Наземные радиолокационные средства европейской системы контроля космического пространства (2017)

Полковник Я. Пак,
капитан 2 ранга Е. Хабаров,
подполковник М. Калинин,
капитан А. Терехин

Европейское космическое агентство (ЕКА) с 2009 года реализует программу создания европейской системы контроля космического пространства (ЕвроККП) "Ситуационная осведомленность в космосе" (ССАП - SSAP - Space Situational Awareness Programme). Эта система должна осуществлять непрерывное наблюдение за европейскими космическими аппаратами (КА) и выдавать предупреждение об опасных сближениях с космическим мусором, к которому относятся отработавшие ступени ракет-носителей, нефункционирующие аппараты и другие фрагменты конструкций, сопутствующие их выводу в космос и эксплуатации, а также образовавшиеся в результате столкновений на орбитах.

Среди подобных средств, имеющихся у стран Евросоюза, только французская радиолокационная система "Грав" может работать самостоятельно, остальные же требуют предварительного нацеливания по данным, получаемым от американской системы ККП.

Необходимость создания европейской системы контроля космического пространства вызвана двумя основными причинами. Первая связана со значительным количеством "космического мусора" на околоземных орбитах, вторая - с необходимостью снижения зависимости стран континента от США в вопросах получения актуальных и достоверных данных из каталога космических объектов (КО).

В программе ССАП принимают участие большинство европейских государств: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Греция, Дания, Италия, Испания, Люксембург, Норвегия, Польша, Португалия, Румыния, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария, Швеция. При этом ведущая роль принадлежит пяти из них: Великобритании, Германии, Испании, Италии и Франции.

В 2012 году был завершен первый этап программы с продлением мандата до 2019-го, а на второй (2013-2016) были выделены ассигнования в размере 46,5 млн евро. Всего по состоянию на 2017 год участниками программы ССАП израсходовано около 100 млн евро.

Ведущими странами 16 июня 2015 года в Париже было подписано соглашение об объединении усилий в течение следующих пяти лет (с 2016-го по 2020-й) с целью развертывания независимой ЕвроККП, для чего выделено 70 млн евро.

Программа ССАП включает три основных направления:
1. Наблюдение за космическим пространством и траекторные измерения CCT (SST - Space Surveillance and Tracking) - сбор данных о функционирующих и бездействующих КА, а также о "космическом мусоре" в околоземном космическом пространстве (ОКП).
2. "Космическая погода" - СВЕ (SWE - Space Weather) - слежение за изменениями состояния Солнца, солнечных ветра и радиации, магнитосферы, ионосферы и термосферы Земли, которые могут влиять на орбитальный и наземный сегменты космических систем.
3. Околоземные объекты - НЕО (NEO - Near-Earth Objects) - обнаружение космических объектов (естественного происхождения, потенциально угрожающих столкновением с Землей.

Данные направления разрабатываются как отдельные сегменты системы ЕвроККП при ведущей роли ССТ. Основой каждого из них является постепенно разворачиваемая специализированная информационно-коммуникационная среда (ИКС), функционирование пакетов служб и сервисов которой обеспечивается собственными информационными и планирующими центрами во взаимодействии с существующей европейской сетевой инфраструктурой. Инструментальные средства сегментов вводятся в архитектуру их сред по мере готовности при создании новых и/или в рамках соответствующих договоров с их владельцами - как государственными, так и частными.

В состав сегмента ССТ входят функционирующие под управлением ЕКА радиолокационные средства ККП ряда стран Европы, которые условно делятся на обзорные и измерительные, что обусловлено их тактико-техническими характеристиками.

Обзорные средства способны охватить большие области пространства за единицу времени и вести непрерывное наблюдение за ОКП в пределах секторов с автоматизированной обработкой входящего потока данных в интересах поддержания и обновления каталога КО. Как правило, в них используется барьерный принцип обнаружения всех проходящих КО через вертикальный барьер в условиях отсутствия априорной информация о целях. Вновь обнаруженные и представляющие интерес КО обслуживаются при последующих проходах через радиолокационный барьер, при этом не решаются задачи по обслуживанию конкретных объектов. Данные каталога имеют низкую точность.

