Юрий Иванович Белый родился в 1951 г. Закончил Московское высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана. С 1974 г. – на военной службе. Служил военпредом при НИИ приборостроения, заместителем начальника отдела заказывающего управления ВВС. С 1987 г. – начальник военного представительства при НИИП. Воинское звание – полковник. С марта 1998 г. – директор НИИП. В настоящее время – генеральный директор ОАО «НИИП им. В.В. Тихомирова». Доктор наук (инжиниринг), академик Международной академии информатизации, член НТС ВПК при Правительстве РФ. Кавалер орденов Дружбы и «За заслуги перед Отечеством» IV степени.
Одна из главных составляющих высоких боевых возможностей современных истребителей – совершенная система управления вооружением, в основе которой – мощная бортовая радиолокационная станция. Все поставляемые на мировой рынок и несущие службу в отечественных ВВС истребители семейства Су-27 и Су-30 оснащаются системами управления вооружением, разработанными в ОАО «НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова». НИИП является пионером в области создания радиолокаторов с фазированными антенными решетками (ФАР). Впервые «тихомировская» РЛС с ФАР была применена на истребителе-перехватчике МиГ-31. Начиная с самолета Су-30МКИ, радары с ФАР устанавливаются уже и на истребители «Сухого». В этом году начались испытания нового многофункционального истребителя Су-35, для которого НИИП создает самую совершенную в своем классе РЛС с пассивной ФАР «Ирбис-Э». А для перспективного истребителя пятого поколения тихомировцы ведут разработку первого своего радара с активной фазированной антенной решеткой (АФАР). Чтобы узнать, как развиваются работы по этим темам, корреспондент «Взлёта» Андрей Фомин встретился с генеральным директором ОАО «НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова» Юрием Белым, который любезно согласился дать интервью нашему журналу.
Юрий Иванович, расскажите, пожалуйста, как идут испытания РЛСУ с ФАР «Ирбис-Э».
Программа развивается успешно. Мы продолжаем летать на летающей лаборатории Су-30МК2 с опытным комплектом РЛСУ «Ирбис-Э» с передатчиком мощностью 1 кВт – летаем уже практически полтора года и получили подтверждение основных характеристик. Отработано большинство режимов, в частности – многоцелевой режим «воздух-воздух», режим дальнего обнаружения, режимы «воздух-поверхность» с низким, средним и высоким разрешением. Кроме того, изготовлен комплект блоков РЛСУ, включая штатный для серийного «Ирбиса-Э» 5-киловаттный передатчик, который проходит лабораторные испытания – мы их завершаем в полном объеме в этом году
Помимо этого, мы изготовили два образца РЛСУ в полной комплектации для установки на опытные самолеты Су-35. Первый из них, уже прошедший отработку в лабораториях НИИП, а затем в соответствующих подразделениях КнААПО, установлен на борт второго экземпляра Су-35. Когда по графику испытаний самолета придет черед летной отработки радиолокационного комплекса – будем его включать. Для обеспечения испытаний «Ирбиса» на Су-35 подготовлена контрольно-ремонтная автомобильная станция (КРАС) с рабочими местами – поэтому вскоре начнем летать на реальном самолете с полномасштабным комплексом «Ирбиса». Второй комплект для следующего опытного самолета тоже уже изготовлен, проверен у нас и сдан приемке. Вскоре он также будет установлен на борт. Таким образом, программа испытаний «Ирбиса» идет полным ходом, и к моменту готовности Су-35 к серийному производству его радиолокационный комплекс будет полностью отработан.
РЛСУ с ФАР «Барс», находящаяся сейчас в крупносерийном производстве. Ей оснащаются истребители Су-30МКИ, Су-30МКМ и Су-30МКА, поставляемые ВВС Индии, Малайзии и Алжира. Кроме того, лицензионное производство «Барса» осваивается в Индии, и "НИИП им. В.В. Тихомирова ведет работы по его дальнейшей поэтапной модернизации
Возможна ли установка «Ирбиса» на ранее выпущенные самолеты Су-27 в процессе их модернизации?
