Перспективы создания полунатурных тепловых моделей

УДК 629.7.05; 083

ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ ПОЛУНАТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ МОДЕЛЕЙ

А.С. Козлов, С.И. Стреляев, О.А. Фомичева

Приводится обоснование актуальности создания физических тепловых моделей фоно-целевой обстановки на основании анализа тенденций развития высокоточного оружия в области усовершенствования систем наведения.

Ключевые слова: высокоточное оружие, ИК-излучение, тепловая модель, фо-но-целевая обстановка, математическое и физическое моделирование

Анализируя военные конфликты первого десятилетия XXI века, можно с уверенностью сказать, что применение высокоточного оружия (ВТО) для решения боевых задач приобретает все более широкий размах. Кроме того, применение ВТО оказывает определяющее влияние на формирование характера вооруженной борьбы и тактику действий всех родов войск.

Отличительной особенностью ВТО является наличие командной, автономной или комбинированной системы наведения, обеспечивающей избирательное поражение стационарных и мобильных целей в любых условиях обстановки с вероятностью, близкой к единице.

В настоящее время в ведущих странах мира ведутся НИОКР, направленные на совершенствование систем и комплексов ВТО, связанные с увеличением дальности и скорости полета, точности стрельбы, снижением радиолокационной и оптической заметности, приданием «всепогодных» свойств, а также с реализацией принципа избирательности воздействия по объектам.

При этом одним из основных направлений совершенствования автономных систем наведения является создание тепловизионных головок самонаведения (ГСН), работающих в нескольких участках инфракрасного (ИК) диапазона длин волн. В тепловизионных ГСН используются многоэлементные оптические приемники (ОП), представляющие собой матрицу из чувствительных элементов, размещаемых в фокальной плоскости оптической системы. Для считывания информации с таких приемников применяется специальное оптико-электронное устройство, определяющее координаты соответствующей части проецируемого на ОП отображения цели по номеру подвергшегося экспозиции чувствительного элемента с последующими усилением, модуляцией получаемых входных сигналов и передачей их в вычислительный блок. Наибольшее распространение получили считывающие устройства с цифровой обработкой изображения и применением волоконной оптики.

Тепловизионные ГСН имеют ряд преимуществ перед ИК ГСН:

- значительное поле обзора в режиме сканирования (± 90°);

- увеличенная максимальная дальность захвата цели (10...15 км);

- возможность реализации режима автоматического распознавания цели и выбора точки прицеливания;

- возможность применения в сложных метеоусловиях.

Кроме того, применение матричного ОП позволяет снизить вероятность выведения из строя всех чувствительных элементов активными системами противодействия, что повышает надежность и эффективность использования ВТО.

Таким образом, можно сделать вывод, что развитие существующих и создание новых образцов ВТО является перспективным и приоритетным направлением уже в настоящее время и что в обозримом будущем главным средством огневого поражения практически всех объектов станет высокоточное оружие.

Остановимся конкретнее на реализации принципа избирательности огневого воздействия на объект управляемым боеприпасом (УБ).

Представить процесс наведения УБ можно как поиск и анализ цели, представленной в виде математических образов с заданными параметрами, в ограниченном пространстве. Под анализом цели можно понимать реализацию следующих этапов:

- определение типа цели;

- определение состояния цели;

- определение приоритета цели.

Степень детализации и точность математического образа, загружаемого в центральный процессор оптико-электронной системы наведения (ОЭСН) УБ, зависит от демаскирующих признаков (геометрические параметры, излучательные, отражательные и поглощательные свойства цели и окружающего фона), непосредственно влияет на точность анализа и выбора цели и соответственно на результативность огневого воздействия.

При создании современной ОЭСН УБ необходимо рассматривать взаимодействие следующих взаимосвязанных элементов: ГСН, цели, атмосферы и фона. На этапе НИР по созданию перспективных ОЭСН достаточно математической модели фоно-целевой обстановки (ФЦО), подтвержденной соответствующими экспериментами. Однако, на этапе отработки макетного образца ГСН математического моделирования ФЦО становится недостаточно, возникает необходимость в проведении натурных физических экспериментов в условиях полигона. Но натурное моделирование в полигонных условиях не позволяет воспроизвести все сочетания погодно-климатических условий, сюжетов фоновой поверхности и состояний цели. Натурные испытания при высокой стоимости и длительности имеют низкую информативность, что ставит под сомнение их достаточность и эффективность.

Выходом из данной ситуации может служить полунатурное моделирование в лабораторных условиях состояний цели и фоновой обстановки. Для практического выполнения полунатурных испытаний необходима разработка тепловых аналогов фона и цели, обеспечивающих подобие цели (фона) и ее модели. Такие аналоги позволят с меньшими временными и материальными затратами исследовать работоспособность разрабатываемой ГСН, оценить эффективность алгоритма отбора целей. В техническую основу данных моделей целесообразно заложить электротепловое преобразование энергии в сплошной среде [1]. При этом для теплового проектирования модели ФЦО необходимо проводить анализ результатов математического моделирования ФЦО.

