Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Радиолокационная станция (РЛС) — радиотехническая система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости и геометрических параметров. Использует метод радиолокации, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов. Иногда, обычно в переводной литературе, используется обозначение радар (англ. radar от radio detection and ranging — радиообнаружение и измерение дальности). Английский термин появился в 1941 году как звуковая аббревиатура (англ. radar), впоследствии перейдя в разряд самостоятельного слова[1][2][3].
Содержание
История
В 1887 году немецкий физик Генрих Герц начал эксперименты, в ходе которых он открыл существование электромагнитных волн, предсказанных теорией электромагнитного поля Джеймса Максвелла. Герц экспериментально показал возможность генерации и приёма электромагнитных радиоволн и обнаружил, что они по-разному поглощаются и отражаются различными материалами.
В 1897 году русский физик А. С. Попов во время опытов по радиосвязи между кораблями обнаружил явление отражения радиоволн от корпуса корабля. Радиопередатчик в опытах Попова был установлен на верхнем мостике транспорта «Европа», стоявшем на якоре, а радиоприёмник — на крейсере «Африка». В отчёте комиссии, назначенной для проведения этих опытов, А. С. Попов писал:
Влияние судовой обстановки сказывается в следующем: все металлические предметы (мачты, трубы, снасти) должны мешать действию приборов как на станции отправления, так и на станции получения, потому что, попадая на пути электромагнитной волны, они нарушают её правильность, отчасти подобно тому, как действует на обыкновенную волну, распространяющуюся по поверхности воды, брекватер, отчасти вследствие интерференции волн, в них возбуждённых, с волнами источника, то есть влияют неблагоприятно.
…Наблюдалось также влияние промежуточного судна. Так, во время опытов между «Европой» и «Африкой» попадал крейсер «Лейтенант Ильин», и если это случалось при больших расстояниях, то взаимодействие приборов прекращалось, пока суда не сходили с одной прямой линии.
В 1905 году Кристиану Хюльсмейеру[нем.] был выдан германский патент по заявке идеи радиолокатора от 30 апреля 1904 года[4].
В США открытие отражения радиоволн приписывают Тейлору[англ.] и Янгу[англ.] в 1922 году.
Знания одной лишь основной идеи было недостаточно для практического создания даже самого простого радиолокатора. Помимо основного принципа действия, инженерам пришлось изобрести множество необыкновенно важных и остроумных технических устройств и приборов: магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны, волноводы, усилительные и генераторные лампы сложной конструкции. При этом инженеры полагались лишь на собственные силы: многие технические задачи, с которыми пришлось столкнуться во время работы над РЛС, были секретными, что затрудняло обмен информацией между учёными разных стран. Радиотехника длинных волн, с которой исторически началось освоение радиодиапазонов, была неприменима на высоких частотах, потребных для целей радиолокации.
Одно из первых устройств, предназначенных для радиолокации воздушных объектов, продемонстрировал 26 февраля 1935 года шотландский физик Роберт Уотсон-Уотт, который примерно за год до этого получил первый патент на изобретение подобной системы.
Во второй половине 1930-х годов в Великобритании появились первые промышленные образцы РЛС. Они были громоздки, и их можно было располагать только на суше или на крупных кораблях. В 1937 году был испытан опытный образец компактной РЛС, пригодной для размещения на самолёте[5]. Первые авиационные бортовые локаторы предназначались либо для того, чтобы обнаружить вражеские самолёты и корабли при отсутствии оптической видимости, либо для обнаружения атаки с задней полусферы (например, радиолокатор «Моника»[англ.]). На этом борьба за экономию места, веса и энергии не кончилась, были созданы простые и миниатюрные радиовзрыватели, которые можно было помещать в головки зенитных снарядов. К началу Второй мировой войны в Великобритании была развёрнута система радиолокационных станций Чейн Хоум. История создания радиолокационных станций показана в британском документальном фильме «Секретная война: видеть на сто миль»[англ.].
В США первый контракт военных с промышленностью для создания РЛС был заключён в 1939 году[уточнить].
Начавшаяся Вторая мировая война потребовала от британских инженеров создание эффективных мер борьбы с налётами немецкой авиации, и летом 1940 года под руководством Генри Тизарда[англ.] был разработан многорезонаторный магнетрон, ставший основой новой эффективной бортовой радиолокационной системы сантиметрового диапазона, которой в начале 1941 года были оснащены американские и британские самолёты[6].
Австрийский архитектор Рудольф Компфнер изобрёл усилительную лампу бегущей волны, усиливающую сигнал в миллион раз в широком диапазоне СВЧ-частот. За разработку этого прибора Компфнеру присвоили звание доктора физики.
