых F-16A/B/C/D и «Тайфунов», состоящих на вооружении европейских стран, а также перспективных F-35A/B, которые будут закуплены Норвегией, Великобританией, Нидерландами и Данией. Получается такая «картина», что технологически МиГ-35 эквивалентен примерно 2-3 F-16C Block 52+ или 2 «Тайфунам», но общее количество наших «МиГов» будет в 3 - 4 раза меньше, чем новых истребителей у американских союзников в АТР и Европе, что не позволит не только достичь господства, но и уровнять соотношение сил. Вопрос требует немедленного разрешения, и действовать необходимо таким же методом, который применяет компания «Локхид Мартин» - обновлением существующего авиапарка.
В данный момент в строевых частях ВКС России находится около 250 многоцелевых фронтовых истребителей МиГ-29С/М2/СМТ и УБТ, а также несколько сотен машин модификации «9-12» и «9-13» на консервации. Самыми совершенными модификациями среди них являются МиГ-29СМТ разных вариантов («Изделия 9-17/19/19Р»), присутствующие в количестве 44 единиц, а также МиГ-29М2. Данные истребители относятся к поколению «4+» и оснащены бортовыми РЛС Н019МП «Топаз» и Н010МП «Жук-МЭ». Станции построены вокруг современной цифровой шины обмена данными в архитектуре БРЭО стандарта MIL-STD-1553B и имеют аппаратную поддержку режима синтезированной апертуры (SAR) с дополнительным режимом обнаружения и сопровождения подвижных надводных/наземных целей GMTI («Ground Moving Target Indicator») на скоростях до 15 км/ч. Функциональность данных РЛС схожая с американскими станциями AN/APG-80 и AN/APG-83 SABR для комплектации «Фальконов», но между ними имеются существенные различия. Если штатовские изделя давно построены на базе активных ФАР с электронным управлением лучом, наши усовершенствованные «Топазы» и «Жуки» представлены щелевыми антенными решётками с механическим управлением, ввиду чего наблюдаются такие недостатки, как:
- низкое разрешение в режиме синтезированной апертуры и сопровождения движущихся наземных целей (GMTI), составляющее 15 метров, в то время как сантиметровые АФАР-РЛС в подобном режиме дают разрешающую способность 1-5 метров, что достигается большим количеством индивидуально управляемых приёмо-передающих модулей, способных формировать сложнейшие пространственные конфигурации диаграммы направленности;
Низкая пропускная способность по количеству трасс сопровождаемых на проходе воздушных целей (БРЛС Н019МП и Н010МП могут сопровождать на проходе не более 10 воздушных объектов), станции с АФАР могут сопровождать от 20 до 30 и более целей;
Низкая целевая канальность, которая у Н019МП «Топаз» составляет всего 2 одновременно обстреливаемые ракетами Р-77 (РВВ-АЕ) цели, а у Н010МП «Жук-МЭ» - не более 4-х целей, в то время как бортовые РЛС с активными и пассивными ФАР способны «захватывать» на точное автосопровождение и обстреливать одновременно от 8 до 16 целей;
Невозможность формирования «провалов» в диаграмме направленности на участка пространства, в которых функционируют средства радиоэлектронного противодействия противника, из-за этого станции со ЩАР имеют крайне низкую помехозащищённость от таких продвинутых самолётов РЭБ, как F/A-18G;
Отсутствие возможности одновременной работы в режимах «воздух-море/земля», а также «воздух-воздух», по причине чего лётчик и оператор систем теряют сиюминутную осведомлённость о тактической обстановке одновременно на наземном и воздушном участках театра военных действий; АФАР и ПФАР обладают такой возможностью.
Примерно такой список тактико-технических недостатков имеется сегодня в «багаже» наших строевых МиГ-29СМТ и МиГ-29М2, количество которых в частях едва превышает 50-60 единиц. Их бортовые радиолокационные комплексы «Топаз» и «Жук-МЭ» имеют единственный плюс - увеличенную импульсную мощность, за счёт чего дальность обнаружения целей с ЭПР 3 м2 возросла с 70 до 115 км, что является отличным приростом для обычной ЩАР; но и этого крайне недостаточно для ведения дальнего боя с европейскими и американскими F-16C, оснащёнными РЛС SABR.
