CC BY
794
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
УДК 621.396.6
РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ ОБЗОР СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ НАЗЕМНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ В РОССИИ (Часть 1)
Е.Е. НЕЧАЕВ, Ю.П. БОЛЬШАКОВ По заказу редколлегии
В статье даётся обзор создания наземных обзорных радиолокаторов и развития техники их построения в России. В первой части статьи рассмотрены два первых поколения радиолокационных станций целеуказания.
Радиолокационные системы 21 века характеризуются: полной когерентностью одиночного радиолокатора и территориально распределенной радиолокационной сетью в целом; применением активных фазированных решёток (АФАР) и, как следствие, увеличением дальности действия и надёжности радиолокаторов; широкополосностью зондирующих сигналов (линейночастотная, фазовая внутриимпульсная модуляция); применением цифровой обработки сигналов основных информационных каналов; использованием твердотельной техники построения модулей радиолокаторов; наличием мощных вакуумных приборов с высоконадежными композиционными катодами для радиолокаторов метрового диапазона [1].
Такого развития радиолокационные системы достигли в течение всего лишь нескольких десятилетий. Какими же путями шло развитие радиолокационных станций (РЛС) в России? Рассмотрим основные этапы и направления развития техники РЛС.
1. Довоенные радиолокационные средства целеуказания [2,3]
Первыми работами, проведенными в области использования радиоволн для обнаружения самолётов в России в 1933г., были исследования Научно-исследовательского и испытательного института связи (НИИИС), выполненные по инициативе М. А. Федосенко. Исследования сводились к улавливанию электромагнитного излучения от системы зажигания (магнето) двигателя самолёта с помощью радиоприёмника. Эксперименты не дали практически значимых результатов вследствие того, что самолёт обнаруживался всего на расстоянии 1 км, тем не менее, М. А. Федосенко и Г.С. Гойлов пришли к выводу, что эффективное решение проблемы обнаружения самолётов с помощью радиоволн следует искать в создании радиопередатчиков, излученные радиоволны которых облучают самолёты, и радиоприёмных устройств, регистрирующих отраженные от самолётов сигналы.
Начало таким научно-экспериментальным работам по радиообнаружению самолётов указанным методом, названным впоследствии радиолокацией, было положено заключением договора между Главным артиллерийским управлением Министерства обороны (ГАУ МО, с 1960г. ГРАУ - Главное ракетно-артиллерийское управление) и Центральной радиолабораторией (ЦРЛ) в октябре 1933 г. на проведение экспериментальной работы “Пеленгация самолётов на дециметровых волнах”. Руководил этой работой Ю.К. Коровин. В состав исследуемой аппаратуры входили: радиопередатчик непрерывного излучения, работавший в диапазоне 50...60 см, со средней мощностью 0,2 Вт; супергетеродинный приемник и параболические антенны диаметром 2 м. Уже в январе 1934г. были проведены успешные эксперименты по обнаружению гидросамолёта. Использование маломощного непрерывного излучения позволило выявить эффект Доплера, который в дальнейшем нашёл применение в РЛС с селекцией движущихся целей на фоне отражений от земной поверхности, местных предметов и пассивных помех. К недос-
таткам первой опытной РЛС можно отнести отсутствие возможности определения дальности до цели, большие шумы передатчика и приёмника.
В феврале 1934г. ГАУ заключило с ЦРЛ второй договор на разработку станции радиообнаружения для наведения на самолёт луча прожектора. РЛС должна была определять только две угловые координаты самолёта (азимут и угол места). Эта станция была изготовлена в мае 1935г. и проходила испытания в Центральной военно-индустриальной радиолаборатории (ЦВИРЛ), куда был переведен на работу Ю.К. Коровин. Данный вариант РЛС обеспечивал обнаружение самолёта до дальности 3 км.
В 1936г. в ЦВИРЛ была создана радиоустановка “Енот”, в которой в качестве генератора впервые использовался разработанный Ю.К. Коровиным и профессором Горьковского физикотехнического института (ГФТИ) М. Т. Греховой магнетрон, работавший на волне 18 см с мощностью около 8 Вт. В установке применялись параболические антенны с диаметром зеркала 1,5 м и механическим сканированием. Дальность обнаружения самолёта при испытаниях составила до 11 км.
В качестве другой научной школы к разработкам по созданию радиолокаторов были привлечены специалисты Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) под руководством Б.К. Шембеля. В ходе разработки проекта радиообнаружителя (в ЛЭФИ его называли радиоискателем) к лету 1935 г. была изготовлена опытная установка с двумя параболическими антеннами диаметром 2 м. Антенны размещались рядом на общей опоре и могли механически сканировать в горизонтальной и вертикальной плоскости. Приёмник и передатчик были смонтированы у основания антенн. Двухпроводные фидерные линии в металлических трубах связывали передатчик и приёмник с полуволновыми вибраторами, используемыми в качестве облучателей параболических зеркальных антенн. Передатчик работал в диапазоне длин волн 21.29 см. Мощность излучения радиообнаружителя составляла 8.15 Вт. Самолёт У-2 обнаруживался на дальности 5.6 км.
В тоже время (1934.1935гг.) в ЛЭФИ под руководством М.Д. Гуревича-старшего был исследован импульсный метод радиолокации. К установке с магнетронным генератором дециметрового диапазона и приёмником прямого детектирования подключался синхронизированный генератором осциллограф, на экране которого ожидалось увидеть прямой и отражённый от самолёта импульсы. Однако попытки принять отраженный сигнал окончились безрезультатно вследствие засветки экрана электронно-лучевой трубки отражениями от местных предметов. Тем не менее, саму установку можно считать первой импульсной РЛС.
