Днес авиацията е немислима без радари. Радиолокационна станция (BRLS) е един от най-важните елементи на радиоелектронното оборудване на съвременния самолет. Според експерти в близко бъдеще радарните станции ще останат основното средство за откриване, проследяване на цели и насочване на насочени оръжия към тях.
Ще се опитаме да отговорим на най -често срещаните въпроси относно работата на радарите на борда и да разкажем как са създадени първите радари и колко обещаващи радарни станции могат да изненадат.
1. Кога на борда се появиха първите радари?
Идеята за използване на радар на самолети идва няколко години след появата на първите наземни радари. У нас наземната станция „Редут“стана прототип на първата радиолокационна станция.
Един от основните проблеми беше поставянето на оборудването в самолета - комплектът от станцията с захранвания и кабели тежеше около 500 кг. Не беше реалистично да се инсталира такова оборудване на едноместен изтребител от онова време, затова беше решено да се постави станцията на двуместен Pe-2.
Първата вътрешна бордова радиолокационна станция, наречена "Гнайс-2", е пусната в експлоатация през 1942 г. В рамките на две години са произведени повече от 230 станции Gnaiss-2. И през победоносната 1945 г. Fazotron-NIIR, сега част от KRET, започва серийно производство на самолетния радар Gneiss-5s. Обхватът на откриване на целта достигна 7 км.
В чужбина първият самолетен радар „AI Mark I“- британски - е пуснат в експлоатация малко по -рано, през 1939 г. Поради голямото си тегло, той е инсталиран на тежки изтребители-прехващачи Bristol Beaufighter. През 1940 г. влиза в експлоатация нов модел, AI Mark IV. Той осигурява откриване на цели на разстояние до 5,5 км.
2. От какво се състои бордова радиолокационна станция?
Структурно радарът се състои от няколко подвижни блока, разположени в носа на самолета: предавател, антенна система, приемник, процесор за данни, програмируем сигнален процесор, конзоли и контроли и дисплеи.
Днес почти всички бордови радари имат антенна система, състояща се от плоска антенна решетка, антена Cassegrain, пасивна или активна фазирана антенна решетка.
Съвременните бордови радари работят в диапазон от различни честоти и позволяват откриване на въздушни цели с EPR (ефективна зона на разсейване) от един квадратен метър на разстояние стотици километри, а също така осигуряват проследяване на десетки цели в преминаването.
В допълнение към откриването на целите, днес радиолокационните станции осигуряват радиокорекция, задаване на полет и обозначаване на целта за използване на управляеми оръжия във въздуха, извършват картографиране на земната повърхност с разделителна способност до един метър, а също така решават спомагателни задачи: терен, измерващ собствената си скорост, надморска височина, ъгъл на отклонение и други. …
3. Как работи радар във въздуха?
Днес съвременните изтребители използват импулсни доплерови радари. Самото име описва принципа на действие на такава радарна станция.
Радарната станция не работи непрекъснато, а с периодични ритници - импулси. В днешните локатори предаването на импулс продължава само няколко милионни от секундата, а паузите между импулсите са няколко стотни или хилядни от секундата.
След като срещнат всяко препятствие по пътя на тяхното разпространение, радиовълните се разпръскват във всички посоки и се отразяват от него обратно към радиолокационната станция. В същото време радарният предавател автоматично се изключва и радиоприемникът започва да работи.
Един от основните проблеми с импулсните радари е да се отървем от сигнала, отразен от неподвижни обекти. Например, за бордовите радари проблемът е, че отраженията от земната повърхност закриват всички обекти под самолета. Тази интерференция се елиминира с помощта на ефекта на Доплер, според който честотата на вълна, отразена от приближаващ се обект, се увеличава, а от изходящ обект намалява.
4. Какво означават лентите X, K, Ka и Ku в характеристиките на радара?
Днес диапазонът от дължини на вълните, при които работят бордовите радари, е изключително широк. В характеристиките на радара обхватът на станцията е посочен с латински букви, например X, K, Ka или Ku.
Например, радарът Irbis с пасивна фазирана антенна решетка, инсталиран на изтребител Су-35, работи в X-лентата. В същото време обхватът на откриване на въздушните цели на Ирбис достига 400 км.
X-лентата се използва широко в радарни приложения. Той се простира от 8 до 12 GHz на електромагнитния спектър, тоест е с дължини на вълните от 3,75 до 2,5 см. Защо е кръстен така? Има версия, че по време на Втората световна война групата е класифицирана и затова получава името X-band.
Всички имена на диапазони с латинска буква K в името имат по -малко загадъчен произход - от немската дума kurz („кратък“). Този диапазон съответства на дължини на вълните от 1,67 до 1,13 см. В комбинация с английските думи отгоре и под, лентите Ka и Ku получиха имената си съответно, разположени „над“и „под“K-лентата.
