CC BY
96
-автоматизированные системы управления процессами жизнедеятельности вокзального комплекса, направленные на снижение энергозатрат, использование альтернативных источников энергии, внедрение устройств для создания благоприятного климата внутри здания вокзала, внедрение новейших информационно-справочных устройств и
др.;
- автоматизированные системы обеспечения транспортной безопасности и снижения рисков чрезвычайных ситуаций (новейшие системы контроля технической безопасности и системы пожаротушения, автоматическая система мониторинга и технического состояния здания и др.),
- технологии «зеленого здания» (системы обеззараживания воздуха внутри вокзала, системы экологического мониторинга, устройства для сбора дождевой воды, озеленение привокзальной территории и отдельных залов вокзала).
Данные системы должны быть адаптированы к местным условиям, прежде всего, к географическому положению вокзала, климатическим особенностям района, возможности использования различных видов альтернативных возобновляемых источников энергии.
Заключение. Бурное развитие рынка железнодорожных перевозок ведет к развитию рынка всего спектра подвижного состава и путевых машин. За последние 25 лет железнодорожный парк России и наших партнеров по Таможенному союзу и СНГ существенно износился, назрела объективная необходимость в его обновлении. И с середины «нулевых» из года в год растет объем заказов на продукцию нового поколения железнодорожного
машиностроения. На первый план выходит экономическая эффективность поступающей в эксплуатацию техники и технологий. Эта проблематика многогранна, она включает в себя стоимость разработки продукта и его производство, а также стоимость содержания на протяжении всего жизнен-
ного цикла, производительность и привлекательность для конечных потребителей - пассажиров и в несколько меньшей степени - грузоотправителей.
Надежность и долговечность, ремонтопригодность и энергоэффективность, экологичность - вот какие требования предъявляет сегодняшний и уж тем более завтрашний, потребитель к подвижному составу и железнодорожной технике в целом.
При этом важен комплексный подход - кроме самой техники с улучшенными эксплуатационными характеристиками потребуются оборудование и кадры для ее обслуживания.
Технику и технологии, которые будут востребованы через 10 лет, нужно проектировать уже сейчас, чтобы ее образцы были своевременно подготовлены.
В заключение можно выделить стратегические направления инновационного развития ОАО «РЖД», в которых участвует Самарский Государственный Университет Путей Сообщения (СамГУПС) и Пензенский Государственный университет (ПГУ):
1- Совершенствование системы управления перевозочным процессом и транспортной логистики; 2- Обновление инфраструктуры; 3- Обновление подвижного состава; 4- Совершенствование системы управления и обеспечения безопасности движения поездов, снижение рисков чрезвычайных ситуаций; 5- Повышение надежности работы и увеличение эксплуатационного ресурса технических средств; 6-Корпоративной системы управления качеством, охраны окружающей среды, системы технического регулирования; 7- Развитие высокоскоростного движения; 8- Повышение экономической эффективности деятельности компании; 9- Повышение энергетической эффективности деятельности компании; 10- Разработка и внедрение новых технологий по охране окружающей среды; 11- Совершенствование системы технической диагностики; 12- Внедрение инновационных спутниковых и геоинформационных технологий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мальцева П. П. Нанотехнологии. Наноматериалы. Наносистемная техника. Мировые достижения -2008 год : сборник / под ред. П. П. Мальцева. - М. : Техносфера, 2008. - 432 с. : цв.ил. - (Мир материалов и технологий).
2. Мамонтов Д. Наука. Десять в минус девятой/ Мамонтов Д.// Популярная механика. - 2011. - № 4.
3. Старостин, В. В. Материалы и методы нанотехнологии: учебное пособие / В. В. Старостин ; под общ. ред. Л. Н. Петрикеева. - М. : Бином. Лабораторий знаний, 2011. - 431 с.
4. http://www.rzd.ru - официальный сайт ОАО «РЖД»
5.Перевертов В.П. Материаловедение: конспект лекций/ В.П.Перевертов.-Самара: СамГУПС, 2016.-136с.
6.Перевертов В.П., Андрончев И.К., Абулкасимов М.М. Качество продукции и услуг в сочетании с качеством управления. «Надежность и качество 2 017» Труды Международ.симпозиума.Т.1. - Пенза: изд-во ПГУ,2017.-С.116-120
7.Андрончев И.К., Перевертов В.П. Стратегия интерсубьектной надежности сложных технических систем железнодорожного транспорта. «Надежность и качество2 017»Труды Междунар.симпозиума.Т.1.-Пенза: ПГУ,2017.-С.7 0-7 3
УДК
Юрков1 Н.К., Горячев1 Н.В., Кузина2 Е.А.
гФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия 2ФГАОУ ВО «Московский технологический университет» МИРЭА, Москва, Россия
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАСТРОФИЧЕСКОГО ОТКАЗА В ЭЛЕКТРОРАДИОКОМПОНЕНТАХ И СИСТЕМАХ
Проводится анализ существующих методов подавления функционирования радиоэлектронных средств посредством принудительного внешнего воздействия. Показано, что вероятность функционального подавления электро-радиокомпонентов во многом зависит от внешних воздействий, среди которых выделяются сверхширокополосные сигналы. Предлагается способ двухфакторного функционального подавления беспилотного летательного аппарата.
Обеспечение высокой эксплуатационной надежности сложных технических систем (СТС), к которым относятся современные радиоэлектронные средства (РЭС) двойного назначения, является актуальной проблемой. Следует отметить, что радиоэлектронные средства напрямую связаны с жизнеобеспечением человека и поэтому достижению их высочайшей надежности посвящено множество научно-практических исследований.
Снижение надежности РЭС связано с дальнейшей микроминиатюризацией электро- радио- изделий (ЭРИ) и прежде всего с увеличением степени интеграции микросхем, уменьшением геометрических размеров элементов, снижением толщин диэлектри-
ков и глубин залегания р—п переходов, увеличением сложности и энерго- насыщенности современных РЭС, усложнением электромагнитной обстановки, наличием разнообразных электромагнитных полей при производстве, транспортировке и эксплуатации РЭС и комплектующих ее элементов. Это привело к тому, что отказы ЭРИ из-за пробоев достигают до 40-50% всех отказов на начальных этапах жизненного цикла и 20-25%- на последующих.
Современные РЭС созданы на основе сверхплотного монтажа, субмиллиметровой техники и работают с тактовыми частотами сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона. Это значительно затрудняет проблему обеспечения заданного уровня надежности
аппаратуры. Но современный уровень развития радиоэлектроники позволяет решить эту важнейшую задачу. На решение проблемы обеспечения надежности функционирования РЭС значительное влияние оказывает анализ условий ее эксплуатации.
Как известно, на этапах жизненного цикла сложной технической системы существует множество объективных и субъективных факторов, определяющих правильное функционирование системы. К объективным факторам, определяющим надежность СТС, относятся различные внешние воздействия (механические, климатические, биологические, радиационные и электромагнитные воздействия естественного фона, агрессивные среды и др.). Количественные оценки влияния подобных факторов во многом определяются защитными средствами СТС, которые закладываются в процессе ее проектирования и изготовления.
Степень влияния субъективных факторов определяет человек в процессе проектирования СТС осуществляя правильный выбор элементов и материалов, обеспечивая нормальные (предусмотренные техническими условиями) режимы функционирования отдельных элементов, так и системы в целом.
Кроме указанной классификации по характеру действия факторы можно разделить на конструктивно-производственные и эксплуатационные. Остановимся только на эксплуатационных факторах.
Как известно, СТС характеризуется своими функциональными характеристиками (характеристиками назначения) Ф, сложностью Ыг энергопотреблением Шг массой И, надежностью Т0, и стоимость С; они представляют взаимосвязанный комплекс Ф—N — Ж—Т0 — С . Обобщенный показатель качества для определенного вида непрерывно совершенствуемой аппаратуры можно представит так: = уфщ^ж(О,С(0],То(М7),^(О,СО)},
которая отражает взаимосвязь качества и надежности.
В теории надежности преимущественно применяют два подхода - вероятностно-статистический, основанный на наблюдении за наработкой, функционированием СТС и их отказами. При этом необходимые объемы экспериментальных данных об отказах должны копиться до их достоверных объемов, что в условиях современного мелкосерийного производства не достижимо и за десятилетия. Актуальными становятся физические методы изучения закономерностей появления отказов [1].
Общая физическая модель возникновения отказов основана на следующих постулатах.
Внешнее по отношению к СТС воздействие порождает в нем энергию разнообразного типа, которая создает напряжение
е1=Т /,
ЕI — уровни энергии вида 1,2, ..., шг подводимой к объекту; е — уровни энергии вида 1,2,...,т, запасенной в объекте; к/ — коэффициент преобразования, показывающий связь подводимой энергии вида 1 с запасенной энергией вида / .
Под воздействием запасенной энергии происходит рост объема дефектов и (или) энергии или критической величины объема дефектов в объекте и наступает отказ. При этом случайный характер отказа обусловлен стохастическим характером видов и уровней нагрузок, воздействующих на объект, а также прочностных и других показателей его структурных звеньев.