Такой вариант проработан в рамках программы Су-27СМ2. По сути, это та комплектация РЛСУ, которая сейчас проходит испытания на летающей лаборатории с киловаттным передатчиком (применить передатчик мощностью 5 кВт на ранее выпущенных Су-27 не позволяет энергетика самолета). Поэтому тот вариант «Ирбиса», что стоит сейчас на летающей лаборатории – это практически готовый комплект для модернизации строевых самолетов. Однако, по всей видимости из-за финансовых соображений, было принято решение развивать модернизацию Су-27СМ, не меняя тип РЛС, а лишь наращивая ее возможности – вводя новые режимы, обеспечивая применение новых образцов вооружения и т.д. Такой самолет построен и в этом году поступил на летные испытания. Но следует иметь ввиду, что испытания могут занять не один год, а остаточный календарный ресурс строевых истребителей, самые «молодые» из которых выпущены в начале 90-х гг., тем временем неуклонно снижается. Выходом из создавшейся ситуации может быть только закупка новых самолетов – типа Су-35, сразу имеющих на борту РЛСУ с ФАР «Ирбис». ВВС России уже вплотную подошли к такому решению. На презентации Су-35 в ЛИИ для представителей прессы в июле этого года Главнокомандующий ВВС генерал-полковник Александр Зелин заявил, что рассматривается возможность заказа новых самолетов типа Су-35 для перевооружения на них двух-трех полков российских Военно-воздушных сил.
А планируется ли какое-то развитие предшественника «Ирбиса» – РЛСУ «Барс», применяемой на самолетах типа Су-30МКИ? Есть ли куда двигаться по этой теме?
Куда двигаться еще есть. Вот возьмем, например, Су-30МКИ. Прошли оценочные испытания сегодняшней конфигурации «Барса» на самолетах Су-30МКИ в Индии, которые подтвердили устранение всех замечаний. И теперь ВВС Индии ставят вопрос: делать все 140 самолетов по лицензионной программе, рассчитанной до 2014 г., в облике, утвержденном еще в конце 90-х гг. – неразумно. Поэтому они предлагают нам в процессе лицензионного производства провести модернизацию «Барса», в т.ч. требуя применить на нем АФАР. Мы разработали со своей стороны предложения, предусматривающие двухэтапную модернизацию. На первом этапе «Барс» остается с пассивной ФАР, но возможности РЛС по режимам работы и характеристикам будут наращиваться. А на втором этапе, с учетом полученного к тому времени задела по АФАР в рамках работ по самолету пятого поколения, «Барс» уже можно будет оснастить активной фазированной антенной решеткой. ВВС Индии в настоящее время рассматривают эти наши предложения, и мы надеемся, что вскоре решение о том, каким образом проводить модернизацию «Барса», будет принято.
РЛСУ «Ирбис-Э» на борту Су-35 =на авиасалоне МАКС-2007 (вверху) и летающей лаборатории Су-30МК2 (внизу)
Если уж разговор зашел про модернизацию, расскажите, пожалуйста, как продвигаются работы по модернизации СУВ «Заслон» истребителей-перехватчиков МиГ-31. ВВС России уже официально сообщали, что нынешней весной получили первые модернизированные самолеты данного типа…
Переходя к теме «Заслона» нужно сначала отметить, что это наша базовая разработка, с которой мы начали применение электронного сканирования на борту самолета, использование цифровых вычислительных машин – в нашей отечественной практике это было впервые. СУВ «Заслон» с ФАР на борту истребителя МиГ-31 – безусловный приоритет не только НИИП им. В.В. Тихомирова, но и всей нашей страны. С тех пор (а МиГ-31 был принят на вооружение в 1981 г.) прошло уже немало лет, и комплекс, конечно, требует модернизации. Эта работа продолжается. В прошлом году был закончен первый этап государственных совместных испытаний (ГСИ) модернизированного МиГ-31. Завод «Ленинец» начал поставку доработанных систем на серийные самолеты, и первые из них в этом году поступили в эксплуатацию. Параллельно в ГЛИЦе в Ахтубинске продолжаются испытания по второму этапу ГСИ, который планируется завершить до конца этого года.
Что уже сделано? Во-первых, модернизация коснулась информационно-управляющего поля кабины штурмана: сделана новая система индикации на ЖКИ с новыми видами отображения информации. Во-вторых, увеличена дальность действия комплекса. В-третьих, расширен спектр применяемого оружия. Сама антенна при этом остается без изменений, но меняются некоторые блоки СУВ, полностью заменяется вычислительная система. Уже снятые с производства машины, применявшиеся на МиГ-31, уступают место современным БЦВМ нового поколения. В последующем мы планируем дальнейшее наращивание возможностей комплекса.
Ну и наконец, мы подошли к самому главному – работам по АФАР. Чуть более года назад, на авиасалоне МАКС-2007, были впервые показаны натурные фрагменты опытных образцов активных фазированных решеток разработки НИИП. Как известно, Ваш институт является головным разработчиком радиоэлектронной системы с АФАР для самолета пятого поколения. Как развиваются эти работы?
