САМОХОДНАЯ УСТАНОВКА ОБНАРУЖЕНИЯ, ПОДСВЕТА И СОПРОВОЖДЕНИЯ ЦЕЛЕЙ, НАВЕДЕНИЯ И ПУСКА РАКЕТ ЗЕНИТНОГО РАКЕТНОГО КОМПЛЕКСА

Предлагаемое техническое решение относится к области оборонной техники, в частности зенитно-ракетным комплексам (ЗРК), и может быть использовано для организации противовоздушной обороны. На современном уровне развития техники основным источником информации о воздушной обстановке является локационная станция работающая в радиочастотном (радиолокационная станция - РЛС) или оптическом диапазоне (лидар, оптический локатор - ОЛ) электромагнитного излучения. Основным условием организации эффективного противодействия массированному удару беспилотных и пилотируемых средств воздушного нападения в настоящее время является эшелонированное построение средств противовоздушной обороны объектов - ЗРК большой, средней и малой дальности. Тактика современной авиации предусматривает обязательный вывод из строя локационных станций, что может быть сделано посредством огневого подавления или постановкой помех, исключающих возможность нормального функционирования локатора. Массированное применение крылатых ракет и противорадиолокационных ракет в условиях широкого применения активных помех не гарантируют уничтожения всех воздушных средств поражения противника при прохождении ими эшелонов обороны. Поэтому для ЗРК средней дальность появляется, во-первых, задача поражения значительного числа целей, атакующих на предельно малых высотах, обнаружение которых происходит на дальностях, близких к минимальной дистанции поражения ЗРК. Во-вторых - удержания на максимальной дистанции пилотируемых целей, выполняющих боевую задачу без захода в зону поражения ЗРК (самолеты разведчики, постановщики активных помех, носители беспилотных средств поражения), что требует, в частности, повышения помехозащищенности и дальности обзора ЗРК.
Например, известен зенитный ракетный комплекс "ХОК", (Wehrtechnik, 1977, 1-2), который можно назвать аналогом предлагаемой модели, содержащий РЛС обнаружения воздушных целей, систему управления огнем, РЛС сопровождения и подсвета цели. Наличие двух РЛС, с разными рабочими частотами, повышает помехоустойчивость комплекса, однако приводит к необходимости иметь два высокочастотных передатчика каждый со своим источником питания и мощными электровакуумными приборами в выходных каскадах. Другим недостатком является то, что при современном развитии средств радиопротиводействия разнос частот в радиодиапазоне не позволяет значительно повысить эффективность ЗРК.
Большую эффективность разнос часто передатчиков показывает в оптическом диапазоне частот. Например, самоходный лазерный комплекс 1К17 «Сжатие» (Популярная механика, №1 2011 г), который также можно считать аналогом предлагаемой модели, имел 12 оптических лазерных каналов, что позволяло сделать систему многоканальной. Комплекс предназначался для поражения оптических систем противника, и использование оптического излучения с разными длинами волн позволяло снизить эффективность защитных, средств поражаемого объекта. К достоинствам можно отнести минимальную дальность поражения целей. К недостаткам - значительное снижение дальности обнаружения целей при плохих атмосферных условиях и применение дымовых средств маскировки.
Другим аналогом можно считать систему ADAM (), предназначенную для уничтожения беспилотных самолетов и ракет на дальностях до 2 километров. Лазер установки имеет выходную мощность до 10 кВт и работает в ИК диапазоне.
Прототипом предлагаемой самоходной установки можно считать ЗРК серии БУК (Военный парад 1997, 1, стр.28-32), различных модификаций. В состав комплекса, в частности, включена станция обнаружения целей и несколько самоходных огневых установок имеющих в своем составе лазерные дальномеры. К достоинствам прототипа можно отнести наличие нескольких радиолокационных станций, возможность пассивной локации в оптическом диапазоне и использование другой самоходной огневой установки для подсвета цели (пат. РФ 2363911). К недостаткам -невозможность поражения средств нападения на сверхмалых расстояниях средствами комплекса и недостаточная предельная дальность обнаружения целей.
