Основные направления создания интегрированных антенных систем надводных кораблей зарубежных стран (2016)

Капитан 2 ранга А. Кужелев

Вопросы проектирования антенных систем различных комплексов и систем связи надводных кораблей (НК) ВМС в последние годы весьма актуальны. Это связано с принципиальным изменением архитектуры самого корабля, применением новых материалов корпуса и покрытий, изменившейся технологией строительства, новым вооружением и совершенствованием корабельных систем всех видов, изменением формы корпуса для снижения его радиолокационной заметности путем уменьшения эффективной площади рассеяния (ЭПР). Практически все ведущие военно-морские державы имеют в составе национальных ВМС или строят НК с низкой радиолокационной заметностью, используя стелт-технологии.

В этой связи можно привести ряд примеров:
- ВМС США, эскадренный миноносец (ЭМ) типов "Замволт", "Индепенденс" и "Фридом";
- ВМС Великобритании, ЭМ типа "Деринг";
- ВМС Германии, фрегат (ФР) типа "Саксония";
- ВМС Франции, ФР типа "Лафайет";
- ВМС Италии, Дании, Норвегии, Швеции, Турции, и др.

Методы проектирования современных боевых кораблей кардинально отличаются от тех, которые применялись 20 или даже 10 лет назад, но, несмотря на стремительный прогресс в этой области, антенные системы не сильно изменились, практически на всех кораблях прослеживается так называемая ярусная схема их расположения.

Вместе с тем основными направлениями построения антенных систем на кораблях с малой радиолокационной заметностью в плане компоновки антенн в странах НАТО являются:
- применение активных фазированных антенных решеток (АФАР), интегрированных в надстройки корабля (для радиолокации, пеленгации, навигации, управления оружием);
- использование интегрированных мачт, представляющих собой единую платформу для размещения информационных систем, работающих в различных диапазонах, а также систем навигации и связи. Примером тому может служить объединенная (комплексная) мачта нового поколения, предназначенная для новых патрульных кораблей ВМС Нидерландов.

Так, компания "Талес" разработала новый подход к архитектуре компоновки антенных систем I-MAST. В зависимости от типа, водоизмещения и предназначения НК имеются три их
модификации: I-MAST-50; -100 и -400. В 2011 году первая интегрированная мачта I-MAST-400 прошла морские испытания на патрульном корабле Р840 "Холланд". При такой компоновке антенных систем решение проблем электромагнитной совместимости (ЭМС) и секторов обзора предполагает также улучшение характеристик, повышение эксплуатационной готовности, сокращение сроков строительства, упрощение требований к техническому обслуживанию, а также значительную экономию надпалубного пространства.

Корабельная интегрированная мачта I-MAST-400 представляет собой сооружение модульной структуры с комплексным размещением средств усовершенствованных РЛС SeaMAST-400, Sea Watch, оптоэлектронных средств наблюдения и обнаружения, системы государственного опознавания "свой-чужой", объединенной антенной системы связи (Integrated Communications Antenna System - ICAS), системы "Линк-16" и средств спутниковой связи.

ФАР РЛС AN/SPY-1 на эсминце УРО типа "О. Бёрк" ВМС США

Корабельная интегрированная мачта I-MAST-400 патрульных кораблей ВМС Нидерландов

Состав корабельной интегрированной типовой мачты фирмы "Талес" для кораблей ВМС Нидерландов

Антенные решетки объединенной антенной системы связи (ICAS)

Внешний вид МССР (слева) и антенна, смонтированная на мачте эсминца "Рузвельт" (DDG-80) (справа)

Компания-разработчик - голландское подразделение фирмы "Талес" - спроектировала и усовершенствовала ряд средств компьютерного проектирования, которые специалисты используют при отображении, измерении и определении общих электромагнитных диаграмм и взаимных влияний, возникающих на верхней палубе, при решении проблемы электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС) различного назначения и диапазонов.

Корпус мачты представляет собой воздухонепроницаемую модульную конструкцию, обеспечивающую защиту от вредного воздействия окружающей среды, механических повреждений, взрывной волны, вибрации, солнечного излучения, низких или высоких температур, утечки газов, электромагнитного излучения, химического, бактериологического, радиологического и ядерного воздействия.

Объединенная антенная система связи включает четыре плоские приемные антенные решетки и такое же количество двух диапазонных (ОВЧ -30-300 МГц/УВЧ - 300-3000 МГц) передающих.

Антенны различного функционального назначения интегрированы в эти антенные решетки. Они сопряжены с антенным распределительным устройством, что обеспечивает высококачественную электромагнитную развязку между приемными и передающими трактами, предусматривает возможность размещения вспомогательных антенн GSM/ GPS и имеет перспективу дальнейшего развития.

У ICAS один существенный недостаток - отсутствует возможность выхода за пределы ОВЧ/УВЧ-диапазона. Таким образом, если система антенных устройств будет разработана на основе только этого подхода, то НК полностью смогут быть обеспечены лишь УКВ-тактической (для связи с корреспондентами в пределах прямой радиовидимости), а также спутниковой связью для обмена информацией в оперативно-тактическом или оперативном звене управления.

В настоящее время необходимый уровень информационного обеспечения боевых действий НК достигается за счет высокой скорости обмена информацией большого объема с береговым командным пунктом и взаимодействующими силами. Эффективное боевое управление обеспечивает спутниковая связь, уровень развития которой в значительной мере определяет результаты боевых действий.

При этом глобальная система данного вида связи, построенная на сетевых технологиях, становится главным элементом "сетецентрической войны", где информационное превосходство - важнейшее средство достижения победы над противником.

