Методика формирования облика радиолокационных станций перспективной системы вооружения войсковой ПВО

В настоящее время система вооружения вой­сковой ПВО Российской Федерации, представ­ляющая собой совокупность функционально взаимосвязанных огневых средств (зенитных ракетных комплексов и систем), средств раз­ведки и целеуказания, автоматизированных средств управления и других средств, находит­ся в процессе коренного обновления. Начата и успешно выполняется работа по формиро­ванию облика системы вооружения войсковой ПВО, затем последует ряд ОКР по разработке отдельных образцов вооружения и далее - их серийное производство.

Необходимость разработки нового воору­жения, а также принципы и порядок формиро­вания облика системы вооружения войсковой ПВО, изложены в статье [1]. Основной причи­ной, определившей необходимость обновления вооружения, является дальнейшее развитие средств воздушно-космического нападения противника и существенное повышение их возможностей по преодолению ПВО, а техни­ческой базой обновления - успехи в развитии электронной компонентной базы, микроэлек­тронике, а также созданные новые технологии в различных областях науки и техники, в том числе в радиолокации.

Основными источниками информации в создаваемой системе вооружения войсковой ПВО, как и ранее, остаются РЛС различного назначения, однако они создаются на новой элементной базе и с использованием новых технологий. Существующие РЛС (рис. 1) ис­пользуют пассивные ФАР и построены по тех­нологиям 80-х годов, в связи с чем не в полной мере удовлетворяют требованиям, предъявляе­мым к перспективному вооружению как по экс­плуатационным показателям, так и по показа­телям назначения.

 

Создаваемые средства ПВО, и РЛС в том числе, входящие в состав соединений и частей ПВО, развертываться будут в боевых порядках на большой площади, и работать они будут по разнообразным баллистическим и аэро­динамическим средствам, в том числе новых типов, с характеристиками, существенно пре­восходящими характеристики современных средств нападения. В [1] на основе анализа летно-технических и отражательных харак­теристик целей и с учетом боевых порядков войск определена рациональная номенкла­тура создаваемых РЛС. Она включает РЛС разведки и целеуказания командных пунктов соединений ПВО и ЗРС, ведущие круговой и секторный обзор (РЛС КО-СО), РЛС сектор­ного обзора для обнаружения баллистических целей (БЦ) - РЛС СО зенитных ракетных си­стем и РЛС БЦ зенитных ракетных комплек­сов, а также РЛС обнаружения низколетящих целей (РЛС НЛЦ) ЗРК. В зависимости от сво­его предназначения и особенностей обнару­живаемых целей перечисленные типы РЛС перекрывают широкий диапазон длин волн активной радиолокации - от сантиметровых до метровых волн (поддиапазоны X, C, S, L, UHF и VHF).

От возможностей создаваемых РЛС по обнаружению целей, от точности оценки ими координат целей и их пропускной способ­ности зависят возможности группировки ПВО по поражению целей. Исходя из этого, обосно­вание облика перечисленных типов создавае­мых РЛС является одной из важнейших задач формирования облика всей системы вооруже­ния войсковой ПВО.

Рассматриваемая задача обоснования об­лика РЛС является задачей начального эта­па конструирования и представляет собой разработку предложений по конструктивно­му исполнению РЛС и определение потреб­ных количественных значений наиболее важ­ных конструктивно-технических параметров.

В последующем сформированный облик из­делия конкретизируется в ходе выполнения ОКР - прорабатывается в эскизном и техниче­ском проектах и в конечном итоге реализуется в виде опытного образца.

Целью формирования облика РЛС яв­ляется определение основных конструк­тивных особенностей построения РЛС, недопущение системных ошибок, которые впоследствии, на этапе выполнения ОКР, мо­гут привести к необходимости переконструи­рования изделия.

