Способ обнаружения и поражения малозаметных боевых мини- и микро беспилотных летательных аппаратов
METHOD OF DETECTING AND HITTING UNOBTRUSIVE COMBAT MINI- AND MICRO-DRONES

Изобретение относится к области противодействия беспилотным летательным аппаратам (дронам) и может быть использовано при разработке комплексов борьбы с ними.
Известен способ обнаружения и борьбы с беспилотными летательными аппаратами, основанный на его обнаружении, расчете пространственных координат, наведении пусковых установок, пуске ракет и поражении аппарата элементами боевой части ракеты [см., например, Годунов А.И., Шишков С.В., Юрков Н.К. Комплекс обнаружения и борьбы малоразмерными беспилотными летательными аппаратами. Надежность и качество сложных систем, №2(6), 2014 г.].
Недостатком способа является необходимость высокоточного наведения боеприпаса. Кроме того, ограниченная зона поражения дрона одним выстрелом не обеспечивает высокой вероятности поражения цели, а большой расход боеприпасов может оказаться экономически невыгодным с точки зрения уничтожения недорогих дронов.
Малозаметные мини- и микро дроны, позволяют решать множество боевых задач, начиная от детальной разведки позиций противника и вплоть до нанесения ударов. При этом беспилотник, размером в один-два метра, весьма сложно обнаружить, штатными радиолокационными станциями из-за малой величины показателя эффективной площади рассеяния этих аппаратов. Кроме того, применяемые в дронах двигатели (либо внутреннего сгорания, либо вообще - электрические) резко снижают их излучательную способность в ИК-диапазоне и делают их практически незаметными в ночное время суток. А низкие скорости движения не создают в атмосфере заметного электромагнитного излучения от трения аппарата, при соприкосновением с воздухом. Еще сложнее организовать защиту от множества (роя) дронов.
Вместе с тем имеются технические устройства, позволяющие выявлять некоторые типы дронов.
В качестве примера построения подобной системы является система «СТОПДРОН-АРСЕНАЛ» российской фирмы СТОПДРОН. Комплекс предназначен для обнаружения беспилотных летательных аппаратов и противодействия им путем многофакторного мониторинга воздушного пространства и направленного прерывания сигнала дронов. Детектирующие и исполнительные элементы комплекса размещаются таким образом, чтобы над объектом и прилегающими территориями сформировалась область эшелонированной защиты от беспилотников. Радар комплекса работает в диапазоне частот: 16,97 ГГц. При поступлении тревоги от радара активируется комплекс оптического распознавания и направленного прерывания сигнала дрона «СТОПДРОН-ИМПУЛЬС». Он наводится на цель по координатам, получаемым от радара, после чего происходит подтверждение цели в качестве беспилотника по визуальным параметрам.
Для поражения беспилотников есть целый набор средств, например, российский боевой модуль калибра 57 мм АУ-220М, который может устанавливаться на БТР. Среди его боеприпасов есть осколочно-фугасные снаряды дистанционного подрыва, позволяющие успешно бороться с небольшими дронами типа квадрокоптера (http://robotrends.ru/robopedia/obnaruzhenie-i-protivodyaystvie-bespilotnikam).
Вместе с тем, следует отметить, что системы, построенные на обнаружении электромагнитных волн, как излучаемых дроном, так и отраженных от дрона радиоволн радаров ограничены в обнаружении дронов с низкой радиозаметностью. Такие дроны уже появились на рынке. Они действуют по заложенной программе, ориентируясь в пространстве, например, по данным измерения статического и динамического давления в реальном масштабе времени. Малые размеры, низкая эффективная площадь рассеяния и малая скорость затрудняют применение современных комплексов ПВО против таких дронов. Определенные шансы возникают только против относительно крупных аппаратов, а также при использовании не вполне профильных радиолокационных средств - например, радиолокационных станций артиллерийской разведки, предназначенных для определения трасс снарядов ствольной и реактивной артиллерии.
В связи с этим задача обнаружения и уничтожения малозаметных боевых дронов является актуальной.
В предлагаемом техническом решении для надежного обнаружения малозаметных, низколетящих дронов предлагается применять, совместно с радиорадарами, пассивные акустические приемники, способные фиксировать акустические шумы от работающего пропеллера дрона. Такой прием фиксации дронов обусловлен тем, что все конструкции сегодняшних малозаметных дронов имеют пропеллеры. А, как известно, при работе пропеллера в окружающей среде возникают упругие волны. Регистрация таких волн с помощью акустических приемников позволяет обнаруживать и такие малозаметные мини-и микро дроны.
Акустическое излучение воздушного винта дрона является сложным по своей структуре. Лопасти винта оказывают периодическое силовое воздействие на окружающую среду и это приводит к излучению гармонической составляющей шума вращения.
С лопастей винта по всей их длине происходит срыв потока, который служит источником широкополосного вихревого шума. Вихревой шум, образующийся в результате пульсаций аэродинамического давления на поверхности лопасти и турбулентных пульсаций скорости потока в вихревой пелене, имеет сплошной спектр, поскольку пульсации давления и скорости носят случайный характер, а их распределение по частоте является непрерывным.