В конце 30-х годов ЛЭФИ был объединён с Радиоэкспериментальным институтом и преобразован в Научно-исследовательский институт № 9 (НИИ-9). По договору с ГАУ в 1935.1936гг. НИИ-9 должен был создавать новую подвижную установку радиообнаружения самолётов. Под научным руководством профессора М.А. Бонч-Бруевича и Б.К. Шембеля в 1936г. был изготовлен двухантенный радиоискатель “Буря”, работающий на волнах 24.25 см с непрерывным излучением 6.7 Вт. Радиоискатель имел приёмник прямого усиления, передающую и приёмную параболические антенны диаметром 2 м и источник питания (аккумуляторные и сухие батареи) (рис. 1). Полигонные испытания по одиночному самолёту и звену самолётов Р-5 показали, что максимальная дальность обнаружения составляет 10.11 км, среднеквадратические ошибки по азимуту - 30, по углу места - 4,10.
В 1937.1938гг. в НИИ-9 под руководством Б.К. Шембеля были проведены разработки в области дальнометрии для радиоискателей с непрерывным излучением. Для этого использовалась частотная модуляция (ЧМ) непрерывного излучения и селекция целей по дальности с помощью частотных фильтров. Одновременно это устраняло помехи от местных предметов и “слепые” скорости целей.
Рис. 2. Радиоискатель Б-2
В 1938г. в НИИ-9 возобновились научные исследования по импульсным радиообнаружителям. Эти работы, проводившиеся под руководством профессора А.Е, Сузанта, закончились созданием экспериментального образца импульсного дальномера под названием “Стрелец”, работающего на волнах 70.80 см, с мощностью импульсного излучения до 20 кВт и имевшего су-пергетеродинный приёмник с двумя каскадами усилителя высокой частоты (УВЧ). На испытаниях зимой 1939/1940г. устройство показало дальность обнаружения самолёта У-2 до 20 км и точность определения дальности до 160м.
В конце 1939г. в НИИ-9 изготовили три опытных образца радиоискателей Б-2 и Б-3 (рис.2,3). Радиоискатель Б-2 имел две параболические антенны с диаграммой направленности (ДН) шириной 5.60. Для поиска самолёта использовалась коническая развертка с раствором в пределах 40.500. Угловые координаты самолёта определялись методом равносигнальной зоны. Два радиоискателя Б-3 составляли комплекс, в котором одна установка осуществляла поиск цели в азимутальной плоскости, а другая - в угломестной. Обе установки имели антенны с веерообразными ДН (шириной 35.400 в одной плоскости и 2.30 - в другой). Они различались лишь расположением антенн - горизонтальным и вертикальным. Поиск самолёта осуществлялся вначале азимутальной установкой по максимуму слышимости в телефонах-наушниках характерного вибрирующего звука как следствия интерференции прямого и отраженного сигналов, а после этого начинался поиск цели оператором установки измерения угла места. Во всех трёх радиоискателях генератор работал на волне 15 см с мощностью непрерывного излучения 12 Вт. Полигонные испытания радиоискателей показали их малую надежность обнаружения и сопровождения самолётов на высотах более 4000 м, хотя дальность обнаружения достигала 17,5.20 км.
Дальнейшие доработки радиоискателей с непрерывным излучением в диапазоне дециметровых волн, проведенные в НИИ-9, позволили получить в экспериментальном образце радиоискателя “Мимас” дальности обнаружения бомбардировщика СБ, равные 30.35 км. Точность определения координат до 0,60. Характерной конструктивной особенностью “Мимас” являлось его антенное устройство. Оно состояло из трёх жестко связанных между собой рупорных антенн - одной излучающей (центральной) и двух приёмных (боковых). ДН в вертикальной плоскости имела ширину 200, а в горизонтальной - 40. Боковые приёмные антенны по отношению к центральной были развёрнуты в разные стороны на небольшие одинаковые углы, что обеспечивало пеленгацию самолёта методом равносигнальной зоны.
Разработка радиосредств дальнего обнаружения самолётов связана с именем инженера П. К. Ощепкова, который независимо высказал идею использования радиоволн для обнаружения самолётов и в январе 1933г. в записке начальнику Управления противовоздушной обороны (УПВО) изложил свои соображения о целесообразности применения в аппаратуре радиообнаружения метода импульсного излучения радиоволн (вместо непрерывного), позволяющего создать значительные мощности излучения для дальнего обнаружения самолётов. В сентябре 1934г. П.К. Ощепков предложил проект системы дальнего обнаружения под названием “Элек-тровизор”. Этот проект предусматривал создание станции кругового обзора с дальностью действия 100.200 км. Для проведения конструкторских работ в системе УПВО было создано конструкторское бюро, начальником которого был назначен П.К. Ощепков.
