ИСТОЧНИК ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к источникам некогерентного оптического излучения, в частности к конструкции теплового источника инфракрасного (ИК) излучения, предназначенного для использования в устройствах оптико-электронного противодействия (ОЭП) для активной защиты от высокоточного оружия с оптико-электронной системой наведения на цель, например в устройствах ОЭП для защиты объектов бронетанковой техники (ОБТТ) от поражающего воздействия противотанковых ракетных комплексов (ПТРК).
Устройство ОЭП ОБТТ предназначено для срыва командного наведения на цель противотанковых управляемых ракет (ПТУР) ПТРК. Система наведения на цель таких ПТРК работает по принципу следящей системы, в которой для формирования управляющих сигналов используются данные о рассогласовании в направлениях на цель (ОБТТ) и атакующей ПТУР [1]. ПТРК выполнен в виде функционально и конструктивно связанных блоков, один из которых предназначен для формирования канала связи «ПТРК-ОБТТ» (канал прицеливания), а другой предназначен для формирования канала связи «ПТРК-ПТУР» (канал наведения) и оснащен оптико-электронным ИК координатором слежения за ПТУР по излучению ее бортового ИК излучателя (трассера).
Принцип функционирования установленного на борту ОБТТ устройства ОЭП заключается в формировании активной помехи (в виде определенным образом структурированного ИК излучения) в канале связи «ПТРК-ПТУР» (канал наведения). Как следует из работы [2] обеспечение ОЭП наведению ПТУР возможно только в том случае, если исполнительный орган устройства ОЭП выполнен с возможностью генерации помехового излучения, спектр излучения которого соответствует спектральному диапазону функционирования ИК координатора ПТРК. Именно поэтому источник излучения, используемый в составе устройства ОЭП, является по существу основным функциональным элементом этого устройства, поскольку именно он обеспечивает генерацию излучения активной помехи в заданном интервале оптического спектра, необходимого для эффективного воздействия на ИК координатор ПТРК.
Известно устройство ОЭП для защиты ОБТТ [3], исполнительный орган которого снабжен источником некогерентного оптического излучения в виде короткодуговой ксеноновой лампы с оболочкой из кварцевого стекла, спектральный диапазон оптической прозрачности которого не превосходит 4,2 мкм [4]. Устройство ОЭП, снабженное таким источником ИК излучения, обеспечивает срыв командного наведения ПТУР ПТРК, координаторы которых работают в диапазоне длин волн 1,8-2,7 мкм [5]. Следует отметить, что в настоящее время наметилась тенденция по смещению спектрального диапазона функционирования ИК координаторов ПТРК от ближней (до 2,7 мкм) к средней области ИК спектра- от 3,0 до 5,0 мкм, поскольку этот диапазон ИК излучения характеризуется меньшим затуханием в атмосфере и меньшим уровнем пассивных помех. Таким образом, недостаток приведенного выше устройства ОЭП [3] заключается в практической невозможности ОЭП ПТРК, ИК координаторы которых работают в спектральном диапазоне от 4,2 до 5 мкм.
Известно устройство ОЭП [6], исполнительный орган которого снабжен источником ИК излучения на основе электрического разряда в парах цезия, который обеспечивает генерацию некогерентного оптического излучения в спектральном диапазоне от 3,5 до 5,0 мкм [7]. Конструктивное исполнение таких источников излучения (т.н. газоразрядных ламп с цезиевым наполнением) достаточно хорошо известно. Так известна разрядная лампа ИК излучения для устройства ОЭП [8], выбранная в качестве прототипа, излучающий элемент которой выполнен в виде наполненной плазмообразующей средой на основе цезия разрядной горелки с прямой трубчатой оболочкой из лейкосапфира. Конструкция указанной лампы, выбранной в качестве прототипа, выполнена с учетом ее аппаратурного применения в условиях повышенных виброударных нагрузок и влажности окружающей среды (атмосферного воздуха).
Именно поэтому излучающий элемент этой лампы размещен соосно с образованием заполненного защитной газовой средой (неоном) кольцевого зазора в оболочке, выполненной из прозрачного в спектральном диапазоне генерации излучающего элемента материала-бесцветного лейкосапфира, с герметично установленными на ее противоположных концах токоподводами. Электрическая связь электродных узлов разрядной горелки (излучающий элемент лампы) с соответствующими токоподводами обеспечена посредством контактных элементов, один из которых выполнен с возможностью осевого перемещения разрядной горелки внутри внешней оболочки из лейкосапфира.
