Сьогодні авіація немислима без радарів. Бортова радіолокаційна станція (БРЛС) є одним з найбільш важливих елементів радіоелектронного устаткування сучасного літального апарату. На думку експертів, в недалекому майбутньому БРЛС залишаться основним засобом виявлення, супроводу цілей і наведення на них керованої зброї.
Ми спробуємо відповісти на найпоширеніші питання про роботу РЛС на борту і розповісти, як створювалися перші радари і чим зможуть здивувати перспективні радіолокаційні станції.
1. Коли з'явилися перші радари на борту?
До ідеї використання радіолокаційних засобів на літаках прийшли кілька років після того, як з'явилися перші наземні РЛС. У нас в країні прототипом першої БРЛС стала наземна станція «Редут».
Однією з основних проблем стало розміщення апаратури на літаку - комплект станції з джерелами живлення і кабелями важив приблизно 500 кг. На одномісному винищувачі того часу встановити таку апаратуру було нереально, тому станцію було вирішено розмістити на двомісному Пе-2.
Перша вітчизняна бортова радіолокаційна станція під назвою «Гнейс-2» була прийнята на озброєння в 1942 році. Протягом двох років було випущено більше 230 станцій «Гнейс-2». А в переможному 1945 році "ФАЗОТРОН-НІЇР» почав серійний випуск літакової радіолокаційної станції «Гнейс-5с». Дальність виявлення мети досягала 7 км.
За кордоном перша авіаційна РЛС «AI Mark I» - британська - була передана на озброєння трохи раніше, в 1939 році. Через велику вагу її встановлювали на важкі винищувачі-перехоплювачі Bristol Beaufighter. У 1940 році на озброєння надійшла нова модель - «AI Mark IV». Вона забезпечувала виявлення цілей на дальності до 5,5 км.
2. З чого складається бортова РЛС?
Конструктивно БРЛС складається з декількох знімних блоків, розташованих в носовій частині літака: передавача, антеною системи, приймача, процесора обробки даних, програмованого процесора сигналів, пультів і органів управління і індикації.
Сьогодні практично у всіх бортових РЛС антенна система являє собою плоску щелевую антенну решітку, антену Кассегрена, пасивну або активну Фазовані антенні грати.
Сучасні БРЛС працюють в діапазоні різних частот і дозволяють виявляти повітряні цілі з ЕПР (Ефективна площа розсіювання) в один квадратний метр на дальності в сотні кілометрів, а також забезпечують супровід на проході десятки цілей.
Крім виявлення цілей, сьогодні БРЛС забезпечують радиокоррекции, польотне завдання і видачу цілевказівки на застосування керованого бортової зброї, здійснюють картографування земної поверхні з роздільною здатністю до одного метра, а також вирішують допоміжні завдання: дотримання рельєфу місцевості, вимір власної швидкості, висоти, кута зносу і інші .
3. Як працює бортовий радіолокатор?
Сьогодні на сучасних винищувачах використовуються імпульсно-доплеровские РЛС. У самій назві описаний принцип дії такої радіолокаційної станції.
Радіолокаційна станція працює не безперервно, а періодичними поштовхами - імпульсами. В сьогоднішніх локаторах посилка імпульсу триває всього лише кілька мільйонних часток секунди, а паузи між імпульсами - кілька сотих чи тисячних часток секунди.
Зустрівши на шляху свого поширення яку-небудь перешкоду, радіохвилі розсіюються в усі сторони і відбиваються від нього назад до радіолокаційної станції. При цьому, передавач радара автоматично вимикається, і починає працювати радіоприймач.
Однією з основних проблем імпульсних РЛС є позбавлення від сигналу, що відбивається від нерухомих об'єктів. Наприклад, для бортових РЛС проблема в тому, що відображення від земної поверхні затіняє всі об'єкти, що лежать нижче літака. Ці перешкоди усувають, використовуючи ефект Доплера, згідно з яким частота хвилі, відбитої від наближається об'єкта, збільшується, а від року, що минає об'єкта - зменшується.
4. Що означають Х, К, Ка і Кu діапазони в характеристиках РЛС?
Сьогодні діапазон довжин хвиль, в якому працюють бортові радіолокаційні станції надзвичайно широкий. У характеристиках РЛС діапазон станції вказується латинськими буквами, наприклад, Х, К, Ка або Кu.
Наприклад, РЛС «Ірбіс» з пасивної фазированной антенними гратами, встановлена на винищувачі Су-35, працює в X-діапазоні. При цьому дальність виявлення повітряних цілей «Ірбіс» досягає 400 км.
X-діапазон широко використовується в радіолокації. Він простягається від 8 до 12 ГГц електромагнітного спектра, тобто це довжини хвиль від 3,75 до 2,5 см. Чому він названий саме так? Є версія, що під час Другої Світової війни діапазон був засекречений і тому отримав назву X-діапазону.
