1. Glavne stopnje razvoja AWACS
Glavni problem, ki nastane pri načrtovanju AWACS, je, da mora imeti radar (da bi dosegel velika območja zaznavanja ciljev) veliko antensko površino in ga praviloma nikjer ni mogoče postaviti na krov. Prvi uspešen AWACS je bil razvit pred več kot 60 leti in še vedno ne zapušča scene. Nastala je na podlagi krovnega transporterja in se je imenovala E2 Hawkeye.
Goba
Glavna ideja vseh AWACS v tistem času je bila postavitev vrtljive antene v "gobo", ki se nahaja nad trupom trupa.
Radar določa koordinate cilja z merjenjem dosega in dveh kotov: vodoravno in navpično (azimut in višina). Precej enostavno je doseči visoko natančnost merjenja dosega - dovolj je natančno določiti čas povratka odmevnega signala, ki se odbija od cilja. Prispevek napake pri merjenju kota je običajno veliko večji od prispevka napake območja. Količina kotne napake je določena s širino radarskega snopa in je običajno približno 0,1 cm. Za ravne antene se lahko širina določi s formulo α = λ / D (1), kjer:
α je širina žarka, izražena v radianih;
λ je radarska valovna dolžina;
D je dolžina antene vzdolž ustrezne koordinate (vodoravno ali navpično).
Pri izbrani valovni dolžini je treba velikost antene čim bolj zožiti, glede na zmogljivosti letala. Toda povečanje velikosti antene vodi do povečanja sredinskega dela "gobe" in poslabša aerodinamiko.
Slabosti palačinke
Razvijalci Hokai so se odločili, da bodo opustili uporabo ravnih anten in prešli na televizijsko anteno tipa "valni kanal". Takšna antena je sestavljena iz vzdolžne palice, čez katero so nameščene številne vibracijske cevi. Posledično se antena nahaja le v vodoravni ravnini. In "gobova" kapica se precej spremeni v vodoravno "palačinko", ki skoraj ne pokvari aerodinamike. Smer sevanja radijskih valov ostaja vodoravna in sovpada s smerjo ogrodja. Premer "palačinke" je 5 m.
Seveda ima takšna antena tudi resne pomanjkljivosti. Z izbrano valovno dolžino 70 cm je širina azimutnega žarka še vedno sprejemljiva - 7 °. Višinski kot je 21 °, kar ne omogoča merjenja višine tarč. Če je pri ciljanju lovcev-bombnikov (IS) neznanje nadmorske višine zanemarljivo zaradi sposobnosti vgrajenega radarja (radarja), da sam meri višino cilja, potem takšni podatki niso dovolj za izstrelitev raket. Z zmanjšanjem valovne dolžine žarka ni mogoče zožiti, saj "valni kanal" pri kratkih valovnih dolžinah deluje slabše.
Prednost dometa 70 cm je, da bistveno poveča vidljivost prikritih letal. Doseg običajnega IS je ocenjen na 250-300 km. Majhna masa Hokaija in njegova poceni sta povzročila, da njegova proizvodnja ni bila ustavljena.
AWACS
Zahteva po povečanju dosega zaznavanja in izboljšanju natančnosti sledenja je privedla do razvoja novega AWACS AWACS, ki temelji na potniškem Boeingu-707. V "gobo" je bila postavljena ravna navpična antena velikosti 7, 5x1, 5 m, valovna dolžina pa se je zmanjšala na 10 cm. Posledično se je širina žarka zmanjšala na 1 ° * 5 °. Natančnost in odpornost proti hrupu radarja sta se dramatično povečala. Domet odkrivanja IS se je povečal na 350 km.
Analog AWACS v ZSSR
V ZSSR so prvi AWACS razvili na podlagi Tu-126. Toda lastnosti njegovega radarja so bile povprečne. Nato so začeli razvijati analog AWACS. Težkega potniškega prevoznika niso našli. Odločili so se za uporabo transportnega letala Il-76, ki za AWACS ni bilo ravno primerno.
Prekomerna širina trupa, velika masa (190 ton) in negospodarni motorji so povzročili prekomerno porabo goriva. Dvakrat toliko kot AWACS. Stabilizator, dvignjen na vrh kobilice in za "gobo", ko se je antena obrnila proti repnemu sektorju, je povzročil odboj radarskega žarka na tla. In motnje, ki jih povzročajo odsevi hrbta od tal, so močno ovirale odkrivanje tarč v repnem sektorju.