В основу подхода к формированию об­лика РЛС может быть положено одно из важ­нейших требований, предъявляемых к воору­жению войсковой ПВО: необходимость его высокой мобильности. Для перспективных РЛС это требование особенно значимо в свя­зи с необходимостью быстрой смены позиций вследствие существенно выросших возмож­ностей противника по вскрытию излучающих средств и оперативному применению по источ­нику излучения высокоточного оружия (ВТО).

Исходя из этого требования, вся аппара­тура и оборудование РЛС, в том числе средства автономного энергоснабжения (САЭС), долж­ны размещаться на высокомобильном шас­си (гусеничном или колесном, в зависимости от штатной принадлежности - см. [1]), обес­печивающем передвижение в боевых порядках войск по различной местности. При этом тре­буемое время свертывания/развертывания РЛС ограничивается единицами минут.

Для высокопотенциальных РЛС с антен­ными системами больших размеров, исходя из того что они работают в глубине боевых порядков, на достаточном удалении от линии боевого соприкосновения и под эшелониро­ванным прикрытием от ВТО, время свертыва­ния/развертывания может составлять несколь­ко десятков минут.

Аппаратура и оборудование высокопо­тенциальных РЛС, исходя из ограничений по грузоподъемности и мобильности, могут размещаться на нескольких шасси, предна­значенных, соответственно, для размещения антенного поста, системы энергоснабжения и аппаратных средств с боевым расчетом, од­нако время стыковки этих средств на боевой позиции не должно ограничивать требуемое время свертывания/развертывания РЛС.

Таким образом, шасси является элемен­том, задающим исходный облик РЛС в части ее максимально возможных массы, габаритов развертываемой антенной системы, а также потребляемой (а следовательно, и излучаемой) энергии.

Характеристики РЛС в основном опреде­ляются характеристиками ее антенной систе­мы и высокочастотной приемо-передающей части (особенностями построения антенны, устройств формирования, излучения, прие­ма и предварительной обработки сигнала). С позиций размещения аппаратуры и обору­дования, шасси, ограничивая массу и габариты антенной системы, а также энергию сигнала, определяет предельно достижимые угловое разрешение, мощность излучаемого сигнала, отношение сигнал/шум и другие важнейшие параметры локатора.

С другой стороны, с позиций целевого назначения, характеристики создаваемых РЛС должны быть согласованы с характеристика­ми конечного потребителя - огневыми сред­ствами. Получаемая локаторами информация должна обеспечивать полную реализацию ог­невых возможностей огневых средств по по­ражению целей на максимальной дальности действия зенитных управляемых ракет (ЗУР) и в глубине зоны поражения при массирован­ных налетах (ударах).

В соответствии с этим характеристики огневых средств определяют показатели на­значения создаваемых РЛС - потребные ру­бежи (дальности) выдачи информации, каче­ство информации (разрешающую способность и точность оценки параметров целей) и про­пускную способность РЛС.

Множество показателей назначения РЛС определенного типа обозначим У_ПН:

Y_ПН = {R_обн, Ω_δ, Т_обз},

где R_обн - дальность обнаружения цели за­данного типа в определенных условиях; Ω_δ - множество показателей разрешающей способности и точности оценки параметров целей (угловых координат, дальности и ско­рости); Т_обз - время обзора заданного сектора пространства (как основной показатель про­пускной способности РЛС).

Множество основных конструктив­но-технических параметров РЛС, определяю­щих ее облик, обозначим X_КТП.

Наиболее значимыми конструктив­но-техническими параметрами, на основе ко­торых можно рассчитать показатели назна­чения РЛС на раннем этапе формирования облика, являются: λ - длина волны РЛС; Р_ср - средняя мощность излучаемого антенной сиг­нала; S_a - площадь раскрыва антенны; ρ - ко­эффициент использования раскрыва антенны; k_ш - коэффициент шума приемного устройства; k_п - коэффициент потерь сигнала (суммарные потери на излучение, прием и обработку сиг­нала); Δf - полоса сигнала.

