Радар воздушного поиска AN/FPS-117 с АФАР L-диапазона

Введение

L-диапазон AESA 3D воздушный поисковый радар AN/FPS 117 – это радар воздушного поиска трехмерного типа, использующий активную фазированную антенную решетку (AESA) в L-диапазоне, впервые разработанный компанией GE Aerospace в 1980 году и в настоящее время входящий в состав Lockheed Martin. Система обеспечивает инструментальное обнаружение на дальностях порядка и располагает широким спектром средств подавления помех и отсеивания шумов. Изначально система была разработана в рамках программ "Seek Igloo/Seek Frost" для замены устаревших радиолокационных систем линии DEW на конструкции, которые можно было бы эксплуатировать дистанционно и обслуживать с меньшими затратами. В рамках замены DEW, американской и канадской Североамериканской системы предупреждения (NWS), внедрение NWS позволило сократить расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание на 50% по сравнению с предыдущими системами. GE внесла ряд модификаций в базовую конструкцию для адаптации к различным задачам. Для Корпуса морской пехоты США GE разработала транспортный AN/TPS 59, а затем объединила элементы конструкции для создания более компактного AN/TPS 77, обладающего еще большей мобильностью и требующего в некоторых сценариях развертывания только одного тягача. Модифицированные компанией Siemens для нужд немецкой армии FPS 117 известны как RRP 117, а TPS 77, состоящие на вооружении Королевских ВВС, – как AMES Type 92. Lockheed Martin представила еще более компактную версию – TPS 77 MRR.

Классификация радиолокационных систем

В соответствии с Объединенной системой обозначения типов электронного оборудования (JETDS), всем американским военным радиолокационным и трекинговым системам присваивается уникальное идентификационное буквенно-цифровое обозначение. Буквы “AN” (Army Navy – армия и флот) помещаются перед трехбуквенным кодом. Первая буква этого кода обозначает тип платформы, на которой установлено электронное устройство: A – самолет, F – стационарная (наземная), S – корабельная, T – наземный транспорт. Вторая буква указывает тип оборудования: P – радиолокатор (импульсный), Q – гидролокатор (сонар), R – радиосвязь. Третья буква обозначает функцию или назначение устройства: G – управление огнем, R – прием, S – поиск, T – передача. Таким образом, AN/FPS 117 обозначает 117-ю конструкцию радиолокационного устройства поиска стационарного базирования, разработанного для нужд армии и флота.

Разработка массивных антенн

Ключевой проблемой для радиолокационных систем 1950-х годов стало появление карцинотрона – микроволновой лампы, которую можно было быстро настраивать на широкую полосу частот. Быстрое сканирование создавало впечатление постоянного излучения на всей полосе, что приводило к мощным помехам. Для противодействия таким помехам радары того времени были чрезвычайно мощными: радиолокатор AMES Type 85 Королевских ВВС излучал импульсы мощностью не менее 8 МВт, чтобы подавить сигнал помехи. Системы такой мощности имели ряд практических недостатков: охлаждение такой системы – непростая задача, а физические размеры передающих ламп исключали даже частичную мобильность. В 1950-х годах многие разработчики активно изучали различные варианты антенных решеток. В этих системах большое количество небольших антенн работало совместно для формирования единого луча. Путем введения небольших задержек с помощью устройств, известных как фазовращатели, можно было электронно управлять направлением луча. Это обеспечивало возможность быстрого сканирования без механического движения, что значительно упрощало создание мобильных систем. Оригинальный Marconi Martello обеспечивал ту же дальность обнаружения, что и Type 85, но в "транспортабельном" исполнении с использованием шести главных двигателей. Большинство ранних фазированных антенных решеток использовали одну передающую лампу, но проводились эксперименты, в которых каждый элемент антенны имел свой собственный передатчик. В этих системах "активных антенных решеток" можно было использовать отдельные передатчики для формирования нескольких лучей, направленных в разные стороны, что позволяло, например, некоторым лучам непрерывно отслеживать цели, в то время как другие продолжали сканировать небо. Однако такие системы были чрезвычайно дорогими до появления твердотельных передающих модулей. Хотя твердотельные системы снижали стоимость антенной решетки, они не обеспечивали сопоставимую выходную мощность, даже в совокупности. В предыдущих конструкциях радары обычно излучали чрезвычайно мощные, но очень короткие импульсы сигнала. Сигналы были короткими по длительности для обеспечения приемлемого разрешения по дальности. Поскольку твердотельные системы не могли достичь таких уровней мощности, приходилось использовать более длинные импульсы, чтобы общая энергия, отраженная от цели, оставалась сопоставимой. Для восстановления разрешения по дальности широко применялась относительно новая технология сжатия импульсов. К концу 1970-х годов все эти технологии достигли зрелости, и впервые появилась возможность создания полностью активных радаров по разумной цене.

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.

Ищите Иглу .

