1. Hlavní etapy vývoje AWACS
Hlavním problémem vznikajícím při konstrukci AWACS je, že (aby se dosáhlo velkých rozsahů detekce cílů) musí mít radar nutně velkou plochu antény a zpravidla není kam jej na palubu umístit. První úspěšný AWACS byl vyvinut před více než 60 lety a stále je na scéně. Byl vytvořen na základě palubního transportéru a dostal jméno E2 Hawkeye.
Houba
Hlavní myšlenkou všech AWACS tehdy bylo umístit rotační anténu do „houby“umístěné nad trupem.
Radar určuje souřadnice cíle měřením dosahu cíle a dvou úhlů: horizontálně a vertikálně (azimut a nadmořská výška). Získat vysokou přesnost měření dosahu je docela snadné - stačí přesně určit dobu návratu signálu ozvěny odraženého od cíle. Příspěvek chyby měření úhlu je obvykle mnohem větší než příspěvek chyby rozsahu. Velikost úhlové chyby je určena šířkou paprsku radaru a je obvykle asi 0,1 šířky paprsku. U plochých antén lze šířku určit podle vzorce α = λ / D (1), kde:
α je šířka paprsku vyjádřená v radiánech;
λ je radarová vlnová délka;
D je délka antény podél odpovídající souřadnice (vodorovně nebo svisle).
Na zvolené vlnové délce, aby se paprsek co nejvíce zúžil, musí být velikost antény maximalizována na základě schopností letadla. Zvýšení velikosti antény ale vede ke zvýšení střední části „houby“a zhoršuje aerodynamiku.
Nevýhody palačinky
Vývojáři Hokai se rozhodli upustit od používání plochých antén a přešli na televizní anténu typu „vlnový kanál“. Taková anténa se skládá z podélné tyče, přes kterou je instalována řada vibračních trubek. Výsledkem je, že anténa je umístěna pouze v horizontální rovině. A „houbová“čepice se mění spíše ve vodorovnou „placku“, která téměř nezkazí aerodynamiku. Směr vyzařování rádiových vln zůstává horizontální a shoduje se se směrem výložníku. Průměr „palačinky“je 5 m.
Taková anténa má samozřejmě také vážné nevýhody. Při zvolené vlnové délce 70 cm je šířka azimutového paprsku stále přijatelná - 7 °. A výškový úhel je 21 °, což neumožňuje měřit výšku cílů. Pokud je při zaměřování stíhacích bombardérů (IS) neznalost nadmořské výšky zanedbatelná, vzhledem ke schopnosti palubního radaru (radaru) měřit výšku samotného cíle, pak taková data na odpalování raket nestačí. Snížením paprsku není možné paprsek zúžit, protože „vlnový kanál“funguje hůře na krátkých vlnových délkách.
Výhodou dosahu 70 cm je, že výrazně zvyšuje viditelnost neviditelných letadel. Detekční dosah konvenčního IS se odhaduje na 250-300 km. Malá hmotnost Hokai a jeho lacinost vedly k tomu, že jeho výroba nebyla ukončena.
AWACS
Požadavek na zvýšení dosahu detekce a zlepšení přesnosti sledování vedl k vývoji nového AWACS AWACS založeného na osobním Boeingu-707. Do „houby“byla umístěna plochá svislá anténa o rozměrech 7,5x1,5 m a vlnová délka byla snížena na 10 cm. V důsledku toho se šířka paprsku zmenšila na 1 ° * 5 °. Přesnost a odolnost radaru vůči hluku se dramaticky zvýšila. Dosah detekce IS se zvýšil na 350 km.
Analog AWACS v SSSR
V SSSR byl první AWACS vyvinut na základě Tu-126. Ale vlastnosti jeho radaru byly průměrné. Poté začali vyvíjet analogii AWACS. Nebyl nalezen žádný těžký osobní dopravce. A rozhodli se použít dopravní letoun Il-76, který nebyl pro AWACS příliš vhodný.