Nobena nadgradnja radarja ne more odpraviti pomanjkljivosti tega nosilca. Tudi zamenjava motorjev z varčnejšimi ni povečala porabe goriva na ravni AWACS. Domet in natančnost odkrivanja sta bila skoraj tako dobra kot AWACS. Toda AWACS bodo v prihodnjih letih tudi postopoma odpravili. Razlika v medijih vpliva tudi na delo operaterjev. IL-76 ni potniško letalo, raven udobja v njem ni visoka. Utrujenost posadke do konca izmene je bistveno večja kot pri Boeingu-707.
Era AFAR
Pojav radarja z aktivnimi faznimi antenskimi nizi (AFAR) je bistveno izboljšal delovanje radarja. AWACS se je pojavil brez "gobe". Na primer FALKON na osnovi Boeing-767. Toda tudi tukaj uporaba že pripravljenih medijev ni prinesla dobrih rezultatov. Prisotnost krila na sredini trupa je povzročila, da je bilo treba stranski AFAR razdeliti na polovico. AFAR, nameščen pred krilom, seva naprej in vstran. In AFAR za krilom - zadaj vstran. A enega AFAR velikega območja ni bilo mogoče dobiti.
Našemu A-100 je ostala "goba". Namesto vrtljive antene je bil v "gobo" nameščen AFAR. Nosilca je bilo treba zamenjati, vendar se to ni zgodilo. Doseg zaznavanja se je povečal (domnevno) na 600 km. Toda pomanjkljivosti prevoznika niso izginile. Park A-50 je v žalostnem stanju. Od preostalih letal jih 9 leti (in tudi takrat redko). Očitno ni dovolj denarja za redne lete. Pomanjkanje rednih letov AWACS vodi do dejstva, da je sovražnik prepričan, da bodo njegove raketne lansirne rakete tipa Tomahawk na nizki višini zlahka neopažene prešle našo mejo.
Za razliko od ZDA v Ruski federaciji ni balonskih radarjev za varovanje morskih meja. In hribi na obali, kjer bi bilo mogoče namestiti nadzorni radar, prav tako niso povsod. Na kopnem so razmere še slabše. Tomahawks lahko z gubami terena preide radarsko postajo na razdalji le nekaj kilometrov. Menijo, da križarske rakete (CR) letijo nad kopnim na nadmorski višini 50 m. Vendar so sodobni digitalni zemljevidi območja postali tako podrobni, da lahko prikažejo celo posamezne visoke predmete. Nato lahko na občutno nižjih nadmorskih višinah narišemo profil višinskega letenja. Nad morjem KR letijo na višinah približno 5 m. Posledično izjava Ministrstva za obrambo o ustvarjanju neprekinjenega radarskega polja v Ruski federaciji ne velja za KR.
Inovativna ideja
Zaključek nakazuje sam - treba je razviti specializiranega nosilca, ki vam bo omogočil postavitev velikega območja AFAR, katerega koncept predlaga avtor.
Po njegovem mnenju bo masa takega AWACS bistveno manjša od mase AWACS. In obseg zaznavanja ꟷ je veliko večji. Stroški na uro delovanja bodo zmerni. To omogoča izvajanje rednih letov (vendar seveda ne po urniku). Hkrati je pomembno, da sovražnik ne ve, kdaj, kje in po kateri poti bo let potekal.
2. Utemeljitev koncepta obetavnega brezpilotnega zrakoplova AWACS
Prejšnji svetovni koncept "letala AWACS - zračno poveljniško mesto" je brezupno zastarel. AWACS je sposoben spustiti vse informacije na liniji za visoke hitrosti na zemeljsko poveljniško mesto na razdalji 400-500 km. Po potrebi lahko uporabite repetitor UAV, ki bo povečal doseg komunikacije do 1300 km. Zaradi prisotnosti velike posadke na krovu nekdanjega AWACS je treba za njihovo zaščito dodeliti dežurne policiste za varnost informacij. Zato postane cena ene ure njihovega delovanja previsoka.
