Помоги проекту - поделись книгой:
Михаил Размахнин
РАДИОЛОКАЦИЯ БЕЗ ФОРМУЛ, НО С КАРТИНКАМИ
Предисловие
Обычно в предисловии автор обязан объяснить, что представляет собой его детище, на основе каких материалов оно создано, кому и как его рекомендуется читать. Кроме того, необходимо выразить свою признательность и благодарность как можно большему числу людей, с которыми автору еще предстоит встречаться. Тем самым они становятся как бы соучастниками создания книги, и их критические тенденции надежно блокируются.
Раз уж наличие предисловия стало редакционно-издательским правилом, то хочешь или не хочешь, его надо писать. Но обычное предисловие в книге такого рода кажется автору не совсем уместным. Поэтому Вашему вниманию предлагается предисловие-диалог, в котором, с одной стороны, принимает участие лицо, именуемое в дальнейшем «Автор», а с другой стороны, действующий на основании устава издательства представитель, который для конспирации именуется в дальнейшем «Редакция».
Итак, «Редакция» идет в атаку.
Хочу выразить признательность всему коллективу издательства «Советское радио», заслуженно пользующемуся авторитетом среди радиоспециалистов, за то, что они рискнули предоставить мне возможность издать эту не совсем строгую в научном смысле книжку.
И последнее. Поскольку книга все-таки научно-популярная, автор в процессе поиска наиболее простой формы изложения не очень простых вещей мог несколько исказить истинную картину. Заранее приношу свои извинения дотошным читателям, которые обнаружат какие-нибудь неточности. А тем из них, кто пришлет свои замечания в адрес издательства, в дополнение к извинениям выражаю еще и признательность.
Пояснение
Читателя полагается заинтриговать или хотя бы заинтересовать. Иначе при постоянной нехватке времени он вряд ли прочтет больше одной страницы книги, о которой раньше ничего не слышал. Поневоле позавидуешь авторам учебников, ведь в наше время даже рядовой учебник по тиражу и числу «завоеванных» читателей вполне может конкурировать с произведениями классиков и признанных корифеев детектива. И каких читателей! Молодежи и людей среднего возраста. Уж они-то умеют экономить время и весьма требовательны к качеству произведения.
Ну что же, начнем с загадки. Перед Вами, уважаемый читатель, страница из книги. Как Вы думаете, какой?
Загадка вроде бы простая. Конечно же, это страница из какой-нибудь математической работы или уж, по крайней мере, из трактата по теоретической физике. И все-таки это не так, вернее не совсем так. Конечно, без математики здесь не обошлось, как впрочем и в любой современной специальной книге. А название ее «Теоретические основы статистической радиолокации». Ну вот мы и встретились со словом, вынесенным на обложку нашей книги. Это радиолокация — область радиоэлектроники, в которой для описания основ теории необходимы такие сложные выкладки, что они не всегда по силам даже людям с высшим образованием. А ведь в отличие от чистой математики или теоретической физики с радиолокацией мы сталкиваемся буквально на каждом шагу. Да и число специалистов, непосредственно занятых развитием теоретической радиолокации, созданием радиолокационной техники и обслуживанием радиолокационных станций значительно больше числа «чистых» математиков и физиков.
Теперь самый подходящий момент объяснить, для чего написана эта книга и что из нее может почерпнуть читатель взамен затраченного времени. Конечно, это не книга для специалистов в области радиолокации и не учебник по радиолокации. Это скорее попытка популярно объяснить, что такое радиолокация, чем она занимается, почему она играет такую важную роль в современном мире и почему она стала делом жизни огромной армии энтузиастов.
Раз уж мы не рассчитываем на читателей-специалистов, то попытаемся обойтись без формул (приведенная в качестве загадки страшная страница не в счет). Будем объяснять, как говорится, на пальцах. А на помощь этому испытанному древнему методу привлечем картинки, ведь говорят, что лучше один раз увидеть, чем сто раз… прочесть (может быть, сто раз это уж слишком, хотя в качестве полемического приема и вполне приемлемо). Однако количество информации, содержащейся в картинке, на самом деле значительно превышает количество информации, которое можно передать в тексте, занимающем ту же площадь. Чтобы убедиться в этом, попробуйте подробно описать то, что Вы видите на любой из приведенных ниже картинок, и потом прикиньте, сколько потребуется места, чтобы разместить Ваш текст, набранный даже мелким шрифтом. Итак…
Часть первая
ДАВАЙТЕ ПОЗНАКОМИМСЯ
Что такое радиолокация?
