Версия для печати

Опыт исследования "Невидимок"

Ягольников Сергей
В начале 1980-х гг. с целью определения основных направлений дальнейшего совершенствования средств воздушно-космического нападения Управление перспективных военных исследований США сформулировало 17 приоритетных направлений развития аэрокосмических систем, которые должны оказать наибольшее влияние на облик перспективных летательных аппаратов, способных на качественно более высоком уровне при одновременном снижении необходимого числа средств нападения в налете решать стратегические и оперативно-тактические задачи. Одной из основных приоритетных программ при этом была определена программа перспективного совершенствования авиационного вооружения, направленная на разработку комплексной технологии снижения всех видов заметности средств воздушного нападения, получившая название "Стелт". Затраты на исследования по этой технологии составили за последние двадцать лет более $30 млрд.


ЗНАНИЕ И УЧЕТ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕЛЕЙ - НЕОБХОДИМОЕ УСЛОВИЕ ДЛЯ УСПЕШНОЙ БОРЬБЫ С МАЛОЗАМЕТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ


В начале 1980-х гг. с целью определения основных направлений дальнейшего совершенствования средств воздушно-космического нападения Управление перспективных военных исследований США сформулировало 17 приоритетных направлений развития аэрокосмических систем, которые должны оказать наибольшее влияние на облик перспективных летательных аппаратов, способных на качественно более высоком уровне при одновременном снижении необходимого числа средств нападения в налете решать стратегические и оперативно-тактические задачи. Одной из основных приоритетных программ при этом была определена программа перспективного совершенствования авиационного вооружения, направленная на разработку комплексной технологии снижения всех видов заметности средств воздушного нападения, получившая название "Стелт". Затраты на исследования по этой технологии составили за последние двадцать лет более $30 млрд.
{{direct_hor}}
В рамках технологии "Стелт" в настоящее время созданы и разрабатываются следующие летательные аппараты: ударный истребитель F-117B, многоцелевые тактические истребители F-22 и F-35, стратегический бомбардировщик В-2, ряд экспериментальных летательных аппаратов Х-47А и Х-45А, ударный вертолет RAH-66 и т.д.

Реализуемые в данных летательных аппаратах технические достижения позволили существенно снизить их заметность в радиолокационном, тепловом, оптическом и акустическом диапазонах длин волн. Наибольшее внимание уделяется уменьшению радиолокационной заметности, поскольку именно она решающим образом обеспечивает повышение возможностей успешного преодоления системы ПВО за счет снижения эффективности работы информационных средств и средств управления.

Посмотреть рисунокРис. 1. Эталонный радиолокационный измерительный комплекс.
Рисунок Сергея НЕСТЕРОВА

Несмотря на поиск нетрадиционных альтернативных физических принципов обнаружения малозаметных воздушных целей (возмущение магнитного поля Земли, звуковая, пассивная, лазерная локация и т.д.), принципы радиолокации в системах обнаружения и управления остаются в обозримом будущем основными при борьбе со средствами воздушного нападения. При этом радиолокационные системы (РЛС обнаружения и сопровождения, головки самонаведения, радиовзрыватели) будут осуществлять информационное обеспечение по принципиально новому, с точки зрения отражательных характеристик, классу целей. Например, в сантиметровом и дециметровом диапазонах длин волн фактически отсутствуют характерные для обычных летательных аппаратов ярко выраженные локальные центры рассеяния. Рассеянный сигнал формируется всей поверхностью планера летательного аппарата с результирующим мгновенным эквивалентным центром, возможно вынесенным за его геометрические размеры. Причем радиолокационные характеристики каждого малозаметного летательного аппарата будут зависеть от качества реализованных конкретно на нем мероприятий радиолокационной маскировки и условий его эксплуатации и, следовательно, могут существенно меняться от экземпляра к экземпляру. Необходимо подчеркнуть, что понятие малозаметного летательного аппарата с точки зрения задания некоторого порогового уровня эффективной площади рассеяния (ЭПР) является не совсем корректным. Следует иметь в виду важную особенность малозаметных летательных аппаратов, а именно, малозаметный летательный аппарат отличается от обычного иным составом компонент, определяющих рассеянное им электромагнитное поле. Летательный аппарат, выполненный по технологии, направленной на снижение его заметности, обеспечивает такой механизм рассеяния электромагнитного поля, падающего на него, когда отраженный сигнал в радиолокационном диапазоне определяется не отдельными локальными источниками, а всей его поверхностью с учетом влияния технологических неоднородностей, конформных антенн, а также включает поле, формируемое поверхностными волнами на ребрах и поверхности планера.

Создание малозаметных средств воздушного нападения является следствием научно-технического прорыва в дорогостоящих, наукоемких и высокоэффективных технологиях и относится к прерогативе исключительно экономически высокоразвитых государств, доктрины которых предполагают гарантированное военно-техническое превосходство над другими странами.

