Пассивные ультрафиолетовые системы предупреждения о ракетных ударах
ИНОСТРАННАЯ ПЕЧАТЬ
ОБ ЭКОНОМИЧЕСКОМ, НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОМ И ВОЕННОМ ПОТЕНЦИАЛЕ ГОСУДАРСТВ - УЧАСТНИКОВ СНГ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ .ЕГО ВЫЯВЛЕНИЯ
Серия: "ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНЫХ СЛУЖБ ЗАРУБЕЖНЫХ ГОСУДАРСТВ"
Ежемесячный информационный бюллетень
№10/2000
Пассивные ультрафиолетовые системы предупреждения о ракетных ударах
Широкое распространение и применение ракет "земля-воздух" с инфра-красным наведением требует, чтобы каждый самолет, летящий на высотах менее 450 м, имел некоторые средства противодействия нападению таких ра-кет. Наиболее подходящее решение этой задачи состоит в том, чтобы само-леты были оборудованы некоторой системой обнаружения атакующих ракет и мощным источником оптического излучения. Для вертолетов и некоторых легких самолетов наиболее подходят система обнаружения с постановщиком активных помех.
Это привело к созданию различных систем обнаружения ракетного на-падения с использованием различных технологий, в том числе активных и пассивных систем.
Хотя активные системы считаются очень эффективными, они не полу-чили широкого применения, так как эти системы повышают вероятность обнаружения самолета противником (увеличивают его сигнатуру). Поэтому в настоящее время усилия разработчиков сосредоточены на создании пас-сивных систем обнаружения ракет.
Существующие технологии используют два участка спектра электро-магнитных излучений. Это средняя часть инфракрасного диапазона с дли-нами волн 3000 - 6000 нм и ультрафиолетовый диапазон с волнами в пределах от 10 до 400 нм. Воспринимаемое органами зрения человека видимое опти-ческое излучение имеет длины волн 400-750 нм.
Основная проблема для большинства систем предупреждения о ракетных атаках состоит не в обнаружении сигнала от ракеты, а в определении источ-ника такого сигнала. При разработке систем обнаружения важно выявить характерные признаки, по которым факел ракеты может быть отличим от других источников энергии в условиях боевой обстановки. Задача разработ-чика состоит в выборе полосы частот излучения, содержащей наибольшее количество информации для выделения факела ракеты среди других источ-ников энергии в поле зрения. До настоящего времени не найден комплекс признаков в любой полосе частот излучения, который гарантировал бы 100%-ую вероятность обнаружения при нулевой вероятности ложных тре-вог. Это ограничивает выбор того или иного участка спектра, как имеющего определенные преимущества перед другими участками.
Применение инфракрасных систем обнаружения ракет может быть оправдано тем, что факел ракеты имеет сравнительно большую инфракрас-ную составляющую, а инфракрасное излучение претерпевает незначитель-ное затухание в атмосфере. Вследствие этого ракеты могут быть обнаруже-ны на больших дальностях при заданной чувствительности детектора. Но, к сожалению, в этой части диапазона имеется большое количество других сиг-налов, как от технических средств, так и естественных, которые могут быть обнаружены вместе с сигналами от факела ракеты. Это создает определен-ные проблемы обработки сигналов и выделения действительного сигнала от ракеты из массы других сигналов. Один из разрабатываемых в настоящее время способов минимизации требований к обработке сигналов заключается в использовании двух цветов в том же диапазоне длин волн для получения дополнительной информации об источнике сигнала.
Преимущество использования ультрафиолетовой части спектра состоит в том, что в этой части очень мало естественных источников сигналов, вызывающих ложные тревоги. Большинство обнаруживаемых сигналов относится к сигналам технических средств. Это уменьшает объем требующих обработки сигналов. Хотя ультрафиолетовая компонента в факеле ракеты на несколько порядков слабее инфракрасной компоненты, она еще содержит до-статочно энергии, чтобы вызвать сигнал оповещения при приемлемой так-тической дальности обнаружения. Основная проблема при этом состоит в получении требуемых характеристик фильтров. Фильтр должен ослаблять нежелательные сигналы на 15 порядков, а переход от режима полосного к режиму режекторного фильтра должен совершаться в пределах 10 нм.
Разработка таких фильтров ведется по программе Управления перспек-тивных научных проектов и исследований МО США (DARPA) с использова-нием технологии нитридов алюминия - галлия. Эта технология считается перспективной для улучшения ультрафиолетовых систем обнаружения ра-кет.
Преимущества, которые может дать программа DARPA, показаны на примере представления применяемой в настоящее время системы обнару-жения ракет CMWS (Common Missile Warnong System), которой присвоено официальное обозначение AN/AAR-57.
Она состоит из оптического блока с фильтрами FOA (Filter-optics assembly), усилителя яркости изображения с микроканальной пластиной, волоконно-оптического конусообразного соединителя и детектора на прибо-рах с зарядовой связью (ПЗС).
Энергия в форме потока фотонов от цели поступает в блок FOA, фоку-сирующий и направляющий его на фотокатод с одновременным отфильтровыванием нежелательных сигналов. Фотокатод преобразует поток фотонов в поток электронов, направляемый далее в усилитель яркости изображения, усиливающий его приблизительно в миллион раз. Мощный поток электро-нов с выхода этого усилителя направляется на люминесцентный экран, снова преобразующий его в поток фотонов. Эмитируемые этим экраном фотоны поступают в конусообразный волоконно-оптический соединитель, согласу-ющий диаметр выходного окна усилителя яркости изображения с диаме-тром входного окна детектор на ПЗС. Детектор преобразует поток фото-нов в сигнал, подвергающийся цифровой обработке по принятому алгорит-му.
