6 октября, 2013

РАДИОЛОКАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

РЛ КА - область науки и техники, обеспечивающая разработку и создание радиолокационных средств для обнаружения, распознавания и определения точных координат космических аппаратов (частей баллистических ракет и ИСЗ) для систем ПКО (ПРО и СПРН).

Г.В.Кисунько, став генеральным конструктором ПРО, прежде всего, обратился к созданию специальных средств РЛ КА.

Он взял непосредственно на себя создание уникальных радиолокаторов сопровождения БР, чтобы получать исходные данные для проектирования средств РЛ КА.

В результате была создана целая плеяда таких средств: РЭ1, 2, 3; РТН1, 2, 3; РКЦ и РКИ и РЛС "Аргунь" для МКСК в системах А, А-35 и А-35М.

Каждое из этих средств отличалось оригинальностью конструкции и исполнения.

Экспериментальные радиолокаторы РЭ давали информацию о величине и характере отраженных от частей БР сигналов. Результаты измерений закладывались в основу построения средств экспериментальной системы ПРО на полигоне "А".

Радиолокаторы РЭ отличались большими радиотелескопическими антеннами с оригинальными сферическими укрытиями на антенне, которые минимально искажали ДНА.

Радиолокаторы точного наведения – РТН – являлись прецизионными радиодальномерами для системы А. С их помощью методом трех дальностей достигались точности наведения противоракет, позволявшие поражать ГЧ БР безъядерным зарядом.

Радиолокаторы РКЦ и РКИ для системы А-35, которые отрабатывались на полигоне А, использовали новый для того времени моноимпульсный метод определения угловых координат. Радиолокаторы канала цели использовали магнетронные генераторы с удлиненным катом, отдававшие в импульсе длительностью 1–0,1 мкс мощность более 50 МВт.

Для второго этапа развития системы ПРО Г.В. Кисунько, аналогично установке РЭ, создал РЛС "Аргунь" для многоканального стрельбового комплекса (МКСК). РЛС "Аргунь" должна была дать исходные данные на основе наблюдения отечественных БР со средствами преодоления ПРО. РЛС "Аргунь" была двухдиапазонной (см и мм), оснащена ФАР с поляризационной селекцией и органически включала в себя быстродействующую ЭВМ для селекции в реальном времени головных БЧ БР среди ложных целей.

Только 25 лет спустя усилиями НИИДАР радиолокационный комплекс "Крона" распознавания ИСЗ был поставлен на боевое дежурство в составе средств ПКО с характеристиками, близкими к РЛС "Аргунь".

В области создания РЛС дальнего обнаружения Г.В. Кисунько с самого начала повел борьбу за рациональное построение таких средств.

До него группой ученых предлагалось в целях обнаружения и построения траекторий атакующих БР строить двухрядные вертикальные радиолокационные заборы вокруг обороняемых объектов и по двум пересечениям барьеров определять траектории атакующих БР.

Григорий Васильевич не только впервые сформулировал требования к секторной РЛС дальнего обнаружения, но и нашел, ободрил и вдохновил молодой коллектив, создавший первую РЛС ДО для полигона А – "Дунай-2".

Выданное им техническое задание требовало:
- дальность обнаружения головных частей баллистических ракет типа Р-5 — 1500 км в секторе наблюдения, охватывающем всю траекторию движения цели;
- точность выдачи координат – 1 км по дальности и 0,5° по угловым плоскостям.

Эскизный проект РЛС "Дунай-2" предлагал РЛС непрерывного излучения с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). ЛЧМ предлагалось использовать не только для измерения дальности и разрешения по дальности, но и для обзора заданного сектора по азимуту. Обзор осуществлялся за счет применения антенных устройств в виде параболических цилиндрических зеркал с линейными облучателями в виде волноводов с замедляющей структурой и щелевыми излучателями. Угол места предполагалось измерять амплитудно-фазовым методом при двухэтажной конструкции приемной антенны.

РЛС предлагалось разместить на берегу озера Балхаш вблизи директрисы полета цели с точкой падения в 50 км от РЛС. Генеральный конструктор системы "А", член-корреспондент АН СССР тов. Кисунько Григорий Васильевич высоко оценил представленный проект РЛС ДО и настоял на его скорейшей реализации, пока РАЛАН (академик Минц А.Л.) переориентировалась с барьерных РЛС на создание секторной РЛС "Днепр", также на базе АФУ с волноводами со щелями и замедляющей структурой и импульсным излучением с ФМ.