Работы идут в соответствии с графиком, по контракту, который мы подписали с компанией «Сухой». По данному графику в ноябре этого года первая полноразмерная полностью укомплектованная приемо-передающими модулями и настроенная АФАР будет поставлена на стенд для стыковки с остальными блоками станции. Сегодня первая антенна уже полностью собрана, укомплектована и передана в настройку. Развернуто производство приемо-передающих модулей на базе монолитных микросхем в НПП «Исток», идет комплектация второго образца и начато комплектование деталями и модулями третьего образца. Таким образом сегодня у нас в производстве уже три антенны. Они последовательно будут выходить на испытания – первая, как я сказал, в ноябре, вторая – в марте-апреле следующего года и т.д. Уже в следующем году АФАР предполагается установить на один из первых опытных образцов самолета пятого поколения, которые в настоящее время строятся на КнААПО, и в 2010 г. приступить к ее летной отработке. На сегодня можно уверенно сказать, что все технические проблемы по разработке и изготовлению приемо-передающих модулей преодолены. Сейчас решаем вопросы по антенне в целом – по охлаждению, сопряжению, управлению лучом, но, подчеркиваю, все движется в соответствии с утвержденным графиком. По мере испытаний будем постепенно наращивать состав комплекса – сначала на стендах, затем на самолетах, в итоге – придем к полностью предусмотренной техзаданием комплектации.
Фрагмент натурного опытного образца АФАР X-диапазона разработки НИИП им. В.В. Тихомирова, впервые показанный публично на авиасалоне МАКС-2007 в августе 2007 г.
Сколько времени может понадобиться на весь цикл испытаний и доводок АФАР?
Как известно, разработка современного радиолокатора занимает обычно 5-7 лет. Поэтому если брать за начало отсчета нынешний 2008 г., когда началась реальная отработка аппаратуры, то можно считать, что наша система будет полностью готова к эксплуатации примерно к 2014-2015 гг. Аналогичная ситуация и за рубежом: даже у F-22, который уже довольно давно принят на вооружение, еще не все режимы АФАР окончательно отработаны. В этой связи необходимо отметить, что НИИП им. В.В. Тихомирова располагает богатейшим опытом работы по фазированным антенным решеткам. Американцы в свое время пропустили этап пассивных ФАР – перейдя от щелевых решеток сразу к АФАР. У нас же есть большой опыт в области ФАР, который насчитывает уже порядка 40 лет (а мы утверждаем, что АФАР отличается от пассивной ФАР по сути только технологическим исполнением излучателей, а весь остальной математический и моделирующий аппарат мы берем от уже хорошо освоенных нами ФАР), что дает нам серьезные преимущества, в т.ч. и по срокам доводки. Мы располагаем такими наработками по ФАР, каких нет ни у кого в мире!
Вы наверняка следите за работами по АФАР, которые ведутся и за рубежом, и у нас в стране. Можно ли назвать какие-то особенности Вашего проекта относительно остальных, его преимущества?
Ну, с американцами сравнивать довольно трудно, поскольку реальной (а не рекламной) информации очень мало, и можно судить только по каким-то косвенным признакам. Но мы считаем, что заложили и реализуем характеристики как минимум не уступающие, а на самом деле в чем-то превосходящие те, которыми обладают, например, радары с АФАР самолетов F-22 и F-35. Что же касается работ, которые ведут другие отечественные разработчики РЛС, то главная разница заключается в технологии. Мы делаем ставку на наиболее современные сейчас в мире технологии монолитных СВЧ-микросхем, в то время как наши отечественные коллеги используют так называемые гибридные технологии, от которых, например, в Европе уже отказались. Как и мы, американцы строят свои АФАР на монолитных микросхемах, с перспективой увеличения степени их интеграции и перехода в дальнейшем на то, что называется «интеллектуальной обшивкой» – т.е. приемо-передающие модули могут располагаться в любом месте самолета, формируя необходимое поле излучения. Таким образом, мы находимся на магистральном мировом пути развития АФАР.
Можно ли сказать, что технологии, полученные при разработки АФАР по данной программе, смогут быть в дальнейшем использованы для создания РЛС для других летательных аппаратов и вообще – других образцов техники?
Конечно. Например, рано или поздно может встать вопрос разработки нового легкого истребителя пятого поколения или оснащения АФАР модернизированных самолетов поколения «4+», «4++» и т.п. И вот в этом случае, вместо того, чтобы снова «изобретать велосипед», лучше использовать уже отработанные технологии, одновременно обеспечивая загрузку производства (ведь чем больше будут масштабы производства приемно-передающих модулей, тем меньше будет их стоимость). Задача в этом случае сведется попросту к масштабированию: все те же самые технологии и комплектующие останутся, и нужно будет только уменьшить диаметр антенны. Это уже не научная задача, а чисто конструктивно-технологическая. Далее. Уже освоенные в производстве приемо-передающие модули могут использоваться в РЛС, например, зенитно-ракетных комплексов. Так что, чем больше применений мы найдем уже отработанным технологиям – тем лучше. Ведь если раньше у нас была задача создать и «раскрутить» производство, то теперь может возникнуть обратная ситуация: мощности «раскручены», а потребление невелико. Только в условиях хорошей загрузки производства стоимость модулей может оказаться приемлемой.
А каково Ваше видение – в будущем найдется место обоим направлениям развития ФАР (активным и массивным), или с развитием АФАР линия пассивных ФАР будет забыта?
Я считаю, что, по крайней мере в обозримом будущем, свою нишу будут иметь и то, и другое направления. АФАР сможет вытеснить обычную ФАР только в том случае, если ее элементная база станет очень дешевой. Пока же, даже в условиях массового серийного производства, на нынешнем уровне технологий, стоимость АФАР и ФАР отличается в разы. Так что пассивным ФАР еще рано уходить в историю.
Владимир ЩЕРБАКОВ Фото компании «Сикорский»
Создание полностью твердотельной РЛС 67Н6Е потребовало, в первую очередь, создания передатчика на транзисторах. Однако транзисторы не могут генерировать высокочастотные импульсы с большой импульсной мощностью подобно электровакуумным приборам. Поэтому средняя мощность, требуемая для обеспечения этой РЛС заданной дальности обнаружения целей, получена за счет значительного увеличения длительности излучаемых сигналов (до десятков и сотен микросекунд) и уменьшения их скважности (до единиц). Чтобы сохранить требуемое разрешение целей по дальности при таком «длинном» сигнале, в РЛС использованы сложные виды модуляции и согласованные фильтры с коэффициентом сжатия более 100.
Полностью изменились источники питания передатчика. На смену высоковольтным модуляторам (десятки киловольт) пришли выпрямители с низким напряжением (десятки Вольт) и суммарным током в десятки кштоампер.
Схема АФАР РЛС 67Н6Е приведена на рис. 2.9. Каждый из 1024 излучателей решетки возбуждается отдельным усилителем, схема которого приведена на рис. 2.10.
Рис. 2.9. Схема АФАР РЛС 67Н6Е
Рис. 2.10. Схема активного модуля АФАР РЛС 67Н6Е
Для создания усилителя, обеспечивающего необходимый потенциал требовался СВЧ-транзистор со средней мощностью Поскольку СВЧ-транзисторы развивают наибольшую мощность в -диапазоне, для был выбран именно этот диапазон. На начальном этапе в АФАР использован СВЧ-транзистор типа созданный в НИИ «Пульсар» (Москва), имеющий среднюю мощность 10 Вт и развивающий импульсную мощность .
Рис. 2.11. (см. скан) Конструкция усилителя АФАР РЛС 67Н6Е
Рис. 2.12. (см. скан) Модуль АФАР РЛС 67Н6Е
В выходном каскаде усилителя два транзистора типа включены параллельно. Выходная средняя мощность каждого усилителя равна а импульсная Конструкция усилителя приведена на рис. 2.11. Каждый модуль АФАР состоит из усилителя, согласующей цепи и излучателя. Общий
вид модуля сверху и снизу показан на рис. 2.12. Потери в согласующей цепи усилителя и в излучателе уменьшают излучаемую нмпульсную мощность одного канала АФАР до среднюю - до 10 Вт. В результате общая излучаемая средняя мощность всей АФАР при полностью исправных усилителях равна примерно 10 кВт. Заданная для РЛС дальность обнаружения цели обеспечивается при излучении не менее 8 кВт средней мощности. Таким образом, выбранная схема АФАР допускает отказ до 20% усилителей без нарушения основных характеристик станции.
АФАР установлена на вращающейся платформе. Общий вид АФАР показан на фотографиях: в транспортном положении (рис. 2.13), в рабочем положении (рис. 2.14) и в положении для осмотра апертуры при поднятом радиопрозрачном укрытии (рис. 2.15). На вращающейся платформе, кроме системы делителей, усилителей мощности, фазовращателей и излучателей расположены также источники питания усилителей мощности и система их воздушного охлаждения. Свертывание и развертывание АФАР осуществляется в течение пяти минут собственным механизмом. Она транспортируется на прицепе тягача и может эксплуатироваться в любых климатических зонах. В состав РЛС 67Н6Е, кроме АФАР, входят также прицеп с аппаратурой обработки информации и рабочими местами операторов, и электростанция. Общий вид РЛС 67Н6Е на марше показан на рис. 2.16.
Рис. 2.13. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е в транспортном положении
Рис. 2.14. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е в рабочем положении
Рис. 2.15. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е в положении для осмотра решетки
Рис. 2.16. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е на марше
Опыт создания АФАР РЛС 67Н6Е позволяет отметить ряд важных особенностей.
