Современные войны отличаются своей стремительностью и быстротечностью. Нередко победителями в боевых столкновениях выходят те, кто первыми смог обнаружить потенциальные угрозы и соответственно на них реагировал. Уже восьмой десяток лет для разведки и распознавания неприятеля на море и на суше, а также в воздушном пространстве используются радиолокационные методы.
Они основаны на излучении радиоволн с регистрацией их отражений от самых разнообразных объектов. Установки, которые посылают и принимают такие сигналы – современные радиолокационные станции или радары. Понятие «радар» происходит от английской аббревиатуры – RADAR. Оно появилось в 1941 году и давно вошло в языки мира.
Появление радаров стало знаковым событием. В современном мире практически не обойтись без радиолокационных станций. Без них не обходится авиация, мореплавание, гидрометцентр, ДПС, и пр. Более того радиолокационный комплекс широко используется в космических технологиях и в навигационных комплексах.
РЛС на военной службе
Все же больше всего радары приглянулись военным. Тем более, что эти технологии первоначально создавались для военного применения и практически реализовались перед Второй мировой войной. Все крупнейшие государства активно применяли РЛС для выявления кораблей и самолетов неприятеля. Причем их использование решало исход многих битв.
На сегодняшний день новые радиолокационные станции применяются в весьма широком спектре военных задач. Это и слежение за межконтинентальными баллистическими ракетами и артиллерийская разведка. Все самолеты, вертолеты, военные корабли обладают своими РЛС. Радары – это вообще основа систем ПВО.
Как работают радиолокаторы
Локация – это определение местопребывания чего-нибудь. Таким образом, радиолокация – это обнаружение предметов или объектов в пространстве с помощью радиоволн, которые излучаются и принимаются радиолокатором или РЛС. Принцип действия первичных или пассивных радаров основан на передаче в пространство радиоволн, отражаемых от объектов и возвращаемых к ним в виде отраженных сигналов. После их анализа, радары обнаруживают объекты в определенных точках пространства, их основные характеристики в виде скорости, высоты и размера. Все радары являются сложными радиотехническими устройствами из множества элементов.
Современный радиолокационный комплекс
Любые радары состоят из трех основных элементов:
- Передатчиков сигналов;
- Антенн;
- Приемников.
Из всех радиолокационных станций имеется особенное подразделение по двум большим группам:
- Импульсные;
- Непрерывного действия.
Передатчики импульсных РЛС излучают электромагнитные волны на протяжении коротких промежутков времени (долей секунд). Следующие сигналы посылаются лишь тогда, как первые импульсы вернутся назад и попадут в приемники. Частоты повторения импульсов являются также важнейшими характеристиками. Так низкочастотными радиолокаторами посылается не одна сотня импульсов в течение минуты.
Антенны импульсных радаров работают как приемники-передатчики. Как только ушли сигналы, передатчики отключаются на время и включаются приемники. Вслед за их приемом происходят обратные процессы.
Импульсные радары обладают своими недостатками и преимуществами. Они могут определять дальности одновременно нескольких целей. Такие радары могут иметь по одной антенне, а их индикаторы весьма простые.
Однако излучаемые сигналы должны обладать большой мощностью. Импульсная схема имеется у всех современных радаров сопровождения. Импульсные радиолокационные станции в качестве источников сигналов обычно пользуются магнетронами или лампами бегущих волн.
Импульсные радарные системы
Антенны радаров фокусируют электромагнитные сигналы и направляют их, а также улавливают отраженные импульсы и передают его в приемники. В некоторых радиолокаторах прием-передача сигналов могут производиться с помощью разных антенн, находящихся одна от другой на больших расстояниях. Антенны радаров могут производить излучение электромагнитных волн по кругу или действовать в определенных секторах.
Лучи радаров могут быть направлены спирально или обладать формами конусов. При необходимости радары могут отслеживать движущиеся цели, и все время направлять на них антенны, используя специальные системы. Приемники занимаются обработкой полученных данных и передачей их на экраны операторов.
Одним из основных недостатков в работе импульсных радаров являются помехи, идущие от недвижимых объектов, от земной поверхности, гор, холмов. Так, бортовые импульсные радары в процессе их функционирования в самолетах будут принимать затенения от сигналов, отраженных земной поверхностью. Наземные или судовые радиолокационные комплексы выявляют эти проблемы в процессе обнаружения целей, которые летят на малых высотах. Для устранения таких помех пользуются эффектом Доплера.
Радары непрерывного действия
Радары непрерывного действия функционируют постоянным излучением электромагнитных волн и пользуются эффектом Доплера. Его принцип в том, что частоты электромагнитных волн, отраженные от объектов, приближающихся к источникам сигналов, будут выше, чем от удаляющихся объектов. При этом частоты излучаемых импульсов остаются неизменными. Такими радиолокаторами не фиксируются неподвижные объекты, их приемники улавливают только волны с частотами выше или ниже излучаемых.
