Лазерные системы подавления

ФАЗОТРОН
Информационно-аналитический журнал №1-2 (10) 2007
Лазерные системы подавления
Владимир Бутузов - заместитель директора - главный конструктор ОЭС ФГУП «НИИ
«Экран» Александр Кислецов - заместитель директора ФГУП «НИИ «Экран»
Владимир Васильевич Бутузов. Родился в
1955 г. В 1978 г. окончил Куйбышевский
авиационный институт. С 1978 г. работал
на КБАС (г. Самара). С 1991 по 2005 г. заместитель
главного
конструктора
ФГУП КБАС (г.Самара). С 2005 г. по
настоящее время - заместитель директора
- главный конструктор по оптико-электронным системам ФГУП «НИИ «Экран»
(г. Самара). Автор более 80 статей и
научно-технических отчетов.
Александр Васильевич Кислецов. Родился в
1945 г. В 1968 г. окончил МИФИ,
аспирантуру ФИАН СССР. С 1971 по 1981 г.
работал в ГосНИИАС. С 1982 по 2005 г. генеральный
директор
главный
конструктор
КБАС,
заместитель
генерального директора ФГУП КБАС. С
2005 г. - заместитель директора ФГУП
«НИИ «Экран». Доктор технических наук,
профессор. Автор 88 научных работ, 82
изобретений
и
патентов.
Лауреат
Ленинской и Государственной премии
СССР. Почетный авиастроитель.
Перспективы применения для защиты транспортных самолетов и гражданских
воздушных судов от переносных зенитных ракетных комплексов.
В связи с общим возрастанием угрозы террористических актов особую опасность для
воздушных судов представляют переносные зенитные ракетные комплексы (ПЗРК), которые
благодаря высокой мобильности, простоте использования, надежности, а также уникальному
сочетанию массогабаритных характеристик и эффективности могут превратиться в руках террористических групп в опасное оружие.
По оценкам различных официальных источников в мире было произведено свыше 500
000 ПЗРК, часть которых реализована по каналам «черного рынка», осела в зонах
вооруженных конфликтов и перешла под контроль негосударственных структур.
Согласно данным открытых зарубежных источников за последние 25 лет более 90%
потерь летательных аппаратов в воз духе явилось результатом применения управляемых ракет
с ИК головками самонаведения и, прежде всего ПЗРК.
Применение ПЗРК против гражданских воздушных судов в каком-либо из аэропортов,
может парализовать всю систему управления воздушным движением.
Для защиты боевых вертолетов наибольшее распространение получили выбрасываемые
с летательного аппарата «ложные тепловые цели» и постановщики некогерентных
модулированных инфракрасных помех. Эти средства в ряде случаев решают поставленные
задачи, но их использование для защиты тяжелой военно-транспортной авиации и
гражданских воздушных судов ограничено либо из-за невозможности применения, либо из-за
недостаточной эффективности при использовании современных ПЗРК типа «Стингер». Это
объясняется, прежде всего, тем, что более экономичные по стоимости реализации средства
постановки некогерентных модулированных инфракрасных помех для защиты вертолетов
физически не могут обеспечить требуемое для гарантируемого противодействия ПЗРК 10-ти и
более кратное превышение уровня теплового излучения самолетных двигателей.
По заключениям специалистов различных стран наиболее эффективным средством,
способным защитить самолеты среднего и большого размеров от ПЗРК как предыдущих, так и
новых поколений, являются высоконаправленные лазерные системы защиты, получающие
команды от более сложных систем предупреждения о ракетном нападении, которые
объявляют тревогу и обеспечивают информацию об угле прибытия угрозы. Такие лазерные
системы должны отслеживать угрозу и направлять энергию кодированного лазерного
многополосного излучения непосредственно на головку самонаведения, обеспечивая ее
подавление, вызывая срыв наведения и промах ракеты. Кроме этого, должно быть
предусмотрено использование предварительного зондирующего лазерного сигнала с
последующей селективной регистрацией сигнала, отраженного от оптической системы
головки самонаведения ракеты ПЗРК, позволяющей существенным образом увеличить
надежность обнаружения факта ракетного нападения.
