Нобелевская премия за радар для F-35
Масса бортового радиолокатора составляет 1% от взлетной массы, но именно характеристики БРЛС определяют возможности современных истребителей. Статистика боевого применения за последние 15 лет дает четкую картину: все воздушные бои, в которых принимали участие истребители четвертого поколения, происходили на большой дистанции (100% побед одержаны при помощи ракет "воздух-воздух" средней и большой дальности).
Радар — основной элемент прицельно-навигационного комплекса самолета. Современные многофункциональные станции обеспечивают эффективный поиск, обнаружение и сопровождение воздушных и наземных целей, дистанционно программируют автопилоты выпущенных ракет, измеряют высоту и позволяют выполнять картографирование рельефа местности. Наиболее "продвинутые" образцы используются как передатчики в высокоскоростных системах обмена данными, выполняют функции средств РЭБ и РТР — вплоть до реализации принципа "лучевого" оружия!
В основе современных БРЛС лежат три важнейшие технологии:
Радары с фазированной антенной решеткой (ФАР). Применение группы антенных излучателей (вместо одиночной "тарелки") позволило реализовать целый комплекс преимуществ, главным из которых было быстрое сканирование выбранной области пространства (в пределах 1 миллисекунды). Электронное управление лучом позволило отказаться от громоздких приводов и карданных подвесов, необходимых для механического управления обычными антеннами. Эффективность. Надежность. Многофункциональность. Лучшая чувствительность и помехозащищенность.
МиГ-31 удивляет публику своим громадным радаром "Заслон" (авиасалон ЛеБурже-91)
Технология синтезирования апертуры. Апертура (линейный размер антенны) определяет ширину диаграммы направленности (ширину луча). Для получения высокой разрешающей способности по азимуту необходимы антенны с как можно более большой апертурой, в то время, как предельные габариты антенны БРЛС истребителя не могут превышать 1,5 метра.
Синтезированная (искусственная) апертура — технический прием, основанный на последовательном приеме сигналов при различном положении реальной антенны в пространстве. За ту долю секунды, пока длился импульс БРЛС, самолет успел пролететь 10 метров. В итоге создалась иллюзия громадной антенны с апертурой 10 метров!
Появление РЛС с синтезированной апертурой позволило осуществлять обзор и картографирование земной поверхности с разрешением, сравнимым с качеством аэрофотоснимков. Современные истребители-бомбардировщики получили уникальные возможности для нанесения ударов по наземным объектам — в любую погоду и время суток, с огромной дистанции, не заходя в зону действия вражеской ПВО.
РЛС с активной фазированной антенной решеткой (АФАР).
БРЛС Н010 "Жук-А" для истребителя МиГ-35
Массив из тысяч отдельных приёмо-передающих модулей (ППМ), не нуждающихся в едином излучателе большой мощности. Преимущества технологии очевидны:
— модули антенны могут одновременно работать на разных частотах;
— меньшие массогабариты: за счет меньших размеров самой антенны, отсутствия лампы высокой мощности и связанных с ней системы охлаждения и блока питания высокого напряжения;
Обратите внимание, насколько мала носовая часть у F-35 по сравнению с нашими «сушками» и МиГами
— повышенная надежность: выход из строя/повреждение одного элемента не приведет к потере работоспособности всей РЛС (впрочем, наличие сложной системы охлаждения тысяч модулей АФАР во многом нивелирует указанное преимущество);
— высокая чувствительность и разрешающая способность, возможность масштабирования и работа в режиме "увеличительного стекла" (идеально для работы "по земле");
— ввиду большого кол-ва передатчиков АФАР имеет больший диапазон углов, на который могут быть отклонены лучи — снимаются многие из ограничений геометрии решеток, свойственных ФАР;
— высокая передающая способность АФАР позволила интегрировать её в систему связи и обмена данными:
В 2007 году тесты Northrop Grumman, Lockheed Martin и L-3 Communications позволили АФАР истребителя Raptor работать как точке доступа Wi-Fi, передавая данные на скорости 548 мегабит в секунду, что в 500 раз быстрее, чем принято в стандартной натовской линии связи Link 16.
