Ngày nay, không thể tưởng tượng được hàng không nếu không có radar. Trạm radar trên không (BRLS) là một trong những yếu tố quan trọng nhất của thiết bị vô tuyến điện tử của máy bay hiện đại. Theo các chuyên gia, trong tương lai gần, các trạm radar sẽ vẫn là phương tiện chính để phát hiện, theo dõi mục tiêu và chĩa vũ khí dẫn đường vào chúng.
Chúng tôi sẽ cố gắng trả lời những câu hỏi phổ biến nhất về hoạt động của các radar trên tàu và cho biết cách các radar đầu tiên được tạo ra và các đài radar hứa hẹn có thể gây bất ngờ như thế nào.
1. Các radar đầu tiên xuất hiện trên tàu khi nào?
Ý tưởng sử dụng radar trên máy bay xuất hiện vài năm sau khi các radar trên mặt đất đầu tiên xuất hiện. Ở nước ta, trạm mặt đất "Redut" đã trở thành nguyên mẫu của trạm radar đầu tiên.
Một trong những vấn đề chính là việc bố trí các thiết bị trên máy bay - bộ nhà ga với nguồn điện và dây cáp nặng khoảng 500 kg. Việc lắp đặt thiết bị như vậy trên máy bay chiến đấu một chỗ ngồi thời đó là không thực tế, vì vậy người ta quyết định đặt trạm trên một chiếc Pe-2 hai chỗ ngồi.
Trạm radar đường không nội địa đầu tiên được gọi là "Gneiss-2" được đưa vào trang bị vào năm 1942. Trong vòng hai năm, hơn 230 trạm Gneiss-2 đã được sản xuất. Và trong chiến thắng năm 1945 Fazotron-NIIR, hiện là một phần của KRET, bắt đầu sản xuất hàng loạt radar máy bay Gneiss-5. Phạm vi phát hiện mục tiêu đạt 7 km.
Ở nước ngoài, radar máy bay đầu tiên "AI Mark I" - của Anh - đã được đưa vào trang bị sớm hơn một chút, vào năm 1939. Do trọng lượng nặng, nó được lắp đặt trên tiêm kích đánh chặn hạng nặng Bristol Beaufighter. Năm 1940, một mô hình mới, AI Mark IV, được đưa vào sử dụng. Nó cung cấp khả năng phát hiện mục tiêu ở khoảng cách lên đến 5,5 km.
2. Trạm ra đa đường không gồm những gì?
Về mặt cấu tạo, radar bao gồm một số đơn vị có thể tháo rời nằm trong mũi máy bay: máy phát, hệ thống ăng-ten, máy thu, bộ xử lý dữ liệu, bộ xử lý tín hiệu lập trình, bảng điều khiển và điều khiển và hiển thị.
Ngày nay, hầu hết tất cả các radar đường không đều có hệ thống ăng-ten bao gồm dải ăng-ten rãnh phẳng, ăng-ten Cassegrain, dải ăng-ten phân kỳ thụ động hoặc chủ động.
Các radar trên không hiện đại hoạt động ở nhiều tần số khác nhau và cho phép phát hiện các mục tiêu trên không với EPR (Vùng tán xạ hiệu quả) một mét vuông ở khoảng cách hàng trăm km, đồng thời cung cấp khả năng theo dõi hàng chục mục tiêu trong hành trình.
Ngoài việc phát hiện mục tiêu, ngày nay các đài radar cung cấp hiệu chỉnh vô tuyến, chỉ định chuyến bay và chỉ định mục tiêu để sử dụng vũ khí dẫn đường trên không, thực hiện lập bản đồ bề mặt trái đất với độ phân giải lên đến một mét và cũng giải quyết các nhiệm vụ phụ trợ: địa hình, đo tốc độ, độ cao, góc trôi của chính nó, và những thứ khác. …
3. Radar trên không hoạt động như thế nào?
Ngày nay, máy bay chiến đấu hiện đại sử dụng radar Doppler xung. Bản thân cái tên đã mô tả nguyên lý hoạt động của một trạm radar như vậy.
Trạm radar không hoạt động liên tục mà có hiện tượng giật - xung định kỳ. Trong các bộ định vị ngày nay, việc truyền một xung chỉ kéo dài vài phần triệu giây và thời gian tạm dừng giữa các xung là vài phần trăm hoặc phần nghìn giây.