Измерительные средства имеют существенно меньшие значения угловых размеров диаграмм направленности антенн РЛС, что позволяет проводить высокоточные измерения угловых координат КО, дальностей до целей и получать другую информацию в интересах уточнения космического каталога. Средства работают, как правило, с использованием предварительных целеуказаний по конкретным объектам, проводя несколько измерений во время одного прохода в пределах зоны действия.

К числу обзорных средств ЕвроККП относятся радиотелескоп "Нозен Кросс" (Италия), а также радиолокационные станции AN/FPS-132 на авиабазе Файлингдейлз-Мур (Великобритания) и "Грав" (Франция).

В группу измерительных средств ЕвроККП ЕКА включены РЛС "Камра" (Великобритания), "Еискат" (Великобритания, Китай, Норвегия, Финляндия, Швеция, Япония) и "Тира" (Германия).

Кроме того, Германия и Франция проводят работы по созданию национальных РЛС ККП. Так, Германия разрабатывает новую контейнерную РЛС ККП "Гестра" на базе прототипа станции, созданного совместно с Испанией. Во Франции развернут и эксплуатируется прототип бистатической РЛС ККП проекта "Абисс", а с 2015 года проводятся испытания демонстрационного образца РЛС предупреждения о ракетно-ядерном ударе (ПРЯУ) "Тлп".

Обзорные средства

Радиотелескоп "Нозен Кросс" (Northern Cross) входит в состав радиоастрономической обсерватории "Медичина" национального института астрофизики Италии, которая расположена в 30 км от г. Болонья (Италия).

Радиотелескоп задействуется ЕКА в рамках ЕвроККП (выполняет функцию отслеживания низкоорбитального "космического мусора") в составе экспериментальной бистатической радиолокационной системы в качестве многолучевого приемника. Излучателем является РЛС с 7-м зеркальной антенной, расположенной на посту радиотелескопа Сардинии - СРТ (SRT -Sardinia Radio Telescope).

Многоэлементная цилиндрически-параболическая антенная система радиотелескопа имеет Т-образный вид, линейки отражателей которой расположены по осям "Север-Юг" (горизонталь Т - "С-Ю") и "Запад-Восток" (вертикаль Т - "3-В").

Антенную линейку "С-Ю" размером 640 х 23,5 м образуют 64 цилиндропараболических отражателя (7,5 х 23,5 м каждый), разнесенные на 10 м и сгруппированные в восемь секций (всего 4 096 диполей).

Линейка антенн "3-В", расположенная восточнее антенны "С-Ю" по нормали на расстоянии 6,22 м, представляет собой единое цилиндропараболическое зеркало размером 564 х 35 м, состоящее из шести секций (всего 1 536 диполей).

Сопровождение подсвеченных излучателем околоземных КО осуществляется приемными устройствами, формирующими последовательность диаграмм направленности (ДН), что позволяет значительно повысить точность измерения угловых координат целей в сравнении с однолучевой системой.

Европейское космическое агентство планирует использовать на регулярной основе до 2020 года радиотелескоп "Нозен Кросс" для наблюдения за "космическим мусором" в интересах усовершенствования методов его потокового обнаружения и каталогизации КО посредством бистатических и, возможно, многопозиционных радиолокационных систем.

РЛС предупреждения о ракетно-ядерном ударе AN/FPS-132 (ВВС США) дециметрового диапазона длин волн расположена на АвБ Файлингдейлз-Мур ВВС Великобритании.

Станция в пределах зоны обнаружения осуществляет непрерывный контроль воздушно-космического пространства на основных ракето-опасных направлениях, а также выполняет задачи ПРЯУ и ККП в интересах США.

Обслуживанием РЛС AN/FPS-132 для поддержания в исправном боеготовом состоянии занимается фирма "БАэ системз" с 2006 года. В августе 2015 года принято решение на выделение дополнительных средств в размере 46 млн долларов в рамках дополнения к существующему 12-летнему контракту (общая сумма около 550 млн долларов), заключенному на период до конца 2018 года в интересах обеспечения эксплуатации станции.