Радарите с Ka-обхват са способни за измервания с къса и свръхвисока разделителна способност. Такива радари често се използват за контрол на въздушното движение на летища, където разстоянието до самолета се определя с помощта на много къси импулси - с дължина няколко наносекунди.
Ка-лентата често се използва в хеликоптерни радари. Както знаете, за поставянето на хеликоптер, радарната антена във въздуха трябва да е малка. Като се има предвид този факт, както и необходимостта от приемлива резолюция, се използва милиметровият диапазон на дължината на вълната. Например, боен хеликоптер Ка-52 Алигатор е оборудван с радарна система Arbalet, работеща в осеммилиметровата Ка-лента. Този радар, разработен от KRET, предоставя на Alligator огромни възможности.
По този начин всеки обхват има свои собствени предимства и в зависимост от условията за поставяне и задачите, радарът работи в различни честотни диапазони. Например, получаването на висока разделителна способност в сектора за гледане напред реализира Ka-обхвата, а увеличаването на обхвата на бордовия радар прави възможна X-лентата.
5. Какво е PAR?
Очевидно, за да приема и предава сигнали, всеки радар се нуждае от антена. За да го монтират в самолет, са изобретени специални плоски антенни системи, а приемникът и предавателят са разположени зад антената. За да видите различни цели с радара, антената трябва да бъде преместена. Тъй като радарната антена е доста масивна, тя се движи бавно. В същото време едновременната атака на няколко цели става проблематична, защото радар с конвенционална антена държи само една цел в „зрителното поле“.
Съвременната електроника направи възможно изоставянето на такова механично сканиране във въздушен радар. Тя е подредена по следния начин: плоска (правоъгълна или кръгла) антена е разделена на клетки. Всяка такава клетка съдържа специално устройство - фазов премествач, който може да промени фазата на електромагнитната вълна, която влиза в клетката под даден ъгъл. Обработените сигнали от клетките се изпращат към приемника. Ето как можете да опишете работата на антена с фазирана решетка (PAA).
За да бъдем по -точни, подобна антенна решетка с много елементи на фазоразместващо устройство, но с един приемник и един предавател, се нарича пасивен ФАР. Между другото, първият изтребител в света, оборудван с радар с пасивна фазирана решетка, е нашият руски МиГ-31. Той беше оборудван с радарна станция "Заслон", разработена от Изследователския институт по приборостроене. Тихомиров.
6. За какво е AFAR?
Активната антена с фазирана решетка (AFAR) е следващият етап в развитието на пасивната. В такава антена всяка клетка от масива съдържа собствен трансивер. Техният брой може да надхвърли хиляда. Тоест, ако традиционният локатор е отделна антена, приемник, предавател, тогава в AFAR приемникът с предавателя и антената са „разпръснати“в модули, всеки от които съдържа антенен процеп, фазов превключвател, предавател и приемник.
Преди това, ако например предавател не беше в ред, самолетът щеше да стане „сляп“. Ако в AFAR са засегнати една или две клетки, дори дузина, останалите продължават да работят. Това е основното предимство на AFAR. Благодарение на хиляди приемници и предаватели, надеждността и чувствителността на антените се повишават, а също така става възможно да се работи на няколко честоти едновременно.
Но основното е, че структурата на AFAR позволява на радара да решава няколко проблема паралелно. Например, не само за обслужване на десетки цели, но успоредно с изследването на пространството, е много ефективно да се защитава от смущения, да се намесва в противниковите радари и да картографира повърхността, получавайки карти с висока разделителна способност.
Между другото, първата в Русия бордова радиолокационна станция с AFAR е създадена в предприятието KRET, в корпорацията Fazotron-NIIR.
7. Коя радарна станция ще бъде на изтребителя PAK FA от пето поколение?
Сред обещаващите разработки на KRET са конформните AFAR, които могат да се поберат във фюзелажа на самолет, както и така наречената „интелигентна“обвивка на корпуса. В изтребителите от следващо поколение, включително PAK FA, той ще се превърне в един-единствен локатор на приемо-предавател, предоставящ на пилота пълна информация за случващото се около самолета.
Радарната система PAK FA се състои от обещаващ X-band AFAR в отделението за носа, два странично гледащи радара и AFAR с L-лента по протежение на клапите.
Днес KRET също работи по разработването на радио-фотонен радар за PAK FA. Концернът възнамерява да създаде пълномащабен модел на радарната станция на бъдещето до 2018 г.
Фотоничните технологии ще дадат възможност да се разширят възможностите на радара - да се намали масата с повече от половината и да се увеличи десетократно разделителната способност. Такива радари с радиооптични фазирани антенни решетки са в състояние да направят своеобразно „рентгеново изображение“на самолети, разположени на разстояние повече от 500 километра, и да им дадат подробно, триизмерно изображение. Тази технология ви позволява да погледнете вътре в даден обект, да разберете какво оборудване носи, колко хора има в него и дори да видите лицата им.
