Результат интеллектуальной деятельности: Способ поражения высокоскоростных летательных аппаратов на низких высотах

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано для защиты объектов от поражения высокоскоростными летательными аппаратами, в том числе, от крылатых ракет и самолетов.

Процесс создания боеприпасов, способных за счет высокой (гиперзвуковой) скорости движения оставаться неуязвимыми, для средств противовоздушной обороны в последние годы идет очень активно. В качестве примеров появления таких боеприпасов в ряде развитых стран можно привести гиперзвуковые летательные аппараты, создаваемые в Китае (DZ-ZF), в США (Х-51A Waverider) и другие.

В связи с этим, проблема разработки средств поражения таких летательных аппаратов сегодня является актуальной.

Прототипы систем для поражения низколетящих целей использовались нашими предшественниками еще во время Второй мировой войны. Например, в системе заграждения с помощью аэростатов, применяемой англичанами для защиты Лондона от разрушительных немецких ракет.

Действие аэростатов заграждения было рассчитано на повреждение самолетов при столкновении с тросами, оболочками или подвешиваемыми на тросах зарядами взрывчатого вещества.

Применение аэростатов в системе ПВО проводится и в настоящее время. Так в США уже несколько лет назад прошла успешные испытания система JLENS, включающая в себя комплекс аэростатов и зенитно-ракетных установок. 30 апреля 2012 г. на полигоне в районе озера Грейт Лейк-Солт в штате Юта состоялись испытания комплекта аэростатов совместно с армейским ЗРК Patriot. Система JLENS уверенно обнаружила низколетящую цель, имитировавшую крылатую ракету, передала данные батарее ЗРК. Та первым же пуском уничтожила мишень. Такие же системы американцы планируют устанавливать на авианосцах. (http://army-news.ru/2013/11/aerostaty-protiv-krylatyx-raket/).

Обнаружение и поражение высокоскоростных летательных аппаратов является сложной технической задачей. При их гиперзвуковой скорости полета и маневрирования сегодняшние средства обнаружения, слежения и наведения противоракет не успевают выполнить задачу по уничтожению этих целей. Как известно, современные системы ПВО в своем арсенале используют различные радары, которые устанавливаются, как на средствах обнаружения, так и на средствах поражения. Электронные устройства разведки гиперзвуковых летательных аппаратов позволяют зафиксировать излучение от этих средств, и, используя свою высокую маневренность, успевают принять меры по уводу летательного аппарата от воздействия на него средств обнаружения и поражения.

Настоящее изобретение представляет собой техническое решение по созданию системы борьбы с низколетящими гиперзвуковыми боеприпасами, лишенное вышеназванных недостатков. Суть технических решений заключается в создании автоматизированной системы обнаружения и поражения таких летательных аппаратов. В основу принципов построения такой системы положены исследования автора, направленные на обнаружение сверхзвуковых летательных аппаратов по их электромагнитному излучению, сопровождающему процессы образования ударных волн в зонах движения сверхзвуковых аппаратов. Такие средства обнаружения летательных аппаратов являются пассивными. Использование пассивных схем обнаружения сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов позволяет оставаться им незаметными для средств обнаружения и разведки, установленным на летательных аппаратах.

Предлагаемая система обнаружения и применяемые средства поражения работает в автоматическом режиме по заранее отработанным алгоритмам.

Ниже рассмотрены предлагаемые технические решения по построению таких систем обнаружения и поражения низколетящих сверхзвуковых аппаратов.

Предлагаемое техническое решение поясняется рисунками, приведенными на фиг. 1, 2. Фиг. 1. Схема расположения привязных аэростатов для установки ИК-приемников и боеприпасов (цифрами 1-6 обозначены места установки привязных аэростатов с приемниками инфракрасного излучения и боеприпасами). Фиг. 2. Привязные аэростаты с ИК-приемниками и боеприпасами. Фиг. 3. Внутренняя схема пироприемника (назначение выводов: D - питание; G - земля, S - Uвых).

Предлагаемый способ поражения высокоскоростных летательных аппаратов на низких высотах, заключающийся в том, что с помощью привязных аэростатов на различных высотах от защищаемого объекта устанавливаются пассивные оптические приемники инфракрасного излучения в диапазоне длин волн 2-5 мкм. Причем количество приемников выбирается таким, чтобы закрыть воздушное пространство над защищаемым объектом геометрическими фигурами из приемников. Пример, расположения приемников в углах условных шестиугольников приведен на фиг. 1, 2. Могут применяться другие схемы расположения, обеспечивающие фиксацию излучения от летательного аппарата и определение его положения в пространстве, например, методами триангуляции.

Крепление аэростатов осуществляется с помощью тросов из синтетических материалов, внутри которых проложена электропроводка для питания оборудования и связи для передачи получаемых данных.

Прочность тросов на разрыв в зависимости от объема аэростата составляет 5-30 тонн. В состав наземного комплекса входит: швартовочное оборудование с лебедкой, система энергоснабжения и пункт управления с системой обработки данных с приемников излучения.

Установленные определенным образом в защищаемом воздушном пространстве приемники, подключенные по кабельной связи к системе обработки информации, позволяют определить координаты подлетающего летательного аппарата и выдать команду на срабатывание устройства уничтожения быстролетящей цели в заданном месте защищаемого пространства. Вариантов создания таких систем, по-видимому, можно предложить несколько.