Для защиты своих городов от налётов бомбардировочной авиации в Германии были созданы зенитные батареи, управляемые радарами типа «Вюрцбург»[англ.] с частотой излучения 560 мегагерц. Ответственным за организацию противовоздушной обороны был генерал Каммхубер, создавший так называемую линию Каммхубера.
В ходе операции «Брюневаль», проведённой английскими коммандос в феврале 1942 на побережье Франции в провинции Приморская Сена (Верхняя Нормандия), тайна немецких радаров была раскрыта. Для постановки помех для немецких радаров союзники применили передатчики, излучающие помеху в некоторой полосе частот при средней частоте 560 мегагерц. Сначала такими передатчиками оснащали бомбардировщики.
Когда немецкие лётчики научились вести истребители на сигналы помех, словно на радиомаяки, вдоль южного побережья Англии расположили громадные американские передатчики «Туба» (Project Tuba), разработанные в радиолаборатории Гарвардского университета[англ.][7].
От их мощных сигналов радиооборудование истребителей немцев «слепло» в Европе, а бомбардировщики союзников, избавившись от преследователей, спокойно летели на свои аэродромы через Ла-Манш.
В СССР
В Советском Союзе поиски новых способов обнаружения самолётов развернулись в начале 1930-х, когда стало ясно, что с дальнейшим ростом скоростей авиации зенитные прожекторы и звукоулавливатели, из-за малой дальности действия, не смогут обеспечить заблаговременное предупреждение о налётах авиации, и воздушная разведка станет наиболее узким местом в системе ПВО. Разворачиванию исследований в области радиолокации предшествовали эксперименты по обнаружению самолёта по его тепловому излучению (1932-34 гг. ВЭИ) и радиоизлучению от системы зажигания двигателя (1930 г. М. А. Фёдоров, НИИИС КА), которые не дали удовлетворительного результата, дальность не превысила нескольких километров.
В июне 1933 г. вопросы финансирования и начала НИР по радиообнаружению (термин радиолокация появился позже) обсуждались К. Е. Ворошиловым и М. Н. Тухачевским.
В октябре 1933 года, по предложению ГАУ (представитель М. М. Лобанов), опыт по практической радиолокации самолёта согласился провести 26-летний руководитель группы дециметровых волн Центральной радиолаборатории Ю. К. Коровин. В качестве радиолокационной станции была приспособлена аппаратура радиосвязи дециметровых волн, созданная и испытанная группой Коровина летом 1933 года. Экспериментальный радиолокатор представлял собой две параболические антенны диаметром 2 метра и работал на волне 50 см (600 МГц), мощность передатчика, работающего в непрерывном режиме, составила всего 0,2 Вт, отражённый сигнал контролировался на слух при помощи сверхрегенеративного радиоприёмника. 3 января 1934 года на установке Коровина был успешно проведён первый в СССР эксперимент по обнаружению самолёта радиолокационным методом. Максимальная дальность при высоте полёта 150 м составила 600—700 м. В отчёте «Пеленгация самолётов на ДЦВ», направленном в ГАУ 14 февраля 1934 г., Коровин высказал уверенность в возможности увеличения дальности до 8-10 км при дальнейшем совершенствовании аппаратуры.
16 января 1934 г. в ЛФТИ у академика А. Ф. Иоффе прошло совещание по вопросу радиолокации с участием академиков А. А. Чернышева, С. И. Вавилова, профессоров Н. Н. Андреева, Н. Д. Папалекси, А. А. Лебедева, Д. А. Рожанского, В. П. Линника, сотрудников ЛФТИ, ЛЭФИ и представителей Управления ПВО. В этом же году маршал Тухачевский в письме правительству СССР написал: «Опыты по обнаружению самолётов с помощью электромагнитного луча подтвердили правильность положенного в основу принципа». Вскоре работы по радиолокации развернулись широким фронтом, заказчиками выступали Главное артиллерийское управление и Управление ПВО РККА. Всего выделяется пять основных научных направлений, по которым в предвоенный период было разработано более десятка экспериментальных РЛС разного типа и назначения, однако большинство из них, по разным причинам, не были доведены до серийного производства.[8]
Первым направлением стало продолжение работ Ю. К. Коровина по заказам ГАУ, которые проходили в г. Горький (Нижний Новгород) на базе ЦВИРЛ под шифром «Енот». В мае 1935 года установка достигла дальности обнаружения 3 км, последующее улучшение параметров породило трудности, связанные с подавлением микрофонного эффекта, отсутствием малошумящих ламп и др. В сентябре 1937 г. работы были прекращены в связи с тем, что параллельное направление в НИИ-9 оказалось более успешным.