Рис. 3. Радиоискатель Б-3
Рис. 4. Радиоулавливатель РУС-1 (‘Ревень’)
В систему “Электровизор” должна была войти аппаратура радиообнаружения “Вега” и “Конус”. В комплекте радиоаппаратуры “Вега” планировалось иметь радиопередатчик на волнах 3,5.4 м мощностью 5.10 кВт, работающий на вращающуюся в горизонтальной плоскости на-
правленную антенну, и пять приёмных устройств с направленными вращающимися антеннами и акустическими или визуальными приборами контроля. В комплекте аппаратуры “Конус” должны были быть: излучающее устройство ближнего действия (10.15 км) на волнах 40.50 см мощностью до 25 кВт, излучающее устройство большей дальности (до 100 км) на волнах 50.100 см мощностью до 1 кВт, два приёмных устройства соответствующих диапазонов, передающие и приёмные антенны параболического типа диаметром 0,8 м, устройство, обеспечивающее синхронизацию их вращения. В 1935г. П.К. Ощепков решил дополнить систему “Электровизор” импульсной аппаратурой дециметровых волн, получившую название “Модель-2”. Прогрессивность технического решения, предложенного П. К. Ощепковым, заключалось в сочетании аппаратуры, основанной на непрерывном методе излучения и приёма радиоволн, и радиоаппаратуры - на импульсном методе. Однако после полигонных испытаний и выявления недостатков в работе аппаратуры дальнейшего продолжения работа П.К. Ощепкова не получила.
Задача создания средств дальнего обнаружения в конце 1936г. была возложена на НИИИС, а первым положительным результатом деятельности в этом направлении явилось создание системы “Ревень” (радиоулавливатель самолётов РУС-1) (рис. 4). В комплект системы входили передающая и две приёмные станции, смонтированные на автомашинах, которые располагались на местности так, что передающая станция находилась в центре линии между приёмными на расстоянии 30.40 м сзади каждой из них. Передающая станция создавала в направлении приёмных направленное излучение в виде занавесы (“забора”), при пересечении которой самолёты обнаруживались приёмными станциями по биениям прямого и отраженного сигналов, регистрировавшимся на самописце. В сентябре 1939г. система “Ревень” была принята на вооружение под название РУС-1. До 1941г. было выпущено 45 комплектов этой станции, затем дальнейшее её производство было прекращено, так как была разработана РЛС дальнего обнаружения РУС-2, обладающая лучшими характеристиками.
Импульсная двухантенная станция дальнего обнаружения “Редут” (позднее названа РУС-2) (рис. 5) была создана в 1939г. совместными усилиями учёных Ленинградского физикотехнического института (ЛФТИ) под руководством Ю.Б. Кобзарева и сотрудников НИИИС под руководством А.И. Шестакова. В комплект станции РУС-2 входили: передатчик с импульсной мощностью 50 кВт, работающий на волне 4 м и смонтированный внутри фургона, вращающегося на шасси автомашины; приёмная аппаратура в таком же вращающемся фургоне на автомашине, имеющая в своём составе светящуюся развертку на экране электронно-лучевой трубки, рассчитанной на дальность обнаружения до 100 км; две антенны типа “волновой канал”, жестко укреплённые на каждом фургоне, с синхронным вращением; агрегат питания мощностью 30.40 кВт, смонтированный в третьей машине. Станция имела следующие технические характеристики: дальность обнаружения самолёта на высоте 500 м - 30 км, на высоте 7500м - 95 км; точность определения дальности 2.3 км; осуществление кругового обзора; определение азимута цели, направления её полёта и скорости; определение по виду отметок на индикаторе характера цели (одиночная или групповая). В июле 1940г. станция РУС-2 была принята на вооружение. С марта по июнь 1941г. была выпущена опытная партия станций РУС-2 в количестве 10 комплектов.
Дальнейшая модернизация РУС-2 заключалась в создании одноантенного варианта станции с вращающейся антенной. Инженером Д. С. Михалевичем было предложено техническое решение, основанное на использовании свойств четвертьволновой линии, подключении передатчика с помощью автотрансформаторной связи к фидеру, к которому на расстоянии примерно в четверть волны от анодного контура присоединяется фидер питания радиоприёмника. Переключение антенны с передачи на приём и, наоборот, должно было осуществляться с применением электрических разрядников, блокирующих при передаче входную часть приёмника от мощных импульсов передатчика. Можно отметить, что такая схема построения РЛС стала классической для импульсных радиолокаторов.
Рис. 5. Радиоулавливатель РУС-2 (“Редут”)
Рис. 6. РЛС П-3А
При разработке конструкции вращающейся антенны была решена не менее важная задача по созданию высокочастотного устройства, которое должно было обладать достаточной электрической прочностью в режиме передачи и сохранять постоянство входного сопротивления в
цепи антенны при её вращении. В результате был создан бесконтактный токосъёмник из индуктивно связанных цепей с распределёнными параметрами.
Модернизированная РЛС “Редут-41” (РУС-2с), разработка опытного образца которой началась в сентябре 1940г., имела следующие технические характеристики: совмещение передающей и приёмной аппаратуры в одном автофургоне при работе на общую вращающуюся антенну; размещение во втором автофургоне двух агрегатов питания (рабочего и резервного); дальность обнаружения целей на высоте 500 м до 30 км и на высоте 8000 м до 110 км; точность определения дальности - 1,5 км; азимута - 70; рабочая длина волны 4,0.4,3 м при длительности импульса 10.12 мкс.
Дальнейшей модернизацией станции РУС-2с явилась РЛС П-2М.
Созданием станций РУС-2 и РУС-2с закончился почти десятилетний довоенный период развития РЛС в России.
