Разработка за рубежом средств защиты от радиочастотного оружия (2013)

Капитан 2 ранга В. Катанов,
кандидат технических наук,
профессор Академии военных наук

В настоящее время в вооруженных силах ведущих зарубежных государств реализуются концепции ведения боевых действий с широким использованием передовых информационных технологий. На первый план выдвигаются радиоэлектронные системы и средства (РЭС) боевого обеспечения, такие как автоматизированные системы управления войсками (силами), связи, разведки, радиоэлектронной борьбы, навигации и т. д. Исход современных боевых действий во многом определяется устойчивостью и корректностью их функционирования.

Основным средством воздействия на радиоэлектронику в настоящее время являются системы и средства радиоэлектронной борьбы, к которым в зарубежных государствах относится, в частности, радиочастотное оружие (РЧО). В нем используется СВЧ-излучение требуемой мощности, направленное на цели, в состав которых входит подлежащее выводу из строя радиоэлектронное оборудование. Излучение может воздействовать на РЭС вооружения и военной техники (ВВТ) через антенные устройства систем связи и разведывательные датчики радиочастотною диапазона.

Поскольку эффективность воздействие РЧО на современные образцы ВВТ может сравниться с воздействием огневых средств, то возникает необходимость в обеспечении соответствующей защиты.

$Схема многоуровневой системы защиты объекта от радиочастотного оружия

1 и 2- экранированные контейнеры; 3 - стойка радиоэлектронного оборудования

Комплексные меры защиты объекта от радиочастотного оружия

Структура SWAEMS (слева) и распределение поля вокруг нее (справа)

Возможные формы металлических элементов поверхности FSS

Защита объектов/образцов ВВТ от РЧО может носить организационный и технический характер.

К мероприятиям организационного характера относятся:
- определение объектов, нуждающихся в защите от РЧО, и их ранжирование по значимости;
- заблаговременное выявление возможных угроз с целью разработки и своевременного принятия соответствующих мер;
- выявление слабых мест в защите путем имитации возможных атак при широком использовании средств моделирования;
- планирование мероприятий и методов защиты в соответствии с развитием средств и совершенствованием систем РЧО.

Мероприятия технического характера, направленные на обеспечение защиты РЭС от воздействия РЧО, предполагают:
- совершенствование системной архитектуры выбранных объектов путем создания резервных компонентов/схем для предотвращения моментального вывода РЭС из строя и для обеспечения возможности их последующего восстановления;
- установку специальных разрядников (этот метод достаточно эффективен для частот ниже 100 МГц);
- использование экранирующих конструкций;
- защиту кабелей и антенных систем для предотвращения прохождения излучения внутрь защищаемого пространства через внешние коммуникации;
- использование специальных фильтров для систем энергообеспечения;
- применение дублирующих друг друга систем запоминающих устройств для предотвращения безвозвратной потери информации;
- использование волоконно-оптических линий связи (ВОЛС);
- разработку и использование устойчивого к сбоям программного обеспечения.

Принятие тех или иных мер защиты РЭС начинается с определения требуемого уровня защиты. Защитить можно полностью весь объект, если его размеры позволяют это сделать, либо только отдельный блок или отсек, либо отдельную стойку с оборудованием. Защищаемый объект может быть разбит на несколько уровней: от внешнего, который в наибольшей степени подвержен воздействию РЧ0, до внутреннего, где зашита осуществляется средствами, встроенными непосредственно в радиоэлектронную аппаратуру. В зарубежных государствах разработаны соответствующие стандарты, где прописаны необходимые меры защиты того или иного уровня.

Широкое распространение получило внешнее и внутреннее частичное экранирование, выполненное из хорошо электропроводящего материала и, как правило, заземленное. Такой экран носит название "клетка Фарадея". Защитные корпуса часто исполняются в виде контейнеров как в моральном, так и в стационарном варианте. Для организации связи с внешними устройствами при использовании традиционных проводных линий требуется дополнительная защита на входе/выходе. Оптимальным вариантом для внешних коммуникаций является применение ВОЛС.
Экранирующее покрытие не может быть сплошным, поскольку всегда имеют место средства взаимодействия с внешними устройствами. Значительное влияние на снижение уровня защищенности оказывают элементы конструкции, нарушающие целостность экрана (люки, вентиляционные отверстия и др.). В таком случае широко используется принцип "запредельного волновода", то есть волновода с поперечными размерами значительно меньшими, чем длина волны, что препятствует проникновению излучения в волновод.

Но понятие "запредельности" относительно. Для одних длин волн волновод является "запредельным", для других - нет. Поэтому при оборудовании объектов с РЭС защитными экранами всегда принимаются во внимание условия, в которых они будут функционировать, в частности каковы параметры возможного излучения.

