1. Основните етапи от развитието на AWACS
Основният проблем, възникващ при проектирането на AWACS, е, че (за да се получат големи обхвати на откриване на целта) радарът задължително трябва да има голяма площ на антената и по правило няма къде да се постави на борда. Първият успешен AWACS е разработен преди повече от 60 години и все още не напуска сцената. Той е създаден на базата на палубен транспортер и е кръстен E2 Hawkeye.
Гъба
Основната идея на всички AWACS по това време беше да се постави въртяща се антена в "гъба", разположена над фюзелажа.
Радарът определя координатите на целта, като измерва обхвата на целта и два ъгъла: хоризонтално и вертикално (азимут и кота). Доста лесно е да се получи висока точност на измерване на обхвата - достатъчно е точно да се определи времето на връщане на ехо сигнала, отразено от целта. Приносът на грешката при измерване на ъгъла обикновено е много по -голям от приноса на грешката при обхвата. Размерът на ъгловата грешка се определя от ширината на радарния лъч и обикновено е около 0,1 ширина на лъча. За плоски антени ширината може да се определи по формулата α = λ / D (1), където:
α е ширината на лъча, изразена в радиани;
λ е дължината на вълната на радара;
D е дължината на антената по съответната координата (хоризонтално или вертикално).
При избраната дължина на вълната, за да се стесни максимално лъча, размерът на антената трябва да бъде увеличен максимално въз основа на възможностите на самолета. Но увеличаването на размера на антената води до увеличаване на средната част на "гъбата" и влошава аеродинамиката.
Недостатъци на палачинката
Разработчиците на Hokai решиха да се откажат от използването на плоски антени и преминаха към телевизионна антена тип „вълнов канал“. Такава антена се състои от надлъжна шина, през която са монтирани редица вибрационни тръби. В резултат на това антената се намира само в хоризонталната равнина. А капачката „гъби“се превръща по -скоро в хоризонтална „палачинка“, която почти не разваля аеродинамиката. Посоката на излъчване на радиовълните остава хоризонтална и съвпада с посоката на стрелата. Диаметърът на "палачинката" е 5 м.
Разбира се, такава антена има и сериозни недостатъци. С избрана дължина на вълната от 70 cm, ширината на азимуталния лъч все още е приемлива - 7 °. А ъгълът на кота е 21 °, което не позволява измерване на височината на целите. Ако при прицелването на изтребители-бомбардировачи (ИС) незнанието за височината е незначително, поради способността на бордовия радар (радар) да измерва самата височина на целта, тогава такива данни не са достатъчни за изстрелване на ракети. Не е възможно да се стесни лъча чрез намаляване на дължината на вълната, тъй като "вълновият канал" при къси дължини на вълните работи по -лошо.
Предимството на обхвата от 70 см е, че значително увеличава видимостта на стелт самолети. Обхватът на откриване на конвенционална IS се оценява на 250-300 км. Малката маса на Hokai и неговата евтиност са довели до факта, че производството му не е преустановено.
AWACS
Изискването за увеличаване на обхвата на откриване и подобряване на точността на проследяване доведе до разработването на нов AWACS AWACS на базата на пътническия Boeing-707. В "гъбата" беше поставена плоска вертикална антена с размери 7, 5x1, 5 m и дължината на вълната беше намалена до 10 см. В резултат на това ширината на лъча намаля до 1 ° * 5 °. Точността и устойчивостта на шума на радара са се увеличили драстично. Обхватът на откриване на IS се е увеличил до 350 км.
Аналог на AWACS в СССР
В СССР първите AWACS са разработени на базата на Ту-126. Но характеристиките на радара му бяха посредствени. Тогава те започнаха да разработват аналог на AWACS. Не е намерен тежък пътнически превозвач. И те решиха да използват транспортния самолет Ил-76, който не беше много подходящ за AWACS.