В качестве таких пассивных приемников предлагается использовать оптико-электронные устройства для регистрации излучения в диапазоне длин волн 2-5 мкм. Теоретическое обоснование возможности выявления аппаратов, летящих в атмосфере воздуха со сверхзвуковой скоростью, приведено в работе автора (Кузнецов Н.С. Предложения по повышению эффективности неконтактных датчиков цели ракет // Боеприпасы. - 2018. - №3.). В этой работе предложен алгоритм определения положения летательного аппарата относительно приемника по наличию максимума интенсивности принимаемого излучения на ИК-приемнике. Там же приведены данные по нагреву летательного аппарата в зависимости от скорости движения. Этот диапазон температур нагрева летательного аппарата обуславливает и оптимальный диапазон длин волн для регистрации таких объектов (2-5 мкм).

В реализации способа может быть использован алгоритм, применяемый в системах, использующих пассивные ИК детекторы движения. При этом диапазон волн, регистрируемых ИК-приемниками, должен быть выше 2 мкм. Так как именно в этом диапазоне длин волн в зоне движения летательного аппарата возникает электромагнитное излучение, обусловленное нагревом воздуха.

Принцип действия пассивных ИК детекторов основан на регистрации изменения интенсивности ИК излучения, возникающего при движении теплового объекта в зоне обнаружения прибора. Чувствительным элементом такого прибора является пироэлемент (пироприемник), на поверхности которого под воздействием ИК излучения от любого теплового объекта возникает электрический заряд. Для регистрации факта движения теплового объекта в детекторе с помощью многосегментного зеркала формируется многолучевая диаграмма направленности, состоящая из множества лучей детекции, направленных под разными углами и в различных направлениях. Пересечение этих лучей тепловым объектом (нагретой зоной ЛА) приводит к попаданию на пироэлемент импульсов ИК излучения и, как следствие, обеспечивает последним формирование электрических импульсов. Эти импульсы усиливаются и обрабатываются детектором, который подсчитывает их количество и временной интервал между ними. Регистрация такой информации на несколько приемников, разнесенных в пространстве, позволят определить координаты летательного аппарата и направление его движения.

Лучи детекции образуют зону обнаружения, которая определяет чувствительность прибора, т.е. максимальное расстояние, на котором происходит уверенное обнаружение перемещающегося объекта. Точные геометрические характеристики (конфигурация) зоны обнаружения обеспечиваются многосегментными зеркалами и оптической системой на линзах Френеля. Использование различных типов линз позволяет изменять конфигурацию зоны обнаружения в зависимости от обстановки. Оптическая система в зависимости от типа используемых линз позволяет получать зоны обнаружения следующих типов: объемную, поверхностную и узконаправленную.

Во всех случаях пироприемник используется совместно с внешней оптической системой, осуществляющей разделение на прозрачные и непрозрачные температурные секторы и фокусировку инфракрасного излучения с контролируемого объема на чувствительный элемент. Линза собирает излучение с конкретного участка пространства и посылает на свой чувствительный элемент. Соседняя линза, контролирующая смежный участок посылает поток излучения на второй сенсор. Излучения соседних участков примерно одинаковы. При нарушении баланса, превышении какого-то порогового значения, прибор извещает устройство обнаружения о наличии движущейся цели в зоне охвата.

Летательный аппарат последовательно пересекает эти секторы, в результате формируется переменный тепловой сигнал от перемещения. Переменный сигнал на уровне постоянного температурного фона выделяется достаточно просто. Пироприемник состоит из противофазно включенных чувствительных площадок, поэтому детектор реагирует только на градиент температуры между двумя площадками, в то время как фоновое значение температуры компенсируется. На фиг. 2 приведена схема такого пироприемника.

При построении оптики ИК-датчиков используются линзы Френеля, представляющие из себя множество призматических фасеток на выпуклой, прозрачной для выбранного диапазона длин волн, кристаллической чашке. Каждая линза собирает ИК поток со своего участка пространства и отправляет на пироприемник.

ИК-приемники имеют небольшие габариты, и как следствие, незначительный вес. Поэтому для установки их на высоте потребуются привязные аэростаты небольших размеров. Такие аэростаты сегодня разрабатываются и изготавливаются радом фирм в России и за рубежом. Одним из прототипов такого комплекса является израильский малый разведывательный аэростат SkyStar 180.

Он может поднять до 6,5 кг веса на высоту около 300 метров. Он готовится к запуску с небольшого прицепа в течение 15 минут группой из двух человек и может работать в течение трех дней. Система обработки данных может находиться на автомобиле или другом переносном устройстве.

Схема установки ИК-приемников должна позволять определять появление цели между ними методами триангуляции.

Информация с приближенными координатами цели мгновенно (микросекунды) поступает на боевые устройства, способные поражать быстролетящие объекты без наведения на цель, так как времени наведения на цель из-за высокой скорости летательного аппарата нет.

В качестве таких боеприпасов могут быть осколочно-фугасные боеприпасы с готовыми поражающими элементами и ударными ядрами. Такие боеприпасы способны поражать цели в радиусе более 200 м.

Особый интерес представляют боеприпасы способные при взрыве создавать мощный электромагнитный импульс, способный выводить из строя аппараты с использованием электроники на расстоянии более километра.

Построение рассмотренной выше системы защиты от сверхзвуковых боеприпасов представляет собой определенную систему минирования воздушного пространства в зоне защищаемого объекта.