На внутренних уровнях задействуются устройства защиты от скачкообразного повышения напряжения. Чтобы полезные сигналы беспрепятственно проходили, используются два основных метода -фильтрация и нелинейное ограничение. При частотной фильтрации осуществляется настройка фильтров на определенные частоты. При нелинейном ограничении защитные устройства имеют либо дополнительную схему заземления, либо дополнительные подключения с высоким сопротивлением. Проходя через такие защитные устройства, сигнал с параметрами, обеспечивающими вывод РЭС из строя, преобразуется в обычный сигнал. При этом нарушается нормальный режим функционирования РЭС, но радиоэлектроника остается в строю. После прекращения воздействия СВЧ-излучения нормальная работа аппаратуры восстанавливается.

Все меры защиты РЭС от РЧО, как правило, являются комплексными. На внешних подключениях металлических кабельных линий устанавливаются фильтры или разрядники. Сигналы, параметры которых выходят за пределы нормы, шунтируются на внешнюю поверхность заземленного экрана. При взаимодействии двух защищенных экранами объектов коммуникации между ними также экранируются и не имеют разрывов экрана в точках входа.

Воздушные потоки вентиляционной системы проходят по трубам, часто представляющим собой "запредельные" волноводы, которые предотвращают проникновение опасного излучения внутрь защищаемого пространства. Воздухозаборники и другие аналогичные отверстия во внешнем экране могут оснащаться сеточным металлическим покрытием с ячеистой структурой в виде пчелиных сот.

В ведущих зарубежных государствах проводится обширный комплекс работ, направленных на создание материалов для экранирующих покрытий. К их числу относятся искусственные структуры с элементами размером меньше длины волны SWAEMS (Sub-WavelengthAxtificial ElectroMagnetic Structure) и поверхности с частотной селекцией FSS (Frequency Selective Surface Structures).

Структура SWAEMS обеспечивает плавное изменение траектории электромагнитных волн (ЭМВ), не вызывая помех на электронных компонентах и схемах внутри защищаемого пространства, при этом воздействие на амплитуду и фазу волны не оказывается.

Такие защитные структуры представляют собой замкнутые конструкции, затрудняющие установление физического контакта между внешними и внутренними областями. Практическое изучение свойств чаще всего касается двухмерных структур. Трехмерные структуры потенциально обладают большими возможностями, но их изучение в настоящее время носит скорее теоретический характер.

Поверхности FSS бывают двух типов: планарного, если состоят из периодически расположенных металлических элементов, и апертурного, если представляют собой множество отверстий в металлическом экране. При работе на резонансной частоте наблюдается эффект отражения ЭМВ или прохождения соответственно.

Выбор формы элементов является важным этапом при обеспечении защиты РЭС от мощного электромагнитного импульса. Для получения широкой полосы пропускания может использоваться многослойная поверхность. Для защиты РЭС широко применяются поглощающие материалы, используемые также при решении задач снижения заметности образцов ВВТ в радиолокационном диапазоне. Значительная часть методов зашиты оборудования путем экранирования так или иначе связана с поглощением. В качестве поглощающих материалов могут использоваться: сверхмелкие ферритовые абсорберы, металлические и сверхмелкие порошковые магнитные абсорберы, проводящие угольные абсорберы и карбонильное железо. Нанокомпозитный поглощающий материал, выключающий ферритовые абсорберы и проводящие полимеры, рассматривается как новый и перспективный.

Абсорбер из сверхмелкого никелевого порошка может быть сформирован для определенного частотного диапазона путем использования частиц определенного размера. Проводящие угольные абсорберы являются одними из наиболее часто применяемых материалов. По сравнению с металлическими и органическими абсорбирующими материалами они имеют меньшую массу, более устойчивы к окислению и характеризуются высокой химическою стабильностью.

Существующие защитные материалы не могут обеспечить беспрепятственное излучение сигналов собственными РЭС и прием их обратно, гарантируя неуязвимость систем к РЧО противника. Необходимы материалы, позволяющие осуществлять селекцию сигналов. Этим требованиям удовлетворяют управляемые напряжением проводящие материалы VCCM (Novel Voltage-controled Conductive Material).

В нормальных условиях материал VCCM не является проводником, но становится им при сильном электромагнитном поле. За рубежом уже получены результаты, которые допускают его практическое использование.

Таким образом, военно-политическое руководство ведущих зарубежных государств придает большое значение поиску средств защиты радиоэлектронных систем боевого обеспечения от мощного электромагнитного излучения, которое является поражающим фактором радиочастотного оружия. В условиях широкого применения в военном деле радиоэлектронных систем и средств, в значительной степени определяющих эффективность ведения боевых действий, их защита выходит на первый план. При этом активно используются разработки изначально невоенного назначения, основанные на хорошо известных принципах и применяемые как в самой радиоэлектронной технике, так и при обеспечении условий ее эксплуатации.

Зарубежное военное обозрение. - 2013. - №10. - С.48-51