Многофункциональная бортовая РЛС со щелевой антенной решёткой (ЩАР) AN/APG-68(V)9. Данной станцией оснащается большинство истребителей поколения «4+» F-16C Block 52+, состоящих на вооружении ВВС стран Западной и Восточной Европы, а также Ближнего востока. В режиме дальнего воздушного боя параметры AN/APG-68(V)9 на 10-15% превосходят характеристики Н019МП «Топаз» наших самых распространённых ЛФИ МиГ-29С: показатель не столь существенный, учитывая наличие у нас ракет воздушного боя средней дальности Р-77. В то же время, касаемо задач «воздух-земля» F-16C Block 52+ на голову превосходят наш самый многочисленный истребительный актив лёгкой фронтовой авиации: «Топазы» лишены режима работы «по земле», в то время как AN/APG-68(V)9 приспособили к картографированию рельефа местности
Остальные машины модификации МиГ-29С, в количестве чуть более 100 единиц, имеют ещё более устаревшую «начинку», построенную вокруг системы управления вооружением СУВ-29С с интегрированным радиолокационным прицельным комплексом РЛПК-29М. Данный комплекс представлен ранним вариантом БРЛС Н019М «Топаз», который не имеет аппаратной поддержки работы по наземным целям, а также обладает стандартным энергетическим потенциалом, позволяющим обнаруживать цели с ЭПР 3м2 на расстоянии 70 км и «захватывать» лишь 2 воздушные цели. Система управления вооружением СУВ-29С адаптирована для применения ракет воздушного боя Р-77, но из-за низких возможностей радиолокатора Н019М, МиГ-29С может быть противопоставлен лишь тем «блокам» F-16C, которые не прошли программу модернизации и несут на борту «щелевые» РЛС старого образца AN/APG-66 c дальностью обнаружения цели типа «истребитель» порядка 60-65 км. Даже модификация F-16C/D Block 52+, которой располагают ВВС Польши, скорее всего будет не по зубам устаревшему РЛПК Н019М истребителя МиГ-29С, тем более, что поляки уже давно приобрели модификацию УРВВ AMRAAM с увеличенной до 120 км дальностью AIM-120C-7, и таких F-16С у одной только Польши 48 единиц.
Вывод такой: ситуация с совершенством бортового радиоэлектронного оборудования лёгких фронтовых истребителей ВКС России МиГ-29С, и в определённой мере МиГ-29СМТ/М2, действительно критическая. При всём совершенстве планера и силовой установки, позволяющих выиграть ближний воздушный бой у любого западного истребителя 4-го и даже 5-го поколений, наши серийные «МиГи» абсолютно беззащитны перед любой другой угрозой современного сетецентрического театра военных действий. Некоторые могут утверждать, что эту ситуацию целиком и полностью могут исправить такие машины, как Су-27СМ, Су-30СМ, а также Су-35С, но такое мнение не совсем объективно. Тяжёлые тактические истребители, а особенно Су-35С, более предназначены для создания мощного рубежа ПВО и завоевания превосходства в воздухе на дальних подступах к воздушным границам государства, а также для сопровождения самолётов ДРЛОиУ, воздушных командных пунктов, военно-транспортной авиации от истребителей противника 4-го и 5-го поколений. Также они могут успешно выполнять дальние противокорабельные и противорадиолокационные миссии, применяя ракеты Х-31АД и Х-58УШКЭ. Этих машин у нас на вооружении не так много, чтобы можно было закрывать все технологические «бреши», наблюдающиеся в секторе лёгкой фронтовой авиации, а особенно с нынешними темпами производства Т-50 ПАК-ФА.
Вопрос может быть разрешён с помощью переоснащения всех состоящих на вооружении ВКС МиГ-29 перспективными бортовыми РЛС, разработанными АО «Фазатрон-НИИР», а также его дочерним подразделением - «Концерн «Радиоэлектронные технологии». Среди основных претендентов - многоканальные бортовые РЛС «Жук-АЭ» и «Жук-АМЭ»; в этих изделиях воплощены наиболее передовые наработки российской оборонки в области АФАР, а по сему, они уже опережают всё то, что применено в станциях Н011М «Барс» и Н035 «Ирбис-Э» многоцелевых истребителей Су-30СМ и Су-35С, за исключением дальности действия.
