dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

В прошлой заметке обсуждаются “малозаметные” радары. Занятно, что в типичной ситуации, когда с одной стороны “играет” радар, и его задача обнаружить цели, но не быть обнаруженным, а с другой стороны – “играет” детектор-приёмник, и его задача обнаружить радар, у детектора есть целых два серьёзных преимущества.

Во-первых, сторона с радаром не знает, где именно находится приёмник, но, по правилам игры, должна сканировать большой сектор пространства. Поэтому рано или поздно “подсветит” лучом приёмник. Во-вторых, приёмник-детектор заведомо получает гораздо большую энергию от передатчика радара, чем приёмник самого радара. Думаю, понятно почему: радар принимает отражённый сигнал, который, даже в самом лучшем случае, угасает пропорционально квадрату расстояния на пути обратно от цели; а приёмник-детектор слушает “прямой” сигнал. Кстати, как известно, именно поэтому хороший детектор может использовать информацию не только из радиосигнала основного лепестка диаграммы направленности антенны, но и из боковых лепестков, а равно и отражённые окружающими объектами сигналы радара – даже в последнем случае положение приёмника может в энергетическом смысле оказаться не хуже, чем у скрывающегося радара.

В общем, приёмнику играть несколько проще. Хотя, да, у радара есть то преимущество, что ему заведомо известны характеристики собственных сигналов, но это уже несколько другая история.

А вот в случае со скрытной радиосвязью между самолётами – ситуация иная: никаких заведомых преимуществ у перехватывающего сеанс связи приёмника нет. Скорее наоборот, все преимущества у тех, кто обменивается радиосообщениями. Они знают и время передачи, и параметры сигналов, могут согласованно использовать узконаправленные антенны.

Сейчас принято связывать с малозаметными истребителями “малозаметные” радары (LPI – англоязычная аббревиатура). Эти радары используют разные методы, снижающие вероятность обнаружения факта их работы детекторами. Да, понятно, что для малозаметного самолёта простой радар не подходит: “громкие” зондирующие импульсы испортят всю малую заметность. Но ведь сама проблема шире и едва ли не старше, чем “Стелс”. Скрытность работы важна не только для бортовых РЛС истребителей.

Например, существуют особые загоризонтные РЛС, предназначенные для решения разных задач, среди которых есть и наблюдение за воздушными, морскими целями, или, скажем, за стартом и полётом межконтинентальных ракет. Загоризонтные РЛС на то и загоризонтные, что будучи расположенными на земле – просматривают пространство далеко за горизонтом, расстояния измеряются сотнями и тысячами километров. То есть, такие РЛС, возможно, зондируют чужую территорию. При этом решение задачи мониторинга подразумевает, что станции работают непрерывно. Естественно, если работа такой РЛС в эфире обнаруживается другой стороной во всех деталях самыми простыми техническими мерами, то тут же возникает идея с постановкой помехи, тем более, что радар работает на большие расстояния. А помеха, понятно, может лишить сам радар практического смысла. Поэтому и тут разумной практикой оказывается использование специальных сигналов, снижающих вероятность обнаружения работы станции и, – что не менее важно, – затрудняющих раскрытие структуры сигналов и алгоритмов их формирования. Та же ситуация снижения заметности работы РЛС, но при этом никаких истребителей. Понятно, что практически любой радар станет более полезным, если его работу в эфире сделают “малозаметной”, но не для всех сценариев применения РЛС затраты на снижение заметности оказываются оправданы. Загоризонтная разведка – сценарий как раз подходящий.

Кстати, в продолжение темы о световых оптических системах, сканирующих небосвод вместо РЛС: СМИ распространяют видеоролик с печально известным “Фобос-Грунтом”, пролёт которого зафиксировал астроном-любитель (Thierry Legault). Ролик можно посмотреть на сайте BBC. Форма аппарата различима хорошо, хотя, конечно, говорить о точном автоматическом распознавании на основе таких данных – рановато. Но ведь и космический аппарат находится на совсем иной высоте, если сравнивать с беспилотником. В общем, ещё одно хорошее подтверждение тому, что малозаметные для РЛС беспилотники (вообще малозаметные летательные аппараты) можно эффективно обнаруживать при помощи массива специальных телескопов. Если погода позволяет, да.

