Нобелівська премія за радар для F-35 - Військовий огляд
Маса бортового радіолокатора становить 1% від злітної маси, але характеристики БРЛС визначають можливості сучасних винищувачів. Статистика бойового застосування за останні 15 років дає чітку картину: усі повітряні бої, в яких брали участь винищувачі четвертого покоління, відбувалися на великій дистанції (100% перемог здобуті за допомогою ракет "повітря-повітря" середньої та великої дальності).
Радар – основний елемент прицільно-навігаційного комплексу літака. Сучасні багатофункціональні станції забезпечують ефективний пошук, виявлення та супровід повітряних та наземних цілей, дистанційно програмують автопілоти випущених ракет, вимірюють висоту та дозволяють виконувати картографування рельєфу місцевості. Найбільш "просунуті" зразки використовуються як передавачі у високошвидкісних системах обміну даними, виконують функції засобів РЕБ та РТР - аж до реалізації принципу "променевої" зброї!
В основі сучасних БРЛС лежать три найважливіші технології:
Радари з фазованими антеними гратами (ФАР). Застосування групи антенних випромінювачів (замість одиночної "тарілки") дозволило реалізувати цілий комплекс переваг, головним з яких було швидке сканування обраної області простору (в межах 1 мілісекунди). Електронне керування променем дозволило відмовитися від громіздких приводів та карданних підвісів, необхідних для механічного керування звичайними антенами. Ефективність. Надійність. Багатофункціональність. Найкраща чутливість і перешкодозахищеність.
Технологія синтезування апертури. Апертура (лінійний розмір антени) визначає ширину діаграми спрямованості (ширину променя). Для отримання високої роздільної здатностіЗдібності по азимуту необхідні антени з якомога більшою апертурою, у той час, як граничні габарити антени БРЛС винищувача не можуть перевищувати 1,5 метра.
Синтезована (штучна) апертура - технічний прийом, що базується на послідовному прийомі сигналів при різному положенні реальної антени в просторі. За ту частку секунди, доки тривав імпульс БРЛС, літак встиг пролетіти 10 метрів. У результаті виникла ілюзія величезної антени з апертурою 10 метрів!
Поява РЛС із синтезованою апертурою дозволило здійснювати огляд та картографування земної поверхні з роздільною здатністю, порівнянною з якістю аерофотознімків. Сучасні винищувачі-бомбардувальники отримали унікальні можливості для завдання ударів по наземних об'єктах — у будь-яку погоду і час доби, з величезної дистанції, не заходячи в зону дії ворожої ППО.
РЛС з активною фазованою антеною гратами (АФАР).
Масив із тисяч окремих прийомо-передаючих модулів (ППМ), які не потребують єдиного випромінювача великої потужності. Переваги технології очевидні:
- модулі антени можуть одночасно працювати на різних частотах;
- менші масогабарити: за рахунок менших розмірів самої антени, відсутності лампи високої потужності та пов'язаних з нею системи охолодження та блоку живлення високої напруги;
- Підвищена надійність: вихід з ладу/пошкодження одного елемента не призведе до втрати працездатності всієї РЛС (втім, наявність складної системи охолодження тисяч модулів АФАР багато в чому нівелює вказану перевагу);
- Висока чутливість і роздільна здатність, можливість масштабування та робота в режимі "збільшувального скла" (ідеально для роботи "по землі");
-через велику кількість передавачів АФАР має більший діапазон кутів, на який можуть бути відхилені промені - знімаються багато з обмежень геометрії решіток, властивих ФАР;
- Висока передавальна здатність АФАР дозволила інтегрувати її в систему зв'язку та обміну даними:
Наразі скористатися всіма перевагами технології АФАР можуть сім серійних багатоцільових винищувачів: п'ять модернізованих винищувачів четвертого покоління та дві машини покоління "5".
Серед них: французький "Рафаль" (радар RBE-2AA), експортний F-16E/F "Пустеля сокіл" військово-повітряних сил ОАЕ (ці винищувачі оснащені радарами AN/APG-80), експортний винищувач-бомбардувальник F-15SG військово -повітряний сил Сінгапуру (оснащений AN/APG-63(V)3 ), тоді як американські "Страйк Голки" також проходять модернізацію із встановленням радарів AN/APG-82(V)2. Крім них, радари з АФАР AN/APG-79 отримали модернізовані палубні F/A-18E/F "Супер Хорнет".
Всі перелічені моделі БРЛС для винищувачів покоління 4+ є етапами еволюції звичайних радарів. Наприклад, APG-63(V)3 та APG-82(V)2 є імпровізації на базі старого радара APG-63 винищувача F-15. Тому, незважаючи на нову антену та оновлений процесор, кінцевий результат виявився не надто вражаючим.
Зі звіту Director of Test & Evaluation (DOT&E), 2013 р.
Це при тому, що вартість нової БРЛЗ помітно зросла. Навіть в епоху цифрових технологій, коли вартість виробництва кожного модуля АФАР знизилася до кількох тис. дол., кінцева вартість грат із тисяч ППМ становить багато мільйонів. Зрозуміло, ціна — не аргумент для Об'єднаних Арабських Еміратів, де шейхам захотілося оснастити свої винищувачі F-16 якомога крутішим радаром.
Що ж, поки "мажори" розважаються зі своїми "іграшками", у серйозних наукових центрах вирує справжня робота.
Найбільших успіхів у галузі створення радарів з активними ФАР досягли колективи, які працювали над авіонікою для винищувачів F-22 та F-35. Для цих машин було створено БРЛС нового покоління, де великі обчислювальні потужності дозволили реалізувати весь потенціал технології АФАР.
