Бортовые радиолокационные станции самолетов тактической авиации зарубежных стран (2003)
Майор Б. Денисов
Бортовая радиолокационная станция (БРЛС) является одним из самых важных элементов бортового радиоэлектронного оборудования, технические возможности которого во многом определяют эффективность решения задач, возлагаемых на современный тактический истребитель. По мнению зарубежных экспертов, в настоящее время и в обозримом будущем БРЛС останутся основным средством обнаружения, сопровождения целей и наведения на них управляемого оружия.
Современные многофункциональные когерентные импульсно-доплеровские РЛС способны работать в режимах обнаружения и сопровождения воздушных и наземных целей, осуществлять картографирование земной поверхности, а также решать вспомогательные задачи: следование рельефу местности, пеленгация радиомаяков, измерение собственной скорости, высоты, угла сноса и другие.
С развитием бортовых вычислительных систем и совершенствованием программного обеспечения станет возможным функционирование РЛС в двух режимах одновременно: сопровождение воздушных и наземных целей, сопровождение воздушных целей и следование рельефу местности и другие.
Конструктивно БРЛС состоит из нескольких съемных блоков, расположенных в носовой части самолета: передатчика, антенной системы, приемника-возбудителя, процессора обработки данных, программируемого процессора сигналов, пультов и органов управления и индикации. Практически у всех современных бортовых РЛС антенная система представляет собой плоскую волноводно-щелевую антенную решетку (реже зеркальная Кассегрена или пассивная фазированная антенная решетка) с механическим сканированием, а передатчик построен на лампе бегущей волны (реже - на магнетроне). БРЛС работают в диапазоне частот 8-20 ГГц с различными частотами повторения импульсов (высокими, средними и низкими) и позволяют обнаруживать воздушные цели с ЭПР 1 м2 на дальности 70-150 км, а также обеспечивают сопровождение на проходе до 10 целей.
С конца 80-х годов для дальнейшего повышения тактико-технических характеристик БРЛС в ведущих зарубежных странах началась целенаправленная работа по созданию станций с активными фазированными антенными решетками (АФАР) с электронным управлением лучом диаграммы направленности. Как отмечают зарубежные специалисты, РЛС данного типа начнут широко применяться на тактических истребителях не ранее 2010 года. Переход к использованию АФАР обусловлен значительным их преимуществом по сравнению с зеркальными и волноводно-щелевыми антеннами.
К числу основных достоинств БРЛС с АФАР относятся следующие:
- высокая многофункциональность, обеспечение одновременной работы в режимах "воздух - воздух" и "воздух - поверхность";
- большая дальность обнаружения целей за счет уменьшения потерь при передаче энергии от передатчика к антенне и от антенны в приемник, преодоления ограничения по уровню мощности, присущего передатчику на лампе бегущей волны, а также гибкого распределения энергии в зоне обзора (быстрое переключение положения диаграммы направленности);
- обеспечение оптимальной работы БРЛС одновременно в нескольких режимах за счет формирования различных форм диаграммы направленности, что позволит использовать гибкий и чередующийся режим работы, например одновременный поиск и сопровождение нескольких целей, а также облет препятствий;
- повышение помехозащищенности БРЛС за счет формирования нуля диаграммы направленности в направлении на источник помех как по основному, так и по боковым лепесткам;
- снижение ЭПР самолета-носителя за счет исключения механического сканирования и зеркальных поверхностей;
- возможность работы в составе распределенной радиолокационной системы, что позволяет использовать для обнаружения, сопровождения и прицеливания информацию от БРЛС других самолетов;
- выполнение функций системы РЭБ и РТР;
- повышение надежности БРЛС вследствие исключения усилителей мощности передатчиков и высоковольтных источников питания, вращающихся сочленений и гиростабилизирующих устройств, а также из-за свойства АФАР сохранять свои основные характеристики при отказе до 5 % приемопередающих модулей (ППМ).
Разработка РЛС с АФАР ведется в США, ФРГ, Франции, Великобритании, Японии и Швеции (сведения об основных программах приведены в табл. 1).