Второе направление было организовано 11 января 1934 года в Ленинградском электрофизическом институте (ЛЭФИ) также по заказу ГАУ. Работой занималась лаборатория Б. К. Шембеля под общим руководством А. А. Чернышёва. Направление рассматривалось заказчиком как параллельное и конкурирующее с группой Коровина. Летом 1935 года экспериментальная установка с непрерывным излучением на волне 21-29 см показала дальность 5-6 км по самолёту У-2. Осенью 1935 года ЛЭФИ объединился с Радиоэкспериментальным институтом (М. И. Кугушев), а позднее и с НИИ телевидения и вошли в состав нового секретного НИИ-9, научным руководителем которого стал М. А. Бонч-Бруевич. В сентябре 1936 г. лабораторией Шембеля создан передвижной двухкоординатный радиоискатель «Буря»[9], способный обнаруживать самолёты на дальностях 10-11 км. В этом же месяце в институте прошла научно-техническая конференция по радиообнаружению под председательтвом А. В. Шулейкина и с участием ведущих учёных и инженеров радиолокаторщиков страны, которая позволила оценить результаты и скоординировать ход исследований. Параллельно НИИ-9 вёл обширные теоретические исследования по антенным системам и СВЧ радиотехнике, результаты которых были использованы уже в послевоенное время. В конце 1939 г. экспериментальные радиоискатели Б-2 («Мимас»), Б-3 и импульсный радиодальномер «Стрелец» НИИ-9 работали на дальностях до 20 км. Промышленный образец РЛС для зенитной артиллерии, выполненной на базе радиоискателя «Мимас» и дальномера «Стрелец» под шифром «Луна», был заказан Комитетом обороны в июне 1940 года, однако заказ не был выполнен, так как во время эвакуации лаборатории ленинградского НИИ-9 оказались разбросаны по разным городам СССР, а испытательная база Островки на берегу Невы уничтожена и институт прекратил существование.
Третье направление возникло 19 февраля 1934 года, когда Управление ПВО РККА заключило договор с ЛЭФИ на разработку станции воздушной разведки. В результате этого к сентябрю 1934 г. лабораторией Шембеля была создана и испытана экспериментальная РЛС «Рапид», работающая на частоте 63 МГц «на просвет» с непрерывным излучением с длиной контролируемого участка до 50 км. Первая опытная установка «Рапид» была опробована П. Ощепковым в том же году[10]: передатчик был установлен в Москве на крыше дома № 14 по Красноказарменной улице, приёмник — в районе посёлка Новогиреево; присутствовали М. Н. Тухачевский, Н. Н. Нагорный, М. В. Шулейкин. В октябре УПВО неожиданно расторгает договор и по приказу М. Н. Тухачевского создаёт своё ведомственное КБ УПВО под руководством П. К. Ощепкова, которое начинает разработку радиолокационного комплекса «Электровизор», состоящего из системы «Вега» и двух систем «Конус» (ближняя и дальняя). В начале 1935 г. Ощепков решает дополнить «Электровизор» импульсной системой «Модель-2». Разработка такого масштаба оказалась не под силу молодому КБ и к лету 1936 года, когда была запланирована постановка на вооружение, ни одна из систем комплекса не смогла показать на испытаниях значимых результатов из-за многочисленных недоработок. Через год Ощепков был репрессирован по делу Тухачевского, а КБ УПВО преобразовано в научный сектор НИИИС КА, в котором на основе установки «Рапид» была создана РЛС «Ревень», принятая на вооружение в сентябре 1939 года под названием РУС-1.
Четвертое направление возникло в ЛФТИ в сентябре 1934 года, когда лаборатория Д. А. Рожанского (с сентября 1936 г. Ю. Б. Кобзарев) начала исследования радиолокации по заказам УПВО РККА. В марте 1935 года ЛФТИ подключился к разработке импульсного радиолокатора для системы «Модель-2» КБ УПВО, а затем продолжил эту тему с НИИИС КА. В апреле 1937 г. на экспериментальной установке получена дальность 5 км, в августе 1938 г. — 50 км. На базе этого через год силами института и НИИИС КА была изготовлена и испытана опытная подвижная установка «Редут» на автомобильной базе, показавшая максимальную дальность по самолётам до 95 км, это был блестящий показатель для своего времени. С апреля 1939 года, решением Комитета обороны, к изготовлению опытных образцов подключился НИИ радиопромышленности (НИИ-20 Остехбюро), зимой 1939-40 гг. «Редут» испытан в реальных боевых действиях во время Советско-финского конфликта. 26 июля 1940 года станция, под названием РУС-2, принята на вооружение войск ПВО, однако в процессе производства НИИ-20 (инж. Д. С. Михалевич) предложил значительно усовершенствовать станцию, превратив её из двухантенной в одноантенную. Новый проект получил название «Редут-41», а затем «Пегматит», две опытные станции нового типа были изготовлены в мае 1941 г. и приняты на вооружение под названием РУС-2с. В 1940 г. на базе «Редута» НИИ-20 начал разрабатывать бортовую авиационную импульсную РЛС «Гнейс» (А. Б. Слепушкин, А. А. Фин, В. В. Тихомиров), которая впервые была применена на самолётах Пе-2 в битвах под Москвой и Сталинградом.
