Концепция корабельного беспилотного самолета ДРЛО
В предыдущей статье на Рис 1. изображена схема и изложена концепция общевойскового самолёта ДРЛО, предназначенного для замены самолёта А-100. Представленные там принципы построения используются и для корабельного ДРЛО. Во-первых, увеличение высоты полёта ДРЛО до 16–18 км позволяет ограничить зону сканирования его РЛС только нижней полусферой. Во-вторых, установка крыла на крыше фюзеляжа позволяет на освободившейся его боковой поверхности разместить активную фазированную антенную решетку (АФАР) максимально доступной площади.
Для авианесущего крейсера (АК или УДК) желательно иметь собственный малогабаритный БЛА ДРЛО. В отличие от общевойскового, корабельный ДРЛО должен (помимо задач обнаружения воздушных целей) поддерживать нанесение ударов по атакующим воздушным, наземным и морским целям вплоть до наведения ракет. Если для общевойскового ДРЛО наиболее важно было измерить азимут цели, а высоту цели могли измерять и истребители-бомбардировщики (ИБ), то корабельный ДРЛО, наводящий ракеты, должен так же точно измерять и угол места. Поэтому АФАР, у которой (как на Рис. 1) длина в 6 раз превосходит высоту, для корабельного ДРЛО не подходит.
В статье «Концепция авианесущего крейсера...» обосновывались требования: масса БЛА ДРЛО не должна превосходить 5–6 т, а размах крыла 18–20 м.
Корабельный ДРЛО не должен выполняться, как копия схемы Рис. 1, сделанной в масштабе 1:2. Так как высота боковой АФАР должна быть увеличена.
1. Конструкция БЛА ДРЛО
Предлагаемый на Рис. 2 чертёж БЛА нуждается в правке специалиста по аэродинамике. Рисунок отражает лишь общую схему размещения крыльев БЛА и указывает на вызванные крыльями ограничения зон сканирования антенн РЛС.
Рис. 2
Самолет построен по двухкрыльевой схеме «тандем».
Переднее крыло имеет обратную стреловидность, аналогично крылу ИБ Су-37. Хвостовое оперение выполнено с двумя килями, на которых расположено заднее крыло, играющее и роль стабилизатора. Кили и боковые поверхности фюзеляжа образуют единую плоскость, причем кили вытянуты вперёд до начала переднего крыла.
Увеличение высоты боковой АФАР достигается и за счёт того, что воздухозаборник вытянут и протянут под передним крылом.
Шасси данного БЛА построено аналогично БЛА (Рис. 1) по велосипедному типу. Соответственно, на законцовках переднего крыла устанавливаются небольшие металлические колёсики, а внешние отрезки крыла длиной 3,5 м могут опускаться вниз, немного не касаясь ВПП. Опускание производится тогда, когда БЛА уже катится по ВПП.
Боковая АФАР разделена на 3 части. Центральный прямоугольник (размером 4,2х2 м) расположен между крыльями и содержит приёмо-передающие модули (ППМ). Отсутствие крыла над этой частью АФАР позволяет ей сканировать и верхнюю, и нижнюю полусферы, что необходимо для обнаружения ракет, подлетающих сверху.
Крайние части боковой АФАР (размером 2,1х1,33 м) состоят из чисто приёмных модулей. Они используются для увеличения мощности принятого сигнала и повышения точности измерения азимута целей, находящихся в нижней полусфере.
Расположение трёх частей АФАР и крыльев на разных высотах приводит к тому, что сканирование в разных полусферах производят разные части АФАР. Сканирование в верхней полусфере производится только центральной частью и только в диапазоне азимутов ±30° относительно оси АФАР. При сканировании нижней полусферы с отклонением луча вперёд переднее крыло загораживает верхнюю 1/3 центральной части АФАР. Поэтому в передних направлениях при отклонениях луча более чем на 30° используется только левая и нижняя 2/3 центральной части АФАР. В остальных направлениях от +30° до -60° используются все три части АФАР.
2. Характеристики вариантов РЛС для БЛА
Требование увеличения точности измерения угла места вынуждает уменьшить длину волны РЛС. Можно выбрать либо 10-см, либо 5,5-см диапазон.
Если выбран 10-см, то необходимо учесть, что наибольшую опасность для БЛА представляет многофункциональная (МФ) РЛС ЗРК Иджис, которая работает с λ=9-10 см. Поэтому для получения возможности подавлять эту РЛС, выберем именно этот диапазон и для ДРЛО.
Далее будем обозначать его, как принято в радиолокации, упрощенно – λ=10 см.
