29 мая, 2007

Видимость"невидимок"

В начале 1980-х гг. прошлого века управление перспективных военных исследований США сформулировало 17 приоритетных направлений развития аэрокосмических систем, которые должны были в наибольшей степени повлиять на облик перспективных летательных аппаратов (ЛА), способных при снижении необходимого числа средств нападения решать стратегические и оперативно-тактические задачи. Один из приоритетов - программа по разработке комплексной технологии снижения всех видов заметности средств воздушного нападения (СВН), получившая название Stealth.

В рамках технологии Stealth в настоящее время созданы и разрабатываются следующие ЛА: ударный истребитель F-117В, многоцелевые тактические истребители F-22 и F-35, стратегический бомбардировщик В-2, боевые беспилотные ЛА Х-47А и Х-45А, ударный вертолет RAH-66 и пр. Реализуемые в их конструкциях технические достижения позволили снизить заметность машин в радиолокационном, инфракрасном, оптическом и акустическом диапазонах радиоволн.

Между тем наибольшее внимание уделяют уменьшению радиолокационной заметности, поскольку сегодня именно она повышает возможность успешного преодоления системы ПВО, снижая эффективность работы информационных средств и средств управления. Аналогичные программы проводят в Великобритании, Франции, Германии и других экономически развитых государствах, доктрины которых ориентированы на военно-техническое превосходство над другими странами.

Уменьшение радиолокационной заметности самолета значительно повышает возможность успешного преодоления системы ПВО. Дебют F-117 приходится на "Бурю в пустыне" 1991 г. В течение операции не было потеряно ни одного самолета.
Фото: US AIR FORCE

Несмотря на поиск нетрадиционных физических принципов обнаружения малозаметных воздушных целей (возмущение магнитного поля Земли, звуковая, пассивная, лазерная локация и пр.), принципы радиолокации в системах обнаружения и управления оружием остаются в обозримом будущем основными в борьбе с СВН.

При этом перспективные РЛС обнаружения и сопровождения, радиолокационные ГСН, радиовзрыватели ориентируют на принципиально новые, с точки зрения отражательных характеристик, классы целей. У них, например, в см- и дм-диапазонах фактически отсутствуют характерные для обычных ЛА ярко выраженные локальные центры рассеяния, а рассеянный сигнал формируется всей поверхностью планера ЛА с результирующим мгновенным эквивалентным центром, возможно вынесенным за его геометрические размеры.

Причем радиолокационные характеристики каждого малозаметного ЛА (МЗЛА) будут зависеть от качества реализованных конкретно на нем мероприятий по противорадиолокационной маскировке и условий его эксплуатации. А, следовательно, могут существенно разниться от экземпляра к экземпляру. Необходимо подчеркнуть, что понятие МЗЛА с точки зрения задания некоего порогового уровня эффективной площади рассеяния (ЭПР), не совсем корректно.

В принципе, некоторые ЛА и без применения технологии снижения заметности относят к малозаметным. Однако типичные МЗЛА выполняют по технологиям, снижающим заметность и обеспечивающим такой механизм рассеяния электромагнитного поля, когда отраженный сигнал в радиолокационном диапазоне длин волн определяется не отдельными локальными источниками, а всей поверхностью ЛА, с учетом влияния технологических неоднородностей, конформных антенн, поверхностных волн.

Борьба существующих сил и средств ПВО с МЗЛА обладает характерными особенностями:

- существенно снижается дальность обнаружения СВН существующими радиолокационными системами, что ведет к несвоевременному оповещению и целеуказанию огневым средствам ПВО и, следовательно, к срыву или неполному выполнению поставленных перед ПВО задач;

- ухудшается качество радиолокационного сопровождения воздушных целей из-за уменьшения в десятки и сотни раз их ЭПР и повышения эффективности средств радиоэлектронного противодействия;

- по мере сокращения дистанции между радиолокационной ГСН и малозаметной целью, спектр отраженного сигнала претерпевает доплеровское размывание и флюктуацию ЭПР, что ведет к неустойчивости или срыву функционирования контура наведения ЗУР или УР класса "воздух-воздух".

Совокупность данных факторов, по мнению специалистов США и стран НАТО, позволяет применять МЗЛА в качестве стратегических средств, способных практически без потерь наносить удары по наземным хорошо защищенным стационарным и мобильным целям, а также завоевывать превосходство в воздухе при наличии у противника ПВО с плотным радиолокационным полем и ЗРК различной дальности действия, а также авиационных комплексов перехвата.

Впервые В-2 были применены в боевых условиях в 1999 г. в ходе операции "Решительная сила" в Югославии. Реализуемые в конструкции бомбардировщика технические достижения позволили существенно снизить заметность машин в радиолокационном, инфракрасном, оптическом и акустическом диапазонах радиоволн.
Фото: US AIR FORCE

Необходимым условием успешной борьбы с МЗЛА является знание и учет радиолокационных характеристик этих целей во всем радиодиапазоне в ближней и дальней зонах локации для произвольного ракурса, совмещенного и разнесенного приема.

В качестве радиолокационных характеристик обычно используют амплитудные (в виде ЭПР) и фазовые зависимости рассеянного ЛА поля для линейных вертикальной и горизонтальной поляризаций зондирующего сигнала и их кроссовых составляющих. То есть, основные составляющие поляризационной матрицы рассеяния. Данные характеристики в том или ином объеме получают методами натурных измерений, физического и математического моделирования.