|
Таблица 1 Основные программы разработки РЛС с АФАР |
||
| Наименование РЛС (самолет-носитель) | Страна-разработчик | Сроки разработки |
| AMSAR (EF-2000, "Рафаль", "Мираж-2000-5", "Торнадо-F.3", FOAS) | Великобритания, Франция, ФРГ | 1993-2010 |
| NORA (JAS-39) | Швеция | 1994-2010 |
| AN/APG-63(V)2 (F-15C) | США | 1996-1999 |
| AN/APG-79 (F/A-18E и F) | То же | 1996-2006 |
| AN/APG-77 (F-22) | - // - | 1985-2005 |
| AN/APG-80 (F-16 Block 60) | - // - | 2000-2005 |
| (-) (F-35) | - // - | 1997-2008 |
| (-) (F-2) | Япония | 1989-1999 |
| Примечание: (-) означает, что наименование не определено. | ||
Исследования, проводимые западноевропейскими специалистами в области БРЛС с АФАР, сконцентрированы в рамках программы AMSAR (Airborne Multirole multifunction Solid-state Activearray Radar) - международного проекта создания БРЛС с АФАР, в котором принимают участие Великобритания, Франция и Германия. Основным подрядчиком на разработку РЛС по этой программе является консорциум GTDAR, образованный фирмами "БАе системз" (Великобритания), "Талес" (Франция) и германскими фирмами, входящими в компанию EADS (European Air Defence Systems). В его задачу входит создание перспективных БРЛС для западноевропейских боевых самолетов. К НИОКР привлекаются различные государственные и военные научно-исследовательские лаборатории и институты стран, участвующих в реализации проекта. МО Франции координирует деятельность консорциума, разработка станции финансируется из фондов фирмучастниц программы.
Целью программы является разработка и испытания многофункциональной БРЛС с АФАР сантиметрового диапазона с цифровой системой управления диаграммой направленности, предназначенной для установки на тактических истребителях "Рафаль-M и -C", "Мираж-2000-5", "Торнадо-F.3", EF-2000 и FOAS (Future Offensive Air System).
Работы начались в августе 1993 года в рамках совместной одноименной программы, в которой участвуют фирмы "Томсон-CSF" (ныне "Талес") и "GEC-Маркони" (ныне "БАе системз").
В 1995 году к ним присоединилась германская фирма DASA (ныне вошедшая в EADS), которая с 1993-го занималась созданием приемопередающих модулей.
Программу предусматривается реализовывать два этапа.
На первом этапе (1993-1998) были произведены оценка принципиальной реализуемости проекта, сформирован облик проектируемой РЛС, обоснование тактико-технических требований и критериев надежности. Кроме того, велись работы по созданию приемопередающих модулей и на их основе испытательного демонстрационного образца АФАР, получившего название PAD. Цель этих НИОКР - экспериментальное подтверждение концепции построения АФАР перед созданием полномасштабной и полнофункциональной АФАР. Антенна PAD состоит из 144 активных модулей (36 блоков, содержащих по четыре ППМ), расположенных в раскрыве круглой решетки. Программа испытаний включала проверку системы управления лучом, качества формирования диаграммы направленности и распределения мощности, калибровку антенны и проверку системы охлаждения. Кроме того, проводились исследования на совместимость отдельных узлов и блоков. Первый этап завершился в апреле 1998 года.
В рамках второго этапа, который продлится до 2006 года, намечается создать сначала испытательный образец АФАР, получивший название CAR, который представляет собой полноразмерную решетку диаметром 60 см, состоящую из 1 000 ППМ, а затем образец многофункциональной РЛС с АФАР FFD. Для проведения испытаний антенна будет сопряжена с блоками, необходимыми для создания многофункциональной РЛС, в качестве которых планируется использовать элементы РЛС RBE-2 фирмы "Талес" или блоки РЛС CAPTOR компании "БАе системз". Все эти устройства в той или иной мере обладают необходимыми характеристиками и должны выбираться исходя из критерия "стоимость/эффективность". Целью создания CAR является демонстрация возможностей полноразмерной АФАР на борту самолета. Антенна будет сконструирована таким образом, чтобы обеспечить формирование трех обычных моноимпульсных каналов РЛС, а также 8- или 32-лучевой диаграммы направленности антенны (ДНА) с адаптивным управлением ее формой. Сигналы, переданные и принятые РЛС, будут записываться на борту самолета-лаборатории ВАС-111 и впоследствии обрабатываться в лабораторных условиях для оценки характеристик АФАР.
РЛС FFD, которая должна быть разработана по завершении программы AMSAR, будет представлять собой многофункциональную станцию, способную реализовать в реальном масштабе времени в бортовых условиях все потенциальные возможности АФАР. Предполагается, что конструктивно эта станция помимо антенны должна включать 13 устройств различного назначения, объединенных с помощью внутренней кольцевой шины данных. Обмен высокочастотными сигналами между АФАР, задающим генератором и многоканальными приемниками будет осуществляться через ВЧ-интерфейс, расположенный на задней стороне антенны. Кроме того, РЛС будет сопряжена с бортовым комплексом РЭО самолета посредством специального интерфейса, подключенного к общей шине обмена данными самолета. Функции управления работой станции и обработки принятых сигналов планируется возложить на специализированную модульную ЭВМ, имеющую производительность 10 млрд опер./с.
Вычислительные мощности системы управления диаграммой направленности распределены между ЭВМ управления антенной и распределенной системой управления лучом, которая расположена вдоль тыльной стороны антенны. Система управления должна обеспечить скорость сканирования, равную нескольким тысячам положений луча в секунду.