Процедура унификации новых радаров с СУО более современных МиГ-29СМТ и МиГ-29М2 будет проходить по облегчённой схеме, поскольку эти самолёты изначально разрабатывались с использованием мультиплексной шины данных стандарта MIL-STD-1553B, эта же шина с открытой архитектурой формирует основу системы управления вооружением тактического истребителя МиГ-35. Что касается более старых МиГ-29С, то здесь потребуется полная замена электронного «ядра» управления истребителями, построенного вокруг старой БЦВМ Ц101М, которая не предназначен для работы в связке с цифровыми интерфейсами «Жуков» следующего поколения. Имеется реальный шанс радикально модернизировать и «поставить на крыло» несколько сотен строевых и «законсервированных» МиГ-29А/С, что полностью ликвидирует техническое отставание всего авиапарка лёгкой фронтовой авиации от зарубежных истребителей поколения «4++». Каковы особенности и преимущества перспективных бортовых РЛС «Жук-АЭ» и «Жук-АМЭ»?
Первая, «Жук-АЭ» (FGA-29), разрабатывалась с 2006-го года на базе наработок, полученных «Фазатроном» в ходе проектирования не очень удачного раннего образца «Жук-АМЭ» (FGA-01), обладающего непозволительно большой массой в 520 кг. В новом изделии широко применены компактные и лёгкие монолитные интегральные схемы (МИС), которые сегодня можно встретить в любом современном цифровом девайсе. Диаметр апертуры АФАР «Жук-АЭ» был уменьшен до 500 мм (общий диаметр - около 575 м), в сравнении с 700-мм полотном FGA-01; это было сделано для большего соответствия внутреннему диаметру радиопрозрачного обтекателя опытного борта «154» (МиГ-29М2), на котором и проходила испытания новая станция. Полотно FGA-29 представлено 680 приёмо-передающими модулями мощностью по 5 Вт, чего вполне хватает, чтобы в режиме синтезированной апертуры реализовать разрешение 50 см на дальности до 20 км и 3 м на дальности 30 км. Импульсная мощность станции составляет 34 кВт, что позволяет обнаруживать цели с ЭПР 3 м2 на дальности до 148 км в переднюю полусферу и до 60 км - в заднюю полусферу (вдогон). «Жук-АЭ» сопровождает на проходе 30 воздушных целей и захватывает одновременно 6; в режиме ближнего воздушного боя может быть использован так называемый «Поворотный» режим, работающий при синхронизации с нашлемной системой целеуказания лётчика или оператора систем.
Экспериментальная БРЛС «Жук-АЭ» (FGA-29) на борту опытного образца перспективного лёгкого многоцелевого истребителя МиГ-35
Благодаря индивидуальному управлению частотами работы отдельных ППМ (или их групп), а также более чувствительному и помехозащищённому преобразователю отражённых от цели электромагнитных волн, «Жук-АЭ» имеет очень весомое преимущество перед другими бортовыми радарами - незначительно уменьшение дальности обнаружения воздушных объектов на фоне земной поверхности, составляющее всего 8-11%, для РЛС с ПФАР этот показатель составляет около 15-18%, что доказала на испытаниях РЛС «Ирбис-Э», работающая в широком секторе обзора: ВЦ с ЭПР 3м2 обнаруживалась на удалении 200 км (на фоне свободного пространства), и 170 км (на фоне земной поверхности). Даже здесь мы можем увидеть заметный плюс радаров с АФАР.