Прекомерната ширина на фюзелажа, голямата маса (190 тона) и неикономичните двигатели причиняват прекомерен разход на гориво. Два пъти повече от AWACS. Стабилизаторът, повдигнат до върха на кила и разположен зад "гъбата", когато антената се обърна към опашния сектор, предизвика отражението на радиолокационния лъч към земята. А смущенията, причинени от отраженията на земята отзад, силно пречат на откриването на цели в опашния сектор.
Никакви подобрения на радара не могат да премахнат недостатъците на този носител. Дори смяната на двигатели с по -икономични не доведе разхода на гориво до нивото на AWACS. Обхватът и точността на откриване бяха почти толкова добри, колкото AWACS. Но AWACS също ще бъде премахнат през следващите години. Разликата в медиите влияе и върху работата на операторите. Ил-76 не е пътнически самолет, нивото на комфорт в него не е високо. А умората на екипажа до края на смяната е значително по-висока, отколкото при Боинг-707.
Ера AFAR
Появата на радар с активни фазирани антенни решетки (AFAR) значително подобри работата на радара. AWACS се появи без "гъбата". Например FALKON на базата на Boeing-767. Но и тук използването на готови носители не доведе до добри резултати. Наличието на крило в средата на фюзелажа доведе до факта, че страничният AFAR трябваше да бъде разделен наполовина. AFAR, монтиран пред крилото, излъчен напред и встрани. И AFAR зад крилото - отзад -настрани. Но не беше възможно да се получи един AFAR на голяма площ.
Нашият А-100 остана с „гъба“. Вместо въртяща се антена, вътре в "гъбата" беше инсталиран AFAR. Наложи се подмяна на превозвача, но това не се случи. Обхватът на откриване е увеличен (според съобщенията) до 600 км. Но недостатъците на превозвача не изчезнаха. Паркът А-50 е в плачевно състояние. От останалите самолети 9 летят (и дори тогава рядко). Очевидно няма достатъчно пари за редовни полети. Липсата на редовни полети на AWACS води до факта, че противникът е уверен, че неговите ракети-носители от типа „Томахоук“на ниска височина лесно ще преминат незабелязано нашата граница.
За разлика от САЩ, в Руската федерация няма балонни радари за охрана на морските граници. А хълмовете по крайбрежието, където би било възможно да се инсталира наблюдателен радар, също не са навсякъде. На сушата положението е още по -лошо. Tomahawks, използвайки гънките на терена, може да премине радарната станция на разстояние само няколко километра. Смята се, че крилатите ракети (CR) летят над сушата на височина 50 м. Съвременните цифрови карти на района обаче са станали толкова детайлни, че дори могат да показват отделни високи обекти. Тогава профилът на височинен полет може да бъде нанесен на забележимо по -ниски височини. Над морето КР летят на височина от около 5 м. Следователно изявлението на Министерството на отбраната за създаването на непрекъснато радарно поле в Руската федерация не важи за КР.
Иновативна идея
Изводът сам по себе си налага - необходимо е да се разработи специализиран превозвач, който да ви позволи да поставите голяма площ AFAR, концепцията на която авторът предлага.
Според него масата на такъв AWACS ще бъде значително по -малка от масата на AWACS. А обхватът на откриване ꟷ е много по -голям. Цената на час на работа ще бъде умерена. Това прави възможно извършването на редовни полети (но, разбира се, не по разписание). В същото време е важно врагът да не знае кога, къде и по каква траектория ще се извърши полетът.
2. Обосновка на концепцията за обещаващ БЛА AWACS
Предишната световна концепция за „самолет AWACS - въздушен команден пункт“е безнадеждно остаряла. AWACS е в състояние да пусне цялата информация по високоскоростна линия до наземен команден пункт на разстояние 400-500 км. Ако е необходимо, можете да използвате UAV ретранслатор, който ще увеличи обхвата на комуникация до 1300 км. Наличието на голям екипаж на борда на бившия AWACS налага да се разпределят дежурни служители по сигурността на информацията за тяхната защита. Следователно цената на час на тяхната работа става непосилна.
