Tegenwoordig is de luchtvaart ondenkbaar zonder radars. Een luchtradarstation (BRLS) is een van de belangrijkste elementen van de radio-elektronische uitrusting van een modern vliegtuig. Volgens experts zullen radarstations in de nabije toekomst het belangrijkste middel blijven om doelen te detecteren, te volgen en geleide wapens erop te richten.
We zullen proberen de meest voorkomende vragen over de werking van radars aan boord te beantwoorden en vertellen hoe de eerste radars tot stand kwamen en hoe veelbelovende radarstations kunnen verrassen.
1. Wanneer verschenen de eerste radars aan boord?
Het idee om radar in vliegtuigen te gebruiken ontstond een paar jaar nadat de eerste grondradars verschenen. In ons land werd het grondstation "Redut" het prototype van het eerste radarstation.
Een van de grootste problemen was de plaatsing van de apparatuur in het vliegtuig - de set van het station met voedingen en kabels woog ongeveer 500 kg. Het was onrealistisch om dergelijke apparatuur op een eenzitsjager uit die tijd te installeren, dus werd besloten om het station op een tweezits Pe-2 te plaatsen.
Het eerste binnenlandse radarstation in de lucht genaamd "Gneiss-2" werd in 1942 in gebruik genomen. Binnen twee jaar werden meer dan 230 Gneiss-2-stations geproduceerd. En in de zegevierende 1945 Fazotron-NIIR, nu onderdeel van KRET, begon de serieproductie van de Gneiss-5s vliegtuigradar. Het doeldetectiebereik bereikte 7 km.
In het buitenland werd iets eerder, in 1939, de eerste vliegtuigradar "AI Mark I" - Brits - in gebruik genomen. Vanwege zijn zware gewicht werd het geïnstalleerd op zware onderscheppingsjagers Bristol Beaufighter. In 1940 kwam een nieuw model, de AI Mark IV, in dienst. Het bood doeldetectie op een afstand van maximaal 5,5 km.
2. Waaruit bestaat een radarstation in de lucht?
Structureel bestaat de radar uit verschillende verwijderbare eenheden die zich in de neus van het vliegtuig bevinden: een zender, een antennesysteem, een ontvanger, een dataprocessor, een programmeerbare signaalprocessor, consoles en bedieningselementen en displays.
Tegenwoordig hebben bijna alle luchtradars een antennesysteem dat bestaat uit een platte antenne-array met sleuven, Cassegrain-antenne, passieve of actieve gefaseerde antenne-array.
Moderne luchtradars werken in een reeks van verschillende frequenties en maken het mogelijk luchtdoelen te detecteren met een EPR (Effective Scattering Area) van één vierkante meter op een afstand van honderden kilometers, en bieden ook het volgen van tientallen doelen in de doorgang.
Naast doeldetectie bieden radarstations tegenwoordig radiocorrectie, vluchttoewijzing en doelaanduiding voor het gebruik van geleide luchtwapens, brengen ze het aardoppervlak in kaart met een resolutie tot één meter, en lossen ze ook hulptaken op: het volgen van de terrein, het meten van zijn eigen snelheid, hoogte, drifthoek en andere. …
3. Hoe werkt een luchtradar?
Tegenwoordig gebruiken moderne jagers pulse Doppler-radars. De naam zelf beschrijft het werkingsprincipe van een dergelijk radarstation.
Het radarstation werkt niet continu, maar met periodieke schokken - impulsen. In de huidige kabelzoekers duurt het uitzenden van een puls slechts enkele miljoensten van een seconde, en de pauzes tussen de pulsen zijn enkele honderdsten of duizendsten van een seconde.
Nadat ze een obstakel op het pad van hun voortplanting hebben ontmoet, verspreiden de radiogolven zich in alle richtingen en worden ze teruggekaatst naar het radarstation. Tegelijkertijd wordt de radarzender automatisch uitgeschakeld en begint de radio-ontvanger te werken.