Бистатическая РЛС ККП "Грав" (GRAVES - Grande Reseau Adapte a la Veille Spatiale) метрового диапазона (центральная частота 143,05 МГц) создана аэрокосмической лабораторией "Онера" и с 2005 года принята на вооружение ВВС Франции. В состав станции входят передающий (30 км восточнее г. Дижон) и приемный (24 км северо-восточнее г. Апт, в районе г. Авижон) посты, а также центр обработки данных в комплексе ВВС Балард (г. Париж). Позиции обоих постов разнесены на расстояние 380 км.

РЛС в пределах зоны действия ведет непрерывный контроль ОКП и обеспечивает обнаружение пролетающих над территорией Франции КА, а также определение параметров их орбит и каталогизации. Кроме того, станция осуществляет слежение за низкоорбитальным "космическим мусором". Объем частного каталога "Грав" составляет около 2 200 КО.

В 2015 году РЛС была модернизирована в интересах продления срока эксплуатации до 2025-го, а в дальнейшем предполагается замена оборудования приемного и передающего постов.

Измерительные средства

Доплеровская метеорологическая РЛС "Камра" (CAMRa - Chilbolton Advanced Meteorological Radar) дециметрового диапазона длин волн расположена на радиолокационном посту (РЛП) обсерватории Чилболтон (северо-восточнее Стокбридж, графство Хэмпшир, Великобритания) лаборатории Резерфорда-Элтона. Станция может ограниченно решать задачи ККП и задействуется в экспериментах ЕКА по сопровождению низкоорбитальных КО, в том числе и совместно с другими РЛС.

"Камра" является моноимпульсной, с двойной поляризацией зондирующего сигнала станцией, обеспечивающей измерение только дальности до КО и его угловых координат. Передатчик выполнен на основе магнетрона повышенной мощности, приемник - по схеме двух-канального супергетеродина. Обработка сигналов осуществляется аналого-цифровым гибридным процессором.

В период до 2020 года ЕКА продолжит применение РЛС "Камра" в составе ЕвроККП в качестве дополнительного экспериментального средства. В дальнейшем возможно задействование станции на постоянной основе для проведения регулярных измерений по целеуказаниям с целью уточнения космического каталога.

Европейская радиолокационная система некогерентного рассеяния "Еискат" (EISCAT - European Incoherent Scatter Radars), расположенная на севере Скандинавии, предназначена для изучения структуры и свойств полярной ионосферы Земли, а также для ограниченного решения задач контроля космического пространства.

Система является интернациональной. Ее работу и финансирование обеспечивают следующие основные страны: Великобритания, Китай, Норвегия, Финляндия, Швеция и Япония. Кроме того, дополнительные средства поступают от Евросоюза, России, Франции и Украины. Управление этой системой возложено на одноименную научную ассоциацию (EISCAT Scientific Association), штаб-квартира которой размещена в Шведском институте космической физики (г. Кируна).

Система "Еискат" включает в свой состав несколько РЛС, из числа которых для решения задач ККП может привлекаться радиолокационный комплекс (РЛК) "Еср" (ESR - EISCAT Svalbard Radar) с разнесенными зеркальными антеннами: приемопередающей "Еср-1" (диаметр 32 м) и неподвижной приемной "Еср-2" (42 м) (находятся в 10 км западнее г. Лонгйирбюэн, провинция Свальбард, арх. Шпицбегрен, Норвегия).

Комплекс "Еср" по договору с ЕКА может ограниченно привлекаться к наблюдению за областью низких околоземных орбит. В частности, в существующей конфигурации система тестировалась в рамках испытаний по непродолжительному потоковому обнаружению низкоорбитального "космического мусора". При этом антенны РЛС наводились и фиксировались в заданном направлении, производя сканирование пространства зондирующим сигналом со скоростью вращения Земли.

В настоящее время реализуется интернациональный проект создания на территории Норвегии, Финляндии и Швеции многопозиционной радиолокационной системы некогерентного рассеяния нового поколения - "Еискат-ЗД" (EISCAT-3D) для трехмерного непрерывного мониторинга атмосферы, ионосферы и ближнего космоса. Странами-участницами являются также Великобритания, Китай и Япония. Создание и развертывание системы в 2015 году оценивались в сумму около 150 млн евро.