2. Развитие и совершенствование РЛС в годы Великой Отечественной войны и в послевоенные годы [2,4]
В военные годы продолжалось совершенствование двухкоординатных РЛС РУС-2 и РУС-2с, определяющих наклонную дальность и азимут самолёта, с целью создания для них аппаратуры, позволяющей определять третью координату - угол места или высоту полёта. В то время такая аппаратура называлась высотная приставка. В основу её действия был положен принцип определения угла места, базирующийся на том, что на каждую приёмную антенну станции метрового диапазона воздействуют отражённые от самолёта радиоволны по прямому лучу и по лучу, переотраженному от поверхности земли. В результате этого между разновысотными антеннами одной и той же РЛС всегда существует напряжение, являющееся функцией угла скольжения волны, т.е. угла места цели. Вследствие этого с помощью гониометра, включенного между этими антеннами, можно определить угол места самолёта. При этом по данным измерения наклонной дальности и угла места не представляет труда вычислить высоту цели.
В комплект высотной приставки входили: мачта высотой 16,5 м с тремя антеннами, расположенными на высотах 4,12; 8,24 и 16,48 м; гониометр для измерения угла места; устройство для определения высоты; переключатель антенн и приёмника. Полигонные испытания высотной приставки в 1943г. показали, что для цели на высоте 400 м ошибки определения высоты не превышали 210.230 м. Для определения угла места цели требовалось не более 12 с.
В годы войны решалась актуальная задача определения государственной принадлежности самолётов (“свой-чужой”). Ещё на кануне войны под руководством Ю.Б. Кобзарева в ЛФТИ был разработан способ опознавания цели на основе применения регенеративных ответчиков, устанавливаемых на своих самолётах и реагирующих на сигналы только своих РЛС. В связи с началом войны все работы по самолётному ответчику были переданы в НИИ-9, где под руководством Н.Ф. Алексеева и Д.Е. Малярова ответчик прошёл доработку и был передан в производство.
В НИИИС также создавали аппаратуру опознавания и в середине 1941г. провели её испытания на самолётах.
В 1942г. руководство разработками по системам опознавания взял на себя НИИ ВВС.
Так закладывались основы для создания в послевоенные годы первой и единой для всех видов Вооружённых Сил и гражданской авиации системы радиолокационного опознавания “Кремний-1”, включавшей в себя ряд модификаций наземных и корабельных запросчиков, сопрягавшимися с различными РЛС, и унифицированных самолётных ответчиков, работавших совместно в единой системе кодированных сигналов запроса и ответа.
РУС-2 и РУС-2с, являющиеся основными РЛС обнаружения самолётов в период Великой Отечественной войны, имели ограниченные возможности в плане точности определения координат целей и сложности эксплуатации. Общее количество РЛС, выпущенных к концу войны,
составило: Рус-1 - 44; РУС-2 (двухантенный вариант) - 12; РУС-2 (одноантенный мобильный вариант) - 132; РУС-2 (одноантенный стационарный вариант) - 463.
С учётом недостатков РУС-2 НИИИС в годы войны разработал технические требования к новой РЛС, которые сводились к следующим: дальность обнаружения не менее 130 км; дальность пеленгования - 70 км; точность определения координат: азимута - 40 при обнаружении и 1,30 при пеленговании; дальности - 650 м; высоты - 300.700 м в пределах азимутальных углов от 0 до 3600 и по углу места от 4 до 180; время определения трёх координат не более 25 с. Для станции была выбрана рабочая длина волны 4,16 м; импульсная мощность 80.100 Вт, длительность импульса 10.15 мкс. Станция, названная П-3, создавалась с двумя антеннами -вертикальной (угломестной) и горизонтальной (азимутальной). Вертикальная антенна работала на излучение и приём, горизонтальная - только на приём. Грубое определение азимута цели производилось обычным способом - по максимуму отражённого сигнала на индикаторе станции. В режиме точного определения азимута при помощи антенного переключателя левая и правая части горизонтальной антенны соединялись в противофазе, и на экране индикатора при ориентировании антенны на цель появлялись два раздвинутых импульса равной амплитуды. При уходе цели влево и вправо относительно оси антенны один импульс возрастал по амплитуде, а другой уменьшался. Для определения высоты полёта самолёта использовалась вертикальная антенна, состоящая из двух элементов типа “волновой канал”, установленных на высотах 7 м и 11 м от поверхности земли. Каждый из каналов подключался к гониометру, от характеристик которого зависела результирующая ДН антенны в вертикальной плоскости. По найденным значениям дальности и угла места с помощью номограммы определялась высота полёта самолёта. Управление характеристикой направленности антенны в вертикальной плоскости позволило также устранять “мёртвые зоны” наблюдения в плоскости угла места. В августе 1944г. РЛС П-3 прошла заводские испытания, а в феврале 1945г. - полигонные испытания и была принята на вооружение.
Первой послевоенной РЛС дальнего обнаружения самолётов метрового диапазона была станция П-3А (рис. 6), созданная НИИ радиопромышленности. Станция представляла собой модернизированную и размещенную на двух автомашинах РЛС П-3. В 1947г. РЛС П-3а была принята на вооружение и поставлена на серийное производство взамен ранее выпускавшихся РУС-2, РУС-2с и П-3.