Khi gặp bất kỳ chướng ngại vật nào trên đường lan truyền của chúng, sóng vô tuyến phân tán theo mọi hướng và được phản xạ từ nó trở lại đài radar. Đồng thời, bộ phát radar sẽ tự động tắt và bộ thu sóng vô tuyến bắt đầu hoạt động.
Một trong những vấn đề chính của radar xung là loại bỏ tín hiệu phản xạ từ các vật thể đứng yên. Ví dụ, đối với radar trên không, vấn đề là phản xạ từ bề mặt trái đất che khuất tất cả các vật thể bên dưới máy bay. Sự giao thoa này được loại bỏ bằng cách sử dụng hiệu ứng Doppler, theo đó tần số của sóng phản xạ từ một đối tượng đến gần sẽ tăng lên và từ một đối tượng đi ra, nó giảm xuống.
4. Các dải X, K, Ka và Ku có ý nghĩa gì trong đặc điểm của radar?
Ngày nay, phạm vi bước sóng mà các radar trong không khí hoạt động là rất rộng. Trong các đặc tính của radar, phạm vi của trạm được biểu thị bằng các chữ cái Latinh, ví dụ, X, K, Ka hoặc Ku.
Ví dụ, radar Irbis với dải ăng ten phân kỳ thụ động được lắp trên tiêm kích Su-35 hoạt động ở băng tần X. Đồng thời, phạm vi phát hiện các mục tiêu trên không của Irbis đạt 400 km.
Băng tần X được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng radar. Nó mở rộng từ 8 đến 12 GHz của phổ điện từ, tức là, nó có bước sóng từ 3,75 đến 2,5 cm. Tại sao nó được đặt tên như vậy? Có một phiên bản mà trong Chiến tranh thế giới thứ hai, ban nhạc đã được phân loại và do đó nhận được tên X-band.
Tất cả các tên của dãy có chữ cái Latinh K trong tên đều có nguồn gốc ít bí ẩn hơn - từ từ tiếng Đức kurz ("ngắn"). Phạm vi này tương ứng với các bước sóng từ 1,67 đến 1,13 cm. Kết hợp với các từ tiếng Anh trên và dưới, các dải Ka và Ku có tên lần lượt là "phía trên" và "phía dưới" dải K.
Các radar băng tần Ka có khả năng đo tầm ngắn và độ phân giải cực cao. Các radar như vậy thường được sử dụng để kiểm soát không lưu tại các sân bay, nơi xác định khoảng cách tới máy bay bằng cách sử dụng các xung rất ngắn - độ dài vài nano giây.
Băng tần Ka thường được sử dụng trong các radar trực thăng. Như bạn đã biết, để bố trí trên máy bay trực thăng, ăng ten radar trên không phải nhỏ. Xem xét thực tế này, cũng như nhu cầu về độ phân giải chấp nhận được, dải bước sóng milimet được sử dụng. Ví dụ, máy bay trực thăng chiến đấu Ka-52 Alligator được trang bị hệ thống radar Arbalet hoạt động ở băng tần Ka 8 mm. Radar do KRET phát triển mang đến cho Alligator những cơ hội to lớn.
Như vậy, mỗi phạm vi có những ưu điểm riêng, và tùy thuộc vào điều kiện vị trí và nhiệm vụ mà radar hoạt động ở các dải tần khác nhau. Ví dụ, có được độ phân giải cao trong lĩnh vực quan sát phía trước sẽ nhận ra băng tần Ka và sự gia tăng phạm vi của radar trên bo mạch làm cho băng tần X.
5. CCHC là gì?
Rõ ràng, để nhận và truyền tín hiệu, bất kỳ radar nào cũng cần có ăng-ten. Để lắp nó vào máy bay, người ta đã phát minh ra hệ thống ăng ten phẳng đặc biệt, bộ thu và phát được đặt phía sau ăng ten. Để nhìn thấy các mục tiêu khác nhau bằng radar, cần phải di chuyển ăng ten. Vì ăng ten radar khá lớn nên nó di chuyển chậm. Đồng thời, việc tấn công đồng thời một số mục tiêu trở nên khó khăn, vì một radar với ăng ten thông thường chỉ giữ một mục tiêu trong "trường quan sát".