Высокие характеристики «Жук-АЭ» также отмечаются при работе в режиме «воздух-море/земля»: группа тяжёлой бронетехники, либо артиллерийская батарея САУ может быть обнаружена на дальности 30-35 км, надводный корабль класса «корвет» - 150 км и «эсминец» - более 200 км. Режим «воздух-поверхность» имеет несколько десятков подрежимов, среди которых: синтезированная апертура, возможность «заморозки» карты рельефа местности со всеми обнаруженными поверхностными объектами, обнаружение и сопровождение движущихся юнитов (GMTI), измерение скорости носителя в соответствии со скоростью смещения стационарных объектов в системе координат истребителя, следование рельефу местности на околозвуковых скоростях, использующееся в задачах «прорыва» ПВО противника. Сектор обзора радара стандартный для фиксированных АФАР-апертур и составляет 120 градусов в азимутальной и угломестной плоскостях, что является недостатком с подвижными АФАР-станциями, к примеру, «Captor-E», зато масса РЛК составляет всего 200 кг, что идеально подходит для модернизации лёгких МиГ-29С/СМТ/М2. Суммарные возможности «Жука-АЭ» находятся между американскими БРЛС AN/APG-80 и AN/APG-79, которыми оснащаются F-16C Block 60 и F/A-18E/F «Super Hornet». Модернизация существующих МиГ-29С/СМТ радиолокаторами «Жук-АЭ», а также более совершенными оптико-электронными комплексами ОЛС-УЭМ и современным информационным полем кабины экипажа даст возможность значительно опередить польские F-16C Block 52+ и немецкие «Тайфуны», оснащённые устаревшими РЛС со щелевой антенной решёткой. В то же время, отставание от «Тайфунов» с РЛС «Captor-E», а также от F-35A будет значительное. «МиГам» потребуется ещё более мощная бортовая РЛС с активной фазированной антенной решёткой - «Жук-АМЭ».
Впервые эта станция была представлена на авиакосмической выставке «Airshow China-2016» в китайском Чжухае в 2016-м году. Приёмо-передающие модули «Жук-АМЭ» изготавливаются по совершенно новой технологии, на основе трёхмерных сверхвысокочастотных проводников, генерируемых в процессе низкотемпературной совместно обжигаемой керамики LTCC («Low Temperature Co-Fired Ceramic»). Рождение сверхпрочной кристаллической структуры проводников происходит в результате обжига многокомпонентной смеси из спецстёкол, керамики, а также специальных проводниковых паст на основе золота, серебра или платины, которые в определённых соотношениях добавляются в эту смесь. Данные ППМ имеют множество преимуществ перед стандартными арсенид-галиевыми элементами, использующимися в большинстве известных БРЛС с АФАР (японская J-APG-1, «Captor-E» и т.д.), а в частности:
- отличная механическая стабильность, достигаемая малым коэффициентом теплового расширения и высокой эластичностью в широком диапазоне температур работы, эти качества являются основой большого ресурса работы ППМ;
Устойчивые электропроводные показатели во всех частотных диапазонах волн, вплоть до миллиметрового Ka-диапазона, благодаря чему наблюдается большая стабильность работы АФАР сразу в нескольких режимах, включая РЭБ;
Плотность керамической основы ППМ, изготовленных по технологии LTCC, обеспечивает герметичность проводниковых элементов от негативных воздействий внешней среды, другими словами, «Жук-АМЭ» может продолжить работу даже в случае повреждения радиопрозрачного носового обтекателя БРЛС;
Более высокая теплопроводность LTCC-подложки из керамики, в сравнении с органическими аналогами (4 Вт/мк против 0,1-0,5 Вт/мК соответственно), позволяет более эффективно охлаждать самые высокотемпературные зоны ППМ, особенно при использовании металлических теплостоков;
Процесс создания подобных ППМ не требует высоких температур обжига, достаточно всего 850-900ºС.
В случае с технологией LTCC низкотемпературная совместно обжигаемая керамика является низкопрофильной диэлектрической подложкой для платиновых, золотых или серебряных проводников-излучателей/приёмников РЛ-волны. Она значительно более жаропрочная, чем обычные печатные платы из органических соединений и позволяет работать с повышенным энергетическим потенциалом: приёмо-передающие модули АФАР «Жук-АМЭ» могут иметь мощность порядка 6-8 Вт. Это привело к тому, что перспективная РЛС «Жук» увеличила дальность обнаружения цели с ЭПР 3 м2 примерно до 220-260 км, что сопоставимо со станцией «Captor-E». По заявлениям «фазотроновцев», «Жук-АМЭ» разработан как для установки на истребители поколения «4++» МиГ-35, так и на МиГ-29С/СМТ. Антенный модуль вместе с полотном и шлейфами имеет массу порядка 100 кг, что является невиданным среди западных истребителей показателем. Полотно станции представлено 960 ППМ.
