Разведывательная аппаратура беспилотных летательных аппаратов
ВИНИТИ
Серия «ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНЫХ СЛУЖБ ЗАРУБЕЖНЫХ ГОСУДАРСТВ»
№1-2006, 5-1
Разведывательная аппаратура беспилотных летательных аппаратов
В журналах Armada International опубликовано несколько обзорных статей, посвященных состоянию и некоторым направлениям дальнейшего развития разведывательной аппаратуры беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые, по мнению многих военных специалистов, становятся важным элементом концепции сете-центрических операций
Разведывательную аппаратуру БПЛА можно разделить на три группы: оптико-электронные устройства, радиолокационные станции и лазерные локаторы, аппаратуру радиоэлектронной разведки.
К оптико-электронным устройствам относятся аэрофотоаппараты, телевизионные, тепловизионные и лазерные системы.
Первыми аэрофотоаппаратами (АФА), которые использовались на БПЛА для фоторазведки, были пленочные (т.н. АФА с «мокрой пленкой»). Фотографирование объектов разведки было возможно при наличии благоприятных погодных условий. После выполнения задания БПЛА доставлял отснятую фотопленку на наземную станцию, где она обрабатывалась, проводился анализ полученных аэрофотоснимков и результаты сообщались соответствующей командной инстанции.
В настоящее время АФА с «мокрой пленкой» в качестве разведывательной аппаратуры БПЛА практически не используются. Их заменили оптико-электронные датчики (цифровые АФА), в которых видовая информация записывается на видеоленту и цифровые видеодиски. Эти устройства, а также низкоуровневые телевизионные камеры на приборах с зарядовой связью (ПЗС) и тепловизионные системы позволяют получать видовую информацию круглосуточно и в любых погодных условиях. Кроме того, цифровой формат изображений позволяет передавать их по радиолиниям передачи данных с борта БПЛА наземным станциям, где с помощью современных компьютеров могут быть использованы различные эффективные способы улучшения качества изображений. Все это позволяет существенно сократить временной интервал «sensor to shooter» - между обнаружением цели и нанесением по ней удара. Оснащенные указанной аппаратурой БПЛА становятся уже средствами не только тактической, но и стратегической разведки.
На многих разведывательных БПЛА некоторые датчики (сенсоры) устанавливаются на турелях, что обеспечивает 360° обзор по азимуту и не менее 90° по углу места.
На первых образцах турелей устанавливался один основной датчик. В дальнейшем с развитием соответствующих технологий стало возможным увеличить чувствительность датчиков, а также снизить их габаритные размеры и массу. Это позволило устанавливать на одну турель уже несколько различных датчиков.
Типичным примером турели с одним датчиком является турель Model 12. разработанная компанией L-3 Wescam. На этой турели может быть установлен один из следующих датчиков: дневная телевизионная камера цветного изображения, низкоуровневая телевизионная камера или тепловизор. Турель используется на разведывательных беспилотниках CL-227 компании Bombardier и Gnat 750 компании General Atomics.
В 1996 г. была разработана турель Model 12DS с двумя датчиками. Конструктивно эта турель, масса которой составляет 20,9 кг, представляет собой карданный подвес с гиростабилизацией по четырем осям. На ней установлены два датчика:
- дневная телевизионная камера цветного изображения, оснащенная объективом с переменным фокусным расстоянием и кратностью увеличения х20;
- тепловизионная система с высокой разрешающей способностью (256x256 пикселов), в которой используется сканирующая решетка на антимониде индия, работающая в спектральном диапазоне 3-5 мкм.
Турель Model 12 DS устанавливается на модернизированном БПЛА Pioneer, получившем обозначение RQ-2B.
По мере усложнения требований к разведывательным возможностям БПЛА на турелях стали устанавливать дополнительные датчики, к числу которых относятся лазерные дальномеры, целеуказатели, устройства сопровождения, лазерные станции подсветки целей и лазерные прицелы.
