28 июня, 2012

К истории развития маловысотной радиолокации

В конце 1940-х – начале 1950-х гг. XX века произошло бурное развитие активной радиолокации как эффективного метода дальнего обнаружения воздушных объектов. Этому предшествовало бурное развитие авиации как средства доставки различных средств поражения, в том числе с ядерной боевой частью.

Развитие авиации привело к совершенствованию методов и приемов ее применения, направленных на повышение эффективности и живучести. Одним из эффективных приемов был подход к обороняемым объектам на малой высоте. Это обусловливали малая потенциальная дальность обнаружения маловысотных объектов и сложность обнаружения отметки от воздушных объектов на фоне интенсивных отражений от местных предметов. Данный тактический прием не потерял своей актуальности и в современных условиях. В результате развития тактики применения авиации появилась необходимость обнаружения маловысотных объектов.

В 1945 г. Ю. Б. Кобзаревым было получено авторское свидетельство на когерентно-импульсный метод борьбы с пассивными помехами. На основе этого метода реализована аппаратура защиты от пассивных помех и местных предметов всех современных РЛС. Появление новой элементной базы приводило лишь к конструктивному изменению исполнения когерентно-импульсной аппаратуры для улучшения ее характеристик.

Разработка когерентно-импульсной аппаратуры позволила развивать отдельное направление радиолокации – маловысотную радиолокацию, особенностью которой являются небольшие (менее 100 км) дальности обнаружения объектов на фоне мощных отражений от подстилающей поверхности. Невысокая потенциальная дальность обнаружения таких станций требовала их массового применения для создания сплошного радиолокационного поля, что и определило их основные тактические характеристики.

В ряду маловысотных РЛС были удачные разработки, технические решения которых позволили им успешно функционировать на протяжении нескольких десятков лет (П-15, 19Ж6, 35Н6) и выдерживать ряд модернизаций без существенного изменения стоимости и технологии производства. Однако были РЛС (СТ-68), не дожившие до серийного производства.

Первой специализированной маловысотной РЛС стала П-15 «Тропа». Она принята на вооружение в 1955 г. П-15 представляла собой мобильную РЛС дециметрового диапазона для обнаружения низколетящих целей в системе войсковой ПВО. Станция была полностью построена на электронных лампах. В ней предусмотрена защита от пассивных помех на основе когерентно-импульсного метода. Защита от активных помех предусматривала перестройку частоты, имелся режим накопления, обеспечивающий повышение контрастности полезных сигналов на индикаторе. РЛС в свое время весьма удачно решала проблему обнаружения на высотах от 100 до 6000 метров, могла обнаруживать цели на дальности 100 километров и более.

РЛС получилась успешной. Она эксплуатировалась практически до конца 1990-х гг. Ее модернизация – П-19 (принята на вооружение в 1974 г.) особого развития не получила и практически повторяла П-15. Небольшое количество П-19 эксплуатируется в настоящее время. Однако использование в передающем устройстве обеих РЛС импульсного магнетронного автогенератора позволило реализовать только эквивалентную внутреннюю и внешнюю когерентность при формировании и обработке сигналов, что ограничивало возможности аппаратуры защиты от пассивных помех.

Невысокая точность обнаружения, недостаточная защищенность от активных и пассивных помех на фоне появления у противника быстролетящих на малой высоте целей, выполненных в том числе и по технологии малой заметности, вызвала необходимость существенного совершенствования техники обнаружения низколетящих целей.

РЛС СТ-68
Фотоархив «ВКО»

РЛС П-15 сыграла огромную роль в РТВ ПВО, но за десятилетия с момента появления этой станции у войск появились новые, более жесткие требования к обнаружению низколетящих целей, особенно на фоне отражений от местных предметов в условиях применения активных помех. Кроме того, переход к концепции использования трехкоординатных РЛС и отказ от радиовысотомеров потребовал создания новой трехкоординатной маловысотной РЛС. Для повышения помехоустойчивости маловысотного поля и получения требуемых точностных характеристик было решено использовать 10-сантиметровый диапазон волн. Такой станцией должна была стать РЛС СТ-68.