В период 1949.1950гг. в НИИ радиопромышленности была создана РЛС метрового диапазона П-8 (рис. 7). Она производила обнаружение самолётов в режиме кругового обзора и в условиях пассивных и активных импульсных помех. РЛС обеспечивала обнаружение самолётов на дальностях до 150 км при высоте полёта 8000 м, обладала разрешающей способностью по дальности не хуже 2,5 км и по азимуту 240. Мощность импульсного излучения составляла 70.75 кВт, а чувствительность приёмника - не хуже 7 мкВ. Станция имела двухэтажную антенну из 4-х элементов типа “волновой канал”, работающую на передачу и приём. В станции использовались два индикатора - кругового обзора и высоты. Индикатор высоты в комплексе с гониометром позволил определить угол места цели и с помощью номограмм - высоту её полёта. В состав стации входили устройства защиты от помех и наземный радиолокационный запросчик НРЗ-1, имеющий отдельную антенну и работающий в системе опознавания государственной принадлежности самолётов “Кремний-1”. Для защиты от пассивных помех использовалась простейшая система селекции движущихся целей (СДЦ) с когерентным гетеродином в приёмном устройстве без схемы череспериодной компенсации (ЧПК) импульсов. Индикация подвижной цели производилась по биениям между напряжениями принятого сигнала и когерентного гетеродина. Передатчик станции имел схему стабилизации частоты. Супергетеродин-ный приёмник обеспечивал двойное преобразование высокой частоты в промежуточную и низкую. На низкой частоте производилась защита станции от активных импульсных помех с помощью схем селекции принимаемых сигналов по амплитуде и дальности. Индикатор кругового
обзора имел электронно-лучевую трубку с двумя флюоресцирующими слоями, светящимися голубым и оранжевым цветом. Голубое быстроисчезающее свечение позволяло хорошо индицировать вновь появляющиеся цели, а оранжевое длительное - видеть вкруговую всю воздушную обстановку в течение периода обзора при вращении антенны со скоростью 2 об/мин. Аппаратура станции и агрегаты электропитания размещались в двух автомашинах.
Вслед за станцией П-8 в НИИ радиопромышленности в период с 1951.1953гг. была создана новая РЛС П-10 (рис. 8), обладающая рядом новых тактико-технических качеств.
Рис. 7. РЛС П-8
В
Главными из них были: повышенные дальность и высота обнаруживаемых целей (180.200 км и 16 км соответственно), возможность защиты от активных шумовых помех путём смены рабочей частоты, улучшенная защита от пассивных помех и повышенная мобильность, обеспечиваемая тем, что антенна станции располагалась на одном шасси с аппаратной кабиной и быстро переводилась из походного положения в рабочее.
1956.1957гг. станции П-8 и П-10 были оборудованы аппаратурой защиты от пассивных помех “Байкал-18”, в которой использовался когерентно-компенсационный метод с череспери-одным вычитанием импульсов на потенциалоскопах. Аппаратура предусматривала возможность компенсации скорости движения облака помех (ветра) до 30 м/с. Эффективность аппаратуры “Байкал-18” подтверждалась возможностью обнаружения целей в пассивных помехах, превышающих сигналы от целей в 5 раз.
В 1954.1956гг. была разработана РЛС дальнего обнаружения метрового диапазона “Енисей” (П-12) (рис. 9), у которой дальность обнаружения самолётов составила 200 км. Цели могли быть обнаружены этой РЛС на высотах до 25 км. Мощность импульсного излучения станции составила 180 кВт. РЛС П-12 была оборудована рядом аппаратурных средств помехозащиты (системой СДЦ и аппаратурой перестройки частоты) и наземным радиолокационным запросчиком. Станция имела три индикатора: встроенный индикатор кругового обзора (ИКО) и индикатор высоты, а также выносной ИКО, который мог устанавливаться на командном пункте. РЛС П-12 в 1956г. была принята на вооружение и поставлена на серийное производство для замены практически всех ранее созданных мобильных станций обнаружения метрового диапазона.
К числу наиболее существенных модернизаций П-12 относится установка на ней новой антенно-фидерной системы, имеющей диапазонные излучатели типа “волновой канал” облегченной конструкции. В каждом из двух этажей новой антенны имелось по шесть таких излучателей. Кроме этого, в станцию были введены автомат точной подстройки частот, схема накопления полезного сигнала. В модернизированной в 1959г. станции П-12М был произведен сдвиг диапазона рабочих частот на 10 МГц.
После перевода станции на новую элементную базу и сопряжения её с системой опознавания государственной принадлежности самолётов “Кремний -2М” РЛС получила наименование П-18 (“Терек”, 1РЛ131) (рис. 10).
РЛС метрового диапазона “Мост-2” в 1946г. была принята на вооружение в качестве мобильной РЛС кругового обзора и целеуказания. К станции были предъявлены требования: дальность обнаружения самолётов до 140 км, точность определения азимута - 20, разрешающая способность по азимуту 200. Станция работала с импульсной мощностью 80.100 кВт. Антенная система РЛС, состоящая из 4-х излучателей типа “волновой канал”, расположенных попарно в двух горизонтальных плоскостях (этажах), размещалась на одном шасси с аппаратной кабиной. В станции были установлены передатчик, супергетеродинный приёмник, ИКО и индикатор для определения угла места цели. Дальность и азимут определялись с помощью ИКО. Угол места и высота цели определялись методом переключения этажей антенны при работе на приём с помощью индикатора угла места.
РЛС дальнего обнаружения П-14 серийно выпускалась с 1959г. Стационарные варианты станции 1РЛ113 (“Лена”) и 44Ж6 (“Фургон”) (рис. 11, 12) размещались в специальном здании. Более поздний вариант станции (П-70) приведён на рис. 13.
