8 февраля, 2014

Лучший из подвижных радиолокационных высотомеров

Так, используемый в обзорной РЛС П-12 гониометрический метод позволял определять высоту ВО с точностью ±800 м, однако пропускная способность метода была весьма ограниченна, метод V-луча в обзорных РЛС П-25, П-30 позволял определять высоту ВО «на проходе» с точностью ±500 м, однако при этом потолок обнаружения ограничивался по энергетике высотой 10–12 км.

Появление в перспективе новых средств воздушного нападения с большими высотами полета, зенитных ракетных систем, авиационных ракетных комплексов перехвата для их уничтожения повысило требования к точности определения высоты и угла места ВО. Все вышесказанное привело к необходимости создания специального класса РЛС – подвижных радиолокационных высотомеров (ПРВ), так как элементная база того времени (электровакуумные лампы и мощные генераторные СВЧ-приборы) не позволяла создать трехкоординатную РЛС с приемлемой надежностью и стоимостью, удовлетворяющую требованиям по точности измерения высоты, максимальному потолку обнаружения и пропускной способности.

Фото: Георгий Данилов

Первая специализированная станция для измерения высоты (в дальнейшем получившая название подвижного радиовысотомера) строилась по классическим принципам РЛС, освоенным к тому времени в серийном производстве. Метровый и дециметровый диапазоны волн не позволяли создать антенную систему с узкой в угломестной плоскости диаграммой направленности (ДН), а для точного измерения угла места и высоты моноимпульсным методом необходимо было иметь ДН в пределах одного углового градуса. В сантиметровом диапазоне была освоена в производстве и серийно выпускалась РЛС типа П-30. Именно на основе ее технических решений и был разработан первый высотомер, получивший название ПРВ-10 (1РЛ12).

Однако недостаточно высокие тактико-технические характеристики (ТТХ) первенца потребовали разработки более совершенной модели радиовысотомера, получившего название ПРВ-11 (1РЛ119). Опытные экземпляры были изготовлены на Лианозовском электромеханическом заводе.

Серийное производство ПРВ было развернуто на запорожском электромашиностроительном заводе «Искра», специально созданном под этот проект. Хочется отметить, что все последующие ПРВ этой серии (ПРВ-13, ПРВ-17) разрабатывались, серийно выпускались и модернизировались на этом предприятии, в составе которого было создано самостоятельное конструкторское бюро. Разработанные и серийно выпускаемые РЛС 19Ж6, 35Д6, 36Д6 являются детищами этого КБ.

Принятый на вооружение в 1962 г. ПРВ-11 выпускался как для автономной работы, так и для работы в составе РЛК П-80 (1РЛ118). Для своего времени РЛК был неплохим образцом вооружения, однако требовавшим для эксплуатации и боевого применения достаточно большого боевого расчета, возглавляемого высокоподготовленными инженерами.

Серийно выпускаемый РЛК П-80 на заводе-изготовителе ПЗРА был подвергнут серьезной переделке в части передающего устройства (вместо двух магнетронов МИ-285 в каждой из двух приемно-передающих кабин (ППК) дальномеров располагались усилительные цепочки из лампы бегущей волны (ЛБВ), амплитрона первого каскада, двух амплитронов оконечного каскада, работающих на диаметрально развернутые антенные системы), систем защиты от пассивных помех на череспериодных автокомпенсаторах (что почти на 20 db повысило помехозащищенность от местных предметов), системы защиты от активных помех на базе автокомпенсаторов, а также многим другим новшествам для того времени, позволившим РЛК 5Н87, а в дальнейшем и 64Ж6 долго оставаться основным вооружением боевого режима радиотехнических войск с выдающимися для того времени показателями (по средней мощности излучения, порядка 30 кВт, РЛК 5Н87 не превзойден и в настоящее время).

Для соответствия зон обнаружения дальномерной части потребовалась модернизация высотомерной части. Запорожский завод произвел глубокую модернизацию ПРВ-11, которая по существу явилась разработкой нового высотомера ПРВ-13 (1РЛ130). Принятый на вооружение в 1968 г., высотомер серийно выпускался с 1970 по 1984 год в нескольких модификациях, в том числе как многофункциональная трехкоординатная РЛС, имевшая в своем составе наземный радиолокационный запросчик.