В состав новой системы будут входить пять радиолокационных постов (РЛП) - центральный приемопередающий и по два приемных на южном и восточном направлениях на удалении до 250 км. На первом этапе предусматривается развертывание приемопередающего РЛП в районе Тромсё, а также двух приемных близ городов Бергфорс (Швеция) и Каресуванто (Финляндия). Другие посты будут разворачиваться в районе Иоккмокк (Швеция) и космического центра Андёя (Норвегия).

До сентября 2017 года намечается завершить монтаж оборудования. Достижение первичной оперативной готовности системы запланировано на 2018 год с выходом на полнофункциональный режим работы в 2021-м.

На приемопередающем посту будет размещена РЛС с многолучевой АФАР импульсной мощностью не менее 10 МВт, работающая на частоте 233 МГц. Для формирования зондирующих сигналов и обработки радиолокационной информации намечается использовать цифровые технологии формирования и управления лучами, а также современные сигнальные процессоры.

Возможность генерации множества диаграмм направленности позволит осуществлять индивидуальное сопровождение интересующих КО, а также одновременное обслуживание группы целей с высокоточным измерением орбитальных параметров и оперативного отслеживания их изменений. Для распознавания КО по некоординатной информации предусматривается применение методов получения их изображений с помощью синтезированных приемных апертур.

Каждый РЛП будет включать приемную ФАР в виде антенного поля, состоящего из примерно 10 тыс. турникетных элементов (перекрестных диполей). Центральная часть ФАР размером около 70 х 70 м будет окружена несколькими приемными решетками меньшего размера для формирования синтезированной апертуры.

Система "Еискат-3Д" вследствие большой базы позволит осуществлять непрерывный контроль большой области низких околоземных орбит с распознаванием и каталогизацией КО в близком к реальному масштабу времени. Предполагается, что она будет способна обнаруживать все проходящие через зону действия КО искусственного происхождения размером от 1,5-2 см на дальности до 1 000 км.

Двухдиапазонная (дм-/см-диапазоны) моноимпульсная РЛС "Тира" (TIRA - Tracking Imaging Radar) расположена на радиолокационном посту Института физики высоких частот и радиолокационной техники Общества Фраунгофера (Fraunhofer-FHR - Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques) в 10 км южнее г. Бонн (район Северный Рейн-Вестфалия, Германия).

Станция предназначена для проведения исследований в интересах разработки методов и способов обнаружения и распознавания наземными РЛС космических и некоторых типов воздушных целей (ВЦ). Кроме того, "Тира" задействуется ЕКА в составе ЕвроККП в интересах высокоточного измерения координат космических объектов искусственного происхождения. Данная РЛС позволяет обнаруживать ВЦ диаметром более 0,2 (2) м на орбитах высотой до 1 000 (40 тыс.) км, измерять угломестные и азимутальные параметры КО, а также доплеровскую скорость и на основе этих данных определять параметры их орбит в реальном масштабе времени.

Для получения изображений КО "Тира" работает в см-диапазоне в режиме инверсного синтезирования апертуры (ISAR - Inverse Synthetic Aperture Radar), обеспечивая разрешение около 7 см.

На станции регулярно проводятся эксперименты по обнаружению КО, когда антенна наводится и фиксируется в заданном направлении на 24 ч, осуществляя круговое сканирование пространства зондирующим сигналом со скоростью вращения Земли. Совместно с Эффельбергским радиотелескопом (1,3 км севернее н. п. Эффельберг) радиоастрономического института Макса Планка РЛС "Тира" может работать в составе бистатической системы в качестве передатчика, что позволяет обнаруживать объекты размером 1 см на дальности 1000 км.

В период до 2020 года ЕКА продолжит применение этой станции в составе ЕвроККП в качестве экспериментального средства. В дальнейшем возможно ее задействование на постоянной основе для проведения регулярных измерений по внешним целеуказаниям в интересах уточнения каталога
КО.

Экспериментальные и разрабатываемые средства

По программе "Абисс" (ABISS - Antenne BIstatique pour la Surveillance Spatiale) аэрокосмической лабораторией "Онера" (Франция) разработан прототип бистатической РЛС ККП для ЕКА.

Основными задачами этой станции являются обнаружение всех КО размером более 10 см в диапазоне высот 200-2000 км, проходящих через зону действия "Абисс", а также определение параметров их орбит и каталогизация.