Следует отметить, что в последнее время все чаще в боевых действиях используются ПТРК с комбинированными системами командного наведения ПТУР с ИК и тепловизионными координаторами, которые работают в оптическом диапазоне длин волн 3,5÷5,0 мкм и 8÷14 мкм [5]. Таким образом, недостаток конструкции источника ИК излучения, выбранного в качестве прототипа, проявляется при его аппаратурном использовании в составе устройства ОЭП для защиты ОБТТ от поражающего воздействия ПТРК с ИК и тепловизионными каналами координатора и заключается в практической невозможности генерации ИК излучения в спектральном диапазоне длин волн, который соответствует спектральному диапазону функционирования тепловизионного канала ИК координатора ПТРК.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в оптимизации спектральной характеристики формируемого источником некогерентного оптического излучения с учетом спектрального диапазона функционирования ИК координаторов различных типов ПТРК- от 1,8 до 14 мкм.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой конструкции источника ИК излучения для устройства ОЭП, заключается в гарантированной эффективности защиты ОБТТ от поражающего воздействия ПТУР ПТРК различных типов в условиях отсутствия достоверной информации о типе применяемого комплекса.
Заявляемый источник ИК излучения для устройства ОЭП, как и источник ИК излучения, выбранный в качестве прототипа, содержит излучающий элемент с прямым цилиндрическим телом свечения, который размещен соосно с образованием заполненного защитной газовой средой кольцевого зазора в оболочке, выполненной из прозрачного в спектральном диапазоне генерации излучающего элемента материала, с герметично установленными на ее противоположных концах токоподводами, а электрическая связь излучающего элемента с соответствующими токоподводами обеспечена посредством контактных элементов, один из которых выполнен с возможностью осевого перемещения излучающего элемента внутри оболочки.
Отличие заявляемого источника ИК излучения от прототипа состоит в том, что излучающий элемент выполнен в виде стержня из карбида кремния, в качестве защитной газовой среды использована двуокись углерода, а оболочка выполнена из монокристаллического синтетического кремния.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение варианта конкретного исполнения заявляемого источника ИК излучения для устройства ОЭП.
Заявляемый источник ИК излучения для устройства ОЭП содержит прямую трубчатую оболочку 1 с установленными на ее противоположных концах токоподводами 2 и 3. Оболочка 1 выполнена из монокристаллического синтетического кремния (Si) [4]. Герметичность внутренней полости оболочки 1 в данном конкретном случае обеспечена посредством охватывающего спая (на фиг. 1 не показан) входящих в состав токоподводов 2 и 3 герметизирующих элементов (на фиг. 1 не показаны) с наружной поверхностью оболочки 1. Варианты выполнения подобного типа спая достаточно хорошо известны, в частности при изготовлении газоразрядных ламп с оболочкой из лейкосапфира, и не требуют специального пояснения. Оболочка 1 заполнена газовой средой в виде двуокиси углерода. Внутри оболочки 1 соосно с ней установлен излучающий элемент 4, отделенный от стенок оболочки 1 кольцевым зазором 5. Излучающий элемент 4 выполнен в виде стержня из карбида кремния (т.н. карборунда [9]). Излучающий элемент 4 электрически соединен с токоподводами 2 и 3 посредством контактных элементов 6 и 7, соответственно, причем, в данном конкретном случае, контактный элемент 6 жестко соединен непосредственно с токоподводом 2, а контактный элемент 7 соединен с токоподводом 3 через пружинный элемент 8, концы которого неразъемно соединены с элементом 7 и токоподводом 3. В данной конструкции источника ИК излучения конструктивные элементы 6, 7 и 8 помимо своей основной функции (обеспечение электрического контакта элемента 4 с внешним источником электропитания) выполняют дополнительные функции. Во-первых, обеспечивают пространственную фиксацию элемента 4 в оболочке 1, а, во-вторых, обеспечивают возможность осевого перемещения излучающего элемента 4 внутри оболочки 1 и его центровку относительно оболочки 1, обеспечивая, тем самым, возможность сохранения работоспособности излучающего элемента 4 в условиях повышенных виброударных нагрузок, возникающих при эксплуатации источника ИК излучения в составе оборудования, установленного на борту ОБТТ. Подобный конструктивный прием при изготовлении источников ИК излучения известен ([6], [10]) и не требует специального пояснения.
Следует отметить, что использование стержней из карборунда в качестве источников ИК излучения хорошо известно [11, 12, 13], однако подобного рода излучатели (т.н. «силиты» и «глобары») используются преимущественно в лабораторной практике, как правило в ИК спектроскопии. Таким образом, в предлагаемой конструкции источника ИК излучения, предназначенного для эксплуатации в составе бортового оборудования ОБТТ, предназначенного для активной защиты от ПТУР ПТРК, излучающий элемент 4 в виде стержня из карбида кремния, используется впервые.
