CC BY
182
Б01 10.36622^Ти.2023.19.4.010 УДК 621-391
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ И СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОТИВОДЕЙСТВИЮ МАЛОРАЗМЕРНЫМ РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНО-УДАРНЫМ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТАМ
Д.Г. Пантенков1, В.П. Литвиненко2, А.Н. Глушков3
ХАО «Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий»,
г. Смоленск, Россия
2Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия 3 Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж, Россия
Аннотация: как показал проведенный анализ событий 2022-2023 годов, применение малоразмерных разведывательных и разведывательно-ударных беспилотных летательных аппаратов (БпЛА) малого и легкого классов в вооруженных конфликтах и при нанесении ущерба объектам критически важной инфраструктуры стало носить массовый характер. Это легко объясняется доступностью их приобретения, весьма незначительной их стоимостью, с одной стороны, и широким функционалом, с другой стороны. Современные БпЛА малого и легкого класса способны находиться в воздухе от нескольких десятков минут до нескольких часов, осуществлять непрерывный мониторинг за интересующими объектами, проводить радио- и радиотехническую разведку заданных районов, проводить съемку подстилающей поверхности, выдавать целеуказание для атаки цели реактивным системам залпового огня, корректировать точность попадания снарядов ударных средств, осуществлять ретрансляцию информации удаленным ее получателям, выступать в качестве ударных дронов или дронов-камикадзе. По сути, современные конфликты перешли в стадию интеллектуального противоборства операторов робототехнических комплексов и систем, включая комплексы с БпЛА различного класса и целевого назначения. Статья является продолжением целой серии работ, в том числе других авторов, посвященных противодействию малоразмерным БпЛА, показаны расчётные количественные соотношения требуемого уровня излучаемой энергии в зависимости от расстояния до объекта воздействия в случае применения средств радиоэлектронной борьбы и функционального поражения бортового радиоэлектронного оборудования
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, малый класс, противодействие, основные способы, радиоэлектронная борьба, функциональное поражение, радиосвязь, навигация, эффективность, автоматизированный комплекс
Введение
В настоящее время в технологически развитых странах широкое распространение получили комплексы с беспилотными летательными аппаратами (БпЛА) как одноразового, так и многоразового применения, способные выполнять различные целевые задачи:
• ведение радио- и радиотехнической разведки источников радиоизлучений;
• ведение аэрофото- и видеосъемки с целью определения координат целей и выдачи целеуказания на реактивные системы залпового огня (РСЗО);
• непрерывное сопровождение наблюдаемого объекта в высоком качестве;
• постановка преднамеренных радиопомех радиоэлектронным средствам (РЭС) различного целевого назначения;
• ведение мониторинга химической, биологической и радиационной обстановки в
заданных районах;
• ретрансляция сигналов, в том числе и в условиях сложной фоноцелевой и помеховой обстановки, в целях гарантированного обеспечения требуемой зоны покрытия.
Широкий спектр выполняемых задач, относительно низкие стоимость и трудоемкость, затрачиваемые на подготовку инженерно-технических кадров и на эксплуатацию комплексов с БпЛА, по сравнению с пилотируемыми авиационными комплексами, сделали БпЛА буквально обязательными элементами сложных многоцелевых систем, способных решать задачи как ведомственного, так и государственного значения [1-25].
Малоразмерные БпЛА (до 30 кг) в масштабе времени, близкому к реальному, обеспечивают получение не менее 50 процентов разведывательной информации на тактическом и оперативном уровнях.
При этом, как показано в работах [1, 4], малоразмерные БпЛА обладают следующими отличительными особенностями, приводящим к затруднению их обнаружения современными
© Пантенков Д.Г., Литвиненко В.П., Глушков А.Н., 2023
средствами противодействия:
- использование высокоманевренных (например, «змейка») или «рваных» (с периодическим зависанием или резким снижением скорости) режимов полета;
- использование в конструкции БпЛА пластиковых и композиционных материалов, слабо отражающих электромагнитные излучения (ЭМИ);
- использование для управления БпЛА не выделенных каналов радиоуправления, а уже существующей связной инфраструктуры мобильных операторов связи и точек доступа Wi-Fi;
- низкая акустическая, оптическая и радиолокационная заметность в силу незначительных геометрических размеров и малой эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) корпуса БпЛА;
- крайне низкая стоимость БпЛА малого и легкого классов в сравнении со стоимостью современных ракет систем ПВО, что приводит к неэффективному экономическому размену при противодействии подобным БпЛА («война на истощение»).
В связи с вышесказанным, борьба с малоразмерными БпЛА является одной из важнейших задач как при проведении боевых действий в условиях реальной обстановки, так и при защите стратегически значимых объектов от массированных атак с использованием БпЛА малого и легкого классов [4].
Типовой состав бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) БпЛА:
• система навигации (навигационный приемник GPS) и управления полетом;
• система связи, обеспечивающая прием команд управления «НПУ - БпЛА» и передачу информации «БпЛА - НПУ» (НПУ - наземный пункт управления);
• система управления БпЛА (бортовой компьютер), обеспечивающая управление всем БРЭО БпЛА;
• целевая (полезная) нагрузка, которая в зависимости от назначения БпЛА может иметь средства телевизионной, инфракрасной, лазерной, радиолокационной разведки, радиоэлектронной борьбы (РЭБ), а также авиационного поражения целей.
Нарушение работы радиоэлектронных средств БпЛА различного назначения может быть осуществлено:
• путем их физического поражения огнестрельным оружием или оружием со взрывча-
тым веществом;
• путем создания им преднамеренных помех во всем диапазоне электромагнитных волн;
• функциональным поражением (ФП) сильными электромагнитными полями.