В интересах доводки конструкции и совершенствования программно-математического обеспечения прототип этой РЛС в 2014 году был размещен на двух позициях: передающий пост на территории АвБ Эврё-Фовиль (Верхняя Нормандия), приемный - в научном центре лаборатории "Онера" (Палезо). Расстояние между позициями составляет примерно 85 км.

Согласно существующим планам эксплуатация прототипа РЛС "Абисс" в рамках ОКР продлится до 2017 года с последующим развертыванием опытного образца в интересах ЕКА.

В рамках проекта "Гестра" (GESTRA - German Experimental Space Surveillance and Tracking Radar) в Германии разрабатывается быстродействующая контейнерная РЛС ККП дм-диапазона (рабочая частота 1,3 ГГц), предназначенная для наблюдения за областью низких околоземных орбит в пределах высот 300-3 000 км в целях автоматизированного обнаружения, измерения параметров орбит и каталогизации "космического мусора" для предупреждения об опасности сближения и столкновения с действующими КА. В частности, по оценке германских экспертов, низкоорбитальный "космический мусор" включает около 20 тыс. элементов и фрагментов конструкций, сопутствующих запуску ракет-носителей и выводу КА размером более 10 см, и примерно 700 тыс. - до 10 см.

Данная РЛС создается по заданию правительства ФРГ в рамках национальной космической программы Институтом физики высоких частот и радиолокационной техники Фраунгофера по контракту с Германским центром авиации и космонавтики - ГЦАК (DLR - Deutsches Zentrum ftir Luft- und Raumfahrt e.V.). Согласно контракту, заключенному между ГЦАК и институтом в 2015 году, в 2017-м заказчику должен быть предоставлен полнофункциональный образец РЛС "Гестра". Для финансирования проекта Федеральным министерством экономических дел и энергетики Германии выделен грант в размере 25 млн евро на четырехлетний период.

Разрабатываемая в необслуживаемом варианте станция будет действовать в автоматическом режиме с возможностью дистанционного управления из Национального центра космической обстановки НЦКО (GSSAC - German Space Situational Awareness Centre), который планируется развернуть до 2020 года в г. Юдем (Германия).

Согласно требованиям заказчика РЛС "Гестра" компонуется в габаритах контейнера 4 х 4 х 16 м для установки в требуемом месте с минимальной подготовкой. Конструктивно антенная система РЛС "Гестра" выполняется на подъемном устройстве. При развертывании станции антенна выдвигается вверх через технологический люк в крыше контейнера и накрывается защитным радиопрозрачным куполом.

Указанные технические вопросы отрабатывались в ходе испытания прототипа контейнерной РЛС ККП совместной разработки института и фирмы "Индра системас" (Испания), с октября 2012 года проходящего испытания на РЛП в районе Санторказ (Испания).

В состав РЛС "Гестра" войдет многолучевая АФАР с цифровым управлением диаграммами направленности на роботизированном быстродействующем опорно-поворотном устройстве. Для управления антенной решеткой планируется применить высокопроизводительный сигнальный процессор, позволяющий организовать одновременное индивидуальное сопровождение нескольких объектов. Кроме того, цифровое формирование ДНА позволит формировать узкий главный луч для обслуживания одного приоритетного объекта, а также широкий - для сканирования в режиме секторного обзора.

В случае успешной реализации проекта "Гестра" и создания НЦКО Германия в 2020 году на базе недорогих контейнерных РЛС может развернуть собственную национальную систему непрерывного наблюдения за ОКП до высоты 3 000 км, интегрированную в состав ЕвроККП.

Наземная РЛС дальнего обнаружения "Тлп" (TLP - Le Radar a Ires Longue Portee) создается во Франции с 2011 года в интересах решения задач ПРЯУ, ККП и информационно-разведывательного обеспечения огневых средств ПРО. В программе участвуют аэрокосмическая лаборатория "Онера" и фирма "Талес". Всего на ее реализацию планируется израсходовать 200 млн евро. Эта РЛС должна обеспечить оповещение о пусках БР с дальностью стрельбы до 5 000 км не позднее чем за 10 мин до падения головных частей.

