1 октября, 2007

Шедевр отечественной локации

Начало 1965 г. В НИИ-244 (ныне Всероссийский НИИ радиотехники) идет плодотворная работа по серийному сопровождению радиолокационного комплекса "Алтай" и РЛС "Памир", в самом разгаре работа по эскизному проектированию многофункциональной станции, предназначенной для использования в составе единого радиолокационного поля с целью обеспечения информацией огневых комплексов эшелонированной противоракетной обороны (система С-225).

Выполняются крупные научно-исследовательские работы: по свойствам сложных широкополосных сигналов и методам их формирования и обработки, по снижению уровня боковых лепестков антенн, по построению фазированных решеток и широкополосных приемных устройств на полупроводниковых приборах.

27 марта 1965 г. Постановлением Совета Министров СССР № 220-73 Институту поручается разработка передвижной трехкоординатной радиолокационной станции кругового обзора "Машук". Станция предназначается для работы в составе автоматизированных систем управления (комплекс "Электрон", системы "Воздух-1М" и "Вектор-2") с целью обеспечения существующих и перспективных зенитных ракетных комплексов и авиационных комплексов перехвата радиолокационной информацией об аэродинамических целях в сложной помеховой обстановке.

В связи с повышением боевых характеристик средств воздушного нападения резко возрастают требования к помехозащищенности радиолокационных станций, зоне обнаружения малоразмерных целей, точности определения координат и пропускной способности.

Впервые заказчик директивно определяет наличие в составе станции электронно-вычислительной машины с аппаратурой автосъема и обработки радиолокационных сигналов, выдачи информации о целях в виде трасс на РЛУ "Межа" комплекса "Электрон", системы "Воздух-1М" и "Вектор-2". Система обработки информации станции должна обеспечивать автоматический съем, обработку и выдачу информации по 100 целям, в том числе по 50 помехоносителям (пеленга). Информация о целях должна выдаваться в виде трасс.

Станция должна обнаруживать цели и выдавать по ним информацию в трех режимах обзора пространства: круговом обзоре по азимуту при секторе обзора по углу места от 0,5° до 20°; секторном обзоре 160° по азимуту и 0,5°-20° по углу места, в режиме остронаправленного луча (по углу места 1,5°; 3°; 6°).

Все наземные РЛС кругового обзора в это время (за исключением радиолокационной станции П-20 и П-90) для измерения трех координат были построены по схеме "дальномер-высотомер". Высококлассный оператор высотомера, получив целеуказания от дальномера, был в состоянии выдать информацию о высоте семи-восьми целей, находящихся на разных азимутах и дальностях в течении одной минуты.

Построение радиолокационных комплексов с использованием радиовысотомеров предполагало наличие большого расчета и значительных затрат технического ресурса и потребляемой электроэнергии.

В процессе разработки проекта ТТЗ на РЛС "Машук" были сделаны попытки переработать РЛК "Алтай" (П-80) с целью определения трех координат на проходе и применить метод V-луча для введения "эшелонирования" по высоте. Однако этот путь не позволял обеспечить предъявляемые высокие требования и был отвергнут специалистами института.

Без реализации суперсовременных принципов построения радиолокационных станций кругового обзора в области генерирования сложных сигналов, приема и обработки информации решить поставленную задачу было просто невозможно.

Учеными института при разработке РЛС "Машук" был применен ряд новых прогрессивных и ранее не использовавшихся в РЛС кругового обзора технических решений:

электронное управление формой передающей диаграммы, позволяющее получать обзорные и узконаправленные лучи;

многочастотность зондирующего сигнала;

снижения уровня боковых лепестков с помощью применения несимметричной приемной антенны с вынесенными облучателями и анизотропной поглощающей структуры;

автокомпенсаторы для повышения степени защиты от помех, принимаемых по боковым лепесткам;

приемное устройство помех, с целью определения типа помехи и автоматического перехода работы РЛС в благоприятный режим;

функционально-узловой метод проектирования аппаратуры.

Внедрение новейших технических решений потребовало создание ряда новых элементов, узлов и устройств (передающие модули на ЛБВ, защитные разрядники, кремниевые вентили и др.).

С самого начала разработки РЛС "Машук" (главный конструктор - Собкин Л. И.) проектировалась для работы в сантиметровом диапазоне волн. Это обеспечивало замену снимаемых с производства устаревших РЛС этого диапазона волн.