Техническим результатом предлагаемого решения является создание самоходной установки обнаружения, подсвета и сопровождения целей, наведения и пуска ракет мобильного ЗРК, обеспечивающей в условиях сильных электромагнитных помех и интенсивного огневого подавления средств ПВО боевую работу станции по скоростным и малозаметным средствам воздушного нападения при сверхмалых дальностях и обеспечивающей, при совместной работе с другими установками, увеличение дальности обнаружения целей, включая изготовленные по технологии стеле.
Технический результат достигается тем, что на самоходной огневой установке обнаружения, подсвета и сопровождения целей, наведения и пуска ракет мобильного ЗРК, содержащей радиолокационную станцию, антенну, пусковую установку с ракетами, а также систему позиционирования и передачи команд размещена лазерная система локации и уничтожения воздушных средств на базе волноводного УФ лазера с накачкой СВЧ излучением, причем электронная лампа накачки лазера подключена к блоку питания радиолокационной станции через коммутатор, позволяющий при боевой работе выбирать между оптическим и СВЧ излучением.
Использование УФ диапазона для целей локации и поражения целей имеет ряд преимуществ. Излучение УФ диапазона с длиной волны менее волн 0,25 мкм сильно поглощается атмосферным кислородом. Солнечное излучение с длиной волны менее 0,3 мкм экранируется озоновым слоем атмосферы на высоте около 20 км. Реактивные двигатели летательных аппаратов являются источниками излучения с широким спектром, включающий УФ диапазон. Таким образом, в диапазоне 0,25…0,30 мкм при достаточной прозрачности отсутствует естественный солнечный фон, поэтому УФ сигнал шлейфа ракеты можно обнаружить пассивными сенсорами на большой дальности на бесшумном фоне при отсутствии активных помех, поскольку в настоящее время отсутствуют отстреливаемые ультрафиолетовые ловушки, создающие помехи системам наведения, аналогично тепловым ловушкам. УФ диапазон используется в настоящее время в системе обнаружения выстрела ракет AAR-60, применяемой на вертолетах армии США.
Для поражения целей системы УФ диапазона также обладают преимуществами по сравнению с существующими ИК системами. Коэффициент отражения от металлов в УФ диапазоне меньше чем в ИК диапазоне. Титан, широко применяемый при изготовлении летательных аппаратов, отражает до 80% ИК излучения, и менее 20% УФ излучения. Следовательно, система с УФ лазером имеет повышенную боевую эффективность по сравнению с существующими ИК лазерными системами.
Учитывая, что лазер в предлагаемой модели предназначен для локации и поражения целей на малых расстояниях, зависимостью поглощения УФ излучения в атмосфере от длины волны можно пренебречь, и выбор конкретного значения частоты лазера в УФ диапазоне будет определяться другими факторами, что не является предметом настоящей заявки. Применение волноводного УФ лазера с СВЧ накачкой позволяет повысить выходную мощность лазера за счет высокой эффективности СВЧ ламп накачки достигнутой в настоящее время.
Устройство и принцип действия конструкции поясняется рисунком. На фиг.1 приведена схема предложенной самоходной установки, па которой цифрами обозначены следующие узлы:
1 - поворотная пусковая установка;
2 - ракеты;
3 - высоковольтный источник питания;
4 - радиолокационная станция;
5 - волноводный УФ лазер с СВЧ накачкой;
6 - СВЧ лампа накачки лазера;
7 - коммутатор;
8 - антенна;
9 - приемопередающая оптическая система лазера;
10 - вычислительная система;
11 - самоходное шасси;
12 - система позиционирования;
13 - приемные УФ сенсоры;
14 - аппаратура обмена данными с другими установками;
Самоходная огневая установка обнаружения, подсвета и сопровождения целей, наведения и пуска ракет мобильного ЗРК содержит поворотную пусковую установку 1 с ракетами 2, высоковольтный источник питания 3, радиолокационную станцию 4, волиоводный УФ лазер с СВЧ накачкой 5, СВЧ лампу накачки лазера 6, коммутатор 7, антенну 8, приемопередающая оптическую систему лазера 9, вычислительную систему 10. На самоходном шасси 11 установлена система позиционирования 12, приемные УФ сенсоры 13, и аппаратура обмена данными с другими установками 14.