Для обеспечения надежной работы СТС создаются защиты и (или) компенсации проникающий энергий, но в некоторых приложениях актуальна задача определения вида энергии (воздействия) на сложную систему, пути проникновения которой открыты и (или) сложны (дороги) для их осуществления. Подобные задачи возникают в случаях, например, радиоэлектронного противодействия с малыми летательными аппаратами, когда ставится задача уничтожения (создания катастрофического отказа)
и необходимо определить пути функционального поражения систем в процессе организации внешнего по отношению к СТС воздействия.
Ставится обратная задача теории надежности -по конструктивно-технологическим параметрам СТС определить величины внешних воздействий (совокупности подобных), приводящие к потере функциональности (появления катастрофического отказа) заданного устройства.
Радиоэлектронная борьба подразумевает разработку специализированных комплексов и средств борьбы с малоразмерными целями, основанных на применении нетрадиционных видов оружия. В задачах организации радиоэлектронного противодействия актуально наличие теоретических основ получения катастрофического отказа в сложной системе.
В современном мире электронные системы подвергаются преднамеренному внешнему воздействию, например, сверхвысокочастотному облучению (СВЧ-излучению). Механизмы функционального поражения целей СВЧ-излучением основаны на передаче энергии электромагнитной помехи (ЭМП) промежуточному носителю, что вызывает [2]:
нагрев материала конструкции цели; создание наводок в кабельных сетях; образование электрического разряда, что в свою очередь приводит к: нагреву мишени; созданию ударной волны;
образованию скачка электрического потенциала мишени;
появлению вторичных электромагнитных полей; термоэлектронному воздействию; электронному удару.
Проникновение энергии поражающего фактора к уязвимому элементу цели приводит к:
затеканию электромагнитного импульса (ЭМИ) в корпуса;
прохождению ЭМИ через антенно-фидерные устройства (АФУ);
распространению наводок по кабельным линиям; теплообмену.
Все указанные факторы могут привести к мгновенному самовосстанавливающемуся отказу, но их совокупное влияние позволяет достичь катастрофического отказа устройства.
Рассмотрим физические основы отказа интегральной микросхемы (ИС), связанные с утечкой, пробоем и (или) пережогом, при которых повреждается микросхема с нарушением ее структуры или разрушении внутренних соединений из-за увеличения проводимости в локальной области под воздействием наведенного электрического поля. Отказы ИС и полупроводниковых приборов, связанные с утечками, пробоями и пережогами, являются одним из наиболее распространенных отказов современного РЭС [3]. Отметим, что природа отказов, связанных с утечками, пробоями и пережогами, оспаривается производителями компонентов, которые утверждают, что физической причиной последних является наличие в структуре полупроводника производственно-технологических дефектов. С другой стороны, она также связана с воздействием взаимосвязанных с взаимозависимых факторов, охватывающих этапы не только разработки и производства ИС, но и с режимами и условиями их применения в РЭС, особенностями эксплуатации.
Имеется три основных вида разрушений в ИС при возникновении в них утечек, пробоев и пережогов: пробой (утечка) р — п переходов полупроводнике (диоды, транзисторы) и в активных элементах ИС;
пробой (утечка) в пассивирующих окислах и подзатворных диэлектриках;
перегорание металлизированной разводки на кристалле ИС или внутренних проволочных выводов, соединяющих кристалл с внешними выводами приборов.
Механизм пробоя р—п - перехода в основном связан с тепловой перегрузкой и состоит в следующем. Величина удельного сопротивления леги-
рованного кремния зависит от температуры и уровней легирования. При повышении температуры (200 о
С и выше) существует принципиальная электрическая и тепловая нестабильность легированного кремния. При протекании электрического тока через кремний происходит его нагрев, зависящий от
величины тока, конструкции прибора, условий теп-
о
лоотвода. При нагреве до температуры 200 С и выше (например, при воздействии электрической перегрузки, работе при повышенных температурах, влиянии дефектов в кремнии, лавинном пробое р — п
- перехода и т.п.) всегда существующие неоднородности в структуре вызовут локальный нагрев областей кремния до температур, при которых происходит отказ.
Механизмы пробоя окислов и подзатворных диэлектриков связаны, в основном, с явлением ударной ионизации-рекомбинации. Вторым важным механизмом, приводящим к возникновению пробоя тонких диэлектриков при воздействии электрического поля, является инжекция «горячих электронов» из кремния в ЗЮ2 . «Горячие электроны» - это высокоэнергетические носители, образующиеся при лавинном пробое р—п - перехода или в области повышенного электрического поля вблизи стока МОП-транзисторов ИС с коротким каналом. Под воздействием поля электроны приобретают значительную энергию. В результате рассеяния на атомах решетки создается поток электронов, способных преодолеть потенциальный барьер на границе раздела кремний-двуокись кремния и проникнуть в поз-датворный диэлектрик. Основным механизмом перегорания шин металлизации и внутренних проволочных выводов является их джоулев разогрев при протекании электрического тока.