Nadměrná šířka trupu, velká hmotnost (190 tun) a nehospodárné motory způsobovaly nadměrnou spotřebu paliva. Dvakrát tolik než AWACS. Stabilizátor, zvednutý na vrchol kýlu a umístěný za „hřibem“, když se anténa otočila k ocasnímu sektoru, způsobil odraz paprsku radaru k zemi. A interference způsobená zpětnými odrazy od země značně narušila detekci cílů v ocasním sektoru.
Žádné upgrady radaru nemohou odstranit nevýhody tohoto dopravce. Ani výměna motorů za ekonomičtější nepřinesla spotřebu paliva na úroveň AWACS. Detekční rozsah a přesnost byly téměř stejně dobré jako AWACS. Ale AWACS bude také v příštích letech postupně vyřazen. Rozdíl v médiích také ovlivňuje práci operátorů. IL-76 není osobní letadlo, úroveň pohodlí v něm není vysoká. A únava posádky na konci směny je výrazně vyšší než u Boeingu-707.
Doba DÁL
Příchod radaru s aktivními fázovanými anténami (AFAR) výrazně zlepšil výkon radaru. AWACS se objevil bez „houby“. Například FALKON založený na Boeing-767. Ale ani zde použití hotových médií nevedlo k dobrým výsledkům. Přítomnost křídla uprostřed trupu vedla k tomu, že boční AFAR musel být rozdělen na polovinu. AFAR, instalovaný před křídlem, vyzařoval dopředu a do stran. A DÁL za křídlem - z boku. Ale nebylo možné získat jeden DÁL od velké oblasti.
Naší A-100 zbyl „hřib“. Uvnitř „houby“bylo místo rotační antény instalováno AFAR. Bylo nutné vyměnit nosič, ale nestalo se tak. Detekční dosah byl zvýšen (údajně) na 600 km. Vady nosiče ale nezmizely. Park A-50 je v žalostném stavu. Ze zbývajících letadel létá 9 (a i to jen zřídka). Na pravidelné lety podle všeho není dost peněz. Nedostatek pravidelných letů AWACS vede k tomu, že nepřítel je přesvědčen, že jeho odpalovací zařízení raket typu Tomahawk v nízké výšce snadno projdou naší hranicí bez povšimnutí.
Na rozdíl od Spojených států neexistují v Ruské federaci balónové radary, které by hlídaly námořní hranice. A kopce na pobřeží, kde by bylo možné instalovat sledovací radar, také nejsou všude. Na souši je situace ještě horší. Tomahawks, využívající záhyby terénu, dokáže projet radarovou stanicí na vzdálenost pouhých několika kilometrů. Předpokládá se, že řízené střely (CR) létají nad pevninou ve výšce 50 m. Moderní digitální mapy oblasti jsou však natolik podrobné, že dokážou zobrazit i jednotlivé vysoké objekty. Poté lze výškový profil letu vykreslit ve znatelně nižších výškách. Nad mořem létají KR ve výškách asi 5 m. V důsledku toho se na KR nevztahuje prohlášení ministerstva obrany o vytvoření souvislého radarového pole v Ruské federaci.
Inovativní nápad
Závěr naznačuje sám sebe - je nutné vyvinout specializovaný nosič, který vám umožní umístit velkoplošnou DÁLKU, jejíž koncept autor navrhuje.
Podle jeho názoru bude hmotnost takového AWACS výrazně menší než hmotnost AWACS. A detekční rozsah ꟷ je mnohem větší. Náklady na hodinu provozu budou mírné. To umožňuje provádět pravidelné lety (ale samozřejmě ne podle plánu). Je důležité, aby nepřítel nevěděl, kdy, kde a po jaké trajektorii bude let letět.
2. Odůvodnění konceptu slibného UAV AWACS
Předchozí dominantní světový koncept „letadla AWACS - velitelské stanoviště“je beznadějně zastaralý. AWACS je schopen odhodit všechny informace na vysokorychlostní trati na pozemní velitelské stanoviště na vzdálenost 400-500 km. V případě potřeby můžete použít opakovač UAV, který zvýší komunikační dosah až na 1300 km. Přítomnost velké posádky na palubě bývalých AWACS vyžaduje, aby pro jejich ochranu bylo přiděleno příslušníky informační bezpečnosti ve službě. Náklady na hodinu jejich provozu se proto stávají neúnosnými.
