1. Huvudstadierna i utvecklingen av AWACS
Huvudproblemet som uppstår vid utformningen av AWACS är att (för att få stora måldetekteringsområden) måste radarn nödvändigtvis ha ett stort antennområde, och som regel finns det ingenstans att placera den ombord. Den första framgångsrika AWACS utvecklades för mer än 60 år sedan och lämnar fortfarande inte scenen. Det skapades på grundval av en däcktransportör och fick namnet E2 Hawkeye.
Svamp
Huvudtanken med alla AWACS vid den tiden var att placera en roterande antenn i en "svamp" ovanför flygkroppen.
Radaren bestämmer koordinaterna för målet genom att mäta målets räckvidd och två vinklar: horisontellt och vertikalt (azimut och höjd). Det är ganska enkelt att uppnå hög noggrannhet av avståndsmätning - det räcker för att exakt bestämma returtiden för ekosignalen som reflekteras från målet. Bidraget från vinkelmätningsfelet är vanligtvis mycket större än bidraget från intervallfelet. Mängden vinkelfel bestäms av radarstrålens bredd och är vanligtvis cirka 0,1 strålbredd. För platta antenner kan bredden bestämmas med formeln α = λ / D (1), där:
α är strålbredden, uttryckt i radianer;
λ är radarvåglängden;
D är antennlängden längs motsvarande koordinat (horisontellt eller vertikalt).
Vid den valda våglängden måste antennstorleken maximeras utifrån flygplanets kapacitet för att begränsa strålen så mycket som möjligt. Men en ökning av antennens storlek leder till en ökning av mitten av "svampen" och förvärrar aerodynamiken.
Nackdelar med pannkaka
Hokai -utvecklarna bestämde sig för att överge användningen av platta antenner och bytte till en TV -antenn av "vågkanal" -typ. En sådan antenn består av en längsgående stång, över vilken ett antal vibratorrör är installerade. Som ett resultat är antennen endast placerad i horisontalplanet. Och "svamp" -hatten blir snarare till en horisontell "pannkaka", vilket nästan inte förstör aerodynamiken. Strålningsriktningen för radiovågor förblir horisontell och sammanfaller med bommens riktning. Diametern på "pannkakan" är 5 m.
Naturligtvis har en sådan antenn också allvarliga nackdelar. Med en vald våglängd på 70 cm är azimutstrålens bredd fortfarande acceptabel - 7 °. Och höjdvinkeln är 21 °, vilket inte tillåter mätning av målens höjd. Om, när man siktar på stridsbombplan (IS), är okunskap om höjden obetydlig, på grund av den inbyggda radarens (radarn) förmåga att mäta själva målhöjden, så räcker inte sådan data för att skjuta upp missiler. Det är inte möjligt att begränsa strålen genom att minska våglängden, eftersom "vågkanalen" vid korta våglängder fungerar sämre.
Fördelen med 70 cm -intervallet är att det avsevärt ökar synligheten för smygflygplan. Detektionsområdet för en konventionell IS uppskattas till 250-300 km. Den lilla massan av Hokai och dess billighet har lett till att dess produktion inte har avbrutits.
AWACS
Kravet på att öka detekteringsområdet och förbättra spårningsnoggrannheten ledde till utvecklingen av ett nytt AWACS AWACS baserat på Boeing-707 för passagerare. En platt vertikal antenn på 7, 5x1, 5 m placerades i "svampen" och våglängden reducerades till 10 cm. Som ett resultat minskade strålbredden till 1 ° * 5 °. Radarens noggrannhet och brusimmunitet har ökat dramatiskt. IS -detektionsområdet har ökat till 350 km.
Analog av AWACS i Sovjetunionen
I Sovjetunionen utvecklades den första AWACS på grundval av Tu-126. Men dess radars egenskaper var medelmåttiga. Sedan började de utveckla en analog av AWACS. Inget tungt passagerarföretag hittades. Och de bestämde sig för att använda transportflygplanet Il-76, vilket inte var särskilt lämpligt för AWACS.