2.1 Вариант РЛС, работающей в диапазоне λ=10 см
В ДРЛО (Рис. 2) длина волны λ уменьшилась в 2,2 раза, по сравнению с ДРЛО (Рис. 1), что сократило ширину луча центральной части до 1,3*2,8°. Если на приём будут использоваться все 3 части АФАР, то ширина луча окажется 0,7*2,8°.
Центральная часть содержит 2568 ППМ (88*36), а боковые – по 1056 приёмных модуля. Импульсную мощность ППМ придётся уменьшить до 18 ВТ. Тогда энергопотребление всей боковой АФАР уменьшится до 32 кВт. Масса АФАР 400 кг.
Носовая АФАР работает в том же диапазоне 9–10 см и имеет общую площадь около 1 кв.м. Жидкостное точное значение площади определится после разработки носового обтекателя. Жидкостное охлаждение позволяет увеличить мощность ППМ до 50 Вт. При общем числе ППМ 360–400, энергопотребление составит 14 кВт. Масса АФАР 80 кг.
Для увеличения точности измерения азимута цели в передней кромке переднего крыла устанавливаются дополнительно три чисто приемные АФАР, имеющие вид трёх состыкованных линеек – левая часть крыла, центральная, правая. Общая их длина 11 м, количество приёмных модулей – 232.
В результате окажется, что, несмотря на малые размеры БЛА, характеристики его РЛС не намного уступают РЛС А-100. Приведем краткие оценки ТТХ этого варианта БЛА:
• взлётная масса – 5,5–6 т
• размах крыльев – 19 м
• длина фюзеляжа – 11 м
• масса топлива – 2,5 т
• высота полёта – 16–18 км
• крейсерская скорость – 600 км/ч
• время полёта – 10 ч
• посадочная скорость – 120 км/ч.
Дальности обнаружения целей в направлении осей боковых АФАР составят:
- ИБ типа F-16 с эффективной отражающей поверхностью (ЭОП) 2 кв. м – 550 км;
- маловысотная ПКР с ЭОП 0,1 кв. м – 220 км.
На границах зоны сканирования по азимуту, равных ±60°, дальность обнаружения уменьшается на 20 %.
Дальности обнаружения в верхней полусфере по ИБ – 480 км, по высотной ПКР с ЭОП 0,3 кв. м – 240 км.
Дальность обнаружения в нижней полусфере при азимуте 45° вперёд – 400 км, по ПКР – 145 км.
Ошибка единичного замера углов на дальности, равной 80 % от дальности обнаружения в нижней полусфере:
• по азимуту – 0,12°
• по углу места – 0,4°.
При сопровождении цели в течение 3 сек. угловая ошибка уменьшается в 2–3 раза, а при сокращении дальности до 50 % от дальности обнаружения – уменьшается ещё в 2 раза.
В верхней полусфере:
• по азимуту – 0,2°
• по углу места – 0,4°.
Характеристики носовой АФАР:
• дальность обнаружения ИБ типа F-16 с ЭОП 2 кв. м – 220 км;
• маловысотная ПКР с ЭОП 0,1 кв. м – 100 км.
Ошибка единичного замера углов:
• по азимуту – 0,1°
• по углу места – 0,8°.
Полная блочная масса РЛС – 900–1000 кг.
Себестоимость серийного образца РЛС зависит от цены ППМ. Для снижения цены объём заказа ППМ должен быть велик, например 100 тыс. шт. Предположительно, себестоимость РЛС останется 14 млн долларов.
Достоинством данного варианта ДРЛО является то, что, несмотря на небольшую массу и стоимость, он обеспечивает высокую дальность обнаружения и точность сопровождения целей.
Недостатками являются:
- Сложность комплексирования РЛС БЛА и радиолокационного комплекса (РЛК) АК или УДК. В составе предлагавшегося РЛК АК содержатся 2 РЛС диапазонов 5,5 см и 70 см и модуль госопознавания диапазона 20 см. Следовательно, для связи с РЛС БЛА придётся изготовить специальный модуль диапазона 10 см.
- Трудности, возникающие при совместной работе БЛА ДРЛО и БЛА ИБ, базирующихся на АК, у которых БРЛС работает в диапазоне 5,5 см.
То есть РЛС ДРЛО не сможет подсвечивать цели. Для того чтобы БРЛС ИБ могли бы работать в скрытном режиме или использовать подсвет РЛС ДРЛО для увеличения дальности обнаружения целей с помощью БРЛС.
Ещё одним недостатком является невысокая точность определения высоты целей. Например, ошибка измерения высоты ПКР, находящейся на дальности 150 км, составит (при сопровождении) 0,5 км. Такая ошибка не позволит выводить ПР командным методом на самонаведение.
Дальнейшее сокращение длины волны РЛС позволит избежать указанных недостатков.