РЛС СТ-68 (шифр 5Н59) предназначалась для обнаружения и сопровождения маловысотных целей в активных и пассивных помехах при наличии интенсивных отражений от МП и в сложных метеоусловиях. Задана в разработку постановлением ЦК КПСС и Совмина СССР в 1970 г. научно-исследовательскому институту радиотехники. Заданные в разработку тактико-технические требования были достаточно тяжелы для реализации. Для их выполнения пришлось решать сложные технические задачи.

По своему построению РЛС СТ-68 была многофункциональной станцией, включающей два активных и два пассивных канала, обеспечивающих радиолокационное обнаружение ВО во всей зоне обзора в пределах 360 град. по азимуту и до 6 град. по углу места, пеленгацию постановщиков активных помех, а также канал радиоразведки. Эти особенности построения и использование сантиметрового диапазона позволяли существенно повысить по сравнению с П-15 точностные характеристики и защищенность РЛС от активных помех. Кроме того, совместное использование станций различного диапазона волн (П-15 и СТ-68) должно было повысить помехозащищенность маловысотной группировки в целом.

Вспомогательный канал СТ-68 работал в режиме квазинепрерывного излучения в существенно более коротковолновом диапазоне (порядка 3 см), что позволяло резко улучшить характеристики обнаружения под углами места ниже 1 град. и исключить интерференционные провалы в зоне обнаружения. В качестве аппаратуры защиты от местных предметов и пассивных помех была применена высокоэффективная система череспериодной компенсации, обеспечивающая практически полную режекцию пассивных помех во всем диапазоне скоростей.

Особенностью РЛС являлось наличие системы управления зоной обнаружения (ЗО) в двух плоскостях – по углу места 0–6 град. и по азимуту ±30 град. методом электронно-фазового сканирования, что позволяло замедлять обзор в секторах, пораженных помехами.

В станции была применена штатная мобильная вышка, позволявшая поднимать фазовый центр основной антенной системы на высоту 25 метров, что повышало характеристики обнаружения маловысотных воздушных объектов. Операции развертывания-свертывания вышки производились полуавтоматически с применением гидравлических систем. В составе комплекта РЛС было около десятка кабин-прицепов (что повышало стоимость станции и снижало ее мобильность), оборудованных полуавтоматической системой пожаротушения с дымовыми извещателями, работающими на оптических принципах.

В качестве антенной системы основного канала применялась полуактивная 72-канальная фазированная антенная решетка (ФАР) на основе волноводно-щелевых линеек, на каждую из которых замыкался одноканальный передатчик с выходным каскадом на металлокерамических лампах. Во вспомогательном канале использовался клистронный усилитель мощности. В РЛС применялись автоматическая компенсация пассивных помех, аппаратура автоматического обнаружения, захвата и сопровождения целей на базе ЭВМ. Одним из главных достижений при разработке РЛС было доведение до когерентности формирования и обработки принимаемых сигналов, что позволяло подавлять местные предметы на 50–60 дБ.

Одна из кабин РЛС СТ-68
Фотоархив «ВКО»

Были изготовлены два опытных образца РЛС СТ-68. При доводке опытного образца на полигоне одной из проблем оказалась борьба с интенсивными «ангелами». Система вторичной обработки информации при автозахвате и сопровождении при этом полностью загружалась точечными отметками, нормальная работа станции нарушалась, резко ухудшались точностные характеристики. Это потребовало дополнительных исследований и переделки отдельных технических решений. Так, вместо аналоговых устройств череспериодной компенсации были установлены цифровые компенсаторы, позволившие осуществить автоматическую адаптацию режимов работы РЛС к окружающей обстановке.

Существенные трудности при реализации заданных тактико-технических требований возникли в связи с отсутствием требуемого вычислительного комплекса, доработкой программного обеспечения под имеющуюся ЭВМ.

По ходу разработки СТ-68 выяснилось, что станция получается непомерно «тяжелой», не обеспечиваются основные требования – малая стоимость и мобильность, ее массовое производство будет тяжело освоить финансово и технологически.

Поэтому заказчиком в 1975 г. с интересом было встречено предложение конструкторского бюро (КБ) «Искра» о разработке в интересах Войск ПВО страны трехкоординатной радиолокационной станции, обеспечивающей обнаружение низколетящих целей в условиях интенсивного воздействия комбинированных помех (шифр СТ-68У – упрощенная).

