Радиолокационные станции: история и основные принципы работы в России

Радиолокационная станция еще известна под названием «радар». Принцип работы радара не отличается от сонара и эхолота, активно использующегося на флотах всего мира. Только работа сонара базируется на излучении и приеме звуковых волн, а радара — радиоволн.

Естественно, скорость распространения радиоволны намного быстрее звука, что позволяет обнаруживать быстролетящие цели на дальнем расстоянии. 

Изображение с ресурса https://anna-news.info/

Радиолокационная станция состоит из нескольких главных узлов:

• излучателя радиоволн;

• приемника;

• преобразователя сигнала;

• антенной части;

• блока питания.

В состав мобильных радиолокационных станций входят также средства передвижения. Если для мощных станций дальнего обнаружения требуется несколько крупнотоннажных машин, то индивидуальные РЛС может располагаться непосредственно на боевой машине.

Виды РЛС

Все РЛС можно разделить на две больших группы — непрерывного действия и импульсные. Принцип работы импульсных состоит в том, что станция генерирует сигнал, после излучения которого передатчик отключается и включается приемник. Принятый сигнал поступает на обработку в логический блок, в это время включается передатчик и цикл повторяется. РЛС излучает импульсы с высокой частотой, до нескольких сотен в минуту.

По техническому устройству импульсные РЛС могут быть оборудованы одной антенной, работающей на передачу и прием, или двумя, каждая из которых или излучает, или принимает сигнал. Антенны могут находиться на одной машине, или быть разнесенными в пространстве. Как правило, антенны могут вращаться и охватывать круговой сектор, но есть и направленные радиолокаторы, следящие за определенным сектором. Дальность РЛС зависит от мощности сигнала.

РЛС непрерывного действия работают по несколько иному принципу. Излучающая антенна работает в постоянном режиме, как и приемная. Разница между излучаемым сигналом и отраженным определяется по изменению частоты. Если объект приближается, частота увеличивается,  при удалении — уменьшается. Такие станции работают только на обнаружение движущихся целей. РЛС легко определяют скорость объекта, но возникают сложности с вычислением расстояния до цели. Решается эта проблема изменением частоты излучения, что несколько усложняет конструкцию станции.

Изображение с ресурса http://militaryrussia.ru

Кроме станций обнаружения, в военном деле также используются запросчики типа «свой-чужой». Здесь прибор, установленный на РЛС, высылает закодированный сигнал, который должен идентифицироваться прибором на самолете или судне и выдать ответный сигнал по заранее согласованному коду. В коде содержится информация о государственной принадлежности, номере самолета и другая нужная информация.

Применение радиолокационных станций

Изобретение РЛС во многом определено запросами военных. Но, кроме боевых задач, радиолокация нашла свое применение в мирных целях. Радиолокаторами оборудованы практически все торговые суда, пассажирские лайнеры, самолеты гражданской авиации. Активно используется радиолокация при исследованиях космического пространства.

Но наиболее активно радиолокация используется в военном деле. РЛС применяют для обнаружения самолетов и вертолетов противника, выявления точек запуска баллистических ракет, пусковых установок зенитного назначения, тактических комплексов. Противовоздушная оборона без активно работающих РЛС становится беспомощной.

Радиолокационными станциями оборудованы самоходные зенитные и тактические ракетные комплексы, танки, катера, не говоря уже об истребителях и бомбардировщиках и подводных лодках. Для каждого рода и вида войск созданы свои РЛС, отличающиеся тактико-техническими характеристиками, способом действия.

• Для обнаружения целей на поверхности и над поверхностью земли используют радиолокаторы с частотой излучения 50 – 330 МГц с длиной волны от 0,9 до 1 м.

• Для дальнего обнаружения созданы РЛС с рабочей частотой 300 – 1000 МГц и длиной волны 0,3 – 1 м.

• Самые длинноволновые РЛС работают для обнаружения загоризонтных целей, например, запусков баллистических ракет. Частота излучения 0,3 – 3 МГц длиной 10 – 100 м.

Изображение с ресурса https://vpk-news.ru

История РЛС

Сразу же после появления РЛС привлекли внимание военных всего мира. Но каждая из стран держала информацию в конфиденциальности. Поэтому, при одинаковых принципах работы, радиолокационные станции разных армий мира отличаются как по конструкции, так и по возможностям.

Первые эксперименты с радиолокацией начались еще в 1905 году, когда Кристиан Хюльсмейер, инженер из компании Siemens изобрел прибор, обнаруживающий неподвижные корабли на большом расстоянии. Устройство не нашло практического применения, но дало импульс для развития радиолокации, как направления в науке и технике. В начале 20-х годов американцы Альберт Тейлор и Лео Янг построили локатор, позволяющий обнаружить движущиеся корабли.