Работа, по созданию РЛС "Дунай - 2", привлекла значительные силы ЦНИИ-108. Особо трудная задача выпала на коллектив антеннщиков под руководством зам. главного конструктора РЛС В. П. Васюкова. А.А. Азатова, А.В. Дрозд, В.А. Кожанков, В.Д. Войцеховская, Г.А. Котельникова, К.Я. Орлова, А.Г.Шубов, В.С. Горкин под общим руководством проф. Я.Н. Фельда разработали АФУ РЛС и реализовали его на авиационных заводах, привлеченных КВПВ СМ СССР. А.А. Мыльцев, В.А. Гундоров, В.М. Клюшников обеспечили испытания АФУ в полигонных условиях.

П.Н.Андреев вместе с В.А. Квасниковым и А.Н. Обориным создали новый резнатрон непрерывного действия мощностью 40 кВт, а П.П. Первушин, Б.В. Плодухин, И.Л. Лозовой, Н.В. Раннинский, Л.Г. Рассолова под руководством зам. главного конструктора В.К. Гурьянова создали двуканальный предусилитель с использованием металлокерамических тетродов.

Уникальный широкополосный возбудитель ЛЧМ сигналов создали А.Н. Мусатов, Е.С. Абрамов, М.Е. Лейбман, В.А.Козырев на базе ферритового генератора с фазовым управлением через кварцевую линию задержки.

Приемный тракт РЛС, предложенный зам. главного конструктора А.И. Ивлевым, создавали и совершенствовали далее Н.Д. Лобышев, Л.Н. Ануфриев, В.Н. Марков, В.И. Корнилов, Б.М. Лурье, А.Р. Розенкрац, Ю.И. Бузинов.

Ф.М. Песелева с В.А. Аудером, К.П. Межохом, В.Н. Бурыкиным, В.М. Давидчуком, Г.И. Минаевым, создали уникальный цифровой измеритель координат.

Вместе с главным конструктором РЛС "Дунай-2" работали по ее созданию руководители по своим направлениям Н.В. Кондратьев, М.А. Архаров, В.К. Шур, А.П. Борзило, В.М. Клюшников, Ю.А. Родионов, И.И. Полежаев, И.И. Белопольский.

Уже в августе 1958 года РЛС "Дунай-2" вышла в эфир и впервые в Советском Союзе было осуществлено дальнее обнаружение баллистической ракеты Р-5 и её головной части на расстоянии больше 1000 км, а 6 ноября 1958 г. состоялась первая проводка ГЧ БР типа Р-5 в режиме автосопровождения с измерением координат. Начались испытания РЛС представителями МО в лице группы офицеров полигона под руководством главного инженера полигона М.И. Трофимчука. Совместно с испытаниями производились стыковочные работы средств полигона. РЛС "Дунай-2" цифровой радиорелейной линией была связана с Главным командно-вычислительным центром (ГКВЦ), откуда данные РЛС направлялись радиолокаторам точного наведения противоракеты на цель и от них на стартовую позицию ПР. Весь комплекс средств системы "А" распростерся на сотни километров по пустыне Бет-Пак-Дала с центром в новом городе Приозерске.

5 ноября 1960 года был произведен первый пуск БР Р-5 в сторону полигона в качестве мишени для комплекса А. Однако он был неудачен. БР только показалась из-за горизонта, как упала в степи (отказы БР в системе наблюдались чрезвычайно редко). Далее было захватывающе интересно наблюдать, как отказы в системе все ближе происходили к ожидаемому времени перехвата цели. На втором пуске отказал "Дунай-2", запутавшись в переходе от амплитудного ("грубого") измерения угла места к фазовому ("точному"). Мы были "наказаны" введением в общую программу возможности подмены (при отказе "Дуная-2") измеренной траектории теоретическим полиномом цели. Далее "отличались" и другие средства комплекса, но точка встречи по времени все приближалась. И, наконец, 4 марта 1961 года за 10 сек до встречи ПР с БР остановилась программа на центральной ЭВМ полигона. Программисты по команде Г.В. Кисунько вновь запустили программу, она по данным "Дуная-2" восстановила работу комплекса и головная часть БР Р-5 была разрушена осколочным зарядом противоракеты В-1000. Исторический момент свершился, о чем вскоре стало известно всему миру из уст самого Никиты Сергеевича Хрущева.

Работа на полигоне была самым романтичным периодом жизни для коллективов ведущих головных научных организаций-разработчиков и создателей систем ПРО – ОКБ "Вымпел", ИТМ и ВТ, ОКБ-2, НИИДАР, НИИ-129, в/ч 03080, НИИ-45.