Предположим, что наземная РЛС не в состоянии обнаружить малозаметный беспилотник, барражирующий над прикрываемым объектом. Что делать? Можно использовать телескоп и наблюдать за небом в оптическом диапазоне. Правда, у телескопа с большим увеличением обычно малое поле зрения.

То есть, для того, чтобы просматривать большую часть неба, нужно либо использовать несколько телескопов, либо очень быстро вращать одним телескопом, либо применить какой-то комплексное решение. Кстати, не обязательно вертеть весь телескоп, сканируя пространство, можно ограничиться подвижными зеркалами и линзами, входящими в оптическую систему. Тогда сканирование будет быстрым. Приплюсуйте сюда компьютерную обработку изображений, анализ движения – и вот получается пассивный сенсор, способный даже выдавать точное целеуказание.

Впрочем, хорошо видны и основные проблемы: облачность и ночь. Речь о наблюдении с земли, поэтому и первое, и второе – радикально снижают возможности светового телескопа. И если в ясную ночь можно что-то придумать в плане обнаружения звёзд, закрытых пролетающим ЛА, то в случае с облаками – эффективного решения просто нет. Что, кстати, является дополнительным фактором, оправдывающим использование технологий “Стелс” именно для снижения РЛ-заметности.

Вспомним про штатовский беспилотник RQ-170, который оказался захвачен в Иране. Что касается автоматики и помех GPS. (Как пишут, именно постановка активной помехи сигналу GPS позволила “приземлить” сей секретный летательный аппарат.) Понятно, если связь ЛА с центром управления потеряна (заглушили), то аппарат переходит исключительно на автопилот. Кстати, сейчас даже готовые “коробочные” автопилоты (с поддержкой GPS, да), доступные энтузиастам-любителям, умеют осуществлять полёт по маршруту, заранее записанному в память бортового компьютера. То есть, не обязательно аппарату “ложиться в циркуляцию” и ждать восстановления связи. Пусть он летит себе на базу автономно.

Но самый интерес в другом: очевидно, что на борту есть инерциальная навигационная система. Если предположить, что действительно получилось военному GPS поставить активную помеху, уводящую координаты в нужном направлении, то ключевую роль будет играть то, каким образом несколько источников навигационной информации увязываются между собой бортовым компьютером ЛА. Если есть только инерциальная система и GPS, то при возникновении существенного расхождения между ними приоритет разумно отдать всяким гироскопам, поскольку они привязаны к более надёжным физическим основам. С другой стороны, условные гироскопы тоже могут поломаться (маловероятно, между прочим). Предположим, сигнал GPS постоянно используется для коррекции данных инерциальной системы. Тогда, если активная помеха построена таким образом, что действует в рамках типичного, допустимого, отклонения инерциального автопилота, возникает ситуация, позволяющая плавно увести аппарат куда требуется. При этом критического расхождения данных обнаружено не будет. Если действовать подобным образом, то уводящие “дельты” координат нужно вводить, так сказать, по одной из осей. Так проще не выскочить за пределы допустимой, с точки зрения ПО беспилотника, погрешности.

Впрочем, на борту аппарата может оказаться подробная карта местности, над которой он пролетает, и точный высотомер. Тогда к наведённым ложным сбоям инерциальной системы добавляется расхождение траектории с картой высот. Однако если ЛА пролетает над пустыней, то с изменением высот возникают понятные трудности. Да и вообще, не факт, что разработчики учитывают эти самые высоты подобным образом.

Может показаться, что для построения точной активной помехи нужна подробнейшая информация об устройстве данного конкретного беспилотника. В реальности же маловероятно, что разработчики ПО для секретного аппарата используют какую-то столь же секретную математику – алгоритмы систем автоматического управления похожи друг на друга, основа там общая, и наверняка использовали имеющиеся наработки. Если атакующая сторона с помехой несколько раз потренировалась, то у неё есть нужные калибровочные коэффициенты, полученные опытным путём. В общем, теоретически всё выглядит гладко.