Конструктивно-технические параметры разнонаправленно влияют на показатели на­значения. Так, при прочих равных увеличение длины волны ведет к повышению пропускной способности РЛС и одновременно к снижению точности оценки координат.

С учетом фактора разнонаправленности влияния, постановка задачи формирования об­лика РЛС является оптимизационной - необ­ходимо найти компромиссные (рациональ­ные) значения конструктивно-технических параметров Х_КТП, обеспечивающие требуемый уровень показателей назначения Y_ПН в рамках объективно-существующих массогабаритных и энергетических ограничений, определяемых используемым шасси, при минимальной стои­мости создаваемого образца РЛС С_РЛС:

где R_тр, Ω_τρ, T_{обз тр} - требования назначения (соответственно требования по дальности обнару­жения цели, разрешающей способности, точности оценки параметров целей и времени обзора заданного сектора пространства); М_тр, Р_САЭС, S_ш -  ограничения, определяемые используемым шасси (соответственно по массе РЛС, мощности САЭС, площади раскрыва антенны); Р_потр - потребляемая локатором мощность.

Задача формирования облика РЛС может быть дополнена за счет учета других требо­ваний и факторов, не формализованных в по­становке (1). В частности, современное тре­бование обеспечения наработки на отказ РЛС в сотни часов однозначно определяет необ­ходимость построения РЛС на базе активной твердотельной ФАР. Кроме повышения эксплу­атационных показателей, применение АФАР, и особенно цифровых АФАР (ЦАФАР), имеет ряд других преимуществ (см. [2, 3]) и обес­печивает эффективное решение задачи обна­ружения и сопровождения целей в сложной воздушной и помеховой обстановке сценариев будущих действий.

В связи с этим, несмотря на относитель­ное удорожание РЛС, для перспективной си­стемы вооружения далее рассматриваются только варианты создания РЛС с АФАР.

Решение оптимизационной задачи (1) требует наличия математических соотношений для расчета показателей назначения А_обн, Ω_δ, Т_обз, а также показателей конструктивных огра­ничений, определяемых используемым шасси М_РЛС, Р_потр, Sa, и показателя стоимости РЛС С_РЛС в зависимости от конструктивно-техни­ческих параметров Х_КТП. Получим далее такие соотношения, используя в качестве опорной переменной, от которой зависят все показате­ли, используемые в (1), длину волны λ.

 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСНОВ И БАЗОВЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЛИКА РЛС

1.1. АФАР как основной элемент конструкции РЛС и объект ограничений по возможностям применяемых шасси

Начальным, не формализуемым этапом фор­мирования облика РЛС, предваряющим ре­шение оптимизационной задачи (1), является определение архитектуры построения РЛС и конструктивных ограничений М_тр, Р_САЭС, S_ш в рамках которых может быть реализован кон­кретный вариант построения РЛС.

С целью определения возможной архи­тектуры построения создаваемых РЛС войско­вой ПВО, во всем интервале длин волн, в кото­ром они должны работать, от сантиметровых до метровых, выполнен анализ построения перспективных (наиболее современных су­ществующих или находящихся в разработке) отечественных и зарубежных РЛС различного назначения с АФАР. Внешний вид некоторых из этих РЛС приведен на рисунке 2.

 

 

Также выполнен анализ колесных и гу­сеничных шасси, удовлетворяющих требова­ниям по мобильности, предъявляемым к пер­спективному вооружению войсковой ПВО, и пригодных для размещения аппаратуры и оборудования РЛС различного назначения. На рисунке 3 в качестве примера показаны типовые средства подвижности максимальной грузоподъемности, обеспечивающие создание мобильных РЛС войсковой ПВО.