В работе [4] показано, что проблема электромагнитной совместимости обостряется в связи с увеличением плотности компоновки радиоэлектронных схем при использовании современной полупроводниковой элементной базы. Воздействие СВЧ-из-лучения среднего уровня мощности на полупроводниковые приборы может приводить к качественному изменению вида их характеристик, при этом поведение различных типов полупроводниковых приборов под действием СВЧ-излучения имеет свою специфику. СВЧ излучение не является единственным фактором внешнего воздействия на аппаратуру.
При узкополосном, так же как и при широкополосном (сверхширокополосном) силовом воздействии, возникают сбои в радиоэлектронных средствах и аппаратуре обработки данных. При сравнительно малых напряженностях воздействующего поля, которой не хватает для поражения элементной базы, но достаточной для наведения токов и напряжений в цепях управления и обработки информации, соизмеримых с регламентными уровнями устройств, могут возникать ложные срабатывания, ложные биты при обработке информации. Для такого воздействия без поражения аппаратной части, частоту воздействующего узкополосного электромагнитного поля следует выбирать исходя из анализа скорости обработки информации атакуемых устройств (скорости опроса состояний сопряженных блоков). При соизмеримой частоте воздействующего поля и частоте обработки информации атакуемого устройства вероятность сбоев увеличивается.
Радиоэлектронное подавление (РЭП) входит в состав мероприятий радиоэлектронной борьбы (РЭБ)
- и представляет собой радиоэлектронное подавление либо поражение радиоэлектронных объектов. Функциональное поражение заключается в разрушении (повреждении) элементов и узлов радиоэлектронных средств и в нарушении целостности информации.
Радиоэлектронное подавление заключается в снижении эффективности (качества) функционирования радиоэлектронных объектов путем воздействия на их приемные устройства активными и пассивными радиоэлектронными помехами.
Эффект воздействия помех ухудшает качество обрабатываемой информации в результате ее разрушения либо старения, что увеличивает степень неопределенности при принятии решений. В зависимости от способа наведения помех, соотношения ширины спектров помех и полезных сигналов [5] маскирующие помехи подразделяют на заградительные и прицельные.
Заградительные помехи имеют ширину спектра частот, значительно превышающую полосу, занимаемую полезным сигналом, что позволяет подавлять одновременно несколько РЭС без точного наведения передатчика помех (ПП) по частоте. Их можно создавать, не имея полных данных о параметрах сигналов, подавляемых РЭС [6].
Особенностью заградительных помех является то, что при неизменной мощности ПП их спектральная плотность мощности Оп (Вт/МГц) уменьшается по мере расширения спектра излучения. При равномерном спектре она представляет собой отношение энергетического потенциала передатчика помех РППСПП к ширине спектра частот помехи А/п .
Для сплошной заградительной помехи Оп = РппОпп / 1/п . Например, если ПП, имеющий эквивалентную мощность 5 000 Вт, создает заградительные помехи в диапазоне частот от / = 9 500 МГц до /2 = 10 000 МГц ( Д/П = 500 МГц), то ОП
= 5 000/500 = 10 Вт/МГц.
Прицельные помехи имеют ширину спектра, соизмеримую (равную или в 1,5-2 раза превышающую) с шириной спектра сигнала, подавляемого РЭС. Эффективность их воздействия зависит от точности совмещения по частоте с полезным сигналом. Прицельные помехи характеризуются высокой спектральной плотностью мощности. Поскольку они излучаются в узкой полосе частот, то могут быть реализованы маломощными ПП., Например, передатчик радиопомех имеющий мощность излучения всего лишь 150 Вт и коэффициент усиления антенны Опп = 100, способен создать в полосе 5 МГц плотность мощности, равную 3 000 Вт/МГц, а в полосе 0,5 МГц - 3 0 кВт/МГц.
Одним из способов формирования заградительных помех является применение скользящих по частоте помех, образуемых при быстрой перестройке передатчика узкополосных помех в широкой полосе частот. Благодаря этому в полосе частот каждого канала многоканального РЭС или нескольких станций последовательно сосредоточивается достаточно высокая плотность мощности, необходимая для их подавления. Однако при наличии схем защиты эффективность этих помех может оказаться ниже, чем заградительных, создаваемых передатчиком, не имеющим перестройки по частоте. Недостатком прицельных помех является то, что они одновременно могут подавлять только одно РЭС, работающее в данном диапазоне волн [7].