Освен това се разглеждат само БЛА AWACS. Ще изоставим и изискването за осигуряване на същия обхват на откриване във всички посоки. В повечето случаи AWACS патрулира в безопасна зона и следи какво се случва в зоната на противника или в даден район на собствената си територия. Следователно ще изискваме AWACS да има поне един сектор с ширина 120 °, където е осигурен увеличен обхват на откриване. А в останалите сектори се осигурява само самозащита.
Единственото място в равнината, където може да се постави голям APAR, е страната на фюзелажа. Но в средата на фюзелажа обикновено има крило. Дори когато използвате схемата, горната равнина (както на IL-76), крилото няма да позволи гледане на горното полукълбо. Изходът от ситуацията ще бъде да се издигне пистата AWACS до такава височина, че за нея почти всички цели ще бъдат под нея. И нищо не пречи на откриването им.
Откриването на височинни цели ще бъде малко по-лесно, ако използвате V-образно крило. Без загуба на качество на крилото, ъгълът на изкачване може да бъде до 4 °. Тогава максималният ъгъл на откриване на целта, при който радарният лъч все още не се отразява от крилото, ще бъде 2ꟷ3 °. Да приемем, че AWACS се намира на височина 16 км. След това, ако целта лети на максимална височина за IS от 20 км, тя ще бъде в зоната за откриване на AWACS, докато лети на разстояние по -малко от 80 км. Ако е необходимо да се придружава тази цел на по -близки разстояния, тогава AWACS може да се наклони по ролка с още 5 ° и да продължи проследяването до диапазон от 30 км.
За да се намали теглото на AFAR, то трябва да се извърши с помощта на технологията на излъчваща облицовка, при която излъчващите прорези се врязват в облицовката и се запечатват с фибростъкло. Трансивърните модули (TPM) на AFAR са прикрепени към кожата, а излишната топлина от TPM се изхвърля директно върху кожата. В резултат на това масата на APAR значително намалява.
3. Дизайнът и задачите на БЛА
Трябва да се припомни, че авторът не е специалист по самолетостроене. Показано на фиг. 1, диаграмата (както и размерите) отразява по -скоро изискванията за поставяне на радарни антени. Това не е план за истински БЛА.
Предполага се, че излитащото тегло на БЛА ще бъде 40 т. Размахът на крилата е 35ꟷ40 м. Височината на полета е 16ꟷ18 км. При скорост около 600 км / ч. Двигателят трябва да е икономичен. По модела на Global Hawk трябва да се вземе двигателят на пътнически самолет. Например PD-14. И го модифицирайте за полет на голяма височина. Тегло на горивото 22 т. Време на полет не по -малко от 20 ч. Дължина на излитане / бягане 1000 м.
Позицията с високо крило няма да позволи използването на конвенционален триколонен шаси. Ще трябва да използваме шаси за велосипед като U-2. Разбира се, удрянето на пистата с крилото в края на бягането, както при U-2, няма да работи тук. И е трудно да се използват опорните колела, удължени отстрани. Поради факта, че страничната повърхност е заета от AFAR.
Предлага се последните 7 м от крилото да се сгъват, както при корабните самолети. Но те не трябва да се издигат, а да се спускат надолу под ъгъл 40ꟷ45 °. За да не докосвате пистата. Поддържащите колела са монтирани на върховете на крилата. Които при внезапни пориви на вятъра изтичат на пистата. Дългата дължина на крилото ще осигури ниско натоварване на колелото. В края на пробега БЛА лежи върху един от тях.
След това ще разгледаме възможностите за поставяне на страничен AFAR. Най -добрите характеристики на радара се постигат, когато антената има възможно най -голямата площ и формата на антената е близо до кръг или квадрат. За съжаление, при истински БЛА формата винаги ще се различава значително от оптималната - височината е много по -малка от дължината.
Изборът на формата и размера на фюзелажа може да се извърши само от опитни авиационни инженери. Е, засега нека разгледаме два теоретично възможни варианта на формата APAR, които имат една и съща площ. Първият вариант (16x2, 4 m) ще се счита за най -реалистичен. И вторият (10, 5x3, 7 m) - изискващ допълнително проучване.