 

 

Анализ показал, что мобильные пер­спективные РЛС на основе АФАР для войско­вой ПВО конструктивно могут включать три основных элемента, размещаемые на едином шасси, - антенный пост, аппаратный контейнер и САЭС. Антенный пост строится на основе АФАР и обеспечивает формирование и излуче­ние сигнала, его прием и первичную обработку сигнала. В антенном посту размещаются также другие устройства, свойственные локаторам, например обеспечивающие госопознавание целей.

В аппаратном контейнере, как правило, размещаются аппаратура и вычислительные средства вторичной и последующей обработки сигнала, аппаратура рабочих мест операторов, в том числе индикаторные устройства, другая аппаратура, обеспечивающая управление ра­ботой РЛС, связь и взаимодействие в составе системы вооружения.

Элементы высокопотенциальной РЛС ввиду повышенных массогабаритных характе­ристик антенной системы могут размещаться на нескольких подвижных шасси и включать, соответственно, несколько отдельных единиц техники, например РЛМ с АФАР, модуль бое­вого управления РЛС (аппаратный контейнер) и модуль энергопитания РЛС.

С учетом развития цифровых технологий построения аппаратуры РЛС их отличительные особенности практически полностью опреде­ляются антенным постом (радиолокационным модулем) и прежде всего - особенностями построения АФАР. Аппаратные контейне­ры различных РЛС в перспективной систе­ме вооружения войсковой ПВО выполняются максимально унифицированными по составу аппаратуры и выполняемым функциям (более подробно - см. [1]).

АФАР антенного поста в значительной мере определяет как показатели назначения РЛС, так и возможность удовлетворения на­кладываемым на создаваемый локатор огра­ничениям: анализ показал, что стоимость РЛС на 60-80 % определяется стоимостью АФАР (в метровом диапазоне, ввиду меньшего коли­чества элементов решетки - в меньшей степени, в сантиметровом - в большей); на АФАР при­ходится 70-80 % всей потребляемой локатором энергии; размеры антенны и время ее свертыва­ния существенно определяют мобильность РЛС.

В связи с этим при решении оптимизаци­онной задачи (1) вариативной частью конструк­ции локатора является АФАР - ее конструктив­но-технические параметры, масса, площадь раскрыва антенны и потребляемая мощность. Аппаратный контейнер является унифициро­ванным, с фиксированными характеристиками для различных вариантов создания локатора.

Конструктивные ограничения для АФАР, необходимые для решения задачи (1), опреде­лим исходя из характеристик перспективных шасси.

Для обеспечения высокой мобильности (требуемого времени свертывания/разверты­вания) антенный пост, аппаратный контейнер, САЭС и другое оборудование РЛС должны раз­мещаться на едином шасси. Исходя из величи­ны максимальной массы мобильных средств ПВО, на перспективном шасси может разме­щаться до 20 т полезной нагрузки. При этом, учитывая потенциальные массогабаритные характеристики аппаратного контейнера и дру­гого оборудования, унифицированного для раз­личных вариантов РЛС, а также аппаратуры антенного поста, масса АФАР ограничена ве­личиной m_огр ≈ 8 т.

На едином мобильном шасси, с уче­том массогабаритных характеристик, может размещаться САЭС мощностью до 400 кВт. При этом, с учетом характеристик энергопо­требления других видов аппаратуры и обору­дования РЛС, потребление АФАР ограничива­ется величиной Р_огр ≈ 350 кВт.

Анализ конструкций антенных систем перспективных РЛС позволяет сделать вывод, что максимальная площадь раскрыва антенны мобильной РЛС (в метровом диапазоне волн) ограничена величиной S_огр ≈ 130 м².