Основной единицей CAR является конструктивный модуль решетки (КМР), представляющий собой металлическую раму, в стенках которой имеются каналы для циркуляции охлаждающей жидкости.
В эту раму будут вмонтированы печатные платы двух ППМ и общего устройства управления. Кроме того, тыльная часть КМР будет снабжена СВЧ-разъемами для подключения к коллектору антенны и разъемами для подключения систем питания, управления и охлаждения модулей. На лицевой стороне КМР будут размещаться два излучающих элемента в виде открытых концов волноводов квадратного сечения, заполненных диэлектриком. Излучатели должны быть согласованы с рабочим диапазоном длин волн и обеспечивать малые потери энергии на углах сканирования +/- 60° по азимуту и углу места. Вся антенная решетка будет набираться из 500 КМР (1 000 ППМ), что позволит упростить системы управления, питания, охлаждения и подключения решетки к вспомогательным устройствам антенны.
Приемопередающие модули, из которых будет состоять АФАР РЛС AMSAR, функционально можно разделить на четыре основных элемента: антенный канал (фильтр, направленный ответвитель для сигналов калибровки и тестовых сигналов, циркулятор); приемный канал (ограничитель, малошумный усилитель); передающий канал (предварительный усилитель, усилитель мощности); контур управления (устройства амплитудного и фазового взвешивания). Технологически ППМ представляет собой единую многослойную керамическую подложку, на которой монтируется кристалл монолитной интегральной схемы СВЧ-диапазона (MMIC - Monolithic Microwave Integrated Circuit) на арсениде галлия и кремниевые специализированные интегральные схемы (ИС) контуров управления и питания.
Некоторые функциональные элементы, такие как выходной усилитель и циркулятор, монтируются в вырезах на керамической подложке.
В процессе создания антенны CAR конструкция приемопередающего модуля претерпела некоторые изменения по сравнению с модулями, использованными при создании PAD. Были уменьшены значения массогабаритных характеристик, повышен уровень интеграции элементов и упрощена конструкция ППМ, а также снижена их стоимость. Созданный в рамках программы AMSAR окончательный вариант ППМ имеет следующие характеристики: средняя выходная мощность 8-10 Вт, коэффициент шума приемника 1,5 дБ, разрядность цифрового фазовращателя и аттенюатора 6 бит, геометрические размеры 72×60 мм, масса модуля 42 г, время тестирования модуля при производстве 3-5 мин; планируемый объем производства 0,1-1 млн штук в год.
По оценкам европейских специалистов, установка станций на тактические истребители "Рафаль" ожидается в 2005-2006 годах, а на EF-2000 в 2010-2015-м.
В 1994 году фирма "Эрикссон" начала работать над созданием РЛС с АФАР, которая, в соответствии с планами руководства ВВС Швеции, после 2010-го должна заменить PS-05/A. Разрабатываемая станция получила рабочее название NORA (Not Only RADAR), и в соответствии с предъявляемыми требованиями ее массогабаритные характеристики не должны превысить значений PS-05/A (160 кг).
По замыслу конструкторов, новая станция будет представлять собой многофункциональную радиолокационную систему, которая значительно улучшит ряд параметров своей предшественницы и придаст бортовому комплексу новые свойства.
Конструктивно РЛС планируется выполнить в тех же размерах, которые имеет РЛС PS-05/A. Разработчики стремятся максимально использовать в новой станции уже существующие блоки, но тем не менее придется существенно изменить конструкцию некоторых из них, а многие даже заменить.
Основные характеристики излучаемых сигналов РЛС NORA останутся без изменений (рабочий диапазон волн 3 см, частота повторения импульсов 0,5-200 кГц), но будет обеспечена более высокая стабильность частоты и сокращено время переключения с одной частоты на другую. После обнаружения цели для подтверждения правильности принятого решения и перехода на автосопровождение предусмотрен зондирующий сигнал специальной формы.
Одной из проблем, которую предполагается решить нетрадиционным путем, является борьба с боковыми лепестками ДНА.
Разработчики отказались от традиционного использования антенны подавления боковых лепестков по причине большой потери энергии. Решать эту проблему планируется за счет пространственно-временной адаптивной обработки сигналов.
Последнее обстоятельство и многоканальность РЛС с АФАР предъявляют новые, более высокие требования к вычислительной системе. Принципы построения и возможности современных процессоров сигналов и данных не позволят решить эту задачу. Новый вычислитель будет построен как интегрированный процессор сигналов и данных с параллельной обработкой и с широким использованием современной коммерческой элементной базы и протоколов обмена данными.
Важным требованием к новому вычислителю является возможность легкой модернизации как его аппаратной части, так и программного обеспечения. Разработка АФАР началась в 1994 году. В соответствии с предъявляемыми к ней требованиями, она должна представлять собой круглую антенную решетку диаметром 60 см и состоять из 1 200-1 300 ППМ.