Poleg tega se upoštevajo le UAV AWACS. Prav tako bomo opustili zahtevo po zagotavljanju enakega dosega zaznavanja v vseh smereh. V večini primerov AWACS patruljira na varnem območju in spremlja dogajanje na sovražnikovem območju ali na določenem območju svojega ozemlja. Zato bomo zahtevali, da mora imeti AWACS vsaj en sektor s širino 120 °, kjer je zagotovljeno povečano območje zaznavanja. V preostalih sektorjih je zagotovljena samo samoobramba.
Edino mesto na ravnini, kjer je mogoče postaviti velik APAR, je stranica trupa. Toda sredi trupa je običajno krilo. Tudi pri uporabi sheme zgornja ravnina (tako kot pri IL-76) krilo ne bo omogočilo ogleda zgornje poloble. Izhod iz situacije bo dvig tira AWACS na takšno višino, da bodo zanj skoraj vsi cilji. In nič ne preprečuje njihovega odkrivanja.
Odkrivanje višinskih ciljev bo nekoliko lažje, če uporabite krilo v obliki črke V. Brez izgube kakovosti kril je lahko kot vzpona do 4 °. Potem bo največji kot zaznavanja cilja, pri katerem se radarski žarek še ne odbija od krila, 2ꟷ3 °. Predpostavimo, da se AWACS nahaja na nadmorski višini 16 km. Potem, če cilj leti na največji nadmorski višini za IS 20 km, potem bo v območju zaznavanja AWACS, dokler ne leti na razdalji manj kot 80 km. Če je treba ta cilj spremljati na bližnjih razdaljah, se lahko AWACS vzdolž nagiba nagne za še 5 ° in nadaljuje sledenje do dosega 30 km.
Da bi zmanjšali težo AFAR, ga je treba izvesti s tehnologijo oddajanja oblog, pri kateri se emisijske reže razrežejo v oblogo in zatesnijo s steklenimi vlakni. Oddajniški moduli (TPM) AFAR so pritrjeni na kožo, odvečna toplota iz TPM pa se odvaja neposredno na kožo. Posledično se masa APAR znatno zmanjša.
3. Zasnova in naloge UAV
Spomniti je treba, da avtor ni specialist za letalsko konstrukcijo. Prikazano na sl. 1, diagram (pa tudi mere) odraža bolj zahteve po postavitvi radarskih anten. To ni načrt za pravi UAV.
Predvideva se, da bo vzletna teža brezpilotnega letala 40 ton, razpon kril 35ꟷ40 m. Nadmorska višina leta je 16ꟷ18 km. Pri hitrosti približno 600 km / h. Motor mora biti ekonomičen. Po vzoru modela Global Hawk je treba vzeti motor potniškega letala. Na primer PD-14. In ga spremenite za letenje na višini. Teža goriva 22 ton Čas letenja najmanj 20 ur Dolžina vzleta / teka 1000 m.
Višji položaj krila ne dovoljuje uporabe običajnega podvozja s tremi stebri. Morali bomo uporabiti podvozje za kolo, kot je U-2. Seveda udarjanje na vzletno-pristajalno stezo s krilom na koncu teka, tako kot na U-2, tukaj ne bo delovalo. Težko je uporabiti podporna kolesa, raztegnjena ob strani. Zaradi dejstva, da je stransko površino zasedel AFAR.
Predlaga se, da se zadnjih 7 m krila zloži, kot na ladijskih letalih. Vendar se ne smejo dvigniti, ampak se spustiti navzdol pod kotom 40ꟷ45 °. Da se ne bi dotaknili vzletno -pristajalne steze. Podporna kolesa so nameščena na konicah kril. Ki v primeru nenadnih sunkov vetra pritečejo na stezo. Dolga dolžina krila bo zagotovila nizko obremenitev kolesa. Na koncu teka brezpilotna letalna naprava počiva na enem od njih.
Nato bomo preučili možnosti postavitve stranskega AFAR. Najboljše delovanje radarja je doseženo, če ima antena največjo možno površino in je oblika antene blizu kroga ali kvadrata. Na žalost se bo na pravem brezpilotnem letalu oblika vedno bistveno razlikovala od optimalne - višina je veliko manjša od dolžine.
