ทุกวันนี้ การบินเป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงหากไม่มีเรดาร์ สถานีเรดาร์ทางอากาศ (BRLS) เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์วิทยุ-อิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องบินสมัยใหม่ ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า ในอนาคตอันใกล้นี้ สถานีเรดาร์จะยังคงเป็นวิธีการหลักในการตรวจจับ ติดตามเป้าหมาย และชี้อาวุธนำทางไปยังพวกเขา
เราจะพยายามตอบคำถามที่พบบ่อยที่สุดเกี่ยวกับการทำงานของเรดาร์บนเรือ และบอกว่าเรดาร์แรกถูกสร้างขึ้นอย่างไร และสถานีเรดาร์ที่มีแนวโน้มว่าจะสร้างความประหลาดใจได้อย่างไร
1. เรดาร์ชุดแรกปรากฏบนเรือเมื่อใด
แนวคิดในการใช้เรดาร์บนเครื่องบินเกิดขึ้นไม่กี่ปีหลังจากเรดาร์ภาคพื้นดินชุดแรกปรากฏขึ้น ในประเทศของเราสถานีภาคพื้นดิน "Redut" กลายเป็นต้นแบบของสถานีเรดาร์แห่งแรก
ปัญหาหลักประการหนึ่งคือการวางอุปกรณ์บนเครื่องบิน - ชุดสถานีพร้อมแหล่งจ่ายไฟและสายเคเบิลมีน้ำหนักประมาณ 500 กก. การติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวบนเครื่องบินขับไล่ที่นั่งเดียวในเวลานั้นไม่สมจริง ดังนั้นจึงตัดสินใจวางสถานีบน Pe-2 สองที่นั่ง
สถานีเรดาร์ทางอากาศภายในประเทศแห่งแรกที่เรียกว่า "Gneiss-2" เปิดให้บริการในปี พ.ศ. 2485 ภายในสองปี มีการผลิตสถานี Gneiss-2 มากกว่า 230 สถานี และในปี 1945 Fazotron-NIIR ที่ได้รับชัยชนะ ซึ่งปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของ KRET ได้เริ่มผลิตเรดาร์เครื่องบิน Gneiss-5 แบบต่อเนื่อง ระยะการตรวจจับเป้าหมายถึง 7 กม.
ในต่างประเทศ เรดาร์เครื่องบินลำแรก "AI Mark I" - British - ถูกนำไปใช้งานก่อนหน้านี้เล็กน้อยในปี 1939 เนื่องจากมีน้ำหนักมาก จึงถูกติดตั้งบนเครื่องบินขับไล่สกัดกั้น-Bristol Beaufighter ในปี พ.ศ. 2483 ได้มีการเปิดตัว AI Mark IV รุ่นใหม่ ให้การตรวจจับเป้าหมายที่ระยะทางสูงสุด 5.5 กม.
2. สถานีเรดาร์ทางอากาศประกอบด้วยอะไรบ้าง?
โครงสร้างเรดาร์ประกอบด้วยหน่วยที่ถอดออกได้หลายหน่วยที่อยู่ในจมูกของเครื่องบิน: เครื่องส่ง, ระบบเสาอากาศ, เครื่องรับ, โปรเซสเซอร์ข้อมูล, โปรเซสเซอร์สัญญาณที่ตั้งโปรแกรมได้, คอนโซลและตัวควบคุมและจอแสดงผล
ทุกวันนี้ เรดาร์ในอากาศเกือบทั้งหมดมีระบบเสาอากาศที่ประกอบด้วยอาร์เรย์เสาอากาศแบบ slotted แบบแบน เสาอากาศแบบ Cassegrain อาร์เรย์เสาอากาศแบบพาสซีฟหรือแบบแอกทีฟ
เรดาร์ในอากาศสมัยใหม่ทำงานในช่วงความถี่ที่แตกต่างกัน และอนุญาตให้ตรวจจับเป้าหมายทางอากาศด้วย EPR (Effective Scattering Area) หนึ่งตารางเมตรที่ระยะทางหลายร้อยกิโลเมตร และยังให้การติดตามเป้าหมายหลายสิบเป้าหมายในทางเดิน
นอกเหนือจากการตรวจจับเป้าหมายแล้ว สถานีเรดาร์ในปัจจุบันยังมีการแก้ไขคลื่นวิทยุ การกำหนดเที่ยวบิน และการกำหนดเป้าหมายสำหรับการใช้อาวุธนำวิถีทางอากาศ ดำเนินการแผนที่พื้นผิวโลกด้วยความละเอียดสูงสุดหนึ่งเมตร และยังแก้ปัญหางานเสริมด้วย: ทำตาม ภูมิประเทศ วัดความเร็ว ความสูง มุมลอย และอื่น ๆ ของมันเอง …
3. เรดาร์ในอากาศทำงานอย่างไร?