Dassault Rafale
В настоящий момент воспользоваться всеми преимуществами технологии АФАР могут семь серийных многоцелевых истребителей: пять модернизированных истребителей четвертого поколения и две машины поколения "5".
В их числе: французский "Рафаль" (радар RBE-2AA), экспортный F-16E/F "Пустынный сокол" военно-воздушных сил ОАЭ (эти истребители оснащены радарами AN/APG-80), экспортный истребитель-бомбардировщик F-15SG военно-воздушный сил Сингапура (оснащен AN/APG-63(V)3 ), в то время как американские "Страйк Иглы" также проходят модернизацию с установкой радаров AN/APG-82(V)2. Кроме них, радары с АФАР AN/APG-79 получили модернизированные палубные F/A-18E/F "Супер Хорнет".
Все перечисленные модели БРЛС для истребителей поколения 4+ представляют собой этапы эволюции обычных радаров. Например, APG-63(V)3 и APG-82(V)2 есть импровизации на базе старого радара APG-63 истребителя F-15. Поэтому, несмотря на новую антенну и обновленный процессор, конечный результат оказался не слишком впечатляющим.
APG-79 демонстрирует незначительный прирост характеристик по сравнению с APG-73. Результаты практических тестов не выявили заметных преимуществ истребителей F/A-18E/F, оснащенными радарами с АФАР, перед машинами со обычными БРЛС.
Из отчета Director of Test & Evaluation (DOT&E), 2013 г.
Это при том, что стоимость новой БРЛС увеличилась заметно. Даже в эпоху цифровых технологий, когда стоимость производства каждого модуля АФАР снизилась до нескольких тыс. долл., конечная стоимость решетки из тысяч ППМ составляет многие миллионы. Разумеется, цена — не аргумент для Объединенных Арабских Эмиратов, где шейхам захотелось оснастить свои истребители F-16 как можно более "крутым" радаром.
F-16 c радаром AN/APG-68
F-16 Block 60 с БРЛС с АФАР
Что ж, пока "мажоры" развлекаются со своими "игрушками", в серьезных научных центрах кипит настоящая работа.
Наибольших успехов в области создания радаров с активными ФАР добились коллективы, работавшие над авионикой для истребителей F-22 и F-35. Для этих машин были созданы БРЛС нового поколения, где большие вычислительные мощности позволили реализовать весь потенциал технологии АФАР.
F-22 и его радар AN/APG-77
Что умеет радар истребителя "Рэптор" из того, чего не умеют БРЛС остальных самолетов?
На первый взгляд, ничего особенного. Согласно военному справочнику "Джейн", радар "Рэптора" имеет рабочую дальность обнаружения 193 км, на которой обеспечивается 86% вероятности обнаружения цели с ЭПР=1 кв. м. на одном проходе луча антенны. Для сравнения: отечественный радар Н035 "Ирбис", по заявлениям разработчиков, видит воздушные цели на дальности 300-400 км (ЭПР=3 кв. м.). По большому счету, данные значения не стоит воспринимать всерьез — в боевых условиях, под влиянием различных помех и ситуационных ограничений, реальная дальность обнаружения сократится в разы. Что касается энергетических возможностей, АФАР, при всех её преимуществах, имеет большее рассеяние энергии и меньший КПД, по сравнению с ПФАР.
Теоретически это могло бы уравнять шансы "Рэптора" и Су-35. Но стоит помнить, что дальность взаимного обнаружения в воздушном бою зависит не только от энергетических возможностей БРЛС и ЭПР воздушной цели.
