Heute ist die Luftfahrt ohne Radare undenkbar. Eine luftgestützte Radarstation (BRLS) ist eines der wichtigsten Elemente der funkelektronischen Ausrüstung eines modernen Flugzeugs. Experten zufolge werden Radarstationen in naher Zukunft das wichtigste Mittel bleiben, um Ziele zu erkennen, zu verfolgen und mit Lenkwaffen darauf zu richten.
Wir werden versuchen, die häufigsten Fragen zum Betrieb von Radaren an Bord zu beantworten und erzählen, wie die ersten Radare entstanden sind und wie vielversprechende Radarstationen überraschen können.
1. Wann erschienen die ersten Radargeräte an Bord?
Die Idee, Radar in Flugzeugen zu verwenden, entstand einige Jahre nach dem Erscheinen der ersten bodengestützten Radare. In unserem Land wurde die Bodenstation "Redut" zum Prototyp der ersten Radarstation.
Eines der Hauptprobleme war die Platzierung der Ausrüstung im Flugzeug - das Set der Station mit Netzteilen und Kabeln wog etwa 500 kg. Es war unrealistisch, eine solche Ausrüstung zu dieser Zeit auf einem einsitzigen Jäger zu installieren, daher wurde beschlossen, die Station auf einem zweisitzigen Pe-2 zu platzieren.
Die erste inländische Luftradarstation namens "Gneiss-2" wurde 1942 in Betrieb genommen. Innerhalb von zwei Jahren wurden mehr als 230 Gneis-2-Stationen produziert. Und im siegreichen 1945 begann Fazotron-NIIR, jetzt Teil von KRET, die Serienproduktion des Gneiss-5s-Flugzeugradars. Die Zielerfassungsreichweite erreichte 7 km.
Im Ausland wurde 1939 das erste Flugzeugradar "AI Mark I" - britisch - etwas früher in Dienst gestellt. Aufgrund seines hohen Gewichts wurde es auf schweren Abfangjägern Bristol Beaufighter installiert. 1940 wurde ein neues Modell, die AI Mark IV, in Dienst gestellt. Es ermöglichte eine Zielerkennung in einer Entfernung von bis zu 5,5 km.
2. Woraus besteht eine luftgestützte Radarstation?
Strukturell besteht das Radar aus mehreren abnehmbaren Einheiten, die sich in der Nase des Flugzeugs befinden: einem Sender, einem Antennensystem, einem Empfänger, einem Datenprozessor, einem programmierbaren Signalprozessor, Konsolen und Bedienelementen und Anzeigen.
Heutzutage verfügen fast alle luftgestützten Radargeräte über ein Antennensystem bestehend aus einem flachen Schlitzantennenarray, Cassegrain-Antenne, passiven oder aktiven phasengesteuerten Antennenarray.
Moderne luftgestützte Radare arbeiten in verschiedenen Frequenzbereichen und ermöglichen die Erkennung von Luftzielen mit einem EPR (Effective Scattering Area) von einem Quadratmeter in einer Entfernung von Hunderten von Kilometern sowie die Verfolgung von Dutzenden von Zielen in der Passage.
Radarstationen übernehmen heute neben der Zielerkennung die Funkkorrektur, Flugzuordnung und Zielbestimmung für den Einsatz von Lenkflugwaffen, führen Kartierungen der Erdoberfläche mit einer Auflösung von bis zu einem Meter durch und lösen auch Hilfsaufgaben: Gelände, misst seine eigene Geschwindigkeit, Höhe, Driftwinkel und andere. …
3. Wie funktioniert ein luftgestütztes Radar?
Heutzutage verwenden moderne Jäger Puls-Doppler-Radare. Der Name selbst beschreibt das Funktionsprinzip einer solchen Radarstation.
Die Radarstation arbeitet nicht kontinuierlich, sondern mit periodischen Rucken - Impulsen. Bei heutigen Ortungsgeräten dauert die Übertragung eines Impulses nur wenige Millionstel Sekunden, und die Pausen zwischen den Impulsen betragen einige Hundertstel oder Tausendstel Sekunden.
Nachdem sie auf ihrem Ausbreitungsweg auf ein Hindernis gestoßen sind, streuen die Funkwellen in alle Richtungen und werden von ihr zurück zur Radarstation reflektiert. Gleichzeitig wird der Radarsender automatisch ausgeschaltet und der Funkempfänger beginnt zu arbeiten.