Борьба существующих сил и средств ПВО с малозаметными летательными аппаратами в сравнении с обычными целями имеет следующие характерные особенности:

- существенно снижается дальность обнаружения средств воздушного нападения для существующих радиолокационных систем, 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, что непосредственно связано с уменьшением в десятки-сотни раз их эффективной площади рассеяния, и в этих условиях повышается эффективность средств радиоэлектронного противодействия;

- физические особенности формирования сигнала, рассеянного малозаметным летательным аппаратом, таковы, что он по мере уменьшения дальности между целью и ракетой с радиолокационной системой наведения, претерпевает доплеровское размывание спектра и флюктуации эффективной площади рассеяния, что ведет к неустойчивости или срыву функционирования контуров наведения зенитных управляемых ракет и ракет класса "воздух-воздух".

Посмотреть рисунокРис. 2. Направления снижения радиолокационной заметности летательных аппаратов.
Рисунок Сергея НЕСТЕРОВА

Совокупность данных факторов, по мнению специалистов США и стран НАТО, позволяет применить малозаметные летательные аппараты в качестве стратегических средств, способных практически без потерь успешно решать в ходе воздушных операций задачи по нанесению ударов по наземным хорошо защищенным стационарным и мобильным целям, а также завоеванию превосходства в воздухе в условиях борьбы с ПВО, имеющей плотное радиолокационное поле и насыщенной зенитными ракетными комплексами и авиационными ракетными комплексами перехвата.

Необходимым условием успешной борьбы с малозаметными летательными аппаратами является учет радиолокационных характеристик данных целей во всем радиолокационном диапазоне длин волн в дальней и ближней зонах локации для произвольного направления наблюдения, совмещенного и разнесенного приема.

В качестве радиолокационных характеристик обычно используют амплитудные в виде эффективной площади рассеяния и фазовые зависимости рассеянного летательным аппаратом поля для вертикальной и горизонтальной поляризаций зондирующего сигнала и их кроссовых составляющих, т.е. основные составляющие поляризационной матрицы рассеяния. Данные характеристики в том или ином объеме получают методами натурных измерений, физического и математического моделирования.

Методы натурных измерений, состоящие в измерении сигнала, рассеянного от реального летательного аппарата в условиях полета, наряду с высокой сложностью, трудоемкостью и дороговизной имеют недопустимо высокую относительную погрешность измерений (не менее 5дБ), которая обусловлена случайным характером изменения ориентации исследуемого летательного аппарата относительно направления наблюдения, сложностями калибровки и другими факторами.

Посмотреть рисунокРис. 3. Мишени - аналоги по радиолокационной заметности для проведения испытаний РЛС и учений.
Рисунок Сергея НЕСТЕРОВА

Более высокую точность измерений радиолокационных характеристик летательных аппаратов (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 летательный аппарат или его физическая модель равномерно вращается с постоянной скоростью вокруг оси подвеса в измерительном поле. Такие измерения значительно менее трудоемкие, чем измерения в реальных условиях, могут быть реализованы задолго до постройки опытного образца малозаметного летательного аппарата. Эти достоинства способствовали быстрому росту количества лабораторных и полигонных установок, реализующих метод физического моделирования.

Особое место в ряду созданных полигонов и измерительных установок занимает Эталонный радиолокационный измерительный комплекс (ЭРИК), который не имеет аналогов в России и Европе (рис.1). Комплекс сертифицирован Госстандартом Российской Федерации и предназначен для измерения радиолокационных характеристик воздушных, баллистических и космических объектов, включая летательные аппараты, выполненные по технологии "Стелт", а также наземного вооружения и военной техники ВВС и других видов Вооруженных Сил Российской Федерации.

На Эталонном радиолокационном измерительном комплексе решаются следующие задачи:

- разработка и уточнение исходных данных по радиолокационным характеристикам средств воздушно-космического нападения иностранных государств и отечественных летательных аппаратов, в том числе выполненных по технологии "Стелт", в интересах разработки требований к перспективному радиолокационному вооружению ВВС и других видов Вооруженных Сил;
- отработка в части радиолокационных характеристик отечественных мишеней-аналогов иностранных средств воздушно-космического нападения;
- экспериментальная оценка эффективности применения новых способов и устройств снижения радиолокационной заметности;
- разработка рекомендаций по снижению радиолокационной заметности отечественных летательных аппаратов и наземных средств ВВС;
- экспертиза радиолокационной заметности авиационной техники и вооружения.


Радиолокационный комплекс имеет следующие характеристики:

1. Зондирующий сигнал радиолокационных измерительных установок:
- диапазоны длин волн: миллиметровый, сантиметровый, дециметровый, метровый;
- поляризация: горизонтальная, вертикальная.


2. Тип объекта для измерения:
- реальный образец вооружения;
- макет, масштабная модель;
- искусственное плазменное образование;
- аттестуемый материал (покрытие).