Высотомер получился неплохой, достаточно доведенный в процессе серийного производства на заводе-изготовителе. Многие сложные в эксплуатации системы были доработаны, упрощены в интересах повышения надежности, ремонтопригодности и повышения эффективности боевого применения в составе РЛК 5Н87, 64Ж6. Однако остались и детские болезни, которые невозможно было вылечить в процессе эксплуатации и модернизации. Это прежде всего невысокая стабильность работы передающего устройства на мощном магнетронном автогенераторе, не позволявшем добиться высокой когерентности зондирующих радиоимпульсов, использование в качестве системы защиты от пассивных помех и местных предметов схем череспериодной компенсации на запоминающих потенциалоскопах, некоторое снижение точности измерения высоты при отказе от гидравлического привода системы качания. Кроме того, дальность измерения высоты и предельный потолок были ниже аналогичных показателей дальномерной части РЛК. Требовалась очередная доработка, которая грозила вылиться в самостоятельный долгосрочный проект. Для его реализации был объявлен конкурс, разработаны и выданы возможным конкурсантам ТТХ предполагаемого изделия.

Фото: Георгий Данилов

Объявленный конкурс на разработку усовершенствованного высотомера выиграло Запорожское ОКБ при серийном заводе (следует заметить, что его предложение на конкурсе было не единственным). Молодой достаточно амбициозный коллектив разработчиков провел серьезную работу, в результате которой в 1974 г. на государственные испытания был представлен ПРВ-17 (1РЛ141).

Серийно выпускаемый с 1976 до конца 1980-х гг., ПРВ-17 стал лучшим по своим ТТХ среди всей линейки выпускаемых высотомеров. Хотя, если говорить откровенно, остались отдельные недоработки, которые не были доведены до логического завершения при серийном производстве, так как появились новая элементная база и цифровые устройства обработки информации и концепция трехкоординатных РЛС окончательно победила, мощности серийного завода не позволяли одновременно выпускать несколько типов радиоэлектронной техники и все это привело к прекращению серийного производства ПРВ-17, а распад СССР и образование самостоятельного государства Украина вообще привели завод-изготовитель и КБ при нем почти в упадочное состояние, так как основной потребитель (ВС России) не хотел да и не мог закупать радиолокационное вооружение в прежнем количестве, в том числе по предлагаемым ценам. Однако закончим лирические отступления и перейдем непосредственно к ПРВ-17.

Чем же был достигнут столь значительный результат? Дальность обнаружения можно было повысить либо за счет повышения мощности передающего устройства, либо за счет повышения коэффициента усиления антенной системы, либо за счет повышения чувствительности приемного устройства, либо за счет снижения потерь при обработке радиолокационной информации. Все указанные направления были реализованы.

Оригинальное передающее устройство выполнено на стабилотроне (амплитрон в режиме автогенератора) с внешней высокостабильной колебательной системой. В результате повысилась его мощность, высокочастотные колебания генерировались более стабильно, что позволило повысить когерентность импульсной последовательности по сравнению с магнетронным автогенератором (повысилась помехозащищенность от местных предметов и пассивных помех), появилась возможность перестройки на одну из четырех частот.

Повышение мощности и стабильности далось не без потерь. Импульсный модулятор располагался в отдельной кабине, мощный высоковольтный импульс передавался по специальной коаксиальной линии на вращающуюся часть приемопередающей кабины (ППК) через охлаждаемый токосъемник специальной конструкции. Повышенная импульсная мощность потребовала создания избыточного давления в волноводном тракте. А это специальный компрессор-осушитель, герметизирующие вставки, изменение конструкции СВЧ вращающихся сочленений. Кроме того, при работе на эквивалент антенны при настройке передающего устройства пришлось разработать оригинальный электромеханический волноводный переключатель антенна-эквивалент с развязкой 90 db (до этого на ПРВ-13 использовался переключатель на ферритовом циркуляторе с изменяемым током подмагничивания и развязкой порядка 25 db). Последнее значительно снизило радиолокационную заметность высотомера и дальность для средств радиотехнической разведки.

Повышенная мощность и достаточно низкие потери (менее 3 db) на передачу позволили реализовать различную поляризацию при излучении и приеме электромагнитной энергии. Оригинальное волноводное устройство с изменяемым набегом фазы и мощности позволило реализовать работу ПРВ с горизонтальной, вертикальной, эллиптической правой и левой поляризацией без существенной потери дальности обнаружения, но потребовало применения практически сплошного зеркала антенной системы повышенного размера, что позволило получить ДН с основным лепестком шириной менее одного углового градуса. Применение поляризатора позволило реализовать принцип поляризационной селекции при автокомпенсации активных шумовых помех.

Конструкция сплошного зеркала снизила уровень боковых и заднего лепестка ДН-антенны и повысила коэффициент ее усиления. Однако повысилась парусность, потребовалось увеличение мощности системы вращения без изменения точности установки на заданный азимут, мощности и точности установки на заданный угол места системы качания.