Но относительно практики возникают, конечно, определённые сомнения. Может, там есть какая-то двойная игра и RQ-170 специально сдали? Посмотрим.

Raytheon пишет в пресс-релизе, что недавно успешно испытали в полёте группу ЛА, включавшую в себя несколько летающих ложных целей MALD-J. Планируют запускать производство, очевидно. Это интересно в свете тенденции к активному использованию маскирующих беспилотников. Скажем, эти самые имитаторы MALD-J – это активные системы, оснащённые средствами РЭБ, а не просто крылатые ракеты, обвешанные уголковыми отражателями. Стартуют они с борта самолёта-носителя (см. фото), могут сопровождать его. И, как пишут, программируются на имитацию разных самолётов, состоящих на вооружении ВВС США.

В ближайшем будущем, группа подобных ложных целей – хорошо оснащённых беспилотников, сопровождающих несколько малозаметных “настоящих” самолётов, может сильно запутать ПВО. Понятно, что, например, наводиться по источнику помех тут смысла нет – ложная цель-источник летит отдельно от прикрываемого самолёта. Да, могут помочь длинноволновые РЛС. В простом случае, из-за особенностей рассеяния, можно будет отличить летательный аппарат с большим размахом крыла от мелкой ракеты, имитирующей цель. Но даже если получилось различить цели (что, в случае с малозаметными самолётами – не факт), то всё равно остаётся большая проблема: как обстреливать эту цель? Для наведения ракеты длинноволновая станция не подходит, потому что у неё недостаточная точность. Радиолокационная головка наведения ракеты, прибывшей к такой группе, скорее всего ослепнет из-за тучи накрывших её с разных сторон активных помех. Что получается? Получается, что необходимы мощные пассивные оптические схемы, и на борту истребителей, и в системах наведения ракет, и ИК/УФ, и видимого диапазона, работающие совместно.

Конечно, оптику может испортить лазерное излучение. Но тут нужно ещё ухитриться попасть по сенсорам. При этом от простых слепящих лазеров помогут оптические фильтры. Сверхмощные же лазеры, со сложной системой фокусировки, которые портят любое стекло – это уже вообще другой уровень для воздушных помехопостановщиков.

Кстати, не стоит забывать, что даже вполне современные комплексы наземной ПВО могут одновременно обслуживать весьма ограниченное число целей. При этом каждая новая цель, которую планируется обстреливать, это заметная дополнительная проблема для операторов. Так что стая добротно сделанных имитаторов может быть эффективным средством создания перегрузки у малочисленной ПВО.

Кстати, при использовании рельефа дна для навигации под водой, самое важное – это не оказаться над большим участком ровного дна. Потому что в таком случае ориентироваться крайне сложно: рельефа нет (точнее, он слишком “ровный”), а отличить по ранее собранной информации “о складках местности” одну равнину от другой, а тем более разные районы одной равнины, невозможно. Но это вовсе не отменяет полезности информации о ровном дне для хорошей подводной навигационной системы. По крайней мере, такая система будет знать, в каких районах аппарат точно не находится в данный момент, потому что в тех районах рельеф есть. (И это всё работает на практике, кроме шуток.)

Между прочим, в целом пассивный сенсор сложнее использовать в сложной системе наведения, чем активный. Потому что если вы сами излучаете зондирующий сигнал (например, в случае с электромагнитными волнами), то, по крайней мере, знаете все параметры этого сигнала. Это облегчает анализ принятого отражённого излучения. Более того, можно изменять параметры зондирующего сигнала для того чтобы измерить какие-то неоднозначности в наблюдаемой “отражённой” картине и удалить их. Это часто используется в РЛС.

