L-диапазонындағы AESA 3D әуе іздеу радары

Кіріспе

AN/FPS 117 – бұл L-диапазонындағы белсенді электронды сканерленген массивті (AESA) 3 өлшемді әуе іздеу радары, алғаш рет 1980 жылы GE Aerospace компаниясымен шығарылған, қазір Lockheed Martin компаниясының бөлігі. Жүйе құралдармен анықтау мүмкіндігін ұсынады және кедергілер мен шуды жою жүйелерінің кең спектрін қамтиды. Жүйе бастапқыда DEW желісінің ескі радиолокациялық жүйелерін, алыстан басқаруға болатын және DEW-ді ауыстыру аясында американдық-канадтық Солтүстік ескерту жүйесінің (NWS) бөлігі ретінде техникалық қызмет көрсетуді азайтуға мүмкіндік беретін жобалармен алмастыру мақсатындағы "Иглу/Мұз іздеу" жобасының аясында әзірленді. NWS-тің іске қосылуы бұрынғы жүйелермен салыстырғанда пайдалану және техникалық қызмет көрсету шығындарын 50%-ға дейін төмендетті. GE негізгі конструкцияға бірнеше өзгерістер енгізді, оны әртүрлі мақсаттарға сәйкес ету үшін жақсартты. АҚШ Теңіз корпусының қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін GE тасымалданатын AN/TPS 59-ды әзірледі, ал кейін дизайн элементтерін біріктіріп, тіпті мобильдірек AN/TPS 77-ді жасады, ол кейбір жағдайларда тек бір қозғалтқышты қажет етеді. Siemens компаниясының Германия қызметі үшін модификацияланған FPS 117 радарлары RRP 117 деп аталады, ал Ұлыбритания Корольдік әуе күштеріндегі TPS 77 радарлары AMES Type 92 деп танылады. Lockheed Martin компаниясы TPS 77 MRR деп аталатын одан да кішкентай нұсқасын ұсынды.

РЛС жүйелерін жіктеу

Бірлескен электрондық типті белгілеу жүйесі (JETDS) бойынша, АҚШ әскери радарлары мен іздеу жүйелерінің барлығына бірегей әріптік-сандық таңба беріледі. "AN" (Армия және Әскери-теңіз күштері) әріптері үш әріпті кодтың басына қойылады. Үш әріпті кодтың бірінші әрпі электрондық құрылғы орналасқан платформаның түрін көрсетеді, мұнда A = Ұшақ, F = Құрылғылы (құрлықта орналасқан), S = Кемеге орнатылған және T = Жерде тасымалданатын. Екінші әріп жабдықтың түрін көрсетеді, мұнда P = Радар (импульсті), Q = Сонар және R = Радио. Үшінші әріп құрылғының функциясын немесе мақсатын көрсетеді, мұнда G = Атуды басқару, R = Қабылдағыш, S = Іздеу және T = Жібергіш. Осылайша, AN/FPS 117 – Армия және Әскери-теңіз күштерінің "Құрылғылы, радарлық, іздеу" электрондық құрылғысының 117-ші нұсқасын білдіреді.