Överdriven kroppsbredd, stor massa (190 ton) och oekonomiska motorer orsakade överdriven bränsleförbrukning. Dubbel så mycket som AWACS. Stabilisatorn, höjd till toppen av kölen och placerad bakom "svampen", när antennen vände till svanssektorn, fick radarstrålen att reflekteras till marken. Och störningen orsakad av ryggreflektioner från marken störde starkt upptäckten av mål i svanssektorn.
Inga radaruppgraderingar kan eliminera nackdelarna med denna bärare. Även byte av motorer med mer ekonomiska tog inte bränsleförbrukningen till AWACS -nivån. Detektionsområde och noggrannhet var nästan lika bra som AWACS. Men AWACS kommer också att fasas ut under de kommande åren. Skillnaden i media påverkar också operatörernas arbete. IL-76 är inte ett passagerarflygplan, komfortnivån i det är inte hög. Och besättningens trötthet i slutet av skiftet är betydligt högre än i Boeing-707.
ERA AFAR
Tillkomsten av radar med aktiva fasade antennarrayer (AFAR) har förbättrat radarprestandan avsevärt. AWACS dök upp utan "svampen". Till exempel FALKON baserat på Boeing-767. Men även här ledde användningen av de färdiga medierna inte till bra resultat. Närvaron av en vinge i mitten av flygkroppen ledde till att sidan AFAR måste delas i hälften. AFAR, installerat framför vingen, strålade framåt och i sidled. Och AFAR bakom vingen - bakåt i sidled. Men det var inte möjligt att få en AFAR av ett stort område.
Vår A-100 fick en "svamp". I stället för en roterande antenn installerades en AFAR inuti "svampen". Det var nödvändigt att byta ut bäraren, men detta hände inte. Detektionsområdet har (enligt uppgift) ökats till 600 km. Men bärarens brister försvann inte. A-50-parken är i ett bedrövligt tillstånd. Av de återstående planen flyger 9 (och även då sällan). Tydligen finns det inte tillräckligt med pengar för vanliga flyg. Avsaknaden av vanliga AWACS-flygningar leder till det faktum att fienden är övertygade om att hans missilskjutare av låg höjd av Tomahawk-typ lätt kommer att passera vår gräns obemärkt.
Till skillnad från USA finns det inga ballongradarer i Ryska federationen för att bevaka marina gränser. Och kullarna vid kusten, där det skulle vara möjligt att installera en övervakningsradar, finns inte heller överallt. På land är situationen ännu värre. Tomahawks, med hjälp av terrängens veck, kan passera radarstationen på bara några kilometers avstånd. Man tror att kryssningsmissiler (CR) flyger över land på 50 m höjd. Men moderna digitala kartor över området har blivit så detaljerade att de till och med kan visa enskilda höga föremål. Sedan kan höjdflygprofilen plottas på märkbart lägre höjder. Över havet flyger KR: er i höjder av cirka 5 m. Följaktligen gäller inte försvarsministeriets uttalande om skapandet av ett kontinuerligt radarfält i Ryska federationen inte KR.
En innovativ idé
Slutsatsen antyder sig själv - det är nödvändigt att utveckla en specialiserad transportör som låter dig placera ett stort område AFAR, vars koncept författaren föreslår.
Enligt hans uppfattning kommer massan av en sådan AWACS att vara betydligt mindre än AWACS -massan. Och detekteringsområdet ꟷ är mycket större. Kostnaden per drifttimme blir måttlig. Detta gör det möjligt att genomföra regelbundna flygningar (men naturligtvis inte enligt schemat). Samtidigt är det viktigt att fienden inte vet när, var och längs vilken bana flygningen kommer att äga rum.
2. Motivering av konceptet med en lovande UAV AWACS
Det tidigare världsomfattande konceptet "AWACS -flygplan - luftkommandopost" är hopplöst föråldrat. AWACS kan släppa all information på en höghastighetslinje till en markkommandopost på ett avstånd av 400-500 km. Om det behövs kan du använda en UAV -repeater, vilket ökar kommunikationsområdet till 1300 km. Närvaron av en stor besättning ombord på det tidigare AWACS gör det nödvändigt att tilldela tjänstgörande informationssäkerhetsansvariga för deras skydd. Därför blir kostnaden för en timme av deras drift oöverkomlig.
