Навигация:
О чем эта монография
Преимущества БПЛА
Недостатки БПЛА
Навигационная система БПЛА
ЭПР и радиолокационный метод обнаружения БПЛА
Методы радиотехнической разведки применительно к задаче обнаружения БПЛА
Обнаружение БПЛА средствами оптико-электронной разведки
Обнаружение БПЛА акустическими методами
ЗРПК «Сосна» (модернизацию ЗРК «Стрела-10М3»)
Способность различных ЗРК поражать малоразмерные БПЛА
ЗРПК «Панцирь-С1» (ранее известный как «Тунгуска-3»)
Опыт боевого применения ЗРПК «Панцирь-С1» в Сирии
Опыт боевого применения ЗРПК «Панцирь-С1» в Ливии
Проблемные вопросы радиоэлектронного подавления навигационной системы БПЛА
Совершенствование навигационного обеспечения БПЛА
Особенности радиоэлектронного подавления навигационной системы БПЛА, основанной на приеме сигналов СРНС (спутниковой радионавигационной системы)
Повышение помехозащищенности АП СРНС (аппаратуры спутниковой радионавигационной системы) в БПЛА
Особенности радиоэлектронного подавления интегрированной навигационной системы БПЛА, основанной на комплексировании данных микромеханических инерциальных систем и сигналов СРНС
Возможности акустического подавления автономной навигационной системы БПЛА, основанной на микромеханических инерциальных системах
Проблемные вопросы радиоэлектронного подавления радиолиний управления и передачи данных БПЛА
Подавление линии управления БПЛА в режиме ручного управления им со стороны оператора по визуальным данным от ОЭС видимого диапазона
Особенности организации связи в командной радиолинии управления БПЛА
Специальные программные закладки, внедряемые в управляющую ОС или ПО БПЛА при их сертификации
Противодействие БПЛА средствами функционального поражения СВЧ излучением
Первые образцы комплексов поражения БПЛА потоком мощных СВЧ-импульсов
Особенности поражения БПЛА лазерным излучением
Поражение конструкции БПЛА путем нагрева лучом лазера
Противодействие БПЛА с использованием специальных БПЛА-перехватчиков
Противодействие БПЛА с использованием горючих аэрозолей
Противодействие БПЛА с использованием сетей
Дестабилизация полёта БПЛА спутным следом от летающего аппарата
... многие авторы, не вполне понимают сложность задачи противодействия БПЛА, рассматривают исключительно отдельные, частные аспекты этой проблематики, а также не обладают сведениями о реальных возможностях существующих комплексов ПВО и РЭП. Вместе с тем, проблема противодействия БПЛА, и, в особенности, малым БПЛА, является чрезвычайно сложной, многогранной, и до сих пор эффективно не решенной.
Обобщая вышесказанное, целью работы является систематизация и анализ различных способов и средств противодействия БПЛА, а также формирование общих направлений эффективного решения данной проблемы.
В 1-й главе монографии «Назначение и классификация БПЛА. Особенности функционирования БПЛА, значимые для его обнаружения и поражения» введена классификация БПЛА, представлены основные их задачи в боевой обстановке и возможности противоправного использования. Показано что наиболее сложными, с точки зрения обнаружения и противодействия, являются малые БПЛА. Дана краткая характеристика основных систем БПЛА, значимых для его обнаружения и противодействия: двигательной установке, системе управления, навигационной системе, системе радиосвязи. Показано, что основным эволюционным направлением развития способов применения БПЛА, существенно затрудняющим противодействие им, является групповое применение БПЛА в виде, так называемых, «стай» или «роев».
Во 2-й главе монографии «Обнаружение БПЛА» показано, что наиболее сложными объектами обнаружения, для современных средств разведки и контроля воздушного пространства, являются малые БПЛА. Проведен анализ возможностей по обнаружению БПЛА средствами радиолокационной, радио- и радиотехнической, оптико-электронной и акустической разведок. Сделаны выводы об эффективности данных средств для своевременного обнаружения БПЛА, в интересах формирования по ним целеуказания для средств поражения.
В 3-й главе монографии «Противодействие БПЛА средствами огневого поражения ПВО» представлены тактико-технические характеристики (ТТХ) отечественных и зарубежных ЗРК ПВО, предназначенных для огневого поражения БПЛА. Показана низкая эффективность ЗРК при решении данной задачи в боевых условиях и на полигонных испытаниях. Проведен анализ основных причин низкой эффективности ЗРК ПВО при их применении против БПЛА. Сформированы предложения по устранению типовых недостатков ЗРК и повышению их эффективности при поражении таких целей как БПЛА, в том числе и в условиях группового применения БПЛА.
