ВОЕННО-ВОЗДУШНЫЕ СИЛЫ - ЗВО - 3/2001
РАЗРАБОТКА РЛС ПЕРСПЕКТИВНОГО ТАКТИЧЕСКОГО ИСТРЕБИТЕЛЯ JSF
Полковник А.ГОРЕЛОВ
Одновременно с подготовкой к совместному серийному производству бортовых радиолокационных станций (БРЛС) AN/APG-77 для тактических истребителей F-22A <Рэптор>, американские фирмы <Рэйтеон> и <Нортроп - Грумман> в настоящее время ведут конкурентную борьбу за право осуществлять полномасштабную разработку и производство аналогичного средства для самолета, создаваемого по программе JSF (Joint Strike Fighter).
По мнению американских специалистов, достижения в области быстро развивающихся электронных технологий позволят им в ближайшее время создать БРЛС с требуемыми ТТХ, стоимость которой сократится в 2 раза при существенно меньшей массе, по сравнению с аналогичными показателями станции, разработанной для истребителя F-22A. Как и в APG-77, в качестве антенной системы БРЛС самолета JSF предполагается использовать активную фазированную антенную решетку (АФАР), элементы которой сопряжены с индивидуальными приемопередающими модулями непосредственно в апертуре антенны. В ее конструкции намечается применить более дешевые, надежные и миниатюрные приемопередающие модули новой конструкции.
Как отмечают в западных СМИ, американские конструкторы отказались от разработки радиолокационной станции с механическим сканированием луча для истребителя JSF из-за ряда недостатков, присущих таким РЛС. Самым крупным из них считается сравнительно большой интервал времени (несколько секунд), который требуется для обзора пространства и определения координат цели, что связано с необходимостью механического изменения положения зеркала антенной системы. По мнению западных экспертов, радиолокационные станции с АФАР, состоящие из нескольких сот или даже тысяч антенных элементов в виде приемопередающих модулей, не имеют такого недостатка. Благодаря электронному управлению лучом, осуществляемому с помощью современных бортовых ЭВМ, такие РЛС могут обеспечить измерение координат и параметров целей в несколько тысяч раз быстрее. При этом полученные данные отличаются более высокими точностными характеристиками. Кроме того, при использовании АФАР в РЛС исчезает необходимость в таких громоздких элементах, как передающее устройство с жидкостной системой охлаждения, волноводно-фидерный тракт с системой наддува и узел механического управления зеркалом антенны. Так как антенна составляет 52 проц. стоимости всей РЛС с АФАР, специалисты обеих фирм сосредоточили основные свои усилия на разработке новых технологий в области создания антенных приемопередающих модулей.
Как отмечается в западных СМИ, с 1994 года габариты приемопередающих модулей фирмы <Рэйтеон> уменьшились на 90 проц., масса - на 83 проц., а стоимость - на 82 проц. Добиться таких показателей конструкторам удалось благодаря использованию новых технологических решений в конструкции модулей, а также организации их автоматизированной массовой сборки и тестирования, что позволило сократить производственные затраты. Модули, созданные для истребителя F-22, имеют длину 70 мм, при толщине меньше 10 мм. В антенной системе радиолокационной станции этого самолета их насчитывается около 2 000 штук. Модули, разработанные для истребителя JSF, существенно меньше, дешевле, имеют меньше комплектующих и проще в сборке, а срок их службы составляет десятки тысяч часов. Создание таких модулей стало возможным после того, как управление перспективных разработок министерства обороны США (DARPA) в 1993 году выделило средства на разработку технологии сверхкомпактного микроволнового монтажа (HDMP - High Density Microwave Packaging). В результате ее внедрения существенно изменилась конструкция стандартного модуля и была уплотнена его компоновка. За довольно короткий срок (год) американским специалистам удалось добиться сокращения массо-габа-ритных характеристик модуля на 56 проц. Ожидается, что в перспективе их удастся уменьшить на 82 проц.
Наиболее сложным вопросом для специалистов обеих фирм явилось определение оптимального количества модулей, объединяемых в блок с общим управлением и функциональной схемой с целью обеспечения требуемого уровня надежности РЛС. Рассматривалось большое число таких вариантов. В частности, проводились эксперименты с комплектами, включающими четыре, шесть и восемь модулей.
Модуль выполнен таким образом, что одна из его поверхностей является антенным элементом, работающим на излучение и прием электромагнитных волн. Эта поверхность оснащена игольчатыми выступами, используемыми для охлаждения. Кроме того, эти выступы играют важную роль в формировании диаграммы направленности антенны. Форма поверхности и игольчатых выступов выбрана с учетом обеспечения баланса ширины полосы рабочих частот и КНД антенны, а также эффективности охлаждения модулей и всей антенной системы. Кроме того, высота игольчатых выступов влияет на эффективную площадь рассеяния (ЭПР) антенной системы, а следовательно, и на радиолокационную заметность летательного аппарата. В частности, если они имеют большие размеры, то для АФАР с такими модулями характерны высокие значения ЭПР в широкой полосе частот, что повышает уязвимость самолета. Однако при этом обеспечивается качественное охлаждение. Если же иглы излучающей поверхности короткие или она плоская, то относительно высокий уровень радиолокационной заметности антенной системы существует только в значительно более узкой полосе радиочастот, что приводит к снижению уязвимости носителя.
Основу существовавших прежде приемопередающих модулей составляют комбинированные микросхемы, формируемые в слоях, названных <основаниями> (substrates). Чем больше таких слоев, тем большее вырабатывается количества тепла, снижается эффективная мощность излучения и увеличивается стоимость производства.