Нека разгледаме първия вариант, при който дължината на фюзелажа ще бъде 22 м. Характеристиката на дизайна е наличието на удължен въздухозаборник, преминаващ под крилото. Това направи възможно увеличаването на височината на страничната повърхност на фюзелажа. AFAR е изобразен с чертичка.
AFAR работят в диапазона на дължините на вълните 20 - 22 cm, което ще позволи използването на един AFAR за решаване на проблемите с радар, идентификация на състоянието и комуникация срещу заглушаване с командния пункт. Друго предимство на този диапазон (в сравнение с обхвата от 10 cm за A-50) е, че усилвателят на изображението на стелт цели, започвайки от дължини на вълните 15ꟷ20 cm, се увеличава с увеличаване на дължината на вълната.
В носа (под обтекателя) има елипсовиден AFAR с размер 1.65 × 2 м. Поради факта, че носната антена не осигурява необходимата точност на измерване на азимута, два чисто приемащи AFARs са допълнително разположени в предните ръбове на крилото. Разстоянието от фюзелажа до антената на крилото е 1,2 м. Крилото AFAR е линия от 96 приемащи модула с обща дължина 10,6 м.
Работен диапазон на ъглите назален AFAR ± 30 ° * ± 45 °. Използването на APAR, монтирани на крило, леко ще увеличи обхвата на откриване (с 15%). Но грешката при измерването на азимута ще намалее радикално (с коефициент 5–6).
В опашната част се намира само антената на комуникационната линия. Следователно в зрителното поле на задното полукълбо има „мъртва“зона с ширина ± 30 °.
За да се спести теглото на самолета, комуникационният комплекс използва същия AFAR като основния канал. С тяхна помощ се осигурява високоскоростно (до 300 Mbit / s) и устойчиво на шум предаване на информация към наземна или корабна комуникационна точка. За получаване на информация в комуникационни точки са инсталирани приемо -предаватели от обхват 20ꟷ22 см. Няма специални изисквания към антените на тези приемопредаватели. Врагът не може да създаде смущения с такава мощност, които биха могли да потиснат сигнала на радара AWACS. И е възможно да се прехвърля информация от комуникационна точка към AWACS при ниски скорости.
3.1. Радар дизайн
Страничният AFAR трябва да бъде разположен на 25 см под долния ръб на крилото. След това може да сканира долното полукълбо в целия азимутен диапазон от ± 60 °, с който разполага. В горното полукълбо, при ъгли на надморска височина над 2 - 3 °, крилото започва да се намесва. Следователно AFAR е разделен на две половини. Предната част се намира под крилото и не може да сканира нагоре. Последната половина може да сканира нагоре в азимутен диапазон ± 20 °, където лъчът му не докосва нито крилото, нито стабилизатора. Сканирането на кота на тази половина ще бъде от + 30 ° до -50 °.
Страничният AFAR съдържа 2880 PPM (144 * 20). Импулсна мощност PPM 40W. Консумацията на енергия на този AFAR е 80 kW. Ширината на лъча е 0,8 ° * 5,2 °, което е дори малко по -тясно от това на AWACS. Следователно точността на проследяването на целта ще бъде по -висока от AWACS. Очакват се особено големи печалби в обхвата на откриване и проследяване на целта. Първо, площта на антената AWACS е 10 квадратни метра. м. А площта на AFAR е 38 кв. м. Второ, антената AWACS равномерно сканира цялата 360 °. А страничният AFAR само неговите 120 ° и дори тогава неравномерно: в тези посоки, където има съмнение за наличие на цел, се изпраща повече енергия и несигурността се елиминира (тоест обхватът на откриване в тези посоки се увеличава).
Носната антена съдържа 184 PPM с 80 W импулсна мощност и течно охлаждане. Ширина на лъча 7,5 * 6 °, ъгли на сканиране ± 60 ° по азимут и ± 45 ° по кота.