Принцип функционирования заявляемого источника ИК излучения основан на преобразовании электрической энергии в некогерентное оптическое излучение, причем в соответствии с общепринятой классификацией такой источник относится к категории источников температурного (или теплового) излучения, поскольку для источников этого типа ИК излучение является следствием нагрева их излучающего элемента [14]. Следует, однако, отметить, что непрерывным спектром ИК излучения обладают исключительно твердые тела [13]. Именно поэтому в данном конкретном случае излучающий элемент 4 заявляемого источника ИК излучения выполнен из карбида кремния (карборунда). В практической деятельности широкое распространение получили карборундовые ИК излучатели, которые изготавливают в форме стержней из массы, состоящей на 95% (и более) из карбида кремния (SiC) [9], диаметр которых составляет от 6 до 50 мм. В данном конкретном случае излучающий элемент 4 в виде стержня из карбида кремния является источником ИК излучения в диапазоне длин волн от 1,5 до 15 мкм [9], причем, что крайне важно с учетом его аппаратурного использования, в указанном диапазоне его спектральный коэффициент излучения имеет значение порядка 0,85-0,9 [9]. Известно [9], что водяные пары действуют на карбид кремния разрушающе. Поэтому выполненный из карбида кремния излучающий элемент 4 размещен в заполненной защитной газовой средой оболочке 1, а, поскольку, как указано в работе [9], излучающий элемент 4 из карбида кремния работает лучше всего в среде двуокиси углерода, то в качестве указанной защитной газовой среды использована именно двуокись углерода. Особенность излучающего элемента 4 с прямым цилиндрическим телом свечения, выполненного в виде стержня из карбида кремния, состоит в том, что при возрастании температуры он имеет склонность к удлинению [9]. Именно поэтому, с целью предотвращения механических напряжений в теле излучающего элемента, что крайне опасно в условиях повышенных виброударных нагрузок, контактный элемент 7 соединен с токоподводом 3 посредством пружинного элемента 8. Материал, из которого изготовлена оболочка 1 с учетом ее функционального назначения, должен удовлетворять ряду требований. Так, спектральный диапазон оптической прозрачности материала оболочки 1 должен составлять от 1,5 до 15 мкм, спектральное пропускание, т.е. отношение интенсивности светового потока, прошедшего через материал оболочки 1, к интенсивности падающего потока, во всем спектральном диапазоне оптической прозрачности должно быть не менее 50%, а точка плавления - не ниже рабочего диапазона температур излучающего элемента 4 (1000-1300°C [13]). Анализ свойств оптических материалов для ИК техники [4,13] показал, что перечисленным выше требованиям в наибольшей степени соответствует монокристаллический синтетический кремний.
Таким образом, конструкция предлагаемого источника ИК излучения обеспечивает возможность генерации ИК излучения в диапазоне длин волн от 1,8 до 14 мкм, что существенно повышает надежность защиты ОБТТ от ПТРК различных типов при ведении боевых действий в условиях отсутствия достоверной информации о типе применяемого противником вооружения (ПТРК).
Источник ИК излучения для устройства ОЭП в соответствии с заявляемым решением разработан для серийного производства с использованием типовых технологий, материалов и стандартного оборудования.
Литература:
1. Техника и вооружение: вчера, сегодня и завтра, 2007, №3, с. 30.
2. ЗВО, 2003, №11, с. 33.
3. Патент РФ №2102653, F21M 11/00, 20.01.98. Бюл. №2.
4. Воронкова Е.М. и др. Оптические материалы для инфракрасной техники, М.: Наука, 1965.
5. Труды десятой научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности», С. - Петербург, 2009, с. 136.
6. Патент РФ №69221, H41H 13/00, 10.12.2007. Бюл. №34.
7. Прикладная физика, 2009, №1, с. 53.
8. Патент РФ №107641, H01J 61/00, 20.08.2011. Бюл. №23.
9. Бураковский Т. и др. Инфракрасные излучатели, Ленинград: Энергия,
1978.
10. Патент РФ №32321, H01J 61/34, 10.09.2003. Бюл. №25.
11. Марголин М.А., Румянцев Н.П. Основы инфракрасной техники, М.: Военное изд. МО СССР, 1957.
12. Левитин И.Б. Инфракрасная техника, М.: Энергия, 1973.
13. Кудельник В.В., Усольцев И.Ф. Основы инфракрасной техники, М Машиностроение, 1985.
14. Ишанин Г.Г. и др. Источники и приемники излучения, М Машиностроение, 1982.