История радара

Как обнаружить цель: от радиоулавливателя самолетов до бортовых РЛС 25 Декабрь 2015, 13:46

Предприятия КРЭТ активно участвовали в развитии отечественной радиолокации

Сегодня без радаров немыслима авиация, с их помощью также осуществляется навигация морских судов и космических кораблей. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась. Как создавались первые радары и чем сегодня могут поразить воображение современные радиолокационные станции?

Первые идеи

В начале прошлого столетия в военных действиях стали использоваться первые самолеты. С появлением боевых летательных аппаратов возникла и необходимость их обнаружения.

В то время для этих целей могли использоваться приборы, основанные на оптических принципах. Впоследствии появились звукоулавливатели, обнаруживающие самолет по звуку мотора. Велись работы по нахождению аэроплана по тепловому излучению двигателя. Но существенным недостатком этих видов обнаружения была зависимость от погодных условий. Скоро стало ясно – найти самолет в воздухе, вне зависимости от погоды, способны радиоволны.
Обнаружение самолетов при помощи радиоволн – радиолокация – стало применяться с 1930-х годов. Сама же идея радиолокации зародилась раньше. Еще в 1886 году немецкий физик Генрих Герц обнаружил, что радиоволны способны отражаться телами, а в 1897 году, работая со своим радиопередатчиком, Александр Попов открыл, что радиоволны отражаются от металлических частей кораблей.

Одно из первых устройств, предназначенных для радиолокации воздушных объектов, продемонстрировал 26 февраля 1935 года шотландский физик Роберт Ватсон-Ватт, который примерно за год до этого получил первый патент на изобретение подобной системы.
И хоть патент и был первым в мире, но устройство Ватсона нельзя было назвать технической новинкой. Исследования в области радиолокации были начаты в Советском Союзе еще в 1933 году. Спустя 13 лет американские специалисты Реймонд и Хачертон, бывший сотрудник посольства США в Москве, напишут: «Советские ученые успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретен в Англии».

Радиоулавливатель самолетов

Советский профессор Павел Ощепков первым подал идею, как на практике применить обнаруженный Поповым эффект. В 1934 году советские специалисты успешно провели эксперимент по обнаружению самолета радиолокационным методом – самолет, летящий на высоте 150 метров, был обнаружен на дальности 600 метров от радарной установки. Поэтому этот год можно считать годом рождения отечественной радиолокации.

Первые радиолокационные станции (РЛС), принятые на вооружение и выпускавшиеся серийно у нас в стране, были: РУС-1 (радиоулавливатель самолетов) – с 1939 года и РУС-2 «Редут» – с 1940 года.
Станция «Редут» не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам. Она стала самым массовым радиолокатором советского производства во Второй мировой войне – всего произведено 607 единиц.

«Редут» сослужил хорошую службу во время войны, особенно при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. Эти советские «радиоулавливатели самолетов» противостояли самолетам противника под Можайском, успешно определив направление полета и дальность объектов. Немецкие самолеты встретили наши зенитки и истребители. Спустя пять часов боя, потеряв 20 машин, немецкие самолеты развернулись прочь от Москвы.

Кстати, станции «Редут», так необходимые нашей армии, серийно выпускали во время войны на заводе № 339. Сегодня это – «Фазотрон-НИИР», входящий в состав КРЭТ.

Впервые на борту

К идее использования радиолокационных средств на самолетах пришли несколько лет спустя после того, как появились первые наземные РЛС. Хотя в системах радионавигации и в приборах «слепой посадки» радиотехнические средства начали применяться уже с 1933 года.

Именно наземная станция «Редут» явилась прототипом первой бортовой радиолокационной станции (БРЛС). Одной из основных проблем стало размещение аппаратуры на самолете – комплект станции с источниками питания и кабелями должен был весить примерно 500 кг. На одноместном истребителе того времени разместить такую аппаратуру было нереально. И выход был найден – разместить станцию было решено не на одноместном самолете, а на двухместном Пе-2.

Первая отечественная бортовая радиолокационная станция была названа «Гнейс-2», и в июне 1943 года она была принята на вооружение. К концу 1944 года было выпущено более 230 станций «Гнейс-2».
 
А в победном 1945 году «Фазотрон-НИИР» начал серийный выпуск самолетной радиолокационной станции «Гнейс-5с». Дальность обнаружения цели достигала 7 км. Но главной новинкой этой модификации было то, что начиная с дальности 1,5 км данные воздушной обстановки дублировались на специальном индикаторе, установленном в кабине летчика. Это позволяло пилоту самостоятельно выводить самолет в атаку.

Принцип действия

Хотя устройство современных радиолокационных станций не сравнить по сложности с первыми радарами, принцип действия остается тем же.

Радиолокационная станция работает не непрерывно, а периодическими толчками – импульсами. Передатчики первых станций посылали импульсы 25 раз в секунду. Современные радиолокаторы также построены как импульсные радары. Сложно представить, но в сегодняшних локаторах посылка импульса длится всего лишь несколько миллионных долей секунды, а паузы между импульсами – несколько сотых или тысячных долей секунды.

Послав в пространство «порцию» радиоволн, передатчик радара автоматически выключается, и начинает работать радиоприемник. Встретив на пути своего распространения какое-либо препятствие, радиоволны рассеиваются во все стороны и отражаются от него обратно к радиолокационной станции.

Этот процесс можно сравнить с отражением звуковых волн, или, по-простому, – эхом. Скорость радиоволн чуть ли не в миллион раз больше скорости звуковых волн. Если от скалы, находящейся на расстоянии 3500 м, эхо вернется через 20 секунд, то радиоволна – через две стотысячных доли секунды. Поэтому основной особенностью радиолокационной станции должно быть быстрое измерение времени с точностью до миллионных долей секунды.

Одной из основных проблем импульсных РЛС является избавление от сигнала, отражающегося от неподвижных объектов. Например, для бортовых импульсных 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.

Такие импульсно-доплеровские РЛС, которые успешнее обнаруживают низколетящие цели, используются на современных истребителях. К ним относятся и многофункциональные бортовые радиолокационные станции разработки «Фазотрона-НИИР», входящего в КРЭТ.

Новые БРЛС разработки Концерна обеспечивают обнаружение и сопровождение воздушных и наземных целей в режимах «воздух-воздух», «воздух-поверхность», а также радиокоррекцию, полетное задание и выдачу целеуказания на применение управляемого бортового оружия.

Предметом законной гордости «Фазотрона-НИИР» является создание первой отечественной БРЛС с активной фазированной антенной решеткой (АФАР) «Жук» для истребителя МиГ-35. В ней специалисты предприятия применили новейшие технологии в области радиоэлектроники, благодаря чему по соотношению эффективности к стоимости «Жуку» нет равных не только в России, но и на международном рынке.
Современная радиолокационная техника разработки КРЭТ удивляет своими возможностями. Диапазон длин волн, в котором работают радиолокационные установки, чрезвычайно широк – от десятков метров до миллиметров. Антенны с тысячами приемопередатчиков позволяют определять точное положение и характеристики объектов, картографировать местность с разрешением до одного метра.

Специалисты КРЭТ не останавливаются на достигнутом. Среди перспективных разработок – конформные АФАР, которые смогут вписываться в фюзеляж летательного аппарата, а также так называемая «умная» обшивка планера. В истребителях следующего поколения она станет как бы единым приемо-передающим локатором, предоставляющим пилоту полную информацию о происходящем вокруг самолета.