Максималната консумация на енергия на радара е 180 kW. Общото тегло на радара е 2ꟷ2,5 т. Цената на серийния модел на радара очевидно ще възлиза на 12ꟷ15 милиона долара.
4. Задачи и функциониране на AWACS
Когато се използва в морски театър, БЛА трябва да осигури информационна поддръжка за KUG на разстояние до 2ꟷ2,5 хиляди км от родния летище. Дори на такива разстояния той е в състояние да дежури поне 12 часа. В зоната на дежурство БЛА трябва да бъде защитен от системата за противовъздушна отбрана KUG, тоест трябва да бъде отстранен на разстояние не повече от 150-200 км. Ако има опасност от атака, БЛА трябва да се върне под защитата на KUG на разстояние не повече от 50 км. В тази ситуация радарът безпилотен летателен апарат и радарът KUG трябва да разпределят помежду си зоните за откриване за атака на въздушни цели. В долното полукълбо той открива безпилотен летателен апарат, а по -високи цели - радар на системата за ПВО.
Нека вземем предвид, че при височина на полета 16 км, радиусът на откриване на вражески кораби ще бъде 520 км. Тоест, постигнатият обхват на центъра за управление ще осигури изстрелването на противокорабната ракетна система „Оникс“на пълния ѝ полет.
При ескортиране на самолетоносачи и UDC, които нямат палубни AWACS, БПЛА може да участва в действията на въздушното крило. В допълнение към традиционното откриване на въздушни и морски цели, БПЛА е способен, използвайки изключително високия енергиен потенциал на страничния AFAR, да открива вражески радиоконтрастни цели, както и траекторията на оръдейните снаряди с голям калибър. Освен това БЛА може да открива движещи се бронирани превозни средства.
5. Характеристики на работа на радара
Странични характеристики на AFAR
Обхват на откриване по посоката на оста на страничната антена:
- изтребител тип F-16 с усилвател на изображението 2 кв. м на височина 10 км - 900 км;
- RCC с усилвател на изображението 0, 1 кв. м - 360 км;
- управляема ракета тип AMRAAM с ефективна отразяваща повърхност (EOC) 0,03 кв. м - 250 км;
- артилерийски снаряд от калибър 76 мм с усилвател на изображението 0,001 кв. m - EOP 90 км;
- ракетна лодка с тръба за усилване на изображението 50 кв. м - 400 км;
- разрушител с усилвател на изображението 1000 кв. м - 500 км;
- резервоар, движещ се със скорост 3 m / s и усилвател на изображението от 5 кв. м - 250 км.
В границите на азимуталната зона на сканиране, равна на ± 60 °, обхватът на откриване намалява с 20%.
Грешката при единично измерване на ъгли е дадена за диапазон, равен на 80% от обхвата на откриване на съответната цел:
- по азимут - 0, 1 °, - на кота - 0, 7 °.
В процеса на проследяване на целта ъгловата грешка намалява с 2–3 пъти (в зависимост от маневрите на целта). Когато целевият диапазон е намален до 50% от обхвата на откриване, грешката на едно измерване се намалява наполовина.
Недостатъкът на AFAR с размери 16x2, 4 m е именно ниската точност на измерване на ъгъла на котата. Например грешката при измерване на височината на F-16 IS, проследена на разстояние от 600 км, ще бъде 2 км.
Ако беше възможно да се приложи втората версия на страничния AFAR с размери 10, 5x3, 7 m, тогава обхватът на откриване на IS щеше да се увеличи до 1000 km, а грешката при измерване на височината на разстояние от 600 km ще намалее до 1.3 км. Дължината на фюзелажа ще бъде намалена до 17 м.
Характеристики на назалния AFAR
Обхват на откриване по посоката на оста на носната антена:
- боец с усилвател на изображението 2 кв. м - 370 км;
- RCC с усилвател на изображението 0, 1 кв. м - 160 км;
- управляема ракета от типа AMRAAM с усилвател на изображението от 0,03 кв. м - 110 км;
- ракетна лодка с тръба за усилване на изображението 50 кв.м - 300 км;
- разрушител с усилвател на изображението 1000 кв. м - 430 км;
- резервоар, движещ се със скорост 3 m / s и усилвател на изображението от 5 кв. м - 250 км.