Этот вопрос почти наверняка не вызовет затруднений у читателя. Хотя и не все непосредственно занимаются радиолокацией, но журналы, телевидение, популярные и документальные кинофильмы достаточно хорошо познакомили нас с вращающимися антеннами и серьезными, сосредоточенными лицами операторов, которые вглядываются в слабо светящиеся экраны, мерцающие таинственными световыми пятнами — отметками целей. На этом уровне с радиолокацией знакомы все. Попробуем теперь несколько расширить и углубить наши познания в этой области.
Начнем с определения. Для весомости возьмем самый авторитетный источник — Большую Советскую энциклопедию: «Радиолокация — обнаружение и определение местоположения различных объектов в воздухе, на воде и на суше посредством радиоволн».
Ну как, все понятно? Не совсем? Значит, надо объяснить.
Итак, излучаем радиоволну в пространство (это делает передатчик) и ждем, когда появится отраженный сигнал. О его приходе нас известит приемник радиолокационной станции, который снабжен огромной антенной для улавливания слабых отраженных сигналов. Если вокруг нас нет никаких предметов, которые отражали бы радиоволны, то мы ничего не дождемся. Но вероятнее всего, что радиоволна все-таки встретит на своем пути какое-то препятствие. В этом случае происходит либо отражение радиоволны, либо ее рассеяние. При отражении та часть радиоволны, которая попадает на отражающий объект, сохраняет свою структуру, но изменяет направление движения. Если отраженная радиоволна попадет на антенну, то в приемнике радиолокационной станции появится довольно сильный сигнал. И чем больше площадь отражающего объекта, тем сильнее принятый сигнал и тем отчетливее отметка от цели на экране индикатора. Но ведь отражающая поверхность может быть расположена так, что радиоволна уйдет в другом направлении. Тогда никакого отраженного сигнала не поступит на антенну нашего приемника. Специалисты в таких случаях говорят, что имеет место зеркальное отражение радиоволн.
Это явление легко смоделировать в домашних условиях. Для этого нужно лишь маленькое зеркало и солнышко в окошке. Оно и будет выполнять роль передатчика радиолокационной станции. Зеркально отражающий объект — зеркальце, а в качестве приемника отраженного сигнала можно использовать, например, обычную кошку. Пока солнечный зайчик будет бегать по стенам, кошка будет спокойно сидеть и недоуменно смотреть на Вас (отраженный сигнал не попадает в приемник). Но как только световое пятнышко попадет на нее, кошка зажмурится, и тем сильнее, чем больше наше зеркало. Сигнал принят! Правда, дальше проводить моделирование обычно не удается. Кошка убегает и потом еще с неделю к Вам не подходит. Но зато истина установлена и Наука торжествует. А вообще этот эксперимент лучше проводить мысленно. Он и так довольно убедителен.
Теперь немного о рассеянии. Рассеивающий объект можно представить себе состоящим из огромного числа очень маленьких зеркал, направленных в разные стороны. Отраженные сигналы в этом случае расходятся практически по всем направлениям, но каждый из них очень слабенький. Какой-нибудь сигнал, может быть даже несколько, обязательно попадет на антенну радиолокатора, и мы зарегистрируем наличие цели. Правда, для этого радиолокационный приемник должен быть очень чувствительным.
Пока мы говорили только о геометрической форме отражающих объектов. Но на величину отраженного сигнала влияют и их физические свойства. Лучше всего отражают радиоволны металлические предметы и вообще все материалы, которые являются хорошими проводниками. Лишь небольшая часть энергии падающей волны поглощается такими материалами, и величина отраженного сигнала почти не отличается от величины сигнала, падающего на объект. Другие материалы сильнее поглощают радиоволны и отраженный от них сигнал слабее. Но ту или иную часть энергии падающего сигнала рассеивает или отражает любое препятствие, встречающееся на пути радиоволн. Даже такие «эфирные создания», как облака, и те дадут отметку на экранах чувствительных радиолокационных станций.
Итак, мы уже знаем, что для проведения радиолокационных наблюдений нам нужен передатчик, чувствительный приемник с антенной, сигнал и какой-нибудь отражающий объект. Но мы еще не знаем, как организовать их совместную работу в тех или иных случаях. Существует довольно много схем построения радиолокационных станций, и каждой схеме соответствует тот или иной принцип работы станции. Мы рассмотрим два основных типа радиолокаторов.
Импульсный радиолокатор излучает радиоволны в виде коротких радиоимпульсов, длина каждого из них несколько тысячных или миллионных долей секунды (одним из таких радиоимпульсов может служить отрезок синусоидального колебания). В момент излучения передатчиком радиоимпульса приемник радиолокатора отключают, чтобы мощный передаваемый сигнал не повредил его. Как только передатчик отключают, так сразу же включают приемник, который ждет появления слабого отраженного сигнала. Через некоторое время, когда придет отраженный сигнал или исчезнет всякая надежда на его появление, снова включают передатчик и отключают приемник. Такой цикл повторяют непрерывно, пока станция ведет радиолокационное наблюдение.