Антенна предположительно будет иметь комбинированную систему сканирования - электронную и механическую.
Электронное сканирование по азимуту и углу места обеспечит обзор пространства в секторе +/- 60°, а механическое - только по азимуту +/- 30°. В начале разработки конструкторы планировали обеспечить такой сектор обзора, который позволял бы летчику обнаруживать цели, находящиеся под большим ракурсом или даже в задней полусфере (сектор механического сканирования закладывался +/- 60°). Но в процессе разработки этот угол был уменьшен до 30°, и в общей сложности зона поиска сократилась до +/- 90°.
Разработка антенны должна была проводиться в два этапа. Первый - создание демонстрационного образца NORA 1, состоящего из 100 ППМ, по заявлению руководства фирмы-разработчика, успешно завершился демонстрацией работы антенны в лабораторных условиях.
Опытный образец ППМ (ARON I) имеет длину 250 мм и выходную мощность менее 5 Вт. При его создании использовались маломощные и узкополосные элементы. Для серийного образца разрабатывается новый модуль - TILE, который должен иметь широкий диапазон рабочих частот. Усилитель мощности будет выполнен на широкодиапазонных, мощных полупроводниковых интегральных схемах (ИС) СВЧ-диапазона, а также на многофункциональных ИС, выполняющих функции переключателя прием/передача, схемы управления усилителем мощности, фазовращателя, аттенюатора, малошумного усилителя и цифрового интерфейса.
Как отмечается в зарубежных СМИ, серьезной проблемой, с которой сталкиваются разработчики, является отвод тепла от модулей. Исследования шведских специалистов показали, что использование в качестве хладагента натуральных масел, применявшихся для охлаждения лампы бегущей волны, является малоэффективным для ППМ. Поэтому они разработали систему охлаждения на основе спиртоводной смеси.
Второй этап разработки предусматривает летные испытания станции с записью видео- и ВЧ-сигналов в накопителе с дальнейшей их обработкой и дешифрацией на земле. Однако специалисты фирмы "Эрикссон" столкнулись с рядом серьезных технических и финансовых трудностей, которые воспрепятствовали дальнейшему продвижению работ.
Руководство программы неоднократно обращалось к американским фирмам "Рэйтеон" и "Нортроп-Грумман", а также к европейскому консорциуму GTDAR с предложением объединить усилия в создании АФАР, но всякий раз получало отказ. Как отмечается в зарубежных СМИ, дальнейшие переговоры между представителями фирмы "Эрикссон" и руководством GTRAD привели к подписанию меморандума о совместном проведении второго этапа (1999).
Летные испытания антенны фирма "Эрикссон" планирует начать в 2004 году.
Кроме того, компания "Рэйтеон" в 2001 году подписала соглашение, по которому поставила в Швецию для летных испытаний АФАР, используемую в РЛС AN/APG-63(V)2. В настоящее время неизвестно, будет ли эта антенна использоваться для сравнительных исследований или в качестве альтернативной.
К полномасштабной разработке серийного образца АФАР специалисты фирмы "Эрикссон" намечают приступить не ранее 2008-2010 годов.
Наибольших успехов в области разработки АФАР добились США, где с 1985 года в рамках программы создания тактического истребителя F-22 ведутся работы над многофункциональной РЛС AN/APG-77. Ответственность за общее руководство работами и интеграцию станции на F-22 возложена на фирмы "Локхид-Мартин" и "Боинг", а основными разработчиками являются фирмы "Нортроп-Грумман" и "Хьюз" (в настоящее время - "Рэйтеон"). В соответствии с техническими требованиями РЛС должна иметь среднее время наработки между отказами около 400 ч, для чего необходимо достичь надежности работы АФАР в течение 2 500 ч, а наработка между отказами остальных блоков должна быть не менее 1 250 ч.
При разработке РЛС AN/APG-77 за основу взяты режимы работы станций AN/APG-66 и -68, используемых на тактических истребителях F-16. Станция может работать в 17 режимах: 10 - обнаружения и сопровождения воздушных целей и 7 - обзора земной поверхности.
Конструктивно она состоит из пяти основных элементов: АФАР с процессором управления диаграммой направленности, приемника, блока вспомогательной электроники, блока питания АФАР и установочного (монтажного) оборудования.
В общей сложности в составе РЛС насчитывается 32 сменных модуля: антенна с контроллером управления диаграммой направленности и блок вспомогательной электроники включают 24 модуля, приемник - 5 и блок питания АФАР - 3. Все блоки имеют систему жидкостного охлаждения, электропитание станции осуществляется от источника постоянного тока напряжением 270 В (отказ от использования питания переменного тока вызван высоким уровнем шумов и нестабильностью переменного напряжения). Передача данных управления и обмен информацией между РЛС и центральным процессором осуществляются по волоконно-оптической шине обмена данными.