Eines der Hauptprobleme bei gepulsten Radargeräten besteht darin, das von stationären Objekten reflektierte Signal loszuwerden. Bei luftgestützten Radargeräten besteht das Problem beispielsweise darin, dass Reflexionen von der Erdoberfläche alle Objekte unterhalb des Flugzeugs verdecken. Diese Interferenzen werden durch den Doppler-Effekt eliminiert, wonach die Frequenz einer Welle, die von einem sich nähernden Objekt reflektiert wird, zunimmt und von einem ausgehenden Objekt abnimmt.
4. Was bedeuten die Bänder X, K, Ka und Ku in den Radareigenschaften?
Heutzutage ist der Wellenlängenbereich, in dem luftgestützte Radare arbeiten, extrem breit. In den Eigenschaften des Radars wird die Stationsreichweite in lateinischen Buchstaben angegeben, zum Beispiel X, K, Ka oder Ku.
Zum Beispiel arbeitet das Irbis-Radar mit einem passiven phasengesteuerten Antennenarray, das auf einem Su-35-Jäger installiert ist, im X-Band. Gleichzeitig erreicht die Erfassungsreichweite von Irbis-Luftzielen 400 km.
Das X-Band wird häufig in Radaranwendungen verwendet. Es erstreckt sich von 8 bis 12 GHz des elektromagnetischen Spektrums, also Wellenlängen von 3,75 bis 2,5 cm Warum heißt es so? Es gibt eine Version, dass die Band während des Zweiten Weltkriegs klassifiziert wurde und daher den Namen X-Band erhielt.
Alle Namen von Bereichen mit dem lateinischen Buchstaben K im Namen haben einen weniger mysteriösen Ursprung - vom deutschen Wort kurz ("kurz"). Dieser Bereich entspricht Wellenlängen von 1,67 bis 1,13 cm In Kombination mit den englischen Wörtern darüber und darunter erhielten die Ka- und Ku-Bande ihre Namen, die sich "oberhalb" bzw. "unterhalb" der K-Bande befinden.
Ka-Band-Radare sind in der Lage, Messungen mit kurzer Reichweite und ultrahoher Auflösung durchzuführen. Solche Radare werden häufig für die Flugsicherung auf Flughäfen eingesetzt, wo mit sehr kurzen Pulsen - mehrere Nanosekunden Länge - die Entfernung zum Flugzeug bestimmt wird.
Das Ka-Band wird häufig in Hubschrauberradaren verwendet. Wie Sie wissen, muss eine luftgestützte Radarantenne für die Platzierung in einem Hubschrauber klein sein. In Anbetracht dieser Tatsache sowie der Notwendigkeit einer akzeptablen Auflösung wird der Millimeterwellenlängenbereich verwendet. Ein Kampfhubschrauber Ka-52 Alligator ist beispielsweise mit einem Arbalet-Radarsystem ausgestattet, das im 8-Millimeter-Ka-Band arbeitet. Dieses von KRET entwickelte Radar bietet dem Alligator enorme Möglichkeiten.
Somit hat jeder Bereich seine eigenen Vorteile und je nach Aufstellbedingungen und Aufgaben arbeitet das Radar in unterschiedlichen Frequenzbereichen. Beispielsweise wird das Ka-Band durch Erzielen einer hohen Auflösung im Vorwärtssichtbereich realisiert, und eine Vergrößerung der Reichweite des Bordradars ermöglicht das X-Band.
5. Was ist PAR?
Natürlich benötigt jedes Radar eine Antenne, um Signale zu empfangen und zu senden. Um es in ein Flugzeug einzubauen, wurden spezielle Flachantennensysteme erfunden, bei denen sich Empfänger und Sender hinter der Antenne befinden. Um mit dem Radar verschiedene Ziele zu sehen, muss die Antenne bewegt werden. Da die Radarantenne ziemlich massiv ist, bewegt sie sich langsam. Gleichzeitig wird der gleichzeitige Angriff mehrerer Ziele problematisch, da ein Radar mit konventioneller Antenne nur ein Ziel im „Sichtfeld“hält.