Таким образом, для создания реальной лазерной системы защиты необходимо решение
следующих задач, совокупность которых квалифицируется как обеспечение противодействия
по замкнутому циклу:
• обнаружение с высокой степенью надежности факта пуска и определение с
необходимой точностью угловых координат местонахождения атакующей ракеты;
• сопровождение атакующей ракеты с инфракрасной головкой самонаведения на
траектории с точностью, необходимой для наведения высоконаправленного лазерного
излучения;
• генерацию лазерного излучения, содержащего ряд длин волн, которые находятся в
пределах спектральных диапазонов головок самонаведения ПЗРК как предыдущих, так
и новых поколений;
• обеспечение
глубины
модуляции энергии противодействия, равной 100 %, что
позволяет получить наиболее эффективный результат;
• обеспечение противодействия в течение времени, достаточного для того, чтобы внести
помеху в систему управления самонаводящейся головки, воспрепятствовать выбору
правильного направления полета и вывести самолет из поля зрения ракеты;
• генерацию лазерного излучения подавления с мощностью значительно выше (на
порядки), чем мощность излучения самолетов среднего и большого размеров для
обеспечения удовлетворительного соотношения противодействие/сигнал для
прохождения рассеянного излучения к датчику головки самонаведения;
• генерацию лазерного излучения подавления с мощностью достаточной для получения
отраженного излучения от головки самонаведения атакующей ракеты. Это дает
возможности системе противодействия отличать ракеты с ИК наведением от других
угроз, проводить оценку дальности до атакующей ракеты, а также осуществлять
мониторинг успеха противодействия в случае увода ракеты. Информация, что головка
самонаведения потеряла самолет из поля зрения, основывается на внезапной потере
отраженного сигнала. В этом случае, возможно немедленно сконцентрироваться на
другой ракете в случае многократных угроз;
• генерацию лазерного излучения, направляемого на самонаводящуюся головку,
содержащего групповой набор различных модулированных частот универсальный код
противодействия). Это позволяет преодолевать различные стратегии фильтрования и
изменения в серийном производстве самонаводящихся головок;
использование алгоритма выбора приоритетов для определения порядка атак и порядка
подавления целей при множественных угрозах.
•
•
С учетом этих требований в США разработана и принята на вооружение лазерная
станция защиты «Nemesis» AAQ-24 (V). Этой системой оборудован ряд военно-транспортных
самолетов и вертолетов вооруженных сил США. На базе использования научно-технического
задела министерства обороны США под контролем министерства национальной безопасности
США реализуется программа оснащения гражданских авиалайнеров лазерной системой
противоракетной обороны.
Работы по созданию аналогичных систем противодействия ПЗРК проводятся в
Великобритании, Франции, ФРГ и Израиле.
В нашей стране работы по созданию бортовых лазерных систем защиты от ПЗРК ведутся
более 15 лет. Головной разработчик - ФГУП «Научно-исследовательский институт «Экран» (г.
Самара). Совместно с предприятиями различных отраслей промышленности создан
значительный научно-технический потенциал и современная экспериментальная база, в том
числе комплексы полунатурного моделирования. Разработаны и изготовлены демонстрационные и экспериментальные образцы, проведены их заводские испытания, подтвердившие
высокую эффективность лазерной системы. В отличие от зарубежных монохромных аналогов
в системе защиты используется многоспектральный источник лазерного излучения,
перекрывающий рабочий диапазон ИК головок самонаведения ракет ПЗРК всех известных
типов.
При разработке отечественных модификаций лазерных систем защиты от ПЗРК с целью
обеспечения противодействия по замкнутому циклу рассматривались различные варианты
технического исполнения. Наибольшее внимание было уделено, прежде всего, выбору
подсистемы обнаружения факта и угловых координат пуска атакующей ракеты, построению
подсистемы сопровождения атакующей ракеты с инфракрасной головкой самонаведения на
траектории с точностью, необходимой для наведения высоконаправленного лазерного
излучения и выбору источника лазерного излучения.
Необходимо отметить, что одним из перспективных направлений построения
подсистемы обнаружения факта и угловых координат пуска атакующей ракеты является
использование бортовой радиолокационной станции «Арбалет-Д», разработки Корпорации
«Фазотрон-НИИР», обеспечивающей в простых и сложных метеоусловиях обнаружение и
измерение параметров движения атакующих ракет. Для практического использования БРЛС
«Арбалет-Д» в лазерных системах противодействия по замкнутому циклу необходимо решить
техническую задачу по сопряжению точности определения угловых координат БРЛС
«Арбалет-Д» с требованиями подсистемы сопровождения атакующей ракеты на траектории
для наведения высоконаправленного лазерного излучения.
Разработанная лазерная система защиты от ПЗРК, обеспечивающая противодействие по
замкнутому циклу, имеет значительный экспортный потенциал. В настоящее время ФГУП
«НИИ «Экран» совместно с ФГУП «НПО ГИПО» (г. Казань) и рядом других предприятий
выполняется контракт ФГУП «Рособоронэкспорт» с компанией INDRA Systems S.A.
(Испания) на разработку и изготовление опытных образцов бортовой лазерной станции помех
ALJS. Совместный проект получил название: MANTA (MANPADS Threat Avoidance).
Основой системы защиты ALJS является бортовая полностью автоматическая лазерная
станция постановки помех.
Для обеспечения защиты в зоне 360° по азимуту и 90° по углу места на воздушном судне
устанавливаются две станции. Это позволяет отражать атаки с двух направлений, при этом
каждая станция обеспечивает последовательное подавление двух одновременно атакующих
ракет внутри установленной зоны действия.