Антенно-поворотное устройство передающей позиции
Фото: Архив ВНИИРТ

РЛС 5Н88 "МАШУК" - КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

РЛС "Машук" состояла из комплекса передающей аппаратуры, расположенного на передающей позиции "Г"; комплекса приемной аппаратуры, расположенного на приемной позиции "П"; системы обработки информации и управления РЛС (СОУ); комплекса аппаратуры автономного запросчика, размещенного на отдельном антенно-поворотном устройстве; системы электропитания, располагаемой в прицепах (контейнерах) между позициями "Г" и "П".

Передающая и приемная позиции имели по два одинаковых комплекта аппаратуры. Антенны обоих комплектов были развернуты на 180° по азимуту.

Зона обзора РЛС по азимуту обеспечивалась путем механического синхронного и синфазного вращения антенн передающей и приемной систем.

Формирование зоны облучения по углу места в каждой из двух передающих систем производилось соответствующим фазированием высокочастотных колебаний на выходе каждого из 64 облучателей передающей антенны, расположенных в виде столбца.

Применение различных специальных законов фазирования высокочастотных колебаний позволяло сформировать различные виды диаграмм направленности передающей антенны в вертикальной плоскости ("столообразные", "косекансные" и остронаправленные).

При этом имелась возможность быстрого (электронного) перехода с одного вида угломестных передающих диаграмм на другие, что обеспечивало практически безинерционное перестроение зоны облучения в вертикальной плоскости.

Каждая из двух передающих антенн представляла собой цилиндрическое зеркало с параболической образующей, формирующее диаграмму направленности с шириной в азимутальной плоскости 0,6°. Столбец облучателей формировал в вертикальной плоскости разные диаграммы шириной 9, 6° и 5,3°, косеканскую диаграмму от 10° до 20° или 30° по углу места и остронаправленные лучи шириной 1,5° и 2,1° с произвольной ориентацией в пределах всего угломестного сектора обзора.

Размеры передающих зеркал составлял 7 м по вертикали и 11 м по горизонтали.

Перекрытие заданной угломестной зоны обзора достигалось парциальными каналами каждой приемной антенной системы, что обеспечивало определение трех координат целей и угловых координат помехоносителей на проходе. Для уменьшения уровня боковых лепестков приемные зеркала имели специальную (несимметричную) форму, а система парциальных облучателей была вынесена из центра раскрыва зеркал.

Кроме того, перед облучателями устанавливалась анизотропно-поглощающая структура, обеспечивающая коррекцию форм диаграмм направленности облучателей и дополнительно уменьшающая уровень вертикальных и пространственных боковых лепестков.

Ширина диаграмм направленности фокального канала 0,8° по азимуту и 0,83° по углу места, размер каждой из двух приемных антенн - 12 м по вертикали и 11 м горизонтали. Уровень первых азимутальных боковых лепестков фокальных каналов составлял - 25 дБ, средний уровень азимутальных боковых лепестков в пределах +15° от главного лепестка не превышал 35 дБ, в остальной зоне - 45 дБ.

Передающий комплекс состоял из двух одинаковых комплектов аппаратуры. Часть ее размещалась на вращающейся платформе опорно-поворотного устройства (ОПУ) позиции "Г", часть - в неподвижных контейнерах, располагаемых вблизи ОПУ. Для каждого комплекта на ОПУ устанавливалась антенна и столбец из 64 рупоров облучателей. Столбец облучателей питался 64 усилителями, выполненными на новой лампе бегущей волны "Тополь". К ЛБВ "Тополь" СВЧ-колебания поступали от делителя мощности 1:64 через дискретный пятиразрядный ферритовый фазовращатель системы управления фазами.

Вход делителя подключался к ВЧ вращающему переходу токосъемника, через который поступала СВЧ-энергия от возбудителя, выполненного на той же ЛБВ "Тополь". На вращающейся части ОПУ, кроме того, размещались импульсные трансформаторы для питания выходных ЛБВ, система автоматического выравнивания фаз трактов, система жидкостного охлаждения ЛБВ и ферритовых фазовращателей и другие устройства, обеспечивающие необходимый режим и контроль за работой аппаратуры.

В неподвижных контейнерах позиции "Г" размещались модулятор, формирующий высоковольтные импульсы для питания ЛБВ, высоковольтный выпрямитель для питания модулятора, возбудитель для формирования СВЧ импульсов, подаваемых на вход делителя для возбуждения выходных каскадов передатчиков, аппаратура и пульт управления и контроля.