Dále se uvažuje pouze UAV AWACS. Rovněž upustíme od požadavku zajistit stejný rozsah detekce ve všech směrech. AWACS ve většině případů hlídkuje v bezpečné zóně a sleduje, co se děje v nepřátelské zóně nebo v dané oblasti jejího vlastního území. Proto budeme požadovat, aby AWACS měl alespoň jeden sektor o šířce 120 °, kde je k dispozici zvýšený rozsah detekce. A ve zbývajících sektorech je zajištěna pouze sebeobrana.
Jediné místo v letadle, kam lze umístit velký APAR, je strana trupu. Ale uprostřed trupu je obvykle křídlo. Dokonce i při použití schématu, horní roviny (jako na IL-76), křídlo neumožní pohled na horní polokouli. Východiskem ze situace bude zvednout trať AWACS do takové výšky, že pro ni budou téměř všechny cíle níže. A nic nebrání jejich odhalení.
Detekce výškových cílů bude poněkud snazší, pokud použijete křídlo ve tvaru písmene V. Bez ztráty kvality křídla může být úhel stoupání až 4 °. Poté bude maximální úhel detekce cíle, pod kterým se paprsek radaru dosud neodráží od křídla, 2ꟷ3 °. Předpokládejme, že se AWACS nachází ve výšce 16 km. Pokud pak cíl letí v maximální výšce pro IS 20 km, pak bude v detekční zóně AWACS, dokud neletí do vzdálenosti menší než 80 km. Pokud je požadováno doprovázet tento cíl na bližší vzdálenosti, pak se AWACS může naklonit o další 5 ° a pokračovat ve sledování až do vzdálenosti 30 km.
Aby se snížila hmotnost AFAR, musí být provedena pomocí technologie zářivé pokožky, ve které jsou vyzařující štěrbiny vyříznuty do kůže a utěsněny skelným vláknem. Moduly transceiveru (TPM) AFAR jsou připevněny k pokožce a přebytečné teplo z TPM je vyhozeno přímo na kůži. V důsledku toho se hmotnost APAR výrazně snižuje.
3. Konstrukce a úkoly UAV
Je třeba připomenout, že autor není specialistou na konstrukci letadel. Zobrazeno na obr. 1, diagram (stejně jako rozměry) odráží spíše požadavky na umístění radarových antén. Toto není plán skutečného UAV.
Předpokládá se, že vzletová hmotnost UAV bude 40 tun. Rozpětí křídel je 35ꟷ40 m. Výška letu je 16ꟷ18 km. Při rychlosti zhruba 600 km / h. Motor musí být ekonomický. Po vzoru Global Hawk by měl být použit motor osobního letadla. Například PD-14. A upravte jej pro lety ve vysokých nadmořských výškách. Hmotnost paliva 22 tun. Doba letu ne méně než 20 hodin. Délka vzletu / běhu 1000 m.
Vysoká poloha křídla nedovolí použít konvenční třípilířový podvozek. Budeme muset použít podvozek na kolo jako U-2. Tady samozřejmě nebude fungovat odpalování křídla na konci běhu, jako na U-2. A je obtížné použít opěrná kola prodloužená do strany. Vzhledem k tomu, že boční plochu obsadil AFAR.
Navrhuje se, aby se posledních 7 m křídla sklopilo, jako na lodních letadlech. Neměly by však stoupat, ale sestupovat dolů pod úhlem 40–45 °. Aby se nedotkl dráhy. Na koncích křídel jsou instalována opěrná kola. Které s náhlými poryvy větru narazí na přistávací dráhu. Dlouhá délka křídla zajistí nízké zatížení kola. Na konci běhu UAV spočívá na jednom z nich.
Dále zvážíme možnosti umístění bočního DÁLKU. Nejlepšího výkonu radaru je dosaženo, když má anténa co největší plochu a tvar antény se blíží kruhu nebo čtverci. Bohužel na skutečném UAV se tvar vždy výrazně liší od optimálního - výška je mnohem menší než délka.
