Прицельные РЛС самолётов тактической авиации стран НАТО

Полковник М. Михов

Радиолокационные станции прицельно-навигационных систем современных самолетов тактической авиации являются основным средством поиска, обнаружения и сопровождения целей в любых погодных условиях. Они обеспечивают наибольшие (по сравнению, например, с оптическими средствами) дальности обнаружения воздушных, наземных и надводных целей и наведения на них управляемого оружия. Помимо основной функции прицеливания, эти РЛС выполняют задачи навигации по радиолокационным картам местности и в ряде случаев обеспечения маловысотного полета с огибанием рельефа местности или с облетом препятствий. В настоящее время, судя по сообщениям иностранной печати, прицельные РЛС теряют узкую специализацию ' и приобретают все большую многофункциональность, при этом самолеты тактической авиации, выполняющие различные задачи (истребителя ПВО, тактического истребителя или штурмовика), используют РЛС одного и того же типа. В то же время, хотя развитие многофункциональности зашло достаточно далеко (в частности, почти выведены из боевого применения вместе с чистыми истребителями-перехватчиками РЛС перехвата и прицеливания), продолжает существовать определенная оптимизация РЛС для действий по воздушным и наземным целям. При этом сложилось положение, что с технической точки зрения РЛС, предназначавшиеся для применения по воздушным целям, оказались в большей степени пригодными для расширения функций их использования, нежели РЛС штурмовиков.

Из состоявших на вооружении стран НАТО почти 8200 самолетов тактической авиации около 2200 (или 27 проц.) не имеют прицельной РЛС. К ним относятся прежде всего американские штурмовики А-10 и AV-S и сходные с ними по решаемым задачам самолеты (английский «Хар-риер», итальянский G-91Y «Фиат», англо-французский «Ягуар»), а также легкие истребители и учебно-боевые самолеты - английский «Хок», итало-бразильский АМХ, франко-западногерманский «Альфа Джет» (состоит на вооружении ФРГ, Франции и Бельгии), американский F-5 (Турции, Греции, Канады, Италии, Нидерландов и Норвегии). Точно так же не имеют прицельных РЛС поставляемые европейскими странами
НАТО на экспорт учебно-боевые самолеты S-211 и МВ-339 (Италия), а также С-101 «Авиоджет» (Испания). Изучая практику использования РЛС на самолетах тактической авиации, западные специалисты указывают на два ограничивающих фактора. Одним из них является хорошее оборудование Европейского театра войны навигационными и радиолокационными средствами, обеспечивающими эффективное наведение самолетов огневой поддержки сухопутных войск. Для экспортируемых самолетов определяющим оказывается их преимущественное использование над территориями стран Северной Африки, Ближнего Востока и Центральной Америки, для которых характерны в основном простые метеоусловия. Ограничивающим фактором является также усложнение и удорожание эксплуатации самолетов с радиолокационной техникой. Отчасти поэтому F-5E с РЛС AN/APQ-153 - модификация широко экспортируемого американцами истребителя F-5 - был поставлен в ограниченное число стран, среди которых отсутствовали европейские страны НАТО.

Упрощенной несканирующей РЛС «Аида-2», близкой по своим характеристикам к радиолокационному дальномеру, оборудован французский истребитель «Мираж-F.l», состоящий также на вооружении Испании.

Для самолетов, принятых на вооружение в течение 60-х - начале 80-х годов, стремление построить многофункциональную РЛС не было полностью реализовано из-за технических трудностей совмещения конструктивных решений, обеспечивающих выполнение функций борьбы как с воздушными, так и наземными целями. Отчасти по этой причине РЛС истребителей F-4 «Фантом» и «Мираж-3» остались в основном как средство обеспечения воздушного боя, а истребителей F-111 и штурмовиков А-6 «Интрудер», А-7 «Корсар» и «Буканир» - применения оружия по наземным и надводным целям. В конце 50-х годов была принята на вооружение, а в начале 60-х прошла модернизацию РЛС R-21 американского экспортного истребителя F-104, которая была предназначена для действий по воздушным и наземным целям, а также для картографирования земной поверхности и обеспечения полетов на малой высоте. Используемые в этой РЛС технические решения нашли частичное применение в таких станциях, как «Сира-но-2» французского истребителя «Мираж-3», и некоторых других, однако широкого распространения не получили.