Суровая природа, интересная работа, общение с корифеями радиоэлектроники: Г.В. Кисунько, создателем первой ЭВМ С.А. Лебедевым, создателем первой противоракеты, П.Д. Грушиным, легендарным С.А. Лавочкиным, были для нас второй академией, причем особо поражали высокие человеческие качества наших воспитателей.

Научно-технический опыт создания РЛС "Дунай-2", полученный на полигоне "А", позволил быстро развернуть работы по созданию станций дальнего обнаружения для первой отечественной системы ПРО вокруг г. Москвы – системы А-35, возглавляемой Г.В. Кисунько. На полигоне "А" отлично показала себя антенная система из передающей и приемной частей, созданная на базе волноводов с замедляющей структурой и излучающими щелями. Однако для РЛС ДО системы А-35 для РЛС "Дунай-3" был выдан весьма узкий диапазон частот, а требовалось обеспечить сектор обзора 45° х 45° за счет качания луча изменением частоты всего на 10% (40 МГц). Антеннщикам "пришлось" изобрести оригинальную, задуманную еще Григорием Васильевичем, так называемую "полуволновую" замедляющую структуру, дававшую отклонение луча ± 28° при заданном изменении частоты, требовавшую прецизионной точности изготовления волноводов 100 м длины при обеспечении неидентичности отклонения ДНА передающей и приемной антенн не более 0,1°. "Находка" антеннщиков и точность авиационных заводов, зарекомендовавших себя при изготовлении антенн "Д-2", позволили с этой задачей справиться.

Замечательным свойством антенны с частотным качанием луча, являлось то, что при обзоре пространства не надо ждать возвращения сигнала при обзоре, т. к. он будет без потерь принят с направления ухода сигнала на частоте передачи. Такая антенна в каждом направлении в секторе обзора излучала импульсный сигнал с формой диаграммы направленности, длительностью порядка 1 мс и частотным заполнением примерно 0,5 МГц.

С учетом "квадрирования" при приеме, преобразованный сигнал, после гетеродинной свертки, обладал треугольным спектром без "остатков", обеспечивая хорошее разрешение по дальности. Энергия такого зондирующего сигнала была более 1 кДж – невиданной тогда энергии. Передающая и приемная антенны представляли собой плоские полотна размером 100 х 6 и 100 х 100 м, составленные из упомянутых волноводов, образуя неизвестную тогда фазированную решетку с частотно-фазовым управлением лучом.

Входы волноводов, образующих передающее полотно, были соединены с передатчиками и за счет управления их фазами производился построчный обзор заданного сектора лучом 5° по углу х 0,5° по азимуту. Выходы волноводов приемного полотна вводились рупорами в апланатическую плоскую линзу, расположенную сзади полотна, вдоль фокусной линии которой располагались приемники, выделявшие свои сигналы из веера приемных ДНА 0,5° х 0,5°. Всего было 135 приемников, коммутировавшихся по выходам на спектроанализаторы в соответствии с ориентацией в вертикальной плоскости луча передатчика.

Антенные полотна были накрыты радиопрозрачными поляризационными фильтрами, образованными металлическими пластинами, ориентированными под углом 45° к линии волноводов. Фильтр преобразовывал горизонтально поляризованное излучение волноводов в сигнал вращающейся поляризации в эфире, преодолевавшее эффект Фарадея в ионосфере.

На приемной позиции, приходящий сигнал с обратным вращением поляризации, преобразовывался фильтром, пластины которого развернуты на 90° относительно пластин фильтра-передатчика, в сигнал горизонтальной поляризации для приемных волноводов. Антенные системы определяли облик РЛС. В РЛС "Дунай-3" использовалось мощное непрерывное излучение (1,5 МВт) с линейной частотной модуляцией в заданном диапазоне частот. ЛЧМ использовалась для качания ДНА в соответствовавшей заданной строке в секторе обзора. Таким методом осуществлялся построчный, "телевизионный" обзор заданного сектора.

По углу места размещалось 9 строк по 5° шириной каждая. За цикл обзора, длительностью 1 с, осматривались 9 строк (первая строка — дважды). Для каждого предающего луча подключались 15 приемных каналов из 135. Каждый приемный канал подключался к спектроанализатору, охватывавшему всю полосу частот дальности в пределах одного азимутального направления (10 МГц). Одиночный фильтр параллельного спектроанализотора имел полосу примерно 1 кГц и охватывал пятисотметровый участок дальности из заданного 3000 км диапазона дальностей.