Демонстратор бортовой РЛС «Captor-E»
Высокоэнергетические режимы работы «Жук-АМЭ» с высоким разрешением дают возможность безошибочно классифицировать морские, наземные и воздушные объекты по их форме и радиолокационной сигнатуре благодаря сравнению с загруженной эталонной базой из сотен или даже тысяч юнитов. Более того, может быть произведена и идентификация цели с малого расстояния, когда режим SAR имеет разрешение в 50 см, либо в случае, когда цель радиоизлучающая. Тогда используется база частотных шаблонов многочисленных радиолокационных средств противника, которая может быть интегрирована в обновлённую СПО модернизированного МиГ-29. «Жук» может работать и в режиме LPI, для осложнения работы средствам РЭБ противника, либо в пассивном - для скрытных выхода и атаки на радиоизлучающие цели противника, среди которых могут быть как наземные обзорные или многофункциональные РЛС зенитно-ракетных комплексов, так и станции РТР и РЭБ воздушного базирования.
Продолжение следует…
Ctrl Enter
Заметили ошЫ бку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Подполковник-инженер М. Михов
Мероприятия по дальнейшему наращиванию боевой мощи ВВС США предусматривают создание не только новых, более совершенных самолетов, но и различного оборудования, применение которого расширило бы их боевые возможности. В частности, командование американских ВВС большое внимание уделяет разработке многофункциональных самолетных радиолокационных станций, которые обеспечивали бы обнаружение воздушных, наземных и надводных целей (одновременно нескольких) и определение их координат, управление бортовым оружием, оценку рельефа местности в интересах обеспечения безопасности полетов на малых высотах.
Американские специалисты считают, что последовательное или одновременное выполнение РЛС нескольких функций в значительной мере зависит от скорости и полноты обзора пространства, то есть от того, насколько быстро луч РЛС будет перемещаться в заданном секторе и изменять свою форму (диаграмму направленности). Отмечается, что для поиска и сопровождения воздушных целей необходима острая диаграмма направленности, сканирующая в пределах всей передней полусферы, а для обзора земной поверхности - плоская диаграмма (косекансквадратной формы по углу места), сканирующая по азимуту в нижней части передней полусферы. В целях эффективного обеспечения полета на малых высотах необходимо быстрое сканирование луча РЛС как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.
Существующие антенные системы, в которых для формирования диаграммы направленности луча используются параболические отражатели высокочастотных сигналов, не позволяют одной РЛС выполнять несколько функций. Такие антенны, по оценке американских специалистов, не имеют необходимой для многофункциональной РЛС ширины сектора обзора пространства, обладают недостаточной скоростью сканирования луча, имеют большой вес и объем, а также низкую надежность, то есть они не подходят для РЛС, предназначенных для одновременного действия по нескольким целям и выполнения различных функций. Поэтому, например, на самолете FB-111 для обеспечения выполнения всех его боевых задач устанавливаются две РЛС и три антенны.
В связи с этим в США уже в начале 60-х годов начались работы по созданию принципиально новых антенн для самолетных многофункциональных РЛС. Эти антенны представляют собой фазированные антенные решетки (ФАР). Иностранная печать отмечает, что основное преимущество ФАР перед обычной отражательной (зеркальной) антенной заключается в электронном управлении лучом, которое обеспечивается изменением по определенному закону фазы излучаемого сигнала каждого из элементарных излучателей. В решетке может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч таких излучателей. Время перемещения луча между двумя крайними положениями не превышает нескольких микросекунд, при этом возможно быстрое изменение формы диаграммы направленности. Существенной особенностью работы ФАР является необходимость включения в комплект РЛС электронной вычислительной машины, которая может достаточно быстро управлять одновременно всеми излучателями решетки. ФАР обеспечивает более широкий сектор обзора, чем обычная антенна, а благодаря неподвижной конструкции ее удобно размещать под обтекателем на борту самолета. Исключаются также тяжелые л громоздкие электромеханические или гидравлические устройства управления и повышается живучесть РЛС, так как она выполняет свои функции даже при выходе из строя значительного количества элементарных излучателей.