По временной структуре излучения радиоэлектронные помехи подразделяют на непрерывные и импульсные. Непрерывные помехи представляют собой непрерывные электромагнитные излучения, модулированные по амплитуде, частоте или фазе. Импульсные помехи имеют вид немодулированных или модулированных радиоимпульсов.
Несинхронные хаотические импульсные помехи (ХИП) представляют собой последовательности радиоимпульсов, параметры которых (длительность, амплитуда, временные интервалы между импульсами) изменяются случайным образом. В системах радиосвязи эти помехи маскируют передаваемые сообщения. Объектом воздействия помех, создаваемых радиолиниям радиосвязи, является приемное устройство.
В связи с этим, важным этапом при решении задач, направленных на обеспечение устойчивости СТС к действию электромагнитных факторов, является проведение исследований с использованием экспериментальных методов. Для проведения исследований воздействия электромагнитного импульса
(ЭМИ) на СТС необходимо создание соответствующей системы исходных данных по параметрам ЭМИ на основе анализа стандартов и существующих экспериментальных методов оценки воздействия ЭМИ на элементы СТС [8, 9].
Актуальность экспериментальных методов определяется:
• необходимостью создания и совершенствования СТС, соответствующих современным требованиям, предъявляемым к их надежности и устойчивости в условиях воздействия ЭМИ. Существующие методы и средства обеспечения устойчивости в основном ориентированы на решение проблемы ЭМС и не затрагивают сложнейший комплекс задач по устойчивости СТС к воздействию мощных СК ЭМИ;
• слабой изученностью механизмов воздействия наносекундных ЭМП на СТС и ее элементы;
• отсутствием в полном объеме рекомендаций по техническим средствам защиты оборудования СТС от ЭМИ.
Под сверхширокополосным сверхкоротким ЭМИ, в соответствии с определением международного стандарта МЭК 61000-2-13 [10], понимаются сигналы, имеющие относительную ширину спектра по уровню 3 дБ более 25%. Мы рассматриваем здесь СШП импульсы с явно выраженной временной зависимостью, формируемые излучающей антенной, возбуждаемой генератором импульсного напряжения. В качестве антенны может быть использован ТЕМ-рупор, открытый конец волновода, решетка из ТЕМ-рупоров или открытых концов волновода, коническая или бико-ническая антенна. Формы импульсов довольно разнообразны, поскольку зависят от характеристик, как генератора, так и излучающей антенны. Как правило, СШП импульсы имеют общую длительность от сотен пикосекунд до нескольких наносекунд и содержат до нескольких «полупериодов» колебаний. Характерной особенностью является отсутствие в спектре импульсов нулевой частоты. Длительности фронта импульсов современных СШП излучателей лежат в диапазоне 10-10—10-9 с, амплитуды на расстояниях до 10 м от раскрыва антенны могут достигать 10-100 кВ/м.
Наиболее простым и эффективным способом защиты предлагается применять различные типы экранов. В качестве эффективных экранов для защиты от СКИ ЭМП могут быть использованы металлические сетки (размер ячейки сетки не должен превышать 0,1—0,2 минимальной длины волны в спектре сигнала), фольга, напыляемые пленки, металлизированные краски. Защитная краска уменьшает амплитуду электромагнитного поля внутри диэлектрического объема примерно в 3 раза [11].
В настоящее время возможно создание и развертывание нового класса техники - комплексов электромагнитного оружия, создаваемых на основе разработки генерирующих устройств со сверхмощным направленным излучением в СВЧ диапазоне, определяемых как силовая радиоэлектронная борьба поражения разнотипных РЭС [12].
Поэтому совершенствование методов генерации мощных электромагнитных импульсов для создания силовых систем радиоэлектронного подавления различного типа РЭС и, особенно, систем современного высокоточного оружия (ВТО) является актуальной и важной и проблемой в развитии перспективного вооружения и военной техники (ВВТ).
В целом класс объектов РЭС может быть достаточно широк: входные цепи устройств ПВО, аппаратура летательных аппаратов, спутников и т.д. Однако, наиболее актуальное значение в настоящее время приобретает проблема эффективного применения силовой РЭБ для борьбы с высокоточным оружием (ВТО) [13].
Работа по решению данной проблемы (ввиду её крайней актуальности) ведется достаточно давно, но до настоящего времени не известны другие (не считая описанного в настоящей работе) способы и устройства генерирования пачек мощных СВЧ сверхкоротких импульсов (СКИ). Известные и применяемые способы и устройства обладают рядом недостатков. Например, в СВЧ РЛС действующих на основе эффекта параметрического поглощения (ЭПП) в
США используются устройства задержки, которые за счет эквидистантных щелевых соединений обеспечивают разложение одиночного сверхмощного (от единиц до сотен мегаватт) СВЧ импульса на пачку мощных СКИ. Недостатки данного способа хорошо известны и описаны в научно-технической литературе, однако, до настоящего времени иного решения поставленных задач не было.