Volbu tvaru a velikosti trupu mohou provádět pouze zkušení letečtí inženýři. Prozatím zvažme dvě teoreticky možné varianty tvaru APAR, které mají stejnou plochu. První možnost (16x2, 4 m) bude považována za nejrealističtější. A druhý (10, 5x3, 7 m) - vyžadující další studii.
Zvažte první možnost, ve které bude délka trupu 22 m. Konstrukčním prvkem je přítomnost podlouhlého přívodu vzduchu procházejícího pod křídlem. To umožnilo zvýšit výšku boční plochy trupu. AFAR je znázorněn čárkovanou čarou.
AFAR operuje v rozsahu vlnových délek 20 - 22 cm, což umožní použít jeden AFAR k řešení problémů radaru, identifikace stavu a komunikace proti rušení s velitelským stanovištěm. Další výhodou tohoto rozsahu (ve srovnání s rozsahem 10 cm pro A-50) je, že zesilovač obrazu utajovaných cílů, počínaje vlnovými délkami 15 až 20 cm, se zvyšuje se zvyšující se vlnovou délkou.
V přídi (pod kapotáží) je eliptický AFAR o velikosti 1,65 × 2 m. Vzhledem k tomu, že nosní anténa neposkytuje požadovanou přesnost měření azimutu, jsou na náběžných hranách navíc umístěny dva čistě přijímací AFAR křídla. Vzdálenost od trupu k křídlové anténě je 1,2 m. Křídlo AFAR je řada 96 přijímacích modulů o celkové délce 10,6 m.
Pracovní rozsah úhlů nosní AFAR ± 30 ° * ± 45 °. Použití APAR namontovaných na křídle mírně zvýší dosah detekce (o 15%). Chyba měření azimutu se však radikálně sníží (o faktor 5–6).
V zadní části je umístěna pouze anténa komunikačního vedení. V zorném poli zadní hemisféry je tedy „mrtvá“zóna o šířce ± 30 °.
Aby se ušetřila hmotnost letadla, komunikační komplex používá stejné DÁLKOVÉ jako hlavní kanál. S jejich pomocí je k dispozici vysokorychlostní (až 300 Mbit / s) a proti hluku odolný přenos informací do pozemního nebo lodního komunikačního bodu. Pro příjem informací v komunikačních bodech jsou nainstalovány transceivery v rozsahu 20–22 cm. Na antény těchto transceiverů neexistují žádné zvláštní požadavky. Nepřítel nemůže vytvářet rušení takové síly, které by mohlo potlačit signál radaru AWACS. A je možné přenášet informace z komunikačního bodu do AWACS při nízkých rychlostech.
3.1. Radarový design
Boční AFAR by měl být umístěn 25 cm pod dolním okrajem křídla. Poté může skenovat spodní polokouli v celém rozsahu azimutu ± 60 °, který má k dispozici. Na horní polokouli, v elevačních úhlech více než 2 - 3 °, začíná křídlo překážet. Proto je AFAR rozdělen na dvě poloviny. Přední část je umístěna pod křídlem a nemůže skenovat nahoru. Zadní polovina může skenovat nahoru v rozsahu azimutu ± 20 °, kde se její paprsek nedotýká křídla nebo stabilizátoru. Skenování výšky této poloviny bude od + 30 ° do -50 °.
Boční AFAR obsahuje 2880 PPM (144 * 20). Pulzní výkon PPM 40W. Příkon tohoto AFAR je 80 kW. Šířka paprsku je 0,8 ° * 5,2 °, což je ještě o něco užší než u AWACS. Přesnost sledování cíle bude proto vyšší než AWACS. Obzvláště velké zisky se očekávají v dosahu detekce a sledování cíle. Za prvé, plocha antény AWACS je 10 metrů čtverečních. m. A oblast AFAR má 38 sq. m. Za druhé, anténa AWACS rovnoměrně snímá celých 360 °. A boční AFAR má pouze 120 ° a dokonce nerovnoměrně: v těch směrech, kde existuje podezření na přítomnost cíle, je odesláno více energie a eliminována nejistota (to znamená, že detekční rozsah v těchto směrech se zvyšuje).