Een van de grootste problemen met gepulseerde radars is het wegwerken van het signaal dat wordt gereflecteerd door stilstaande objecten. Voor radars in de lucht is het probleem bijvoorbeeld dat reflecties van het aardoppervlak alle objecten onder het vliegtuig verduisteren. Deze interferentie wordt geëlimineerd met behulp van het Doppler-effect, waarbij de frequentie van een golf die wordt gereflecteerd door een naderend object toeneemt en van een uitgaand object afneemt.
4. Wat betekenen de X-, K-, Ka- en Ku-banden in de radarkarakteristieken?
Tegenwoordig is het bereik van golflengten waarin radars in de lucht opereren extreem breed. In de kenmerken van de radar wordt het stationsbereik aangegeven in Latijnse letters, bijvoorbeeld X, K, Ka of Ku.
De Irbis-radar met een passieve gefaseerde antenne-array geïnstalleerd op een Su-35-jager werkt bijvoorbeeld in de X-band. Tegelijkertijd bereikt het detectiebereik van Irbis-luchtdoelen 400 km.
De X-band wordt veel gebruikt in radartoepassingen. Het strekt zich uit van 8 tot 12 GHz van het elektromagnetische spectrum, dat wil zeggen, het heeft golflengten van 3,75 tot 2,5 cm. Waarom wordt het zo genoemd? Er is een versie die tijdens de Tweede Wereldoorlog werd geclassificeerd en daarom de naam X-band kreeg.
Alle namen van reeksen met de Latijnse letter K in de naam hebben een minder mysterieuze oorsprong - van het Duitse woord kurz ("kort"). Dit bereik komt overeen met golflengten van 1,67 tot 1,13 cm In combinatie met de Engelse woorden boven en onder kregen de Ka- en Ku-banden hun namen respectievelijk "boven" en "onder" de K-band.
Ka-bandradars zijn in staat tot metingen op korte afstand en ultrahoge resolutie. Dergelijke radars worden vaak gebruikt voor luchtverkeersleiding op luchthavens, waar de afstand tot het vliegtuig wordt bepaald met zeer korte pulsen - enkele nanoseconden lang.
De Ka-band wordt vaak gebruikt in helikopterradars. Zoals u weet, moet een radarantenne in de lucht voor plaatsing op een helikopter klein zijn. Gezien dit feit, evenals de noodzaak van een acceptabele resolutie, wordt het millimetergolflengtebereik gebruikt. Een Ka-52 Alligator-gevechtshelikopter is bijvoorbeeld uitgerust met een Arbalet-radarsysteem dat werkt in de Ka-band van acht millimeter. Deze door KRET ontwikkelde radar biedt de Alligator enorme kansen.
Elk bereik heeft dus zijn eigen voordelen en afhankelijk van de plaatsingsomstandigheden en taken werkt de radar in verschillende frequentiebereiken. Zo realiseert het verkrijgen van een hoge resolutie in de voorwaartse kijksector de Ka-band, en een vergroting van het bereik van de boordradar maakt de X-band mogelijk.
5. Wat is PAR?
Het is duidelijk dat elke radar een antenne nodig heeft om signalen te ontvangen en te verzenden. Om het in een vliegtuig te passen, werden speciale platte antennesystemen uitgevonden, en de ontvanger en zender bevinden zich achter de antenne. Om verschillende doelen met de radar te zien, moet de antenne worden verplaatst. Omdat de radarantenne vrij massief is, beweegt deze langzaam. Tegelijkertijd wordt de gelijktijdige aanval van meerdere doelen problematisch, omdat een radar met een conventionele antenne slechts één doel in het "gezichtsveld" houdt.