В 4-й главе монографии «Противодействие БПЛА средствами РЭП» представлены ТТХ военных и «коммерческих» комплексов РЭП, ориентированных на противодействие БПЛА. Обоснованно, что задача противодействия БПЛА средствами РЭП может решаться одним из трех способов, или их комбинацией:
1) подавления системы навигации БПЛА, за счет формирования ложных навигационных полей;
2) подавления радиолиний управления и передачи данных БПЛА
3) информационно-технического воздействие на БПЛА с целью дестабилизирующего вмешательства в процесс функционирования его подсистем или перехвата управления.
Подробно рассмотрены данные способы подавления, их преимущества и недостатки. Сформированы предложения по повышению эффективности радиоэлектронного подавления таких объектов как БПЛА.
В 5-й главе монографии «Противодействие БПЛА средствами функционального поражения СВЧ излучением» представлены ТТХ комплексов функционального поражения электромагнитным излучением (ФП ЭМИ). Проведен анализ особенностей поражения СВЧ излучением БПЛА как интегрированного радиоэлектронного средства. Оценена эффективность функционального поражения БПЛА при применении современных экспериментальных средств ФП ЭМИ.
В 6-й главе монографии «Противодействие БПЛА средствами лазерного излучения» проведен анализ экспериментальных средств лазерного излучения. Проведен анализ особенностей поражения БПЛА лазерным излучением. Оценена эффективность поражения БПЛА при применении современных экспериментальных средств лазерного излучения.
В 7-й главе монографии «Другие средства и способы противодействия БПЛА» приведены различные способы и средства противодействия БПЛА которые не были подробно рассмотрены в главах 1-6, ввиду своей малой распространенности. В частности, в данной главе рассмотрено противодействие БПЛА с использованием: специальных БПЛА-перехватчиков; горючих и клейких аэрозолей; сетей; специально тренированных птиц; путем накрытия спутным следом от пролетающего летающего аппарата. Кроме того, рассмотрены мероприятия, направленные на повышение скрытности собственных объектов, а также на снижение эффективности применения БПЛА-разведчиков.
Монография не претендует на окончательную верность и полноту изложения всей затронутой проблематики. Данную работу стоит рассматривать, прежде всего, как «отправную точку» в таком актуальном на малоразвитом направлении исследований как противодействие БПЛА.
Основными преимуществами БПЛА, затрудняющим задачу их обнаружения и противодействия, являются [21, 44, 45, 48]:
возможность удаленного выполнения задач при безопасном удалении оператора, и при этом, обеспечение оператора информацией о ходе выполняемой задачи практически в реальном масштабе времени; применение широкого спектра малогабаритных целевых нагрузок на современной элементной базе (радиолокационных станций (РЛС), средств радиоэлектронной разведки (РЭР), боевых частей (БЧ) с направленным поражением и др.);
возможность длительного нахождения над зоной боевых действий, а также возможность самостоятельного подавления или поражения средств ПВО;
низкая заметность БПЛА в радиолокационном и оптическом диапазонах за счет более низких массогабаритных характеристик, по сравнению с пилотируемыми летательными аппаратами (ЛА), и широкого применения в конструкции БПЛА пластиковых и композитных материалов;
возможность совершать маневры с высокими перегрузками и использовать режимы полета, приводящие к снижению эффективности существующих и перспективных средств ПВО - возможность полета на предельно малых высотах (до 50 м) с использованием защитных свойств рельефа местности, а также на низких скоростях полета (10-30 м/с). При этом большинство современных ЗРК имеют ограничения на обстрел воздушных целей при их минимальной высоте до 1 км и минимальной скорости до 100 м/с. Кроме того, при приеме отраженных сигналов РЛС от малоразмерных, малоскоростных БПЛА возможно их попадание в стробы защиты РЛС от пассивных помех и стационарных предметов (что делает БПЛА неразличимыми для РЛС на фоне местности или в облаке пассивных помех);
малые геометрические размеры, обусловливающие низкие значения вероятностей поражения снарядами зенитной артиллерии, а также приводящие к несрабатыванию радиовзрывателей зенитных управляемых ракет (ЗУР) при их подлете в район малоразмерной цели;
скрытность применения БПЛА, обеспечиваемая относительной бесшумностью их двигателей, а также за счет полета в режиме «радиомолчания» до выхода их в зону непосредственного боевого применения.