Дополнительные датчики обеспечили возможность использования БПЛА для целеуказания высокоточным средствам поражения, применяемым с наземных или воздушных платформ.
Разработанная после турели Model 12 турель Model 14 выпускается в трех вариантах: 14TS (на турели установлены три датчика), 14QS (четыре датчика) и 14PS (пять датчиков).
На турели 14TS, которой оснащаются средневысотные стратегические разведывательные БПЛА R.Q-1A Predator, установлены следующие датчики:
- дневная телевизионная камера ХС-99 компании Sony, имеющая объектив с переменным фокусным расстоянием и кратностью увеличения х10;
- вторая камера ХС-99, позволяющая получать изображения удаленных объектов;
- тепловизор с детекторами на основе силицида платины, работающий в спектральном диапазоне 3-5 мкм и имеющий несколько значений угла поля зрения.
На турели 14QS к датчикам турели 14TS добавляется или лазерный дальномер-целеуказатель на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом Nd :YAG (длина волны 1,06 мкм) или безопасный для зрения лазерный дальномер на эрбиевом стекле (длина волны - 1,54 мкм).
Конструкция турели 14PS позволяет установить на ней пятый датчик - станцию подсветки цели полупроводниковым лазером, работающим в импульсном режиме (частота повторения импульсов - 4-5 имп/с, мощность излучения - 800 мВт).
В отделении Elop израильской компании Elbit Systems разработано семейство малогабаритных тепловизионных модулей, в состав которых входит ИК система переднего обзора с параллельным сканированием, выполненная на охлаждаемом интегральном детекторе с обработкой сигналов в фокальной плоскости и системой охлаждения Дьюара. Один из модулей этого семейства - Cotim В, работающий в спектральном диапазоне 8-12 мкм, может быть использован в качестве разведывательной аппаратуры БПЛА.
К числу турелей, выпускаемых отделением Elop, относится также турель Compass IV с четырьмя датчиками. С июля 2004 г. оснащенный этой турелью БПЛА Hermes450 используется пограничными подразделениями министерства национальной безопасности США для патрулирования границы между штатом Аризона и Мексикой.
Отделением Tamam компании Israel Aircraft Industries (IAI) разработаны:
- семейство стабилизированных турелей MOSP (Multimission Optronic Stabilized Payload), которыми оснащаются разведывательные БПЛА RQ-5 Hunter, Searcher/Heron, Ranger и Hermes 450;
- семейство турелей Moked;
- комплексная полезная нагрузка модульной конструкции POP (Plug-in Optronic Payload).
Последняя модель семейства Moked - Moked 2000 - оснащается ИК системой переднего обзора FUR или телевизионной камерой.
В системе FLIR используется или фокально-плоскостная решетка, работающая в спектральном диапазоне 3-5 мкм, или линейка детекторов с параллельным сканированием диапазона 8-12 мкм.
Телевизионная камера на ПЗС работает в спектральном диапазоне 0,4-0,75 мкм и имеет объектив с переменным фокусным расстоянием и кратностью увеличения х16.
Комплексная полезная нагрузка POP используется в качестве основной разведывательной аппаратуры БПЛА RQ-7 Shadow 200. Конструктивно она выполнена в виде шара диаметром 260 мм, в котором могут быть установлены разработанные отделением Tamam или тепловизор с фокально-плоскостной решеткой на основе сурмянистого индия, или выполненная на ПЗС цветная телевизионная камера дальнего действия, или оба этих датчика. Замена датчиков возможна в полевых условиях и занимает не более нескольких минут.
Израильская компания Controp Precision Technologies выпускает стабилизированную разведывательную систему DSP-1, в состав которой входит выполненная на ПЗС цветная видеокамера с кратностью увеличения х20 и ИК система переднего обзора FLIR, работающая в спектральном диапазоне 3-5 мкм.