Система качания получилась оригинальной, реализовывала режимы качания в заданных угломестных секторах при установке биссектрисы качания или положения антенны на заданном угле места, хотя имела значительные габариты и потребляемую мощность, была весьма чувствительна к настройке и эксплуатации (но более надежной при эксплуатации, чем гидравлическая система качания ПРВ-13).

Многочастотность передающего устройства потребовала доработки приемного устройства. В приемном устройстве в качестве усилителя высокой частоты (УВЧ) была применена широкополосная пакетированная ЛБВ, позволившая получить высокую чувствительность. Многоканальный, предварительно настроенный преселектор имел электронное управление, встроенный предварительный усилитель промежуточной частоты (ПУПЧ). В качестве устройства защиты от активных шумовых помех применен аналоговый многоканальный квадратурный корреляционный автокомпенсатор. Дополнительные каналы для работы обеспечивались отдельными антеннами специальной конструкции с аналогичными трактами приема, что позволяло компенсировать активные шумовые помехи, воздействующие на главный луч ДН-антенны (реализован принцип поляризационной селекции), боковые и задний лучи ДН-антенны (реализован принцип пространственной селекции).

Повышенная стабильность передающего устройства позволила добиться более высоких значений коэффициента подавления местных предметов и пассивных помех. На первых образцах ПРВ стояла аналоговая дискретно-импульсная система селекции движущихся целей (СДЦ), реализовывающая двухкратную череспериодную компенсацию с запоминанием сигналов на прецизионных конденсаторах (более 350 дискрет дальности). На более поздних образцах использовалась цифровая система СДЦ, реализовывающая двухкратную череспериодную компенсацию.

Новая элементная база (микросхемы, транзисторы) потребовала новой концепции взаимодействия и управления систем и устройств. Потенциальные команды (как правило, +27 В) были опасны для элементной базы 3-го поколения, да и их количество достигало нескольких сотен, что требовало огромных жгутов медного изолированного провода, сложной операции ручной пайки, снижало надежность и ремонтопригодность всего изделия в целом. Новая концепция получила название «Командная система управления» (КСУ). В ее основу положен принцип временного уплотнения импульсных сигналов, передаваемых по коаксиальному кабелю с синхронизацией. Для нормальной работы КСУ высотомера были созданы блоки передачи и приема команд, расположенные в основных прицепах станции и на индикаторном шкафу высоты, который мог выноситься на расстояние в несколько сотен метров. Общее количество передаваемых команд и квитанций их исполнения – более 150.

Элементная база КСУ (микросхемы 102, 201-й серии) была достаточно нова, малочисленна по номенклатуре и недостаточно надежна. Для первых выпусков ПРВ-17 это была постоянная головная боль. Ячейки (конструктивно законченные, быстро заменяемые элементы блоков КСУ) были слабо диагностируемы и ремонтопригодны, а их количество в одиночных и групповых комплектах запасного имущества недостаточно. Это приводило к длительным простоям высотомера (отдельные «самоделкины» заменяли отказавшие каналы КСУ «радиотехническими соплями», отчего прекрасная по задумке техника превращалась в ограниченного по возможностям урода, опутанного паутиной проводов). Только переход на элементную базу микросхем 133, 134, 136-й серий, имевших достаточно широкую номенклатуру функциональных устройств и более высокую надежность, внесение схемных решений в ячейки магистральных усилителей с гальванической развязкой трактов формирования команд от линий передачи сигналов позволили полностью насладиться всеми преимуществами КСУ.

Все последующие радиотехнические средства имели встроенные в блоки, системы и шкафы устройства согласования и передачи аналоговой и цифровой информации, и термин КСУ как отдельной системы больше нигде не фигурировал.

Все сделанные нововведения не могли уложиться в 30 кВт потребляемой мощности, как в ПРВ-13, пришлось вводить в состав высотомера ДЭС 5Е96, имевшую в своем составе два дизельных агрегата (основной и резервный) по 100 кВт 400 В 50 Гц. Все системы были размещены в кузовах прицепа КП-10 весом по 15 т, ППК получилась более тяжелой. Все это требовало для транспортировки высотомера четыре тягача КрАЗ 255Б.

Это был первый высотомер, на котором по штату начальником был офицер – старший лейтенант. Однако машина была сложной в эксплуатации и ремонте, требовала определенных навыков при ведении боевой работы, должность была тупиковой, достаточно бесперспективной. Офицеры с нее убегали при первой возможности. Тем не менее ни одна трехкоординатная РЛС не могла (да и сейчас не может) сравниться по точности измерения высоты с ПРВ-17 на дальностях более 200 км, он и до сих пор остается непревзойденным по этому показателю.