Известны не только способы использования пачек мощных СВЧ СКИ в целях радиолокационного обнаружения (РЛО) малозаметных летательных аппаратов (МЗЛА), но и попытки использовать такие СКИ в целях создания стабилизированных энергетических образований или сгустков (СЭС). Однако, до настоящего времени, такие попытки приводили к положительным результатам только в США (создание СЭС со временем стабилизации порядка единиц микросекунд). Интерес к такому использованию СКИ, а также и к способам и устройствам генерирования пачек таких СКИ) связан с тем, что одиночный электромагнитный импульс (ЭМИ), излучаемый СЭС при дестабилизации, может достигать энергетических показателей сравнимых с ЭМИ ядерного взрыва (ЯВ) средней мощности (что является весьма актуальным как в смысле поражающего фактора, так и в смысле имитации ЯВ).
Предлагается способ относится к области функционального подавления (ФП) беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использован в военной технике [14].
Технология функционального подавления предусматривает использование электромагнитного излучения (ЭМИ) малой длительности (от долей до десятков наносекунд). Возможны два варианта воздействия таких ЭМИ на электронную аппаратуру: внутриполосное или внеполосное.
Внеполосное функциональное подавление предусматривает воздействие на приемные устройства РЭС на любых частотах вне их полос пропускания, и не требует исходных данных по рабочему диапазону частот.
Внутриполосные способы функционального подавления предусматривают потери энергии воздействующего ЭМИ при прохождении через входные цепи приемника РЭС, зависящие от соотношения между полосой пропускания приемного тракта и шириной спектра, воздействующего ЭМИ. Внутриполосные способы являются энергетически наиболее выгодными, но требуют исходных данных о технических характеристиках функционирования СВЧ излучения на БПЛА, поражаемых или подавляемых радиоэлектронных средств (РЭС), например, о рабочей частоте и полосе пропускания приёмных устройств, тактовой частоте управляющих спецвычислителей и компьютеров, резонансной частоте конструкций крепежа радиоэлектронных элементов на платах и т. д. [15]
Известны три принципиально отличающихся направления реализации средств ФП с малой длительностью мощных ЭМИ:
1. Искровые и полупроводниковые генераторы видеоимпульсов.
2. Релятивистские генераторы СВЧ радиоимпульсов.
3. Передающие многопозиционные системы излучения (МСИ) и фазированные антенные решетки с управляемой фокусировкой ЭМИ в СВЧ диапазоне.
Наибольшее распространение получило третье направление реализации, основанное на фазированных антенных решетках.
Результатом воздействия сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов являются:
Помехи: источник излучения создает напряженность электромагнитного поля в диапазоне рабочих частот приемного устройства цели; эта напряженность такая же по величине или больше полезного сигнала - приемное устройство не может выделить полезный сигнал;
Ложная информация: наведенный электромагнитный сигнал создает ложную информацию на приемном устройстве;
Переходная дестабилизация: наведенное напряжение воздействует на логическое состояние электронного компонента;
Не устраняемое повреждение: полупроводниковые переходы подвергаются воздействию перенапряжения, что выводит их из строя.
Из известных наиболее близким по технической сущности является способ борьбы с беспилотными летательными аппаратами ближнего и малого радиуса действия с помощью электромагнитного излучения дециметрового диапазона длин волн. Способ заключается в выводе из строя бортовой системы управления БПЛА путем наведения токов на его паразитных антеннах. Достижение технического результата в данном способе состоит в обнаружении беспилотного летательного аппарата, в определении расстояния до него, ориентации в его сторону излучающей антенны, расчете мощности излучения и генерации электромагнитного излучения. Длины волн электромагнитного излучения выбирают в диапазоне 10-20 см, а мощность излучения антенны задают достаточную для наведения токов на паразитных антеннах беспилотного летательного аппарата и вывода из строя бортовой системы управления. К недостаткам данного способа можно отнести сверхбольшую мощность излучения, требующуюся для функционального подавления, а также
Сущность способа заключается в следующем. На основе данных визуального наблюдения определяется местоположение БПЛА 7. За счет энергии боевого заряда 2 «электромагнитный заряд» с элементами функционального подавления 3 и зарядом самоликвидации 6 доставляются в область расположения БПЛА при помощи пускового устройства 8. При максимальном сближении с БПЛА 7 (50 - 100 метров) осуществляется генерация серии сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов в диапазоне частот 0,5 - 10 ГГц до полного разряда источника электропитания, при этом происходит облучение электронной компонентной базы БПЛА, приводящее к нарушению работоспособности, а затем происходит подрыв заряда самоликвидации 6 в точке 11 (на расстоянии 50 - 80 метров от поражаемого БПЛА), в результате чего образуется поле поражающих элементов 9, приводящее к возможному физическому повреждению и, как следствие, уничтожению БПЛА 7. Функциональное подавление БПЛА обеспечивается за счет обратимых и необратимых отказов электронной компонентной базы БПЛА (полевых транзисторов с затвором Шоттки, транзисторов с высокой электронной подвижностью, МОП-транзисторов, ге-теробиполярных транзисторов (ГБИС), а также интегральных схем), возникающих под действием серии сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов. Также функциональное подавление БПЛА 7 приводит к деградации наиболее чувствительных к энергетическим перегрузкам или к полевому пробою радиоэлектронных элементов, в результате чего возникает необратимый выход из строя (при полной по-
необходимость проведения расчета мощности излучения и осуществления ориентации излучающей антенны в сторону обнаруженного БПЛА 7.