А если у вас только пассивный сенсор, то в таком случае больше неопределённости. Конечно, световое оптическое наблюдение, например, может использовать тот факт, что параметры солнечного света известны. Куча интересных результатов возникает в том случае, если используются два синхронных сенсора – один принимает солнечный свет, второй наблюдает объект; при построении изображения используется приведённая по времени информация от обоих сенсоров (датчиков). Но на практике довольно сложно получить подробную модель освещения объекта, потому что нужно учитывать множество факторов, локализованных где-то там рядом с этим объектом. В случае с ИК-наблюдением или пассивным радионаблюдением – тоже проблемы. Правда, часть из них можно попытаться решить, если вписать в систему наблюдения некоторые эффекты с заведомо известными характеристиками. Главный из них – движение сенсора.

Понятно, что информация о движении сенсора известна: ну, раз мы сами им двигаем, то траекторию можно измерить с нужной точностью. Более того, можно задать ту траекторию, которая нужна. При движении сенсора, картинка будет меняться, анализ изменений позволяет улучшить результаты наблюдения. Самый простой пример – определение расстояния до объекта с помощью одного сенсора: передвинули и измерили параллакс.

Но вот активные системы себя выдают. Это недостаток.

Вот у нового китайского прототипа истребителя имеются дестабилизаторы (ну или переднее горизонтальное оперение). Они, в принципе, важны для достижения популярной “сверхманевренности” (хотя, зачем китайцы тут на самом деле применяют схему “утка” – вообще не понятно, наверное, запутывают наблюдателей). Между прочим, сверхманевренность придумали не из соображений “уходя от ракет”, а для решения другой задачи: для того, чтобы истребитель мог атаковать цели, маневрирующие на небольшом от него расстоянии с большой перегрузкой.

То есть, истребитель получает возможность отклонять свою продольную ось на заметные углы от траектории “по потоку” (в каких-то конфигурациях, грубо говоря, – от направления вектора скорости), сохраняя при этом управляемость и устойчивый полёт. Такой истребитель может лететь как бы боком, или с большим углом атаки и так далее, а траектория при этом не ломается, самолёт не выходит из-под контроля.

Предположим, что истребитель может атаковать лишь цели, которые находятся в некотором конусе, построенном на продольной оси самолёта. Это реальная ситуация – вспомните про углы обзора РЛС, возможности по старту ракет и так далее. Понятно, что появившаяся возможность быстро “повертеть носом” позволяет наводить оружие в более широких ракурсах, при этом не возникает дополнительных перегрузок – потому что траектория не изменяется, а конус наведения вертится. Расширение углов наведения помогает угнаться за маневрирующей целью. Думаю, понятно каким образом: вышла цель из зоны обзора – довернули нос, в котором установлена старая медленная РЛС. Соответственно, чтобы убежать, цели приходится маневрировать с ещё большей перегрузкой, что не всегда доступно.

(А если интерпретировать данную ситуацию в другую сторону, то как раз и получится, что истребитель получил возможность атаковать цели, маневрирующие с большей перегрузкой. При этом сохранение выгодной траектории даёт ещё одно очень важное преимущество: можно сохранять максимальную энергию, которая пригодится для выхода из атаки – но это уже несколько другая история.)

Вот, кстати, ещё известный хрестоматийный пример – обстрел неподвижной наземной цели, тут увеличивается максимальное время прицеливания, потому что можно идти “немного боком”.

Заметьте, что резкое изменение траектории, когда для того, чтобы удержать цель “в конусе”, нужно менять вектор скорости, связано с большой перегрузкой, а на борту истребителя – живой человек, который большие перегрузки не выдерживает. А вот от нормальных ракет, вращение самолёта вокруг “центра масс”, который продолжает движение по траектории с минимальной перегрузкой – не помогает.

Теперь вспомним, что в системе управления вооружением истребителя может использоваться современная РЛС, у которой углы обзора несколько больше, да и время реакции – сильно меньше. В таком случае сверхманеверенность, конечно, тоже помогает, потому что всё равно возможности расширяет, но решающего значения уже не имеет. Особенно если истребитель оснастить сферической системой наведения, работающей в бою на малых дистанциях. А именно к этому и стремятся конструктора, проектируя новейшие решения.