ปัจจุบัน นักสู้สมัยใหม่ใช้เรดาร์ดอปเปลอร์แบบพัลส์ ชื่อนี้อธิบายหลักการทำงานของสถานีเรดาร์ดังกล่าว
สถานีเรดาร์ไม่ทำงานอย่างต่อเนื่อง แต่มีแรงกระตุ้นเป็นระยะ ในเครื่องระบุตำแหน่งปัจจุบัน การส่งพัลส์ใช้เวลาเพียงไม่กี่ล้านวินาที และการหยุดชั่วคราวระหว่างพัลส์จะอยู่ที่สองสามร้อยหรือหนึ่งในพันของวินาที
เมื่อพบกับสิ่งกีดขวางบนเส้นทางของการแพร่กระจาย คลื่นวิทยุจะกระจายไปทั่วทุกทิศทางและสะท้อนกลับไปยังสถานีเรดาร์ ในเวลาเดียวกัน เครื่องส่งเรดาร์จะปิดโดยอัตโนมัติ และเครื่องรับวิทยุเริ่มทำงาน
ปัญหาหลักประการหนึ่งของเรดาร์พัลซิ่งคือการกำจัดสัญญาณที่สะท้อนจากวัตถุที่อยู่กับที่ ตัวอย่างเช่น สำหรับเรดาร์ในอากาศ ปัญหาคือแสงสะท้อนจากพื้นผิวโลกบดบังวัตถุทั้งหมดที่อยู่ใต้เครื่องบิน การรบกวนนี้ถูกกำจัดโดยใช้เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ ซึ่งความถี่ของคลื่นที่สะท้อนจากวัตถุที่เข้าใกล้จะเพิ่มขึ้น และจากวัตถุที่ส่งออกจะลดลง
4. แถบ X, K, Ka และ Ku หมายถึงอะไรในลักษณะของเรดาร์?
ทุกวันนี้ ช่วงความยาวคลื่นที่เรดาร์ในอากาศทำงานนั้นกว้างมาก ในลักษณะของเรดาร์ ช่วงสถานีจะแสดงด้วยตัวอักษรละติน เช่น X, K, Ka หรือ Ku
ตัวอย่างเช่น เรดาร์ Irbis ที่มีเสาอากาศแบบพาสซีฟแบบแบ่งระยะที่ติดตั้งบนเครื่องบินขับไล่ Su-35 ทำงานในแถบ X-band ในเวลาเดียวกัน ระยะการตรวจจับของเป้าหมายทางอากาศของ Irbis ถึง 400 กม.