Разработка и изготовление опытного образца антенны были завершены в 1988 году. АФАР состоит из 1 980 ППМ, имеет внешний диаметр (по кожуху) 91 см, диаметр самой антенны 81 см, а толщина 33 см.
Антенна условно делится на четыре части (квадранта), каждая из которых может работать независимо от остальных. Точное управление фазой в каждом модуле позволяет обеспечить уровень боковых лепестков 31,5 дБ. В зависимости от режима работы диаграмма направленности может иметь карандашную (с низким уровнем боковых лепестков), косекансквадратную (с компенсацией эволюций самолета), веерную и двухлучевую диаграмму направленности.
Управление формированием и сканированием луча диаграммы направленности осуществляется с помощью четырех отдельных специальных процессоров, каждый из которых сопряжен с одним квадрантом АФАР.
В процессе выполнения программы было создано несколько приемопередающих модулей, в частности, на этапе полномасштабной разработки - твердотельный полупроводниковый модуль на основе арсенида галлия, в состав которого входят фазовращатель, усилитель мощности и малошумный усилитель входных сигналов. Он имеет следующие характеристики: средняя выходная мощность 10 Вт, коэффициент шума приемника 2,9 дБ, усиление приемника 15 дБ, разрядность фазовращателя 6 бит, геометрические размеры 60х30, масса модуля 14,68 г. Приемник и передатчик, используемые для серийного производства, выполнены на индивидуальных подложках и образуют приемопередающую пару, размещенную в алюминиевом корпусе.
Важным параметром модулей является их стоимость. Так, согласно техническому заданию стоимость одного модуля АФАР РЛС AN/APG-77 не должна превышать 400 долларов, однако в процессе разработки она составляла от 500 до 800 (по некоторым данным - 1 000 долларов).
В приемопередающем модуле установлены шесть полупроводниковых интегральных СВЧ-микросхем и пять микросхем, разработанных на основе технологии ТТЛШ. При создании модулей используется элементная база, основанная на арсенид-галлиевой технологии (полевые транзисторы с эффектом Шотки, полевые транзисторы с гексоганальными p-областями и т. д.).
Испытания АФАР показали, что среднее время наработки антенны между отказами составляет более 1 500 ч. Эта антенна увеличивает ЭПР самолета, поэтому для снижения ЭПР тактического истребителя F-22 был создан специальный радиопрозрачный конус с узкой полосой пропускания, позволяющий исключить переотражения антенной сигналов РЛС противника.
Программное обеспечение станции состоит из четырех самостоятельных частей:
- программы управления работой РЛС, включающей подпрограммы общего управления станцией, управления режимами работы РЛС и вспомогательных вычислений;
- программы управления работой блока вспомогательной электроники, осуществляющей конфигурирование и калибровку приемника;
- программы управления блоком питания АФАР, управляющей выходной мощностью и обеспечивающей взаимодействие элементов блока питания;
- программы функционирования контроллера управления диаграммой направленности.
БРЛС оснащена развитой системой встроенного контроля, позволяющей с точностью до съемного модуля обнаруживать и локализовывать до 98 % неисправностей, что обеспечивает реализацию двухуровневой системы обслуживания и сокращает стоимость эксплуатации. Наработка на одно техническое обслуживание составила 246 ч (для сравнения, у современных БРЛС самолетов F-15и F-16 20-50 ч).
В процессе создания AN/APG-77 разработчики приобрели определенный опыт в области создания аппаратной и программной части станции. По заявлению американских специалистов, БРЛС самолета F-22 является станцией с АФАР первого поколения, и в настоящее время она устарела морально и физически. Кроме того, в ней не удалось полностью реализовать все заявленные ранее режимы работы, особенно слабо представлены режимы "воздух-поверхность", поэтому в настоящее время станция оптимизирована для решения задач перехвата воздушных целей. Скорее всего, под РЛС с АФАР первого поколения понимается станция с одной антенной решеткой, предназначенной для обзора в передней полусфере.
Параллельно с разработкой РЛС AN/APG-77 специалисты фирм "Рэйтеон" и "Нортроп-Грумман" вели активную работу по совершенствованию АФАР и главного его элемента ППМ. В отличие от базового модуля, используемого на F-22, кардинально изменена архитектура и технология производства модуля, что позволило уменьшить толщину ППМ на 90 %, снизить массу на 83 %, и, соответственно, снизить стоимость до 600-800 долларов.
Таких результатов удалось достичь за счет использования в интегральных схемах нитрита галлия и кремния-германия в качестве базовых материалов. Была уменьшена плотность монтажа (число слоев), что позволило сделать модули плоскими, прохожими на плитки, значительно снизить выделяемое ими тепло и облегчить его отвод. По заявлению представителей фирмы "Рэйтеон", наиболее перспективным для создания элементной базы для ППМ является разрабатываемый материал на основе карбида кремния, использование которого позволит практически полностью решить проблемы терморегуляции и снизить стоимость модуля до 200 долларов.