Станции предназначены для обнаружения и измерения дальности и азимута воздушных целей. РЛС “Лена” размещается на заранее подготовленной позиции в двух одноэтажных зданиях (в одном - аппаратура, в другом - дизельная электростанция). Антенна, представляющая собой параболическое зеркало размером 32х11 м, устанавливается рядом с аппаратным помещением. Для опознавания воздушных целей станция комплектуется наземным радиозапросчиком. Имеются два выносных индикатора, располагаемых на командном пункте, удалённым от РЛС на расстояние до 1000 м. Помехозащищённость станции в условиях воздействия активных помех
обеспечивается перестройкой рабочей частоты. Для защиты от пассивных помех применена когерентно-компенсационная аппаратура на потенциалоскопах. Станция имеет следующие характеристики: зона обзора - 3600 по азимуту, по углу места 120 и по высоте 35 км; дальность обнаружения цели на высоте 10000 м - 300 км. Точность измерения координат: дальности - 1500 м, азимута - 1,50. Коэффициент подпомеховой видимости системы СДЦ 26 дБ. Период обзора -30, 15 и 10 с. Потребляемая мощность 60 кВт. Обслуживающий персонал одной смены 5 человек. Мобильный вариант станции П-14 (5Н84) представлен на рис. 14.
Рис. 9. РЛС П-12 (“Енисей”)
Рис. 11. РЛС РЛ 113 («Лена»)
Рис. 13. РЛС П-70
В послевоенные годы получили дальнейшее развитие станции обнаружения дециметрового и сантиметрового диапазонов. Их развитие связано, прежде всего, с тем, что появляется новый класс приборов СВЧ, таких как: лампы бегущей и обратной волны, параметрические усилители. Появились мощные генераторы и усилители на клистронах сантиметрового диапазона. Возникла возможность отображения воздушной обстановки на экранах индикаторов кругового обзора за счёт использования в них электронно-лучевых трубок с длительным послесвечением (на период обзора). Была проведена большая работа по миниатюризации радиоламп, по использованию в РЛС полупроводниковых приборов (детекторов, усилителей, переключателей, выпрямителей).
В конце 40-х и в 50-е годы начинается второй этап развития отечественной радиолокации, связанный, прежде всего с освоением дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн.
В 1952г. была начата разработка станции обнаружения низколетящих целей дециметрового диапазона “Тропа” (РЛС П-15) (рис. 15), а в 1955г. станция была принята на вооружение. Станция имела три режима работы: амплитудный, амплитудный с накоплением и когерентноимпульсный. Защита от активных прицельных помех обеспечивалась путём быстрой перестройки на одну из 4-х рабочих частот, а от пассивных помех - схемой когерентно-импульсной ЧПК отражений от дипольных помех и местных предметов. Станция оборудована НРЗ, работающим в системе опознавания “Кремний-2”. РЛС П-15 бала смонтирована на одном автомобиле вместе с двухэтажной антенной системой и развертывалась в рабочее положение за 10 мин. Агрегат питания транспортировался в прицепе. Станция обеспечивала обнаружение на дальностях 60. 140 км при высоте полёта цели от 500 до 3000 м. Импульсная мощность РЛС -300 кВт, чувствительность приёмника - 2-10"14 Вт. Ширина ДНА по азимуту - 4,50. В модернизированной станции П-15М (1959г.) имелся режим автоматического и полуавтоматического выставления стробов для цели. В системе СДЦ вместо ртутных линий задержки были применены твердые линии на основе магниевого сплава. В РЛС П-15Н (1962г.) были введены устройства, улучшающие систему СДЦ, и вновь разработанные параметрические усилители. Дальность обнаружения станции увеличилась за счёт повышения чувствительности приёмника на 14%, коэффициент шума составлял 2..2,5. Был введен режим внешней когерентности (режим фазирования когерентного гетеродина эхо-сигналами), что значительно улучшило работу схемы СДЦ. На доработанной станции П-15МН проводились сравнительные испытания систем СДЦ с однократной, двукратной ЧПК пассивных помех и фильтровой схемы СДЦ. Лучшими характеристиками подавления помех обладала система СДЦ с двукратной ЧПК (подавление до 25.27 дБ). До 70-х годов фильтровая схема СДЦ ввиду неоптимальности характеристик доплеровских фильтров имела худшие характеристики по сравнению с двукратной схемой ЧПК. Впоследствии фильтровые системы СДЦ получили приоритетное развитие, обеспечивая подавление пассивных помех и отражений от местных предметов на 50 и более дБ.
В начале 70-х годов РЛС П-15МН была переведена на новую элементную базу, оборудована НРЗ, работающим в системе опознавания “Кремний-2М”, и получила название П-19 (“Дунай”, 1РЛ134) (рис. 16).
Одними из первых РЛС, работающих в сантиметровом диапазоне длин волн, можно считать станции “Тополь -1”, “Тополь-2”, П-20 (рис. 17) и модернизированную на её основе 3-координатную станцию П-30 с У-образной формой ДН. Если станции “Тополь -1” и “Тополь-2” на вооружение приняты не были, то после государственных испытаний в 1955г. РЛС П-30 была принята на вооружение. Станция обеспечивала дальность обнаружения самолёта до 170.180 км на высотах 8.12 км при импульсной мощности 1 МВт, чувствительности приёмника 4-10"14 Вт, ширине ДНА по азимуту 4,50 и углу места 0,6. 1,70. Станция состояла из машины с индикаторной аппаратурой, прицепа с антенной системой и приёмо-передающей аппаратурой, двух машин с агрегатами электропитания и прицепов для перевозки двух антенн. В отличие от РЛС П-20 в станции П-30 имелись: усилитель высокой частоты на лампе бегущей волны, более совершенная индикаторная аппаратура, аппаратура трансляции радиолокационной информации “Фаза”. Было принято новое распределение рабочих частот по каналам, увеличены размеры зеркальных антенн, осуществлено сопряжение с системой опознавания и аппаратурой активного ответа “Глобус”.