Наличие значительных ограничений применения БПЛА в зависимости от погодных условий. Использование БПЛА возможно лишь в благоприятных условиях, например, при скорости ветра менее 10 м/с. Применение малых БПЛА существенно затрудненно при сильном дожде (ливне), в условиях высокой влажности воздуха, при среднем и сильном тумане.
Низкая живучесть и устойчивость БПЛА к физическому воздействию любого рода, от попадания осколка (пули) до сильного порыва ветра, приводящая к потерям пространственного ориентирования и срыву БПЛА в неконтролируемые режимы пролета. Каждое существенное внешнее возмущение (резкий порыв ветра, восходящий или нисходящий воздушный поток, попадание БПЛА в воздушную яму) может привести к потере ориентации БПЛА и последующей аварии.
Низкий уровень технической надежности и «интеллектуальности» действий БПЛА в автономном режиме.
По опыту применения БПЛА в локальных войнах специалистами сделан вывод о том, что частота аварий БПЛА в 100 раз выше, чем пилотируемых ЛА. Основными причинами этого являются значительно меньшая надежность бортового радиоэлектронного оборудования (РЭО) на борту БПЛА и отсутствие дублирования функций основного РЭО ввиду малой грузоподъемности БПЛА, в отличие от пилотируемых ЛА. Традиционно БПЛА оснащается комплектом минимально необходимой аппаратуры.
Навигационная система БПЛА может иметь различный уровень сложности и учитывать для определения местоположения БПЛА несколько сигналов, поступающих от датчиков различной физической природы. На БПЛА в зависимости от его размера и сложности решаемых задач могут быть размещены следующие варианты навигационной системы:
навигационная система, основанная только на аппаратуре потребителей (АП) наиболее распространенных спутниковых радионавигационных систем (СРНС) - такая система характерна для самых простых малых БПЛА-квадрокоптеров;
простая интегрированная навигационная система, на основе комплексирования данных микромеханических инерциальных навигационных систем (ИНС) и АП СРНС - такая навигационная система характерна для широкого класса малых БПЛА-квадрокоптеров для профессионального использования в различных целях;
интегрированная навигационная система, на основе комплексирования данных нескольких навигационных устройств: микромеханических ИНС, АП СРНС, барометрического высотомера, радио или лазерного высотомера - такая навигационная система характерна для профессиональных малых БПЛА, а также для БПЛА среднего класса; интегрированная навигационная система, на основе комплексирования данных нескольких навигационных устройств: авиационных ИНС, АП СРНС, высотомеров (барометрического и радио), радиотехнической системы ближней навигации
... системы автоматического зависимого наблюдения-вещания (АЗН-В) - такая навигационная система фактически полностью повторяет навигационную систему пилотируемого летательного аппарата (ЛА) и характерна для БПЛА тяжелого класса.
Сигналы СРНС формируются на литерных частотах в диапазоне 1-1,6 ГГц. Как правило, простые навигационные системы, устанавливаемые на малые БПЛА, используют интегрированный режим обработки сигналов от нескольких СРНС, что обеспечивает точность навигации 1-2,5 м как в горизонтальной плоскости, так и по высоте. Более сложные БПЛА для профессионального использования, как правило имеют навигационную систему 2-го или 3-го типа, в состав которой помимо АП СРНС дополнительно входят элементы автономной навигационной системы - микромеханические акселерометры и гироскопы.
Однако, такая автономная ИНС, без ее коррекции по сигналам СРНС, не в состоянии осуществлять автономное счисление пройденного пути ввиду высоких скоростей дрейфа гироскопических датчиков. Накапливаемая ошибка микромеханических ИНС, в условиях отсутствия корректирующих сигналов СРНС, за 1 мин составляет до 3 м по горизонтали и 2 м по вертикали. Таким образом эти ИНС способны без сигналов СРНС поддерживать приемлемую точность полета на уровне 100-150 м в течении не более 10 мин. При этом, как правило, имеется ввиду поддержание режима прямолинейного полета без ускорений и маневров.