Nosní anténa obsahuje 184 PPM s pulzním výkonem 80 W a chlazené kapalinou. Šířka paprsku 7,5 * 6 °, skenovací úhly ± 60 ° v azimutu a ± 45 ° ve výšce.
Maximální spotřeba energie radaru je 180 kW. Celková hmotnost radaru je 2–2,5 tuny. Hlavní náklady na sériový model radaru budou podle všeho činit 12–15 milionů dolarů.
4. Úkoly a fungování AWACS
Při použití v námořním divadle musí UAV poskytovat informační podporu pro KUG ve vzdálenosti až 2,5,5 tisíce km od domovského letiště. I na takové vzdálenosti je schopen být ve službě nejméně 12 hodin. V oblasti služby musí být UAV chráněn systémem protivzdušné obrany KUG, to znamená, že musí být odstraněn na vzdálenost ne více než 150-200 km. Pokud existuje nebezpečí útoku, UAV se musí vrátit pod ochranou KUG na vzdálenost nejvýše 50 km. V této situaci musí radar UAV a radar KUG mezi sebou rozdělit detekční zóny pro útoky na vzdušné cíle. Na spodní polokouli detekuje UAV a vyšší cíle - radar systému protivzdušné obrany.
Vezměme v úvahu, že s letovou výškou 16 km bude detekční poloměr nepřátelských lodí 520 km. To znamená, že dosažený dosah řídicího centra zajistí odpálení protilodního raketového systému Onyx v celém jeho letovém dosahu.
Při doprovodu letadlových lodí a UDC, které nemají palubní AWACS, se UAV mohou účastnit akcí vzdušného křídla. Kromě tradiční detekce vzdušných a námořních cílů je UAV schopen pomocí extrémně vysokého energetického potenciálu bočního AFAR detekovat nepřátelské radiokontrastní cíle a také trajektorii granátů děla velké ráže. UAV navíc dokáže detekovat pohybující se obrněná vozidla.
5. Výkonnostní charakteristiky radaru
Boční charakteristika AFAR
Rozsah detekce ve směru osy boční antény:
- stíhačka typu F-16 se zesilovačem obrazu 2 sq. m ve výšce 10 km - 900 km;
- RCC se zesilovačem obrazu 0, 1 sq. m - 360 km;
- řízená střela typu AMRAAM s efektivním odrazným povrchem (EOC) 0,03 sq. m - 250 km;
- dělostřelecký granát ráže 76 mm se zesilovačem obrazu 0,001 sq. m - EOP 90 km;
- raketový člun se zesilovačem obrazu o rozloze 50 metrů čtverečních. m - 400 km;
- torpédoborec se zesilovačem obrazu 1000 sq. m - 500 km;
- tank pohybující se rychlostí 3 m / s a zesilovač obrazu 5 čtverečních metrů. m - 250 km.
Na hranicích azimutové skenovací zóny rovné ± 60 ° se detekční rozsah sníží o 20%.
Chyba jednoho měření úhlů je dána pro rozsah rovný 80% detekčního rozsahu odpovídajícího cíle:
- v azimutu - 0, 1 °, - ve výšce - 0, 7 °.
V procesu sledování cíle se úhlová chyba sníží 2–3krát (v závislosti na manévrech cíle). Když se cílový rozsah sníží na 50% detekčního rozsahu, chyba jednoho měření se sníží na polovinu.
Nevýhodou AFAR o rozměrech 16x2, 4 m je právě nízká přesnost měření výškového úhlu. Například chyba při měření nadmořské výšky F-16 IS sledovaného ve vzdálenosti 600 km bude 2 km.
Pokud by bylo možné implementovat druhou verzi bočního AFAR o rozměrech 10, 5x3, 7 m, pak by se rozsah detekce IS zvýšil na 1000 km a chyba měření nadmořské výšky ve vzdálenosti 600 km by se snížila na 1,3 km. Délka trupu by byla snížena na 17 m.