Izbor oblike in velikosti trupa lahko opravijo le izkušeni letalski inženirji. No, za zdaj razmislimo o dveh teoretično možnih variantah oblike APAR, ki imata enako površino. Prva možnost (16x2, 4 m) bo veljala za najbolj realno. In drugi (10, 5x3, 7 m) - zahteva dodatno študijo.
Razmislimo o prvi možnosti, pri kateri bo dolžina trupa 22 m. Konstrukcijska značilnost je prisotnost podolgovatega dovoda zraka, ki poteka pod krilom. To je omogočilo povečanje višine stranske površine trupa. AFAR je prikazan s črtkasto črto.
AFAR delujejo v območju valovnih dolžin 20 - 22 cm, kar bo omogočilo uporabo enega AFAR za reševanje problemov radarja, identifikacije stanja in komunikacije proti zatiranju z ukaznim mestom. Druga prednost tega območja (v primerjavi z obsegom 10 cm za A-50) je, da se ojačevalnik slike prikritih tarč, začenši z valovnimi dolžinami 15–20 cm, povečuje z naraščanjem valovne dolžine.
V nosu (pod odprtino) je eliptični AFAR velikosti 1,65 × 2 m. Ker nosna antena ne zagotavlja zahtevane natančnosti merjenja azimuta, sta na sprednjih robovih dodatno nameščena dva čisto sprejemljiva AFAR krila. Razdalja od trupa trupa do krilne antene je 1,2 m. Krilo AFAR je linija 96 sprejemnih modulov s skupno dolžino 10,6 m.
Delovno območje kotov nosnega AFAR ± 30 ° * ± 45 °. Uporaba APAR-jev, nameščenih na krilih, bo nekoliko povečala obseg zaznavanja (za 15%). Napaka merjenja azimuta se bo radikalno zmanjšala (za faktor 5-6).
V repnem delu je le antena za komunikacijsko linijo. Zato je v vidnem polju zadnje poloble "mrtva" cona s širino ± 30 °.
Da bi prihranili težo letala, komunikacijski kompleks uporablja isti AFAR kot glavni kanal. Z njihovo pomočjo je zagotovljen hiter prenos (do 300 Mbit / s) in hrupno odporen prenos informacij na zemeljsko ali ladijsko komunikacijsko točko. Za sprejemanje informacij na komunikacijskih točkah so nameščeni oddajniki v območju 20ꟷ22 cm. Za antene teh oddajnikov ni posebnih zahtev. Sovražnik ne more ustvariti motenj takšne moči, ki bi lahko zaviral signal radarja AWACS. In informacije je mogoče prenesti iz komunikacijske točke v AWACS pri nizkih hitrostih.
3.1. Radarska zasnova
Stranski AFAR naj bo 25 cm pod spodnjim robom krila. Nato lahko skenira spodnjo poloblo v celotnem razponu azimuta ± 60 °, ki mu je na voljo. Na zgornji polobli pri kotih višine več kot 2 - 3 ° se krilo začne vmešavati. Zato je AFAR razdeljen na dve polovici. Sprednji del se nahaja pod krilom in ne more skenirati navzgor. Slednja polovica lahko skenira navzgor v azimutnem območju ± 20 °, kjer se njen žarek ne dotika niti krila niti stabilizatorja. Skeniranje nadmorske višine te polovice bo od + 30 ° do -50 °.
Stranski AFAR vsebuje 2880 PPM (144 * 20). Moč impulza PPM 40W. Poraba energije tega AFAR je 80 kW. Širina žarka je 0,8 ° * 5,2 °, kar je celo nekoliko ožje od širine žarka AWACS. Zato bo natančnost sledenja tarči višja od AWACS. Pričakujejo se predvsem veliki dobički na območju odkrivanja in sledenja ciljev. Prvič, površina antene AWACS je 10 kvadratnih metrov. m. In površina AFAR je 38 kvadratnih metrov. m. Drugič, antena AWACS enakomerno skenira celotnih 360 °. Stranski AFAR pa le svojih 120 ° in tudi takrat neenakomerno: v tistih smereh, kjer obstaja sum na prisotnost cilja, se pošlje več energije in negotovost se odpravi (to pomeni, da se območje zaznavanja v teh smereh poveča).
Nosna antena vsebuje 184 PPM z 80 W impulzno močjo in tekočinsko hlajenim. Širina žarka 7,5 * 6 °, koti skeniranja ± 60 ° po azimutu in ± 45 ° po višini.