В августе 1975 г. на совещании у начальника радиотехнических войск (РТВ) ПВО страны М. Т. Берегового было принято решение о назначении головным разработчиком РЛС СТ-68У КБ «Искра».

В марте 1980 г. начаты государственные испытания одновременно двух опытных образцов: СТ-68У (КБ «Искра») и СТ-68 (ВНИИРТ), которые также проводились на конкурсной основе. Вместе с опытным образцом СТ-68У (КБ «Искра») был представлен опытный образец СТ-68 (ВНИИРТ).

РЛС СТ-68 успешно прошла государственные испытания, показав превосходные результаты в условиях применения активных и пассивных помех, и была принята на вооружение. Однако по результатам сравнительных испытаний принята на вооружение и рекомендована к серийному производству РЛС СТ-68У как более технологичная в производстве, более дешевая и мобильная, хотя и с менее выдающимися характеристиками.

Один опытный экземпляр РЛС СТ-68 был передан в КВИРТУ ПВО, автору во время учебы довелось ее наблюдать. Однако станция фактически не использовалась и по прошествии времени была списана. В целом, несмотря на незавидную судьбу этой РЛС, ее конструкция и технические решения были прогрессивны и использовались в последующих разработках.

Совершенно другая судьба была уготована победительнице конкурса – РЛС СТ-68У. Принятая на вооружение под шифром 19Ж6 станция успешно выпускалась на серийном заводе партиями более 100 штук в год в нескольких частотных литерах. Высокий технический уровень новаторских решений СТ-68У подтвержден выдачей более 50 авторских свидетельств на изобретения. Глубокая модернизация улучшила основные характеристики и под шифром 35Д6 (РЛС СТ-68УМ) станция выпускалась до начала 1990-х гг. и поступала на вооружения РТВ ПВО СССР также в нескольких частотных литерах.

РЛС П-19 на площадке полигона Ашулук
Фото: Алексей МАТВЕЕВ

35Д6 может оснащаться вышкой (35Д6-В) и кабиной связи на шасси автомобиля КамАЗ-4310 (35Д6-С). С использованием вышки 40В6М фазовый центр антенны поднимается на высоту до 24 метров, что позволяет РЛС обнаруживать маловысотные цели и работать при расположении позиции в лесистой местности. Кабина связи применяется для передачи радиолокационной информации и команд управления от РЛС на расстояние до 35 километров.

После распада СССР поставки РЛС 19Ж6 и 35Д6 в Россию были практически прекращены. Однако эти станции и в настоящее время остаются единственными маловысотными РЛС боевого режима в системе ПВО России и стран СНГ, имеют глубокий потенциал для модернизации, направленный на замену элементной базы цифровых систем первичной и вторичной обработки информации, систем отображения информации.

Позволю высказать собственное мнение относительно РЛС 19Ж6 и 35Д6. Эксплуатация РЛС с 1986 г. показала высокий потенциал, заложенный в построение аппаратуры станции. Отдельные эксплуатационные трудности связаны с электрохимическим разрушением элементов системы жидкостного охлаждения, в составе которой имеются элементы из стали, латуни, меди, алюминия, при этом алюминиевые радиаторы разрушаются без возможности восстановления.

Определенные сложности вызывает эксплуатация охлаждаемого соленоида фокусировки электронного луча усилительного прибора оконечного каскада передающего устройства, высоковольтных частей модулятора. Это предъявляет повышенные требования к периодичности и качеству проведения технического обслуживания, то есть к подготовке расчета станции. В целом станции типа 19Ж6 и 35Д6 оставляют наилучшие воспоминания.

Удачные эргономические решения позволяют осуществлять обнаружение и определение координат целей без совмещения маркера с отметкой от цели (работает схема «поиск ближней»). Удачен с точки зрения достаточности и функциональности комплект эксплуатационной документации.

Заложенные в РЛС 19Ж6 и 35Д6 технические решения позволяют реализовать многие элементы станций на современной элементной базе, что снижает потребление энергии и вес, повышает технические и эксплуатационные характеристики станций.

Не вдаваясь в политические мотивы отказа от закупок указанных станций, можно с уверенностью говорить о высокой эффективности применения РЛС данного типа. КБ «Искра» продолжает их производить и модернизировать с применением новой элементной базы и технических решений, в том числе с заменой обычной антенной системы на фазированную антенную решетку. Достойной замены РЛС 19Ж6 и 35Д6 пока не существует в серийных образцах.