Главный недостаток радаров непрерывного действия – это их неспособность определять расстояния до объектов. Однако при их работе не возникают помехи от неподвижных объектов между радарами и целями, либо за ними. Также у доплеровских радаров сравнительно простое устройство, которому для функционирования хватит и сигналов с малой мощностью. Кроме того, современные радиолокационные станции непрерывного излучения обладают возможностью определять расстояния до объектов. Для этого применяются изменения частот радаров в процессе их действия.
Известно еще и о так называемых вторичных радиолокаторах, используемых в авиации для опознавания самолетов. В таких радиолокационных комплексах имеются еще и самолетные ответчики. В ходе облучения воздушных судов электромагнитными сигналами ответчики выдают дополнительные данные, такие как высота, маршрут, номер борта, а также государственная принадлежность.
Разновидности радиолокационных станций
Радары могут разделяться длиной и частотой волн, на которых они действуют. В частности, когда исследуется земная поверхность и при работе на больших расстояниях, используются волны 0,9—6 м и 0,3—1 м. В управлении воздушного движения используются радары с длиной волн 7,5—15 см, а в загоризонтных радарах на станциях по обнаружению запусков ракет применяются 10-100-метровые волны.
Из истории развития радиолокации
Замысел об использовании радиолокации возник следом за открытием радиоволн. Так, в 1905 году сотрудником компании Siemens Кристианом Хюльсмейером был создан прибор, который при помощи радиоволн мог обнаруживать наличие крупных металлических объектов. Изобретателем было предложено устанавливать такие приборы на судах во избежание столкновений, например, при туманах. Тем не менее, в судовых компаниях не была выражена заинтересованность в новом приборе.
Были проведены радиолокационные исследования и на территории России. Так, еще в конце XIX столетия русским ученым Поповым было обнаружено то, что наличие металлических объектов препятствует распространению радиоволн.
В начале двадцатых годов американскими инженерами Альбертом Тейлором и Лeo Янгом при помощи радиоволн был обнаружен проплывающий корабль. Тем не менее, из-за того, что радиотехническая промышленность той поры была неразвитой, создавать радиолокационные станции в промышленных масштабах не представлялось возможным.
К производству первых радиолокационных станций, с помощью которых решались бы практические задачи, приступили в Англии в 30-х годах. Эта аппаратура была чрезвычайно громоздкой и могла устанавливаться либо на земле, либо на больших кораблях. Лишь в 1937 году создали первый миниатюрный радар, который можно было бы устанавливать на самолетах. В результате, перед Второй мировой войной у англичан имелась развернутая сеть с радиолокационными станциями именуемая Chain Home.
Радары периода Холодной войны
Во времена Холодной войны в Соединенных Штатах и в Советском Союзе появилась новая разновидность разрушительного оружия. Конечно же, это было появление межконтинентальных баллистических ракет. Своевременное выявление пусков таких ракет было животрепещущим.
Советский ученый Николай Кабанов предложил идею использовать короткие радиоволны для выявления воздушных судов противника на значительных дистанциях (до 3000 км). Все было достаточно просто. Ученый смог обнаружить, что 10-100-метровые радиоволны имеют расположенность к отражению от ионосферы.
Таким образом, при облучении целей на земной поверхности, они возвращаются также обратно к радарам. Позднее, основываясь на этой идее, ученые смогли разработать радары с загоризонтным обнаружением пуска баллистических ракет. Образцом таких установок может быть «Дарьял» — радиолокационная станция. Она целые десятилетия была в основе советских систем по предупреждению запусков ракет.
На сегодняшний день самым перспективным направлением в развитии радиолокационных систем принято считать создание радиолокационных станций с фазированными антенными решетками (ФАР). Такие устройства обладают не одним, а сотнями излучателей радиоволн. Всем их функционированием руководят мощные компьютеры. Излучаемые с помощью разных источников в ФАР радиоволны могут усиливаться одна другой, или наоборот, когда они будут совпадать по фазе либо ослабляться.
Сигналам радиолокационных станций с фазированными решетками могут придаваться любые необходимые формы. Они могут перемещаться в пространстве при отсутствии изменений в положениях самих антенн, а также функционировать на разных частотах излучения. Радары с фазированными решетками считаются надежнее и чувствительнее, чем такие же устройства с обычными антеннами.
Тем не менее, подобные радары обладают и недостатками. Самыми большими проблемами в радиолокационных станциях с ФАР являются их системы охлаждения. Более того, такие радарные установки отличаются чрезвычайной сложностью в процессе производства, а также весьма дорогостоящие.
Комплексы радаров с ФАР
О новых радиолокационных станциях с фазированными решетками известно то, что они уже сейчас устанавливаются на истребителях пятого поколения. Такие технологии используются в американских системах с ранним предупреждением о ракетных нападениях. Радиолокационные комплексы с ФАР предполагается устанавливать на «Арматах» — новейших танках российского производства. Многие эксперты отмечают, что РФ входит в число мировых лидеров, успешно разрабатывающих радиолокационные станции с ФАР