Рис. 1. Импульсно-доплеровская РЛС RDI французского истребителя «Мираж-2000» (на поверхности щелевой ФАР размещены вибраторы антенны запросчика радиолокационной системы опознавания)

На самолетах тактической авиации, принятых на вооружение в 60-х - начале 70-х годов, устанавливаются прицельные РЛС, оптимизированные для управления оружием при действии по воздушным или наземным целям. Для первых характерно стремление к наибольшей дальности обнаружения воздушной цели, что обеспечивается работой передатчика на магнетроне в 3-см диапазоне волн (частоты в пределах 8-10 ГГц) с короткими импульсами высокой мощности и применением параболической отражательной антенны, формирующей остронаправленный луч. Вторые имеют приемлемую разрешающую способность при снятии радиолокационной карты местности для выявления наземных целей на сравнительно небольших дальностях в интересах бомбометания и применения неуправляемого оружия, а также позволяют самолету выходить в район цели на предельно малой высоте с огибанием рельефа местности или с облетом препятствий. Эти качества были обеспечены путем использования 2-см диапазона волн (14-16 ГГц), магнетронного передатчика, имеющего сравнительно невысокую импульсную мощность, и плоской по углу места диаграммы направленности антенны. Общими особенностями РЛС 60- 70-х годов было наличие собственных вычислительных устройств управления оружием и специализированных индикаторов для отображения обстановки, что вместе с мощными передатчиками при элементной базе тех лет делало эти станции громоздкими. В них почти полностью включалась прицельно-навигационная система самолета, и таким образом для каждой его модификации конструировалась специальная РЛС.

Современное поколение прицельных РЛС появилось в ВВС стран НАТО з середине 70-х годов (с принятием на вооружение американских истребителей F-14 и F-15), а более усовершенствованные образцы РЛС - во второй половине 70-х годов (F-16 и F-18). Американская схема построения РЛС принята французскими специалистами при разработке РЛС для самолета «Мираж-2000» (рис. 1). Ряд собственных технических решений характерен для английских РЛС самолетов «Торнадо» и «Си Харриер». А в общей сложности современными РЛС оснащено около 4 тыс. всех указанных самолетов, то есть немногим менее половины парка тактической авиации стран НАТО.

Важными особенностями современного поколения прицельных РЛС являются: работа в 3-см диапазоне волн с широкими возможностями изменения структуры сигнала; использование когерентного генератора ВЧ сигнала на лампе бегущей волны (ЛБВ); наличие плоской подвижной щелевой фазированной антенной решетки (ФАР); широкое использование цифровых устройств для обработки (в том числе доплеровской) отраженных сигналов и для управления режимами работы станции. Все это позволило повысить возможности станций по обнаружению воздушных и наземных целей, улучшить характеристики обзора земной поверхности и другие показатели. В результате совершенствования бортовых радиоэлектронных комплексов из структуры РЛС были выведены вычислители управления оружием и индикаторы, задачи которых стали выполняться специализированными устройствами интегрированных прицельно - навигационных систем.

Основной технической особенностью современных прицельных РЛС, определившей их повышенные возможности и давшей им само наименование - «импульсно-доплеровские», стало использование когерентного (связанного по фазе) источника излучаемого ВЧ сигнала и обработка при приеме выделенной из сигнала доплеровской составляющей фазового сдвига. Лампы бегущей волны с сеточным управлением, использованные в качестве мощных ВЧ генераторов, могут эффективно работать в широком диапазоне длительностей и частот повторения импульсов, что обеспечивает РЛС дополнительные тактические возможности.

Работа с высокой частотой повторения импульсов (ВЧПИ) 250-310 кГц и скважностью около единицы (когда длительность импульсов приблизительно равна промежутку между ними) позволила реализовать высокую среднюю мощность излучения (при относительно низкой импульсной) и обеспечить наибольшую дальность обнаружения воздушных целей. Для одной из первых импульсно-доплеровских РЛС, вошедшей в систему управления оружием AN/AWG-9 американского палубного истребителя F-14A, эта дальность составила свыше 210 км. Работа с ВЧПИ язляется наиболее оптимальной для подсветки воздушных целей при наведении ракет класса «воздух - воздух» с полуактивной радиолокационной головкой самонаведения. При этом возможно действие одновременно по нескольким целям благодаря реализации режима сопровождения «на проходе». РЛС системы AN/AWG-9 и явилась первой такой станцией - она позволяет сопровождать одновременно до 24 целей и наводить на них до шести ракет AIM-54 «Феникс». Эта РЛС до настоящего времени является наиболее мощной станцией самолетов тактической авиации капиталистических стран.