Предлагаемое техническое решение поясняется рисунками, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.
Фиг. 1. Спектр уровней звукового давления в ближнем поле винта самолета Як-18Т: L - уровень шума; n - число оборотов в % от максимальной мощности двигателя; ϕ - угол измерения шума по отношению к оси винта (Самохин В.Ф., Мошков П.А. Акустические характеристики легкого винтового самолета с двигателем внутреннего сгорания// Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск №57. www.mai.ru/science/trady/).Фиг. 2. Общий вид артиллерийского боеприпаса калибром 57 мм для борьбы с беспилотниками: 1 - гильза; 2 - метательный заряд; 3 - безосколочный корпус; 4 - взрывчатое вещество; 5 - дистанционный взрыватель; 6 - сферическое дно корпуса.
На фиг. 1 приведен типичный спектр шума воздушного винта самолета Як-18Т. У других летательных аппаратов частотный спектр излучения примерно такой же, только амплитуда различна.
Степень затухания мощности акустического излучения с расстоянием от источника можно оценить с помощью известного соотношения:
0
w
где L- мощность акустического излучения источника; L - акустическая мощность на расстоянии r от источника; δ - коэффициент затухания.
Коэффициент затухания δ существенно зависит от состояния окружающей среды. Его величину можно определить, пользуясь данными стандарта: ГОСТ 31295.1-2005 (ИСО 9613-1:1993) Шум. Затухание звука при распространении на местности.
Многоканальная акустическая аппаратура для обнаружения акустического излучения от пропеллеров дрона на основе оценки затухания сигналов, принятых на разнесенные по расстоянию акустические приемники, определяет зону излучения. Оценки показывают, что технические возможности современной электронной техники позволяют создать устройства, способные зафиксировать акустическое излучение от малоразмерного дрона на расстоянии более километра.
В соответствии с предлагаемым техническим решением, после определения зоны акустического излучения от дрона, в эту зону направляется излучение радиолокационной станции и приборов оптического диапазона. Такое наблюдение позволяет уточнить наличие дрона и определить расстояние от него до артиллерийского орудия.
После обнаружения дрона его необходимо уничтожить. Сложность решения такой задачи заключается в том, что малозаметный дрон летит на низкой высоте (десятки метров от поверхности местности) и его уничтожение обычными боеприпасами может привести к повреждению объектов на земле, в том числе поражению людей, находящихся в зоне объекта.
Автором предлагается артиллерийский боеприпас, который может поражать дроны, не создавая опасности для окружающих. В качестве такого боеприпаса предлагается использовать артиллерийский унитарный выстрел калибром 57 мм. В отличие от применяемых унитарных выстрелов, в предлагаемом выстреле корпус снаряда изготавливается из углеродистого чугуна (содержание углерода: 3,0-4,0%), а его донная часть имеет сферическую форму (поз 6 фиг. 2). Такое сочетание свойств материала корпуса снаряда и его формы обеспечивает при разрыве снаряда получение сверхмелких осколков, безопасных уже на расстоянии 100 м от места взрыва. В тоже время, взрывная волна и эти осколки будут способны поразить малоразмерные дроны на расстоянии более 50 м от точки подрыва. Разрыв такого снаряда среди «роя» дронов позволит одним выстрелом поразить несколько дронов. А очередь из разрывов таких снарядов позволит за короткий промежуток времени уничтожить облако дронов в зоне объекта, не повредив при этом сам объект. Общий вид такого выстрела приведен на фиг. 2.
Выбор времени подрыва снаряда на оптимальном расстоянии от дрона осуществляется, либо с помощью дистанционного взрывателя, либо с помощью неконтактного радиовзрывателя.
Такие дистанционные и неконтактные взрыватели имеются на вооружении. Например, пиротехнический дистанционный взрыватель ДВЭ-2, в свое время, был разработан АО «НПП «Дельта», а также дистанционный электронный взрыватель 3ВМ-12, разработанный АО «ПОИСК» и ряд других.
При применении электронных дистанционных взрывателей в артиллерийских системах необходимо использовать специальные устройства, например, систему «Айнет» для установки времени подрыва боеприпаса. Либо устанавливать время вручную, при использовании пиротехнического взрывателя.
В качестве неконтактного взрывателя может быть использован радиовзрыватель, разработанный АО «НПП «Дельта» по теме «Штык». Взрыватель позволяет подорвать боеприпас на дистанции менее 5 м от малоразмерной цели. Преимуществом неконтактного взрывателя является то, что в этом случае отпадает необходимость введения во взрыватель времени подрыва перед выстрелом.
Наиболее подходящей артиллерийской системой, позволяющей использовать унитарный выстрел калибром 57 мм для борьбы с дронами, следует считать современный боевой модуль АУ-220М, разработанный АО «ЦНИИ Буревестник».
Таким образом, приведенные данные показывают, что технические возможности создания систем для обнаружения, и уничтожения малоразмерных мини- и микро дронов имеются. Разработка и применение этих систем позволит обеспечить безопасную эксплуатацию защищаемых объектов.
Изложенные сведения о заявленном изобретении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленный способ соответствует условию промышленной применимости.