1. Основные способы борьбы с малоразмерными БпЛА
1.1. Огневое поражение малоразмерных БпЛА
Эффективность огневого поражения малоразмерных БпЛА, имеющих ЭПР менее 0,01 м2, крайне низкая. В настоящее время на вооружении РФ находятся комплексы противовоздушной обороны ближней и малой дальности: зенитный ракетный комплекс (ЗРК) «Тор-М1», «Тор-2Э», «Бук-М2Э», «Бук-М3», «Морфей», «Витязь», «Стрела- 10М3», зенитный ракетно-пушечный комплекс (ЗРПК) «Панцирь-С1» и «Сосна». Практический опыт стрельб по малоразмерным БпЛА с использованием этих комплексов ПВО свидетельствует о невысокой эффективности их поражения. Стрельба ракетным вооружением ЗРК «Тор» и ЗРПК «Панцирь-С1» по малоразмерным БпЛА практически невозможна. Причиной тому является малая дальность обнаружения малоразмерных БпЛА, которая составляет порядка 5-7 км для столь малой ЭПР, что практически совпадает с ближней границей зоны поражения ЗУР [1,2]. Применение пушечного вооружения принципиально возможно, но по причине малых размеров БпЛА, вероятность поражения невелика. Комплекс ЗРК «Стрела- 10М3» обеспечивает обнаружение малоразмерных целей в ясную погоду на дальности от 1,3 км до 4,5 км. Это не позволяет эффективно бороться с ними, а захват цели инфракрасным каналом вообще невозможен из-за ее крайне слабого теплового излучения [1, 2].
Основные факторы, являющиеся причиной низкой эффективности борьбы с малоразмерными БпЛА [4]:
- небольшие габариты (размах крыла от 0,95 м до 1,6 м, длина крыла - не более 1 м) и, как следствие, малая уязвимость конструкций несущих поверхностей от огневого воздействия средств ПВО;
- малые величины эффективной площади рассеяния (0,01-0,1 м2) и тепловой контрастности;
- малые скорости полета (10-30 м/с);
- возможность полета на предельно малых высотах (до 100 м).
1.2. Радиоэлектронное подавление каналов навигации и управления БпЛА
Практическая возможность и реализуемость радиоэлектронного подавления (РЭП) систем связи и навигации комплексов с БпЛА не раз подтверждена как рядом технических экспериментов, так и боевыми действиями в вооруженных конфликтах различной интенсивности [10, 11, 17, 18, 21].
Может возникнуть ситуация, когда БпЛА, не входя в зону поражения систем противовоздушной обороны (ПВО), будет выполнять раз-
ведывательный полет, вскрывая позиции войск противника и осуществлять целеуказание для своих ударных средств. В этом случае использование средств РЭП позволит воздействовать как на канал приема данных с целевых нагрузок БпЛА (преимущественно средствами авиационного и космического базирования), так и на командно-телеметрический канала БпЛА (рис. 1). Кроме РЭП каналов управления и сброса целевой информации БпЛА, необходимо обеспечить РЭП канала приема сигналов спутниковой навигации [10, 11, 17, 18, 21].
Рис. 1. Основные используемые информационные каналы БпЛА
При отсутствии обратной связи с БпЛА и потере самим БпЛА сигналов управления и геопозиционирования, полет разведывательного (разведывательно-ударного) БпЛА завершится его досрочным возвращением к месту взлета, хаотичным барражированием на местности или его безвозвратной потерей [1-4].
1.2.1. Радиоэлектронное подавление каналов управления и передачи данных
РЭП внешних радиосвязных командных линий управления полетом БпЛА «НПУ -БпЛА» решаются стандартными известными методами: разведка параметров радиосигналов управления и формирование шумовых, имитирующих или других типов помех [1, 11].
Энергетический потенциал передатчика канала «НПУ - БпЛА» при дальности связи до 70 км составляет 30-50 Вт. В этом случае при
коэффициенте подавления, равному 1 -2 и дальности «станция помех - БпЛА» до 30 км энергетический потенциал передатчика помех должен составлять 10-20 Вт. Аналогично, необходимая мощность передатчика станции помех для РЭП канала «БпЛА - НПУ» при мощности передатчика БпЛА 2-5 Вт и дальности «станция помех -НПУ БпЛА» 30-50 км составляет 5-10 Вт.
Таким образом, требуемые значения уровня мощности передатчиков станций помех составляют десятки Вт, что легко реализуется, используя твердотельную электронную компонентную базу для рабочих частот до 8 ГГц. Создание приёмной аппаратуры также не представляет особых проблем, имея в виду технические решения станций радиотехнической разведки типа «Автобаза-М».
При этом возможности комплексов РЭБ с БпЛА, реализующих подавление каналов управления, передачи данных и навигации,
существенно снижаются при применении на БпЛА каналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), направленных спутниковых антенн, помехоустойчивых адаптивных антенных решеток спутниковых радионавигационных систем (СРНС) [1, 11].
Значительной проблемой организации радиоэлектронного подавления каналов связи является обеспечение прямой радиовидимости с НПУ. В случае подавления канала «НПУ -БпЛА» необходима радиовидимость на линии «БпЛА - приёмная аппаратура станции помех». При этом радиовидимость линии «передатчик станции помех-БпЛА» реализуется за счёт высоты полёта БпЛА. Во втором случае при подавлении приёмных устройств наземного пункта управления полётом БпЛА необходимо обеспечение радиовидимости на линии
«передатчик станции помех - НПУ». Радиовидимость приёмной аппаратуры станции помех сигналов передатчика БпЛА обеспечивается высотой полёта БпЛА.
Итак, во всех случаях необходим подъём приёмной или передающей аппаратуры станции помех на высоту равную или большую высоте полёта малоразмерных БпЛА, т.е. на 300-500 метров.
В качестве носителя аппаратуры станции помех могут быть использованы самолёты, вертолёты, БпЛА и привязные аэростаты.
Оценка вариантов размещения аппаратуры показывает, что наиболее предпочтительным является вариант аэростата, как обеспечивающий достаточно длительное время (до 30 суток) без дозаправки газом, заданную высоту подъёма аппаратуры (рис. 2).
Рис. 2. Схема организации радиотехнической разведки и РЭП информационных каналов связи НПУ и БпЛА
Анализ вариантов построения станции помех информационным каналам БпЛА показывает, что целесообразно оказывать информационное воздействие как на НПУ, так и на БпЛА.