По пункту 1 формулы полезной модели при боевой работе с использовании локации в радиодиапазоне самоходная огневая установка работает идентично прототипу. При совместной работе нескольких установок с помощью аппаратуры 14 происходит обмен данными полученными системой позиционирования 12, и данными о воздушной обстановке. Переход к боевой работе с использованием излучения в УФ диапазоне происходит при невозможности боевой работы с использованием радиолокационной станции 4 (например высокий уровень помех в радиодиапазоне) или по следующему алгоритму: Радиолокационная станция 4 обнаруживает цель или данные о цели получены от других установок аппаратурой 14. Вычислительная система 10 в соответствии с алгоритмом работы установки определяет необходимость перехода к работе по цели с УФ излучением - лазерная локация или поражение цели, и выдает команду на коммутатор 7, который подключает СВЧ лампу накачки лазера 6 к высоковольтному источнику питания 3, включая тем самым УФ лазер с СВЧ накачкой 5. Одновременно вычислительная система 10 отключает радиолокационную станцию 4, при этом излучение сигнала антенной прекращается. УФ излучение передается на приемопередающаую оптическую систему 9. Первоначальное, в момент включения лазера, наведение и фокусировка излучения осуществляется по командам вычислительной системы. При лазерной локации вычислительная система снижает мощность УФ лазера до уровня, необходимого для устойчивой работы приемников системы 9 и обеспечивает сканирование и обработку отраженного сигнала для определения местоположения цели и передачи, при необходимости, информации о воздушной обстановке па другие установки. При переходе в режим поражения цели вычислительная система выдает команду на повышение мощности лазера до максимального уровня и передает сопровождение цели приемной части системы 9 по максимальному уровню отраженного сигнала, что обеспечивает максимально точное сопровождение маневрирующих целей. После поражения целей управление опять передается вычислительной системе.
2
Использование для накачки лазера СВЧ излучения радиолокационной станции может существенно ограничить выходную мощность УФ лазера, поскольку типичный уровень КПД РЛС мобильного ЗРК около 40%. Анализ высоковольтного источника питания прототипа и других разработанных в настоящее время высоковольтных источников питания показывает, что при использовании в качестве СВЧ лампы накачки лазера магнетрон с типичным КПД 80%, выходная мощность волноводного УФ лазера с СВЧ накачкой превысит уровень 10 кВт, при достигнутом в настоящее время 25% КПД лазера (Планарный СО лазер с СВЧ накачкой. Минеев Л.П., Нефедов С.М., Пашинин П.П. Квантовая электроника. 37, №10, 2007 г.). Кроме того, эффективности воздействия УФ излучения на материалы летательных аппаратов выше по сравнению с ИК системами. Перечисленные выше факторы указывают на возможность создания и работоспособность самоходной огневой установки в соответствии с пунктом 1 формулы полезной модели.
В соответствии с пунктом 2 формулы полезной модели предлагается совместить активную локацию (в радио или оптическом диапазоне) и пассивную оптическую локацию. Так указанная выше система AAR-60 состоит из 4-6 приемных головок, обеспечивающих полное поле обзора в верхней полусфере с целью обнаружения атакующих ракет по излучению их шлейфа. УФ сенсоры позволяют обнаруживать летательные аппараты хорошо скрытые в радиочастотном и ИК диапазоне частот. Так, например, самолеты, разработанные с использованием стеле технологии, имеют малую заметность в ИК и радиодиапазоне, но их легко обнаружить в УФ диапазоне. Применение сенсоров с полным полем обзора вокруг установки позволить уменьшить время обнаружения средств поражения и исключить мертвые зоны при вращении поворотной пусковой установки (номер 1 на фиг.1). Максимального повышения дальности обнаружения можно добиться используя сверхчувствительные монофотонные сенсоры УФ диапазона (Разработка монофотонного сенсора ультрафиолетового диапазона с улучшенными характеристиками. С.Н.Степанов Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических паук. М. 2011 г.) Подобные сенсоры позволяют регистрировать отдельные фотоны и имеют разрешающую способность по дальности менее 1 метра, что позволяет применять их для обнаружения высокоманевренных летательных аппаратов, летящих на сверхмалых высотах. При одновременной работе с УФ лазером установки возможно получить 3-D изображение неизлучающего объекта, что позволит реализовать автоматическое распознавание типа целей. Современное развитие технологии производства УФ сенсоров указывает на возможность создания работоспособной самоходной огневой установки в соответствии с пунктом 2 формулы полезной модели.