Oggi l'aviazione è impensabile senza radar. Una stazione radar aviotrasportata (BRLS) è uno degli elementi più importanti dell'apparecchiatura radio-elettronica di un aereo moderno. Secondo gli esperti, nel prossimo futuro le stazioni radar rimarranno il mezzo principale per rilevare, tracciare i bersagli e puntare loro le armi guidate.
Cercheremo di rispondere alle domande più comuni sul funzionamento dei radar a bordo e di raccontare come sono stati creati i primi radar e come le stazioni radar promettenti possono sorprendere.
1. Quando sono comparsi i primi radar a bordo?
L'idea di utilizzare il radar sugli aeroplani è arrivata pochi anni dopo la comparsa dei primi radar terrestri. Nel nostro paese, la stazione di terra "Redut" è diventata il prototipo della prima stazione radar.
Uno dei problemi principali era il posizionamento dell'attrezzatura sull'aereo: il set della stazione con alimentatori e cavi pesava circa 500 kg. Non era realistico installare tale equipaggiamento su un caccia monoposto di quel tempo, quindi fu deciso di posizionare la stazione su un Pe-2 a due posti.
La prima stazione radar aerea domestica chiamata "Gneiss-2" fu messa in servizio nel 1942. In due anni sono state prodotte più di 230 stazioni Gneiss-2. E nel vittorioso 1945 Fazotron-NIIR, ora parte di KRET, iniziò la produzione in serie del radar per aerei Gneiss-5s. Il raggio di rilevamento del bersaglio ha raggiunto i 7 km.
All'estero, il primo radar aereo "AI Mark I" - britannico - è stato messo in servizio poco prima, nel 1939. A causa del suo peso elevato, è stato installato sui caccia-intercettori pesanti Bristol Beaufighter. Nel 1940 entrò in servizio un nuovo modello, l'AI Mark IV. Ha fornito il rilevamento del bersaglio a una distanza fino a 5,5 km.
2. In cosa consiste una stazione radar aviotrasportata?
Strutturalmente, il radar è costituito da diverse unità rimovibili situate nel muso dell'aeromobile: un trasmettitore, un sistema di antenne, un ricevitore, un processore di dati, un processore di segnale programmabile, console, controlli e display.
Oggi, quasi tutti i radar aerei hanno un sistema di antenne costituito da un array di antenne a fessura piatta, un'antenna Cassegrain, un array di antenne a fase passiva o attiva.
I moderni radar aerei operano in una gamma di frequenze diverse e consentono di rilevare bersagli aerei con un'EPR (Effective Scattering Area) di un metro quadrato a una distanza di centinaia di chilometri e forniscono anche il tracciamento di dozzine di bersagli nel passaggio.
Oltre al rilevamento del bersaglio, oggi le stazioni radar forniscono la correzione radio, l'assegnazione del volo e la designazione del bersaglio per l'uso di armi aeree guidate, eseguono la mappatura della superficie terrestre con una risoluzione fino a un metro e risolvono anche compiti ausiliari: seguendo il terreno, misurando la propria velocità, altitudine, angolo di deriva e altro. …
3. Come funziona un radar aereo?
Oggi, i caccia moderni usano radar Doppler a impulsi. Il nome stesso descrive il principio di funzionamento di una tale stazione radar.
La stazione radar non funziona continuamente, ma con scatti periodici - impulsi. Nei localizzatori odierni, la trasmissione di un impulso dura solo pochi milionesimi di secondo e le pause tra gli impulsi sono di pochi centesimi o millesimi di secondo.
Avendo incontrato un ostacolo sul percorso della loro propagazione, le onde radio si diffondono in tutte le direzioni e vengono riflesse da esso alla stazione radar. Allo stesso tempo, il trasmettitore radar si spegne automaticamente e il ricevitore radio inizia a funzionare.
Uno dei problemi principali con i radar a impulsi è l'eliminazione del segnale riflesso da oggetti fermi. Ad esempio, per i radar aerei, il problema è che i riflessi dalla superficie terrestre oscurano tutti gli oggetti sotto l'aereo. Questa interferenza viene eliminata utilizzando l'effetto Doppler, secondo il quale la frequenza di un'onda riflessa da un oggetto in avvicinamento aumenta e da un oggetto in uscita diminuisce.
4. Cosa significano le bande X, K, Ka e Ku nelle caratteristiche del radar?
Oggi, la gamma di lunghezze d'onda in cui operano i radar aerei è estremamente ampia. Nelle caratteristiche del radar, la portata della stazione è indicata in lettere latine, ad esempio X, K, Ka o Ku.
Ad esempio, il radar Irbis con un array di antenne a fase passiva installato su un caccia Su-35 opera nella banda X. Allo stesso tempo, il raggio di rilevamento dei bersagli aerei Irbis raggiunge i 400 km.
La banda X è ampiamente utilizzata nelle applicazioni radar. Si estende da 8 a 12 GHz dello spettro elettromagnetico, cioè lunghezze d'onda da 3,75 a 2,5 cm Perché si chiama così? Esiste una versione che durante la seconda guerra mondiale la band fu classificata e quindi ricevette il nome X-band.
Tutti i nomi degli intervalli con la lettera latina K nel nome hanno un'origine meno misteriosa - dalla parola tedesca kurz ("corto"). Questo intervallo corrisponde a lunghezze d'onda da 1,67 a 1,13 cm In combinazione con le parole inglesi sopra e sotto, le bande Ka e Ku hanno ricevuto i loro nomi, rispettivamente, situate "sopra" e "sotto" la banda K.
