Радиофотонные локаторы: меньше, мощнее и эффективнее

Последний к настоящему времени прорыв в области радиолокации состоялся несколько десятилетий назад и был обеспечен активными фазированными антенными решетками. В последние годы назрела необходимость нового подобного прорыва, и наука уже имеет необходимые наработки. Дальнейшее развитие радиолокационных систем связывают с освоением и применением т.н. радиофотонных локаторов. Эта концепция предлагает существенную перестройку РЛС, за счет которой может быть получен значительный прирост всех основных характеристик.

Согласно опубликованным данным, радиофотонная РЛС может показывать определенные преимущества перед «традиционными». За счет роста коэффициента полезного действия возможно увеличение дальности обзора и точности сопровождения целей. Также имеется возможность упрощенного опознавания обнаруженной цели. Перспективные станции должны отличаться сокращенными габаритами, что дает новые возможности компоновочного характера. Впрочем, получение практически значимых результатов в новой области пока остается делом отдаленного будущего.

Перспективные проекты

Концепция радиофотонного локатора обсуждалась на уровне теории в течение нескольких последних лет, однако до определенного времени дальше разговоров дело не шло. Ситуация изменилась сравнительно недавно: с конца 2016 года российские научные организации стали регулярно рассказывать о проведении новых исследований и разработке перспективных проектов. Последние сообщения о радиофотонных РЛС появились всего несколько недель назад.

В самом конце 2016 года российский Фонд перспективных исследований впервые представил макет радиофотонного приемно-передающего модуля и широкополосного излучателя для принципиально новой РЛС. Макетный образец использовал волны УКВ-диапазона и смог показать примечательные характеристики. Так, разрешение по дальности достигло 1 м – подобные показатели недостижимы для «традиционных» РЛС того же диапазона.

В дальнейшем работы были продолжены. Как стало известно позже, в перспективной программе принимает участие Концерн «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ). В июле 2017 года о разработке радиофотонных РЛС рассказал советник первого заместителя генерального директора КРЭТ Владимир Михеев. Он раскрыл некоторые технические подробности всей концепции и нового проекта, а также рассказал о текущих работах и планах на ближайшее будущее.

К тому времени в КРЭТ был создан экспериментальный образец новой РЛС, предназначающейся для использования на будущих самолетах-истребителях шестого поколения. В рамках научно-исследовательской работы были построены основные компоненты локатора. С их помощью осуществлялись необходимые исследования, при помощи которых планировалось найти оптимальные варианты конструкции. Также велось создание полноценного макетного образца радио-оптической фотонной антенной решетки. Этот образец был необходим для отработки облика и характеристик будущей серийной аппаратуры.

Параллельно с проработкой общих аспектов нового проекта осуществлялся поиск оптимальных конструкций отдельных элементов РЛС. Такие работы затрагивали излучатель, т.н. фотонный кристалл, приемный тракт и другие компоненты станции. В дальнейшем все эти работы должны будут привести к появлению полноценных работоспособных образцов, пригодных для установки на носители.

В июле 2018 года стало известно, что тематикой радиофотонных локаторов также занимается концерн «РТИ». Сообщалось, что до конца текущего года организация планирует завершить научно-исследовательскую работу по созданию макета новой радиолокационной станции X-диапазона. Разрабатываемое изделие предназначается для использования на боевых самолетах тактического звена. При этом, как и в случае с проектом КРЭТ, речь идет не только о проектировании РЛС, но и об освоении выпуска отдельных ее компонентов.

Согласно июльским новостям, концерн «РТИ» успел запустить первую в стране технологическую линию по выпуску т.н. вертикально-излучающих лазеров. Подобные устройства являются одним из главных компонентов радиофотонной РЛС и прямо влияют на ее характеристики и возможности. Таким образом, российская промышленность получает возможность в ближайшем будущем наладить производство перспективных станций.

Руководство концерна также рассказало о планах на обозримое будущее. Предприятие «РТИ» будет развивать достигнутые успехи и намерено создавать новые версии радиофотонных РЛС. Прежде всего, планируется создать новые станции, работающие в диапазонах K, Ka и Q. Кроме того, необходимо сокращать габариты изделий, благодаря чему должны появиться сверхширокополосные бортовые РЛС новых типов.