1.2. Особенности конструкций АФАР перспективных РЛС

1.2.1. Конструктивная база и примеры реализации АФАР сантиметрового диапазона

Известные отечественные и зарубежные пер­спективные РЛС с АФАР создаются (или со­зданы) в различных областях применения для решения своих специфических задач. Конструкции РЛС выработаны на основе ком­промиссов, связанных с необходимостью обес­печения требуемых значений показателей на­значения и эксплуатационных характеристик, а также упрощения процесса и выдерживания сроков конструирования (см., например, [2, 3, 7-9]). В связи с этим АФАР перспективных РЛС имеют большое разнообразие в части аппаратной реализации, особенно в разных диапазонах длин волн (что отражает даже их внешний вид). Вместе с тем АФАР перспек­тивных РЛС имеют одинаковые конструктив­ные основы.

Общие основы построения АФАР пер­спективных РЛС рассмотрим на примере АФАР сантиметрового диапазона волн.

В этом диапазоне волн к конструкции АФАР предъявляются наиболее жесткие массогабаритные требования. Жесткость тре­бований обусловлена тем, что для исключения побочных направлений излучения излучаю­щие элементы антенны должны располагаться на расстояниях друг от друга, не превышаю­щих приблизительно 0,6 длины волны. Соот­ветственно, при малых длинах волн требуется весьма плотная компоновка приемо-передаю- щих каналов (ППК) антенной решетки. (Под ППК поднимется излучатель и подключенные к нему через переключатель (циркулятор) вы­сокочастотные элементы передающего и при­емного трактов.)

Так, при длине волны 3 см на каждый ППК АФАР в поперечном сечении приходит­ся около 3 см² полотна антенны (при гекса­гональном размещении элементов). На этой площади размещается излучающий элемент решетки, и далее, в глубину антенного полот­на, - связанные с ним элементы ППК. В связи с большим количеством ППК, размещаемых на полотне решетки (десятки тысяч), и срав­нительно невысоким коэффициентом полез­ного действия (КПД) твердотельных усили­телей мощности передающих каналов (по сравнению с электровакуумными приборами пассивных ФАР) вследствие плотной компо­новки полотна одной из основных конструк­тивных проблем построения решеток с ма­лым шагом является отвод тепла от элементов передающего канала.

Проблема обеспечения плотной компо­новки полотна перспективных АФАР решается путем миниатюризации ППК за счет создания основных элементов ППК (усилителей мощности передающего канала (УМ), малошумящих усилителей приемного канала (МШУ), фа­зовращателей (ФВ) и аттенюаторов (АТТ) ка­налов, защитных устройств приемного канала (ЗУ) и др. - см. рисунок 4) с использованием микроволновых монолитных интегральных схем (МИС), выполненных по бескорпусной технологии.

 

 

В качестве материала для изготовления твердотельных активных элементов ППК ис­пользуется в основном арсенид галлия (GaAs) или более перспективный материал - нитрид галлия (GaN).

Плата с элементами ППК выполняется обычно по LTCC-технологии (Low Temperature Co-Fired Ceramic - технология низкотемпера­турной совместно обжигаемой керамики). Эта технология при сравнительно невысокой сто­имости изготовления обеспечивает высокую прочность платы, хорошую теплопроводность и одновременно многослойность для разме­щения элементов ППК и создания пассивных элементов.

Несколько ППК, построенных на основе бескорпусных МИС, объединяются в одном ме­таллическом корпусе в виде многоканального приемо-передающего модуля (ППМ). В этом же корпусе размещаются общие для нескольких ППК устройства электропитания (преобразо­ватели напряжения DC/DC), схемы синхрони­зации, цифрового управления фазой и амплиту­дой каналов, а в металлическом основании модуля размещаются трубки системы жид­костного охлаждения для отвода выделяюще­гося тепла. На рисунке 4 в качестве примера показан ППМ, включающий элементы четырех ППК (за исключением излучателей) и различ­ные общеканальные устройства.

ППМ является первичным конструктив­ным сменным элементом АФАР.

Несколько ППМ конструктивно и функ­ционально объединяются в блок подрешетки АФАР.