Массивтік антенналарды әзірлеу

1950 жылдары радар жүйелері үшін басты мәселе – кең жолақты жылдам реттеуге қабілетті микротолқынды тубды құрайтын карцинотронның енгізілуі болды. Жылдам сканерлеу кезінде ол бүкіл жолақты тұрақты сәулелендіруші ретінде көрініп, күшті кедергі тудырды. Мұндай кедергіні жеңу үшін сол кездегі радарлар өте қуатты болды; Корольдік әуе күштерінің AMES 85-ші түрі кедергі сигналын басып тастау үшін кем дегенде 8 МВт импульстар жіберді. Мұндай қуатты жүйелердің бірнеше практикалық кемшіліктері бар: мұндай жүйені салқындату оңай шаруа емес, ал таратушы түтіктердің үлкен физикалық өлшемдері оның тіпті жартылай жылдамды болуына да мүмкіндік бермейді. 1950 жылдары көптеген конструкторлар массивтік антеннаның түрлерін белсенді түрде зерттеді. Бұл жүйелерде көптеген кішкентай антенналар бірлесіп жұмыс істеп, бір шығыс сәулесін құрайды. Фазалық ауыстырғыштар деп аталатын құрылғыларды пайдаланып, шағын кешігулер енгізу арқылы сәуленің шығысын электрондық түрде басқаруға болады. Бұл механикалық қозғалыссыз жылдам сканерлеу мүмкіндігін ұсынады, бұл жүйелерді жылдамды түрде жасауды әлдеқайда жеңілдетеді. Алғашқы Marconi Martello алты негізгі қозғалтқышты пайдалана отырып, 85-ші типтегідей анықтау мүмкіндігін ұсынатын "көшіруге болатын" конструкцияны ұсынды. Көптеген алғашқы фазалық массив жүйелері бір таратушы түтікшені пайдаланды, бірақ әр антенна элементінің өз таратушысы бар тәжірибелер жүргізіліп жатты. Бұл "белсенді массив" жүйелерінде әр түрлі бағыттағы бірнеше сәулелерді құру үшін жеке таратушыларды пайдалануға болады, мысалы, кейбір сәулелер нысаналарды үнемі қадағалап отыруға, ал қалғандары аспанды сканерлеуді жалғастыруға мүмкіндік береді. Дегенмен, мұндай жүйелер қатты күйдегі таратушы модульдер енгізілгенге дейін өте қымбат болды. Қатты күйдегі жүйелер антенна массивінің бағасын төмендеткенмен, тіпті жиынтығында да бірдей қуаттылықты қамтамасыз етпеді. Бұрынғы конструкцияларда радарлар әдетте өте қуатты, бірақ өте қысқа импульсті сигналдар жіберді. Сигналдардың ұзақтығы қашықтықтың дұрыс айқындалуын қамтамасыз ету үшін қысқа болды. Қатты күйдегі жүйелер осы қуат деңгейлеріне жете алмайтындықтан, жалпы энергиясы нысанадан шағылысқан энергияға ұқсас болу үшін ұзақ импульстарды пайдалану қажет болды. Қашықтықты қалпына келтіру үшін салыстырмалы түрде жаңа импульстік сығу әдісі кеңінен қолданыла бастады. 1970 жылдардың соңында осы технологиялардың барлығы жетіліп, толыққанды белсенді радарлардың қолжетімді бағада пайда болу мүмкіндігі бірінші рет туды.

A key problem for radar systems of the 1950s was the introduction of the carcinotron, a microwave producing tube that could be rapidly tuned across a wide bandwidth. Scanning rapidly, it appeared to be a constant radiator across an entire band, creating a powerful form of barrage jamming. To overcome this form of jamming, radars of the era were extremely powerful; the AMES Type 85 of the Royal Air Force sent out pulses of at least 8 MW in an effort to overcome the jammer's signal. Systems of such power have a number of practical downsides; cooling such a system is not a small endeavour, and the physical size of the transmitter tubes precludes it from being even partially mobile. During the 1950s, variations on the array antenna were being actively explored by many designers. In these systems, a large number of small antennas work together to produce a single output beam. By introducing small delays, using devices known as phase shifters, the output of the beam could be steered electronically. This offered the possibility of rapid scanning without mechanical movement, which made the systems much easier to produce in a mobile form. The original Marconi Martello offered the same detection capability as the Type 85 from a "transportable" design using six prime movers. Most early phased array systems used a single transmitter tube, but experiments where every antenna elements had their own transmitter, were underway. In these "active array" systems, one could use the individual transmitters to produce multiple beams pointing in different directions, which would allow, for instance, some beams to continually track targets while others continued to scan the sky. However, such systems were extremely expensive until the introduction of solid state transmitter modules. While solid state systems reduced the price of an antenna array, they did not offer nearly the same power output, even in aggregate. In previous designs, radars typically sent out extremely powerful but very short pulses of signal. The signals were short in time in order to provide reasonable range resolution. Given that the solid state systems could not reach these power levels, longer pulses would have to be used so the total energy reflected from the target was similar. To regain range resolution, the relatively new technique of pulse compression was widely introduced. By the late 1970s all of these technologies were maturing, and the possibility of fully active radars at reasonable price points emerged for the first time.