При разработке приемопередающих модулей новой конструкции использовалась технология MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit), которая позволяет создавать сверхвысокочастотные интегральные элементы радиолокационного диапазона. При сборке модулей использованы микросхемы, размеры которых существенно уменьшились по сравнению с прежними, а число функций увеличилось. В частности, американские специалисты объединили в один элемент, используя технологию MMIC, излучатель модуля с передающим устройством. Это способствовало существенному уменьшению размеров, веса и стоимости АФАР, разрабатываемой для истребителя JSF. Кроме того, сокращение числа микросхем в модуле снизило количество вырабатываемого ими тепла, что повысило надежность устройства. Также значительно уменьшился нагрев точек соединения модуля. В результате мощность разработанной системы охлаждения существенно превысила потребности в отводе тепла, что в будущем упростит американским специалистам процесс разработки новых модификаций таких РЛС с более сложными антенными системами.
В настоящее время специалисты фирмы <Рэйтеон> создали компактную РЛС с АФАР (см. рисунок), получившую наименование <Марк-1>, которая является общим прототипом решетки, разрабатываемой для палубного истребителя-штурмовика F/A-18E и F и перспективного тактического истребителя JSF.
Кардинально усовершенствована и приемная часть модуля. Суммарная масса приемных каскадов модулей АФАР самолета JSF составляет четвертую часть массы приемных каскадов решеток самолетов F/A-18 и F/A-15. Вместе с тем специалисты отмечают более высокий уровень их надежности.
Из-за ограничений, связанных с формой отсека бортовой аппаратуры самолетов F-18E и F, аппаратура радиолокационной станции <Марк-1> для испытаний скомпонована в несколько стоек с блоками. Что касается экспериментальной РЛС истребителя JSF, получившей наименование <Марк-2>, то ее антенная система будет иметь такие же форму и размеры, размещаться таким же образом и выполнять те же функции. Однако ее стоимость и масса должны быть существенно меньше.
Имеются также изменения в технологическом исполнении <Марк-2> станции. В частности, она оснащена новой системой охлаждения электронных плат, которая имеет более высокие показатели эффективности, меньший состав блоков и более проста в сборке, что сокращает вероятность утечки охлаждающей жидкости.
Американские специалисты надеются, что внедрение усовершенствованных технологий позволит на 75 - 92 проц. сократить время калибровки и тестирования антенны, которые требуются для точного формирования ее диаграммы направленности. Эту процедуру предполагается выполнять с помощью высокоскоростной автоматической обработки данных и программного обеспечения, разработанного фирмой <Рэйтеон>, что позволит обрабатывать полученную информацию значительно быстрее. На регулировку одной решетки без применения средств автоматизации, как это выполняется на существующих РЛС с АФАР, необходимо несколько дней.
Для истребителей JSF планируется выпускать 200 АФАР в год. Если не удастся сократить время цикла калибровки, то для ее выполнения предполагается создать специальное устройство. Однако, его стоимость, а также трудозатраты, требуемые на калибровку каждой антенны, делают такой вариант нежелательным.
Наряду со снижением стоимости и массы и улучшением эксплуатационных характеристик американские специалисты уделяют большое внимание повышению ТТХ РЛС с АФАР. В частности, предполагается, что РЛС, разрабатываемая фирмой <Рэйтеон> будет иметь изменяемое - среднее, высокое и сверхвысокое - разрешение. В РЛС будет применена система автоматического распознавания и классификации типа цели ATR/C (Automatic Target Recognition/Classification System), которая позволяет идентифицировать цели по различиям характеристик отраженных от них сигналов. Используя радиолокационное изображение цели, получаемое в режиме синтезирования апертуры антенны, с помощью алгоритма ATR сначала определяются границы и контуры, учитываются текстура цели, форма, тени и другие ее особенности. Полученное изображение компьютер АТР/С сравнивает с библиотекой данных для идентификации цели.
РЛС с АФАР использует сигналы с высокой частотой повторения импульсов, которая позволяет обнаруживать цели на фоне шумов и переотражений от подстилающей поверхности и исключать неоднозначность определения дальности до них. Кроме того, обеспечивается сопровождение целей на параллельных курсах (в случае отсутствия движения цели вперед или в сторону от носителя РЛС). Первоначально станцию самолета JSF намечалось использовать для обзора земной поверхности и управления огнем по наземным целям. Однако, по мнению американских специалистов, применение новых технологий позволит создать РЛС с АФАР, которая будет эффективно обнаруживать и воздушные цели.
При ее разработке будут использоваться технические достижения радиолокационных средств как истребителя F-22A <Рэптор> (в области борьбы с воздушными целями), так и самолета-разведчика Е-8С системы <Джистарс> управления ударами по наземным целям, что позволит обеспечить полную многофункциональность истребителя JSF.
Пока специалисты фирм <Рэйтеон> и <Нор-троп - Грумман> не информировали о предполагаемых ТТХ новой РЛС, однако, по прогнозам представителей американского военного ведомства, ее дальность обнаружения воздушных целей будет не менее 170 км (аналогичный параметр у РЛС истребителя F-22A, по их оценкам, составит 230 км).
Наличие АФАР должно обеспечить также возможность работы РЛС в пассивном режиме на основе анализа принимаемых сигналов бортовых радиоэлектронных средств противника. Как полагают американские специалисты, с помощью этого режима можно будет не только сопровождать цели по излучению их радиолокационного и радиотехнического оборудования, но и получать достаточно точную информацию о дальности до них. При этом предусматривается кратковременное включение РЛС с АФАР на излучение. Кроме того, по мнению экспертов, такая РЛС, работающая в пассивном режиме, будет иметь более высокие характеристики обнаружения и сопровождения целей по сравнению со стандартной системой РЭБ.