Блок подрешетки является функциональ­но законченной единицей АФАР (самостоя­тельной мини-АФАР) с собственными систе­мами управления, электропитания (AC/DC) и охлаждения. В ЦАФАР, кроме этого, в блоке подрешетки может выполняться преобразова­ние принятого сигнала в цифровой вид.

Блок подрешетки может использовать­ся в качестве базового элемента для создания АФАР различных размеров и конфигурации для РЛС различного назначения (т.н. техноло­гия масштабирования АФАР [4]).

Фактически вся АФАР перспективной РЛС сантиметрового диапазона волн со­стоит из определенного количества блоков подрешеток, размещенных в несущем кар­касе антенного полотна, а также формиро­вателя диаграммы направленности (устрой­ства объединения сигналов подрешеток), устройств управления и синхронизации ра­боты подрешеток, устройств электропитания и охлаждения решетки.

При таком построении перспективных АФАР их характеристики в конечном итоге определяются характеристиками и количе­ством ППК, в основном - мощностью и КПД усилителя мощности передающего канала, ко­эффициентом шума МШУ приемного канала, массогабаритными характеристиками и стои­мостью ППК.

Представительным примером РЛС Х-диапазона, в которой реализованы описан­ные принципы построения АФАР, является мо­бильная (буксируемая) РЛС AN/TPY-2 с АФАР Х-диапазона системы противоракетной оборо­ны (ПРО) США.

РЛС AN/TPY-2 является высокопотенци­альным локатором - максимальная дальность обнаружения ею цели с ЭПР 0.01 м² оценива­ется в 870 км (при длительности сигнала 0,1 с) [4]. В состав этой РЛС входят 4 основные еди­ницы: антенный модуль с АФАР, электронный модуль, охлаждающее устройство для АФАР (кулер) и источник электроэнергии мощностью 1300 кВт, напряжением 4160 В (3×60 Гц).

Антенный модуль представляет собой АФАР (рис. 2, 5) площадью 9,2 м², построен­ную из 72 одинаковых блоков подрешеток, всего 25 344 канала. Средняя мощность из­лучения АФАР равна 81 кВт (средняя мощ­ность излучения одного передающего кана­ла - 3,2 Вт). ППК АФАР выполнены в виде твердотельных МИС на GaAs.

 

Стоимость антенного модуля - 140 млн долл., масса - 24 т.

Электронный модуль формирует управ­ляющие сигналы, выполняет обработку при­нятых сигналов, задает порядок работы АФАР при обзоре и сопровождении целей, форми­рует передающие сигналы, взаимодействует с системой управления комплекса ПРО. Сто­имость электронного модуля - 23 млн долл., масса - 16,4 т.

Кулер и источник электроэнергии име­ют стоимости, соответственно, 7,5 и 15,5 млн долл. и массы - 18,6 и 28,6 т.

В настоящее время реализуется програм­ма последовательной модернизации всех 12 имеющихся на вооружении Армии США РЛС AN/TPY-2 с заменой ППК на новые, выпол­ненные на основе GaN. Ориентировочная сто­имость модернизации одной РЛС составляет 63,0 млн долл. Модернизация позволит значи­тельно (предположительно на десятки процен­тов) повысить мощность излучения при преж­нем уровне энергопотребления РЛС.

Каждая из 72 подрешеток (Transmit/Re­ceive element assembly - T/REA) АФАР AN/TPY- 2 состоит из 11 ППМ (Transmit/Receive (T/R) module). Каждый ППМ состоит из двух плат- субмодулей, включающих по 16 ППК. Два суб­модуля, смонтированные зеркально на едином металлическом основании, конструктивно со­ставляют единый 32-канальный ППМ. В со­став ППМ кроме 32 ППК входят 8 преобразо­вателей напряжения DC/DC, 4 микросхемы контроллера системы управления и 2 - фор­мирования луча.

Основание ППМ служит для крепления субмодулей и одновременно выполняет роль радиатора с целью отвода выделяющегося теп­ла, для чего здесь расположены трубки с охла­ждающей жидкостью.