3. Размер объекта до 8-12 м

4. Масса объекта до 2 тонн.

5. Угол локации произвольный

6. Динамический диапазон измеряемых ЭПР 10-3-10-4 м2

7. Форма представления результатов измерений:
- диаграммы обратного рассеяния объекта на магнитных и других носителях ПЭВМ.


Экспериментальные работы на Эталонном радиолокационном измерительном комплексе поддерживаются и дополняются теоретическими исследованиями, которые базируются на комплексе математического моделирования радиолокационных характеристик летательных аппаратов и наземных объектов. Комплекс математических моделей предназначен для определения радиолокационных характеристик летательных аппаратов и наземных объектов с учетом применения конструкционных и радиопоглощающих материалов и влияния подстилающей поверхности, а также оценки влияния на радиолокационные характеристики летательных аппаратов плазменных и аэродисперсных образований, сопровождающих полет летательных аппаратов на активном участке и при гиперзвуковом полете в атмосфере.

Комплекс математического моделирования позволяет решать следующие задачи:

- запись, упаковка, графическая, статистическая обработка и табличное представление результатов обработки экспериментальных данных, получаемых на Эталонном радиолокационном измерительном комплексе;
- расчет строгими методами решения дифракционных задач ЭПР эталонных объектов (металлический диск, металлическая сфера и бесконечный цилиндр с многослойным радиопоглощающим покрытием), а также ЭПР поверхностных волн на этих объектах;
- расчет комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей радиопоглощающего материала по результатам измерения коэффициентов отражения на панорамных измерителях;
- фацетное представление поверхности объектов сложной формы для расчета ЭПР;
- расчет ЭПР летательного аппарата для дальней и ближней зон локации с учетом применения радиопоглощающих материалов;
- расчет ЭПР наземных объектов с учетом отражений от подстилающей поверхности;
- расчет ЭПР летательного аппарата, окруженного плазмой;
- определение влияния факела двигательной установки и спутного следа на радиолокационные характеристики летательного аппарата;
- определение полей радиофизических параметров плазменных образований;
- определение радиолокационных характеристик плазменных образований с эталонным профилем радиофизических параметров для калибровки математических моделей расчета ЭПР летательного аппарата в условиях влияния плазмы.


Комплекс математического моделирования, в конечном итоге, позволяет получить диаграммы обратного отражения, волновые зависимости ЭПР различных объектов, статистические и динамические радиолокационные характеристики, высотные зависимости ЭПР летательных аппаратов в условиях влияния плазмы, доплеровские и спектральные характеристики отражательных сигналов.

Посмотреть рисунокРис. 4. Результаты исследований эффективной площади рассеяния.
Рисунок Сергея НЕСТЕРОВА

В результате проведения более чем 40-летних теоретических и экспериментальных исследований в области снижения радиолокационной заметности отечественных летательных аппаратов и определения радиолокационной заметности иностранных летательных аппаратов, включая выполненные по технологии "Стелт", определены реально достижимые уровни радиолокационной заметности летательных аппаратов в см, дм и м диапазонах длин волн.

Основные направления снижения радиолокационной заметности летательных аппаратов представлены на рис. 2. Для указанных направлений снижения радиолокационной заметности летательных аппаратов в результате детальных экспериментальных исследований установлены в разах уровни максимального возможного снижения ЭПР планера, антенн и каналов воздухозаборников применительно к см, дм и м диапазонах длин волн. Эти уровни представлены в нижней части рисунка.

Результаты экспериментальных и теоретических исследований эффективной площади рассеяния отечественных летательных аппаратов на Эталонном радиолокационном измерительном комплексе представлены на рис. 3, 4. Голубым цветом на рисунке указаны летательные аппараты, по которым проведена экспертиза фактических значений ЭПР, а красным цветом определены летательные аппараты, по которым выполнен комплекс работ по реализации противорадиолокационной маскировке, и в разах указано снижение их ЭПР.

Представленные результаты показывают, что в современных условиях к наиболее дешевому, точному и достоверному методическому подходу, в части определения фактических уровней радиолокационной заметности летательных аппаратов, включая выполненные по технологии "Стелт", можно отнести проведение экспериментальных и теоретических исследований на базе открытых радиолокационных измерительных комплексов.

Сергей ЯГОЛЬНИКОВ
начальник ЦНИИ МО РФ, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, генерал-майор,

Анатолий СУМИН
советник генерального конструктора НПО "Алмаз" им. академика А.А.Расплетина, заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор, генерал-майор в отставке,

Сергей НЕСТЕРОВ
начальник отдела ЦНИИ МО РФ, доктор технических наук, полковник

Опубликовано в выпуске № 2 (19) за 21 января 2004 года

Loading...
Загрузка...
Новости

 

 

  • Past:
  • 3 дня
  • Неделя
  • Месяц