Система линии DEW, расположенная на севере Канады и Аляски, была построена в 1950-х годах с использованием радаров AN/FPS 19 разработки 1950-х годов. В этих радарах использовались два 500 кВт магнитрона на огромных постоянно вращающихся параболических антенных системах и помещения, заполненные ламповой электроникой для их управления. Системы требовали постоянного обслуживания штатным персоналом и были чрезвычайно дороги в эксплуатации. Стремясь к более простой и менее дорогой системе, в 1977 году Римский центр разработки авиации (RADC) начал проект "Seek Igloo" для поиска замены радару FPS 19, которая бы потребляла меньше энергии и могла работать в течение длительного времени без обслуживания. В 1980 году компания General Electric выиграла конкурс со своим проектом GE 592, а окончательный проект был принят RADC 30 сентября 1983 года и успешно прошел приемочные испытания в том же году. Проект "Seek Igloo" официально касался только радаров, расположенных в районе Аляски, в то время как проект "Seek Frost" охватывал остальную часть линии DEW. Однако этот термин широко используется для описания всего проекта разработки. "Seek Frost" также включал в себя радар AN/FPS 124 меньшей дальности для заполнения пробелов, который не требовался в районе Аляски.

Северная система оповещения и другие

Разговоры между командованиями NORAD о линии DEW продолжались уже некоторое время, и Королевские канадские ВВС были в курсе планов по переходу на новые радары. В рамках 24-часового саммита «Шамрок» в 1984 году премьер-министр Канады Брайан Малруни и президент США Рональд Рейган подписали соглашение о создании Североамериканской системы предупреждения (North Warning System) для замены DEW. Внедрение Североамериканской системы предупреждения позволило сократить расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M) на сумму до 50% по сравнению с расходами на DEW. Вскоре после этого ВВС закупили еще один радар FPS-117 для замены устаревшего радара AN/FPS-67 в аэропорту Берлин-Темпельхоф. В это же время Королевские ВВС Великобритании стали опасаться уязвимости своей радиолокационной сети Linesman/Mediator. Разработанная в эпоху водородного оружия, система не была защищена, поскольку считалось, что подобные меры были бы бесполезны против атак с применением многомегатонных боеприпасов. С изменением стратегического баланса и увеличением вероятности обычных атак, Linesman казался слишком легкой целью. Королевские ВВС планировали заменить Linesman сетью IUKADGE с использованием радаров Marconi Martello, но из-за задержек в реализации этого проекта, они в конечном итоге приобрели два радара AN/FPS-117. Вскоре последовали новые заказы, и система остается в производстве. Было произведено более 120 единиц, которые эксплуатируются в 15 странах.

AN/TPS-59

Когда первые системы FPS 117 проходили испытания, Корпус морской пехоты США объявил тендер на радиолокационную станцию воздушного предупреждения большой дальности с высокой помехозащищенностью. В отличие от ВВС, морские пехотинцы требовали, чтобы система была "транспортабельной", то есть способной к перемещению между различными позициями. GE выиграла контракт, предложив модифицированную версию FPS 117 – TPS 59. TPS 59 по сути являлась урезанной версией FPS 117, разделенной на несколько компонентов. Основная антенна монтировалась на специальный прицеп и разгружалась на месте развертывания, после чего поднималась и выравнивалась с помощью гидравлических домкратов. Остальное оборудование системы упаковывалось в серию контейнеров ISO, которые можно было перевозить любым полуприцепом. Первый экземпляр поступил на вооружение в 1985 году. В 1990-х годах морская пехота объявила еще один тендер на модернизацию своих ракетных комплексов MIM 23 Hawk для обеспечения возможности перехвата баллистических ракет малой дальности. Модификация TPS 59(V)3 позволила существующим радиолокационным станциям TPS 59 значительно увеличить высоту обнаружения целей, до… Все радиолокационные станции TPS 59, состоявшие на вооружении США, были выведены из эксплуатации в сентябре 2020 года.

AN/TPS-77

Дальнейшая модификация серии была представлена как TPS 117, вскоре переименованная в TPS 77. Это упрощенная версия исходной конструкции, в результате чего была создана антенна меньшего размера. В сочетании с современной электроникой, система теперь может транспортироваться одним специализированным тягачом. Эта система заменила большинство радаров в сети Великобритании.

Описание

Система представляет собой радиолокационный комплекс большой дальности (до ), L-диапазона с фазированной антенной решеткой и твердотельными передатчиками. Принцип AESA использует активные передатчики в каждой отдельной антенне антенного массива размером 44x32. Суммарная мощность всей решетки составляет около 25 кВт.

Первоначально разработанный для проекта SEEK IGLOO командования ПВО Аляски, этот радар также был выбран для замены радара AN/FPS-67 ВВС США в берлинском аэропорту Темпельхоф и введен в эксплуатацию там в июле 1984 года. AN/TPS-77 является версией того же радара, установленной на транспортном шасси. В настоящее время это основной радар, используемый Королевскими ВВС. Модификация RRP-117 поставляется в Германию с компенсационным вкладом от Siemens для стационарных установок. В 2011 году компания Lockheed Martin получила контракт на модернизацию радаров для продления срока их службы до 2025 года.

Варианты

AN/FPS 117 Стандартная стационарная версия производства Lockheed Martin. AN/TPS 77 Передвижная версия производства Lockheed Martin. RRP 117 Немецкий стационарный вариант производства Lockheed Martin, модифицированный компанией Siemens для соответствия требованиям Люфтваффе.