Многофункциональная разведывательная система Ultra 8500 является последней разработкой американской компании Flir Systems, которая является мировым лидером в области производства ИК систем для военных, полувоенных и полицейских целей. Система размещается на полностью загерметизированной турели с карданным подвесом диаметром 229 мм. В ее состав входят следующие датчики:
- тепловизор с фокально-плоскостной решеткой на основе антимонида индия размером 320x240 пикселов, работающей в спектральном диапазоне 3-5 мкм;
- дневная телевизионная камера на ПЗС;
- устройство автоматического сопровождения цели;
- лазерный прицел Class III b на полупроводниковом лазере.
К тепловизионным камерам второго поколения, предназначенным для разведывательных БПЛА, относится камера Ophelios, разработанная компанией Zeiss Optronic и устанавливаемая на беспилотнике KZO. В камере используется охлаждаемый детектор на ПЗС на основе теллурида кадмия и ртути, работающий в спектральном диапазоне 7,5 - 10,5 мкм. Система охлаждения - холодильный агрегат по циклу Стерлинга. Разрешающая способность - 576 линий, 768 пикселов на линию.
С 2001 г. компания Denel (ЮАР) выпускает тепловизионные камеры модульной конструкции Kenis. В камере используется охлаждаемая сканирующая решетка размером 288x384 пикселов с охладителем по циклу Стерлинга, работающая в спектральном диапазоне 3-5 мкм. В оптической части камеры установлен объектив с переменным фокусным расстоянием, кратностью увеличения х2, несколькими значениями угла поля зрения и высокой чувствительностью.
Компанией Raytheon производится турель AN/AAS-44(V) с тепловизионной системой, предназначенной для обнаружения, определения дальности и сопровождения целей, для обеспечения применения управляемых ракет класса «воздух-земля» AGM-114 Hellfire и других средств поражения с лазерным наведением. По желанию заказчика в качестве дополнительных датчиков на турели могут быть установлены телевизионная камера, работающая в ближней области ИК спектра, и телевизионная камера цветного изображения (обе камеры оснащены объективами с переменным фокусным расстоянием и кратностью увеличения х2 и х4 соответственно); лазерная станция подсветки целей и лазерная система сопровождения.
Турели AN/AAS-44(V) установлены на некоторых БПЛА RQ-1 Predator. На беспилотниках модификации MQ-1 планируется постепенно заменять их новой аппаратурой - многоспектральной системой целеукзания AN/AAS-52, в состав которой дополнительно включен тепловизор и лазерный дальномер.
Наряду с широко используемыми комплексами бортовых датчиков, устанавливаемых на турелях, разработаны и конформные системы, которые могут быть более подходящими для небольших тактических разведывательных БПЛА. Примером такой системы является система Mini-Eye, разработанная компанией Controp и прошедшая летные испытания на малоразмерном БПЛА Mini-V компании Silver Arrow. В состав системы входит цветная телевизионная камера с высокой разрешающей способностью, оснащенная объективом с переменным фокусным расстоянием и кратностью увеличения х10, установленная на карданном подвесе с двумя степенями свободы. Камера имеет два сменных поля зрения: 1,8° х 1,3° и 6° х 13,3° и работает в формате систем цветного телевидения NTSC и PAL.
В 1998 г. отделением электронных датчиков и приборов ночного видения Армии США совместно с компанией Indigo Systems разработано семейство ИК камер Alpha, в которых используется решетка неохлаждаемых микроболометров (51x51 микрон) размером 160x128 пикселов. Камеры работают в спектральном диапазоне 7,5 - 13,5 мкм и используются, в частности, на БПЛА Camcopter компании Schiebel.
В последние годы происходит расширение использования в качестве разведывательной аппаратуры БПЛА радиолокационных станций, в том числе и РЛС с синтезированием апертуры (SAR).
Типичным примером «обычной» РЛС, модифицированной с целью ее использования на БПЛА, может быть станция EL/M-2022U компании Elta Electronics, входящей в концерн IAI. Созданная на базе многорежимной РЛС разведывательных самолетов морской авиации, станция EL/M-2022U может быть использована в качестве дополнительной полезной нагрузки израильского высотного разведывательного БПЛА Heron.