Следует отметить, что результаты математического и физического моделирования ФЦО могут быть использованы для создания перспективных средств маскировки объектов. В настоящее время созданы образцы теплоотражающих материалов и покрытий, позволяющих снизить интенсивность теплового излучения объектов. К таким материалам относятся пенообразующие рецептуры, аэрозольные составы, которые позволяют осуществлять скрытие в радиолокационном, видимом, ближнем, среднем и дальнем ИК-диапазоне длин волн.

Кроме того, ведутся работы по созданию систем, позволяющих не только скрывать объект, но и маскировать его под заданный, например, под технику противника. Данные работы невозможны без проведения физических экспериментов с применением полунатурных моделей ФЦО.

Совершенствование средств огневого поражения неизбежно влечет за собой совершенствование средств технической разведки, а также средств маскировки. Поэтому можно сделать вывод, что работы, направленные на математическое и физическое моделирование ФЦО, имеют перспективное значение.

В СССР проводились исследования по определению, математическому и аналоговому моделированию ИК-сигнатур военной техники, однако они имели несистемный характер, не обобщались и на данный момент устарели. В США и странах НАТО технологии физико-математического моделирования ФЦО ИК-диапазона, разработанные для проектирования перспективных ОЭСН и средств пассивной защиты объектов военной техники, имеются и продолжают совершенствоваться [2].

Директорат вооружений научно-исследовательской лаборатории Военно-воздушных сил США и Агентство противоракетной обороны составили список наиболее актуальных областей исследований, в число которых входят:

- распознавание автономных целей;

- методы и аппаратура для моделирования работы систем защиты от стратегического и тактического ракетного оружия;

34

- совершенствование имитаторов наблюдаемых сцен и разработка на их основе испытательной аппаратуры, с помощью которой можно будет воспроизвести характеристики обнаруживаемых с помощью ОЭСН и теп-ловизионных систем (ТВС) целей для различной фоноцелевой обстановки, а также предсказать степень совершенства разрабатываемых систем для имитируемых условий эксплуатации;

- исследование узлов ТВС, работающих активным методом (лида-ров или ладаров), - лазеров, приемных систем, систем формирования лазерного излучения, сканирующих систем, дальномеров, систем обработки и распознавания принимаемых сигналов и изображений.

Агентство по перспективным научно-исследовательским разработкам США в 2013 г. создало рассчитанную на 45 месяцев программу создания облегченных (менее 1 кг), дешевых, экономичных и малогабаритных тепловизионных систем, устанавливаемых на стрелковом оружии и шлемах и предназначенных для значительного повышения характеристик систем обнаружения угроз, распознавания и идентификации целей в дневных и ночных условиях, а также в сложной метеорологической обстановке.

Описанные программы в настоящее время определяют предпосылки к созданию перспективных образцов «интеллектуального» вооружения, средств наблюдения и маскировки.

Сложившаяся в последние 3 - 4 года геополитическая обстановка, а также попытки втянуть Россию в новую «гонку вооружений» диктуют свои требования к ускорению и удешевлению разработок перспективных систем ВТО. Данные вопросы частично решаются проведением работ по математическому и физическому моделированию ИК-сигнатур военной техники и инфраструктурных объектов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант РФФИ №16-41-710663) и в соответствии с договором №ДС/65 от 09.08.2017 г.

Список литературы

1. Ветров В.В., Стреляев С.И., Фомичева О.А. Конструктивная реализация тепловых имитаторов на основе резистивных покрытий // Известия ТулГУ. Проблемы специального машиностроения. 2001. Вып.4. С.402 - 407.

2. Якушенков Ю.Г. Тенденции развития малогабаритных инфракрасных систем 3-го поколения, работающих активно-пассивным методом // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 3 (79). С. 11 - 14.

Фомичева Ольга Анатольевна, канд. техн. наук, доц., olir77@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

35

Козлов Александр Сергеевич, магистрант, horus41 ayandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Стреляев Сергей Иванович, д-р техн. наук, доц., проф., sergeystrel@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

PERSPECTIVES OF CREATURING THE THREE-THERMAL MODELS A.S. Kozlov, S.I. Strel'yaev, O.A. Fomicheva

A justification for the urgency of creating physical thermal models of the background-target situation on the basis of an analysis of trends in the development ofprecision weapons in the field of improving guidance systems is provided.

Key words: high-precision weapons, infrared radiation, thermal model, background-target situation, mathematical and physical modeling.

Kozlov Alexandr Sergeevich, postgraduate, horus41 @yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Strelyaev Sergey Ivanovich, doctor of technical sciences, docent, professor, sergeys-trelarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Fomicheva Olga Anatol'evna, candidate of technical sciences, docent, olir77@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University