Субмодули монтируются на основании со смещением по вертикали на четверть длины волны друг относительно друга для образова­ния гексагональной антенной решетки.

В состав каждого блока подрешетки (T/REA) кроме 11 32-канальных ППМ входит блок из 352 излучателей, соединенных с соот­ветствующими приемо-передающими кана­лами, а также 2 модуля управления работой подрешетки (SAM) и 2 преобразователя напря­жения AC/DC.

В результате блок подрешетки представ­ляет собой плотно упакованный функциональ­но законченный элемент АФАР, являющийся основным сменным элементом при оперативном ремонте.

В состав АФАР кроме 72 блоков подрешеток входят также блоки управления подрешетками и преобразования входного напряже­ния (4160/150 В).

Схожее с локатором AN/TPY-2 конструк­тивное построение имеет и разрабатываемая отечественная перспективная мобильная РЛС с АФАР Х-диапазона, описанная в статьях [8-11] (возможный внешний вид приведен на рисунке 2). Ее АФАР состоит из 128 бло­ков подрешеток, размещенных на полотне в 16 столбцов и 8 строк.

Блок подрешетки представляет собой 256-канальную антенную систему. В его со­став входят восемь 32-канальных ППМ, блок излучателей с укрытием, модуль суммирования и деления, модуль распределения, модуль уси­ления, кабели, электро- и гидроразъемы (рис. 6).

 

 

Каждый ППМ состоит из двух субмоду­лей, размещенных со сдвигом каналов на об­щем металлическом основании (сплав Al-Li). Внутри основания ППМ под выходными усилителями мощности (ВУМ) каналов и вто­ричными источниками питания (ВИП) прохо­дит плоская медная трубка с циркулирующей охлаждающей жидкостью, обеспечивающая отбор тепла обоих субмодулей. Трубки жид­костного охлаждения отдельных ППМ гидрав­лически объединены между собой в пределах конструкции блока подрешетки. Субмодуль включает 16 ППК, 4 ВИП, модуль управления фазовращателями и аттенюаторами и модуль суммирования сигналов.

Излучающий элемент каждого ППК вы­полнен в виде цилиндрического ферритового стержня, охваченного разнополярными посто­янными магнитами.

Общее тепловыделение всех ППМ АФАР составляет сотни киловатт. Для отбора тако­го количества тепла и отвода его в атмосфе­ру в каждом столбце АФАР (на каждые 8 бло­ков подрешеток) имеется специальный прибор жидкостного охлаждения (ПЖО), содержащий теплотехническое оборудование (насос, тепло­обменники, вентиляторы и др.) и электронные блоки [12].

В состав РЛМ кроме АФАР и 16 ПЖО входят блоки пространственно-временной обработки, управления и команд, синхрони­зации и контроля, управляющий компьютер и технологическое рабочее место [8, 11].

1.2.2. Особенности АФАР дециметровых и метровых диапазонов волн

АФАР перспективных РЛС децимет­ровых и метровых диапазонов волн, так же как и АФАР сантиметрового диапазона, стро­ятся на основе ППМ, созданных по технологи­ям МИС на материалах GaAs или GaN.

Отличительными особенностями АФАР дециметровых и метровых диапазонов волн является увеличение расстояний между излу­чающими элементами в конструкции АФАР и, соответственно, уменьшение количества ППК в составе ППМ. Так, например, в разра­батываемой АФАР S-диапазона перспективной МФРЛС AN/SPY-6( V) корабля ПРО Aegis BMD (США) в составе блока подрешетки использу­ются 6-канальные ППМ (по два 3-канальных субмодуля в каждом ППМ), расстояния между каналами составляют ~ 0,06 м (рис. 7).

 

 

По мере увеличения длины волны в пер­спективных РЛС количество ППК в составе ППМ уменьшается. В длинноволновой части дециметрового диапазона и в метровом диапа­зоне волн ППМ АФАР выполняются однока­нальными.