Charakteristika nosní AFAR
Rozsah detekce ve směru osy nosní antény:
- bojovník se zesilovačem obrazu 2 sq. m - 370 km;
- RCC se zesilovačem obrazu 0, 1 sq. m - 160 km;
- řízená střela typu AMRAAM se zesilovačem obrazu 0,03 sq. m - 110 km;
- raketový člun se zesilovačem obrazu 50 m2 - 300 km;
- torpédoborec se zesilovačem obrazu 1000 sq. m - 430 km;
- tank pohybující se rychlostí 3 m / s a zesilovač obrazu 5 čtverečních metrů. m - 250 km.
Chyba měření jednoho úhlu:
- azimut: 0, 1 °;
- výškový úhel: 0,8 °.
V procesu sledování cíle se chyba měření sníží 2–3krát.
Nákladová cena bočního DÁLKU závisí na velikosti dávky. Zaměříme se na cenu 5 milionů dolarů. Poté budou celkové náklady na radarovou stanici 14 milionů dolarů. To je mnohem levnější než analogy dostupné na světovém trhu.
6. Taktika používání AWACS v pozemním divadle
Úkoly AWACS s kombinovanými rameny na souši jsou osvětlit vzdušnou situaci do velké hloubky nad územím sousedních států a zaznamenat pohyby velkých formací vojsk v hraničním pásmu hlubokém až 300 km. Za zvláštních okolností lze také položit čistě místní úkoly. Například doprovod nebezpečného teroristického auta. Aby hodinky mohly nepřetržitě pokračovat po celou dobu ohrožení, je důležité, aby bylo možné co nejvíce snížit náklady na hodinu sledování.
UAV musí hlídat podél hranic ve vzdálenostech, které zajišťují jeho bezpečnost. Pokud má nepřítel v hraničním pásmu systém protivzdušné obrany s dlouhým dosahem nebo letiště IS, měla by být tato vzdálenost nejméně 150 km.
Aby se zabránilo možnosti porážky za války, je nutné zajistit ochranu UAV vlastními prostředky protivzdušné obrany. Nejlevnější způsob je použít dvojici raketových systémů protivzdušné obrany, které jsou schopné pokrýt loudající se zónu o délce 150-200 km. Při absenci vlastních systémů protivzdušné obrany lze vzdálenost od hranice zvýšit na 200 km. To při zajištění dlouhého dosahu detekce útočících raket (a nepřátelských stíhaček) umožní provést ústupový manévr hluboko na vlastní území s nástupem důstojníků IS ve službě z nejbližšího letiště.
V době míru nebudete muset takovou ochranu používat. A UAV může plavit přímo podél hranice. Současně dokáže sám detekovat pohybující se vozidla, ale bez rozpoznání jejich typu. V tomto ohledu je nejlepší účinnosti dosaženo kombinací rozpoznávání specifikovaných cílů pomocí optického průzkumu operujícího na území nepřítele (nebo ze satelitu) a sledováním detekovaných cílů pomocí UAV.
Pokud například průzkumník detekuje teroristické vozidlo, bude jej moci provozovatel AWACS použít k automatickému sledování a sledování pohybu tohoto vozidla i na silnicích v blízkosti jiných vozidel, a také volat útočný UAV, aby je zničil.
7. Závěry
Letoun Il-76, který je nositelem nového komplexu A-100 AWACS, se zásadně nezměnil. A nebude možné radikálně snížit náklady na hodinu jeho provozu. Nemůžete tedy počítat s jeho pravidelným používáním. I přes vylepšené vlastnosti radaru.
Navrhovaný AWACS UAV poskytuje detekční dosah 1,5krát větší než A-100. Váží čtyřikrát méně. A spotřebuje pětkrát méně paliva.
Dlouhý dosah detekce vám umožňuje ovládat nepřátelský vzdušný prostor z bezpečné vzdálenosti (200 km) a nepoužívat zabezpečení informací o zabezpečení.
Zvýšená letová výška umožňuje detekovat pozemní a povrchové cíle na vzdálenost až 500 km.
Dlouhá doba letu umožňuje využívat UAV k doprovodu KUG, podpoře obojživelných operací a akcí AUG na vzdálenost až 2500 km od letiště.
Integrace radarových, stavových identifikačních a komunikačních funkcí do jednoho AFAR umožnila další snížení hmotnosti a nákladů na zařízení.
Mírné náklady na zařízení zajistí vysokou konkurenceschopnost UAV.