Работа такого радиолокатора напоминает поведение человека, который любит послушать обычное эхо. Каждый из нас знает немало мест, где эхо слышно особенно хорошо. Найдите такое место, крикните какое-нибудь заветное слово и прислушайтесь. Если Вам повезло и Вы нашли особенно удачное место, то эхо можно услышать два или даже три раза. Когда эхо замолкнет, можете крикнуть еще раз, и снова услышите ответ. Но если кричать непрерывно, то Вы ничего не услышите, так как сами себя оглушаете криком. Так и радиолокационная станция прекращает излучение, чтобы можно было принимать слабые отраженные радиосигналы (кстати, специалисты называют их эхо-сигналами).
Но есть все-таки станции, которые непрерывно излучают радиоволны — это станции с непрерывным излучением. Как же они принимают отраженные сигналы? Радиоволны — это электромагнитные колебания той или иной частоты. Пусть мы излучаем сигнал на частоте № 1. Тогда при отражении от неподвижного препятствия принимаемое радиоэхо будет иметь ту же частоту, а при отражении от движущегося объекта частота сигнала изменится. Если объект приближается к нам, частота будет выше, если удаляется, — ниже. Проявление этого эффекта[2] на звуковых частотах можно наблюдать, когда проходит поезд, непрерывно подающий гудки. Пока он приближается, мы слышим довольно высокий звук, когда удаляется, звук становится ниже. Этот пример приводится в учебнике физики для средней школы, так что по-видимому, известен всем.
Приемник станции с непрерывным излучением настроен таким образом, чтобы сигналы на частоте передатчика не принимались совсем. Сигналы на более высоких или более низких частотах таким приемником принимаются и регистрируются. Поэтому станция «не видит» неподвижных объектов, ведь отраженные от них эхо-сигналы имеют ту же частоту, что и излучаемые радиоволны. Зато все движущиеся цели будут замечены и отметки от них появятся на экране индикатора. К сожалению, такие станции не позволяют определить дальность до обнаруженной цели (в дальнейшем мы будем называть их допплеровскими радиолокаторами).
Созданы станции с непрерывным излучением, в которых применяются более сложные методы передачи сигналов, позволяющие измерить и дальность до объекта. Такие станции меняют частоту излучения во время работы, поэтому их называют станциями с переменной частотой излучения. Пусть, например, в первую секунду излучают сигнал на частоте № 1, во вторую — на частоте № 2 и так далее, скажем, до десятой секунды, когда излучается сигнал на частоте № 10. На одиннадцатой секунде снова излучаем сигнал на частоте № 1, на двенадцатой — на частоте № 2 и так далее. Приемник станции может принять эхо-сигнал на всех частотах, кроме той, которая в этот момент излучается. Представим себе, что в момент передачи частоты № 6 (шестая секунда) в приемнике появляется сигнал на частоте № 2, который был послан на второй секунде. Нетрудно подсчитать, что сигнал пришел через четыре секунды. Отсюда, зная скорость распространения радиоволн (она равна скорости света), определяем путь, пройденный радиоволнами, а поделив его пополам, найдем и дальность до объекта. Станция может наблюдать и неподвижные и движущиеся объекты. Правда, в некоторых случаях приходится делать поправку на эффект Допплера для движущихся целей (но это уже довольно тонкие вещи и мы пока не будем в них углубляться).
В настоящее время создано огромное число различных радиолокационных станций, которые отличаются и выполняемыми задачами, и схемами построения, но все возможные разновидности так или иначе укладываются в те два основных типа, которые мы сейчас рассмотрели.
Два слова о содержании следующих глав. В первой части книги мы продолжим рассказ о том, где и как применяются те или иные радиолокационные станции, во второй подробно рассмотрим, как работает современная радиолокационная станция. Это то, что будет дальше, а пока расскажем…
Как радиолокация попала в армию
Радиолокация родилась в семье ученых, детские годы ее также прошли среди мирных тружеников науки. Действительно, опыты А. С. Попова, в которых впервые был экспериментально установлен факт отражения радиоволн от крупного корабля, были сугубо гражданскими исследованиями. Отношение военных к этим опытам, было, по-видимому, настолько нейтральным, что никаких сведений на этот счет до нас не дошло.