В конце 50-х годов была разработана 2-координатная РЛС обнаружения П-35 (рис. 18). Станцию отличали повышенные энергетические характеристики, меньшее число провалов в зоне обнаружения. В отличие от РЛС П-30 в станции П-35 верхняя зеркальная антенна была установлена горизонтально с некоторым наклоном в угломестной плоскости, а имеющийся один дециметровый канал заменён сантиметровым. С целью защиты станции от пассивных помех и метеофакторов, а также обеспечения обнаружения целей на малых высотах 50.300 м и на малых дальностях в 1970. 1971гг. была разработана модификация этой станции “Меч-35” (П-37). Используемая в станции аппаратура СДЦ, антенные фильтры поляризационной селекции, схема быстрой автоматической регулировки усиления (БАРУ) с ограничением флюктуаций сигналов и схема временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) с регулировкой глубины и длительности действия для защиты от активных помех обеспечивали достижение поставленных целей.
В послевоенные годы широкое развитие получили радиовысотомеры, которые, работая совместно с дальномерами (двухкоординатными РЛС обнаружения), производили определение высоты целей.
В 1956г. завершилась разработка радиовысотомера ПРВ-10 (“Конус”), созданного на базе высотомерной части РЛС “Тополь-2”. Высотомер был смонтирован в двух прицепах, в одном из которых располагалась антенная система и приёмо-передающая аппаратура, в другом - индикаторная аппаратура и агрегат электропитания. Радиовысотомер обеспечивал дальности обнаружения самолёта (по азимутальному целеуказанию от совместно работающего дальномера) 160.180 км на высотах 6..13 км с ошибками 1000 и 300 м соответственно высоте при импульсной мощности 1,2 МВт.
В 1961г. закончилась разработка и испытания помехозащищённого радиовысотомера ПРВ-11 (“Вершина”) (рис. 19). Высотомер обеспечивал обнаружение самолётов на дальности 230 км на высотах до 60 км и на малых высотах до 500 м в секторе углов 0,5.30°. При этом ошибки измерения дальности составляли около 1000м, а высоты - 200.500 м при дальностях 200.230 км. Высотомер имел импульсную мощность 1,2 МВт, чувствительность приёмника - 3,5-10"14 Вт, ширину ДНА по азимуту - 2,60, по углу места 1,10, время развёртывания - 3 ч. ПРВ-11 мог сопрягаться практически со всеми дальномерными РЛС обнаружения кругового обзора. Защита высотомера от активных помех обеспечивалась дистанционной перестройкой на любую из 5-ти фиксированных рабочих частот. Защита от пассивных помех осуществлялась системой СДЦ когерентно-компенсационного типа (двойная ЧПК на потенциалоскопах).
Рис. 17. РЛС П-20
В 1958.1960гг. был разработан мобильный радиовысотомер ПРВ-9 (“Наклон-2”), аппаратура и агрегат питания которого были смонтированы на двух транспортных прицепах. ПРВ-9 обеспечивал обнаружение самолётов на дальностях 115.160 км и на высотах 1.12 км соответственно. Ошибки измерения координат цели составляли: дальности - 700 м; азимута - 1,60; высоты - 100. 130 м. Мощность импульсного излучения была 0,8 МВт; чувствительность приёмника - 5-10"14 Вт. Ширина ДНА по азимуту - 2,50; по углу места - 1.10. Время развёртывания - 45 мин.
В 1960г. была начата разработка автомобильного варианта радиовысотомера ПРВ-9А (“На-клон-2Б”) (рис. 20) как составной части мобильной РЛС обнаружения П-40Д (“Броня”, 1РЛ128Д). ПРВ-9А в отличие от ПРВ-9 имел общий с дальномером П-40Д газотурбинный источник электропитания.
В конце 60-х годов с целью повышения надёжности, помехоустойчивости и улучшения зон обнаружения радиовысотомеров ПРВ-9 и ПРВ-9А на базе ПРВ-9 был создан подвижный радиовысотомер ПРВ-16 (“Надёжность”), который имел аппаратуру пеленгования одиночного самолёта - постановщика шумовой помехи, сигнализацию неисправностей аппаратуры высотомера, обеспечивал работу при отрицательных углах места до -1,50.
С аналогичной целью в указанный период времени проводилось совершенствование радиовысотомера ПРВ-11, на базе которого фактически был создан новый высотомер ПРВ-13 (рис. 21). В него были введены трёхкоординатный и программный режимы работы канала пеленга, обеспечена возможность определения дальности, азимута и высоты низколетящих целей (от 100 м) в автономном режиме и по целеуказанию от сопрягаемой РЛС кругового обзора.
В конце 60-х годов были созданы РЛС обнаружения и целеуказания, входившие в состав зенитно-ракетных комплексов (ЗРК). РЛС 1С11 (рис. 22) входила в состав ЗРК “Куб” и представляла собой когерентно-импульсную станцию кругового обзора сантиметрового диапазона, имеющую два независимых волноводных приёмо-передающих канала, которые работали на разнесённых несущих частотах. Облучатели единой антенны для этих каналов были установлены в фокальной плоскости параболического зеркала. Станция обеспечивала обнаружение, опознавание цели и целеуказание станции сопровождения при нахождении цели на дальностях от 3 до 70 км и на высотах 30.7000м при импульсной мощности излучения 600 кВт в каждом кана-
13 0
ле, чувствительности приёмников порядка 10 Вт, ширине ДН по азимуту около 1 и секторе по углу места около 200. Круговой обзор пространства производился со скоростью 15 об/мин. Для обеспечения работы в условиях различных помех в станции 1 С11 было предусмотрено: СДЦ и подавление несинхронных импульсных помех, ручная регулировка усиления приёмных каналов, вобуляция частоты повторения импульсов, перестройка частоты передатчиков.