Аппаратура радиотехнической разведки и пеленгации размещается на наземном носителе. Прототипом такой аппаратуры может быть модернизированный комплекс «Автобаза-М», обеспечивающий обнаружение, пеленгацию, определение параметров излучения и координат БпЛА методом триангуляции в всем диапазоне рабочих частот каналов связи «БпЛА -НПУ». Тактико-технические характеристики комплекса «Автобаза-М» обеспечивают одновременное обнаружение и траекторное сопровождение 150 радиоизлучающих воздушных целей в зоне радиусом до 400 км.
Оценки показывают, что при излучаемой
мощности передатчика станции помех 10 Вт потребляемая мощность усилителя составит 50-70 Вт, а вес 10-15 кг, что позволяет применить аэростат с объёмом 200-300 м3 и линейным размером 6-8 м.
При необходимости подавления информационного канала связи «НПУ - БпЛА» в качестве полезной нагрузки на аэростате устанавливается приёмопередающая аппаратура, обеспечивающая усиление и ретрансляцию радиосигналов канала связи «НПУ -БпЛА» на наземную станцию, определение параметров идентификации и формирование помех приёмной аппаратуре БпЛА наземным передатчиком станции помех.
Безусловно, целесообразно создание комплекса, обеспечивающего решение задач разведки и подавления каналов «НПУ - БпЛА» и
«БпЛА - НПУ». При этом, полезной нагрузкой на аэростате должны быть приёмник-ретранслятор и передатчик помех. Вес полезной нагрузки будет составлять 20-30 кг, что потребует применить аэростат с объёмом 500 м3.
Возможно также размещение аппаратуры РЭБ на БпЛА. Применение в качестве средств РЭБ БпЛА снимают определенные ограничения по применению и способны решать задачи радиоэлектронного подавления в максимальной близости к поражаемым объектам, а также быть практически незаметными для средств разведки противника.
Дальнейшая проработка вопросов повышения эффективности борьбы с БпЛА показывает, что возможно также применение так называемых «интеллектуальных» помех. Механизм подобного воздействия нарушает не штатное функционирование поражаемого РЭС, а логику его работы путем введения в его управляющие системы недопустимых или ложных данных. Применение таких помех может привести к блокированию команд управления БпЛА, перехвату передаваемой с БпЛА информации, а также перехвату управления этими БпЛА с возможностью их последующей посадки.
1.2.2. Радиоэлектронное подавление приёмников спутниковой радионавигационной системы
Подавление навигационного канала приёмника GPS обеспечивает исключение навигации в автономном режиме полета БпЛА и, следовательно, выполнение ими боевых задач.
Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что для обеспечения эффективного подавления приёмников - потребителей GPS на дальностях до 30 км при сопряжённых спектрах сигналов шумовых помех и сигналов GPS, энергетический потенциал станции помех должен быть не менее 200 Вт для С/А кода и 1500 Вт для P/Y кода GPS одного частотного канала. Для подавления одновременно трёх частотных каналов энергетический потенциал станции помех должен быть увеличен в три раза [10, 17, 18].
Для снижения энергетического потенциала на 10-15 дБ можно формировать ретрансляционные, когерентные квазинепрерывные помехи со скважностью помеха/пауза не менее пяти.
Отличиями воздействия шумовой и ретрансляционной помех является:
• при шумовой помехе исключается возможность приёма сигналов GPS и приёмник БпЛА переходит в режим поиска сигналов, т.е.
фактически исключается возможность использования GPS приёмника для навигации;
• при ретрансляционной помехе, индикатор-определитель местоположения GPS приёмника будет определять станции помех, т.е. в случае передачи по каналу связи «БпЛА - НПУ» координат местоположения БпЛА будут передаваться координаты местоположения станции помех.
В настоящий момент разработаны соответствующие технологии и известны технические решения по возможности изготовления станций помех подавления GPS приёмников, в этом числе установленных на БпЛА, при этом более предпочтительным является применение станции помех с шумовыми сигналами, несмотря на более высокий энергетический потенциал, но исключающий возможность определения местоположения станции помех.
Теоретически исключение определения местоположения станции помех при ретрансляционной помехе возможно путём создания пространственно-распределённой системы РЭБ, т.е. обеспечение подавления GPS приёмников, несколькими (3-5) разнесёнными на местности станциями помех.
Для РЭП информационных каналов передачи данных и приемной аппаратуры СРНС возможно использовать комплекс типа «Репеллент», Р-330Ж «Житель», «Шиповник-АЭРО», «Крона-2М», «Солярис-Н» и пр. [1].
Комплексы такого класса обеспечивают выявление сигналов каналов управления и передачи данных наземных пунктов управления, бортовых средств беспилотных летательных аппаратов и противодействие их работе с выполнением:
• панорамного обнаружения сигналов в заданном диапазоне и их экспресс-анализа по частотному, энергетическому и пространственному признакам, а также проведения детального технического анализа, пеленгования и тра-екторного сопровождения полётов БпЛА;
• постановки различных видов помех по обнаруженным и классифицированным сигналам и постановки помех навигационной аппаратуре потребителей (НАП) спутниковых радионавигационных систем;
• записи, накопления и архивирования в базах данных результатов технического анализа и пеленгования для последующей обработки, технического анализа радиосигналов в режиме реального времени и в режиме отложенного анализа и других задач.
Перечисленные выше комплексы относятся к наземной аппаратуре обнаружения, со-
провождения, пеленгования и классификации сигналов радиосредств управления и передачи данных НПУ и бортовых средств малоразмерных БпЛА, противодействия их работе в диапазоне в основном от 0,3 ГГц до 6,4 ГГц.
Антенны РТР и РЭП каналов сброса целевой информации и управления размещаются на телескопических мачтах с высотой подъема до 20 м, что позволяет обеспечить обнаружение и подавление НПУ БпЛА на дальности до 10 км. Используемая аппаратура способна распознавать все типы беспилотных летательных аппаратов.
Одновременное применение модулей подавления канала управления и канала приема сигналов СРНС обеспечивает комплексное радиоэлектронное подавление перечисленных информационных каналов и приводит к срыву выполнения боевой задачи БпЛА.