Các thiết bị điện tử hiện đại đã làm cho nó có thể từ bỏ việc quét cơ học như vậy trong một radar trên không. Nó được sắp xếp như sau: một ăng ten phẳng (hình chữ nhật hoặc hình tròn) được chia thành các ô. Mỗi ô như vậy chứa một thiết bị đặc biệt - một bộ dịch pha, có thể thay đổi pha của sóng điện từ đi vào ô theo một góc nhất định. Các tín hiệu đã xử lý từ các ô được gửi đến máy thu. Đây là cách bạn có thể mô tả hoạt động của một ăng-ten mảng theo giai đoạn (PAA).
Nói chính xác hơn, một mảng ăng-ten tương tự với nhiều phần tử dịch pha, nhưng có một bộ thu và một bộ phát, được gọi là ĐÈN TRỤ thụ động. Nhân tiện, máy bay chiến đấu đầu tiên trên thế giới được trang bị radar mảng pha thụ động là MiG-31 của Nga. Nó được trang bị một trạm radar "Zaslon" do Viện Nghiên cứu Chế tạo Dụng cụ phát triển. Tikhomirov.
6. AFAR để làm gì?
Anten mảng hoạt động theo giai đoạn (AFAR) là giai đoạn tiếp theo trong sự phát triển của thụ động. Trong một ăng-ten như vậy, mỗi ô của mảng chứa bộ thu phát riêng của nó. Số lượng của chúng có thể vượt quá một nghìn. Có nghĩa là, nếu bộ định vị truyền thống là một ăng-ten, bộ thu, bộ phát riêng biệt, thì trong AFAR, bộ thu với bộ phát và ăng-ten được "phân tán" thành các mô-đun, mỗi mô-đun chứa một khe cắm ăng-ten, bộ dịch pha, bộ phát và một máy thu.
Trước đây, ví dụ, nếu một máy phát không hoạt động, máy bay sẽ trở nên "mù". Nếu trong AFAR một hoặc hai ô, thậm chí cả chục ô bị ảnh hưởng, các ô còn lại vẫn tiếp tục hoạt động. Đây là ưu điểm chính của AFAR. Nhờ có hàng nghìn bộ thu và phát, độ tin cậy và độ nhạy của ăng-ten được tăng lên, đồng thời nó cũng có thể hoạt động ở nhiều tần số cùng một lúc.
Nhưng điều quan trọng chính là cấu trúc của AFAR cho phép radar giải quyết một số vấn đề song song. Ví dụ, không chỉ phục vụ hàng chục mục tiêu mà song song với việc khảo sát không gian, việc phòng thủ chống nhiễu, gây nhiễu radar của đối phương và bản đồ bề mặt, thu được bản đồ có độ phân giải cao rất hiệu quả.
Nhân tiện, trạm radar đường không đầu tiên ở Nga với AFAR đã được tạo ra tại xí nghiệp KRET, thuộc tập đoàn Fazotron-NIIR.
7. Trạm radar nào sẽ có trên máy bay chiến đấu PAK FA thế hệ thứ năm?
Trong số những phát triển đầy hứa hẹn của KRET là AFAR phù hợp, có thể lắp vào thân máy bay, cũng như cái gọi là vỏ khung máy bay "thông minh". Trong các máy bay chiến đấu thế hệ tiếp theo, bao gồm cả PAK FA, nó sẽ trở thành một thiết bị định vị thu phát duy nhất, cung cấp cho phi công thông tin đầy đủ về những gì đang xảy ra xung quanh máy bay.
Hệ thống radar PAK FA bao gồm AFAR băng tần X đầy hứa hẹn ở khoang mũi, hai radar nhìn bên và AFAR băng tần L dọc theo cánh.
Hôm nay KRET cũng đang nghiên cứu phát triển một radar quang tử vô tuyến cho PAK FA. Mối quan tâm dự định sẽ tạo ra một mô hình trạm radar quy mô đầy đủ của tương lai vào năm 2018.
Công nghệ quang tử sẽ giúp mở rộng khả năng của radar - giảm khối lượng hơn một nửa và tăng độ phân giải lên gấp 10 lần. Những radar như vậy với các mảng ăng-ten quang-quang vô tuyến có khả năng tạo ra một loại "hình ảnh tia X" của máy bay ở khoảng cách hơn 500 km và cung cấp cho chúng hình ảnh ba chiều chi tiết. Công nghệ này cho phép bạn nhìn vào bên trong một vật thể, tìm hiểu thiết bị mà nó mang theo, có bao nhiêu người trong đó và thậm chí có thể nhìn thấy khuôn mặt của họ.