В составе индикаторной аппаратуры были индикаторы кругового обзора и высоты, координаты можно было определять по масштабным отметкам, формировавшимся на экранах индикаторов, или по цифровым индикаторам положения маркера. Оригинальным методом формировались линии равных высот, для этого использовались полупроводниковые схемы, решавшие аналоговым способом уравнение высоты (в ПРВ-11, ПРВ-13 для этих целей использовалась специфическая электровакуумная лампа ИФ-17, имевшая 17 сеток, 1, 5, 10, 15 имели большую толщину, что позволяло формировать соответствующую отметку высоты большей интенсивности для удобства работы оператора). Все это позволило добиться требуемой точности измерения координат.

Однако несмотря на все новшества и оригинальные технические решения, у всех высотомеров было одно непреодолимое узкое место – низкая информативность, определявшаяся необходимостью механического разворота ППК на азимут целеуказания по ВО с требуемой точностью. Для устранения этого недостатка создавались специальные следящие системы, позволявшие быстро отрабатывать большие углы рассогласования и точно устанавливать ППК на требуемый азимут, производить допоиск в пределах нескольких градусов. При работе в составе комплекса средств автоматизации специальное вычислительное устройство (устройство управления высотомерами) управляло 2–4 ПРВ, в результате минимизировалось время поиска очередного ВО для определения его высоты. Однако даже введение таких системных надстроек не позволило существенно повысить информационные возможности высотомеров, что и побудило к развитию концепции трехкоординатных РЛС, благо, что элементная база позволяла реализовывать сложные многоканальные устройства для одновременного определения плоскостных координат и высоты полета ВО.

Тем не менее полностью отказываться от высотомеров пока не пришло время. Существуют отдельные ситуации, в которых точность определения высоты играет решающую роль перед информационными возможностями. Такие ситуации имеют место быть при управлении авиацией, когда в интересах безопасности необходимо точное представление о взаимном расположении ВО в пространстве, прежде всего об абсолютной разности их высот.

В общем и целом впечатления от эксплуатации и боевого применения ПРВ-17 остались положительные. Волею судьбы автору пришлось столкнуться с боевым применением высотомеров с первых дней офицерской службы. И до сих пор при обучении устройству, эксплуатации и боевому применению этого класса радиотехнических средств остается чувство благодарности создателям этого, поистине выдающегося образца военной техники.

Во времена лейтенантской молодости автор приспосабливал господствующую высоту под позицию для маловысотной РЛС в одной из отдаленных радиолокационных рот Приморского края. Позиция была на гребне скалы, работы проводились во время сборов внештатных подрывников методом точечного подрыва скального грунта с последующим ручным разбором завалов. В 50 метрах находилась ППК ПРВ-17.

Опытный подрывник – начальник инженерной службы радиотехнической бригады осуществлял все взрывные работы, расчет разбирал завалы. Заряды были маленькие (3–5 кг тротила, иногда до 10–15 кг), практически всегда удавалось синхронизировать момент взрыва и боевую работу высотомера, так как рота несла боевое дежурство с постоянно включенными по графику радиолокационными средствами, враг был коварен и хитер, постоянно пытался вторгнуться в стокилометровую полосу вдоль государственной границы (тогда СССР) для разведки возможностей системы ПВО, и снимать боевое подразделение с боевого дежурства даже для повышения его боевых возможностей никто не собирался.

Однако то ли стечение обстоятельств, то ли излишняя суета оперативных дежурных пункта управления роты и командного пункта радиотехнического батальона, то ли крепкая скала и повышенный заряд тротила привели к тому, что во время очередного подрыва ППК была развернута не во флюгерное безопасное положение по отношению к фронту ударной волны. В результате несимметричная вырезка из параболоида вращения приобрела форму обратной кривизны, зеркало антенной системы прекратило свое существование как функциональный элемент.

Рота стояла на первой линии, обеспечивала информацией автоматизированный пункт наведения истребительной авиации. Шума было много, но делать что-то надо. Для Приморского края 500 км по улучшенной грунтовой дороге (других дорог там практически нет и до сих пор) в одну сторону не дорога, через трое суток антенная система из группового комплекта запасного имущества была доставлена, установлена и отъюстирована, продолжилась обычная боевая работа радиолокационной роты первой линии с постоянно включенными по графику радиотехническими средствами, с готовностями высшей степени по 10–12 часов в сутки для сопровождения Р-3С «Орионов», RС-135, SR-71.