РЛС является масштабируемой и собирается на подготовленном РЛП из модулей высокой заводской готовности в течение не более шести месяцев.

Вся аппаратура станции -приемопередающие модули (ППМ), вспомогательное оборудование, система охлаждения и др.) - размещается в унифицированных контейнерах.

Базовый комплект станции включает пять контейнеров с ППМ и панелей излучающих элементов антенных решеток, два контейнера с оборудованием обработки данных/управления и два - охлаждения. Контейнеры и панели АФАР устанавливаются на быстровозводимом сооружении ферменной конструкции. Каждая панель антенной решетки имеет размеры 2,5 х 4 м и к ней подключаются 75 ППМ, размещенных в одном контейнере. Общая площадь апертуры антенны базового комплекта составляет 50 м².

Работы по созданию РЛС "Тлп" проводятся в два этапа. В рамках первого этапа в 2015 году на территории ракетного полигона Бискаррос (департамент Ланды, Франция) на основе одного базового комплекта был развернут масштабируемый прототип станции "Дртлп" (DRTLP - Demonstrateur de Radar Tres Longue Portee).

В ходе второго этапа с 2017 года предусматривается развертывание полноразмерного варианта РЛС из восьми базовых комплектов. При этом общая площадь апертуры антенны составит около 400 м², а количество ППМ -3 000 единиц.

В период до 2020 года ожидается завершение разработки и принятия на вооружение ВС Франции масштабируемой РЛС ПРЯУ высокой заводской готовности типа "Тлп". Это позволит осуществлять быстрое развертывание РЛП на ракетоопасных направлениях, оптимально конфигурируя комплект станции в соответствии с возникающими условиями и выдвигаемыми требованиями. При этом станция ПРЯУ, работающая в режиме радиолокационного барьера, может обеспечивать постоянный контроль космического пространства до высот 1 500-2 000 км в пределах зоны действия.

Таким образом, европейские страны в рамках программы ССАП осуществляют поэтапное развертывание системы контроля космического пространства под управлением Европейского космического агентства. Одной из основных целей создания такой системы является обеспечение информационной независимости от каталога космических объектов США.

В число радиолокационных средств ЕвроККП включены существующие комплексы и станции, принадлежащие различным странам и расположенные на территории Европы.

Некоторыми европейскими государствами ведутся работы в интересах создания новых средств ККП. В частности, во Франции развернут и эксплуатируется прототип бистатической РЛС ККП "Абисс", а также производится сборка экспериментальной РЛС "Тлп". Германия разрабатывает новую контейнерную РЛС ККП "Гестра" на базе прототипа станции, созданного совместно с Испанией.

В целом анализ достигнутых на современном этапе результатов программы ССАП и содержания проводимых работ по созданию новых РЛС позволяет предположить возможность развертывания ЕвроКПП в период до 2020 года.

	Northern Cross	AN/FPS-132	ГРАВ	КАМРА	ЕСР	ТИРА	"АБИСС" (оценка)	"ТЛП" (оценка)
Диапазон рабочих частот,	400-416 МГц			3,0765 ГГц		дм-/см-диапазон, 1,333/16,7 ГГц		Децимет-ровый
передатчика, МГц					498-502
приемника, МГц					485-515
Сектор обзора, град:
по углу места	90 (± 45 от зенита)	3-85	15-40	0-90	0-90	0-90
по азимуту	антенная линейка "С-Ю" 1,8 антенная линейка "3-В" 55,47	360	45	360	360	360		120
Сектор обзора передающего поста по азимуту, град			90-270
Дальность обнаружения, км		5 500 (ЭПР = 1 м2)	1 500(ЭПР = 0,1 м2)	600 (оценка)	600 (оценка)	1 000/40000 (размер 2/200 см)	2500-2700 (ЭПР = 0 1 м2)
Размеры передающей ФАР, м			15x6
Количество ФАР, ед.		3
Диапазон высот обслуживаемых орбит, км			400- 1 000				200-2000
Диапазон наклонений обслуживаемых орбит, град			37-153
Диаметр антенны, м				25		34
Ширина ДНА, град				0,28
Зона по дальности, км								600-3000
Тип антенны								АФАР
Размеры антенны, м								20x20

Зарубежное военное обозрение. 2017, №6 С. 50-60