Грешка при измерване на единичен ъгъл:
- азимут: 0, 1 °;
- ъгъл на кота: 0,8 °.
В процеса на проследяване на целта грешката при измерването се намалява 2–3 пъти.
Разходната цена на страничния AFAR зависи от размера на партидата. Ще се съсредоточим върху цената от 5 милиона долара. Тогава общата цена на радарната станция ще бъде 14 милиона долара. Това е много по -евтино от аналозите, налични на световния пазар.
6. Тактиката на използване на AWACS в сухопътния театър
Задачите на комбинираните оръжия AWACS на сушата са да осветяват въздушната обстановка на голяма дълбочина над територията на съседните държави и да записват движението на големи формирования войски в граничната зона на дълбочина до 300 км. При специални обстоятелства могат да се поставят и чисто местни задачи. Например, придружаване на кола на опасен терорист. За да може часовникът да продължи непрекъснато през целия застрашен период, важно е да можете да намалите максимално разходите за час на часовник.
БПЛА трябва да патрулира по границите на разстояния, които гарантират неговата безопасност. Ако врагът има система за ПВО на далечен обсег или летища на ИД в граничната зона, това разстояние трябва да бъде най-малко 150 км.
За да се предотврати възможността за поражение по време на война, е необходимо да се осигури защитата на БЛА със собствени средства за ПВО. Най-евтиният начин е да се използват двойка ракетни системи за противовъздушна отбрана, които са в състояние да покрият зоната на скитане с дължина 150-200 км. При липса на собствени системи за ПВО разстоянието от границата може да бъде увеличено до 200 км. Това, като същевременно осигурява дълъг обхват на откриване на атакуващи ракети (и вражески изтребители), ще позволи да се извърши маневра за отстъпление дълбоко в собствената си територия с издигането на дежурни офицери от ИД от най -близкото летище.
В мирно време няма да е необходимо да използвате такава защита. А безпилотният летателен апарат може да пътува директно по границата. В същото време той може да открива движещи се превозни средства сам, но без да разпознава техния тип. В тази връзка най -добрата ефективност се постига чрез комбиниране на разпознаването на определени цели чрез оптично разузнаване, действащо на територията на противника (или от спътник) и проследяване на откритите цели с помощта на БЛА.
Например, ако разузнавач открие терористично превозно средство, операторът на AWACS ще може да го постави на автоматично проследяване и да проследи движението на това превозно средство дори по пътищата в близост до други превозни средства, както и да извика атакуващ БПЛА, за да ги унищожи.
7. Заключения
Самолетът Ил-76, който е носител на новия комплекс А-100 AWACS, не се е променил коренно. И няма да е възможно радикално да се намалят разходите за час от работата му. Следователно не можете да разчитате на редовната му употреба. Въпреки подобрените характеристики на радара.
Предложеният БЛА AWACS осигурява обхват на откриване 1,5 пъти по-голям от A-100. Тежи четири пъти по -малко. И изразходва пет пъти по -малко гориво.
Дългият обхват на откриване ви позволява да контролирате въздушното пространство на противника от безопасни разстояния (200 км) и да не използвате защитата на информацията за сигурност.
Увеличената височина на полета дава възможност за откриване на наземни и повърхностни цели на разстояния до 500 км.
Дългата продължителност на полета дава възможност да се използват безпилотни летателни апарати за ескорт на KUG, подпомагане на амфибийни операции и действия на AUG на разстояние до 2500 км от летището.
Интегрирането на радар, идентификация на състоянието и комуникационни функции в един AFAR направи възможно допълнително намаляване на теглото и цената на оборудването.
Умерената цена на устройствата ще гарантира високата конкурентоспособност на БЛА.