1.3. Функциональное поражение РЭА БпЛА
1.3.1. Функциональное поражение РЭА БпЛА электромагнитными импульсами
Функциональное поражение (ФП) нацелено на выведение из строя (нарушение работоспособности) чувствительных элементов радиоэлектронной аппаратуры БпЛА. Воздействие сильными электромагнитными полями приводят к нарушению функционирования отдельных элементов РЭС или системы в целом [1]. При этом физические разрушения объектов поражения практически отсутствуют.
Средства ФП способны поражать любые объекты, использующие элементную базу современной электроники независимо от класса РЭС, диапазона рабочих частот, видов и параметров рабочих сигналов, степени помехозащищенности в традиционном ее понимании (рис. 3). Поражаются узлы и элементы таких электронных средств, которые не подвержены воздействию традиционных видов помех: передающие устройства, блоки питания, инерци-альные системы наведения, вычислительные средства, элементы антенно-фидерных трактов, волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).
По мере развития и совершенствования электронной техники снижаются уровни рабочих напряжений и мощностей, выделяемых на нагрузках схемных элементов. Одновременно уменьшаются уровни энергии внешнего воздействия, способные вызвать нарушения в работе этой техники. Широкое распространение получила цифровая техника, весьма чувствительная к возмущениям импульсного характе-
ра. Таким образом, платой за возросшие возможности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) явилось возрастание уязвимости ее элементов и прежде всего тех, которые имеют высокую степень интеграции, от мощного электромагнитного излучения, индуцирующего большие токи в электрических цепях РЭА.
Рис. 3. Уровни поражения полупроводниковых приборов при длительности электромагнитного импульса 1 нс
Электромагнитное излучение проникает в электронные системы не только через антенну или оптическую систему, но и через провода по цепям питания, через различные технологические люки, зазоры, отверстия и тому подобные неоднородности сплошных экранов. ФП обладает внеполосным воздействием, т.е. поражает РЭС любого класса даже тогда, когда рабочая частота воздействующего излучения далеко отстоит от полосы пропускания основного канала приема поражаемого РЭС. При воздействии средств ФП может быть дезорганизована работа банков, систем навигации и управления транспортом, оборудования медицинского мониторинга и др.
Эффективность воздействия ЭМИ на РЭС зависит от параметров электромагнитного излучения и конструктивных особенностей полупроводниковой элементной базы.
Исходя из теоретических оценок и экспериментальных данных уверенно можно утверждать лишь то, что устойчивость РЭС падает с уменьшением размеров р-п переходов полупроводниковых приборов и технологического зазора микросхем.
Эффективность функционального поражения элементной базы, кроме того, зависит от длительности воздействующего на нее импульса электромагнитного поля и от числа импульсов в пачке поражающего излучения (рис. 4). При этом эффективность воздействия СВЧ-импульсов на РЭС растет с уменьшением длины волны излучения.
Рис. 4. Зависимости уровня поражения РЭС от длительности воздействующего импульса ти
и от числа импульсов в пачке п
Эффект функционального поражения проявляется в следующем.
1. Прекращение функционирования отдельных элементов РЭС или РЭС в целом, вызванное разрушением структуры этих элементов. Разрушение структуры приводит к невосстанавливаемым (катастрофическим, необратимым) отказам РЭС или их элементов.
2. Нарушение функционирования отдельных элементов РЭС или РЭС в целом, вызванное изменением физической структуры этих элементов. Такое нарушение приводит к восстанавливаемым (временным, обратимым) отказам, сопровождаемым ухудшением параметров РЭС после их восстановления, либо к сохранению этих параметров, если со временем структура элементов восстановится полностью. Интервал временного выхода из строя элементов РЭС изменяется в широких пределах - от единиц миллисекунд до десятков минут (а иногда и часов).
3. Функциональные нарушения работоспособности РЭС (ложные срабатывания и сбои в работе исполнительных схем, искажения выходных сигналов обнаруживающих и анализирующих устройств и т.д.).
К настоящему времени сформировались следующие направления разработки и использования средств ФП. Первое направление предполагает создание мобильных средств многоразового применения на базе генераторов мощных радиоимпульсов СВЧ-излучения длительностью от нескольких наносекунд до микросекунд с использованием в качестве генератора обычных или релятивистских вакуумных приборов (типа магнетрон, клистрон, гиротрон, черенковский генератор, виркатор и др.). Для уменьшения длительности импульса и повышения его амплитуды применяются методы сжатия СВЧ сигнала, при этом длительность исходного импульса может быть уменьшена на 2-3 порядка, а выходная мощ-
ность составлять более 1 ГВт.
Второе направление предполагает формирование видеоимпульсов наносекундной длительности (от долей до единиц наносекунд) с использованием специальных режимов в полупроводниковых диодах и транзисторах (дрейфовые диоды и транзисторы с резким восстановлением, диоды с запаздывающим лавинным пробоем, SOS-диоды, диодные лавинные обострители и др.). Формирование видеоимпульсов мощностью в десятки - сотни мегаватт и более осуществимо с помощью последовательно-параллельных высоковольтных сборок полупроводниковых структур. Экспериментальные результаты по использованию полупроводниковых приборов показали, что на нагрузке 50 Ом возможно формирование высоковольтных импульсов длительностью 12 нс мощностью 0,75-1 ГВт при частоте повторения импульсов до 3,5 кГц.
Еще одним из направлений развития средств ФП является создание средств одноразового применения на основе электромагнитных боеприпасов (ЭМБ).
Объектами функционального поражения могут быть любые радиоэлектронные средства и системы, однако при этом необходимо на входных устройствах поражаемых РЭС обеспечить не менее 2 Вт/см2 мощности излучения. Если предполагается использование средств функционального поражения в тактической зоне боевых действий на расстоянии до 10 км, тогда эквивалентная мощность излучения должна составлять не менее 1013 Вт (рис. 5).
Реализация больших энергетических потенциалов в станциях функционального поражения РЭС возможна с применением активных фазированных антенных решеток (АФАР), суммирующих мощности передающих модулей, входящих в состав передающей аппаратуры станции.
РиСи,Вт
Рис. 5. Зависимость энергетического потенциала станции функционального поражения от дальности
Количество элементов ФАР будет зависеть от используемой элементной базы, решаемых задач и способов боевого применения средств ФП.