Всі назви діапазонів з латинською літерою К в назві мають менш загадкове походження - від німецького слова kurz ( «короткий»). Цей діапазон відповідає довжинах хвиль від 1,67 до 1,13 см. У поєднанні з англійськими словами above і under, свої назви отримали діапазони Ka і Ku, відповідно знаходяться «над» і «під» K-діапазоном.
Радари Ka-діапазону здатні працювати на коротких відстанях і проводити вимірювання надвисокої роздільної здатності. Такі радіолокатори часто застосовуються для управління повітряним рухом в аеропортах, де за допомогою дуже коротких імпульсів - довжиною в кілька наносекунд - визначається дистанція до літака.
Часто Ка-діапазон використовується в вертолітних радарах.
Таким чином, кожен діапазон має свої переваги і в залежності від умов розміщення та завдань, БРЛС працює в різних діапазонах частот. Наприклад, отримання високої роздільної здатності в передньому секторі огляду реалізує Ка-діапазон, а збільшення дальності дії БРЛС уможливлює Х-діапазон.
5. Що таке ФАР?
Очевидно, для того щоб приймати і випромінювати сигнали, будь-якого радару потрібна антена. Щоб вмістити її в літак, придумали спеціальні плоскі антенні системи, а приймач і передавач перебувають за антеною. Щоб побачити різні цілі радаром, антену потрібно рухати. Так як антена радара досить масивна, рухається вона повільно. При цьому, стає проблематичною одночасна атака декількох цілей, адже радар зі звичайною антеною тримає в «поле зору» тільки одну мету.
Сучасна електроніка дозволила відмовитися від такого механічного сканування в БРЛС. Влаштовано це наступним чином: плоска (прямокутна або кругла) антена розділена на осередки. У кожній такій клітинці знаходиться спеціальний прилад - фазообертач, який може на заданий кут змінювати фазу електромагнітної хвилі, яка потрапляє в осередок. Оброблені сигнали з осередків надходять на приймач. Саме так можна описати роботу фазированной антеною решітки (ФАР).
А якщо точніше, подібна антенна решітка з безліччю елементів-фазовращателей, але з одним приймачем і одним передавачем називається пасивної ФАР. До речі, перший в світі винищувач, оснащений радіолокатором з пасивної ФАР, - наш російський МіГ-31. На ньому була встановлена РЛС «Заслін» розробки НДІ приладобудування ім. Тихомирова.
6. Для чого потрібна АФАР?
Активна фазированная антенна решітка (АФАР) є наступним етапом у розвитку пасивної. У такій антені кожна клітинка решітки містить свій приймач. Їх кількість може перевищити одну тисячу. Тобто, якщо традиційний локатор - це окремі антена, приймач, передавач, то в АФАР приймач з передавачем і антена «розсипаються» на модулі, кожен з яких містить щілину антени, фазообертач, передавач і приймач.
Раніше, якщо, наприклад, вийшов з ладу передавач, літак ставав «сліпим». Якщо в АФАР будуть вражені одна-дві комірки, навіть десяток, решта продовжують працювати. В цьому і є ключова перевага АФАР. Завдяки тисячам приймачів і передавачів підвищується надійність і чутливість антени, а також з'являється можливість працювати на декількох частотах відразу.
Але головне, що структура АФАР дозволяє РЛС паралельно вирішувати декілька завдань. Наприклад, не тільки обслуговувати десятки цілей, а й паралельно з оглядом простору дуже ефективно захищатися від перешкод, ставити перешкоди радарів противника і картографувати поверхню, отримуючи карти з високою роздільною здатністю.
7. Яка РЛС буде на винищувачі п'ятого покоління ПАК ФА?
Серед перспективних розробок - конформні АФАР, які зможуть вписуватися в фюзеляж літака, а також так звана «розумна» обшивка планера. У винищувачах наступного покоління вона стане як би єдиним приймально-передавальним локатором, які надають пілоту повну інформацію про те, що відбувається навколо літака.
Радіолокаційна система ПАК ФА складається з перспективною АФАР X-діапазону в носовому відсіку, двох радарів бічного огляду, а також АФАР L-діапазону уздовж закрилків.
Фотонні технології дозволять розширити можливості радара - знизити масу більш ніж удвічі, а роздільну здатність збільшити в десятки разів. Такі БРЛС з РАДІООПТИЧНІ фазованими антенними гратами здатні робити своєрідний «рентгенівський знімок» літаків, що знаходяться на відстані більше 500 кілометрів, і давати їх детальне, об'ємне зображення. Ця технологія дозволяє заглянути всередину об'єкта, дізнатися, яку техніку він несе, скільки людей в ньому знаходиться, і навіть розгледіти їхні обличчя.