Однако связь в КВ-диапазоне продолжает оставаться актуальной для передачи информации на большие расстояния в случае подавления противником спутниковой группировки. К тому же, как показывает практика, этот диапазон по-прежнему широко используется ВС многих стран мира.

Современные автоматизированные системы связи KB-диапазона активно задействуются при передаче всех видов информации, в том числе с помощью технологий для пакетной передачи данных. При этом требуется оснащение НК нового поколения соответствующими техническими средствами. Наибольшую сложность при решении данной задачи представляет разработка, размещение на корабле и обеспечение эксплуатационной надежности антенных устройств КВ-связи.

Указанная проблема может быть решена за счет применения:
- выдвижных антенн;
- устройств типа Mast-Clamp Current Probe (MCCP);
- малогабаритных антенн KB-диапазона, интегрированных в корпус корабля.

Однако выдвижным антеннам присущи следующие недостатки: они демаскируют корабль, увеличивая ЭПР, а также не гарантируют непрерывный прием, а используемые на НК механические устройства, обеспечивающие подъем/опускание антенн, сложны в обслуживании и характеризуются низкой надежностью.

Устройства типа МССР обеспечивают работу только в режиме "прием" и имеют относительно высокую мачту, также увеличивающую ЭПР.

На НК ВМС НАТО для приема широко используются малогабаритные активные электрические антенны, например ACT 291-4 (СДВ-ДВ-СВ-КВ-диапазона) французской компании BMTI.

Основные преимущества этой антенны:
- широкий диапазон частот;
- оптимизирована для максимального динамического диапазона;
- высокая чувствительность (3 мкВ/м на нижней и 2 мкВ/м на верхней границе диапазона частот);
- относительно малые массогабаритные характеристики.

Близкие к представленной характеристики имеет активная штыревая антенна компании "Родэ унд Шварц" (Rohde&Schwarz) НЕ010.

	ACT 291-4	R&S®HE010	R&S®HE055
Диапазон частот, МГц	10 кГц-30 (70)	10кГц до80(120)	1,5-600
Сопротивление Ом	50	50
Поляризация	Вертикальная
Перекрестная модуляция, дБ/м			7-30
Коэффициент усиления антенны дБ		17
Потребляемый ток, мА		170
Допустимая ветровая нагрузка, м/с		52
Рабочая температура, °С		От-40 до + 65	От-40 до + 85
Коэффициент стоячей волны	<1,7
Динамический диапазон, дБ	100
Действующая высота, м	0,32
Размеры, мм;
диаметр	202	до 120	153
высота	650	до 1 000	1406
Вес кг	6,5	0,9	3,5

Высокоэффективная антенна KB-диапазона - приемопередающий ВЧ-диполь R&S®HX002H2, который обеспечивает уверенное покрытие в зоне прямой  радиовидимости. Высокоэффективная широкополосная активная приемная антенна R&S®HE055 применяется на кораблях НАТО, в том числе в составе коротковолновых приемопередающих систем.

Наряду с применением на НК малогабаритных активных электрических приемных антенн перспективным направлением развития подобной зарубежной техники является разработка рамочных и ферритовых магнитных передающих КВ-антенн. Конструкция антенн позволяет интегрировать их в горизонтальные плоскости НК (верхняя палуба, надстройки) и тем самым "разгрузить" надпалубное пространство.

Реализация подобного технического решения способствует повышению эффективности работы на передачу в нижней части КВ-диапазона и уменьшению радиолокационной заметно ста по сравнению с использованием устройств штыревого типа. В качестве примера можно назвать рамочную передающую антенну типа AS6000 фирмы "Талес".

В зарубежной печати сообщалось о том, что ведутся НИОКР по созданию ферритовых рамочных антенн, которые могут быть использованы на НК как в качестве приемных, так и передающих КВ-антенн и якобы смогут работать в диапазоне от 2 до 30 МГц.

Такая антенна будет включать следующие элементы: ферритовый сердечник; антенный фидер в виде пластин; система симметричного питания; центральный элемент; экран или металлическая поверхность, на которой будет размещена. Принцип ее работы заключается в следующем: феррит концентрирует магнитный поток через рамку, увеличивая напряжение в антенне, что положительно влияет на ее чувствительность и усиление. Однако в режиме передачи этот материал нагревается, из-за этого возможности устройства могут быть весьма ограниченны.

Таким образом, за рубежом наметилась устойчивая тенденция создания и эксплуатации высокоэффективных антенных систем для НК ВМС.

Это достигается путем внедрения новых технических решений, а также использования при проектировании антенных систем ряда современных средств компьютерного моделирования для отображения, измерения и определения общих электромагнитных диаграмм и взаимных влияний, возникающих на верхней палубе надводного корабля.

Применение в ВМС НАТО интегрированных в корпус корабля антенных систем широкого радиочастотного спектра позволило:
- сократить общее количество антенн;
- увеличить число одновременно функционирующих радиоэлектронных средств, то есть улучшить их электромагнитную совместимость;
- повысить качество работы систем радиосвязи, радиолокации и навигации за счет использования модульного принципа построения и эффективной компоновки;
- добиться автоматизации процесса установления и ведения связи (частотная адаптация);
- исключить потребность в согласующих антенных устройствах;
- обеспечить многокритериальное управление мощностью (адаптация по мощности);
- оптимизировать пространство, необходимое для размещения антенных систем;
- сократить массогабаритные характеристики оборудования;
- обеспечить модульность, универсальность и взаимозаменяемость антенных систем для различных типов надводных кораблей;
- создать задел для модернизации техники в будущем.

Зарубежное военное обозрение. 2016, №8, С. 77-82