Первый прообраз радиолокатора — ионосферная станция, созданная в 1931 году под руководством М. А. Бонч-Бруевича, — тоже мирный научный прибор, с помощью которого ученые на благо науки и человечества исследовали верхние области атмосферы — ионосферу. Но пока ученые спокойно занимались своими исследованиями, во всех крупных армиях мира началась техническая революция. Всем стало ясно, что открытия, совершенные в тиши кабинетов и лабораторий, помогают выигрывать сражения, а иногда и определяют весь ход войны. Тогда-то вместе с другими научно-техническими открытиями на военную службу была призвана и радиолокация. Оценив огромные преимущества, которые сулило одностороннее применение радиолокации, военные почти полностью захватили ее в свои руки.
Видеть противника, оставаясь невидимым для него, — какой полководец всех времен не мечтал об этом?! А такая возможность, во всяком случае, на первых порах, пока противник не обзавелся своими радиолокационными станциями, была вполне реальной. Вот поэтому все материалы по радиолокации стали тщательно засекречивать. В Англии радиолокацию возводят в ранг «Величайшего Секретного Оружия». В США все документы и материалы по радиолокации снабжают грифом высшей секретности: «After reading — fire!»[3] Хорошо еще что не использовался гриф: «Before reading — fire!»[4]. Он хотя и обеспечивает абсолютную секретность, но совсем не стимулирует научно-технического прогресса. И все же, несмотря на такие драконовские меры, радиолокация становилась на ноги более или менее равномерно во всех технически развитых странах. Одни и те же открытия, технические решения и разработки ученые и инженеры разных стран делали практически одновременно. В конце 30-х годов радиолокационные станции были созданы в нашей стране, США, Англии, Германии, Франции. Так что об одностороннем применении РЛС не могло быть и речи. Эфир стал таким же полем боя, как земля, воздух и море. Перевес в этой войне определялся не столько численностью солдат, служащих в радиолокационных подразделениях, сколько квалификацией и искусством инженеров, работающих в глубоком тылу.
Итак, радиолокация служит в армии. Надо сразу же сказать, что это пошло ей только на пользу. Мощная поддержка, которую оказывает армия научным исследованиям, и большое число энтузиастов среди военных специалистов привели к расширению фронта работ в области радиолокации и ускорению темпов ее развития. В нашей стране значительная часть пионеров радиолокации служила или продолжает служить в рядах Советской Армии[5].
Но для чего нужна радиолокация военным? Чтобы ответить на этот вопрос, лучше всего подробно рассмотреть, как и где применяется радиолокация в современной армии. Написал автор эту фразу и задумался. Выполнить это намерение совсем не просто. Военные специалисты отнюдь не стремятся рассказывать в печати о характеристиках радиолокационных станций, режимах их работы и о том, для чего эти станции предназначены. Очень редко на страницах газет и журналов появляются статьи о военной радиолокации. Но даже и в этих случаях авторы публикаций чаще всего сообщают сведения самого общего характера. К тому же статьи, опубликованные в зарубежной прессе, часто носят рекламный характер, и в них трудно отличить объективную информацию от рекламных обещаний, помещенных исключительно в расчете на привлечение общественного внимания к той или иной фирме.
Значительно проще рассказать о применении радиолокации в гражданском воздушном флоте, на транспорте, на пассажирских и торговых судах. Но ведь основные принципы работы этих станций те же самые, что и радиолокаторов, используемых в армии. Поэтому не надо удивляться, если в качестве примера станции управления воздушным движением в ВВС мы приводим описание системы гражданского аэродрома, а при рассказе о морских радиолокаторах говорим о радиолокационной системе проводки торговых судов. Это, кстати, избавляет нас от необходимости отдельно рассматривать «гражданские» радиолокационные станции, аналогичные тем, которые применяются в армии.
Поскольку в настоящее время радиолокация в армии используется, по-видимому, шире, чем в народном хозяйстве, мы будем классифицировать[6] радиолокационные станции по их принадлежности к одному из существующих родов войск: военно-воздушные силы, ракетные войска, военно-морской флот и сухопутные войска.
Первые РЛС, поступившие на вооружение армии, использовались для обнаружения самолетов и входили в подразделения противовоздушной обороны. Начиная с этого времени, военно-воздушные силы по «числу РЛС на душу военнослужащего» неизменно занимали первое место среди всех родов войск. Так было до тех пор, пока не появились ракетные войска. Они сразу же и прочно захватили лидерство и, по-видимому, надолго. Но отдавая дань историческому ходу событий, мы все-таки начнем с ВВС.
Радиолокация и летчики
Издавна летчики называют метеорологов богами погоды. Поэтому в первую очередь надо познакомиться с оружием современных богов погоды —
В последние годы в США разработан проект системы сбора метеорологической информации с помощью радиолокаторов, установленных на борту самолета. Американские специалисты считают, что, используя 22 самолета, которые непрерывно сообщают полученные метеорологические данные в специальный вычислительный центр, они смогут получать информацию о состоянии погоды в любой точке земного шара. Эти сведения будут использованы министерством обороны США и учреждениями, проводящими космические исследования.