Для удобства управления работой и организации питания рассматривались варианты компоновки ППМ в конструктивный модуль решетки (КМР) по два, четыре, шесть и восемь штук.
Эксперименты, проведенные в лабораториях фирмы "Нортроп-Грумман", показали, что наиболее эффективной является связка из двух модулей, хотя специалисты отмечают, в перспективе их число может быль увеличено.
В новом модуле принципиально изменена форма излучающих элементов. Так, если в РЛС APG-77 они плоские, то в новом модуле они имеют форму острого шипа, изменяя форму которого, высоту и ширину, можно изменять частотные характеристики РЛС. На основе разработанного ППМ было создано несколько антенных решеток, которые достаточно просто интегрируются с существующими РЛС. (Требование совместимости разрабатываемых АФАР с современными станциями является обязательным.)
В течение 2000 года специалисты фирмы "Рэйтеон" провели модернизацию РЛС APG-63(V)1 до варианта (V)2 на 18 самолетах F-15C, базирующихся на авиабазе Элмендорф (штат Аляска), и приступили к войсковым испытаниям.
Ключевым элементом модернизации является замена волноводно-щелевой антенны на АФАР.
АФАР была разработана фирмой в период с 1996 по 1999 год, и опытный образец РЛС APG-63(V)2 к 2000-му имел наработку более 320 ч, из которых 165 ч в полете.
Стоимость контракта на разработку и производство 18 АФАР составила около 250 млн долларов. Невысокие затраты объясняются тем, что в рамках этого проекта была создана только антенна, а весь комплект РЛС остался прежним.
В состав АФАР входят около 1 500 ППМ, система жидкостного охлаждения, контроллер управления диаграммой направленности и блок питания, а также новый запросчик системы госопознавания.
Предположительно система отображения информации не подвергнется существенным изменениям. Новая антенна обеспечит РЛС большую дальность обнаружения воздушных целей, в том числе и крылатых ракет, повысит помехозащищенность системы управления оружием и значительно увеличит количество одновременно наводимых ракет AIM-120 AMRAAM. Эта станция оптимизирована для решения задач перехвата воздушных целей.
По заявлению руководства фирмы "Рэйтеон", этих комплектов АФАР будет достаточно для окончательной доводки РЛС и выработки рекомендаций по ее боевому применению и наземной эксплуатации, а также для окончательного принятия командованием ВВС решения о проведении масштабной модернизации самолетов F-15C (в случае успешного завершения войсковых испытаний ожидается заказ на 210 АФАР).
Фирма "Рэйтеон" также выиграла конкурс на разработку АФАР для РЛС APG-73 (F/A-18E и F), получившей наименование AN/APG-79. Летные испытания станции прошли в 2000 году на авиабазе Энглин (штат Флорида).
Ожидается, что она будет устанавливаться на истребители-штурмовики F/A-18E и F в 2006 году.
По сравнению с АФАР станции AN/APG63(V)2 количество ППМ сокращено почти до 1 000, масса новой антенны уменьшилась приблизительно на 25 %, а стоимость снизилась на 35 % Это достигнуто главным образом за счет усовершенствования конструкции ППМ и системы отвода тепла от них.
РЛС AN/APG-79 способна работать одновременно по воздушным и наземным целям, причем каждый член экипажа может использовать станцию для решения различных задач (например, один для прицеливания по наземным целям, а другой для выполнения полета с огибанием рельефа местности). Дальность обнаружения воздушной цели составит около 180 км (обеспечивается сопровождение одновременно до 20 целей). Станция будет иметь режим синтезирования апертуры и наведения высокоточного оружия.
В свою очередь, фирма "Локхид-Мартин" заключила контракт с ОАЭ на разработку и поставку 80 самолетов F-16C Block 60. Стоимость контракта составляет 8 млрд долларов. Эта модификация самолета является оригинальной и пока предлагается только на экспорт в ОАЭ. В состав БРЭО тактического истребителя F-16C/D Block 60 войдет бортовая РЛС фирмы "Нортроп-Грумман" AN/APG-80 с АФАР, которая обеспечивает повышенную ситуационную осведомленность летчика за счет реализации режима одновременного обнаружения и сопровождения воздушных и наземных целей. Данная станция позволит также выполнять маловысотный полет в режиме автоматического следования рельефу местности. Как заявляют разработчики, по сравнению с РЛС AN/APG-68(V)5 новая станция имеет почти вдвое большую дальность обнаружения и сопровождения воздушных целей, а также обеспечивает более высокое разрешение в режиме синтезирования апертуры. Использование АФАР, однако, потребовало существенного повышения мощности системы кондиционирования и установки специальной двухканальной системы управления жидкостным охлаждением приемопередающих модулей.