X-band ใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานเรดาร์ มันขยายจาก 8 ถึง 12 GHz ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้านั่นคือมีความยาวคลื่นตั้งแต่ 3.75 ถึง 2.5 ซม. ทำไมจึงตั้งชื่ออย่างนั้น? มีรุ่นที่วงดนตรีถูกจัดประเภทในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองจึงได้รับชื่อ X-band
ชื่อช่วงทั้งหมดที่มีตัวอักษรละติน K ในชื่อมีต้นกำเนิดที่ลึกลับน้อยกว่า - จากคำภาษาเยอรมัน kurz ("สั้น") ช่วงนี้สอดคล้องกับความยาวคลื่นตั้งแต่ 1.67 ถึง 1.13 ซม. เมื่อรวมกับคำภาษาอังกฤษด้านบนและด้านล่าง วงดนตรี Ka และ Ku จะได้รับชื่อตามลำดับ ซึ่งอยู่ "ด้านบน" และ "ด้านล่าง" ของ K-band
เรดาร์ Ka-band มีความสามารถในการวัดระยะสั้นและความละเอียดสูงพิเศษ เรดาร์ดังกล่าวมักใช้สำหรับการควบคุมการจราจรทางอากาศที่สนามบิน ซึ่งระยะห่างจากเครื่องบินถูกกำหนดโดยใช้พัลส์ที่สั้นมาก ซึ่งมีความยาวหลายนาโนวินาที
Ka-band มักใช้ในเรดาร์เฮลิคอปเตอร์ อย่างที่คุณทราบ สำหรับการวางบนเฮลิคอปเตอร์ เสาอากาศเรดาร์ในอากาศจะต้องมีขนาดเล็ก เมื่อพิจารณาถึงข้อเท็จจริงนี้ เช่นเดียวกับความต้องการความละเอียดที่ยอมรับได้ จึงใช้ช่วงความยาวคลื่นมิลลิเมตร ตัวอย่างเช่น เฮลิคอปเตอร์ต่อสู้ Ka-52 Alligator ติดตั้งระบบเรดาร์ Arbalet ที่ทำงานใน Ka-band ขนาดแปดมิลลิเมตร เรดาร์นี้พัฒนาโดย KRET ทำให้จระเข้มีโอกาสมากมาย
ดังนั้น แต่ละช่วงมีข้อดีของตัวเอง และเรดาร์จะทำงานในช่วงความถี่ที่แตกต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขตำแหน่งและงาน ตัวอย่างเช่น การได้รับความละเอียดสูงในส่วนการดูล่วงหน้าจะทำให้ Ka-band เป็นจริง และการเพิ่มระยะของเรดาร์ออนบอร์ดทำให้ X-band เป็นไปได้
5. PAR คืออะไร?
เห็นได้ชัดว่าในการรับและส่งสัญญาณเรดาร์ใด ๆ จำเป็นต้องมีเสาอากาศ เพื่อให้พอดีกับเครื่องบิน จึงได้มีการคิดค้นระบบเสาอากาศแบบแบนพิเศษ และเครื่องรับและเครื่องส่งจะตั้งอยู่ด้านหลังเสาอากาศ หากต้องการดูเป้าหมายต่างๆ ด้วยเรดาร์ คุณต้องย้ายเสาอากาศ เนื่องจากเสาอากาศเรดาร์มีขนาดค่อนข้างใหญ่ จึงเคลื่อนที่ได้ช้า ในเวลาเดียวกัน การโจมตีหลายเป้าหมายพร้อมกันจะกลายเป็นปัญหา เนื่องจากเรดาร์ที่มีเสาอากาศแบบเดิมจะรักษาเป้าหมายเพียงเป้าหมายเดียวใน "ขอบเขตการมองเห็น"
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ทำให้สามารถละทิ้งการสแกนด้วยกลไกดังกล่าวในเรดาร์ในอากาศได้ จัดเรียงดังนี้: เสาอากาศแบน (สี่เหลี่ยมหรือวงกลม) แบ่งออกเป็นเซลล์ แต่ละเซลล์ดังกล่าวมีอุปกรณ์พิเศษ - ตัวเปลี่ยนเฟสซึ่งสามารถเปลี่ยนเฟสของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เข้าสู่เซลล์ตามมุมที่กำหนด สัญญาณที่ประมวลผลจากเซลล์จะถูกส่งไปยังเครื่องรับ นี่คือวิธีที่คุณสามารถอธิบายการทำงานของเสาอากาศแบบ phased array (PAA)
เพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้น อาร์เรย์เสาอากาศที่คล้ายกันซึ่งมีองค์ประกอบของตัวเปลี่ยนเฟสหลายตัว แต่มีตัวรับสัญญาณหนึ่งตัวและตัวส่งหนึ่งตัว เรียกว่าไฟหน้าแบบพาสซีฟ อย่างไรก็ตาม เครื่องบินรบลำแรกของโลกที่ติดตั้งเรดาร์แบบแบ่งระยะแบบพาสซีฟคือ Russian MiG-31 ของเรา ติดตั้งสถานีเรดาร์ "Zaslon" ที่พัฒนาโดยสถาบันวิจัยวิศวกรรมเครื่องมือ ทิโคมิรอฟ.