Иглу іздеу

1950 жылдары Канада мен Алясканың солтүстік бөлігінде орналасқан DEW желісі жүйесі 1950 жылдарғы AN/FPS 19 радарларын пайдалана отырып салынған. Бұл жүйелерде екі 500 кВт қуаттылықтағы магнитрон, үнемі айналып тұратын үлкен параболалық антенналар және оларды басқару үшін электрондық лампалармен толтырылған бөлмелер қолданылды. Бұл жүйелерге жергілікті персонал тұрақты күтім-шаруа жасауды қажет етті және оларды пайдалану өте қымбатқа түсті. 1977 жылы Рим әуе даму орталығы (RADC) FPS 19 радарларын ауыстыру мақсатында, аз қуатты қажет ететін және ұзақ уақыт бойы техникалық қызмет көрсетусіз жұмыс істейтін, "Иглуды іздеу" жобасын бастады. 1980 жылы General Electric компаниясы GE 592 дизайнымен бәйгеде жеңіске жетті, ал түпкілікті дизайн RADC 1983 жылғы 30 қыркүйекте қабылданып, сол жылы қабылдау сынақтарынан өтті. "Иглуды іздеу" жобасы ресми түрде Аляска аймағындағы радарлармен ғана айналысты, ал "Seek Frost" жобасы DEW желісінің қалған бөлігін қамтыды. Дегенмен, бұл термин бүкіл даму жобасын сипаттау үшін кеңінен қолданылады. "Seek Frost" жобасына Аляска аймағында қажет болмаған, қысқа қашықтықтағы AN/FPS 124 радарларын да қосты, олар желідегі үзілістерді толтыру үшін пайдаланылды.

Солтүстік ескерту жүйесі және басқалары

NORAD командалары арасында DEW желісі туралы әңгімелер біраз уақыттан бері жүріп келді, ал Канада Корольдік әуе күштері жаңа радарларға көшу жоспарларынан хабардар болды. 1984 жылы өткен 24 сағаттық Shamrock саммитінде Канада премьер-министрі Брайан Малруни мен АҚШ президенті Рональд Рейган DEW-ді алмастыру үшін Солтүстік ескерту жүйесін құру туралы келісімге қол қойды. Солтүстік ескерту жүйесін енгізу нәтижесінде, DEW-мен салыстырғанда, пайдалану және техникалық қызмет көрсету (ОҚҚ) шығындары 50%-ға дейін азайды. Одан кейін Әскери-әуе күштері Берлин Темпельхоф әуежайындағы ескі AN/FPS 67 радарының орнына тағы бір FPS 117 сатып алды. Осы кезеңде Ұлыбритания Корольдік әуе күштері өздерінің Linesman/Mediator радар желісінің осалдығына алаңдады. Сутекті бомба дәуірінде жасалған бұл жүйе ешқандай нығайту шараларын көрмеді, себебі көп мегатонналық шабуылдарға қарсы олардың тиімді болмайтынына сенді. Стратегиялық теңгерім өзгергенде және конвенциялық шабуылдар ықтимал болғанда, Linesman жеңуге өте оңай көрінді. RAF Linesman-ды Marconi Martello радарларын пайдаланатын IUKADGE желісімен алмастыруды жоспарлады, бірақ жүйе кешіккендіктен, олар ақырында екі AN/FPS 117 сатып алды. Одан кейін көптеген сатылымдар жасалды және жүйе әлі де өндірісте. 120-дан астам данасы жасалды және 15 елде қолданылады.