Отсутствие генераторов СВЧ-излучения, приемлемых по массогабаритным характеристикам и выходной мощности для создания АФАР с энергетическим потенциалом не менее 1 ТВт, определяет необходимость создания станции функционального поражения на базе генераторов видеоимпульсов.
Основными объектами ФП могут быть роботизированные комплексы (в первую очередь малоразмерные БпЛА), высокоточное оружие (прежде всего крылатые ракеты морского, наземного и воздушного базирования), а также любые другие РЭС, находящиеся в зоне досягаемости для функционального поражения.
В настоящее время проводится комплекс работ по созданию средств ФП как на базе генераторов радиоимпульсов, так и видеоимпульсов. Созданный в ОИВТ РАН экспериментальный образец комплекса функционального поражения с использованием в качестве генераторов клистронов показал, что имеются технологические возможности созданию средств ФП с необходимыми техническими параметрами. Вместе с тем, по массогабарит-ным характеристикам такой комплекс не может быть использован в тактической зоне боевых действий. Для тактической зоны необходимо использовать полупроводниковые генераторы видеоимпульсов, применение которых обеспечит создание подвижного комплекса с дальностью ФП до 10-15 км с энергетическим потенциалом станции не менее 1013 Вт. Это обеспечит уровень мощности сигнала на поражаемом РЭС >2 Вт/см2.
1.3.2. Функциональное поражение РЭА БпЛА лазерным излучением
Лазер, являющийся оптическим квантовым генератором, способен формировать сильное ЭМИ в оптическом диапазоне длин волн с высокой плотностью энергии в весьма узком телесном угле [1, 22-25]. Свойство очень узкой направленности луча и высокая энергетическая плотность излучения позволяют применять лазер в качестве средства функционального поражения.
Лазеры способны генерировать ЭМИ в широком оптическом диапазоне, однако, как средства ФП практический интерес представляют оптические квантовые генераторы, работающие в так называемых «окнах прозрачности» атмосферы, которым соответствуют волны оптического диапазона А = 0,5 — 2 мкм, за исключением «непрозрачных» участков А = 0,95; 1,15; 1,3 — 1,5 мкм [1, 23, 24].
Можно выделить следующие механизмы функционального поражения объектов лазерным оружием [1, 24]:
1. Непосредственное поражение электронных приборов путем прямого воздействия мощного узконаправленного лазерного ЭМИ.
2. Выведение из строя объекта за счет вторичного индуцированного излучения плазмы, порождаемой взаимодействием сильного электромагнитного поля и твердого вещества (например, материал корпуса цели). В частности, при облучении управляемых ракет лазерным излучением с плотностью потока мощности порядка 10 Вт/см2 вблизи поверхности обтекателя возникает мощное плазменное образование, являющееся источником некогерентного оптического излучения [22-25].
В этом случае возможно обратимое (временное) поражение РЭА, которое через некоторое время восстанавливает свои функции.
3. Деструктивное воздействие на поверхностный слой материала цели, в результате лазерное излучение может разрушить тонкостенные оболочки тепловым или ударным воздействием. В этом случае поражающее действие лазерного оружия определяется в основном термомеханическим и ударно-импульсным воздействием лазерного луча на цель и достигается за счет нагревания до высоких температур материалов объекта. Это вызывает расплавление или даже испарение материалов.
Действие лазерного излучения отличается внезапностью, скрытностью, отсутствием внешних признаков в виде огня, дыма, звука, высокой точностью, прямолинейностью распространения и практически мгновенным действием.
2. Альтернативные способы борьбы с малоразмерными БпЛА
К альтернативным способам борьбы с малоразмерными БпЛА можно отнести [1]:
1. Использование БпЛА-перехватчиков. Предполагается двухэтапное применение такого БпЛА в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Предварительное целеуказание для БпЛА-перехватчика должно осуществляться с НПУ. В качестве средства поражения на БпЛА-перехватчике может быть установлена малокалиберная легкая гладкоствольная пушка, в качестве поражающих элементов -композитная дробь.
2. Использование горючих аэрозолей. Аэрозольное вещество заблаговременно распыляется на трассе полета БпЛА и впоследствии поджигается, например, с использованием трассирующих боеприпасов.
3. Использование специальных клейких и вязких аэрозолей:
- клейкие аэрозоли: при взаимодействии с несущими аэродинамическими поверхностями и элементами управления БпЛА прилипают к ним, изменяя их геометрическую конфигурацию и свойства обтекания воздухом, что делает БпЛА аэродинамически неустойчивым и приводит к его падению;
- вязкие аэрозоли: изменяют свойства (плотность и вязкость) воздуха в котором движется летательный аппарат, также делают БпЛА аэродинамически неустойчивым, что приводит к его «сваливанию» или «опрокидыванию».
4. Использование специальных сетей.
Сеть, опутав БпЛА, блокирует двигатели и элементы системы управления БпЛА, лишая его возможности продолжать полет. Анализ показал, что существующие наземные пусковые установки, выстреливающие сеть, обеспечивают дальность перехвата БпЛА 100-300 м, точность - порядка 0,5 м, при диаметре выстреливаемой сети от 2,5 до 10 м.
5. Противодействие БпЛА с использованием специально тренированных птиц.
6. Вывод БпЛА из положения устойчивого полета в закритические условия путем накрытия спутным следом от пролетающего летательного аппарата.
Заключение
Современные беспилотные летательные аппараты могут иметь на борту широкую номенклатуру целевых (полезных) нагрузок (в зависимости от взлетной массы), которая обеспечивает решение самых разнообразных поставленных целевых задач.
С позиций противоборства с БпЛА необходимо подчеркнуть, что борьба с БпЛА среднего, тяжелого и сверхтяжелого классов является прерогативой систем ПВО, поскольку БпЛА таких классов являются достаточно автономными (независимыми от оператора), но при этом заметными на экранах радаров.
Особую актуальность в свете событий 2022-2023 гг. приобрела борьба с малоразмерными БпЛА малого и легкого классов, которые при относительно невысокой стоимости могут решать целый комплекс разведывательно-ударных целевых задач.