6. AFAR มีไว้เพื่ออะไร?
เสาอากาศอาร์เรย์แบบค่อยเป็นค่อยไป (AFAR) เป็นขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาแบบพาสซีฟ ในเสาอากาศดังกล่าว แต่ละเซลล์ของอาร์เรย์จะมีตัวรับส่งสัญญาณของตัวเอง จำนวนของพวกเขาอาจเกินหนึ่งพัน กล่าวคือ ถ้าตัวระบุตำแหน่งแบบดั้งเดิมเป็นเสาอากาศ ตัวรับ ตัวส่งสัญญาณที่แยกจากกัน จากนั้นใน AFAR เครื่องรับที่มีตัวส่งและเสาอากาศจะ "กระจัดกระจาย" ออกเป็นโมดูล ซึ่งแต่ละโมดูลจะมีช่องเสาอากาศ ตัวเปลี่ยนเฟส ตัวส่งและ ผู้รับ
ก่อนหน้านี้ ตัวอย่างเช่น หากเครื่องส่งไม่เป็นระเบียบ เครื่องบินจะกลายเป็น "คนตาบอด" ถ้าใน AFAR เซลล์หนึ่งหรือสองเซลล์ได้รับผลกระทบ เซลล์ที่เหลือจะยังคงทำงานต่อไป นี่คือข้อได้เปรียบที่สำคัญของ AFAR ต้องขอบคุณเครื่องรับและเครื่องส่งสัญญาณหลายพันเครื่อง ความน่าเชื่อถือและความไวของเสาอากาศจึงเพิ่มขึ้น และยังสามารถทำงานที่ความถี่หลายความถี่พร้อมกันได้
แต่สิ่งสำคัญคือโครงสร้างของ AFAR ช่วยให้เรดาร์สามารถแก้ปัญหาหลายอย่างพร้อมกันได้ ตัวอย่างเช่น ไม่เพียงแต่เพื่อให้บริการกับเป้าหมายหลายสิบเป้าหมาย แต่ควบคู่ไปกับการสำรวจอวกาศ การป้องกันการแทรกแซง การรบกวนเรดาร์ของศัตรู และทำแผนที่พื้นผิว การรับแผนที่ที่มีความละเอียดสูงยังมีประสิทธิภาพมาก
อย่างไรก็ตาม สถานีเรดาร์ทางอากาศแห่งแรกในรัสเซียที่มี AFAR ได้ถูกสร้างขึ้นที่องค์กร KRET ในบริษัท Fazotron-NIIR
7. สถานีเรดาร์ใดจะอยู่ในเครื่องบินขับไล่ PAK FA รุ่นที่ 5?
การพัฒนาที่มีแนวโน้มของ KRET คือ AFAR ที่เข้ารูป ซึ่งสามารถใส่เข้าไปในลำตัวเครื่องบินได้ เช่นเดียวกับผิวหนังของเฟรมที่ "ฉลาด" ในเครื่องบินรบรุ่นต่อไป รวมถึง PAK FA มันจะกลายเป็นเครื่องระบุตำแหน่งตัวรับส่งสัญญาณเดียว อย่างที่เคยเป็น โดยให้ข้อมูลแก่นักบินอย่างครบถ้วนเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นรอบเครื่องบิน
ระบบเรดาร์ PAK FA ประกอบด้วย AFAR วง X ที่มีแนวโน้มในช่องจมูก เรดาร์มองด้านข้างสองดวง และ AFAR วง L ตามแนวปีก
วันนี้ KRET กำลังทำงานเกี่ยวกับการพัฒนาเรดาร์โฟตอนวิทยุสำหรับ PAK FA ข้อกังวลนี้ตั้งใจที่จะสร้างแบบจำลองเต็มรูปแบบของสถานีเรดาร์แห่งอนาคตภายในปี 2561
เทคโนโลยีโฟโตนิกจะทำให้สามารถขยายขีดความสามารถของเรดาร์ได้ เพื่อลดมวลลงกว่าครึ่ง และเพิ่มความละเอียดเป็นสิบเท่า เรดาร์ดังกล่าวที่มีอาร์เรย์เสาอากาศแบบแบ่งระยะด้วยคลื่นวิทยุสามารถสร้าง "ภาพเอ็กซ์เรย์" ของเครื่องบินที่อยู่ในระยะมากกว่า 500 กิโลเมตร และให้ภาพสามมิติที่มีรายละเอียด เทคโนโลยีนี้ช่วยให้คุณมองเข้าไปในวัตถุ ค้นหาอุปกรณ์ที่บรรจุ จำนวนคนอยู่ในนั้น และแม้แต่เห็นใบหน้าของพวกเขา