Современный военный аэродром обычно имеет взлетно-посадочную полосу. Когда нужно выпустить в полет или посадить большое количество самолетов, без радиолокационной станции управления воздушным движением не обойтись. Такая станция обычно работает совместно с вычислительной машиной и дает команду на взлет или посадку того или иного самолета. При этом учитывается продолжительность полета, очередность прибытия к аэродрому, состояние взлетно-посадочной полосы и целый ряд других факторов. В зарубежной печати опубликовано сообщение о разработке РЛС управления воздушным движением в пределах одного аэродрома. Эта станция держит под наблюдением взлетно-посадочную полосу и кольцевые дороги аэродрома. Она может обеспечить взлет и посадку до 80 самолетов в час. Добиться такой пропускной способности аэродрома без радиолокации совершенно невозможно.
Аналогичные системы созданы и у нас в стране. Советская радиолокационная система «Утес», как показали испытания, — лучший регулировщик на воздушных дорогах. Луч нового локатора принимает самолет на расстоянии в сотни километров, на высоте несколько тысяч метров и сопровождает его до аэродрома. В считанные секунды выдается информация о типе лайнера, азимуте, высоте полета, количестве горючего на борту. «Утес» впервые применили для управления воздушным движением под Москвой. Практика показала высокую надежность аппаратуры: «потолок» самолета определяется с высокой точностью[7].
Но возможности систем такого рода не ограничиваются обслуживанием одного аэродрома. Создан, например, проект системы управления воздушным движением, которая контролирует до 200 взлетно-посадочных полос одновременно. Если центр такой системы расположить в Брюсселе, то она будет контролировать практически все важнейшие аэродромы Западной Европы. В этой системе сигналы от всех вновь обнаруженных самолетов подаются на вычислительную машину, которая автоматически устанавливает национальную принадлежность самолета и контролирует его полет, сравнивая реальную трассу с заранее заложенным в ее памяти планом полетов. При отклонении самолета от трассы или при обнаружении вражеского самолета система подает сигнал тревоги и военно-воздушные силы принимают соответствующие меры.
Эти системы обнаруживают и обслуживают самолеты, находящиеся в воздухе или приближающиеся к аэродрому. А в момент посадки заботу о безопасности самолета и его экипажа берут на себя радиолокационные системы посадки. Одна из таких систем имеет два радиолуча, которые контролируют движение самолета в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Перед диспетчером аэропорта светятся два экрана, показывающие положение самолета, его отклонение от курса и оптимальной кривой снижения — глиссады. Как только светящаяся отметка сместится от заданного курса, или глиссады, диспетчер сообщает пилоту об ошибке и тот возвращает самолет на истинный путь, и его, как на веревочке, приводят на взлетно-посадочную полосу. Теперь заменим и оператора, и пилота вычислительной машиной, которая будет фиксировать ошибки и сама же подавать команду на их исправление. Вот мы и получили автоматическую систему посадки самолетов при любой погоде, в любых условиях видимости. Существование всепогодных истребителей-перехватчиков и бомбардировщиков было бы невозможным без такой системы посадки.
Еще в годы второй мировой войны с помощью станций дальнего обнаружения иногда удавалось обнаруживать самолеты противника в момент их взлета только с прифронтовых аэродромов и истребители по тревоге успевали подняться в воздух и отразить атаку противника. Сейчас же, где бы ни базировались самолеты противника, воздушное нападение практически не может быть внезапным.
Современные станции замечают противника задолго до его появления над рубежом обороны. В зарубежной печати сообщалось, что станции дальнего обнаружения обнаруживают не только самолеты, но и гусей, что однажды послужило поводом для объявления тревоги.
Когда самолеты нападающей стороны приблизятся к рубежу обороны, станция дальнего обнаружения передает их с рук на руки станциям наведения истребителей, которые в это время уже находятся в воздухе. Наблюдая на экранах индикаторов за положением своих и вражеских самолетов, оператор станции наведения передает пилотам истребителей команды на уточнение курса, скорости или высоты полета. В годы второй мировой войны оператор станции наведения мог наблюдать за воздушным боем визуально и успевал при этом передавать команды летчикам. Сейчас даже на экране индикатора, где сближение сверхзвуковых самолетов происходит значительно медленнее, чем в воздухе, возникает такая сложная картина, что оператор еле успевает вовремя рассчитать маневр и подать команду летчикам. Так что без радиолокации наблюдение за воздушным боем сверхзвуковых самолетов попросту невозможно.