1. Для уменьшения дисперсии фаз в многоканальных звеньях АФАР и снижения потерь КНД системы все модули АФАР прошли процесс начальной настройки и регулировки на специальном стенде. Электрические длины (разность фаз между колебаниями на входе и выходе) всех модулей приведены к электрической длине эталонного модуля. В процессе дальнейшей эксплуатации электрические длины модулей изменялись незначительно, поскольку транзисторные усилители малочувствительны к изменению напряжения питания, входной мощности и других факторов. Так, изменение напряжения питания трехкаскадного усилителя модуля АФАР на один процент вызывает изменение его электрической длины не более чем на один градус. Это позволяет применять в АФАР простые и дешевые нестабилизированные источники питания.
2. Полный КПД АФАР зависит от дисперсии ошибок распределения электрических длин модулей относительно среднего значения. Поэтому при производстве модулей вместо требований на электрическую длину каждого модуля задавалось требование на среднее значение электрической длины партии модулей и вводился допуск на отклонение электрической длины каждого модуля от этого среднего значения. При таком подходе значительно уменьшилась отбраковка модулей, электрическая длина которых имела большие отклонения в процессе производства.
3. Выходное сопротивление мощного транзистора составляет единицы Ом и согласование его в (10-15)% полосе частот стандартными элементами СВЧ-тракта, имеющими сопротивление 50 Ом, явилось весьма трудной задачей, решение которой усложнялось большим разбросом параметров транзисторов. По этой причине, а также для обеспечения работы АФАР на прием, на выходе модуля установлены феррито-вые циркуляторы, обеспечивающие работу усилителя на нагрузку с не хуже 1,5 во всей рабочей полосе частот.
4. Мощные транзисторные усилители имеют высокую чувствительность к превышению порога рабочей температуры кристалла, которая для большинства транзисторов составляет Это значение температуры не должно превышаться даже кратковременно при любом изменении режима работы усилителя и любом изменении нагрузки. Превышение этого температурного порога резко уменьшает время наработки усилительного каскада на отказ. Наиболее эффективной для поддержания заданного температурного режима усилителей явилась система принудительного воздушного охлаждения, которая обеспечила этот режим при температуре внешнего воздуха до
5. Каждый каскад транзисторного усилителя имеет небольшой коэффициент усиления (от 6 до 10 раз в зависимости от выходной мощности).
Поэтому модули АФАР выполнены по многокаскадной схеме. При прохождении импульса через многокаскадный усилитель происходит обострение его фронта и среза. В результате возрастают уровни побочных и внеполосных излучений, что затрудняет выполнение стандартных требований по электромагнитной совместимости радиосредств. Для устранения этого явления в состав АФАР введены дополнительные импульсные модуляторы, корректирующие длительность фронта и среза импульса.
6. Наименьшие потери в системе деления мощности имеют полосковые воздушные развязанные делители, однако сложная конструкция и технология изготовления делают этот тип делителя относительно дорогим. Поэтому в АФАР использованы более простые делители, выполненные на пленочных фольгированных диэлектриках в виде печатных плат большой длины (до 6 метров). Полное отклонение амплитуд и фаз между выходами этих делителей от среднего значения не превысили ±0,5 дБ и ±15° соответственно.
Рис. 2.17. (см. скан) Схема активного модуля повышенной мощности
Полученный в результате разработки и испытаний РЛС 67Н6Е опыт проектирования АФАР, а также аппаратурные и технологические решения многократно использованы в более поздних разработках. Проведена модернизация АФАР этой РЛС, коснувшаяся в первую очередь усилителя, входящего в состав модуля АФАР. В выходном каскаде усилителя транзисторы заменены более мощными транзисторами также разработанными в НИИ «Пульсар». Заменены транзисторы предварительного каскада, что позволило поднять выходную импульсную мощность усилителя со 100 до 200 Вт. В результате создан запас потенциала РЛС и улучшены ее характеристики. Новый транзистор имеет более высокий КПД. В результате облегчен температурный режим передающего устройства и тем самым увеличена его наработка на отказ. активного модуля повышенной мощности на новых транзисторах приведена на рис. 2.17. Видно, что эта схема
существенно проще схемы первого модуля (см. рис. 2.10). Конструкция нового усилителя, размещенного в корпусе первого модуля АФАР, показана на рис. 2.18.