Vidare beaktas endast UAV AWACS. Vi kommer också att överge kravet för att säkerställa samma detektionsområde i alla riktningar. I de flesta fall patrullerar AWACS i en säker zon och övervakar vad som händer i fiendens zon eller i ett visst område på sitt eget territorium. Därför kommer vi att kräva att AWACS måste ha minst en sektor med en bredd på 120 °, där ett ökat detekteringsintervall tillhandahålls. Och i de återstående sektorerna tillhandahålls endast självförsvar.
Den enda platsen på planet där en stor APAR kan placeras är sidan av flygkroppen. Men mitt i flygkroppen finns det oftast en vinge. Även när du använder schemat, det övre planet (som på IL-76), tillåter vingen inte att se det övre halvklotet. Vägen ut ur situationen blir att höja AWACS -spåret till en sådan höjd att nästan alla mål kommer att ligga under det. Och ingenting hindrar deras upptäckt.
Upptäckten av mål på hög höjd blir något lättare om du använder en V-formad vinge. Utan förlust av vingkvalitet kan stigningsvinkeln vara upp till 4 °. Då är den maximala måldetekteringsvinkeln vid vilken radarstrålen ännu inte reflekteras från vingen 2ꟷ3 °. Låt oss anta att AWACS ligger på 16 km höjd. Om målet sedan flyger på maximal höjd för IS på 20 km, kommer det att vara i AWACS -detekteringszonen tills det flyger på ett avstånd av mindre än 80 km. Om det är nödvändigt att följa detta mål på närmare avstånd, kan AWACS luta längs en rulle med ytterligare 5 ° och fortsätta spåra upp till en räckvidd på 30 km.
För att minska AFAR -vikten måste den utföras med hjälp av tekniken för avgivande beklädnad, där de släppande slitsarna skärs in i beklädnaden och förseglas med glasfiber. AFAR: s mottagarmoduler (TPM) är fästa på huden och överskottsvärmen från TPM dumpas direkt på huden. Som ett resultat minskar massan av APAR betydligt.
3. UAV: s utformning och uppgifter
Det bör erinras om att författaren inte är specialist på flygplanskonstruktion. Visas i fig. 1 visar diagrammet (liksom måtten) snarare kraven för placering av radarantenner. Detta är inte en plan för en riktig UAV.
Det antas att UAV: s startvikt kommer att vara 40 ton. Vingbredden är 35ꟷ40 m. Flyghöjden är 16ꟷ18 km. Vid en hastighet av cirka 600 km / h. Motorn måste vara ekonomisk. Modellerad på Global Hawk -designen bör motorn i ett passagerarplan tas. Till exempel PD-14. Och ändra den för flygning på hög höjd. Bränslevikt 22 ton. Flygtid minst 20 timmar. Start / körlängd 1000 m.
Den höga vingpositionen tillåter inte användning av ett konventionellt landningsutrustning med tre pelare. Vi måste använda ett cykelchassi som U-2. Naturligtvis fungerar inte banan med vingen i slutet av körningen, som på U-2, här. Och det är svårt att använda stödhjulen förlängda åt sidan. På grund av det faktum att sidoytan upptogs av AFAR.
Det föreslås att de sista 7 m av vingen fälls, som på skeppsflygplan. Men de ska inte stiga, utan sjunka nedåt i en vinkel på 40–45 °. För att inte röra landningsbanan. Stödhjul är installerade på vingspetsarna. Som vid plötsliga vindstötar springer in i landningsbanan. Den långa vinglängden ger en låg belastning på hjulet. I slutet av körningen vilar UAV på en av dem.
Därefter kommer vi att överväga möjligheterna att placera en sida AFAR. Bästa radarprestanda uppnås när antennen har största möjliga yta och antennformen är nära en cirkel eller kvadrat. Tyvärr, på en riktig UAV, kommer formen alltid att skilja sig väsentligt från den optimala - höjden är mycket mindre än längden.