Основные характеристики лазерной системы
ALJS
Обнаружение и подавление ракет
типа
«Стингер» (FIM-92 А,В)
Зоны работы лазерной станции помех:
- по азимуту, угловых градусов
- по углу места, угловых градусов
в диапазоне
дальностей их
применения
0-360
от +30 до - 60
Потребляемая средняя мощность по сети
переменного тока напряжением 115/200 В
частотой 400 Гц:
- в дежурном режиме
- в рабочем режиме
не более 0,1 кВт
не более 2,5 кВт
Потребляемая мощность по сети постоянного
тока напряжением 27 В
не более 1 кВт
Масса 2-х станций, кг
не более 215
Все операции по обнаружению и сопровождению атакующей ракеты, наведению
кодированного лазерного излучения на цель и установлению срыва атаки лазерная станция
производит самостоятельно без участия пилота или других членов экипажа. Лазерная станция
оснащена встроенным устройством самоконтроля. Функционирование станции происходит в
дежурном и рабочем режимах. В дежурный режим станция переводится при включении
бортового питания и обеспечивает обзор заданного пространства и поиск целей. В рабочий
режим станция переводится по команде системы управления при обнаружении цели и
обеспечивает режим сопровождения и подавления атакующей ракеты.
При воздействии кодированного лазерного излучения на ракету происходит засветка
ИК-приемника головки самонаведения и в тракте обработки формируется ложный сигнал,
приводящий к отклонению рулей ракеты с последующим срывом слежения. Станция
обеспечивает оценку факта подавления наведения ракеты по пропаданию отраженного
излучения от ИК головки, свидетельствующем о потере цели головкой самонаведения.
В состав лазерной станции помех ALJS входят:
-
Система предупреждения о пуске ракет типа MWS, состоящая из двух датчиков и
обеспечивающая обнаружение пусков ракет с выдачей информации о факте пуска и
угловых координатах атакующих ракет.
-
Лазер, являющийся источником помехового лазерного излучения. В качестве
источника лазерного излучения используется электроразрядный импульнопериодический HF- DFлазер с замкнутым циклом смены рабочей смеси. Данный тип
лазера выбран последующим причинам:
-
лазер является мульти-диапазонным, т.е. его излучение находится в двух
спектральных диапазонах, имитирующих диапазоны ИК излучения самолетов
среднего и большого размеров и лежащих в диапазонах чувствительности ИК
головок ПЗРК как предыдущих, так и новых поколений;
-
лазер является мульти-спектральным, т.е. в каждом из двух спектральных
диапазонов происходит генерация многих спектральных линий, что исключает
необходимость предварительной настройки лазера и делает невозможным
использование фильтров для защиты ИК головок от лазерного излучения;
-
высокая степень научной обоснованности его работы, надежность и простота в
техническом обслуживании, многостороннее и тщательное обоснование
безопасности эксплуатации, как для обслуживающего персонала, так и для
окружающей среды. Лазер работает в широком температурном диапазоне и не
требует больших расходов при эксплуатации, а также позволяет получать
стабильное излучение с высокой энергией в каждом импульсе и высокой средней
мощностью, значительно превышающей мощность излучения даже больших
самолетов в соответствующих спектральных диапазонах. Это обстоятельство имеет
решающее значение для обеспечения подавления ИК головок.
•
Оптико-механический блок, обеспечивающий обнаружение ракеты по предварительному
целеуказанию от системы обнаружения пусков ракет типа MWS и ее автоматическое
сопровождение, а также идентификацию и селекцию ракет с ИК наведением от других
угроз, ИК наведение на ракету помехового лазерного излучения и определение факта
подавления самонаводящейся ИК головки. В оптико-механическом блоке используются
малоинерциальные элементы вместо массивных поворотных башен, Это позволяет значительно сократить время реакции системы и обеспечить минимальную дистанцию для
отражения атаки, что особенно важно для защиты самолетов среднего и большого
размеров во время взлета и посадки. Лазерное излучение и канал слежения и наведения
расположены на одной оптической оси, а прием ИК излучения от атакующей ракеты и
отраженного излучения от ИК головки самонаведения, а также наведение лазерного
излучения осуществляется через одно выходное зеркало. Это дает возможность наводить
лазерный луч непосредственно на головку самонаведения без использования
дополнительных устройств. Для обеспечения необходимой точности наведения и
компенсации эволюции и вибраций самолета осуществляется стабилизация только выходного зеркала
•
Блок управления и питания, обеспечивающий управление и контроль станции в
соответствии с заложенным алгоритмом, информационный обмен с контроллером
пилотажно-навигационной системы самолета, а также подключение к бортовой сети и
распределение электропитания от бортовой сети потребителям станции.
Электропитание станции осуществляется от бортовой системы энергоснабжения по сети
постоянного тока напряжением 28В и сети трехфазного переменного тока 115/200В 400Гц.
Для поддержания требуемого теплового режима аппаратуры на станцию подается воздух от
бортовой системы кондиционирования.
В заключение следует отметить, что современный уровень отечественных научнотехнических разработок и выполнение экспортного контракта позволяют создать в короткие
сроки эффективную отечественную сертифицированную систему защиты гражданских
воздушных судов от ПЗРК. Создание такой системы позволит не только обеспечить
техническую независимость отечественных авиаперевозчиков от вынужденных закупок
зарубежных систем защиты для оснащения гражданских воздушных судов, но и позволит
российским предприятиям выйти на международный рынок с высокотехнологичной
продукцией.