Другой РЛС, разработанной компанией Elta/IAI является станция EL/M-2055, в которой используется стабилизированная плоская антенная решетка с когерентным излучением и низким уровнем боковых лепестков. Станция позволяет получать изображения сравнимого с фотографиями качества и может работать в любое время суток и в любых погодных условиях. Она используется на разведывательных БПЛА Searcher и RQ-5A Hunter.
Проект всепогодной РЛС с синтезированной апертурой Sword (System for all -Weather Observation by Radar on Drone) разработан совместно компаниями Thales и Eads-Dornier с целью повышения эффективности боевого использования разведывательного БПЛА CL-289, который получит возможность вести разведку наземных движущихся целей.
Компания Eads-Dornier предлагает к продаже всепогодную РЛС с синтезированной апертурой Awards (АН-Weather Airborne Reconnaissance Drone Sensor) -модифицированный вариант РЛС Sword. Станция Awards работает в J диапазоне частот и предназначена для использования на БПЛА с небольшой скоростью полета, действующих на высотах менее 5 000 м. Разрешающая способность станции - 1,4 м при наблюдении объектов по маршруту полета и 10 м - в режиме индикации наземных движущихся целей.
Компанией Ericsson Microwave Systems разрабатывается РЛС с синтезированной апертурой для разведывательного беспилотника Carabas III (Coherent All Radio Band Sensing). Станция работает в диапазоне частот 20-90 МГц. Поскольку в этом диапазоне отраженные от растительного покрова радиолокационные сигналы являются слабыми, она считается оптимальным средством наблюдения сквозь лиственный покров для обнаружения замаскированных целей.
В 1996 г Национальная лаборатория Сандиа министерства энергетики США, используя имеющиеся на рынке готовые компоненты (cots), разработала для компании General Atomics РЛС с синтезированной апертурой AN/APY-8 Lynx. В станции, которая в настоящее время производится этой компанией, используется параболическая антенна со смещенным облучателем, установленная под 483-мм обтекателем на карданном подвесе с тремя степенями свободы. Масса серийного образца станции - 52 кг, наклонная дальность действия - 30 км (в варианте РЛС с меньшей дальностью действия ее масса снижена до 45 кг), разрешающая способность по наземным объектам - 10 см. Станция устанавливается на разведывательных беспилотниках MQ/RQ-1 Predator, I-Gnat и RQ-8 Fire Scout.
Массогабаритные характеристики новой РЛС - Lynx II - будут приведены в соответствие с несущими способностями тактических разведывательных БПЛА Hunter и беспилотников Class IV боевой системы будущего FCS. Серийное производство этой станции планируется начать в 2007 фин. г.
Малогабаритная РЛС с синтезированием апертуры AN/ZPQ-1 Tesar (Tactical Endurance SAR) создана на базе станции, предназначавшейся для самолета-штурмовика А-12 ВМС США, разработка которого была прекращена. Станция работает в J диапазоне частот, имеет небольшие размеры, может вести разведку наземных движущихся целей и используется для оснащения беспилотников MQ/RQ-1 Predator. Масса станции - 73,8 кг; дальность действия в режиме маршрутного наблюдения (strip mode) -10-25 км, а в режиме определения местоположения целей (spot mode) - от 18 до 25 км в зависимости от высоты полета БПЛА.
Масштабно уменьшенный вариант РЛС AN/ZPQ-1 Tesar, получивший наименование Tuvar (Tactical UAV Radar) и предназначенный для оснащения тактических беспилотников RQ-7A Shadow 200, к началу 2005 г. находился на этапе сборки и испытаний опытных образцов. Масса станции - 25,8 кг. Для проведения летных испытаний два таких образца были установлены на беспилотниках RQ-5 Hunter.