Рис. 2.18. (см. скан) Новый модуль повышенной мощности
Повышение КПД нового модуля АФАР позволило существенно повысить общий КПД РЛС. Из состава аппаратуры РЛС исключены источники питания с частотой 400 Гц, которые обеспечивали часть аппаратуры АФАР. Переход на единый источник питания с частотой 50 Гц позволил дополнительно улучшить энергетические характеристики станции. В результате излучаемая мощность увеличилась в 2,5 раза при неизменной мощности, потребляемой от первичных источников питания. Появление новой элементной базы для аналоговой и цифровой аппаратуры обработки радиолокационной информации позволило существенно уменьшить объем этой аппаратуры и перенести ее на вращающуюся платформу. Теперь информация о трассах целей поступает непосредственно с АФАР на индикаторы РЛС. Если для наблюдения за целями используются выносные индикаторные посты, то фактически вся аппаратура модернизированной РЛС 67Н6Е, за исключением первичного источника питания (электростанции), размещается на одной вращающейся платформе.
Несомненный прогресс в разработке мощных транзисторов позволяет прогнозировать их появление в ближайшие годы на все более высоких частотах. Это обстоятельство, несомненно, будет способствовать созданию твердотельных АФАР в разных частотных диапазонах. В то же время полученный опыт создания АФАР показывает, что их использование в РЛС экономически оправдано только в тех случаях, когда РЛС по своему назначению должна обеспечивать большую скорость управления лучом при высоком энергетическом потенциале и иметь высокую мобильность.
Активная фазированная антенная решётка (АФАР ) - разновидность фазированой антенной решётки (ФАР).
В активной фазированной антенной решётке каждый элемент решётки или группа элементов имеют свой собственный миниатюрный микроволновый передатчик, обходясь без одной большой трубки передатчика, применяемой в радарах с пассивной фазированной решёткой. В активной фазированной решётке каждый элемент состоит из модуля, который содержит щель антенны , фазовращатель , передатчик , и часто также приёмник .
Сравнение с пассивной решёткой
В обычной пассивной решётке один передатчик мощностью несколько кило ватт питает несколько сотен элементов, каждый из которых излучает только десятки ватт мощности. Современный микроволновый транзисторный усилитель может, однако, также произвести десятки ватт, и в радаре с активной фазированной решёткой несколько сотен модулей, каждый мощностью в десятки ватт, создают в целом мощный главный луч радара в несколько киловатт.
В то время как результат идентичен, активные решётки намного более надежны, поскольку отказ одного приёмо-передающего элемента решётки искажает диаграмму направленности антенны, что несколько ухудшает характеристики локатора, но в целом он остаётся работоспособным. Катастрофического отказа лампы передатчика, которая является проблемой обычных радаров , просто не может произойти. Дополнительная выгода - экономия веса без большой лампы высокой мощности, связанной с ней системой охлаждения и большого блока питания высокого напряжения.
Другой особенностью, которая может использоваться только в активных решётках, является способность управлять усилением индивидуальных приёмно-передающих модулей. Если это может быть сделано, диапазон углов, через которые луч может быть отклонен, существенно увеличивается, и таким образом многие из ограничений геометрии решеток, которые имеют обычные фазированные решётки могут быть обойдены. Такие решётки называют решётками суперувеличения. Из изданной литературы неясно, используют ли какая-либо существующая или проектируемая антенная решётка эту технику.
Недостатки
Технология АФАР имеет две ключевые проблемы:
Рассеивание мощности
Первая проблема - рассеивание мощности. Из-за недостатков микроволновых транзисторных усилителей (монолитная микроволновая интегральная схема, MMIC (англ.)
русск.
), эффективность передатчика модуля - типично меньше чем 45%. В результате, AФAР выделяет большое количество теплоты, которая должна быть рассеяна, чтобы предохранить чипы передатчика от расплавления и превращения в жидкий арсенид галлия - надежность GaAs MMIC-чипов улучшается при низкой рабочей температуре. Традиционное охлаждение воздухом, используемое в обычных ЭВМ и авионике , плохо подходит при высокой плотности упаковки элементов AФAР, в результате чего современные AФAР охлаждаются жидкостью (американские проекты используют polyalphaolefin (PAO) хладагент, подобный синтетической гидравлической жидкости). Типичная жидкая система охлаждения использует насосы, вводящие хладагент через каналы в антенне, и выводящие затем его к теплообменнику - им может быть как воздушный охладитель (радиатор) так и теплообменник в топливном баке - со второй жидкостью, охлаждающей петлю теплообмена, чтобы увести высокую температуру от топливного бака.
По сравнению с обычным радаром истребителя с воздушным охлаждением, AФAР является более надёжным, однако будет потреблять бо́льшое количество электроэнергии и требовать более интенсивного охлаждения. Но AФAР может обеспечить намного большую передающую мощность, что необходимо для большей дальности обнаружения цели (увеличение передающей мощности однако имеет недостаток - увеличения следа, по которому радиоразведка противника или RWR могут обнаружить радар).