С увеличением длины волны также сни­жается величина удельного тепловыделения на единицу поверхности АФАР, что позво­ляет в коротковолновой части дециметрово­го диапазона вместо жидкостного применять принудительное воздушное охлаждение ППМ, а в длинноволновой части дециметрового диапазона и в метровом диапазоне волн - есте­ственное воздушное охлаждение.

Так, в АФАР VHF-диапазона модуля РЛ- М-М из состава РЛК «Небо-М» ППМ и ис­точники питания к ним расположены возле каждого излучающего элемента, имеют есте­ственное воздушное охлаждение и объединены в единый конструктивный элемент - столбец (рис. 8).

 

 

Другой особенностью АФАР длинновол­новой части дециметрового и метрового диапа­зонов волн является переход от гексагональной структуры размещения ППК на полотне антен­ны к размещению по прямоугольной сетке. Это обусловлено тем, что в настоящее время не су­ществует достаточно надежных технологий свертывания конструкции большеразмерных антенн с гексагональной структурой.

Выполненный анализ построения пер­спективных АФАР различных диапазонов волн позволяет сделать вывод, что особенности и характеристики АФАР различных диапазо­нов волн определяются главным образом ха­рактеристиками и количеством ППК. В свою очередь, характеристики и возможное количе­ство ППК АФАР зависят от используемой дли­ны волны и ограничений по грузоподъемности шасси. Определим эти зависимости.

1.3. Определение зависимости характеристик АФАР от длины волны

Базовыми характеристиками, на основе кото­рых выполняются все последующие расчеты для АФАР создаваемых РЛС войсковой ПВО, являются: Р_к - средняя мощность излучения одного канала АФАР, m_к - приведенная масса канала, С_к - приведенная относительная сто­имость канала, η - КПД АФАР.

Для этих характеристик получены за­висимости Р_к(λ), m_к(λ), С_к(λ), η(λ) при изме­нении длины волны в диапазоне 0,03-1 м. Перечисленные зависимости в виде сред­них значений и границ диапазона измене­ния (с вероятностью 90 %) представлены на рисунке 9.

 

 

Зависимости получены на основе ана­лиза имеющихся данных по конструктивным характеристикам 12-ти отечественных и зару­бежных перспективных РЛС различных диапазонов волн. Кроме этого, при получении этих зависимостей учитывались данные по отече­ственной элементной базе, которая доступ­на (по ценовым параметрам и срокам создания) и может быть использована при создании АФАР перспективных РЛС войсковой ПВО.

Средняя мощность излучения ка­нала Р_к определяется характеристиками выходного усилителя мощности и особенно­стями его построения (например, применением LDMOS-технологии [13]), характеристиками и количеством каскадов предварительного уси­ления, используемым материалом (GaAs, GaN).

Полученная зависимость Р_к(λ) является монотонно-возрастающей. Так, в Х-диапазоне волн элементная база, доступная для серий­ного производства ППК АФАР перспектив­ных РЛС войсковой ПВО, позволяет создавать АФАР со значениями средней мощности из­лучения одного канала Р_к = 2-9 Вт. С ростом длины волны значение средней мощности канала Р_к существенно возрастает. В метровом диапазоне обеспечиваются значения Р_к = 140­220 Вт и более.

Показатели m_к и С_к являются показате­лями полной массы и стоимости АФАР, приве­денными (в долевом отношении) к одному ка­налу. При их определении учитывалась только аппаратура АФАР (в том числе и аппаратура системы охлаждения). Аппаратура радиолока­ционного модуля, не входящая в состав АФАР, для разрабатываемого вооружения войсковой ПВО считается максимально унифицированной для различных длин волн (см. [1]), а масса и сто­имость этой аппаратуры (в рамках решаемой задачи формирования предв