В начале 2005 г. компания Raytheon объявила о завершении этапа утверждения выбранной концепции, предусмотренного заключенным в апреле 2004 г. контрактом на разработку бортовой радиолокационной станции X диапазона для программы создания объединенной беспилотной боевой воздушной системы J-UCAS, и о начале подготовки к серийному производству этих станций. Новая РЛС будет иметь значительно меньшую массу по сравнению с существующими станциями аналогичного назначения.
Для активно разрабатываемых систем беспилотной разведки на базе мини- и микро БПЛА создаются соответствующие несущим способностям этих аппаратов бортовые датчики - видеокамеры, тепловизоры и даже РЛС с синтезированием апертуры. В качестве примеров таких датчиков приводятся следующие.
На микроБПЛА MAV (Micro Aerial Vehicle) с взлетной массой 500 г, разработанном концерном EADS, установлена видеокамера, масса которой составляет 50 г, а количество пикселов в изображении - 512x582.
Компанией Thermo Vision выпускается тепловизионная камера Micron (прежнее наименование - Omega), в которой используется неохлаждаемый болометр. Масса камеры, которая устанавливается на разведывательных беспилотниках Raven и Dragon Eye Армии и корпуса морской пехоты США, составляет 120 г, а спектральный диапазон - 7,5-13,5 мкм.
Национальной лабораторией Сандиа разрабатывается РЛС с синтезированием апертуры MiniSAR. Масса станции - менее 14 кг (в дальнейших разработках ее планируется довести до 4,5 кг и менее), дальность действия - 15 км, разрешающая способность по наземным объектам - 10 см.
Компанией EADS Defence and Communications Systems разработана РЛС MISAR (Miniature SAR). Масса станции - менее 4 кг, разрешающая способность - 50 см.
Компания Imaging Microsensor разрабатывает радиолокационные станции mini SAR (масса - 5,4 кг; разрешающая способность - 100 см) и micro SAR (масса - 150 г, разрешающая способность - 300 см).
По мере развития разведывательных БПЛА и увеличения габаритов некоторых из них появляется возможность устанавливать на таких аппаратах интегрированные разведывательные комплексы более полного состава. Примером такого комплекса может быть интегрированная разведывательная система 1SS (Integrated Sensor Suite), разработанная компанией Raytheon для беспилотника RQ-4A Global Hawk, поступившего на вооружение ранее установленного планом срока.
Система ISS состоит из трех основных элементов: оптико-электронного блока, ИК камеры и РЛС с синтезированием апертуры.
В состав оптико-электронного блока входят тепловизор третьего поколения и дневная цифровая камера.
В тепловизоре используется детектор теплового излучения третьего поколения на основе сурмянистого индия, работающий в спектральном диапазоне 3,7 - 5,0 мкм.
Дневная цифровая камера, которая выполнена на ПЗС, имеет фокально-плоскостную сканирующую решетку на основе кремния размером 1024x1024 элементов, количество пикселов в изображении - 9 млн., спектральный диапазон - 0,55 - 0,8 мкм. При обследовании больших площадей местности камера обеспечивает получение изображений в полосе шириной 10 км, а в режиме детальной разведки (spot collection) - на площади 2 км2.
В ИК камере используется сканирующая фокально-плоскостная решетка размером 480x640 элементов.
РЛС с синтезированием апертуры Hisar 2K создана на базе разведывательной системы Hisar, работает в X диапазоне частот и позволяет вести разведку наземных движущихся целей.
Полученные с помощью системы ISS изображения передаются в близком к реальному масштабу времени по различным каналам связи. В течение 24 ч система может выполнить обзор территории площадью 138 000 км2.
Лазерный локатор (лидар) позволяет получать детальные трехмерные изображения целей, что обеспечивает их точное автоматическое распознавание.
В феврале 2003 г. научно-исследовательская лаборатория ВВС США (AFRL) опубликовала запрос промышленным компаниям на предложения по разработке лидара для разведывательного БПЛА. В июле того же года с компанией Lockheed Martin был заключен контракт на начало работ по созданию такого лидара для БПЛА Predator (проект PILAR - Predator Imaging Laser Radar). Сумма контракта - 3,77 млн. долл. В 2005 фин.г. летные испытания лидара, установленного на БПЛА Hunter, планирует провести Армия США.