Американские специалисты одним из перспективных направлений в развитии ФАР считают создание так называемых "конформированных решеток", элементы которых будут располагаться по сложной выпуклой поверхности различных участков обшивки самолета. При этом может увеличиться зона обзора и освободиться значительный полезный объем в носовой части самолета для размещения других радиоэлектронных средств или вооружения.
Наиболее перспективными, несмотря на сложность электрических схем, иностранные специалисты считают так называемые "активные" ФАР, в которых элементарные излучатели являются самостоятельными приемопередатчиками. Такие ФАР позволяют с высоким КПД реализовать энергетические возможности высокочастотных генераторов и значительно повысить надежность работы РЛС. Существенным препятствием при создании таких РЛС является отсутствие в настоящее время достаточно экономичных, легких и мощных твердотельных высокочастотных генераторов или усилителей мощности. Поэтому в США в качестве промежуточных вариантов ФАР разрабатываются пассивные линзовые антенны (отражательные или проходные), в которых для формирования требуемых диаграмм направленности применяется решетка высокочастотных фазовращателей, облучаемая широким лучом от единого источника мощного высокочастотного сигнала.
В зависимости от способа подачи высокочастотных сигналов имеются пассивные проходные ФАР двух видов: с открытой волноводной системой, когда решетка облучается одним широким лучом от слабонаправленного источника, и с закрытой, когда передаваемый высокочастотный сигнал подается к элементарным фазовращателям решетки при помощи разветвленной системы волноводов.
Один из вариантов пассивной проходной ФАР с закрытой волноводной системой - волноводная щелевая решетка, в которой излучающими элементами являются щели в стенках волноводов. Управление фазой высокочастотного сигнала в такой решетке производится не в отдельном элементе, а в группе элементов путем применения группового фазовращателя в соответствующем отрезке волновода. В данном случае возможности электрического управления диаграммой направленности ФАР в плоскости, проходящей вдоль отрезка волновода, резко уменьшаются, и в связи с этим возникает необходимость использования механического сканирования луча.
Одной из основных частей элементарной ячейки ФАР является высокочастотный фазовращатель. Обычно фазовращатели выполняются на ферритах или реактивных диодах, причем, несмотря на значительные вносимые потери и малую допустимую рассеиваемую мощность, предпочтение отдается последним из-за их небольшого веса, простоты управления и высокой скорости переключения.
| Рис. 1. Блок-схема модуля РЛС MERA: 1 - антенна; 2 - антенный переключатель; 3 - умножитель частоты; 4 - сигнал переключения с приема на передачу; 5 - смеситель; 6 - импульсный усилитель; 7 - импульсный сигнал модуляции; 8 - усилитель промежуточной частоты; 9 - фазовращатель приемного тракта, 10 - логическая схема управления; 11 - фазовращатель передающего тракта; 12 - фазосдвигающее устройство; 13 - усилитель мощности; 14 - управляющие сигналы от ЭВМ |
|
| Рис, 2. Модуль РЛС MERA. а - расположение основных элементов в верхней и нижней частях модуля; б - внешний вид модуля в собранном виде |
Управление фазовращателями обычно осуществляется с помощью сигналов, поступающих от цифровой ЭВМ В иностранной печати отмечается, что если сигналы имеют малое количество разрядов, то уменьшается количество фиксированных значении фазы высокочастотного сигнала и при установке луча РЛС возникают ошибки квантования, а увеличение разрядности управляющих сигналов приводит к усложнению конструкции фазовращателей и возрастанию их веса. Американские специалисты провели опыты по оценке этих ошибок путем учета падения мощности излучения в требуемом направлении при максимальной ошибке квантования и получили следующие результаты: при одноразрядном управляющем сигнале (установка фазы через 180°) это падение составляет 4 дб (60 проц.), а при двухразрядном (установка фазы через 90°) - всего 0,9 дб (20 проц.). Из этого был сделан вывод, что для большинства самолетных РЛС оптимальным является управление двухразрядным сигналом. При этом считается, что ошибка квантования вполне компенсируется за счет большой скорости перемещения луча и дальнейшей обработки принятого сигнала.