Valet av form och storlek på flygkroppen kan endast utföras av erfarna flygtekniker. Tja, låt oss nu överväga två teoretiskt möjliga varianter av APAR -formen, som har samma område. Det första alternativet (16x2, 4 m) kommer att anses vara det mest realistiska. Och den andra (10, 5x3, 7 m) - kräver ytterligare studier.
Låt oss överväga det första alternativet, där flygkroppslängden kommer att vara 22 m. Designfunktionen är närvaron av ett långsträckt luftintag som passerar under vingen. Detta gjorde det möjligt att öka höjden på skrovets sidoyta. AFAR visas med en streckad linje.
AFAR arbetar i våglängdsområdet 20 - 22 cm, vilket gör det möjligt att använda en AFAR för att lösa problemen med radar, tillståndsidentifiering och anti -störningskommunikation med kommandoposten. En annan fördel med detta intervall (i jämförelse med intervallet 10 cm för A-50) är att bildförstärkaren för smygmål, från våglängder på 15–20 cm, ökar med ökande våglängd.
I näsan (under kåpan) finns en elliptisk AFAR med en storlek på 1,65 × 2 m. På grund av att näsantennen inte ger den erforderliga azimutmätnoggrannheten finns två rent mottagande AFAR dessutom placerade i framkanterna av vingen. Avståndet från flygkroppen till vingantennen är 1,2 m. Vingen AFAR är en rad med 96 mottagande moduler med en total längd på 10,6 m.
Arbetsområde för vinklar nasal AFAR ± 30 ° * ± 45 °. Användningen av vingmonterade APAR kommer att öka detektionsområdet något (med 15%). Men azimutens mätfel kommer att minska radikalt (med en faktor 5-6).
I svansdelen finns bara kommunikationslinjeantennen. Därför finns det i det bakre halvklotets synfält en”död” zon med en bredd på ± 30 °.
För att spara flygplanets vikt använder kommunikationskomplexet samma AFAR som huvudkanalen. Med deras hjälp tillhandahålls höghastighet (upp till 300 Mbit / s) och bullerimmun överföring av information till en mark- eller fartygskommunikationspunkt. För att ta emot information vid kommunikationspunkter installeras sändtagare i intervallet 20ꟷ22 cm. Det finns inga särskilda krav för antennerna för dessa sändtagare. Fienden kan inte skapa störning av sådan kraft, vilket kan undertrycka signalen från AWACS -radarn. Och det är möjligt att överföra information från en kommunikationspunkt till AWACS vid låga hastigheter.
3.1. Radardesign
AFAR -sidan ska placeras 25 cm under vingens nedre kant. Sedan kan den skanna det nedre halvklotet i hela azimutområdet på ± 60 ° tillgängligt för det. På det övre halvklotet, vid höjdvinklar på mer än 2 - 3 °, börjar vingen störa. Därför är AFAR uppdelat i två halvor. Fronten är placerad under vingen och kan inte skanna uppåt. Den bakre halvan kan skanna uppåt i ett azimutintervall på ± 20 °, där dess stråle inte berör varken vingen eller stabilisatorn. Höjdskanningen för denna halva kommer att vara från + 30 ° till -50 °.
Lateral AFAR innehåller 2880 PPM (144 * 20). Pulseffekt PPM 40W. Effektförbrukningen för denna AFAR är 80 kW. Strålbredden är 0,8 ° * 5,2 °, vilket är ännu något smalare än AWACS. Därför kommer noggrannheten för målspårning att vara högre än AWACS. Särskilt stora vinster förväntas inom måldetekterings- och spårningsområdet. För det första är AWACS -antennområdet 10 kvadratmeter. m. Och AFAR -området är 38 kvm. m. För det andra skannar AWACS -antennen jämnt hela 360 °. Och den laterala AFAR bara dess 120 ° och även då ojämnt: i de riktningar där det finns en misstanke om närvaron av ett mål skickas mer energi och osäkerheten elimineras (det vill säga att detekteringsområdet i dessa riktningar ökar).