К середине 1980-х гг. в РТВ ПВО парк маловысотных РЛС состоял из значительного количества РЛС П-15, десятка П-19 и достаточно большого числа РЛС СТ-68У. При создании маловысотного поля в отдельных районах страны возникла ситуация, в которой РЛС СТ-68У не могла заменить П-15.

В таких районах использовалась П-15 с антенно-мачтовым устройством высотой подъема до 52 метров. Строительство специальных инженерных сооружений – металлических вышек с лифтовым подъемом платформы, на которой устанавливалась аппаратная кабина РЛС СТ-68У, не решало проблемы из-за высокой стоимости и невысокой живучести подобных тандемов.

После многих встреч представителей РТВ ПВО, ведущих НИИ МО, заказчика, промышленности и обсуждений различных вариантов решения проблемы пришли к компромиссному выводу, что придется разрабатывать упрощенную, более дешевую, чем СТ-68У, маловысотную РЛС, антенну которой можно поднимать на высоту 30 метров. Возможно, сыграло свою роль и то, что Сухопутные войска нуждались в РЛС на замену П-15 (П-19), так как разработанные для них РЛС 9С15 «Купол», 9С18 «Обзор» и 9С19 «Имбирь» оказались дорогими и не могли производиться в требуемых количествах.

Естественно, в связи с концепцией отказа от производства радиовысотомеров новая РЛС должна была быть трехкоординатной. Поскольку РЛС нужна была срочно, а промышленность требовала много времени на разработку трехкоординатной РЛС, пришли к компромиссу, что новую РЛС будут создавать в два этапа.

На первом этапе для максимального сокращения времени на разработку использовать антенну и 30-метровое АМУ от РЛС П-19. При этом из ТТЗ убирается требование о третьей координате. На втором этапе РЛС получит новую антенну и АМУ высотой до 25 метров и способность определять высоту.

Впоследствии при уточнении тактико-технического задания высота АМУ сократилась до 14 метров, а определение высоты полета цели – на определение эшелона полета цели (то есть резко уменьшили требования к точности определения высоты).

Такова предыстория создания РЛС «Каста-2-1» (шифр 35Н6).

При разработке 35Н6 ВНИИРТ разработал новый твердотельный передатчик, а вся остальная аппаратура, включая аппаратуру обработки и селекции, разработана специалистами КБ Муромского завода РИП (использовались конструкторские решения маловысотной РЛС «Плеяда», разрабатываемой КБ в инициативном порядке).

Массовая МВ РЛС дежурного режима 35Н6 предназначена для контроля воздушного пространства, определения азимута и дальности воздушных объектов – самолетов, вертолетов, дистанционно пилотируемых летательных аппаратов и крылатых ракет, летящих на малых и предельно малых высотах, на фоне интенсивных отражений от подстилающей поверхности, местных предметов и гидрометео-образований.

35Н6 – первая массовая твердотельная РЛС, поступившая в РТВ ПВО, построенная на элементной базе III–IV поколений. Работает в дециметровом диапазоне волн.

В РЛС использован принцип блочно-модульного построения аппаратуры основных систем, применены полностью твердотельный передатчик, генерирующий сложные кодофазоманипулированные сигналы, современная цифровая система со сжатием сигналов, трехканальная система селекции движущихся целей с управляемой полосой режекции, встроенная высокодостоверная автоматизированная система контроля и диагностики.

РЛС может работать со штатной антенной (от РЛС П-19) с высотой фазового центра 7 метров и установленной на перевозимой сборно-разборной мачте 1Л81 (типа «Унжа») антенне высотой до 52 метров. Штатная (двухзеркальная) антенна формирует однолучевую диаграмму направленности с шириной луча по азимуту 4 град. и по углу места до 19 град. РЛС состоит из двух транспортных единиц и вынесенного на расстояние до 300 метров рабочего места оператора для дистанционного управления режимами работы станции.