Принятая позже на вооружение РЛС того же класса ANT/APG-63 (истребитель ВВС США F-15A) имеет дальность действия около 185 км. Благодаря использованию малогабаритных электрорадиоэлементов и упрощению ряда функций ее масса была доведена до 224 кг против 580 кг у станции системы AN/AWG-9.

Рис. 2. Размещение сменных блоков на установочной раме американской импульсно-доплеровской РЛС AN/APG-65: 1 - антенна; 2 - приемник-возбудитель; 3 -; блок обработки радиолокационных данных; 4 - программируемый процессор; 5 - передатчик

Важным достоинством импульсно-доплеровской РЛС является возможность эффективного выделения воздушных целей на фоне подстилающей поверхности. Вместе с тем отмечается такой ее недостаток, как неоднозначность и низкая точность определения дальности. При высокой частоте повторения импульсов измерение дальности, проводимое по запаздыванию импульсов, становится существенно неоднозначным и нерациональным. Для решения этой задачи используются методы, основанные на измерении запаздывания групп импульсов. Требуемое для измерений отличие одной группы импульсов от другой создается методами модуляции импульсных последовательностей. При ВЧПИ может применяться частотная модуляция несущей частоты или ее модуляция несколькими тонами.

Использование низкой частоты повторения импульсов (НЧПИ), составляющей 2-3 кГц, наиболее эффективно при действии по наземным и низколетящим воздушным целям, когда обеспечиваются реализация режимов доплеровского сужения луча и синтезированной апертуры при обзоре земной поверхности, а также селекция движущихся целей. Доплеровское сужение луча, позволяющее выделять объекты на земной поверхности, лежащие в пределах диаграммы направленности, но отличающиеся доплеровским сдвигом фазы, обеспечивает повышение разрешающей способности при картографировании, эквивалентное десятикратному сужению луча. Режим синтезированной апертуры, представляющей собой картографирование со сверхвысокой разрешающей способностью, реализуется при многократном просмотре участка местности при фиксации зоны обзора по командам от инерциональной навигационной системы и позволяет отобразить наземную обстановку с разрешением до 3 м, как это достигнуто, по сообщениям американской печати, в РЛС AN/APG-6S самолета F/A-18. Недостатком режима является высокая неоднозначность измерения доплеровской составляющей и необходимость работы с повышенной импульсной мощностью или со сжатием импульсов при приеме.

Работа. со средней частотой повторения импульсов (СЧПИ) 10 кГц наиболее эффективна при обнаружении и сопровождении воздушных целей на средних (до 100 км) дальностях. Этот режим является самым оптимальным при ведении воздушного боя, когда требуются особо точные измерения дальности и скорости одиночной цели, в том числе при малых скоростях сближения, характерных при атаке вдогон. Трудности реализации режима связаны с повышенным влиянием паразитных сигналов по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны, а также с необходимостью манипулирования широким набором частот и длительностей повторения импульсов для устранения неоднозначностей измерения дальности и скорости. Использование в современных РЛС подвижных щелевых антенных решеток вместо отражательных параболических антенн позволило значительно снизить уровень боковых лепестков благодаря оптимальному распределению фазовых сдвигов между излучающими щелями, а также расширить сектор обзора РЛС (из-за большей свободы перемещения плоского раскрыва антенны внутри носового обтекателя самолета). Но, по мнению ряда специалистов, отражательные антенны в ближайшие годы еще сохранятся на вооружении. Как считают представители английской фирмы «Маркони авионикс», они имеют перед щелевыми ФАР такие преимущества, как простота и легкость конструкции при использовании современных армированных стеклопластиков и большую широкополосность по несущей частоте, что в совокупности обеспечивает высокие скорости механического сканирования и рас. ширенный диапазон межимпульсной перестройки несущей части (для лучшей помехозащищенности).

Преимущества обоих типов антенн вместе с возможностью электронного сканирования могли бы объединить в себе твердотельные активные ФАР и самостоятельные приемопередающие элементы. Однако, как полагают специалисты американской фирмы «Хьюз», такой Тип антенны не является ближайшей перспективой для тактического самолета. Существенным препятствием в этом становятся финансовые ограничения. Так, современный уровень технологии позволяет наладить серийное производство антенных элементов стоимостью около 50 долларов, что обусловливает стоимость 2000-эле-ментной решетки в пределах 100 тыс. долларов. Тем не менее фирма «Хьюз» считает это направление перспективным и разрабатывает в интересах авиации ВМС США РЛС «Флексар». Эта станция, действующая в 3-см диапазоне волн, имеет решетку из 2400 элементов диаметром около 1 м и обеспечивает электронное сканирование в пределах 120° по углу места и 90° по азимуту.