В середине 30-х годов английская армия уже имела в своем распоряжении локаторы, обнаруживающие корабли противника. Стационарные станции строили на берегу, или размещали на палубах военных судов. В начале 40-х появились первые РЛС, установленные на самолетах. До начала Второй мировой войны англичане уже располагали разветвленной сетью Chain Home. Радиолокационные станции наблюдения считались перспективным направлением исследований и получили широкую финансовую поддержку.

 В Германии разработки РЛС привели к подобному результату. В 1935 году флот располагал несколькими РЛС с электронно-лучевыми дисплеями. В 1940 году армия получила систему управления артиллерийским огнем Würzburg, а военно-морской флот — РЛС Seetakt. Для ПВО внедрялись станции Freya. По ТТХ все системы не уступали английским, однако массового распространения не получили из-за традиционного мышления командования.

Российские РЛС

Радиолокационные станции России появились в 1939 году, первая модель получила название РУС-1, а вторая РУС-2. В 1940 году обе станции начали выпускать серийно. Вторая мировая война показала результативность использования РЛС, что привело к активизации разработок. Несмотря на разрушения и финансовые потери в войне, уже в 1946 году  началась работа над РЛС загоризонтного обнаружения «Веер». Коротковолновая РЛС инженера Н.И.Кабанова начала работу на космодроме Байконур. Дальность обнаружения станции составляла 2500 км. Следует особо отметить то, что идея обнаружения целей за пределом прямой видимости впервые появилась в России.

Появление межконтинентальных ракет в арсенале вероятного противника вызвало острую необходимость в станциях дальнего обнаружения. А выход вооружений в космос и эскалация гонки вооружений активизировал научно-исследовательские и конструкторские усилия в этом направлении. Создать станцию дальнего обнаружения военного назначения было решено в 1954 году. С этой целью было принято специальное Постановление Правительства СССР. Работы начало конструкторское бюро под руководством А.Л. Минца.

В 1960 году на западных границах СССР начали строительство РЛС ДО «Днестр» и «Днепр», охватывающие по фронту барьер длиной в 5000 км. Отдельный комплекс противоракетной обороны построен на космодроме Байконур, пункт управления которым находился в Подмосковье. С его помощью в 1968 году была сбита космическая мишень в виде спутника. Комплекс получил название ИС-1 (Истребитель спутников).

В составе войск ракетно-космической обороны работали радиолокационное комплексы и узлы на базе РЛС «Днестр», «Днепр», «Даугава», «Дон-2Н», «Дарьял». Они создали мощный щит зенитно-ракетной обороны, управляемый Центральным командным пунктом. После распада СССР система несколько изменила конфигурацию, остались Печорский, Мурманский, Габалинский, Минский, Балхашский (Мингечаурский), и Иркутский радиолокационные узлы, практически вся система противоракетной обороны и командные пункты, связанные системой «Крокус».

ТТХ основных РЛС ДО

«Дунай» — станция разработана под руководством главного конструктора В.Л. Сосульникова в НИИ-37. Назначение — обнаружение баллистических ракет и боеголовок на расстоянии до 1200 км. Построена на базе полигоне вблизи озера Балхаш, входила в состав ПРО «А», тогда еще экспериментальной. После обнаружения цели данные передавались на РЛС точного наведения. В 1961 году станция обнаружила цель на дальности 1500 км. Позже были созданы модификации «Дунай -3М» и «Дунай-3У», которые входили в состав системы ПРО А-35М в комплексе с огневыми установками «Тобол» и «Енисей».

Особенности станции «Дунай»:

• непрерывное излучение;

• сектор по азимуту — 51о;

• сектор по углу — 48о;

• количество сопровождаемых целей — до 30.

РЛС ДО «Днестр» — создана под руководством главного конструктора Ю.В. Поляка. Строительство в четырех районах началось в 1963 – 1964 годах. Первая из станций запущена в 1967 году. Работа базировалась на получении сигнала от разнесенных на местности локаторов Командным пунктом и построении траектории полета целей на основе полученных данных.  В составе станции находилась управляющая машина М-4. Дальность обнаружения составляла до 3520 км в секторе обзора 6000 км. Космические аппараты обнаруживались на высоте до 3000 км.

РЛС «Днепр» строилась с начала 60-х годов прошлого столетия. Дальность обнаружения  — до 2500 км. Расставлены станции вместе с РЛС «Дарьял» по периметру СССР и образовали мощный барьер «Систему предупреждения о ракетном нападении, СПРН.