Опыт, полученный в результате эксплуатации большого числа РЛС 35Н6 в войсках, показал, что она проста и удобна в работе с расчетом всего из двух человек, обладает высокой степенью подавления отражений от местных предметов (более 50 дБ), имеет высокую надежность работы (более 300 часов), быстро разворачивается и включается в боевой режим. РЛС 35Н6 не только успешно заменила РЛС П-19, но и удачно дополнила более дорогую РЛС боевого режима СТ-68У.

Однако реализация системы вторичной обработки РЛС позволяет осуществлять только неавтоматизированную выдачу информации потребителю и аналоговое сопряжение с комплексами средств автоматизации. В таком исполнении производительность РЛС ограничивается возможностями и квалификацией оператора. Тем не менее станция имеет большие возможности для последующей модернизации, может служить прототипом для ряда РЛС межвидового применения, в том числе и специального назначения для горных труднодоступных районов.

Дальнейшее выполнение программы построения упрощенной МВ РЛС дежурного режима привело к разработке станции «Каста-2-2» (шифр 39Н6). РЛС предназначена для контроля воздушного пространства, определения дальности, азимута, эшелона высоты полета и трассовых характеристик воздушных объектов – самолетов, вертолетов, дистанционно пилотируемых летательных аппаратов и крылатых ракет, в том числе летящих на малых и предельно малых высотах, на фоне интенсивных отражений от подстилающей поверхности, МП и ?гидрометеообразований.

Станция может применяться в системах ПВО, береговой обороны и пограничного контроля, управления воздушным движением и контроля воздушного пространства в аэродромных зонах. Легко адаптируется к использованию в различных системах гражданского назначения.

Отличительные особенности РЛС 39Н6:

• полностью цифровая трассовая обработка информации и возможность ее передачи по любым каналам связи;
• полностью твердотельное построение передающей системы;
• высокая защищенность от несинхронных импульсных помех при работе в плотных группировках радиоэлектронных средств;
• возможность выдачи радиолокационной информации потребителю в любой удобной для него форме: аналоговой, цифроаналоговой, цифровой координатной или цифровой трассовой;
• возможность принимать и обрабатывать информацию от встроенного вторичного радиолокатора системы ЕС ОрВД;
• наличие встроенной системы функционально-диагностического контроля, охватывающего более 95% аппаратуры.

РЛС обеспечивает устойчивую работу при температуре окружающего воздуха ±50°С, относительной влажности воздуха до 98%, скорости ветра до 25 м/с. Высота размещения над уровнем моря – до трех тысяч метров. Современные технические решения и элементная база, примененные при создании РЛС 39Н6, позволили получить тактико-технические характеристики на уровне лучших зарубежных и отечественных образцов. РЛС 39Н6 в настоящее время серийно выпускается для ПВО нашей страны, стран ближнего и дальнего зарубежья.

В настоящее время на замену маловысотных РЛС боевого (19Ж6, 35Д6) и дежурного (35Н6, 39Н6) режимов разрабатывается унифицированная межвидовая маловысотная РЛС в блочно-модульном исполнении. Предполагается, что в ее состав будут входить унифицированные модули обработки и отображения информации и обеспечивающие модули. Антенный модуль будет исполняться в нескольких вариантах с общими массогабаритными характеристиками и общим интерфейсом для обмена информацией с модулем обработки и отображения информации. Возможно построение антенного модуля в сантиметровом диапазоне для построения РЛС боевого режима.

При использовании дециметрового диапазона в антенном модуле будет реализована РЛС дежурного режима. Не исключена возможность появления пассивных антенных модулей для создания активно-пассивных комплексов разнесенной локации. При построении антенных модулей могут применяться все типы антенных устройств, в том числе выполненные в виде фазированных антенных решеток.

Имеющиеся наработки в области радиолокации позволяют реализовать РЛС любого предназначения в виде ФАР и модулей обработки и отображения информации, достигнутые результаты в области производства вычислительных средств практически снимают ограничения на реализацию оптимальных цифровых алгоритмов обработки и передачи информации.

Такова краткая история развития маловысотной радиолокации в нашей стране. Перспективы развития средств воздушно-космического нападения и тактики их применения позволяют сделать вывод о необходимости развития и производства в России РЛС данного класса. Наработки в данной области радиолокации позволяют надеяться на появление в ближайшее время надежных высокоэффективных маловысотных РЛС в массовом серийном производстве для системы воздушно-космической обороны России.