В результате проводимых работ в США во второй половине 60-х годов фирмы "Тексас инструменте", "Макссон электроникс", "Хьюз эркрафт", "Рейтеон" и некоторые другие разработали ряд опытных образцов РЛС, имеющих активные и пассивные ФАР и электронное управление луча. Краткое описание некоторых из них приводится ниже.
РЛС MERA (Molecular Electronics for Radar Application) , созданная специалистами фирмы "Тексас инструменте", является одной из первых станций с активной ФАР. Впервые эта РЛС была продемонстрирована в 1968 году. Ее антенная решетка состоит из 604 твердотельных модулей, которые работают в 3-см диапазоне волн Блок-схема одного такого модуля показана на рис. 1 При передаче для возбуждения модулей используются сигналы частотой 2250 МГц, а при приеме отраженных сигналов - гетеродины, работающие на частоте 2125 МГц. Компоновка, внешний вид и размеры модуля показаны на рис. 2 (цифровые обозначения соответствуют обозначениям на рис. 1). Элементы модулей на площади ФАР были размещены по эмпирическому положению: два-три модуля на площадь, равную квадрату длины волны РЛС. Для достижении мощности в импульсе бортовой РЛС (предназначенной для обзора земной поверхности), равной 60 кВт, предполагалось использовать модули мощностью излучения по 100 Вт Однако технические возможности выполнения твердотельных усилителей такой мощности в заданных габаритах оказались нереальными, и возникший при этом энергетический дефицит был компенсирован за счет применения схем сжатия импульсов. Сообщалось, что среднее расчетное время наработки РЛС на один отказ составило несколько сотен часов.
Опыт разработки, схемы и некоторые конструктивные решения экспериментальной РЛС MERA были использованы при создании в начале 70-х годов опытного образца РЛС RASSR (Reliable Advanced Solid State Radar), Специалисты фирмы считали, что эта РЛС вполне может быть установлена на перспективных тактических самолетах 70-х годов. Ее ФАР состояла из 1648 приемопередающих модулей, сходных по принципу построения с модулями РЛС MERA.
Фирма "Макссон электроникс" по заказу командования авиации ВМС США разработала опытный образец РЛС 1-см диапазона с отражательной ФАР. Эта РЛС в 1969 году была установлена на самолете А-6 для проведения летных испытаний. ФАР диаметром 72 см состояла из 1500 элементов с высокочастотными фазовращателями на реактивных диодах. Размеры каждого из элементов - 98х10x10 мм. Сигнал на решетку подавался от четырехрупорного облучателя. Управление фазовращателями решетки осуществлялось с помощью сигналов, поступающих от легкой малогабаритной бортовой ЭВМ весом 2,3 кг, которая обеспечивала установку луча в течение 250 мкс. Электроснабжение РЛС производилось от специального блока питания весом 2,7 кг. Потребляемая мощность станции 700 Вт.
По сообщениям иностранной печати, специалисты этой фирмы на базе вышеупомянутого опытного образца разработали проект усовершенствованной РЛС с ФАР диаметром 144 см, состоящей из 6000 элементов. Расчетный вес такой решетки 77 кг, а стоимость 150 тыс. долларов. Фазовращатели решетки выдерживают мощность излучения более 2 Вт, поэтому американские специалисты считают, что такая РЛС могла бы обладать мощностью в импульсе 1,5 МВт, а этого вполне достаточно для самолетных станций любого класса. Для такой РЛС предполагалось использовать модифицированную ЭВМ, которая обеспечивает установку луча за 1,5 мкс.
Для перспективных истребителей-перехватчиков авиации ВМС США в 1969 году фирмой "Хьюз эркрафт" была разработана РЛС ESIRA (Electronically Scanned Interceptor Radar Antenna). Ее пассивная отражательная ФАР диаметром около 150 см состоит из 2400 элементов и четырехрупорного облучателя.