Nasalantennen innehåller 184 PPM med 80 W pulserad effekt och vätskekyld. Strålbredd 7,5 * 6 °, skanningsvinklar ± 60 ° i azimut och ± 45 ° i höjdled.
Max radarförbrukning för radaren är 180 kW. Radarens totala vikt är 2ꟷ2,5 ton. Primalkostnaden för radarmodellen kommer tydligen att uppgå till 12ꟷ15 miljoner dollar.
4. AWACS uppgifter och funktion
När den används i en maritim teater måste en UAV tillhandahålla informationsstöd för KUG på ett avstånd av upp till 2ꟷ2,5 tusen km från hemmaflygplatsen. Även på sådana avstånd kan den vara i tjänst i minst 12 timmar. I tjänstens område måste UAV skyddas av KUG: s luftförsvarssystem, det vill säga den måste tas bort till ett avstånd av ingen mer än 150-200 km. Om det finns risk för en attack måste UAV återvända under skydd av KUG på ett avstånd av högst 50 km. I denna situation måste UAV -radarn och KUG -radarn fördela mellan sig detektionszonerna för attackerande luftmål. På nedre halvklotet detekterar en UAV och högre mål - en luftförsvarssystemradar.
Låt oss ta hänsyn till att med en flyghöjd på 16 km kommer fiendfartygens detekteringsradie att vara 520 km. Det vill säga att kontrollcentralens uppnådda räckvidd kommer att säkerställa lanseringen av Onyx missilsystem mot hela fartyget vid dess fulla flygområde.
Vid eskortering av hangarfartyg och UDC: er som inte har däck -AWACS kan UAV delta i luftvingens handlingar. Förutom den traditionella detekteringen av luft- och havsmål kan UAV, med hjälp av den extremt höga energipotentialen i laterala AFAR, upptäcka fiendens radiokontrastmål, liksom banan för kanoner med stor kaliber. Dessutom kan UAV detektera rörliga pansarfordon.
5. Radarens prestandaegenskaper
Laterala AFAR -egenskaper
Detektionsområde i riktning för sidantennens axel:
- stridsflygplan typ F-16 med bildförstärkare 2 kvm. m på en höjd av 10 km - 900 km;
- RCC med bildförstärkare 0, 1 kvm. m - 360 km;
- styrd missiltyp AMRAAM med en effektiv reflekterande yta (EOC) 0,03 kvm. m - 250 km;
- artilleri skal av 76 mm kaliber med en bildförstärkare på 0, 001 kvm. m - EOP 90 km;
- en missilbåt med ett bildförstärkningsrör 50 kvm. m - 400 km;
- förstörare med bildförstärkare 1000 kvm. m - 500 km;
- en tank som rör sig med en hastighet av 3 m / s och en bildförstärkare på 5 kvm. m - 250 km.
Vid gränserna för azimutavsökningszonen lika med ± 60 ° minskar detektionsområdet med 20%.
Felet vid en enda mätning av vinklar ges för ett område som är lika med 80% av detekteringsområdet för motsvarande mål:
- i azimut - 0, 1 °, - i höjdled - 0, 7 °.
I processen med målspårning minskar vinkelfelet med 2-3 gånger (beroende på målets manövrar). När målområdet minskas till 50% av detektionsområdet, halveras felet för en enda mätning.
Nackdelen med att AFAR mäter 16x2, 4 m är just den låga noggrannheten vid mätning av höjdvinkeln. Till exempel är felet vid mätning av F-16 IS: s höjd på 600 km 2 km.
Om det var möjligt att implementera den andra versionen av den laterala AFAR som mäter 10, 5x3, 7 m, skulle detektionsområdet för IS öka till 1000 km, och felet vid mätning av höjden på ett avstånd av 600 km skulle minska till 1,3 km. Skrovlängden skulle reduceras till 17 m.
Egenskaper för nasal AFAR
Detektionsområde i riktningen för näsantennens axel:
- fighter med bildförstärkare 2 kvm. m - 370 km;
- RCC med bildförstärkare 0, 1 kvm. m - 160 km;
- en guidad missil av typen AMRAAM med en bildförstärkare på 0,03 kvm. m - 110 km;
- en missilbåt med ett bildförstärkningsrör på 50 kvm - 300 km;
- förstörare med bildförstärkare 1000 kvm. m - 430 km;
- en tank som rör sig med en hastighet av 3 m / s och en bildförstärkare på 5 kvm. m - 250 km.