Как показано в [4], БпЛА малого и легкого классов, с одной стороны, обладают низкой акустической, оптической и радиолокационной заметностью в силу незначительных геометрических размеров и малой ЭПР корпуса БпЛА, могут летать на очень низких высотах, могут применяться в составе группы, что в совокупности приводит к определенным сложностям с точки зрения противодействия им.
С другой стороны, малоразмерные БпЛА в силу понятных ограничений по массогабарит-ным характеристикам не могут иметь на борту всю номенклатуру БРЭО, необходимую для их автономного функционирования (без участия оператора) - навигационную аппаратуру потребителей GPS/ГЛОНАСС, комплексированную с инерциальными навигационными системами; помехоустойчивые радиомодемы с направленными антенными системами; аппаратуру криптографической защиты информации; наличие
оптико-электронных (ОЭС) и радиолокационных систем (РЛС) на одном БпЛА для работы при любых погодных условиях.
В связи с вышесказанным, основные выводы с позиций противоборства с БпЛА малого и легкого классов заключаются:
1. Объектом РЭБ с БпЛА выступает электронная аппаратура двигателей БпЛА, навигационная аппаратура потребителей СРНС, информационные каналы управления БпЛА на радиолинии «НПУ - БпЛА» и передачи данных и телеметрии с борта БпЛА на радиолинии «БпЛА - НПУ». Реальная дальность РЭП каналов связи и навигации в современных средствах РЭБ составляет до 5 км во всенаправленном режиме и до 10-15 км в направленном режиме излучения.
2. Перспективным средством борьбы с радиоэлектронными средствами БпЛА следует считать комплексы ФП с построением по технологии АФАР на основе полупроводниковых генераторов видеоимпульсов. Существующая элементная база позволяет создать станцию ФП с дальностью поражения РЭС БпЛА 10-15 км.
3. С учетом наличия ограничений всех известных средств обнаружения БпЛА (оптических, радиотехнических и радиолокационных), связанных с физическими процессами их создания и условиями применения, с позиций противодействия малоразмерным БпЛА целесообразно использовать их в составе единого автоматизированного комплекса (АК) по защите объектов критически важной инфраструктуры и специальных объектов. В состав такого комплекса должны входить: оптико-электронная система, радиолокатор, система радиотехнической разведки (для обнаружения БпЛА) и средства РЭП каналов навигации и управления БпЛА (для активного противодействия БпЛА).
4. Поскольку с каждым годом повышается автономность функционирования БпЛА, растет уровень их «интеллекта» (появляется возможность применять разведывательно-ударные БпЛА без использования канала управления по заранее заложенной программе; без использования НАП СРНС с ориентацией по заранее загруженным картам местности с использованием бортовых ОЭС высокого разрешения; реализованные в бортовом компьютере технологии искусственного интеллекта на основе нейронных сетей позволяют не только получать целевую информацию, но и проводить ее анализ, обработку и принятие решений без участия оператора), то
в таком случае средства РЭБ будут малоэффективны и АК обязательно необходимо дополнить средствами физического поражения БпЛА (огневого или на основе систем ФП).
Литература
1. Макаренко С.И. Противодействие беспилотным летательным аппаратам: монография. СПб.: Наукоемкие технологии, 2020. 204 с.
2. Макаренко С.И. Информационное противоборство и радиоэлектронная борьба в сетецентрических войнах начала XXI века: монография. СПб.: Наукоемкие технологии, 2017. 546 с.
3. Ерёмин Г.В., Гаврилов А.Д., Назарчук И.И. Организация системы борьбы с малоразмерными БПЛА // Арсенал Отечества. 2014. № 6(14). С. 46-55.
4. Пантенков Д.Г. Актуальность и оценка технических возможностей защиты стратегически значимых объектов от массированных атак с использованием малых БПЛА // Академические Жуковские чтения: сборник научных статей по материалам VI Всероссийской научно-практической конференции «Авионика» в рамках II Всероссийского форума с международным участием. Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2022. С. 243-247.
5. Особенности оценки характеристик обнаружения в РЛС малой дальности / А.Е. Ананенков, В.М. Нуждин, В.В. Расторгуев, В.Н.Скосырев // Радиотехника. 2013. № 11. С. 35-38.
6. Пути создания радиооптического комплекса контроля воздушного и наземного пространства для диспетчерских служб региональных аэропортов /
B.Н. Скосырев, В.А. Кочкин, А.В. Шумов, А.Е. Ананенков, Г.П. Слукин, С.И. Нефедов, И.Б. Федоров // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 11.
C. 301-321.
7. Плекин В.Я. Цифровые устройства селекции движущихся целей. М.: САИНС-ПРЕСС, 2003. 79 с.
8. Лопаткин Д.В., Савченко А.Ю., Солоха Н.Г. К вопросу о борьбе с тактическими беспилотными летательными аппаратами // Военная мысль. 2014. № 2. С. 41 -47.
9. Michel A.H. Counter-drone systems. Center for the Study of the Drone at Bard College, 2018. 23 p.
10. Пантенков Д.Г. Результаты математического моделирования помехоустойчивости спутниковых радионавигационных систем при воздействии преднамеренных помех // Успехи современной радиоэлектроники. 2020. Т. 74. № 2. С. 57-68.
11. Пантенков Д.Г. Результаты математического моделирования помехоустойчивости спутниковых систем радиосвязи при воздействии преднамеренных помех // Радиотехника. 2020. Т. 84. №5 (10). С. 20-30.
12. Анализ способов противодействия беспилотным летательным аппаратам для обеспечения безопасности защищаемых объектов / В.О. Егурнов, В.В. Ильин, М.И. Некрасов, В.Г. Сосунов // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2018. № 1-2 (115-116). С. 51-58.
13. Макаренко С.И. Робототехнические комплексы военного назначения - современное состояние и перспективы развития // Системы управления, связи и безопасности. 2016. № 2. С. 73-132.
14. Патент на полезную модель № 72754. Устройство борьбы с дистанционно пилотируемыми (беспилотными) летательными аппаратами / В.А. Пархоменко, Е.М. Устинов, В.А. Пушкин, В.А. Беляков, С.В. ТТТиттт-ков. 27.04.2008.
15. К вопросу о наблюдении малоразмерных беспилотных летательных аппаратов / А.Е. Ананенков, Д.В. Марин, В.М. Нуждин, В.В. Расторгуев, П.В. Соколов // Труды МАИ. 2016. № 91. С. 19.
16. Абросимов В.К. Групповое движение интеллектуальных летательных аппаратов в антагонистической среде. Монография. М.: Наука, 2013. 168 с.
17. Пантенков Д.Г., Григоренко Н.С. Подсистема доставки информации для обеспечения повышения точности навигационных определений подвижных абонентов // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. № 2. 2021. С. 25-49.
18. Григоренко Н.С., Пантенков Д.Г. Навигационный комплекс беспилотного летательного аппарата с использованием оптико-электронных систем // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. № 8, 2020. С. 43-50.
19. Автономный навигационный комплекс для роботизированных наземных и летательных аппаратов / В.В. Щербинин, А.В. Свиязов, С.В. Смирнов, Г.А. Квет-кин // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2014. № 3 (152). С. 234-243.
20. Макаренко С.И. Информационная безопасность: учебное пособие для студентов вузов. Ставрополь: СФ МГГУ им. М. А. Шолохова, 2009. 372 с.
21. Семенова Л.Л. Современные методы навигации беспилотных летательных аппаратов // Наука и образование сегодня. 2018. № 4 (27). С. 6-8.
22. Куприянов А.И., Шустов Л.Н. Радиоэлектронная борьба. Основы теории. М.: Вузовская книга, 2011. 800 с.
23. Средства функционального подавления радиоэлектронных средств малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с фокусировкой электромагнитного излучения / А.В. Гомозов, Д.В. Грецких, А.В. Демченко, Н.М. Цикаловский // Космическая техника. Ракетное вооружение. 2018. № 1 (115). С. 13-19.
24. Владимиров В.А., Лебедев А.В. Анализ состояния и тенденций развития современных видов оружия // Стратегия гражданской защиты: проблемы и исследования. 2012. № 2. С. 61-80.
25. Леньшин А.В. Бортовые системы и комплекс радиоэлектронного подавления. Воронеж: Научная книга, 2014. 590 с.
Поступила 06.06.2023; принята к публикации 04.08.2023 Информация об авторах
Пантенков Дмитрий Геннадьевич - канд. техн. наук, руководитель направления стратегических исследований - главный конструктор, АО «Научно-исследовательский институт современных телекоммуникационных технологий» (214012, Россия, г. Смоленск, ул. Ново-Ленинградская, д. 10), тел. 8 (926) 109-23-95, e-mail: [email protected]
Литвиненко Владимир Петрович - канд. техн. наук, доцент, Воронежский государственный технический университет (394006, Россия, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84), e-mail: [email protected]
Глушков Алексей Николаевич - канд. техн. наук, доцент, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж, Россия (394064, Россия, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54а), e-mail: [email protected]
THE MAIN PROBLEMATIC ISSUES AND MODERN APPROACHES TO COUNTERING SMALL-SIZED RECONNAISSANCE AND STRIKE UNMANNED AERIAL VEHICLES
D.G. Pantenkov1, V.P. Litvinenko2, A.N. Glushkov3
'Scientific research institute of modern telecommunication technologies, Smolensk, Russia 2Voronezh state technical university, Voronezh, Russia 3Russian Air Force Military Educational and Scientific Center Air Force Academy Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin, Voronezh, Russia
Abstract: as the analysis of the events of 2022-2023 years has shown, the use of small-sized reconnaissance and reconnaissance-strike unmanned aerial vehicles of small and light classes in armed conflicts and when damaging critical infrastructure facilities has become widespread. This is easily explained by the availability of their purchase, their very insignificant cost on the one hand and wide functionality on the other hand. Modern UAVs of small and light class are capable of being in the air from several tens of minutes to several hours, to carry out continuous monitoring of objects of interest, to conduct radio and radio-technical reconnaissance of specified areas, to survey the underlying surface, to issue target designation for the target attack to multiple rocket launchers, to adjust the accuracy of hitting projectiles of shock means, to relay information to remote to its recipients, act as shock drones or kamikaze drones. In fact, modern conflicts have moved into the stage of intellectual confrontation between operators of robotic complexes and systems, including complexes with UAVs of various classes and purposes. The article is a continuation of a whole series of works, including by other authors, devoted to countering small-sized UAVs, shows the calculated quantitative ratios of the required level of radiated energy depending on the distance to the object of impact in the case of the use of electronic warfare and functional damage to avionics, conclusions are drawn
Key words: unmanned aerial vehicle, small class, counteraction, basic methods, electronic warfare, functional defeat, radio communication, navigation, efficiency, automated complex
References
1. Makarenko S.I. «Countering unmanned aerial vehicles. Monograph" ("Protivodeystviye bespilotnym letatel'nym apparatam:
87
monografiya), St. Petersburg, Naukoyemkiye tekhnologii, 2020, 204 p.
2. Makarenko S.I. "Information warfare and electronic warfare in network-centric wars of the beginning of the XXI century. Monograph" Informatsionnoye protivoborstvo i radioelektronnaya bor'ba v setetsentricheskikh voynakh nachala XXI veka: monografiya", St. Petersburg, Naukoyemkiye tekhnologii, 2017, 546 p.
3. Eremin G.V., Gavrilov A.D., Nazarchuk I.I. "Organization of the system for combating small-sized UAVs", Arsenal of the Fatherland (Arsenal Otechestva), 2014, no. 6 (14), pp. 46-55.
4. Pantenkov D G. "Relevance and assessment of the technical capabilities of protecting strategically important objects from massive attacks using small UAVs", VI All-Russian Scientific and Practical conference "Avionics" ("Avionica"): coll. of scientific papers (November 23-25, 2022), Voronezh: VUNTS VVS "VVA", 2022, pp. 243-247.
5. Ananenkov A. E., Nuzhdin V. M., Rastorguev V. V., Skosyrev V. N. "Features of evaluation of detection characteristics in short-range radar", Radio Engineering (Radiotehnika), 2013, no. 11, pp. 35-38.
6. Skosyrev V. N., Kochkin V. A., Shumov A. V., Ananenkov A. E., Slukin G. P., Nefedov S. I., Fedorov I. B. "Ways of creating a radio-optical complex for monitoring air and ground space for dispatching services of regional airports", Science and Education. Bauman Moscow State Technical University (Nauka i obrazovaniye. MGTU im. N.E. Baumana), 2015, no. 11, pp. 301-321.
7. Plekin V. Ya. "Digital devices for selection of moving targets" ("Tsifrovyye ustroystva selektsii dvizhushchikhsya tseley"), Moscow, Sayns Press, 2003, 79 p.
8. Lopatkin D.V., Savchenko A.Yu., Solokha N.G. "On the issue of combating tactical unmanned aerial vehicles"), Military thought (Voyennaya mysl), 2014, no. 2, pp. 41-47.
9. Michel A.H. "Counter-drone systems", Center for the Study of the Drone at Bard College, 2018, 23 p.
10. Pantenkov D.G. "Results of mathematical modeling of noise immunity of satellite radio navigation systems under the influence of intentional interference", Successes of modern radio electronics (Uspekhi sovremennoy radioelektroniki), 2020, vol. 74, no. 2, pp. 57-68.
11. Pantenkov D.G. "Results of mathematical modeling of noise immunity of satellite radio communication systems under the influence of intentional interference", Radio Engineering (Radiotehnika), 2020, vol. 84, no. 5 (10), pp. 20-30.
12. Egurnov V.O., Ilyin V.V., Nekrasov M.I., Sosunov V.G. "Analysis of methods of countering unmanned aerial vehicles to ensure the safety of protected objects", Issues of defense technology (Voprosy oboronnoy tekhniki), ser. 16, 2018, no. 1-2 (115-116), pp. 51-58.
13. Makarenko S.I. "Robotic complexes for military purposes - current state and development prospects", Control, communication and security systems (Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti), 2016, no. 2, pp. 73-132.
14. Parkhomenko V.A., Ustinov E.M., Pushkin V.A., Belyakov V.A., Shishkov S.V. "Device for combating remotely piloted (unmanned) aircraft" ("Ustroystvo bor'by s distantsionno pilotiruyemymi (bespilotnymi) letatel'nymi apparatami"), Patent of RF no. 72754, 27.04.2008.
15. Ananenkov A.E., Marin D.V., Nuzhdin V.M., Rastorguev V.V., Sokolov P.V. "On the question of the observation of small-sized unmanned aerial vehicles", Proc. of MAI (Trudy MAI), 2016, no. 91, p. 19.
16. Abrosimov V.K. "Group movement of intelligent aircraft in an antagonistic environment. Monograph" ("Gruppovoye dvizheniye intellektual'nykh letatel'nykh apparatov v antagonisticheskoy srede. Monografiya"), Moscow, Nauka, 2013, 168 p.
17. Pantenkov D.G., Grigorenko N.S. "Subsystem of information delivery to ensure an increase in the accuracy of navigation definitions of mobile subscribers", Flight. All-Russian Scientific and Technical Journal (Polet. Obshcherossiyskiy nauchno-tekhnicheskiy zhurnal), no. 2, 2021, pp. 25-49.
18. Grigorenko N.S., Pantenkov D.G. "Navigation complex of an unmanned aerial vehicle using optoelectronic systems", Flight. All-Russian Scientific and Technical Journal (Polet. Obshcherossiyskiy nauchno-tekhnicheskiy zhurnal), no. 8, 2020, pp. 43-50.
19. Shcherbinin V.V., Sviyazov A.V., Smirnov S.V., Kvetkin G.A. "Autonomous navigation complex for robotic ground and aircraft" // Proc. of the Southern Federal University. Technical sciences (Izvestiya Yuzhnogo federal'nogo universiteta. Tekhnicheski-ye nauki), 2014, no. 3 (152), pp. 234-243.
20. Makarenko S.I. "Information security: a textbook for university students" ("Informatsionnaya bezopasnost': uchebnoye posobiye dlya studentov vuzov"), Stavropol, SF MGGU im. M.A. Sholokhova, 2009, 372 p.
21. Semenova L.L. "Modern methods of navigation of unmanned aerial vehicles", Science and education today Nauka i obrazovaniye segodnya, 2018, no. 4 (27), pp. 6-8.
22. Kupriyanov A.I., Shustov L.N. "Electronic warfare. Fundamentals of theory" ("Radioelektronnaya bor'ba. Osnovy teorii"), Moscow, Vuzovskaya kniga, 2011, 800 p.
23. Gomozov A.V., Gretskikh D.V., Demchenko A.V., Tsikalovsky N.M. "Means of functional suppression of radio-electronic means of small-sized unmanned aerial vehicles with electromagnetic radiation focusing", Space technology. Missile weapons (Kos-micheskaya tekhnika. Raketnoye vooruzheniye), 2018, no. 1 (115), pp. 13-19.
24. Vladimirov V.A., Lebedev A.V. "Analysis of the state and trends in the development of modern weapons", Civil protection strategy: problems and research (Strategiya grazhdanskoy zashchity: problemy i issledovaniya), 2012, no. 2, pp. 61-80.
25. Lenshin A.V. "Onboard systems and electronic suppression complex" ("Bortovyye sistemy i kompleks radioelektronnogo podavleniya"), Voronezh, Nauchnaya kniga, 2014, 590 p.
Submitted 06.06.2023; revised 04.08.2023 Information about the authors
Dmitriy G. Pantenkov - Cand. Sc. (Technical), Head of Strategic Research - Chief Designer, Scientific research institute of modern telecommunication technologies (10 Novo-Leningradskaya str., Smolensk 214012, Russia), 8(926)109-23-95, e-mail: [email protected]
Vladimir P. Litvinenko - Cand. Sc. (Technical), Associate Professor, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), e-mail: [email protected]
Alexei N. Glushkov - Cand. Sc. (Technical), Associate Professor, The military educational and scientific center of the Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin (54a Starykh Bolshevikov str., Voronezh 394064, Russia), e-mail: [email protected]