Каждый комплект передающей аппаратуры работал на своей четверке частот. Программа фазового распределения устанавливалась в системе управления фазами по командам СОУ.

Приемный комплекс также содержал два комплекта приемной аппаратуры, располагаемой частично на вращающейся платформе ОПУ "П", частично - в контейнерах вблизи ОПУ. Каждый комплект имел на ОПУ антенну с 24 рупорами-облучателями. В состав аппаратуры каждого парциального канала входил СВЧ-усилитель на лампе бегущей волны "Шиповник", фильтр и смесители-преобразователи на 4 частоты. Принятый сигнал усиливался, расфильтровывался на 4 частоты, преобразовывался в промежуточную частоту и через токосъемник поступал на неподвижную часть приемной аппаратуры.

Антенно-поворотное устройство приемной позиции
Фото: Архив ВНИИРТ

В ее состав входили три параллельно работающие цепи: аппаратура амплитудной обработки сигналов, аппаратура когерентной обработки и пеленгационная аппаратура. С выходов каналов амплитудной и когерентной обработки сигналы через формирователь поступали на СОУ для определения координат и других параметров целей. В пеленгационных каналах сигналы активной помехи кодировались по амплитуде и в виде двоичных кодов поступали на СОУ для определения угловых координат помехоносителей.

Кроме основных эхо- и пеленгационных каналов, приемная аппаратура имела подканалы подавления приема по боковым лепесткам. Они включали отдельные антенны и тракт обработки сигналов. Принятые этими подканалами сигналы бланкировали (запирали) основные эхо- и пеленгационные каналы. Второй комплект приемной аппаратуры отличался от первого только тем, что работал на второй четверке частот.

В неподвижной части приемной позиции размещалась аппаратура формирования гетеродинных частот, которые через вращающийся ВЧ-переход токосъемника поступали на смесители парциальных каналов, а по 150 м волноводу, соединяющему позиции "П" и "Г" - в контейнер возбудителя на схему формирования сигналов передатчика РЛС.

Аппаратура автономного запросчика располагалась в отдельном контейнере (прицепе). Две одинаковые антенные системы устанавливались на отдельном ОПУ. Антенны вращались синхронно и синфазно с антеннами позиций "Г" и "П". Управление, контроль и передача сигналов НРЗ осуществлялись через блок сопряжения, расположенный на позиции "П".

Аппаратура СОУ располагалась в контейнерах (прицепах) вблизи от позиции "П". СОУ осуществлял обработку информации, поступающей по эхо- и пеленгационным каналам станции, управлял режимами работы отдельных комплексов РЛС и РЛС в целом в соответствии в соответствии с воздушной обстановкой, имитировал сигналы целей и уровни активных помех для тренировки обслуживающего персонала и проведения функционального контроля РЛС, а также выдавал трассы целей потребителям информации.

Пульт технического управления РЛС в прицепе П10
Фото: Архив ВНИИРТ

Питание РЛС производилось от станции электропитания, состоящей из дизель-электрических агрегатов и вращающихся преобразователей основной и дежурной силовых сетей РЛС. Управление агрегатами осуществлялось с центрального распределительного поста электростанции.

Конструктивное построение РЛС разрабатывалось с учетом следующих основных требований:

- РЛС должна выполнять боевую работу на высотах до 1000 м над уровнем моря в условиях дождя, снега, инея, росы, пыльных бурь, гололеда, радиоактивных осадков, химического и бактериологического воздействия;

- аппаратура должна перевозиться всеми видами транспорта (автомобильным, железнодорожным, водным и авиационным);

- аппаратура должна монтироваться на позиции без инженерных сооружений.

Вся аппаратура РЛС 5Н88 располагалась в контейнерах (прицепах). Для аппаратуры, расположенной на вращающихся частях АПУ, использовался контейнер РЛС П-90, серийно выпускаемый заводом НКМЗ, для остальной аппаратуры, размещаемой вне АПУ - вновь разработанный контейнер размерами 8000 х 2470 х 2685.

Основа АПУ позиций "Г" и "П" - опорно-поворотные устройства - размещались в специальных унифицированных контейнерах, к которым крепились опорные ауттригеры с механизмами горизонтирования. ОПУ представляла собой колонную конструкцию с разнесенными подшипниками, обеспечивающую необходимую точность положения вертикальной оси АПУ. Вращающаяся часть ОПУ имела платформу (раму), на которую устанавливались контейнеры. Электрическая связь между аппаратурой, расположенной на вращающейся части АПУ и вне ее, осуществлялась через токосъемник, который располагался внутри ОПУ.