Станции наведения имеют меньшую дальность действия, но могут точнее определять координаты самолетов, чем станции дальнего обнаружения. Они выводят истребители совсем близко к объекту атаки, чтобы цель оказалась в зоне действия бортового локатора истребителя.
Наземной станции наведения трудно управлять истребителем, иногда расстояние между ним и объектом атаки становится небольшим, так как отметки от истребителя и самолета противника на экране находятся слишком близко, а иногда и вообще сливаются. Поэтому на истребителях стали устанавливать небольшие бортовые радиолокационные станции перехвата и прицеливания. Как только такая станция «поймает» своим лучом цель, истребитель самостоятельно начинает сближаться с ней и выходит в атаку. Даже не видя противника, летчик может наводить бортовое оружие по показаниям радиолокатора, так как все данные для стрельбы уже отражены на его экране: тут и дальность до цели и ее положение относительно истребителя. Летчику остается лишь выбрать момент открытия огня и нажать гашетку. А в некоторых случаях и это за него выполняет бортовое вычислительное устройство. Выходит летчику и делать-то нечего. Если бы все было так просто, как в нашем рассказе!
Всем известно, что самолет особенно уязвим с хвоста, или, выражаясь научно, со стороны задней полусферы. Внезапная атака с этого направления очень часто кончалась победой атакующего. Поэтому особое внимание конструкторы боевых самолетов всегда уделяли защите самолета от нападения сзади. Для этого на самолете ставится радиолокационная станция «защиты хвоста». Дальность действия этой станции должна быть такой, чтобы она уверенно фиксировала все цели, приближающиеся на дистанцию открытия огня. Иногда такая станция используется и как автоматический радиолокационный прицел для оружия, прикрывающего самолет сзади. Приближаясь к бомбардировщику, имеющему такую защиту, атакующий истребитель как бы вызывает огонь на себя. А это никак не облегчает ему выполнения боевой задачи.
В печати не раз сообщалось о беспилотных самолетах-разведчиках с радиолокаторами на борту, которые используются, например, армией США во Вьетнаме. Наземная радиолокационная станция постоянно держит их в поле зрения и управляет их движением. На борту беспилотного самолета устанавливается радиолокатор с панорамным обзором. Но принятые отраженные сигналы не попадают на экран индикатора, да и самого индикатора нет, ведь смотреть-то на него некому. Сигналы с помощью мощного передатчика передаются в расположение своих войск и только тут попадают на экран индикатора. Оператор, сидя глубоко под землей в штабном убежище, видит радиолокационную карту местности, над которой пролетает разведчик. Так радиолокация помогает получить самые свежие разведданные о противнике.
Во время военных действий всегда существует опасность случайно попасть под огонь своих же войск. Чтобы этого не случилось, во всех армиях старательно изучают силуэты вражеских самолетов, танков и других боевых машин. В мемуарах советских летчиков — участников Великой Отечественной войны — рассказывается, что в первое время, когда на вооружение советской авиации поступили истребители Ла-5, бывали отдельные случаи, что их обстреливали наши зенитные батареи только потому, что их силуэты напоминали силуэты немецких истребителей Фокке-Вульф.
Но по отметкам целей на экране радиолокатора невозможно определить силуэт самолета. Как быть в этом случае? Для радиолокационного узнавания собственных самолетов на борту современных машин устанавливается автоматический прибор опознавания — ответчик, состоящий из приемника и передатчика. Приемник улавливает сигнал радиолокационной станции и включает передатчик. Вслед за отраженным сигналом в направлении радиолокатора посылается и сигнал опознавания. При этом на экране рядом с отметкой от цели возникает еще одно световое пятнышко. Это отзыв обнаруженного объекта: «Я свой!». А чтобы такой сигнал-отзыв не смог послать вражеский самолет, сигнал передатчика кодируют, а приемное устройство настраивают так, чтобы оно пропускало только правильно закодированные отзывы. Поэтому сигналы ответчика от самолетов противника не будут приняты приемником и не попадут на экран радиолокатора. Отсутствие метки опознавания говорит оператору, что обнаруженный объект — самолет противника.
Примером совместного использования почти всех названных выше радиолокаторов может служить национальная система управления воздушным движением в США. В ее состав входят примерно 120 РЛС, установленных в аэропортах для сопровождения приближающихся или пролетающих в районе аэропорта самолетов и управления движением воздушных кораблей во время взлета или посадки. Кроме того, создана система радиолокационного обслуживания наиболее важных маршрутных авиалиний, которая состоит из 21 сектора наблюдения и управления воздушным движением на участках между аэропортами. Дальность действия РЛС таких диспетчерских пунктов около 300 километров. Кроме того, в каждом крупном аэропорту создана собственная диспетчерская служба, в состав которой входит РЛС кругового обзора с дальностью действий порядка 80 километров, метеорологическая РЛС, РЛС дальнего действия, измеряющая дальность до приближающихся самолетов, и устройство запроса, которое определяет национальную принадлежность самолета и высоту его полета.