Дальность действия средств радиоэлектронной разведки (РЭР), установленных на БПЛА, превышает дальность действия многих систем РЭР наземного или корабельного базирования. Аппаратура РЭР беспилотников представлена стандартными образцами, перекомпонованными в соответствии с особенностями их установки и использования на БПЛА.
Примером такой аппаратуры может быть разведывательный комплекс AES-210/V израильской компании Elisra Electronic Systems, предназначенный для обнаружения, идентификации и определения местоположения наземных и корабельных радиолокационных станций и работающий в двух диапазонах частот. Масса комплекса - 22 кг, высота полета БПЛА при ведении разведки - до 10 000 м. Управление работой комплекса с наземной станции осуществляется с помощью бортовой аппаратуры передачи данных с использованием интерфейса «человек-машина» на базе операционной системы Windows NT.
Компанией Elta/IAI производится аппаратура радиоэлектронной разведки EL/L-8385 Iuelis, обеспечивающая поиск, перехват, анализ и классификацию сигналов передающих устройств РЛС наземного, воздушного и морского базирования, а также определение местоположения этих станций. Перед передачей полученной информации на наземную станцию производится определение характеристик перехваченных сигналов и их предварительная обработка на борту БПЛА.
Для радиоразведки и пеленгования предназначена аппаратура EL/K-7071, выпускаемая также компанией Elta.
Аппаратура радиоэлектронной разведки Top-Scan израильской компании Rafael предназначена для обнаружения, идентификации и определения местоположения наземных радиопередающих устройств, работающих в диапазоне частот 0,5 - 18 ГГц. Масса аппаратуры - менее 15 кг.
В Южно-Африканской Республике аппаратуру радиоэлектронной разведки для БПЛА Seeker II производит компания Aviatronics.
В США в декабре 2000 г. в рамках программы дивизионной беспилотной радиотехнической разведки DTSP (Division TUAV SIGINT Program) тактический разведывательный БПЛА RQ-5A Hunter, оснащенный экспериментальной аппаратурой, успешно определил местоположение различных типов работающих радиопередающих устройств, расположенных на площади 40 км2 в штате Аризона.
Компания L-3 Communications System-East разрабатывает систему радио-(COMINT) и радиотехнической (SIGINT) разведки для тактического БПЛА RQ-7А Shadow 200. В состав системы входят два радиоприемных устройства, способных обнаруживать сигналы с низкой вероятностью перехвата, и многофункциональная аппаратура SIGINT с усовершенствованным цифровым приемным устройством.
Компанией Litton разработана аппаратура радиотехнической разведки для стратегического БПЛА Global Hawk. Европейский вариант этого беспилотника - Euro Hawk, оснащенный аппаратурой РЭР, рассматривается в качестве возможной замены пилотируемых самолетов радиотехнической разведки Breguet Atlantic ВВС ФРГ.
В последние годы в США проявляется интерес к возможностям перехвата передач по каналам сотовых систем связи и создания помех работе этих систем с помощью БПЛА. И перехват, и создание помех существенно усложнились с тех пор, как в коммерческих системах сотовой связи стали использовать передачи с расширенным спектром и скачкообразной перестройкой частоты. В результате проводимых в этой области работ предполагается установить сможет ли летящий на достаточно низкой высоте БПЛА перехватывать маломощные сигналы радиопередающих устройств систем сотовой связи. По некоторым данным, летные испытания аппаратуры перехвата сообщений сотовых телефонов были проведены в начале 2003 г на борту разведывательного БПЛА Predator В
Armada International. - 2005. - № 1. - P. 42, 44, 46, 48; № 2. - P.46. Jane's Defence Weekly. - 2004. - 21 July. - P.45-49.