Вес вращающихся частей АПУ-Г и АПУ-П составлял 100 т и 70-80 т соответственно, мощность каждого привода вращения - 170 кВт.

Все контейнеры, за исключением контейнеров с дизель-электрическими агрегатами, имели принудительную вентиляцию с кондиционированием воздуха и фильтровентиляционное устройство. Обшивка контейнеров обеспечивала необходимую теплоизоляцию и ослабление проникающей радиации.

Конструкция антенн и внешних волноводных трактов РЛС позволяла разбирать их на составные части и перевозить в разобранном виде. Кабельные соединения между позициями и контейнерами осуществлялись посредством специальных переходных щитов, рассчитанных на одновременное соединение большого количества цепей.

Монтаж и демонтаж РЛС производился параллельно на всех позициях. Для выполнения монтажа (демонтажа) в заданное время (36 часов) требовалось привлечь 100-120 человек и комплект стандартных подъемных устройств.

НА ВООРУЖЕНИЕ ПРИНЯТА, В СЕРИЮ НЕ ПОШЛА

Общий вид приемно-передающей кабины РЛС 5У73-П
Фото: Архив ВНИИРТ

Весной 1966 г. эскизный проект передвижной трехкоординатной радиолокационной станции кругового обзора для систем управления активными средствами ПВО страны - 5Н88 (шифр "Машук") был рассмотрен межвидовой комиссией.

Представителям комиссии был назначен начальник РТВ ПВО страны генерал-лейтенант Дружинин В.В., заместителями председателя: начальник 6 управления 4 Главного управления МО генерал-майор ИТС Пуга Б. С. и начальник управления НИИ-2 МО инженер-полковник Конторов Д. С., доктор технических наук, профессор. От НИИ-244 в комиссию были включены: главный инженер Института Помаленький И. Т., главный конструктор РЛС Собкин Л. И., первый заместитель главного конструктора РЛС Кириллов Г. В., Хотенко В. Ф.

Среди членов комиссии: инженер-полковник Облезин А. И., заместитель начальника 6 управления 4 ГУ МО, один из авторов идеи по разработке знаменитого мачтового устройства "Унжа", ветеран Института;

инженер-полковник Нижников Д. М., первый начальник 961 ВП МО, аккредитованного при НИИ-244, лауреат Государственной премии СССР (1975 г.) за создание радиолокационного тренажера "Учебник", ветеран Института;

инженер-полковник Шкловский Г. А., ветеран Великой Отечественной войны, ветеран Института;

инженер-капитан Пушков О.В., впоследствии полковник, лауреат Государственной премии СССР (1990 г.) за создание радиолокационной станции "Каста-2-1", доктор технических наук, профессор, действительный член Академии военных наук, ветеран Института.

В результате работы комиссия сделала следующий вывод:

"Анализ представленных в эскизном проекте материалов показывает, что по основным характеристикам РЛС "Машук" удовлетворяет ТТТ".

Рабочие места командиров (РМК) в прицепе 5У94
Фото: Архив ВНИИРТ

Учитывая, что станция получилась "дорогостоящая, громоздкая, малоподвижная" комиссия потребовала представить дополнительные материалы с кратким описанием и основными характеристиками упрощенного варианта РЛС "Машук".

При этом были приняты следующие основные критерии упрощения РЛС:

уменьшение средней мощности передатчиков в два раза;

максимальное уменьшение объема и стоимости аппаратуры при минимальном ухудшении выходных параметров РЛС;

минимальные изменения в принципах построения станции, принятых при эскизном проектировании и в построении отдельных систем;

уменьшение веса поворотных частей передающей и приемной позиций.

Ученые Института предложили упростить РЛС путем двойного уменьшения числа рабочих частот (4 вместо 8), что позволило ликвидировать одно из двух направлений излучения и приема, а также путем уменьшения количества сопровождаемых целей до 50 (вместо заданных в ТТХ 100 целей).

В предложенном варианте упрощенной РЛС существенно сокращались количество аппаратуры и стоимость станции. При этом основная радиотехническая аппаратура практически не изменяется, что позволяет использовать имеющийся задел по разработке станции. Ликвидация одного направления излучения и приема позволяла уменьшить количество контейнеров станции на 18 единиц, а уменьшение числа обнаруживаемых и сопровождаемых целей до 50 значительно упрощала аппаратуру СОУ и позволяла уменьшить число контейнеров СОУ на 2-3 единицы. В результате общее число контейнеров с аппаратурой уменьшалось на 20 единиц, а стоимость РЛС (включая стоимость СОУ) в головной серии - на 40%.