Предметом особой заботы специалистов, управляющих все более интенсивным воздушным движением, являются небольшие частные самолеты. Обычно их маршруты и время вылета не подчиняются никаким расписаниям, а кроме того, на экранах радиолокаторов отметки от них получаются очень слабые, так что диспетчер может их просто не заметить. В последнее время на таких маленьких самолетиках устанавливают специальные металлические отражатели. Теперь операторы надежно обнаруживают эти опасные объекты, так как сигнал от такой цели сравним с сигналом, отраженным от крупного реактивного самолета.
Можно было бы еще рассказать о радиомаяках, которые в любую погоду подскажут заблудившемуся пилоту дорогу на родной аэродром, о системе радионаведения самолетов на дальние объекты и о многом другом. Не будем делать этого по двум причинам. Во-первых, об этом уже не раз писали[8], во-вторых, подобные системы мы рассмотрим ниже. Надо же что-то оставить и на потом.
Радиолокация и ракетчики
Ракетные войска — самый молодой род войск, но по насыщенности радиолокационными станциями они уверенно обошли ВВС и прочно заняли лидирующее положение. Почти все, что делают ракетчики, так или иначе связано с радиолокацией. Например, запуск баллистической ракеты. Траекторию ее полета можно разделить на два основных участка. На первом, активном, участке двигатель ракеты работает, и это дает возможность управлять ее полетом, на втором, пассивном, ракета движется по баллистической траектории, двигатель уже не работает и ракета подобно брошенному камню, который летит по траектории, зависящей лишь от величины и направления скорости в момент броска и от массы. Управлять ракетой на этом участке уже невозможно. Поэтому для точного попадания в цель необходимо, чтобы ракета в момент окончания работы двигателя (конец активного участка) имела бы строго определенную скорость и направление движения. Эту сложную задачу выполняют радиолокаторы, установленные вблизи стартовых позиций баллистических ракет. Они непрерывно определяют параметры траектории стартующей ракеты и при отклонении характеристик полета от расчетных посылают команду на включение тех или иных корректирующих двигателей ракеты. Мощность таких двигателей обычно невелика, но ее достаточно, чтобы исправить небольшие погрешности скорости и направления полета. И только когда ракета достигает расчетной точки и получает расчетную скорость, выключаются главный и вспомогательный двигатели и последняя ступень ракеты начинает движение по баллистической кривой. Радиолокационная станция может продолжать следить за ее движением, но управлять полетом уже невозможно, так как двигатели не работают.
Баллистические ракеты выполняют обычно задачи стратегического характера. Их нацеливают на крупные и особо важные объекты, которые не могут сменить места своего расположения (например, промышленные или административные центры, крупные порты, ракетные базы и т. д.). Поэтому при точном выведении на расчетную траекторию баллистическая ракета поразит цель, хотя она и не управляема на конечном участке траектории.
Иначе обстоит дело при запуске небольших ракет, предназначенных для борьбы с самолетами, или антиракет, уничтожающих атакующие ракеты противника. В этом случае цель, которую должна уничтожить ракета, не только движется с очень большой скоростью, но и маневрирует, чтобы избежать роковой для нее встречи с антиракетой. Поэтому радиолокационные станции осуществляют управление в течение всего полета. Траектории, по которым движутся ракеты, рассчитывают вычислительные машины, и они же с помощью радиолокационной станции подают команды на изменение курса или скорости полета. При этом радиолокационная станция работает до тех пор, пока на индикаторе отметки от цели и ракеты не сольются в одну, которая ярко вспыхнет на мгновение, а потом рассыплется на мелкие звездочки и исчезнет с экрана. Цель уничтожена.
В одной из книг по радиолокации, написанной по материалам зарубежной печати, приводится следующее описание проекта комплекса противоракетной обороны, который намеревались создать в США. Здесь не случайно использовано слово «комплекс». Можно выделить для противоракетной обороны большое число станций с самыми современными характеристиками, но им не удается решить задачу надежного уничтожения баллистических ракет противника, если они будут действовать разрозненно. Сведения, полученные одной станцией, должны быть мгновенно и без всяких ошибок переданы на все другие станции и в центр управления противоракетной обороны. Поэтому в состав комплекса кроме радиолокационных станций входят вычислительные центры и автоматизированные, высоконадежные системы связи. Только они обеспечивают согласованное функционирование всего комплекса, отдельные станции которого могут быть расположены в сотнях и даже в тысячах километрах друг от друга.