В дополнение к тому, что такие процессоры преобразования малоэффек-тивны, они требуют и дорогостоящей аппаратуры. Так, детектор на ПЗС и усилитель яркости изображения стоят около 4000 долл. каждый. Блок FOA при мелкосерийном производстве стоит 9000 долл. со снижением этой стоимости при серийном производстве до 4000-5000 долл. Поэтому Упра-вление Joint Project Office по инфракрасному противодействию угрозам и применению систем CMWS (ATIR.-CM/CMWS) заинтересовано в переходе к использованию других технологий, потенциально способных уменьшить стоимость системы.
Разрабатываемая по программе DARPA технология нитридов алюми-ния - галлия имеет ряд уникальных характеристик. Такие материалы до-пускают настройку на волны в полосе 220-360 нм. Другой элемент из этих материалов предназначен для работы в диапазоне волн 360 730 нм. Возмож-ность настройки такого элемента позволяет создавать полосовой фильтр с очень узкой полосой пропускания вблизи выбранной волны настройки, обес-печивающий высокое поглощение энергии вне этой полосы.
Успешная разработка таких элементов окажет серьезное влияние на си-стемы типа AN/AAR-57 в отношении возможности их простой модифика-ции, следствием которой будет повышение их эффективности и снижение стоимости.
Наличие детектора, способного непосредственно реагировать на ультрафиолетовое излучение, дает возможность существенно упростить оптиче-ский тракт системы AN/AAR-57.
Прежде всего из него могут быть удалены блок FOA, усилитель ярко-сти изображения (вместе с источником электропитания высокого напряже-ния) и детектор на ПЗС. Вместо блока FOA будет применен блок с одним или двумя элементами из нового материала, которые в настоящее время находятся в стадии разработки. Эти элементы будут обладать также неко-торыми фильтрующими свойствами. Усилитель яркости изображения, во-локонно-оптический соединитель и детектор на ПЗС могут быть заменены одним детектором. По проекту этот детектор будет не дороже детектора на ПЗС, а стоимость оптических элементов снизится с 4000 долл. до 500 долл. В результате такой модификации общая стоимость системы будет сниже-на более, чем на 7000 долл., а ее эффективность и надежность существенно повысятся.
Применяемый в настоящее время в системе AN/AAR-57 процесс филь-трации ненужных сигналов и обнаружения излучения от опасного объек-та недостаточно эффективен. Хотя блок FOA хорошо выполняет функции фильтра, он вместе с тем ослабляет полезный сигнал. Звено фотокатод-усилитель яркости изображения также малоэффективно. Прохождение сиг-нала через это звено сопровождается существенными потерями. Конусо-образный волоконно-оптический соединитель и детектор на ПЗС не осла-бляют сигнал, но они вносят определенные ограничения на характеристики оптического тракта. Устранение из систем этих компонентов и применение новых материалов, разрабатываемых по программе DARPA для непосред-ственного обнаружения фотонов ультрафиолетового излучения, дают воз-можность повысить обнаруживающую способность системы на порядок.
Одна из основных проблем, встающих на пути разработки ультрафио-летовых систем обнаружения ракетных ударов, заключается в ослаблении ультрафиолетовой компоненты сигнатуры атакующей ракеты озоном атмо-сферы. Этим объясняется критичность выбора полосы пропускания оптиче-ского тракта системы обнаружения. Повышение эффективности обнаруже-ния системы позволило бы значительно увеличить дальность ее действия почти в два раза. Но эту возможность можно реализовать только при низких концентрациях озона. При повышенных его концентрациях можно добиться увеличения дальности действия системы только на 20-30%. Для удвоения дальности действия системы при высоких концентрациях озона потребова-лось бы повышение эффективности преобразования фотонов ультрафиоле-тового излучения факела ракеты в индицируемые сигналы по крайней мере на два порядка.
Хотя невозможно добиться увеличения дальности действия системы при всех условиях ее применения, общее повышение ее эффективности обнаруже-ния оказывается очень полезным. Даже при высоких концентрациях озона в атмосфере сигнал, выдаваемый системой для обработки, будет значительно сильнее сигналов, применяемых в настоящее время систем. Более сильный сигнал повысит способность системы отличать сигнал от факела ракеты от сигналов других источников, вызывающих ложные тревоги.
Есть все основания полагать, что ультрафиолетовые системы обнаруже-ния ракет, атакующих самолеты, будут применяться в течение длительного периода времени. Пока еще не обнаружено ни одного характерного призна-ка факела ракеты, который позволял бы выделить ее среди сигнатур других объектов, находящихся в современных боевых условиях, независимо от диа-пазона их излучений.
Выполняемая в настоящее время программа делает возможным потенциальное повышение эффективности ультрафиолетовых систем на основе новейших технических и технологических достижений. Программа DAR.PA по технологии нитридов алюминий-галлия дает возможность разработчикам новых систем повысить их эффективность противодействия возрастающим угрозам ракетных ударов по самолетам. Кроме того, эта программа спо-собствует снижению стоимости систем. DARPA будет продолжать поддер-живать опытно-конструкторские работы по созданию и совершенствованию таких систем.
Journal of Electronic Defense.- 1999 . - № 12 .- - P. 51-54.