Стоимость
Другая проблема - стоимость массового производства модулей. Для радара истребителя, требующего типично от 1000 до 1800 модулей, стоимость AФAР становится неприемлемой, если модули стоят больше чем сто долларов каждый. Ранние модули стоили приблизительно 2 тыс. долл., что не допускало массового использования AФAР. Однако стоимость таких модулей и MMIC-чипов постоянно уменьшается, поскольку себестоимость их разработки и производства постоянно снижается.
Несмотря на недостатки, активные фазированные решётки превосходят обычные радарные антенны почти во всех отношениях, обеспечивая более высокую следящую способность и надёжность, пусть и при некотором увеличении в сложности и, возможно, стоимости.
Приёмо-передающий модуль
Приёмопередающий модуль АФАР
Приёмо-передающий модуль - это основа пространственного канала обработки сигнала в АФАР.
В его состав входит активный элемент - усилитель, который делает это устройство электродинамически невзаимным. Поэтому для обеспечения возможности работы устройства как на приём, так и на передачу в нём разделяют передающий и приёмный каналы. Разделение осуществляется либо коммутатором , либо циркулятором .
Приёмный канал
В состав приёмного канала входят следующие устройства:
- Устройство защиты приёмника - обычно либо разрядник , либо другое пороговое устройство, предотвращающее перегрузку приёмного канала.
- Малошумящий усилитель - два, или более каскадов активного усиления сигнала.
- Фазовращатель - устройство фазовой задержки сигнала в канале для задания фазового распределения по всему раскрыву решётки.
- Аттенюатор - устройство задания (понижения, ослабления) амплитуды сигнала для задания амплитудного распределения по раскрыву решётки.
Передающий канал
Состав передающего канала схож с составом приёмного канала. Отличие заключается в отсутствии устройства защиты и меньших требованиях к усилителю по шумам. Тем не менее, передающий усилитель должен обладать большей выходной мощностью, чем приёмный.
Производимые БРЛС с АФАР
- AN/APG-63(V)2/3 (F-15 C/E)
- AN/APG-79 (F/A-18 E/F)
- AN/APG-80 (F-16 Block 60)
- AN/APG-81 (F-35)
- AN/APQ-181 (B-2 Spirit)
- EL/M-2052 (F-15 , МиГ-29 , Mirage 2000)
См. также
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
February 16th, 2016
Бортовой радиолокатор - «глаза» и «уши» современного истребителя.
Давайте узнаем популярным языком про устройство и особенности работы авиационной радиолокационной станции.
Из
чего
состоит
бортовая
РЛС?
Конструктивно БРЛС состоит из нескольких съемных блоков, расположенных в носовой части самолета: передатчика, антенной системы, приемника, процессора обработки данных, программируемого процессора сигналов, пультов и органов управления и индикации.
Сегодня практически у всех бортовых РЛС антенная система представляет собой плоскую щелевую антенную решетку, антенну Кассегрена, пассивную или активную фазированную антенную решетку.
Современные БРЛС работают в диапазоне различных частот и позволяют обнаруживать воздушные цели с ЭПР (Эффективная площадь рассеяния) в один квадратный метр на дальности в сотни километров, а также обеспечивают сопровождение на проходе десятки целей.
Кроме обнаружения целей, сегодня БРЛС обеспечивают радиокоррекцию, полетное задание и выдачу целеуказания на применение управляемого бортового оружия, осуществляют картографирование земной поверхности с разрешением до одного метра, а также решают вспомогательные задачи: следование рельефу местности, измерение собственной скорости, высоты, угла сноса и другие.
Как работает бортовой радиолокатор?
На современных истребителях используются импульсно-доплеровские РЛС. В самом названии описан принцип действия такой радиолокационной станции.
Радиолокационная станция работает не непрерывно, а периодическими толчками - импульсами. В сегодняшних локаторах посылка импульса длится всего лишь несколько миллионных долей секунды, а паузы между импульсами - несколько сотых или тысячных долей секунды.
Встретив на пути своего распространения какое-либо препятствие, радиоволны рассеиваются во все стороны и отражаются от него обратно к радиолокационной станции. При этом. передатчик радара автоматически выключается, и начинает работать радиоприемник.
Одной из основных проблем импульсных РЛС является избавление от сигнала, отражающегося от неподвижных объектов. Например, для бортовых РЛС проблема в том, что отражение от земной поверхности затеняет все объекты, лежащие ниже самолета. Эти помехи устраняют, используя эффект Доплера, согласно которому частота волны, отраженной от приближающегося объекта, увеличивается, а от уходящего объекта - уменьшается.
Что такое ФАР?
Очевидно, для того чтобы принимать и излучать сигналы, любому радару нужна антенна. Чтобы уместить ее в самолет, придумали специальные плоские антенные системы, а приемник и передатчик находятся за антенной. Чтобы увидеть разные цели радаром, антенну нужно двигать. Так как антенна радара достаточно массивная, двигается она медленно.