Največja poraba energije radarja je 180 kW. Skupna teža radarja je 2ꟷ2,5 tone, cena serijskega modela radarja pa bo očitno znašala 12ꟷ15 milijonov dolarjev.
4. Naloge in delovanje AWACS
Kadar se uporablja v pomorskem gledališču, mora UAV zagotoviti informacijsko podporo za KUG na razdalji do 2ꟷ2,5 tisoč km od domačega letališča. Tudi na takšnih razdaljah je lahko v službi vsaj 12 ur. Na območju dežurstva mora biti UAV zaščiten s sistemom protizračne obrambe KUG, to pomeni, da ga je treba odstraniti na razdaljo do več kot 150-200 km. Če obstaja nevarnost napada, se mora UAV vrniti pod zaščito KUG na razdalji največ 50 km. V tem primeru morata radar UAV in radar KUG med seboj porazdeliti območja zaznavanja za napad na zračne cilje. Na spodnji polobli zaznava UAV, višje cilje pa radar sistema zračne obrambe.
Upoštevajmo, da bo pri višini leta 16 km polmer zaznavanja sovražnih ladij 520 km. To pomeni, da bo doseženi doseg nadzornega centra zagotovil izstrelitev ladijskega raketnega sistema Onyx na celotnem dosegu letenja.
Pri spremstvu letalskih prevoznikov in UDC -jev, ki nimajo palubnih AWACS, lahko UAV sodeluje pri akcijah letalskega krila. Poleg tradicionalnega odkrivanja zračnih in morskih ciljev lahko UAV z izjemno visokim energetskim potencialom stranskega AFAR-a zazna tudi sovražne radijsko-kontrastne cilje, pa tudi pot topov velikega kalibra. Poleg tega lahko UAV zazna premikajoča se oklepna vozila.
5. Značilnosti delovanja radarja
Bočne lastnosti AFAR
Območje zaznavanja v smeri osi stranske antene:
- borec tipa F-16 z ojačevalnikom slike 2 m² m na nadmorski višini 10 km - 900 km;
- RCC z ojačevalnikom slike 0, 1 sq. m - 360 km;
- vodena raketa tipa AMRAAM z učinkovito odsevno površino (EOC) 0,03 kvadratnih metrov m - 250 km;
- topniška granata kalibra 76 mm s ojačevalnikom slike 0,001 kvadratnih metrov. m - EOP 90 km;
- raketni čoln s cevjo za ojačanje slike 50 kvadratnih metrov m - 400 km;
- uničevalec s ojačevalnikom slike 1000 kvadratnih metrov m - 500 km;
- rezervoar, ki se premika s hitrostjo 3 m / s, in ojačevalnik slike 5 kvadratnih metrov. m - 250 km.
Na mejah azimutnega območja skeniranja, ki je enako ± 60 °, se območje zaznavanja zmanjša za 20%.
Napaka ene meritve kotov je podana za območje, ki je enako 80% območja zaznavanja ustreznega cilja:
- po azimutu - 0, 1 °, - v nadmorski višini - 0,7 °.
V procesu sledenja cilju se kotna napaka zmanjša za 2-3 krat (odvisno od manevrov cilja). Ko se ciljno območje zmanjša na 50% območja zaznavanja, se napaka ene meritve prepolovi.
Pomanjkljivost AFAR, ki meri 16x2, 4 m, je ravno nizka natančnost merjenja kota višine. Na primer, napaka pri merjenju nadmorske višine F-16 IS, ki se sledi na razdalji 600 km, bo 2 km.
Če bi bilo mogoče izvesti drugo različico stranskega AFAR, ki meri 10, 5x3, 7 m, bi se območje zaznavanja IS povečalo na 1000 km, napaka pri merjenju nadmorske višine na razdalji 600 km pa bi se zmanjšala na 1,3 km. Dolžina trupa bi se zmanjšala na 17 m.
Značilnosti nosnega AFAR
Območje zaznavanja v smeri osi nosne antene:
- borec z ojačevalnikom slike 2 sq. m - 370 km;
- RCC z ojačevalnikom slike 0, 1 sq. m - 160 km;
- vodena raketa tipa AMRAAM z ojačevalnikom slike 0,03 kvadratnih metrov. m - 110 km;
- raketni čoln s cevjo za ojačanje slike 50 m2 - 300 km;
- uničevalec s ojačevalnikom slike 1000 kvadratnih metrov m - 430 km;
- rezervoar, ki se premika s hitrostjo 3 m / s, in ojačevalnik slike 5 kvadratnih metrov. m - 250 km.