Главный разработчик СА В.Н. Марков на этот раз принял решение делать трехконтурные парциальные фильтры на магнетитовых сердечниках с пальчиковой лампой 2В серии, отличавшиеся высоким качеством характеристик и дешевизной. Таким образом, ЛЧМ использовалась двояко, как для обзора и определения азимута цели, так и для определения дальности до нее.

Разработчикам формирователя сигнала возбуждения с ЛЧМ пришлось создавать устройство повышенной точности. За основу был принят фазо-импульсный метод контроля линейности ЛЧМ, реализованный коллективом под руководством к.т.н С.Н. Сорокина и Ю.П. Иванова. Суть метода заключалась в импульсном контроле параболической фазы сигнала ЛЧМ во всем диапазоне его существования с обратной связью на перестраиваемый ферритом задающий генератор. Коллектив С.Н. Сорокина отслеживал создание и доводку возбудителя вплоть до выхода с завода изготовителя.

Нового подхода потребовала реализация выходной части РЛС. Попытка применить метод ручного захвата цели – ИСЗ – на сопровождение на РЛС "Дунай-2" оказалась неудачной. Стало ясно, что возросшие скорости движения целей (ИСЗ) по сравнению с БР (скорость ИСЗ – 8 км/с), малые отражающие поверхности и априорная неопределенность появления КА во времени, потребовали решения задачи автоматического обнаружения и сопровождения целей по информации от спектроанализаторов с помощью быстродействующей ЭВМ.

Под руководством к.т.н. Ф.М. Леселевой создается теоретическая лаборатория из молодых специалистов Н.Л. Григорьева (нач. лаборатории), Ю.С. Ачкасова, З.Н. Хуторовского, А.Н. Савинова, С.И. Сараева и др., которые разработали уникальную программу для ЭВМ, способную осуществлять обнаружение и сопровождение целей – ИСЗ во всем секторе обзора РЛС с формированием траекторий их движения и выдачей координат с заданной точностью в реальном времени. На индикаторы РЛС выдавались маркеры, которые свидетельствовали о качестве сопровождения целей. Этим ограничивалась роль операторов РЛС. На специальном цветном индикаторе с запоминанием изображались траектории пролетающих ИСЗ и можно было наблюдать, как в течение получаса, например, весь экран засвечивался синими трассами ИСЗ. Красный цвет оставлялся для отображения боевых целей, а зеленый – местных предметов.

Радиолокатор "Дунай-3" (в последствии "Дунай-ЗМ") сыграл важную роль в решении проблемы контроля космического пространства. Будучи в свое время, единственным в нашей стране радиолокатором дальнего обнаружения, благодаря высоким потенциальным и точностным характеристикам, большому сектору обзора и хорошей пропускной способности, РЛС "Дунай-3" ("Дунай-ЗМ") могла наблюдать в течение суток весь поток отечественных и зарубежных ИСЗ, пролетающих через его сектор обзора, и выдавать информацию по ним в Центр контроля космического пространства более, чем по 2000 ИСЗ.

Такой объем выдаваемой информации во многом способствовал формированию государственного каталога космических объектов и созданию эффективной Системы контроля космического пространства (СККП).

Начальник лаборатории Шапошников В.Н. создал первую систему объемного отображения космической обстановки – "Планетарий". Вопрос о принадлежности обнаруженных целей к классу ИСЗ–БР–Аэро требовал нашего пристального внимания. Громадный поток попутных ИСЗ резко обострял проблему возникновения ложных БР из ИСЗ. Основой классификации БР–ИСЗ являлся признак огибания целью Земли. Точностные характеристики РЛС для таких расчетов были достаточны. Однако, неисправности в приемных устройствах "приземляли" пролетающие ИСЗ в район г. Москвы. Группа к.т.н. Е.Е. Мелентьева взялась решить эту проблему путем создания специальной программы, выявлявшей несоответствие траектории движения целей по углам и по дальности законам движения целей в поле тяготения Земли и коррекции ложных траекторий до нормальных.

Оба радиолокационных узла в составе системы "А-35М" прошли Государственные испытания и были поставлены к 60-летию Великой Октябрьской Социалистической Революции на боевое дежурство.

Эпоха Г.В. Кисунько в создании средств ПРО оставила богатое наследие для дальнейшего развития средств ПРО, ПКО и СПРН. Вдохновленный ходом строительства РЛС "Дунай-3" академик Минц А.Л. развернул работы по созданию мощнейшей в XX веке РЛС ДО "Дарьял" (гл. конструктор Иванцов В.М.). РЛС "Аргунь" явилась прообразом многофункциональной РЛС ПРО "Дон" (гл. конструктор Слока В.К.) и мощнейшей РЛС распознавания "Крона", опыт создания которой передается в КНР.