Техническим результатом предлагаемого способа является снижение требуемой мощности излучаемого сигнала, упрощение аппаратной части при снижении ее габаритов и стоимости, а также увеличение площади поражения БПЛА при последовательном применении находящихся в движении средств электромагнитного и механического поражений (двух факторов поражения БПЛА).
Это достигается тем, что в область полета БПЛА на расстоянии 50 - 100 метров от него доставляется при помощи пускового устройства комбинация из «электромагнитного заряда», который осуществляет генерацию серии сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов в диапазоне частот 0,5 - 10 ГГц в сторону БПЛА до полного разряда источника электропитания, и заряда самоликвидации, который производит самоподрыв системы на расстоянии 50 - 80 метров от поражаемого БПЛА, в результате чего образуется поле поражающих механических элементов источника электропитания и СВЧ генератора, которое приводит к физическому повреждению и уничтожению БПЛА.
В заявляемом способе благодаря малому расстоянию 50 - 100 метров между источником излучения и БПЛА необходимая мощность излучения может быть
тере работоспособности) электронной компонентной базы БПЛА 7 (например, модуляторов, устройств автоматической регулировки усиления, смесителей, фильтров и др.), а также процессоров и оперативных запоминающих элементов, управляющих спецвычислителей или бортовых ПЭВМ (см. рис. 2).
Предлагаемый способ за счет доставки заряда в зону нахождения БПЛА, позволяет осуществить функциональное поражение последнего с требуемой плотностью мощности не более 0,5-27 Вт/см2, что существенно снижает энергетические затраты на СВЧ излучение, а также за счет создания комбинированного электромагнитного и взрывного воздействий значительно повышает вероятность поражения БПЛА.
Облучение БПЛА 7 производится серией сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов до полного разряда источника электропитания 5. После полного разряда источника электропитания 5, происходит подрыв заряда самоликвидации 6 в точке 11 (на расстоянии 50 - 80 метров от поражаемого БПЛА), в результате чего образуется поле поражающих элементов 9, приводящее к физическому повреждению и, как следствие, уничтожению БПЛА 7.
Таким образом, заявляемый способ функционального подавления беспилотных летательных аппаратов имеет два поражающих фактора, в отличие от способа-прототипа, а именно: серию сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов в диапазоне частот 0,5 - 10 ГГц и осколки электромагнитного снаряда после его самоликвидации на расстоянии 50 - 80 метров от поражаемого БПЛА.
значительно снижена (см. рис. 1).
Рисунок 1 - Структура системы внесения катастрофического отказа в БПЛА
Рисунок 2 - Стратегические положения двухфакторного способа поражения БПЛА
Заключение
Таким образом, в ходе реализации предлагаемого способа достигается катастрофический, необратимый отказ электро-радиокомпонентов и систем БПЛА. При этом технический результат заключается в снижении требуемой плотности излучаемой мощности до уровня 0,5-27 Вт/см2 и в увеличении площади поражения БПЛА за счет доставки «электромагнитного заряда» и заряда самоликвидации в зону нахождения БПЛА и осуществления их последовательных поражающих воздействий.
К достоинствам заявляемого способа следует отнести:
Расширение круга решаемых задач, в том числе выведение из строя пассивных элементов РЭС, не излучающих в пространство.
Эффективное воздействие на РЭС, обладающих высокой помехозащищённостью, а также имеющих специальные устройства защиты от энергетических перегрузок.