Що вміє радар винищувача "Рептор" із того, чого не вміють БРЛС інших літаків?
На перший погляд нічого особливого. Згідно з військовим довідником "Джейн", радар "Рептора" має робочу дальність виявлення 193 км, на якій забезпечується 86% ймовірності виявлення мети з ЕПР = 1 кв. м на одному проході променя антени. Для порівняння: вітчизняний радар Н035 "Ірбіс", за заявами розробників, бачить повітряні цілі на відстані 300-400 км (ЕПР=3 кв. м.). За великим рахунком, ці значення не варто сприймати всерйоз — у бойових умовах, під впливом різних перешкод та ситуаційних обмежень реальна дальність виявлення скоротиться в рази. Що стосується енергетичних можливостей, АФАР, за всіх її переваг, має більше розсіювання енергії та менший ККД, порівняно з ПФАР.
Теоретично це могло б зрівняти шанси "Рептора" та Су-35. Але варто пам'ятати, що дальність взаємного виявлення повітряному бою залежить лише від енергетичних можливостей БРЛС і ЭПР повітряної мети.
Радар "Рептора" має спеціальний режим роботи LPI (низька ймовірність перехоплення), що особливо важливо для літака, побудованого за технологією "стелс". На відміну від звичайних радарів, "Рептор" випромінює низькоенергетичні імпульси в широкому діапазоні частот. Це нівелює ефективність ворожих засобів РЕБ та РТР.супротивник навіть не дізнається, що F-22 близький і вже почав атаку. Єдиний, хто здатний розібратися у випадковому потоці сигналів на різних частотах, процесор самого радара AN/APG-77, що поступово накопичує дані і теоретично ймовірності знаходить справжнє положення мети.
Друга найважливіша перевага БРЛС "Рептора" - можливість одночасної роботи в режимах "повітря-повітря" та "повітря-поверхня". Важко переоцінити значення цього моменту для пілотів винищувачів-бомбардувальників, які ведуть пошук у складках рельєфу танкової колони супротивника за наявності загрози з боку ворожої авіації.
Згідно з поширеними даними, AN/APG-77 із синтезованою апертурою дозволяє виявляти цілі з ЕПР 30 кв. м. (танк) на дальності 50 км, а міст чи великий корабель (1000 кв. м.) на дальності до 400 км! Однак, не слід забувати, що макс. Роздільна здатність БРЛС досягається далеко не у всьому секторі огляду, а лише у вигляді вузького "прожекторного" променя. Крім того, картографування з високою роздільною здатністю накладає певні обмеження на профіль польоту і можливе лише за відсутності активної протидії з боку авіації та ППО противника.
Крім функцій засобів виявлення, АФАР, теоретично, здатна сама перетворитися на грізну зброю. Фокусуючи випромінювання у вигляді вузьких "променів смерті", такий радар може "спалювати" електроніку ворожих ракет, що підлітають. Якою була б реальна ефективність БРЛС "Рептора" як електромагнітна зброя, питання складне. Тим не менш, тема вийшла за межі секретних лабораторій і тепер активно обговорюється у колі авіаційних спеціалістів.
Залишається додати, що, крім науково-фантастичних властивостей, AN/APG-77 має всі звичайні переваги технології АФАР: відносноїкомпактністю та підвищеною надійністю. Застосування РЛС з АФАР, як це не дивно, сприятливо позначилося на зниженні ЕПР самого "Рептора" (за рахунок відсутності під носовим обтічником хутр. приводів та дзеркальних поверхонь + зменшення розмірів носової частини). Починаючи з версії "Блок 32", APG-77 отримала можливість встановлення спрямованих радіоелектронних перешкод, у тому числі з кількома цілями одночасно. Зрештою, не варто забувати про потенційну можливість інтеграції радара у високошвидкісні мережі обміну даними.
Висновок очевидний: при всіх його обмеженнях і недоліках (головний з яких - вартість!), Система AN/APG-77 є справжнім проривом в області радіолокації. Закладений потенціал настільки високий, що навіть через два десятиліття радар продовжує приносити сюрпризи та відкривати нові можливості.
Ще більших успіхів вдалося досягти наукового колективу, який створив радар для багатоцільового винищувача F-35. Вчена спільнота переконана, що розробники системи, що одержала позначення AN/APG-81, могли б серйозно претендувати на Нобелівську премію з фізики — і, можливо, отримають свою нагороду, коли їхні розробки втратить гриф таємності.
У порівнянні з могутнім радаром "Рептора" радіоелектронне диво APG-81 має скромні габарити та менші енергетичні можливості. Проте воно забезпечує пілота чи не великим обсягом інформації. Вся справа в унікальних математичних алгоритмах обробки сигналів: наприклад, вилучення корисної інформації з шумів, відбитих від "бічних пелюсток" АФАР.
Але головні можливості БРЛС F-35 розкриваються при роботі з наземними цілями: творцям APG-81 незбагненним образам вдалося досягти хв. дозволу біля близько 30 х 30 сантиметрів. Це дозволяє, вбуквальному сенсі, при погляді зі стратосферних висот відрізнити танк від БМП!
Якщо раніше на екрані була лише позначка, то в наші дні програмне забезпечення та апаратні можливості БРЛС дозволяють реконструювати вид мети.
Що чекає на нас у недалекому майбутньому? Головний тренд розвитку відомий вже сьогодні — створення математичного апарату для тривимірної радіолокації.