В ЗРК “Оса” РЛС обнаружения целей 9А33Б (рис. 23) представляет собой когерентноимпульсную РЛС сантиметрового диапазона со стабилизированной в горизонтальной плоскости антенной, что позволило производить обнаружение целей при движении комплекса на местности. РЛС обнаружения осуществляет круговой поиск со скоростью вращения антенны 33 об/мин. Поиск по углу места производится путём изменения положения ДН станции при каждом обороте антенны. Таких положений три. Общий сектор обзора составляет 270. При им-
13
пульсной мощности излучения 250 кВт, чувствительности приёмника порядка 10 Вт и ширине ДН по азимуту 10, а по углу места 40 (два нижних положения ДН) и 190 (верхнее положение ДН) станция обнаруживает самолёты на дальности 40 км при высоте полёта 5000 м и 27 км при высоте полёта 50 м.
В начале 60-х годов одним из направлений совершенствования станций обнаружения сантиметрового диапазона было развитие тех РЛС, у которых обеспечивалось формирование узких переключающихся электромеханическим способом по углу места ДНА, что позволяло в пределах ширины луча ДН определять высоту цели. Первой такой РЛС обнаружения стала станция П-40 (“Броня”). Аппаратура станции размещалась на двух самоходных шасси: дальномер П-40Д (1РЛ111) (рис. 24) - на гусеничном самоходе и высотомер ПРВ-9А (1РЛ119) - на автомобиле. Дальномер П-40Д являлся высокомобильной компактной РЛС с автономной системой питания, антенной системой и аппаратной кабиной на единой транспортной базе артиллерийского тяжёлого тягача. Предусматривалась работа дальномера с двумя высотомерами. Дальномер использовался в качестве станции обнаружения и целеуказания 1С12 ЗРК “Круг” и обеспечивал обнаружение самолётов на дальностях 70 км при высоте полёта цели 500 м, 150 км при высоте 6 км и 180 км при высоте 12 км. Импульсная мощность станции составляла 1,7...1,6 МВт, чувствительность приёмника - 4,3...7,7-10"14 Вт. Антенная система дальномера при круговом обзоре последовательно формировала в угломестной плоскости четыре ДН: две нижних - 2 и 40, две верхних - 10 и 140 (последняя ДН косекансной формы). Основные характеристики дальномера и высотомера радиолокационного комплекса П-40 приведены в таблице.
Таблица
Дальномер Высотомер
Зона обзора по дальности, км 200.220 170.200
Зона обзора по высоте, км 30 12
Зона обзора по азимуту, град 360 В указанном секторе
Зона обзора по углу места, град 30 5 2 о
Количество измеряемых координат 2 (дальность, азимут) 2 (дальность, угол места)
Темп обзора, с 13 (всей зоны обзора) 1,5 (в секторе 10°) 15 (в секторе 200)
Время свёртывания (развёртывания), мин 5 15
Масса, т 36 20
Таким образом, в послевоенные годы (за два десятилетия) был создан класс совершенных двухкоординатных РЛС обнаружения и целеуказания, а также дополняющих их радиовысотомеров, способных определять все координаты воздушных целей на разных дальностях и высотах их полёта в условиях преднамеренных и случайных активных и пассивных помех. Внедрение в радиолокации новых методов пеленгации и дальнометрии воздушных объектов (моноим-пульсная радиолокация, электронное сканирование ДНА РЛС) позволило во второй половине 60-х годов перейти к созданию в сантиметровом диапазоне волн трёхкоординатных РЛС обнаружения. Для станций кругового обзора было принято целесообразным осуществлять поиск целей по азимуту путём механического вращения антенны РЛС, а по углу места - электрическое сканирование ДНА за счёт изменения фазы или частоты высокочастотных колебаний в излучателях фазированной антенной решётки (ФАР). Такие трёхкоординатные РЛС были созданы в 70-е годы, и их можно отнести ко второму поколению станций обнаружения и целеуказания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вопросы перспективной радиолокации; Под ред. А.В. Соколова. - М.: Радиотехника, 2003.
2. Петухов С.И., Шестов И.В. История создания и развития вооружения и военной техники ПВО сухопутных войск России. - М., Межакадемическое изд-во “Вооружение. Политика. Конверсия”, 2003.
3. Физическая энциклопедия (том 4); Под ред. А.М. Прохорова. М., Научное изд-во “Большая Российская энциклопедия”, 1994.
4. Глаголевский В.Г., Шилов Ю.А. Антенны радиолокационных станций - М.: Воениздат, 1977.
RETROSPECTIVE REVUE OF CREATING AND DEVELOPMENT RADARS IN RUSSIA
Nechaev E.E., Bol’shakov Yu.P.
Retrospective revue of creating and development radars in Russia is considered.
Сведения об авторах
Нечаев Евгений Евгеньевич, 1952 г.р., окончил НГТУ (1974), доктор технических наук, профессор кафедры РТУ МГТУГА, автор 140 научных работ, область научных интересов - антенные измерения, техника СВЧ.
Большаков Юрий Павлович, 1950 г.р., окончил МИРЭА (1977), начальник сектора КБ “Лира”, автор более 10 научных работ, область научных интересов - радиолокация, техника СВЧ, антенные измерения.