Сама решетка состоит из 1 000 ППМ.
Применение АФАР обусловило отказ от установки приемника воздушного давления на носовом обтекателе антенны.
РЛС AN/APG-80 имеет следующие характерные отличия от AN/APG-68:
- расширенный диапазон рабочих частот;
- большая дальность обнаружения;
- сектор обзора по азимуту и углу места 140º;
- сопровождение на проходе до 20 целей (с потенциальным увеличением этого количества до 50 для повышения ситуационной осведомленности летчика);
- возможность одновременного автоматического сопровождения и измерения координат до шести целей с точностью сопровождения одиночной цели РЛС AN/APG-68(V)5 в режиме сопровождения одиночной цели (STT - Single-Target-Track);
- обеспечение сопровождения целей на большей дальности и с большей угловой скоростью;
- использование сигналов с низкой вероятностью перехвата РЭС противника;
- обеспечение формирования нулей ДНА в направлении на источники помех;
- режим синтезирования апертуры с расширенными возможностями и автоматическим целеуказанием;
- режим автоматического следования рельефу местности;
- режим селекции движущихся целей;
- среднее время наработки между отказами 500 ч.
Руководство фирмы "Нортроп-Грумман" подверглось резкой критике со стороны правительства и руководства ВВС США за то, что оно предлагает на экспорт технологии, которыми в полной мере не обладают даже США.
В РЛС самолета F-35 будет использована АФАР, разработанная для самолета F/A-18E и F (число ППМ 1 000-1 200).
Она будет работать в диапазоне 6-18 ГГц.
Такой широкий диапазон будет обеспечиваться изменением размеров и форм излучателей ППМ. Это позволит одновременно формировать две диаграммы направленности (на разной частоте) и обеспечивать:
- работу РЛС в режимах обнаружения и сопровождения воздушных и наземных целей;
- пассивное пеленгование наземных РЛС;
- передачу сигналов коррекции на УР AIM-120 класса "воздух-воздух";
- режим синтезирования апертуры;
- обнаружение наземных движущихся (в том числе малоскоростных) целей;
- получение сверхвысокого разрешения (до 0,3-0,9 м), что позволит осуществлять выдачу команд целеуказания в управляемые авиационные бомбы GBU31 и -32 JDAM и кассеты AGM154 JSOW;
- выполнение функций линии обмена данными с другими самолетами, находящимися в воздухе.
Разработка АФАР проводилась на конкурсной основе фирмами "Нортроп-Грумман" и "Рэйтеон", которым выданы контракты на сумму 54,5 и 48 млн долларов соответственно. Победителем конкурса была признана вторая компания, которая и будет осуществлять полномасштабную разработку. В соответствии с ТТТ к РЛС масса антенны не должна превышать 90 кг. Выполнение последнего условия является большой проблемой, пути решения которой пока не определены.
Способность АФАР самолета F-35 функционировать в широком диапазоне частот делает ее более устойчивой к воздействию помех. В зависимости от выбранного режима работы будет изменяться ее рабочая частота: более низкая частота будет использоваться для режима синтезирования апертуры, а более высокая - для поиска воздушных целей на большой дальности. Обтекатель антенны должен быть "прозрачен" в более широком диапазоне волн.
В США в период с 2000 по 2013 год предполагается оборудовать РЛС с АФАР около 3,5 тыс. тактических самолетов (включая самолеты F-35), что потребует около 900 тыс. ППМ.
Помимо разработок новых бортовых РЛС американские специалисты занимаются совершенствованием уже существующих. В программах модернизаций можно выделить два этапа:
- ближайшей перспективе (до 2005 года), расширение возможностей РЛС (введение режимов синтезирования апертуры и следования рельефу местности) и увеличение производительности процессоров сигналов до 4-5 млн опер./с;
- в отдаленной перспективе (после 2010 года), возможна замена зеркальных антенн и волноводно-щелевых антенных решеток на АФАР.
В частности с мая 2000 года на строящиеся для ВВС США самолеты F-16C и D Block 50/52 устанавливается РЛС AN/APG-68(V)9, в которой реализован режим синтезирования апертуры антенны, позволяющий получать радиолокационное изображение местности с высоким разрешением.
Как заявили специалисты фирмы "Нортроп-Грумман", по сравнению с установленной ранее на самолетах стандарта Block 50/52 РЛС AN/APG-68(V)5 в станции AN/APG-68(V)9 им удалось добиться среднего времени наработки между отказами 400 ч, а также получить более высокий показатель по< критерию "стоимость/эффективность".
