Сверхширокополосные РЛС: вчера или завтра?
Современные локальные конфликты даже в странах самого низшего уровня развития вооруженных сил (Сирия, Украина), показывают, насколько велика роль радиоэлектронных средств разведки и обнаружения. И какие преимущества может получить сторона, использующая, например, системы контрбатарейной борьбы против стороны, у которой таких систем нет.
В настоящее время развитие всех радиоэлектронных систем идет по двум направлениям: с одной стороны, максимально улучшить свои комплексы управления и связи, системы сбора разведданных, системы управления высокоточным оружием в связке со всеми ранее перечисленными системами и комплексами.
Вторая линия – это разработка систем, которые максимально качественно смогут затруднить работу всех вышеперечисленных средств у противника с самой простой целью – не позволить противнику нанести урон и вред своим войскам.
Здесь стоит еще отметить работу над возможностями и способами маскировки объектов путем снижения их радиолокационной заметности за счет применения новейших радиопоглощающих материалов и покрытий с изменяющимися отражательными свойствами.
Стоит, наверное, перевести: мы не сможем сделать незаметным танк в радиоспектре, но можем максимально минимизировать его заметность, допустим, накрыв его материалами, которые дадут настолько искаженный сигнал, что идентификация будет очень сильно затруднена.
И да, мы все-таки исходим из того, что абсолютно невидимых самолетов, кораблей и танков просто не бывает. Пока по крайней мере. Если малозаметные и трудноразличимые цели.
Но, как говорится, каждой цели – своя РЛС. Вопрос частоты и мощности сигнала. Но здесь кроется проблема.
Новые материалы, особенно радопоглощающие покрытия, новые формы расчета отражающих поверхностей, все это делает уровни фоновой контрастности защищаемых объектов минимальными. То есть, уровень различия электрофизических свойств объекта контроля или дефектов в нем от свойств окружающей среды становится сложно различимым, объект фактически сливается с окружающей средой, что делает его обнаружение проблематичным.
В наше время минимальные уровни фоновой контрастности фактически близки к предельным значениям. Отсюда понятно, что для РЛС (особенно кругового обзора), которые работают именно на контрасте, просто необходимо обеспечить прирост в первую очередь качества получаемой информации. И сделать это через обычное увеличение объема информации не совсем возможно.
Точнее, увеличить эффективность/качество радиолокационной разведки можно, вопрос только в том, какой ценой.
Если взять гипотетическую РЛС, не важно, какого назначения, просто РЛС кругового обзора с дальностью действия, например, 300 км (типа «Небо-СВ») и поставить задачу увеличения ее дальности в два раза, то придется решать весьма непростые задачи. Не стану приводить здесь формулы расчета, это физика чистейшей воды, не секретная.
Так, для увеличения дальности обнаружения РЛС в два раза требуется:
- увеличить энергию излучения в 10-12 раз. Но физику опять никто не отменял, настолько увеличить излучение можно только за счет увеличения потребляемой энергии. А это влечет за собой появление в составе станции дополнительной техники для выработки электроэнергии. И тут же появляются самые различные проблемы с той же маскировкой.
- увеличить чувствительность приемного устройства в 16 раз. Менее затратно. Но реализуемо ли вообще? Это уже вопрос к технологиям и разработкам. Но чем чувствительнее приемник, чем больше проблем с естественными помехами, которые неизбежно возникают при работе. Про помехи от действий РЭБ противника стоит говорить отдельно.
- увеличить линейный размер антенны в 4 раза. Проще всего, но и сложностей добавляет. Сложнее транспортировать, заметнее…
Хотя, честно признаем, чем мощнее РЛС, тем легче ее засечь, классифицировать, сгенерировать для нее персонально рассчитанную помеху с наиболее рациональными характеристиками и отправить. Да и увеличение размеров антенны РЛС играет на руку тем, кто должен ее вовремя обнаружить.
В принципе, получается такой замкнутый круг. Где разработчикам приходится балансировать на острие ножа, учитывая десятки, если не сотни нюансов.
Наши потенциальные противники из-за океана озабочены этой проблемой ничуть не меньше, чем мы. Есть в структуре Минобороны США такое управление, как DARPA - Defense Advanced Research Project Agency, занимающееся как раз перспективными исследованиями. В последнее время специалисты DARPA направляют свои усилия на разработку РЛС, в работе которых используются сверхширокополосные сигналы (СШП).
Что такое СШП? Это сверхкороткие импульсы, длительностью от наносекунды и меньше, с шириной спектра не менее 500 МГц, то есть, намного больше, чем у обычной РЛС. Мощность излучаемого сигнала согласно преобразованиям Фурье (естественно, не Шарля, утописта, которого проходят по истории в школе, а Жана Батиста Жозефа Фурье, создателя рядов Фурье, в честь которого назвали принципы преобразования сигналов) распределяется по всей ширине используемого спектра. Это приводит к уменьшению мощности излучения на отдельно взятом участке спектра.