Moderne Elektronik hat es möglich gemacht, auf eine solche mechanische Abtastung in einem luftgestützten Radar zu verzichten. Sie ist wie folgt angeordnet: Eine flache (rechteckige oder kreisförmige) Antenne ist in Zellen unterteilt. Jede solche Zelle enthält ein spezielles Gerät - einen Phasenschieber, der die Phase der elektromagnetischen Welle, die in die Zelle eindringt, um einen bestimmten Winkel ändern kann. Die verarbeiteten Signale der Zellen werden an den Empfänger gesendet. So kann man die Funktionsweise einer Phased Array Antenne (PAA) beschreiben.
Genauer gesagt wird ein ähnliches Antennenarray mit vielen Phasenschieberelementen, jedoch mit einem Empfänger und einem Sender, als passiver SCHEINWERFER bezeichnet. Das weltweit erste Jagdflugzeug mit passivem Phased-Array-Radar ist übrigens unsere russische MiG-31. Es war mit einer vom Forschungsinstitut für Instrumententechnik entwickelten Radarstation "Zaslon" ausgestattet. Tichomirov.
6. Wozu dient AFAR?
Aktive Phased-Array-Antenne (AFAR) ist die nächste Stufe in der Entwicklung von passiven. Bei einer solchen Antenne enthält jede Zelle des Arrays ihren eigenen Transceiver. Ihre Zahl kann tausend übersteigen. Das heißt, wenn ein traditionelles Ortungsgerät eine separate Antenne, ein separater Empfänger und ein separater Sender ist, dann werden in AFAR der Empfänger mit dem Sender und der Antenne in Module "zerstreut", von denen jedes einen Antennenschlitz, einen Phasenschieber, einen Sender und ein Empfänger.
War früher beispielsweise ein Sender ausgefallen, wurde das Flugzeug „blind“. Wenn bei AFAR eine oder zwei Zellen, sogar ein Dutzend, betroffen sind, funktioniert der Rest weiter. Dies ist der entscheidende Vorteil von AFAR. Dank Tausenden von Empfängern und Sendern wird die Zuverlässigkeit und Empfindlichkeit der Antenne erhöht und es wird auch möglich, auf mehreren Frequenzen gleichzeitig zu arbeiten.
Aber die Hauptsache ist, dass die Struktur des AFAR es dem Radar ermöglicht, mehrere Probleme parallel zu lösen. Zum Beispiel, um nicht nur Dutzende von Zielen zu bedienen, sondern parallel zur Vermessung des Weltraums sehr effektiv gegen Störungen zu verteidigen, feindliche Radare zu stören und die Oberfläche zu kartieren, um hochauflösende Karten zu erhalten.
Übrigens wurde die erste luftgestützte Radarstation in Russland mit AFAR im Unternehmen KRET in der Gesellschaft Fazotron-NIIR geschaffen.
7. Welche Radarstation wird auf dem PAK FA-Jäger der fünften Generation sein?
Zu den vielversprechenden Entwicklungen von KRET gehören konformes AFAR, das in den Rumpf eines Flugzeugs passen kann, sowie die sogenannte „smarte“Flugzeughaut. In Kampfflugzeugen der nächsten Generation, einschließlich des PAK FA, wird es sozusagen zu einem einzigen Transceiver-Locator, der dem Piloten vollständige Informationen über das Geschehen rund um das Flugzeug liefert.
Das PAK-FA-Radarsystem besteht aus einem vielversprechenden X-Band-AFAR im Bugraum, zwei seitlich gerichteten Radargeräten und einem L-Band-AFAR entlang der Klappen.
Heute arbeitet KRET auch an der Entwicklung eines Radio-Photonen-Radars für die PAK FA. Bis 2018 will der Konzern ein maßstabsgetreues Modell der Radarstation der Zukunft erstellen.
Photonische Technologien werden es ermöglichen, die Fähigkeiten des Radars zu erweitern - die Masse um mehr als die Hälfte zu reduzieren und die Auflösung zu verzehnfachen. Solche Radargeräte mit radio-optischen Phased-Antennen-Arrays sind in der Lage, eine Art "Röntgenbild" von Flugzeugen, die sich in einer Entfernung von mehr als 500 Kilometern befinden, zu erstellen und ihnen ein detailliertes, dreidimensionales Bild zu geben. Mit dieser Technologie können Sie in ein Objekt schauen, herausfinden, welche Ausrüstung es trägt, wie viele Personen sich darin befinden und sogar ihre Gesichter sehen.