Но позиция была не закончена, оперативные дежурные продолжали рьяно добывать информацию о воздушном противнике, который был хитер и коварен, как и прежде, и не хотел изменять своих планов. В общем, через две недели невероятное стечение обстоятельств повторилось с точностью до основных действующих лиц. Второе зеркало антенной системы ПРВ-17 в транспортном контейнере заняло свое почетное место во временном необорудованном хранилище. Опять трое суток бешеной работы, 1000 км прогона бортового КрАЗ-255Б, хорошие и добрые слова заместителя командира радиотехнической бригады по вооружению в адрес командира роты, его заместителя по вооружению, дежурного по пункту управления роты и оперативного дежурного командного пункта радиотехнического батальона (с упоминанием их родителей и ближайших родственников) и опять наступила тишь, да гладь, да божья благодать с круглосуточным дежурством по графику, с готовностью высшей степени по 10–12 часов в сутки в прекрасном радиотехническом подразделении, работавшем без промышленной сети только от дизельных агрегатов питания, завозившем для жизнедеятельности три-четыре раза в неделю воду и хлеб из ближайшего поселка с чудесным названием «Преображение», раз в год продукты, дизельное топливо и масла.

Таким образом, при дальности взрыва заряда мощностью 10–15 кг тротила в радиусе менее 50 м высотомер сохранял свою работоспособность при правильной ориентации зеркала к фронту ударной волны.

Новая позиция была успешно закончена, РЛС встала на господствующей высоте, значительно увеличив радиолокационное поле на малой и предельно малой высоте, основные исполнители не были наказаны (что является одним из видов поощрения), непричастные получили свои заслуженные награды, а офицеры подразделения – неизгладимый (и в настоящее время невостребованный) опыт восстановления боеготовности подразделения, получившего практически боевые повреждения ППК основного образца вооружения.

Высотомер ПРВ-17 показал себя с самой лучшей стороны, являясь в комплекте со стационарной РЛС 44Ж6 основным видом вооружения подразделения, определяющим его боеготовность. Стратегический разведчик SR-71 при полете на высоте 22 000 м обнаруживался им на дальности более 450 км (и это при использовании в его построении заявленной технологии малой радиолокационной заметности «Стелс»).

Эксплуатируемый на одной позиции ПРВ-13 доставлял значительно больше хлопот, хотя и потреблял почти втрое меньше электроэнергии и обнаруживал воздушные объекты на приемлемой дальности с требуемой точностью. Переделанный войсковыми умельцами гидравлический привод качания антенны на механический постоянно отрывался от станины ППК, ломая шпильки крепежа, зеркало антенной системы от постоянного намерзания снега и льда теряло свои характеристики, практически не поддавалось ремонту в условиях войсковой эксплуатации (да и было высотомеру без малого 20 лет). Эксплуатируемые в других подразделениях ПРВ-13 также требовали к себе повышенного внимания, навыков и умения при повседневной эксплуатации. Система гидравлического привода качания работала без проблем до первой замены масла МГЕ-10 в неблагоприятных условиях (а в Приморском крае это практически постоянно). Отдельные войсковые умельцы, как правило, матерые начальники РЛК 5Н87, 64Ж6, проводили доработки, связанные с постоянным подогревом масляных баков гидравлических систем, уменьшением сектора качания до 23–25° вместо 30° номинальных. Все это позволяло несколько снизить накал напряженности при эксплуатации и боевом применении ПРВ-13. Однако никогда ПРВ-13 не мог достигнуть результатов ПРВ-17.

Находящиеся на вооружении ПРВ-9 (1РЛ19), принятый на вооружение в 1960 г., и ПРВ-16 (1РЛ132), принятый на вооружение в 1970 г., имели более низкие дальности обнаружения и применялись в маловысотных радиолокационных ротах. В связи с недостатком ПРВ-13 и ПРВ-17 в некоторых подразделениях приходилось заменять их ПРВ-16. Применение более высокочастотного диапазона волн в этих высотомерах позволило создать антенные системы меньших габаритов и массы, более простые и энергоемкие системы вращения и качания. Однако основное применение указанные высотомеры находили при совместном использовании с дальномером П-18 во время обеспечения полетов авиации в ближней зоне при взлете и посадке. В боевой работе недостаточная помехозащищенность и дальность обнаружения не позволяли ПРВ-9, ПРВ-16 конкурировать с ПРВ-13, ПРВ-17.

Такова далеко не законченная история появления в РТВ достойного образца радиолокационного вооружения – подвижного радиолокационного высотомера ПРВ-17, оставшегося непревзойденным по целому ряду тактико-технических характеристик, не до конца понятого и освоенного в производстве и войсках.