В конце ноября концерн «РТИ» вновь рассказал о своих работах по перспективному проекту. Был изготовлен экспериментальный образец РЛС, при помощи которого специалисты провели необходимые проверки. Пока существующая станция не отличается высокими характеристиками, а кроме того, имеет массу ограничений по эксплуатации. Тем не менее, работы в рамках проекта продолжаются, и в будущем перспективная РЛС избавится от выявленных проблем, что позволит ей дойти до эксплуатации.

Лазер вместо полупроводника

Предлагаемая концепция радиофотонной РЛС или радио-оптической фотонной антенной решетки предлагает отказ от традиционных компонентов локатора в пользу новых, позволяющих получить повышенные характеристики. Современные радиолокационные станции генерируют электромагнитное излучение при помощи электровакуумных или полупроводниковых приборов. КПД таких устройств не превышает 30-40 %. Соответственно, около двух третей электроэнергии превращается в тепло и пропадает впустую. Радиофотонная станция должна использовать иные средства генерации сигнала, обеспечивающие резкий рост КПД.

Еще в прошлом году В. Михеев, рассказывая о новой разработке КРЭТ, указал на основные особенности перспективных станций. Главное новшество предлагаемых проектов заключается в замене полупроводниковых или ламповых устройств передатчиком на основе когерентного лазера и специального фотонного кристалла. Излучение лазера с требуемыми характеристиками направляется на кристалл, который преобразует его в электромагнитные волны. КПД такого передатчика должен превышать 60-70 проц. Таким образом, новый излучатель примерно вдвое эффективнее традиционного.

Прочие открытые источники позволяют сформировать более полную картину. Аппаратура РЛС, отвечающая за выдачу, прием и обработку сигналов, должна управлять лазером, определяя его мощность, модуляцию и другие параметры излучения. Применение оптической аппаратуры, передающей сигнал по оптическому волокну, позволяет получить некоторый выигрыш в быстродействии систем в сравнении с иной аппаратурой и проводкой. Кроме того, как показывают проведенные опыты, излучатель на основе лазера и фотонного кристалла преобразовывает в электромагнитные волны больше энергии, чем иные приборы.

В теории радиофотонная архитектура локатора позволяет резко увеличить рабочие диапазоны и создать станцию сверхширокополосного класса. За счет этого перспективная РЛС способна взять на себя задачи сразу нескольких традиционных систем разных диапазонов. Кроме того, обеспечивается повышенная помехозащищенность и устойчивость при активном радиоэлектронном противодействии со стороны противника.

Ранее упоминалось, что сверхширокополосная станция не только устойчива к воздействию помех, но и сама может создавать их. Передатчик повышенной мощности с возможностью работы в разных диапазонах способен взять на себя роль постановщика помех. Полноценная реализация такого потенциала РЛС позволяет сократить состав бортовой аппаратуры РЭБ или вообще отказаться от другого оборудования такого назначения. Это приводит к экономии массы и объемов внутри носителя.

Наконец, радиофотонная РЛС оказывается меньше и легче существующих аналогов. В первую очередь, это облегчает решение вопросов компоновки при создании техники-носителя станции. Кроме того, появляется возможность оснащения одной боевой машины сразу несколькими радиолокационными станциями или одним таким устройством с набором антенн, распределенных по поверхности. Подобные локаторы уже используются в авиации, и новые образцы вряд ли останутся без дела.

Повышенные характеристики и возможность работы в разных диапазонах должны привести к получению новых характерных возможностей. Так, в прошлом году В. Михеев рассказывал, что РЛС нового типа сможет не только определить местоположение цели, но и составить точное ее изображение, пригодное для опознания. К примеру, станция сможет определить координаты воздушной цели, вычислить тип обнаруженного самолета и затем распознать, какие ракеты подвешены под его крылом.