Радар "Рэптора" имеет специальный режим работы LPI (низкая вероятность перехвата), что особенно важно для самолета, построенного по технологии "стелс". В отличие от обычных радаров, "Рэптор" излучает низкоэнергетические импульсы в широком диапазоне частот. Это нивелирует эффективность вражеских средств РЭБ и РТР — противник даже не узнает, что F-22 близко и уже начал атаку. Единственный, кто способен разобраться в случайном потоке сигналов на разных частотах, процессор самого радара AN/APG-77, что постепенно накапливает данные и по теории вероятности находит истинное положение цели.
Второе важнейшее преимущество БРЛС "Рэптора" — возможность одновременной работы в режимах "воздух-воздух" и "воздух-поверхность". Трудно переоценить значение этого момента для пилотов истребителей-бомбардировщиков, что ведут поиск в складках рельефа танковой колонны противника при наличии угрозы со стороны вражеской авиации.
Согласно распространенным данным, AN/APG-77 с синтезированной апертурой позволяет обнаруживать цели с ЭПР 30 кв. м. (танк) на дальности 50 км, а мост или крупный корабль (1000 кв. м.) на дальности до 400 км! Однако, не стоит забывать, что макс. разрешающая способность БРЛС достигается далеко не во всем секторе обзора, а лишь в виде узкого "прожекторного" луча. Кроме того, картографирование с высоким разрешением накладывает определенные ограничения на профиль полета и возможно лишь при отсутствии активного противодействия со стороны авиации и ПВО противника.
Помимо функций средств обнаружения, АФАР, в теории, способна сама превратиться в грозное оружие. Фокусируя излучение в виде узких "лучей смерти", такой радар может "сжигать" электронику подлетающих вражеских ракет. Какова была бы реальная эффективность БРЛС "Рэптора" в качестве электромагнитного оружия, вопрос сложный. Тем не менее, тема вышла за пределы секретных лабораторий и теперь активно обсуждается в круга авиационных специалистов.
Остается добавить, что, помимо научно-фантастических свойств, AN/APG-77 обладает всеми обычными преимуществами технологии АФАР: относительной компактностью и повышенной надежностью. Применение РЛС с АФАР, как это не странно, благоприятно отразилось на снижении ЭПР самого "Рэптора" (за счет отсутствия под носовым обтекателем мех. приводов и зеркальных поверхностей + уменьшение размеров носовой части). Начиная с версии "Блок 32", APG-77 получила возможность постановки направленных радиоэлектронных помех, в том числе по нескольким целям одновременно. Наконец, не стоит забывать о потенциальной возможности интеграции радара в высокоскоростные сети обмена данными.
Вывод очевиден: при всех его ограничениях и недостатках (главный из которых — стоимость!), система AN/APG-77 представляет собой настоящий прорыв в области радиолокации. Заложенный потенциал настолько высок, что даже спустя два десятилетия, радар продолжает приносить сюрпризы и открывать новые возможности.
Еще больших успехов удалось добиться научному коллективу, создавшему радар для многоцелевого истребителя F-35. Ученое сообщество убеждено, что разработчики системы, получившей обозначение AN/APG-81, могли бы всерьез претендовать на Нобелевскую премию по физике — и, возможно, получат свою награду, когда их разработки утратят гриф секретности.
В сравнении с могучим радаром "Рэптора" радиоэлектронное чудо APG-81 имеет скромные габариты и меньшие энергетические возможности. Тем не менее, оно обеспечивает пилота едва ли не большим объемом информации. Все дело в уникальных математических алгоритмах обработки сигналов: например, извлечении полезной информации из шумов, отраженных от "боковых лепестков" АФАР.
Но главные возможности БРЛС F-35 раскрываются при работе по наземным целям: создателям APG-81 непостижимым образам удалось добиться мин. разрешения на местности в пределах 30 х 30 сантиметров. Это позволяет, в буквальном смысле, при взгляде со стратосферных высот отличить танк от БМП !
Если раньше на экране была лишь отметка, то в наши дни ПО и аппаратные возможности БРЛС позволяют реконструировать вид цели.
Что ждет нас в недалеком будущем? Главный тренд развития известен уже сегодня — создание математического аппарата для трехмерной модели радиолокации.
Информация