2.2 Вариант РЛС, работающей в диапазоне λ=5,5 см
В данном варианте наступают ограничения возможностей уменьшения λ.
В обычной АФАР ППМ устанавливаются с шагом равным половине λ. Поэтому при уменьшении λ вдвое количество ППМ, устанавливаемых на единицу площади, увеличивается вчетверо.
Некоторое снижение стоимости получится за счёт того, что цена ППМ 5,5 см составит 75–80 % цены ППМ 10 см.
Кроме того, можно отказаться от левой и от правой частей боковой АФАР. Центральная часть АФАР будет содержать 9216 ППМ (144*64). Импульсная мощность 6 Вт. Полная себестоимость РЛС оценивается в 25 млн долларов. Масса РЛС составит 900–1000 кг.
Дополнительным преимуществам диапазона 5,5 см является возможность подавления РЛС ЗРК Патриот.
2.2.1 Характеристики РЛС диапазона λ=5,5 см
Уменьшение λ позволяет уменьшить ширину луча РЛС до 0,75*1,6°.
Достоинством этого варианта РЛС является уменьшение в 1,6 раза ошибки измерения высоты цели и получение возможности непосредственного управления планирующими боеприпасами. А также возможность организовывать подсвет целей для БЛА ИБ, использовать подсвет от МФ РЛС АК и передавать информацию непосредственно на МФ РЛС.
Недостатком является уменьшение площади боковой АФАР, что снижает дальность обнаружения на 15 % при обнаружении ИБ. Дальность обнаружения маловысотных ПКР не падает из-за использования более узкого по вертикали луча.
В результате получим дальность обнаружения боковой АФАР в диапазоне углов по азимуту от +30° до -60° по ИБ 450 км и по маловысотной ПКР – 220 км. Ошибки единичных замеров углов составят 0,12° по азимуту и 0,25° по углу места.
Дальности обнаружения при азимуте 45° вперед составят 330 км по ИБ и 160 км по ПКР.
3. Использование ДРЛО для обнаружения наземных и морских целей
ДРЛО не может (из-за отражений от земной поверхности) обнаруживать наземные неподвижные цели в режиме реального луча. На практике удается обнаруживать либо движущиеся цели, либо неподвижные в режиме синтезированного луча, то есть в боковых направлениях.
БРЛС любого БЛА обнаруживает движущуюся цель на фоне отражений от других неподвижных предметов за счёт различия скоростей сближения с движущейся целью и неподвижного предмета, расположенного в окрестности цели.
При этом значение имеет только радиальная компонента вектора скорости цели, то есть направленная вдоль линии, соединяющей РЛС и цель. Минимально обнаруживаемые скорости целей зависят от азимута цели – чем ближе цель к направлению полёта ИБ, тем меньшую скорость цели можно обнаружить.
Хуже всего обнаруживаются цели, лежащие на направлении, перпендикулярном направлению полёта. Но ДРЛО не атакует цель, а барражирует вдоль района боевых действий. Иначе говоря, цели у него находятся, как правило, сбоку. Тогда только узкий луч позволяет обеспечить обнаружения низкоскоростных целей. Боковая АФАР с шириной луча 0,7° позволит обнаруживать цели, движущиеся с радиальной скоростью более 5–6 км/ч.
Наоборот, в режиме синтезированного луча лучше всего обнаруживаются цели, находящиеся сбоку. Получить отметку от цели типа неподвижный танк можно на дальностях 100–200 км, но распознать отметку, как объект автобронетехники, удаётся на дальностях порядка 20–30 км.
Морские цели обнаруживаются намного легче наземных из-за того, что уровень отражений от моря при умеренном волнении 2–3 балла оказывается на порядок меньше, чем от земли. Особенно уровень помех снижается при малых высотах полёта ДРЛО. Если угол скольжения луча РЛС окажется менее 1°, то уровень отражений уменьшится ещё на 1–2 порядка. Поэтому можно обнаружить даже малую цель. Например, малый катер с ЭОП 10 кв. м – на дальности 200 км, выбрав нужную высоту полёта.
4. Выводы
Предлагаемый корабельный БЛА ДРЛО, несмотря на малый вес 6 т, превосходит самолёт ДРЛО «Хокай» по своим техническим характеристикам и не намного уступает ДРЛО А-100.
Низкая себестоимость (30–40 млн долларов) и малый расход топлива обеспечат его высокую конкурентоспособность даже на рынке сухопутных ДРЛО.
ДРЛО способен обеспечивать загоризонтное наведение ЗУР.
При размещении на АК ДРЛО обеспечивает координацию действий БЛА ИБ и даже может наводить запущенные с них планирующие боеприпасы.
Информация