РЛС, работающую на СШП обнаружить во время работы намного сложнее, чем обычную именно из-за этого: работает как бы не один мощный луч-сигнал, а как бы множество более слабых, развернутых в подобие кисти. Да простят мне специалисты такое упрощение, но это исключительно для «перевода» на более простой уровень восприятия.
То есть, РЛС «стреляет» не одним импульсом, а так называемой «пачкой ультракоротких сигналов». Это дает дополнительные преимущества, о которых речь пойдет чуть ниже.
Обработка СШП-сигнала в отличие от узкополосных, основана на принципах бездетекторного приема, так что количество пачек в сигнале вообще не ограничивается. Соответственно, практически нет ограничений на ширину частотной полосы сигнала.
Здесь возникает давно назревающий вопрос: что вся эта физика дает, какие преимущества?
Они, естественно, есть. РЛС на СШП разрабатываются и развиваются именно потому, что СШП-сигнал позволяет значительно больше, чем обычный сигнал.
РЛС на СШП-сигнале обладают лучшими возможностями обнаружения, распознавания, определения координат и отслеживания траекторий движения объектов. Особенно это касается объектов, которые оснащены средствами противорадиолокационной маскировки и снижения радиолокационной заметности.
То есть, СШП-сигналу все равно, относится наблюдаемый объект к так называемым «стелс-объектам», или нет. Покрытия против РЛС тоже становятся условными, поскольку они не в состоянии отразить/поглотить весь сигнал, какая-то часть пакета «зацепит» объект.
РЛС на СШП более качественно идентифицируют цели, как одиночные, так и групповые. Более точно определяют линейные размеры целей. Им проще работать с целями небольшого размера, способными летать на малых и сверхмалых высотах, то есть, БПЛА. У этих РЛС будет значительно выше помехозащищенность.
Отдельно считается, что СШП позволит более качественно распознавать ложные цели. Это очень полезная опция при работе, например, с боевыми частями межконтинентальных баллистических ракет.
Но не стоит зацикливаться на РЛС воздушного наблюдения, существуют и другие варианты применения РЛС на СШП, не менее, а возможно даже более эффективные.
Может показаться, что сверхширокополосный сигнал – это панацея от всего. От беспилотников, от стелс-самолетов и кораблей, от крылатых ракет.
На самом деле, конечно же нет. У СШП-технологии есть и откровенные минусы, но плюсов тоже хватает.
Сильной стороной РЛС СШП является более высокая точность и скорость обнаружения и распознавания целей, определения координат за счет того, что работа РЛС основана на множестве частот рабочего диапазона.
Здесь вообще скрыта «изюминка» СШП. И она именно в том, что рабочий диапазон такой РЛС имеет множество частот. И этот широкий диапазон позволяет подбирать те поддиапазоны, на частотах которых максимально хорошо проявляются отражающие способности объектов наблюдения. Либо – как вариант – этим можно свести на нет, например, противорадиолокационные покрытия, которые также не могут работать на всем диапазоне частот по причине того, что у покрытий для самолетов существуют ограничения по массе.
Да, сегодня средства снижения радиолокационной заметности применяются весьма широко, но здесь ключевое слово – «снижение». Ни одно покрытие, ни одна самая хитрая форма корпуса не сможет защитить от РЛС. Снизить заметность, дать шанс – да. Не более того. Сказки о «самолетах-невидимках» были развенчаны в Югославии в прошлом веке.
Расчет РЛС СШП будет в состоянии подобрать (причем, быстро, по базе аналогичных данных) тот пакет подчастот, который максимально четко «высветит» объект наблюдения во всей красе. Здесь речь будет идти не на часы, современная цифровая техника позволяет обойтись минутами.
И, конечно же, анализ. Такая РЛС должна иметь хороший аналитический комплекс, который позволит обработать данные, полученные от облучения объекта на множестве частот и сопоставить их с эталонными значениями в базе данных. Сравнить с ними и выдать итоговый результат, что за объект попал в поле зрения РЛС.
То, что облучение объекта будет идти на множестве частот, сыграет положительную роль, в том, что уменьшиться погрешность в распознавании, да и меньше вероятность срыва наблюдения или противодействия средствами объекта.
Повышение помехоустойчивости таких РЛС достигается за счет выявления и селекции излучений, которые смогут помешать четкой работе РЛС. И, соответственно, перестройке приемных комплексов на иные частоты для обеспечения минимального воздействия помех.
Все очень красиво. Конечно, есть и недостатки. Например – масса и габариты такой РЛС значительно превосходят обычные станции. Это пока сильно осложняет развитие РЛС СШП. Примерно так же, как и цена. Она более чем заоблачная у опытных образцов.