Потребление энергии первичного питания сокращалось до 1800 кВт (вместо 3000 кВт в исходном варианте).

Рассмотрев дополнительные материалы, комиссия сделала следующее заключение:

1. В основу технического проектирования радиолокационной станции "Машук" положить эскизный проект с дополнительными материалами по упрощенному варианту станции.

2. Считать необходимым включить в состав РЛС "Машук" вынесенную приемную позицию. Эскизный проект по вынесенной приемной позиции выполнить в IV кв. 1966 г.

5. Для быстрейшего оснащения войск ПВО страны перспективными РЛС противосамолетной обороны необходимо ускорить разработку и изготовление радиолокационной станции "Машук", расширить фронт работ по разработке этой РЛС в научно-исследовательских организациях и увеличить производственную базу, а также обеспечить создание новых комплектующих изделий для разработки на их основе радиолокационной станции "Машук".

Акт комиссии по рассмотрению эскизного проекта передвижной трехкоординатной радиолокационной станции кругового обзора для систем управления активными средствами ПВО страны - 5Н88 (шифр "Машук") был утвержден 27 апреля 1966 г.

Дальнейшая работа по созданию РЛС "Машук" коллектива Института представляла кропотливый труд по реализации принятых новаторских технических решений.

Много сил было отдано разработке системы компенсации помех, системы перестройки излучаемых частот и особенно вопросам автоматической обработки информации с помощью ЭВМ "Гранит" (главный конструктор Шабалин В.А.), разработанной НИИ-5 (ныне Московский НИИ приборной автоматики).

РЛС "Машук" по существу являлась на тот момент времени принципиально новой РЛС, которая практически выполняла функции радиолокационного узла. Одним из определяющих факторов, влияющих на сроки разработки станции в целом, являлись поставки систем и устройств, разрабатываемых контрагентами.

К ним в первую очередь относились:

ЛБВ "Тополь", входящая в выходные каскады передатчика и в возбудитель - разработчик НИИ-437 МЭП;

антенно-поворотные устройства - разработчик документации ЦКБ-34 МОМ;

система электропитания;

система обработки информации и управления;

наземный радиозапросчик - разработчик НИИ-208 МРП;

прицепы и контейнеры для размещения аппаратуры.

В РЛС впервые в отечественной практике использован функционально-узловой метод проектирования аппаратуры, разработаны унифицированные дискретные и аналоговые функциональные узлы. Опыт разработки РЛС с использованием функциональных узлов был передан на другие предприятия-разработчики и изготовители радиолокационной техники.

Институтом был применен бесстапельный метод сборки антенных систем, что позволило значительно (до двух лет) сократить сроки изготовления зеркал и их стоимость. Бесстапельный метод получил широкое развитие на многих предприятиях радиолокационного профиля.

В 1977 г. РЛС "Машук" успешно прошла Государственные испытания и была принята на вооружение.

В создании РЛС приняли активное участие специалисты Института: Вольперт А. Р., Гичко Г. А., Григорин-Рябов Ю. В., Григорьев Л. Н., Евелев Ю. К., Ильин А. Ф., Кисляков Л. Н., Корляков В. В., Краус Л. А., Кушелевский А. А., Лапиров-Скобло М. М., Орехов Б. Л., Перец Р. И., Прощин Е. А., Румянцев Г. В., Тихомиров Б. П., Хотенко В. Ф., Шапошников Р. Ф. и другие.

В 1970-х гг. все предприятия СССР радиолокационного профиля работали круглосуточно и с полной загрузкой. Резервов на производство РЛС "Машук", к большому сожалению, не нашлось.

На научно-техническом совете по рассмотрению результатов разработки РЛС "Машук" основоположник отечественной радиолокации академик Кобзарев Ю.Б. назвал станцию "шедевром".

И это не случайно, так как на время создания РЛС "Машук" значительно превосходила все существующие в мире станции по своим тактико-техническим характеристикам.

Авторы выражают благодарность ветеранам Института Нине Ивановне Томилиной и Елене Александровне Ильиной за помощь в подборе архивных материалов. Фото из архива ВНИИРТ, публикуются впервые.