I radar in banda Ka sono in grado di effettuare misurazioni a corto raggio e ad altissima risoluzione. Tali radar sono spesso utilizzati per il controllo del traffico aereo negli aeroporti, dove la distanza dall'aeromobile viene determinata utilizzando impulsi molto brevi, lunghi diversi nanosecondi.
La banda Ka viene spesso utilizzata nei radar degli elicotteri. Come sai, per il posizionamento su un elicottero, un'antenna radar aerea deve essere piccola. Considerando questo fatto, oltre alla necessità di una risoluzione accettabile, viene utilizzato l'intervallo di lunghezze d'onda millimetriche. Ad esempio, un elicottero da combattimento Ka-52 Alligator è dotato di un sistema radar Arbalet che opera nella banda Ka di otto millimetri. Questo radar sviluppato da KRET offre all'Alligatore enormi opportunità.
Pertanto, ogni intervallo ha i suoi vantaggi e, a seconda delle condizioni e dei compiti di posizionamento, il radar opera in diverse gamme di frequenza. Ad esempio, ottenere un'alta risoluzione nel settore della visione anteriore realizza la banda Ka, e un aumento della portata del radar di bordo rende possibile la banda X.
5. Che cos'è il PAR?
Ovviamente, per ricevere e trasmettere segnali, qualsiasi radar ha bisogno di un'antenna. Per inserirlo in un aereo, sono stati inventati speciali sistemi di antenne piatte e il ricevitore e il trasmettitore si trovano dietro l'antenna. Per vedere diversi bersagli con il radar, l'antenna deve essere spostata. Poiché l'antenna radar è piuttosto massiccia, si muove lentamente. Allo stesso tempo, l'attacco simultaneo di più bersagli diventa problematico, perché un radar con un'antenna convenzionale mantiene un solo bersaglio nel "campo visivo".
L'elettronica moderna ha permesso di abbandonare tale scansione meccanica in un radar aereo. È organizzato come segue: un'antenna piatta (rettangolare o circolare) è divisa in celle. Ciascuna di queste celle contiene un dispositivo speciale: uno sfasatore, che può cambiare la fase dell'onda elettromagnetica che entra nella cella di un determinato angolo. I segnali elaborati dalle cellule vengono inviati al ricevitore. Ecco come è possibile descrivere il funzionamento di un'antenna phased array (PAA).
Per essere più precisi, un array di antenne simile con molti elementi sfasatori, ma con un ricevitore e un trasmettitore, è chiamato FARO passivo. A proposito, il primo caccia al mondo dotato di un radar phased array passivo è il nostro MiG-31 russo. Era dotato di una stazione radar "Zaslon" sviluppata dall'Istituto di ricerca di ingegneria strumentale. Tikhomirov.
6. A cosa serve l'AFAR?
L'antenna attiva phased array (AFAR) è la fase successiva nello sviluppo del passivo. In tale antenna, ogni cella dell'array contiene il proprio ricetrasmettitore. Il loro numero può superare il migliaio. Cioè, se un localizzatore tradizionale è un'antenna, un ricevitore, un trasmettitore separati, quindi in AFAR, il ricevitore con il trasmettitore e l'antenna sono "dispersi" in moduli, ognuno dei quali contiene una fessura per l'antenna, uno sfasatore, un trasmettitore e un ricevitore.
In precedenza, se, ad esempio, un trasmettitore era fuori servizio, l'aereo diventava "cieco". Se in AFAR una o due celle, anche una dozzina, sono colpite, il resto continua a funzionare. Questo è il vantaggio chiave di AFAR. Grazie a migliaia di ricevitori e trasmettitori, l'affidabilità e la sensibilità dell'antenna sono aumentate e diventa anche possibile operare a più frequenze contemporaneamente.
Ma la cosa principale è che la struttura dell'AFAR consente al radar di risolvere diversi problemi in parallelo. Ad esempio, non solo per servire decine di bersagli, ma parallelamente al rilevamento dello spazio, è molto efficace difendersi dalle interferenze, interferire con i radar nemici e mappare la superficie, ottenendo mappe ad alta risoluzione.
A proposito, la prima stazione radar aerea in Russia con AFAR è stata creata presso l'impresa KRET, nella società Fazotron-NIIR.
7. Quale stazione radar sarà sul caccia PAK FA di quinta generazione?
Tra i promettenti sviluppi di KRET vi sono l'AFAR conforme, che può essere inserito nella fusoliera di un aereo, così come la cosiddetta pelle "intelligente" della cellula. Nei caccia di nuova generazione, incluso il PAK FA, diventerà, per così dire, un singolo localizzatore di ricetrasmettitori, fornendo al pilota informazioni complete su ciò che sta accadendo intorno all'aereo.
Il sistema radar PAK FA è costituito da un promettente AFAR in banda X nel vano anteriore, due radar laterali e un AFAR in banda L lungo i lembi.
Oggi KRET sta anche lavorando allo sviluppo di un radar a radiofotoni per il PAK FA. La società intende creare un modello in scala reale della stazione radar del futuro entro il 2018.
Le tecnologie fotoniche consentiranno di espandere le capacità del radar: ridurre la massa di oltre la metà e aumentare di dieci volte la risoluzione. Tali radar con array di antenne radio-ottiche in fase sono in grado di creare una sorta di "immagine a raggi X" di velivoli situati a una distanza di oltre 500 chilometri e di fornire loro un'immagine tridimensionale dettagliata. Questa tecnologia ti consente di guardare all'interno di un oggetto, scoprire quale attrezzatura trasporta, quante persone ci sono e persino vedere i loro volti.