Итак, о радиолокационных системах комплекса. Первыми узнают об угрозе нападения операторы станций раннего обнаружения. Пока они рассматривают цель на экране индикатора, вычислительная машина, работающая во взаимодействии со станцией, определяет текущие координаты цели, строит наиболее вероятную траекторию ее полета и принимает решение, представляет ли данная цель опасность или нет. В течение нескольких секунд машина ответит на вопрос, что мы видим на экране: спутник, метеорит или атакующую ракету. В последнем случае по системам связи комплекса в центр противоракетной обороны и на станцию целеуказания передается сигнал об обнаружении цели. Станция целеуказания значительно точнее определяет координаты цели и передает информацию на станцию распознавания. Задача последней — дальнейшее уточнение характера летящей цели и выделение (распознавание) настоящей боевой головки среди множества ложных целей, которые выбрасывает атакующая ракета на последнем участке траектории.
Чтобы представить себе сложность и размеры этих станций, приведем характеристики одной из станций распознавания, работающей в США. Вес антенной системы этой станции 200 тонн, диаметр параболической антенны 26 метров, диаметр обтекателя, предохраняющего антенну от ветров, ураганов и атмосферных осадков, 43 метра. Высота сооружения превышает высоту 15-этажного дома. Стоимость ее оценивается примерно в 16 миллионов долларов. И это лишь одна из станций противоракетного комплекса!
Все три станции, о которых мы говорили выше, составляют, так сказать, решающую инстанцию. Если все они решат, что цель представляет опасность и должна быть уничтожена, то в дело вступают боевые средства — инстанция исполнительная. Сюда кроме батареи антиракет входят две радиолокационные станции. Станция сопровождения следит за целью и непрерывно определяет ее текущие координаты, а станция наведения следит за антиракетой и определяет ее мгновенное положение. Данные обеих станций поступают в вычислительную машину, которая определяет траекторию антиракеты, обеспечивающую поражение цели. Соответствующие команды передаются на борт антиракеты и позволяют ей успешно перехватить цель. Приведенная схема работы противоракетного комплекса взята из описания системы «Найк-Зевс», созданной в США. По данным зарубежной печати, разработаны проекты и других систем, схемы работы которых несколько отличаются от этой.
Вот, например, некоторые данные о противоракетном комплексе «Сейфгард», которые приведены в американской прессе[9]. К 1974 году намечено построить первый комплекс «Сейфгард» в США, в 3 500 километрах от границы Канады, в Ленгдоне. Он будет состоять из двух основных радиолокационных станций и полигонов ракет-перехватчиков. Станция кругового обзора пространства, над которой работает компания «Дженерал электрик», будет представлять собой станцию дальнего действия, предназначенную для раннего обнаружения боеголовок противника на расстоянии 1 500 километров или больше и сопровождения их. Станция будет находиться в подземном железобетонном здании длиной и шириной около 60 метров и высотой 40 метров. Комплекс будет также включать подземную силовую установку, туннель для подъезда и систему связи, проложенную под землей. На ракетных полигонах будут развернуты ракеты дальнего действия «Спартан» и ракеты ближнего действия «Спринт». Их наведение на боеголовки ракет противника осуществляет вторая станция — РЛС защиты стартовых позиций. Она обеспечивает точное сопровождение цели на расстоянии нескольких сотен километров, распознавание наиболее опасной цели и наведение на нее антиракет. Перед этими сложными и наиболее современными радиолокационными станциями ставится задача одновременного перехвата от десятков до сотен целей. Задача, скажем прямо, совсем не простая даже для таких уникальных станций.
Для доказательства того, что эти станции действительно уникальны, укажем, что стоимость каждой из них, включая полную стоимость работ от закладки фундамента до боевых испытаний, оценивается в 150–200 миллионов долларов.
На атолле Кваджелейн в Тихом океане в конце 1968 года проходили оперативные испытания прототипа ракетно-радиолокационного комплекса. В 1970 году там же намеревались провести огневые испытания с использованием РЛС и ее оборудования для обработки информации при управлении запусками ракет «Спартан» и «Спринт».
Наиболее важным элементом таких систем является, по-видимому, станция раннего обнаружения. Чем раньше она обнаружит цель, тем больше времени останется для подготовки к отражению нападения и тем дальше от рубежа обороны антиракета встретится с целью. Чтобы раньше обнаружить цель, надо иметь как можно более мощную станцию. Создали самую мощную станцию.
Поделиться книгой: