CC BY
246Перспективы развития малых беспилотных летательных аппаратов и проблема их обнаружения
Полковник А.В. КОГТИН
Г.Я. ШАЙДУРОВ, доктор технических наук
АННОТАЦИЯ ABSTRACT
Рассмотрены перспективы развития и применения микро- и мини-БПЛА в военных конфликтах; проведен анализ возможностей РЛС с традиционными методами локации по их обнаружению; высказано предложение по решению проблемы обнаружения малых БПЛА параметрическим способом радиолокации.
Малоразмерные беспилотные летательные аппараты, микро- и мини-БПЛА, обнаружение целей с малой ЭПР, параметрическая модуляция.
АНАЛИЗ боевого применения разнородных сил и средств вооруженных формирований ряда стран в различных военных конфликтах
The paper looks at the development and employment prospects of micro- and mini-drones in military conflicts, analyzes the potential of radars with traditional location methods of discovering those, and proposes solving the problem of small drone detection by means of parametric radiolocation.
KEYWORDS
Small unmanned aerial vehicles, micro-and mini-drones, detecting targets with weak electron spin resonance, parametric modulation.
показывает значительно возросшую роль применения в них беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) при решении широкого спектра задач,
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
таких как: воздушная разведка; целеуказание системам оружия, корректировка их огня; лазерная подсветка наземных целей; поражение наземных и воздушных целей; оценка нанесенных ударов; съемка участков местности для подготовки цифровых карт; транспортировка грузов; ретрансляция связи; ведение радиоэлектронной борьбы (РЭБ).
Неоспоримые преимущества современных БПЛА привели к их интенсивной разработке и массовому применению в ведущих странах НАТО. Признанными лидерами в разработке и производстве БПЛА военного назначения являются США, Израиль и Франция. Сегодня в армии США имеется почти 8000 единиц БПЛА, в то время как количество пилотируемых аппаратов составляет около 11 000 единиц.
Столкнулись с этим явлением и российские вооруженные формирования. Так, в ходе специальной военной операции по принуждению агрессора к миру (2008 г.) грузинская армия интенсивно применяла разведывательные БПЛА иностранного производства. Эффективная борьба с такими целями фактически не была организована. Сформированные тогда группировки средств войсковой ПВО оказались практически бессильными в противостоянии с современным на тот момент малоразмерным разведывательным БПЛА.
Отдельно стоит обратить внимание на широкое применение бесплатформенных многороторных систем так называемых мультикоптеров* — микро- и мини-БПЛА. В ходе проведения специальной военной операции ВС РФ по освобождению Донецкой и Луганской республик, Запорожской и Херсонской областей обеими конфликтующими сторонами активно используются микро- и мини-БПЛА в целях разведки и целеуказания. Кроме того, к массовому их ис-
пользованию приводит возможность их приобретения через сеть интернет-магазинов. По своим характеристикам и возможностям любительские БПЛА не уступают микро- и мини-БПЛА, состоящим на вооружении ряда воинских формирований.
* Мультикоптер (англ. Multirotor, multicopter, многороторный вертолет, многолет) — это летательный аппарат с произвольным количеством несущих винтов, вращающихся диагонально в противоположных направлениях.
Анализ принятых на вооружение микро- и мини-БПЛА показывает возрастающую роль использования в качестве силовой установки двигателей внутреннего сгорания1 и бесколлекторных электрических двигателей с воздушными винтами (в США, по данным В. Беляева, из 10 основных моделей БПЛА самолетного типа (общим количеством — 437) поршневые двигатели имели 87 %, газотурбинные — 4 %, электрические — 9 % БПЛА2). Простота их эксплуатации, высокая надежность и низкая стоимость стали решающим фактором для производителей БПЛА. Использование реактивных двигателей различных модификаций ввиду их малого ресурса, большого расхода топлива и массогабаритных параметров, а также высокой стоимости в классе микро- и мини-БПЛА оказалось нецелесообразным.
Стоит отметить активное внедрение энергосберегающих технологий для увеличения продолжительности полетов БПЛА3. Применение сверхтонких (не превышающих по толщине лист бумаги) высоко-энергетичных солнечных батарей из аморфного кремния позволило БПЛА Zephyr британской компании
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МАЛЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ПРОБЛЕМА ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ
Qinetiq находиться в полете 336 час. 22 мин. 8 сек. Испытания проходили в аризонской пустыне. Максимальная высота полета БПЛА Zephyr составила 18 000 м.
На сегодняшний день широко используются в качестве источника питания силовой установки и являются безальтернативным решением в микро- и мини-БПЛА литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы (АКБ). К их неоспоримым преимуществам стоит отнести малый вес, большую плотность энергии на единицу объема и массы, низкий перепад напряжения по мере разряда, отсутствие эффекта памяти. Кроме этого, развитие литий-железо-фосфатной (LiFePo) технологии ведет к значительному росту вышеуказанных параметров, значительному снижению веса АКБ, безопасности использования и большему рабочему температурному диапазону (от -20 до +40° С), следствием чего станет почти двукратное увеличение полетного времени и массы полезной нагрузки микро- и мини-БПЛА по сравнению с Li-Pol АКБ.
Неоспоримые преимущества
современных БПЛА привели к их интенсивной разработке и массовому применению в ведущих странах НАТО и в ряде других государств. Особенно широкое распространение получили бесплатформенные многороторные микро- и мини-БПЛА, так называемые мультикоптеры. Признанными лидерами в разработке и производстве БПЛА военного назначения
являются США, Израиль и Франция.
Немаловажную роль в продолжительности полета, снижении веса микро- и мини-БПЛА и увеличении срока их эксплуатации сыграло применение современных композиционных материалов на основе стекло-и углеволокна и армирующих эпоксидных смол. Нагрузки, выдерживаемые композитными материалами, сопоставимы с традиционными материалами (дюралюминий, медь, алюминий), используемыми в авиационной промышленности при изготовлении летательных аппаратов, а цена значительно ниже. Технология изготовления корпусов и силовых элементов конструкции микро- и мини-БПЛА способом вакуумной формовки позволила значительно сократить срок изготовления готовых аппаратов и стоимость, что ведет к их неограниченному и массовому производству.
В сегодняшних условиях серьезной проблемой при применении малоразмерных БПЛА различного предназначения стало их обнаружение и уничтожение. Перечислим свойства микро- и мини-БПЛА, которые вызывают наибольшие затруднения при их обнаружении РЛС, стоящими на вооружении Воздушно-космических сил Российской Федерации (ВКС РФ). В первую очередь это их малые эффективные площади рассеяния (ЭПР) (0,1+0,001 м2), крайне малые скорости полета (0+50 м/с), полеты на предельно малых высотах (от 10 до 100 м) с использованием огибания рельефа местности для скрытности полета, автоматическое программное управление полетом, длительное нахождение в боевых порядках войск (до одних суток).
Обнаружение микро- и мини-БПЛА такого класса наземными РЛС практически невозможно, даже в беспомеховой обстановке по причине зависания на неограниченное время и отсутствия или крайне низкого значения доплеровской добавки
частоты в отраженном сигнале. Предельно малая высота полета аппаратов в зоне режекции СДЦ приводит к полной потере сигнала от БПЛА. Их малая ЭПР (0,1+0,001 м2) с использованием радиопоглощающих покрытий и сложные геометрические формы предъявляют дополнительные требования к оптимальной обработке сигнала.
Расчетные данные дальности обнаружения микро- и мини-БПЛА с использованием РЛС, состоящих на вооружении ВКС РФ, при различных значениях ЭПР БПЛА даже в режиме работы по маловысотным целям составляют:
Если расчетные и заводские данные по обнаружению целей с ЭПР, равной 0,1 м2, практически совпадают, то для БПЛА с ЭПР, равной 0,01 м2, фактические данные приближаются к нулевым значениям.
Из таблицы видно, что данные по возможностям обнаружения и сопровождения микро- и мини-БПЛА с ЭПР, близкой к значению 0,1—0,01 м2,
• РЛС метрового диапазона —
8—14 км для БПЛА с ЭПР около 0,1 м2 и 0,1 — 1,5 км для БПЛА с ЭПР около 0,01 м2;
• РЛС дециметрового диапазона —
9—16 км для БПЛА с ЭПР около 0,1 м2 и 0,8—2 км для БПЛА с ЭПР около 0,01 м2;
• РЛС сантиметрового диапазона — 12—25 км для БПЛА с ЭПР около 0,1 м2 и 1,4—2,8 км для БПЛА с ЭПР около 0,01 м2;
В таблице приведены возможности существующих маловысотных РЛК (РЛС), находящихся на вооружении ВКС РФ, по обнаружению воздушных целей с ЭПР, равной 0,3 и 2м2.
отсутствуют. Правда, задача перед данными видами РЛК (РЛС) по разведке микро- и мини-БПЛА изначально не ставилась.
В какой-то мере данную задачу могут решить переносные станции наземной разведки (СНР) Сухопутных войск РФ, которые представлены широким классом: ПСНР-8М (изделие 1Л120М, изделие 1Л112),
Таблица
Возможности маловысотных РЛК (РЛС) по обнаружению воздушных целей с малой ЭПР
Тип РЛК (РЛС) Дальность обнаружения целей с ЭПР 0,3 м2 на высотах, км Дальность обнаружения целей с ЭПР 2 м2 на высотах, км Коэффициент подавления отражений от местных предметов, дБ Разрешающая способность по дальности, м
60 м 1000 м 100 м 1000 м
Каста-2Е2 (при работе на штатную антенну) 30 — 41 95 54 300
35Н6 «Каста» (при работе на штатную антенну) 24 — 32 95 53 450
СТ-68УМ 20 Н/д 28 42 Не менее 48 300
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МАЛЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ПРОБЛЕМА ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ
ФАРА-ВР (изделие 1Л111М), 1Л127 АИСТЕНОК, мобильная малогабаритная станция «СУРОК» и др.
Отличительными особенностями большинства РЛС являются: непрерывное излучение широкополосных сигналов, цифровая обработка принятого сигнала, применение фазированной антенной решетки с электронным сканированием луча, высокая помехозащищенность, быстрая перестройка частоты, обеспечивающая скрытность, высокая мобильность, позволяющая переносить и разворачивать РЛС расчетом из двух человек. Но все эти РЛС, которые способны обнаруживать микро- и мини-БПЛА, работают в узком секторе, заранее вводя определенные ограничения по разведке целей.
Вывод очевиден: использование БПЛА во всех звеньях вооруженных формирований, а также круг решаемых ими задач будут постоянно расширяться. Эта тенденция в ближайшие годы будет сохраняться. В связи с этим необходимо принять программу по проектированию и разработке специализированных РЛС и средств огневого поражения данного и перспективного классов микро- и мини-БПЛА.
Традиционный подход к обнаружению целей с ЭПР, равной 0,01 м2 и менее, не решает поставленные задачи. Указанные выше СНР СВ РФ, как правило, имеют узкоспециализированную направленность, в частности предназначены для разведки позиций артиллерии противника, охраны границ при работе на «просвет».
Авторами статьи был проведен ряд лабораторных исследований по радиолокационному обнаружению моделей БПЛА путем выделения гармоник частоты вращения (параметрическая модуляция отраженного сигнала) их воздушных винтов, показавших перспективность этого на-правления4, а также получен патент на это изобретение5.
В статье «Результаты экспериментальных исследований признаков...»6 также описываются некоторые результаты исследований, проведенных в АО КБ «Связь» (г. Ростов-на-Дону) в пассивных полях.
В целом изложенная в статье проблема имеет в современных условиях чрезвычайно актуальное значение и заслуживает пристального внимания военных и гражданских заказчиков.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Кузнецов Г. Беспилотные летательные аппараты с поршневыми двигателями. Компоновка и конструкции: монография. М.: Издательство «Спутник+», 2010.
2 Беляев В. Война в воздухе. Новая угроза // Авиация и космонавтика. 2004. № 4. С. 8—17.
3 Юферов С. Беспилотник на солнечных батареях может серьезно потеснить спутники. URL: http://topwar.ru/32805-bespilotnik-na-solnechnyh-batareyah-mozhet-serezno-potesnit-sputniki.html (дата последнего обращения: 16.10.2022).
4 Фомин А., Шайдуров Г. Энергетическая оценка параметров радиолокатора
для обнаружения малых беспилотных летательных аппаратов по частоте вращения винта / Сборник тезисов 2-й Всероссийской научно-технической конференции «Системы связи и радионавигации».
2015. С. 186—189.
5 Патент РФ 2622908 от 21.06.2017. Радиолокационный способ обнаружения летательных аппаратов.
6 Беляев Г., Макеев Ф., Чернятьев Ю., Шевченко В. Результаты экспериментальных исследований признаков классификации малоразмерных воздушных объектов в мультистатических системах скрытой радиолокации // Радиотехника.
2016. № 1. С. 78—86.
