Самые современные боевые самолеты России и США оснащаются самой современной системой обнаружения противника - фазированной антенной решеткой. Как работает этот сложнейший "глаз" истребителя - рассмотрим сами и расскажем простыми словами.

Фазированные антенные решетки (ФАР) - самый главный инструмент работы и современных РЛС, и самый зоркий "глаз" современных истребителей. Стоит заметить, что на самолеты ФАРы ставят двух возможных типов - пассивные (например, "Заслон" - первая в мире ПФАР, установленная на истребителях Миг-31) и активные (например, "Жук-АЭ" на новых Миг-35). Считается, что АФАР - обязательный элемент самолетов 5-го поколения. Но чтобы понять, что это такое, и как это работает, придется начать издалека.

Ключевое слово здесь - "антенна". Напомним, что любая антенна - это устройство для излучения и приема радиоволн. Антенны применяются и для коммуникаций, и для обнаружения техники противника. В простейшем случае антенна работает на манер летучей мыши, испускающей в пространство неслышный нашему уху ультразвук, который, отражаясь от окружающих предметов, дает животному представление о них.

Так действовали еще самые первые РЛС, защищавшие Британские острова от налетов Люфтваффе: они испускали в пространство радиоизлучение и "слушали" отраженный сигнал. По характеристикам отражения можно математически вычислить некоторые свойства отразившего радиоволну объекта - например, его координаты. Однако с тех пор и наука, и техника сделали большой шаг вперед, и современные ФАРы похожи на своих прародителей не больше, чем новый компьютер - на шифровальную машину Colossus (о ней мы рассказывали в статье "Колосс британский").

В отличие от простой антенны, антенная решетка представляет собой целый массив из сотен (а порой и тысяч) отдельных излучателей. Все эти излучатели работают согласованно, таким образом, что фазы испускаемых ими радиоволн изменяются комплексно (отсюда и определение "фазированная").

Напомним, что радиоволна, как и всякая другая волна, представляет собой поперечное колебание электрического и магнитного полей. И, как всякое "порядочное" колебание, она характеризуется:

• Амплитудой, которая определяет "силу" колебания.
  
• Длиной волны и связанной с ней частотой колебаний. Эта величина определяет характер электромагнитного колебания. Радиоволны имеют длину волны от десятых долей миллиметра до десятков метров. Для радиолокации используются волны сантиметровой длины, с частотой около 3-30 ГГц.
  
• Фазой - то есть состоянием колебательной системы в данный момент времени. Поскольку длина волны и частота у нас, в принципе, постоянны, фаза радиолокационного сигнала показывает текущее "положение" волны на шкале амплитуды.
  
  Из этих характеристик нас особенно интересует фаза, верней, разница фаз колебаний. Из школьного курса физики мы помним, что волны, встречаясь в разных точках пространства, интерферируют, то есть "рекомбинируют" друг с другом в соответствии с разницей их фаз в этих точках. Они могут как взаимно усиливать, так и ослаблять друг друга.
  
  Закончим небольшое теоретическое отступление и вернемся к ФАРам. Как мы помним, каждая антенна в решетке излучает отдельно от других, но согласованно с ними - так, что разницу фаз испускаемых ими радиосигналов можно контролировать - а значит, можно управлять интерференцией волн в нужных нам точках пространства. Этим мы добьемся сразу массы преимуществ.
  
  Во-первых, мы сможем по своему желанию делать сигнал то широким, то весьма узконаправленным и, в принципе, придавать ему самую разную нужную нам форму. Это позволяет и существенно экономить энергию, усиливая "сканирование" лишь на интересующих нас направлениях.
  
  Чтобы сузить луч, можно, конечно, использовать обычную гиперболическую антенну-"тарелку", но на самолет установить ее проблематично, да и управление ее лучом требует вращать всю антенну - а это задача не из простых. Такие антенны, в принципе, ставятся на более ранние самолеты, но это и громоздко, и медленно, а если начать вращать антенной достаточно быстро, неизбежно возникнут проблемы с управляемостью.
  
  Это приводит нас ко второму преимуществу ФАРов: чтобы изменить направление радиолуча, нам не потребуется вращать саму ФАР: достаточно изменить разницу фаз испускаемых антеннами сигналов. А значит, не требуется громоздкое и сложное гидравлическое оборудование, уходят и потери времени на вращение громоздкой антенны: переключение фаз контролирует электроника, и перемещение узконаправленного "внимания" ФАР происходит практически мгновенно.
  
  При этом ФАР принимает сигнал со всех направлений - но по некоторым из них становится намного более чувствительной, что делает ее особенно полезной, скажем, для ведения обнаруженной цели. Это уже - вещь, которую не стыдно поставить на любой самолет!
  
  Сначала для этой цели были использованы пассивные фазированные антенные решетки (ПФАР), имеющие один излучатель и один приемник. В ячейках ее расположены не отдельные излучатели и приемники, а специальные фазовращатели, которые, получая сигнал от излучателя, меняют его фазу нужным образом. Но более современный вариант - активная ФАР (АФАР), в каждой ячейке которой имеется собственный излучатель и приемник, хотя, конечно, все они работают под контролем единого электронного центра. Каждая ячейка АФАР сама излучает сигнал, управляемый по фазе и частоте, а в самых сложных версиях - и по амплитуде.
  
  В отличие от ПФАР, они намного чувствительней и надежней: выход из строя излучателя или приемника не делает всю АФАР бесполезной грудой железа, она продолжает работать: в АФАР таких приемников-передатчиков сотни! Ну а современные мощные компьютеры еще более расширяют возможности этого инструмента, позволяя одновременно вести десятки целей, в том числе и наземных - и даже картографировать местность параллельно основной работе.
  
  Более того, появляется возможность работать с разными частотами излучения, повышая помехозащищенность или, скажем, устанавливая с помощью АФАР помехи противнику: одна часть ячеек работает как РЛС, а другая - как постановщик помех. Наконец, они экономней: в ПФАР велики потери сигнала при передаче к фазовращателям, а в АФАР их просто нет.
  
  Конечно, в этом море меда нашлось место и изрядной доле дегтя. Главная головная боль разработчиков РЛС с АФАР - охлаждение. Такая масса излучателей чрезвычайно сильно перегревается, и даже в полете воздушного охлаждения совершенно недостаточно, и приходится использовать жидкостную систему, заполненную специальными хладагентами.
  
  Еще одна проблема - стоимость: в современных АФАР число отдельных элементов-ячеек достигает сотен, а то и 1-1,5 тыс. И если каждый из них стоит не слишком много - допустим, пару сотен долларов - то в сумме выходит изрядно....
  Авторские права на данный материал принадлежат «Популярная механика». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
  Обсудить в конференции Код для вашего блога

  Поделиться