Методы натурных измерений параметров сигнала, рассеянного реальным ЛА в условиях полета, наряду с высокой сложностью, трудоемкостью и дороговизной обладают недопустимо высокой относительной погрешностью измерений (не менее 5 дБ). Она обусловлена случайным характером изменения ориентации исследуемого ЛА относительно радара, сложностями калибровки и пр.

Более точные радиолокационные характеристики ЛА (с ошибкой не более 2-3 дБ) позволяют получить методы физического моделирования. Повышение точности измерений связано с самим характером проведения таких испытаний, при которых исследуемый ЛА или его физическая модель равномерно вращается с постоянной скоростью в измерительном поле. Такие измерения существенно менее трудоемки, могут быть проведены задолго до постройки, а их результаты - эффективно использованы при создании опытного образца МЗЛА.

Основным инструментом проведения экспериментальных исследований радиолокационных характеристик вооружения и военной техники на моделях, макетах и натурных образцах являются радиолокационные измерительные комплексы. В США для этого используются специальные радиолокационные полигоны, принадлежащие различным ведомствам и фирмам-разработчикам. Например, полигон фирмы "Локхид Мартин корпорейшн" в Барстоу (штат Калифорния), на котором проводились испытания малозаметного самолета, разрабатываемого по программе JSF.

Среди созданных лабораторных установок и полигонов в нашей стране особое место занимает Эталонный радиолокационный измерительный комплекс (ЭРИК).

Комплекс создан в 1960 г., непрерывно модернизируется, сертифицирован Госстандартом РФ, позволяет проводить измерения радиолокационных характеристик МЗЛА.

Комплекс не имеет аналогов в Российской Федерации и странах Европы, не уступает по своим характеристикам лучшим зарубежным образцам, представлялся на международных авиакосмических салонах МАКС-1999 и МАКС-2001.

ЭРИК представляет собой открытый радиолокационный измерительный полигон с гибкой системой подвеса объектов измерений и возможностью их равномерного вращения. Широкий диапазон длин волн измерительных установок (от миллиметров до метров, горизонтальная и вертикальная поляризации), низкие уровни фона (10-4-10-5 м2), значительные размеры измерительных полей (7,2-16,5м по уровню спада в 1 дБ) и большой динамический диапазон измеряемых значений эффективной площади рассеяния объектов (10-5-104 м2) позволяют с ошибками не более 2 дБ получать значения радиолокационных характеристик основных элементов конструкции крупноразмерных целей или их макетов и моделей весом до 2 тонн.

Создание малозаметного вооружения и военной техники потребовало совершенствования существующих и разработки новых методик проведения экспериментальных исследований на комплексе ЭРИК, направленных на снижение фоновых отражений, повышение и контроль точности получаемых результатов для предельно малых уровней измеряемых ЭПР.

Основное внимание при экспериментальных исследованиях радиолокационных характеристик МЗЛА на ЭРИКе уделяется решению трех практических задач:

- оценке облика и созданию физических масштабных моделей с соблюдением принципов электродинамического подобия основных отражающих элементов конструкции и используемых моделирующих радиопоглощающих покрытий;

- исследованию влияния различных схем подвеса и типов такелажной оснастки на точность получаемых результатов и выбору минимально отражающего такелажа;

- разработке прецизионных методов измерений сверхмалых уровней сигналов, обусловленных рассеянием от технологических неоднородностей в виде щелей, стыков различных материалов, выступающих малогабаритных элементов конструкции планера и невыступающих малозаметных антенн.

Экспериментальные работы на ЭРИКе поддерживают и дополняют теоретические исследования на основе математического моделирования радиолокационных характеристик ЛА и наземных объектов с учетом применения конструкционных и радиопоглощающих материалов и влияния подстилающей поверхности, а также оценки влияния на радиолокационные характеристики ЛА плазменных и аэродисперсных образований, сопровождающих их полет на активном участке и при гиперзвуковом полете в атмосфере.

В конечном итоге экспериментальные исследования направлены на получение надежных калибровочных характеристик в фиксированных точках диапазонов длин волн и условий локации, а теоретические проработки призваны обеспечить необходимую полноту информации. Критерием правильности проведенных теоретических и экспериментальных исследований является сходимость результатов на уровне лепестковой структуры диаграмм ЭПР и статистических характеристик ЭПР.

Многолетний опыт исследований в области снижения радиолокационной заметности ЛА показывает, что изложенный методический подход к исследованиям по точному и достоверному определению фактических уровней радиолокационной заметности ЛА, включая выполненные по технологии Stealth, можно отнести к реализуемым и наиболее эффективным в современных условиях.

Подтверждением этому служат следующие результаты экспериментальных и теоретических исследований, выполненных на базе комплекса ЭРИК:

F-22 Raptor совершает первый перелет через океан. Боевое применение малозаметных летательных аппаратов позволяет им практически без потерь наносить удары по наземным хорошо защищенным стационарным и мобильным целям.
Фото: US AIR FORCE

- полученные и обоснованные уровни максимально возможного снижения ЭПР основных отражающих элементов ЛА в см-, дм- и м- диапазонах радиоволн при реализации различных мероприятий, а также реально достижимые уровни радиолокационной заметности ЛА, в том числе современных и перспективных МЗЛА;

- выполненные экспертизы фактических значений ЭПР отечественных ЛА и результаты работ по снижению их ЭПР.

Результаты исследований показывают, что уровни отражений от МЗЛА в десятки и сотни раз меньше, по сравнению с обычными ЛА, вследствие чего уменьшается в разы дальность их обнаружения радиолокационными средствами и увеличивается их выживаемость при преодолении системы ПВО.