Обработка сигналов в современных РЛС с ВЧПИ и СЧПИ не могла бы быть обеспечена без высокопроизводительных цифровых процессоров, которые должны выполнять свои функции в реальном масштабе времени и иметь при этом приемлемые массо-габаритные характеристики. Производительность их обеспечивается повышением тактовой рабочей частоты и построением мультипроцессорных систем с параллельной обработкой информации. Требуемые характеристики современных программируемых процессоров прицельных РЛС достигаются главным образом за счет использования сверхскоростных интегральных схем, разработанных по специальной объединенной программе министерства обороны США. На первом этапе этой программы (завершен в 1983 году) были разработаны кремниевые интегральные схемы с элементами размером 1,25 мкм, имеющие тактовую частоту 25 МГц, а на втором (в 1986-м) - кремниевые интегральные схемы субмикронной технологии (размеры элементов 0,5-0,7 мкм) с тактовой частотой до 100 МГц. Трудности изготовления серийных интегральных схем с такими показателями отодвинули запланированные ранее сроки внедрения, однако, по сообщениям западной печати, именно импульсно-доплеровские РЛС самолетов тактической авиации стали первым объектом практического использования программы сверхбольших интегральных схем (СБИС). Программируемые процессоры на СБИС были установлены в РЛС AN/APG-6S (рис. 2) и AN/APG-66. При этом за счет совершенствования цифровых схем могут быть существенно улучшены характеристики РЛС без изменения их конструкции. В частности, в РЛС AN/APG-.68, являющейся модернизированным вариантом AN/APG-66, главным образом за счет нового программируемого процессора было достигнуто 64-кратное доплеровское сужение луча, введены режимы обнаружения и сопровождения движущихся наземных целей, а также обеспечения маловысотного полета с огибанием рельефа местности и облетом препятствий. В этой же РЛС за счет введения режима ВЧПИ и соответствующей обработки дальность действия повышена на 40 проц. В отдельных случаях усовершенствованная обработка сигналов позволяет без изменений паспортных характеристик РЛС по дальности повысить как вероятность обнаружения целей в различных условиях работы, так и надежность их сопровождения при постановке помех противником.

Удобство варьирования характеристиками современных импульсно-доплеровских РЛС и удобная компоновка на единой раме позволяют не связывать их конструктивно с конкретными модификациями самолетов и устанавливать в ходе модернизации на летательных аппаратах различных классов. Такие возможности в наибольшей мере характерны для американских РЛС AN/APG-65 и AN/APG-66 соответственно фирм
«Хьюз» и «Вестингауз». Обе фирмы, являясь разработчиками и поставщиками РЛС для основного парка самолетов тактической авиации НАТО (истребителей F-4, F-14, F-15, F-16, F-18), продолжают расширять рынок своих технологий в капиталистических странах. В частности, станция AN/APG-65 запланирована для установки на американских штурмовиках AV-8B и западногерманских истребителях F-4F, AN/APG-66 - на истребителях F-4TJ (Япония) и F-7 (Пакистан), штурмовиках А-4 (Новая Зеландия), а также на экспериментальном дирижабле дальнего радиолокационного обнаружения «Сентинел-5000» ВМС США и самолетах «Сайтейшн» американской береговой охраны. В этом отношении характерной является борьба, развернувшаяся между фирмами за право оснащения перспективного европейского истребителя, создаваемого по программе EFA. По мнению западных специалистов, наиболее высокие шансы на разработку прицельной РЛС имеет английская фирма «Маркони авионикс», представившая на конкурс станцию MSD-2000, построенную на базе американской AN/APG-65. Сведения об основных прицельных РЛС тактических самолетов стран НАТО приведены в таблице.

На основе опубликованных за рубежом материалов можно сделать вывод, что развитие прицельных радиолокационных средств самолетов тактической авиации стран НАТО в ближайшей перспективе будет происходить на базе импульсно-доплеровских РЛС при активном совершенствовании процессоров обработки сигналов и расширении количества режимов функционирования. При этом могут быть выделены такие основные направления, как решение задачи распознавания характера сначала воздушных, а затем наземных целей, повышение скрытности собственной работы, резкое улучшение надежности аппаратуры и ее эксплуатационных характеристик. В более отдаленной перспективе (с разработкой нового поколения самолетов тактической авиации) возможно появление твердотельных фазированных антенных решеток с электронным сканированием.

Зарубежное военное обозрение №8 1990 С.38-43