Napaka pri merjenju enega kota:
- azimut: 0,1 °;
- višinski kot: 0,8 °.
V procesu sledenja cilju se merilna napaka zmanjša za 2-3 krat.
Nabavna cena stranskega AFAR je odvisna od velikosti serije. Osredotočili se bomo na ceno 5 milijonov dolarjev. Potem bodo skupni stroški radarske postaje 14 milijonov dolarjev. To je veliko ceneje od analogov, ki so na voljo na svetovnem trgu.
6. Taktika uporabe AWACS v kopenskem gledališču
Naloge kombiniranih orožij AWACS na kopnem so osvetliti stanje zraka v veliki globini nad ozemljem sosednjih držav in zabeležiti premike velikih formacij vojakov v obmejnem pasu do globine 300 km. V posebnih okoliščinah se lahko postavijo tudi povsem lokalne naloge. Na primer spremljanje avtomobila nevarnega terorista. Če želite, da se ura ves čas ogroža neprekinjeno, je pomembno, da lahko čim bolj znižate stroške ure ure.
UAV mora patruljirati vzdolž meja na razdaljah, ki zagotavljajo njegovo varnost. Če ima sovražnik v obmejnem pasu sistem zračne obrambe dolgega dosega ali letališča IS, mora biti ta razdalja najmanj 150 km.
Da bi preprečili možnost poraza v vojnem času, je treba zagotoviti zaščito UAV z lastnimi sredstvi protizračne obrambe. Najcenejši način je uporaba para raketnih sistemov protizračne obrambe, ki lahko pokrijejo potujoče območje dolžine 150-200 km. Ker ni lastnih sistemov zračne obrambe, se lahko razdalja od meje poveča na 200 km. To bo ob zagotavljanju dolgega dosega odkrivanja napadalnih raket (in sovražnih lovcev) omogočilo izvedbo manevra za umik globoko v svoje ozemlje z vzponom častnikov IS na najbližje letališče.
V mirnem času vam takšne zaščite ni treba uporabljati. In brezpilotna letalska naprava lahko pluje neposredno vzdolž meje. Hkrati lahko sam zazna premikajoča se vozila, vendar ne prepozna njihove vrste. V zvezi s tem je največja učinkovitost dosežena s kombinacijo prepoznavanja določenih ciljev z optičnim izvidništvom, ki deluje na sovražnikovem ozemlju (ali s satelita), in sledenjem zaznanih ciljev z uporabo brezpilotnega letala.
Na primer, če skavt zazna teroristično vozilo, ga bo operater AWACS lahko vključil v samodejno sledenje in spremljal gibanje tega vozila tudi na cestah v bližini drugih vozil ter poklical napadalno brezpilotno letalo, da bi jih uničil.
7. Sklepi
Letalo Il-76, ki je nosilec novega kompleksa A-100 AWACS, se ni bistveno spremenilo. In ne bo mogoče radikalno znižati stroškov ure njegovega delovanja. Zato ne morete računati na njegovo redno uporabo. Kljub izboljšanim karakteristikam radarja.
Predlagani brezpilotni letalnik AWACS zagotavlja območje zaznavanja 1,5-krat večje od A-100. Tehta štirikrat manj. In porabi petkrat manj goriva.
Dolg domet zaznavanja vam omogoča nadzor zračnega prostora sovražnika z varnih razdalj (200 km) in ne uporabljate varovanja varnostnih informacij.
Povečana višina leta omogoča odkrivanje zemeljskih in površinskih ciljev na razdaljah do 500 km.
Dolg čas letenja omogoča uporabo brezpilotnih letal za spremljanje KUG -jev, podporo amfibijskim operacijam in akcijam AUG na razdalji do 2500 km od letališča.
Vključitev radarskih funkcij, identifikacije stanja in komunikacijskih funkcij v en AFAR je omogočila dodatno zmanjšanje teže in stroškov opreme.
Zmerni stroški naprav bodo zagotovili visoko konkurenčnost UAV.