Пятое направление возникло в Украинском физико-техническом институте (УФТИ) в Харькове, где с 1932 года работал отдел электромагнитных колебаний под руководством А. А. Слуцкина, в инициативном порядке проводивший исследования и разработки магнетронов[11]. В марте 1937 года УФТИ получил заказ от Управления связи РККА на создание импульсной станции орудийной наводки на волну 60-65 см. В середине 1938 года опытная установка «Зенит» показала дальность 3 км, её усовершенствованный вариант, на испытаниях в сентябре 1940 года, достиг дальности 30 км. Это была первая советская РЛС, способная определять три координаты цели, однако большая мёртвая зона (6 км) и длительное определение координат (десятки секунд) не подходили для зенитной артиллерии, станция была отправлена на доработку. В 1941 г. УФТИ начал создание новой РЛС под шифром «Рубин» но работы были прерваны войной и продолжились уже в эвакуации совместно с НИИИС КА.[12].
В начале войны СССР имел 45 РЛС РУС-1, выпуск которых уже прекратился как устаревших, около 10 РЛС РУС-2 и два комплекта новых одноантенных РЛС «Пегматит» (РУС-2с), проходивших испытания. Дополнительно в первые месяцы войны разными НИИ было введено в действие несколько экспериментальных РЛС, наиболее мощные работали под Ленинградом в районе Токсово (ЛФТИ) и под Москвой, в районе Можайска, где силами НИИ-20 была смонтирована РЛС «Порфир» (умощненный вариант РУС-2 с дальностью более 200 км), благодаря которой удалось отразить первый массированный авианалёт на Москву.
Во время войны была тщательно изучена радиолокационная техника, поступившая в СССР по Ленд-лизу из Англии, США и Канады, а позднее, в конце войны, и радиолокационная техника Германии. С 1942 года, уже в эвакуации, возобновились выпуск и разработка новых советских РЛС. К концу войны было выпущено около 500 комплектов станций РУС-2 (большинство контейнерно-разборных, типа «Пегматит»), 124 комплекта станций орудийной наводки СОН-2от, более 250 бортовых РЛС «Гнейс» разных модификаций и др.[15]
4 июля 1943 года в соответствии с Постановлением ГКО от № 3686сс «О радиолокации» был сформирован Совет по радиолокации при ГКО[16]. Его инициаторами стали военный инженер М. М. Лобанов и учёный А. И. Берг. Совет сыграл большую роль в развитии советской радиолокации, способствуя более разумной координации и планированию работ. Также он инициировал сбор и распространение отечественной и зарубежной научной информации.
В период «холодной войны»
В 1946 году американские специалисты Реймонд и Хачертон написали: «Советские учёные успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретён в Англии»[17].
Большое внимание в системе ПВО уделяется решению проблемы своевременного обнаружения низколетящих воздушных целей[англ.].
После убийства президента США Дж. Ф. Кеннеди 22 ноября 1963 года активизировались научно-исследовательские работы по созданию технических средств обнаружения снайперов. В 1965 году в США начали разработку специализированного радара для спецслужб и полицейских структур, исполнение этого контракта было поручено «Cornell Aeronautical Laboratory» в штате Нью-Йорк. В дальнейшем в проект были внесены уточнения — было высказано пожелание, чтобы получившееся устройство было достаточно компактным для монтажа на одной автомашине. В 1969 году был представлен экспериментальный образец, способный обнаружить одиночный выстрел пулей из винтовки под патрон 7,62 51 мм НАТО или выстрел ружейной пулей из гладкоствольного ружья 20-го калибра на расстоянии до с точностью до 45 градусов; работы были продолжены с целью создания прибора с улучшенными характеристиками[18].
Классификация
По сфере применения различают:
- военные РЛС;
- гражданские РЛС.
По назначению:
По характеру носителя:
- береговые РЛС;
- морские РЛС;
- бортовые РЛС;
- мобильные РЛС.
По характеру принимаемого сигнала:
- первичные, или РЛС с пассивным ответом[19];
- вторичные, или РЛС с активным ответом[19];
- совмещённые.
По методу действия:
По диапазону волн:
- метровые;
- дециметровые;
- сантиметровые;
- миллиметровые.
Первичный радиолокатор
|
|