|
| Рис.3.. Внешний вид РЛС AN/APO-140 |
|
| Рис. 4. Бортовая РЛС с щелевой полноводной ФАР, установленная в носовой части самолета F-I4 |
|
| Рис. 5. Основные блоки и ФАР обзорной навигационной РЛС RDR-1400 |
По заказу командования ВВС США американская фирма "Рейтеон" разработала РЛС AN/APQ-140, которая предназначалась для установки на сверхзвуковой стратегический бомбардировщик В-1, создаваемый фирмой "Боинг". Опытный образец этой РЛС с отражательной ФАР диаметром около 70 см, состоящей из 3800 элементов (рис. 3), прошел летные испытания на специальном самолете. Однако по ряду причин принятие этой РЛС на вооружение было отложено, и на первых этапах серийного производства самолета B-1 на него планируется устанавливать не одну многофункциональную РЛС, а комплект станций, представляющий собой усовершенствованный вариант комплекта РЛС самолета FB-111.
Зарубежная печать сообщает, что интенсивные работы по созданию самолетных РЛС с ФАР, проводимые в США со второй половины 60-х годов, не дали ожидаемых результатов. В связи с техническими трудностями, возникшими при реализации проектов, и недостаточно высокой надежностью твердотельных элементов ФАР современные американские боевые самолеты до сих пор не имеют бортовых РЛС с полным электронным управлением луча. Кроме того, существенное влияние на выполнение программ оказала высокая стоимость работ.
По данным иностранной печати, в США при создании многофункциональных РЛС применяется промежуточный конструктивный вариант ФАР, представляющий собой волноводную щелевую решетку с закрытой фидерной системой и питанием от общего высокочастотного генератора мощности. Как указывалось ранее, ограниченное электронное управление диаграммой направленности в такой антенне должно сочетаться с механическим сканированием ее решетки. Однако, несмотря на это, они имеют преимущества перед обычными антеннами. В частности, отмечается, что тщательная фазировка излучателей значительно уменьшает уровень боковых лепестков, а отсутствие вынесенного вперед облучателя или контррефлектора позволяет при данных размерах обтекателя увеличить диаметр антенны и ее предельные угловые отклонения, а следовательно, сузить диаграмму направленности и увеличить зону обзора. Кроме того, приближение центра тяжести антенной системы к узлам ее подвески позволяет значительно упростить их конструкцию и повысить скорость перемещения антенны.
В США уже разработаны РЛС нескольких типов с щелевыми антенными решетками. Например, на многоцелевых палубных истребителях F-14 "Томкэт" устанавливаются созданные фирмой "Хьюз эркрафт" РЛС системы управления оружием AN/AWG-9 (рис. 4). Сообщается, что сочетание в данной РЛС электронного и быстрого механического сканирования луча обеспечивает одновременное сопровождение нескольких воздушных целей. На базе этой станции фирма разработала серию РЛС "Атлас", которые планируется устанавливать на перспективных тактических самолетах. Антенну аналогичного типа (в виде щелевой волноводной решетки) применила фирма "Юнайтед эркрафт" в РЛС "Меркурий", которую предполагается использовать на перспективном истребителе ВВС США. Антенна РЛС "Меркурий", макет которой демонстрировался фирмой в конце 1974 года, представляет собой 30 горизонтальных отрезков волноводов со щелевыми излучателями, расположенными в узких стенках волноводов. Ее конструкция обеспечивает механическое сканирование по азимуту в пределах ±70° и электронное до 50° по углу места.
Американская печать отмечает, что благодаря своим преимуществам и относительно несложной конструкции щелевые волноводные антенные решетки найдут применение не только в многофункциональных, но и в более простых самолетных бортовых РЛС. В частности, фирма "Бендикс" разработала обзорную навигационную РЛС RDR-1400 (рис. 5), у которой антенная решетка обеспечивает только формирование луча, а обзор по обеим угловым координатам (азимуту и углу места) осуществляется за счет механического ее вращения. RDR-1400 имеет узкую диаграмму направленности и предназначена для обнаружения малоразмерных надводных целей. Ее намечается устанавливать на патрульные и поисково-спасательные самолеты и вертолеты.
Многие иностранные специалисты считают, что в течение ближайших лет наиболее вероятным типом антенны самолетных многофункциональных РЛС будет щелевая волноводная решетка с частичным механическим сканированием, а принятие на вооружение РЛС, имеющих полностью электронное управление луча, следует ожидать не ранее начала 80-х годов.