Станция AN/APG-68(V)9 по сравнению с AN/APG-68(V)5 имеет следующие особенности:
- модифицированный блок управления антенной, который включает в свой состав бесплатформенный инерциальный блок измерений (strapdown IMU - Inertial Measurement Unit), способствующий работе РЛС в режиме синтезирования апертуры антенны;
- новый модульный приемник/задающий генератор, который заменил использующийся в РЛС AN/APG-68(V)5 маломощный радиочастотный блок. Новый легкосъемный блок имеет архитектуру открытого типа и включает в свой состав широкополосные волноводные компоненты и широкополосные аналого-цифровые преобразователи;
- модифицированный передатчик (MDT - Medium Duty Transmitter), имеющий большие значения средней и пиковой мощности;
- программируемый процессор обработки сигнала с архитектурой открытого типа (CoRP - Common Radar Processor), заменивший существующие процессоры обработки сигнала PSP и APSP.
Отмечается, что CoRP имеет в 10 раз большую производительность по сравнению с PSP и APSP, а также улучшенное программное обеспечение;
- большее количество микроволновых волноводных компонентов.
Специалисты фирмы, говоря о достоинствах станции, отмечают, что РЛС AN/APG-68(V)9:
- имеет усовершенствованный режим поиска и сопровождения воздушных целей (ERS - Extended Range Search), отличающийся большей дальностью действия и сектором сканирования на максимальной дальности (до ± 60º), и включающий в себя три режима работы, использовавшиеся в РЛС AN/APG68(V)5 (режим поиска и сопровождения ВЦ, режим наблюдения вверх, режим поиска по скорости);
- имеет режим синтезирования апертуры антенны, обеспечивающий получение радиолокационного изображения с высоким разрешением;
- обладает системой встроенного контроля, обеспечивающей большую глубину диагностики неисправностей;
- исключает необходимость межрегламентного обслуживания;
- совместима с разрабатываемой нашлемной системой целеуказания JHMCS, подвесным контейнером "Лайтенинг-2" и другими подвесными контейнерами с оптико-электронной прицельно-навигационной аппаратурой, УР AIM-120 и AIM-9X класса "воздух-воздух", УАБ JSOW и УАБ JDAM и средствами РЭП (AN/ALQ-131, -165 и т. д.).
После 2008-2010 годов у бортовой РЛС AN/APG-68(V)9 волноводно-щелевая антенная решетка, возможно, будет заменена на АФАР.
В зарубежных СМИ отмечается, что японские специалисты также ведут НИОКР по созданию перспективной БРЛС с АФАР, предназначенной для оснащения тактического истребителя F-2 национальной разработки. Эти работы выполняет фирма MELCO, входящая в состав корпорации "Мицубиси". Научно-техническое руководство созданием РЛС осуществляет институт технических исследований и разработок при военном ведомстве Японии. Сообщается, что станция прошла этап испытаний экспериментального образца на самолете-лаборатории. Создаваемая РЛС, условное обозначение которой пока еще не принято, имеет АФАР диаметром 66 см и состоит из 808 ППМ с выходной мощностью 3 Вт.
В ведущих зарубежных странах рассматривается концепция создания многоэлементной антенной системы, в состав которой помимо основной АФАР войдут несколько вспомогательных решеток. В соответствии с данной концепцией на плоскостях самолета, а в последствии и в хвостовой части будут располагаться вспомогательные АФАР, имеющие меньшие по сравнению с основной размеры и обеспечивающие круговой обзор пространства. В связи с этим изучается проблема создания конформных АФАР, которые обеспечат более удобное их размещение на самолете.
Таким образом, все перспективные самолеты тактической авиации будут оснащены РЛС с АФАР с электронным управлением лучом диаграммы направленности. Интенсивный переход к использованию данного типа антенн следует ожидать после 2010 года.
Ключевым элементом бортовых АФАР являются приемопередающие модули, состояние разработки которых и определяет срок принятия на вооружение данного типа РЛС.
Основными проблемами, которые стоят перед разработчиками ППМ, являются повышение мощности излучения, снижение массы, а также их стоимости. Для решения этих проблем активно развиваются технологии создания новых материалов, высокочастотных БИС с полевыми транзисторами с затвором Шотки, ИС на псевдоморфических транзисторах с высокой подвижностью электронов и миниатюрных СВЧ-разъемов, позволяющих снизить потери при передачи энергии, и т.д. К 2010 году ППМ, предназначенные для установки в АФАР бортовых РЛС, будут иметь массу 20-40 г, мощность излучения около 10 Вт, а их стоимость составит 400-600 долларов. В соответствии с планами развития научно-технической базы МО США ставит задачу к 2020 году создать ППМ с мощностью излучения до 20 Вт. Другим важным направлением является разработка широкодиапазонных ППМ. Эти модули обеспечат высокую помехозащищенность РЛС, а также позволят осуществить интеграцию РЛС с аппаратурой РЭБ и другими бортовыми радиоэлектронными системами.