При этом, становится проблематична одновременная атака нескольких целей, ведь радар с обычной антенной держит в «поле зрения» только одну цель.
Современная электроника позволила отказаться от такого механического сканирования в БРЛС. Устроено это следующим образом: плоская (прямоугольная или круглая) антенна разделена на ячейки. В каждой такой ячейке находится специальный прибор - фазовращатель, который может на заданный угол изменять фазу электромагнитной волны, которая попадает в ячейку. Обработанные сигналы из ячеек поступают на приемник. Именно так можно описать работу фазированной антенной решетки (ФАР).
А если точнее, подобная антенная решетка со множеством элементов-фазовращателей, но с одним приемником и одним передатчиком называется пассивной ФАР. Кстати, первый в мире истребитель, оснащенный радиолокатором с пассивной ФАР, - наш российский МиГ-31. На нем была установлена РЛС «Заслон» разработки НИИ приборостроения им. Тихомирова.
Для чего нужна АФАР?
Активная фазированная антенная решетка (АФАР) является следующим этапом в развитии пассивной. В такой антенне каждая ячейка решетки содержит свой приемопередатчик. Их количество может превысить одну тысячу. То есть, если традиционный локатор - это отдельные антенна, приемник, передатчик, то в АФАР приемник с передатчиком и антенна «рассыпаются» на модули, каждый из которых содержит щель антенны, фазовращатель, передатчик и приемник.
Раньше, если, например, вышел из строя передатчик, самолет становился «слепым». Если в АФАР будут поражены одна-две ячейки, даже десяток, остальные продолжают работать. В этом и есть ключевое преимущество АФАР. Благодаря тысячам приемникам и передатчикам повышается надежность и чувствительность антенны, а также появляется возможность работать на нескольких частотах сразу.
Но главное, что структура АФАР позволяет РЛС параллельно решать несколько задач. Например, не только обслуживать десятки целей, но и параллельно с обзором пространства очень эффективно защищаться от помех, ставить помехи радарам противника и картографировать поверхность, получая карты высокого разрешения.
Кстати, первую в России бортовую радиолокационную станцию с АФАР создали на предприятии КРЭТ, в корпорации «Фазотрон-НИИР».
Какая РЛС будет на истребителе пятого поколения ПАК ФА?
Среди перспективных разработок КРЭТ - конформные АФАР, которые смогут вписываться в фюзеляж летательного аппарата, а также так называемая «умная» обшивка планера. В истребителях следующего поколения, в том числе и ПАК ФА, она станет как бы единым приемо-передающим локатором, предоставляющим пилоту полную информацию о происходящем вокруг самолета.
Радиолокационная система ПАК ФА состоит из перспективной АФАР X-диапазона в носовом отсеке, двух радаров бокового обзора, а также АФАР L-диапазона вдоль закрылков.
Сегодня КРЭТ также работает над созданием радиофотонного радара для ПАК ФА. Концерн намерен создать натурный образец радиолокационной станции будущего до 2018 года.
Фотонные технологии позволят расширить возможности радара - снизить массу более чем вдвое, а разрешающую способность увеличить в десятки раз. Такие БРЛС с радиооптическими фазированными антенными решетками способны делать своеобразный «рентгеновский снимок» самолетов.
«К примеру, локатор на основе радиофотоники засек самолет на расстоянии в 500 километров. Чтобы рассмотреть объект, фотонный радар сможет расширить свой частотный диапазон, послать то количество энергии и в том диапазоне, которые нужны. При этом он сможет задействовать еще несколько соседних радаров. В результате оператор будет видеть картинку самолета, словно он находится рядом», — сказал Михеев . Эта технология позволяет заглянуть внутрь объекта, узнать, какую технику он несет, сколько людей в нем находится, и даже разглядеть их лица.
По его словам, используя очень широкий диапазон частот, метровый, сантиметровый или миллиметровый диапазоны волн, радар сможет «проникать» даже внутрь объектов.
«Мы сможем этим сигналом пройти любые, даже метровые свинцовые стены и посмотреть, что в этом объекте находится. Если это самолет, то радар даст как бы его разрез, рентгеновский снимок. Можно будет даже посмотреть, кто в каком кресле сидит», — сказал Михеев.
По его словам, фотонные технологии несут новый технологический скачок, делая реальностью, например, передачу энергии на большие расстояния практически без потерь.
КРЭТ по заказу Фонда перспективных исследований разрабатывает активную фазированную антенную решетку на основе радиофотоники для авиационных радаров. На программу выделено 683,8 млн руб. до 2019 года.