Moderne elektronica heeft het mogelijk gemaakt om af te zien van dergelijke mechanische scanning in een radar in de lucht. Het is als volgt gerangschikt: een platte (rechthoekige of cirkelvormige) antenne is verdeeld in cellen. Elke dergelijke cel bevat een speciaal apparaat - een faseverschuiver, die de fase van de elektromagnetische golf die de cel binnenkomt onder een bepaalde hoek kan veranderen. De verwerkte signalen van de cellen worden naar de ontvanger gestuurd. Zo kun je de werking van een phased array antenne (PAA) beschrijven.
Om preciezer te zijn, een soortgelijk antennestelsel met veel faseverschuiverelementen, maar met één ontvanger en één zender, wordt een passieve KOPLAMP genoemd. Trouwens, 's werelds eerste jager uitgerust met een passieve phased array radar is onze Russische MiG-31. Het was uitgerust met een radarstation "Zaslon", ontwikkeld door het Research Institute of Instrument Engineering. Tikhomirov.
6. Waar is AFAR voor?
Actieve phased array antenne (AFAR) is de volgende fase in de ontwikkeling van passieve. In zo'n antenne bevat elke cel van de array zijn eigen transceiver. Hun aantal kan de duizend overschrijden. Dat wil zeggen, als een traditionele zoeker een afzonderlijke antenne, ontvanger, zender is, dan zijn in AFAR de ontvanger met de zender en de antenne "verstrooid" in modules, die elk een antennespleet, een faseverschuiver, een zender en een ontvanger.
Als voorheen bijvoorbeeld een zender defect was, zou het vliegtuig "blind" worden. Als in AFAR een of twee cellen, zelfs een dozijn, worden aangetast, blijft de rest werken. Dit is het belangrijkste voordeel van AFAR. Dankzij duizenden ontvangers en zenders wordt de betrouwbaarheid en gevoeligheid van de antenne vergroot en wordt het ook mogelijk om op meerdere frequenties tegelijk te werken.
Maar het belangrijkste is dat de structuur van de AFAR de radar in staat stelt om verschillende problemen parallel op te lossen. Bijvoorbeeld, niet alleen om tientallen doelen te bedienen, maar parallel aan het onderzoek van de ruimte, is het zeer effectief om te verdedigen tegen interferentie, om vijandige radars te verstoren en om het oppervlak in kaart te brengen, waarbij kaarten met een hoge resolutie worden verkregen.
Trouwens, het eerste in Rusland luchtradarstation met AFAR werd gecreëerd bij de KRET-onderneming, in het Fazotron-NIIR-bedrijf.
7. Welk radarstation komt op de vijfde generatie PAK FA-jager?
Een van de veelbelovende ontwikkelingen van KRET zijn conforme AFAR, die in de romp van een vliegtuig kan passen, evenals de zogenaamde "slimme" cascohuid. In jagers van de volgende generatie, waaronder de PAK FA, wordt het als het ware een enkele transceiver-locator, die de piloot volledige informatie geeft over wat er rondom het vliegtuig gebeurt.
Het PAK FA-radarsysteem bestaat uit een veelbelovende X-band AFAR in het neuscompartiment, twee zijwaarts gerichte radars en een L-band AFAR langs de flappen.
Vandaag werkt KRET ook aan de ontwikkeling van een radiofotonenradar voor de PAK FA. Het concern wil tegen 2018 een model op ware grootte maken van het radarstation van de toekomst.
Fotonische technologieën zullen het mogelijk maken om de mogelijkheden van de radar uit te breiden - om de massa met meer dan de helft te verminderen en de resolutie te vertienvoudigen. Dergelijke radars met radio-optische gefaseerde antenne-arrays zijn in staat om een soort "röntgenbeeld" te maken van vliegtuigen die zich op een afstand van meer dan 500 kilometer bevinden, en ze een gedetailleerd, driedimensionaal beeld te geven. Met deze technologie kun je in een object kijken, ontdekken welke apparatuur het draagt, hoeveel mensen erin zitten en zelfs hun gezichten zien.