AN/TPS-59

FPS 117 алғашқы жүйелері сынақтан өткізіліп жатқан кезде, АҚШ Теңіз жаяу әскерлері корпусы ұзақ қашықтығы және жақсы кедергіге қарсы тұру қабілеті бар әуе ескерту радиолокаторына тендер жариялады. Әуе күшінен өзгеше, Теңіз жаяу әскерлері жүйенің "көшіруге арналған" болуын, яғни оны бір орыннан екінші орынға жылжытуға қабілетті болуын талап етті. GE, FPS 117-нің өңделген нұсқасы – TPS 59 келісімшартын жеңіп алды. TPS 59 негізінен FPS 117-нің бірнеше бөлікке бөлінген, қысқартылған нұсқасы болды. Басты антенна арнайы тіркемеге орнатылып, жұмыс істейтін орында түсіріліп, содан кейін гидравликалық тіреулер арқылы көтеріліп, деңгейленді. Жүйенің қалған бөлігі кез келген жартылай тіркемемен тасымалданатын ISO контейнерлерінің бірнеше сериясына салынды. Алғашқы үлгі 1985 жылы қолданысқа енгізілді. 1990 жылдары Теңіз жаяу әскерлері өздерінің MIM 23 Hawk зымырандық жүйелерін жаңарту бойынша тағы бір келісімшарт жасады, бұл оларға қысқа қашықтықтағы баллистикалық зымырандарға шабуыл жасауға мүмкіндік берді. TPS 59(V)3 қолданыстағы TPS 59 радарларын өзгертіп, биіктік қамтамасыз ету деңгейін едәуір арттырды. 2020 жылдың қыркүйегінде АҚШ-тың барлық TPS 59 радарлары қолданыстан шығарылды.

AN/TPS-77

Серияның тағы бір нұсқасы TPS 117 ретінде ұсынылды, бірақ көп ұзамай TPS 77 деп аталды. Бұл бастапқы конструкцияны одан әрі қысқарту арқылы кішірек антенна жасалды. Заманауи электроникамен үйлесімде, жүйе енді бір арнайы көлік құралымен тасымалданады. Бұл жүйе Ұлыбританиядағы радарлардың басым бөлігін алмастырды.

Сипаттама

Жүйе – қатты күйдегі хабар таратушылары бар, L-диапазонында ұзақ қашықтыққа (дейін) қаламшалы сәулелі іздеу радиолокаторы. AESA принципі 44х32 антенна массивіндегі әрбір жеке антеннада белсенді таратушыларды пайдаланады. Тұтас массивтің қуаты шамамен 25 кВт құрайды.

Бастапқыда Аляска әуе командасының SEEK IGLOO жобасы үшін таңдалған бұл радар, сондай-ақ Берлиндегі Темпельхоф әуежайындағы АҚШ Әскери-әуе күштерінің AN/FPS 67 радарының орнына қойылды және 1984 жылдың шілдесінде Темпельхофта қолданысқа енгізілді. AN/TPS 77 – бұл тасымалданатын платформаға орнатылған осы радардың нұсқасы. Қазіргі уақытта бұл Корольдік әуе күштері қолданатын негізгі радар. RRP 117 нұсқасы – Siemens компаниясынан офсеттік кіріспен Германияға, бекітілген орындарда қолдануға жеткізілетін модель. 2011 жылы Lockheed Martin компаниясына радарларды жаңартуға келісімшарт берілді, осы арқылы олардың қызмет ету мерзімі 2025 жылға дейін ұзартылды.

Нұсқалар

AN/FPS 117 Lockheed Martin компаниясы жасаған стандартты бекітілген нұсқасы. AN/TPS 77 Lockheed Martin компаниясы жасаған көшіруге болатын нұсқасы. RRP 117 Lockheed Martin компаниясы жасаған, Германияның бекітілген түрі, Люфтваффе қажеттіліктеріне сай Siemens компаниясы өзгертіп жасаған.