Снижение требований к качеству и точности необходимой исходной информации о РЭС при реализации внеполосного ФП (о рабочих диапазонах частот, параметрах сигналов и др.).
Минимум разрушительных последствий для окружающей среды и, в ряде случаев, сохранение жизни обслуживающего персонала, поражаемого РЭС, особенно наземного и надводного базирований.
Отсутствие отрицательного влияния на цели вне зоны поражения.
Таким образом, достигается цель получения катастрофического отказа сложного технического объекта за счет множественного воздействия агрессивной внешней среды. Совмещение во времени воздействующих факторов повышает вероятность такого исхода, а разнообразие физических принципов наведения катастрофического отказа дополняет эту высокую вероятность вплоть до единичного ее значения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Севостьянов Н.Н., Андреев А.И. Основы управления надежностью космических аппаратов с длительными сроками эксплуатации/ под общ. Ред. Н.Н. Севостьянова. - Томск: Издательский Дом ТГУ, 2015. - 266 с.
2. Электромагнитные системы и средства преднамеренного воздействия на физические и биологические объектов/Р.П. Быстро, В.Г. Дмитриев, А.А. Потапов, Ю.М. Перунов, В.А. Черепенин. РЭНСИТ, 2014. Т. 6. № 2. - С. 129-169. DOI: 10.17725/КЕ^1Те.000 6.201412а.012 9
3. Андреев, А.И. Виды и причины отказов РЭС: учеб. пособие/А.И. Андреев, В.В. Жаднов, Ю.Н. Кофанов// М.: МГИЭМ, 1995. - 85 с.
4. Влияние внешних электромагнитных полей СВЧ-диапазона на характеристики RC-генератора прямоугольных сигналов/Д.А. Усанов, М.К. Мерданов, А.В. Скрипаль, Р.В. Зотов, Б.Н. Коротин, Д.В. Пономарев// Известия вузов. Электроника. 2017. Том 22. № 1. - С. 79 - 86.
5. Пименов П.Н. Метод оценки помехоустойчивости средств широкополосного радиодоступа к воздействию сверхкоротких электромагнитных импульсов. Диссерт. на соискание к.т.н. М.: 2015. - 133 с.
6. Полтавский, А.В. Алгоритм определения индикатрисы излучения подвижного объекта на примерах робототехнического комплекса беспилотных летательных аппаратов/ А.В.Полтавский, А.С. Жумабаева, Н.К. Юрков // Надежность и качество сложных систем. 2015. № 3 (11). - С. 23-30.
7. Полтавский, А.В. К проблеме модельного синтеза комплексов беспилотных летательных аппара-тов/А.С. Жумабаева, А.В.Полтавский, Н.К. Юрков // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. -2017. - № 1 (19). - С. 70-77.
8. Акбашев, Б.Б. Современное состояние телекоммуникационных технологий/ Б.Б.Акбашев, П.В.Степанов, А.Н Ольшевский//Сборник научных трудов МИЭМ под ред. Кечиева Л.Н., 2007, - С. 7-15.
9. Воскобович, В.В. Актуальность и современное состояние проблемы защиты технических средств от сверхширокополосных импульсов большой мощности/В.В.Воскобович//Технологии ЭМС. № 3, - 2004, - С. 17 - 24.
10. МЭК 61000-2-13. Электромагнитная совместимость (ЭМС). Устойчивость к СШП-ЭМИ, 2004.
11. Акбашев, Б.Б. Концепция проектирования защиты объектов от внешних электромагнитных воздей-ствий/Б.Б.Акбашев, В.М.Куприенко //Технологии ЭМС, № 1(28), - 2009, - С. 56-62.
12. Быстров, Р.П. Теоретическое обоснование возможностей применения метода генерации мощных наносекундных импульсов электромагнитного излучения при создании радиолокационных систем электронной борьбы (РЭБ) для поражения объектов/Р.П. Быстров, В.А.Черепенин//Журнал радиоэлектроники. № 4, - 2010. - С. 1-22.
13. Влияние параметров сверхкороткоимпульсного электромагнитного излучения на функционирование радиоэлектронных средств/С.Ф.Боев, П.Н.Пименов, С.А.Пронин, А.В.Шевырев//Труды МАИ. Выпуск № 93. -2017. - С. 56 - 67.
14. Юрков, Н.К. Способ двухфакторного функционального подавления беспилотного летательного аппарата/Н.К.Юрков, Н.В.Горячев, Е.А.Кузина//заявка на патент № 2018114720 от 20.04.2018.
15. Когерентный контроль координат основных модулей нежесткой фазированной антенной решетки беспилотного летательного аппарата / А.В.Полтавский, В.М.Бородуля, В.В. Маклаков, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 100-103.