РЛС «Дуга» работала по принципу обнаружения пускового факела баллистической ракеты по отражению сигнала в ионосфере. Работала в диапазоне коротких волн. Первая станция сдана в эксплуатацию в 1971 году. Отличалась станция огромными размерами антенн — передающая 135Х300 м и принимающая 85х210 м (ВхШ). Всего построено 3 станции. На данное время ни одна не работает.

РЛС «Дарьял» — творчески модернизация РЛС «Даугава» и «Днестр». Система глобального обнаружения стартов БР, со сверхмощной защитой от помех и мощностью излучения до 2 МВт и дальностью обнаружения 6000 км. Способна обнаруживать до 100 объектов.

Из новых станций можно назвать РЛС «Волга», принятую на вооружение Космических войск в 2002 году. Способна обнаружить объекты диаметром в 4 – 6 см на расстоянии до 5000 км в азимуте 120 градусов.

Изображение с ресурса http://veteran.priozersk.com

Многофункциональный комплекс РЛС Дон-2Н поставлен на боевое дежурство в начале 1996 года. Стационарный радар в виде усеченной пирамиды с основанием 144Х144 м высотой 35 м. Стороны верхнего сечения — 100 м. РЛС кругового обзора сопровождает до 100 целей на высоте до 40 000 км. В ходе эксперимента в 1994 году Дон-2Н обнаружила стальной шарик диаметром 5 см на дальности 2500 км.

Классы радиолокационных станций

В состав современных РЛС входят обнаружители целей и измерители дальности до объекта. Они работают в комплексе и показывают точное положение движущейся, или неподвижной мишени. Передавая сигнал в режиме реального времени на огневые комплексы, находящиеся на земле, в воздухе, на воде, или под водой, РЛС обеспечивают их гарантированное поражение.

Радары строят на базе различных технических решений. 

Главные классы РЛС:

• Активные. 

Это радиолокационные станции, вырабатывающие сигнал определенной частоты и мощности, который направляется в сторону поиска. После отражения от цели, сигнал попадает на приемную антенну, откуда поступает на блок обработки, определяющий расстояние, скорость, направление движения и другие параметры объекта. У активных РЛС приемная и передающая антенна совмещены, или находятся рядом.

• РЛС с активным ответом. 

Работа заключается в поиске устройств, способных принять излученный сигнал и сгенерировать ответный. Используются для определения принадлежности самолетов и судов. Ответить на запрос правильно может только «свой» объект.

• Полуактивные РЛС — станции, в которых излучатель и приемник разнесены в пространстве.

Например, излучающая антенна находится на пусковой установке, а принимающий блок — на головке самонаведения ракеты.

• Пассивная РЛС — станция, работающая только на прием. 

Цель использования пассивных радаров — обнаружение целей по излучаемым ими радиоволнам. Объектами излучения являются самолеты в поиске цели, системы ПРО и ПВО противника, средства связи и командные пункты. Пассивные радары сложно обнаружить, приемные блоки отличаются высокой помехозащищенностью и высоким уровнем автономности, благодаря низкому потреблению энергии.

По способу размещения и месту обнаружения целей, радиолокационные станции подразделяются на несколько групп:

• Воздух-воздух, предназначенные для размещения на самолетах и ракетах. Главная задача — обнаружить воздушную цель и навести на нее средства уничтожения.

• Воздух-земля, также базируются на летающих аппаратах, предназначены для обнаружения наземных целей. используют как активный, так и пассивный поиск, в зависимости от предстоящей задачи.

• Земля – воздух. Устанавливаются в виде стационарных станций обнаружения, мобильных РЛС, комплектах станций наведения огневых комплексов ПВО и ПРО. Также РЛС этого класса используются на морских и речных судах и катерах.

• Земля-земля. Радары этого класса следят за перемещением наземных объектов, представляющих интерес во время ведения боевых действий, или для получения разведданных общего характера.

На большинстве систем современного вооружения используются комбинированные РЛС, например, воздух-воздух и воздух-земля на штурмовиках и истребителях, земля-воздух и земля-земля на ракетах. Такие радары получили классификацию многофункциональных.

Изображение с ресурса https://warfiles.ru

Современные радиолокационные системы, использующиеся мирных и военных целях, совершенствуются с каждым годом. Их возможности зачастую сравнимы с потенциалом искусственного интеллекта. Человек не может уследить за десятками объектов, перемещающимися в разных направлениях на сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях, а современным РЛС это под силу. Научная и конструкторская мысль не стоит на месте. Размеры радаров уменьшаются, а возможности возрастают в геометрической прогрессии. Немалая заслуга в усовершенствовании РЛС и создании новых радаров принадлежит холдингу АО «НПО «Высокоточные комплексы», объединившему усилия ведущих КБ страны.