РЛС и их носители

Очевидно, что новое направление прорабатывается с определенной целью, и развитие РЛС прямо связано с конкретными классами военной техники. Теоретически радиофотонные станции могут использоваться во всех сферах, где уже применяются РЛС традиционных классов. Согласно сообщениям последних лет, российские специалисты уже выбрали сферу применения для первых систем нового класса. Они создаются для боевой авиации, причем не только для самолетов.

Ранее сообщалось, что проект радиофотонной РЛС от Концерна «Радиоэлектронные технологии» разрабатывается в контексте истребителей следующего шестого поколения. В КРЭТ справедливо полагают, что подобные самолеты должны иметь набор разнообразных средств обнаружения, работающих в разных диапазонах и использующей широкий спектр принципов локации. Вместе с прочими системами истребитель будущего должен иметь и радио-оптическую фотонную антенную решетку. При этом возможно использование нескольких антенных устройств, распределенных по всей поверхности планера и обеспечивающих круговой обзор пространства.

Схожие принципы уже реализованы в современном проекте истребителя пятого поколения Су-57, и их следует развивать при создании следующего поколения. Вероятно, к моменту завершения основных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по перспективным РЛС авиационная промышленность будет готова приступить к разработке принципиально новых истребителей.

Концерн «РТИ» тоже разрабатывает свои проекты с прицелом на военную авиацию, однако проявляет интерес иному сектору. Перспективные локаторы могут иметь сокращенные габариты и массу, что может представлять интерес для конструкторов беспилотных летательных аппаратов. Первые образцы сверхлегких и малоразмерных радиофотонных станций для БПЛА планируется создать в течение нескольких следующих лет.

Появление новых средств наблюдения и обнаружения должно оказать большое влияние на дальнейшее развитие беспилотной авиации. Габариты и масса современных авиационных РЛС ограничивают круг их носителей, фактически исключая из него существующие и перспективные отечественные БПЛА. При появлении легких и компактных радиофотонных РЛС ситуация должна будет измениться.

Благодаря этому армия сможет получить средние или тяжелые летательные аппараты, способные осуществлять разведку или пилотирование не только при помощи оптико-электронных средств. Положительные последствия появления таких БПЛА очевидны. Беспилотники с высокоэффективными радиолокаторами могут найти применение в самых разных сферах, от разведки до поиска и уничтожения назначенных целей.

Будут ли перспективные РЛС внедряться в сухопутной технике – пока не уточнялось. Новая аппаратура может найти применение в стационарных и мобильных локаторах, на зенитных системах и в других областях. Тем не менее, пока представители отечественной промышленности не говорили о возможности использования радиофотонных РЛС за пределами авиации.

Вопрос будущего

Согласно новостям последних лет, сразу несколько ведущих предприятий российский радиоэлектронной промышленности ведут научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по новому направлению. Уже выполнены и испытаны несколько макетных образцов различных составляющих перспективных радиолокационных станций, и с учетом полученных данных проводится разработка следующих изделий. Разработчики новой аппаратуры в лице концернов КРЭТ и «РТИ» определились со своими планами и продолжают разработку проектов с четкими целями в контексте развития нашей военной техники.

Однако текущие проекты отличаются сложностью, что сказывается на сроках их реализации. Так, концерн «РТИ» планирует завершить разработку практически применимой РЛС в течение нескольких следующих лет. КРЭТ, в свою очередь, создает собственный проект с прицелом на шестое поколение истребителей. Таким образом, появление готовых новых радиофотонных локаторов, пригодных для эксплуатации на технике, является делом средней или отдаленной перспективы.

Впрочем, ожидаемые сроки появления перспективной аппаратуры не являются проблемой. У нашей промышленности и армии уже есть высокоэффективные современные радиолокационные станции, способные решать все поставленные задачи. С их помощью армия сможет иметь все требуемые возможности вплоть до появления принципиально новых систем. Кроме того, вряд ли следует ожидать, что появление радиофотонных станций приведет к остановке развития «традиционных» систем. Таким образом, в будущем войска смогут своевременно получать все необходимые системы обнаружения, как уже освоенные, так и принципиально новые.

/Кирилл Рябов, topwar.ru/