Envinkelmätfel:
- azimut: 0, 1 °;
- höjdvinkel: 0,8 °.
Vid målspårning reduceras mätfelet med 2-3 gånger.
Kostnaden för sidan AFAR beror på batchstorleken. Vi kommer att fokusera på priset på $ 5 miljoner. Då blir den totala kostnaden för radarstationen 14 miljoner dollar. Det är mycket billigare än analoger som finns på världsmarknaden.
6. Taktiken för att använda AWACS i en landsteater
AWACS: s kombinerade vapen har till uppgift att belysa luftsituationen till ett stort djup över grannstaternas territorium och att registrera rörelser av stora trupper i gränszonen upp till 300 km djup. Under speciella omständigheter kan rent lokala uppgifter också ställas. Till exempel att eskortera en farlig terrors bil. För att klockan ska fortsätta kontinuerligt under hela den hotade perioden är det viktigt att kunna minska kostnaden för en timmes klocka så mycket som möjligt.
UAV måste patrullera längs gränserna på avstånd som garanterar dess säkerhet. Om fienden har ett långväga luftförsvarssystem eller IS-flygfält i gränszonen bör detta avstånd vara minst 150 km.
För att förhindra risken för nederlag i krig är det nödvändigt att säkerställa skyddet av UAV med sina egna luftförsvarsmedel. Det billigaste sättet är att använda ett par luftförsvarsmissilsystem som kan täcka en förflyttningszon med en längd på 150-200 km. I avsaknad av egna luftförsvarssystem kan avståndet från gränsen ökas till 200 km. Detta, samtidigt som det säkerställer ett långt detekteringsintervall av attackerande missiler (och fiendens krigare), kommer att göra det möjligt att utföra en reträttmanöver djupt in i sitt eget territorium med uppkomsten av IS -officerare i tjänst från närmaste flygfält.
Under fredstid behöver du inte använda sådant skydd. Och UAV kan kryssa direkt längs gränsen. Samtidigt kan den upptäcka rörliga fordon på egen hand, men utan att känna igen deras typ. I detta avseende uppnås den bästa effektiviteten genom att kombinera erkännande av specifika mål med hjälp av optisk spaning som arbetar på fiendens territorium (eller från en satellit) och spåra de upptäckta målen med hjälp av en UAV.
Till exempel, om en scout upptäcker ett terroristfordon, kan AWACS -operatören sätta det på automatisk spårning och spåra fordonets rörelse även på vägar i närheten av andra fordon, samt ringa en attack UAV för att förstöra dem.
7. Slutsatser
Il-76-flygplanet, som är bärare av det nya A-100 AWACS-komplexet, har inte förändrats i grunden. Och det kommer inte att vara möjligt att radikalt minska kostnaden för en timmes drift. Därför kan du inte räkna med dess regelbundna användning. Trots radarens förbättrade egenskaper.
Den föreslagna AWACS UAV ger ett detekteringsintervall som är 1,5 gånger större än A-100. Väger fyra gånger mindre. Och det förbrukar fem gånger mindre bränsle.
Långt detekteringsområde gör att du kan styra fiendens luftrum från säkra avstånd (200 km) och inte använda säkerhetsinformationssäkerhet.
Den ökade flyghöjden gör det möjligt att upptäcka mark- och ytmål på avstånd upp till 500 km.
Flygets långa varaktighet gör det möjligt att använda UAV för att eskortera KUG, stödja amfibieoperationer och AUG -åtgärder på ett avstånd av upp till 2500 km från flygfältet.
Integration av radar, tillståndsidentifiering och kommunikationsfunktioner i en AFAR gjorde det möjligt att ytterligare minska utrustningens vikt och kostnad.
Måttliga kostnader för enheterna kommer att säkerställa UAV: s höga konkurrenskraft.