Однако, разработчики таких систем смотрят вперед весьма оптимистично. С одной стороны, когда какое-то изделие начинает выпускаться серийно, это всегда снижает стоимость. А в плане массы инженеры рассчитывают на электронные компоненты на основе нитрида галлия, которые могут значительно снизить и массу, и размеры таких РЛС.
И, наверняка так и произойдет. По каждому из направлений. И в итоге, на выходе получится РЛС с мощными, сверхкороткими импульсами в широком частотном диапазоне, с большой частотой повторения. И – очень важно – скоростной цифровой обработкой данных, способной «переваривать» большие массивы информации, получаемой с приемников.
Да, здесь очень нужны Технологии с большой буквы. Лавинно-пролетные транзисторы, диоды с накоплением заряда, полупроводники на нитриде галлия. Лавинные транзисторы вообще приборы не то что недооцененные, это приборы, которые еще себя покажут. В свете современных технологий, за ними будущее.
РЛС, использующие сверхкороткие наносекундные импульсы, будут обладать следующими преимуществами в сравнении с обычными РЛС:
- возможность проникать сквозь преграды и отражаться от целей, расположенных за пределами прямой видимости. Например, это можно использовать для обнаружения людей и техники за преградой или в грунте;
- высокая скрытность ввиду малой спектральной плотности СШП-сигнала;
- точность определения расстояния до нескольких сантиметров из-за малой пространственной протяженности сигнала;
- возможность мгновенного распознавания и классификации цели по отраженному сигналу и высокой детализации цели;
- повышение эффективности в плане защиты от всех видов пассивных помех, вызванных природными явлениями: туман, дождь, снег;
И это далеко не все преимущества, которые могут быть у РЛС СШП в сравнении с обычной РЛС. Есть моменты, которые смогут по достоинству оценить только специалисты и хорошо разбирающиеся в этих вопросах люди.
Указанные свойства делают СШП-радиолокацию перспективной, однако есть ряд проблем, для устранения которых ведутся научно-исследовательские работы.
Теперь стоит поговорить о недостатках.
Помимо стоимости и размеров, РЛС СШП уступает обычной узкополосной РЛС. И уступает значительно. Обычная РЛС при мощности импульса 0,5 ГВт способна обнаружить цель на расстоянии 550 км, то РЛС СШП – на 260 км. При мощности импульса в 1 ГВт узкополосная РЛС обнаруживает цель на расстоянии 655 км, РЛС СШП на расстоянии 310 км. Как видите, почти в два раза.
Но есть и еще одна проблема. Это непредсказуемость формы отраженного сигнала. Узкополосная РЛС работает сигналом в виде синусоиды, который не изменяется при прохождении через пространство. Изменяется амплитуда и фаза, но изменяются предсказуемо и в соответствии с законами физики. СШП-сигнал изменяется как в спектре, в его частотной области, так и во времени.
Сегодня признанными лидерами в разработке РЛС СШП являются США, Германия и Израиль.
В США на вооружении армии уже стоит портативный миноискатель AN/PSS-14 для обнаружения различного рода мин и других металлических предметов в почвенном грунте.
Этот миноискатель Штаты предлагают и союзникам по НАТО. AN/PSS-14 позволяет видеть и рассматривать детально объекты через препятствия и грунт.
Немцы работают над проектом РЛС СШП Ка-диапазона «Памир» с полосой сигнала шириной 8 ГГц.
Израильтяне создали на принципах СШП «стеновизор», компактный прибор «Хавер-400», способный «смотреть» через стены или грунт.
Прибор создавался для контртеррористических подразделений. Это вообще отдельная разновидность РЛС СШП, реализованная израильтянами очень красиво. Прибор реально способен изучать оперативно-тактическую обстановку сквозь самые различные преграды.
А дальнейшее развитие, «Хавер-800», которые отличается наличием нескольких отдельных локаторов с антеннами позволяет не только изучать пространство за преградой, но и формировать трехмерную картину.
Подытоживая, хочется сказать, что развитие РЛС СШП различных направлений (сухопутные, морские, ПВО) позволит тем странам, которые смогут освоить технологию конструирования и производства таких систем значительно усилить свои разведывательные способности.
Ведь количество захваченных, правильно распознанных и взятых на сопровождение с последующим уничтожением целей – это залог победы в любом противостоянии.
А если учесть, что РЛС СШП меньше подвержены воздействию помех различного свойств…
Использование СШП-сигналов позволит значительно повысить эффективность обнаружения и сопровождения аэродинамических и баллистических объектов при контроле воздушного пространства, обзора и картографирования земной поверхности. РЛС СШП может решить многие проблемы обеспечения полета и посадки летательных аппаратов.
РЛС СШП – это реальная возможность заглянуть в завтра. Не зря на Западе так плотно занимаются разработками в этом направлении.
Информация