Дополнительными способами повышения автономности и точности навигационных систем БПЛА является установка барометра и лазерного высотомера. Это оборудование позволяет повысить точность определения координат за счет использования дополнительных каналов комплексирования навигационных данных, а также формировать профили автономного полета БПЛА по электронным картам местности содержащим барометрические данные или высотные профили [66]. В средних и тяжелых БПЛА, в подавляющем числе случаев, используются навигационные системы 4-го типа - авиационные ИНС на основе лазерных или волоконно-оптических гироскопов. Однако масса таких ИНС составляет от 8 кг, что делает проблематичным их использование на малых (и даже на средних) БПЛА.
ИНС в среднем обеспечивают ошибку счисления пути порядка 1,85 км за 1 ч полета. При этом информация, поступающая по другим каналам: от АП СРНС, от высотомеров, сигналы от РСБН и от АЗН-В, является вторичной и после верификации и комплексирования она используются только для коррекции показаний ИНС ...
Отметим, что быстрое развитие БПЛА приводит к усовершенствованию их навигационного обеспечения. К таким направлениям усовершенствования относятся следующие:
использование для повышения точности навигации многостанционных локальных РСБН или систем - имитаторов сигналов СРНС [66, 68], при этом станции этих систем могут быть мобильными, находясь на автомобилях, и заблаговременно развертываться в зоне планируемого применения БПЛА;
использование для навигации электронных карт местности, полет по которым осуществляется в соответствии с данными радио- или лазерного высотомера, РЛС или ОЭС видимого диапазона [69, 70];
использование для навигации различных автономных систем технического зрения [69], а также технологии SLAM (simultaneous localization and mapping) - технологии автоматического одновременного построения карты местности в неизвестном пространстве, контроля текущего местоположения БПЛА и пройденного пути [71, 72];
автономный прямолинейный полет БПЛА в направлении цели, подсвечиваемой внешним источником излучения.
Несмотря на то, что показатель ЭПР имеет размерность м2 он не является геометрической площадью, а является энергетической характеристикой, то есть представляет собой коэффициент, который учитывает отражающие свойства цели и зависит от пространственной конфигурации цели, электрических свойств её материала и отношения линейных размеров цели к длине волны. В радиолокационных задачах распознавания и классификации целей обычно пользуются радиолокационным портретом воздушной цели (так называемой сигнатурой), который связан с геометрическими, физическими и кинематическими свойствами цели.
Как объекты РЛР малые БПЛА характеризуются значением ЭПР порядка 0,05-0,5 м2. При этом, в большинстве работ для таких БПЛА принимается значение ЭПР равное 0,1 м2, которое, как показано в работе [81], является вполне достаточным значением, характеризующим сигнатуры БПЛА, на которых не используются специальные средства снижения заметности, в том числе - коммерческих БПЛА типа «квадрокоптер».
В работе [48] указывается, что расчетные дальности для обнаружения малоразмерных БПЛА со стороны РЛС, находящимися на вооружении формирований ПВО, при различных значениях ЭПР БПЛА составляют:
для РЛС МВ диапазона:
о 8-14 км для БПЛА с ЭПР около 0,1 м2;
о 0,1-1,5 км для БПЛА с ЭПР около 0,01 м2;
для РЛС ДЦМВ диапазона:
о 9-16 км для БПЛА с ЭПР около 0,1 м2;
о 0,8-2 км для БПЛА с ЭПР около 0,01 м2;
для РЛС СМВ диапазона:
о 12-25 км для БПЛА с ЭПР около 0,1 м2;
о 1,4-2,8 км для БПЛА с ЭПР около 0,01 м2.
При этом в войсках помимо РЛС комплексов ПВО имеются другие РЛС, предназначенные для ведения разведки местности, наблюдения за передвижением солдат и техники, наведения автоматического оружия на цель в условиях ограниченной видимости, разведки артиллерийских позиций противника, корректировки огня собственной артиллерии (в том числе по координатам разрывов артиллерийских снарядов). Предполагаемые возможности таких РЛС по обнаружению малоразмерных БПЛА с ЭПР 0,01 м2 могут составить от 3,5 до 12 км [48]. Однако, как отмечается в работе [48], если для БПЛА с ЭПР 0,1 м2 расчетные данные и фактические результаты полигонных испытаний по дальности обнаружения практически совпадают, то для БПЛА с ЭПР 0,01 м2 фактические дальности обнаружения приближаются к нулевым значениям.
К дополнительным факторам, снижающим уровень ЭПР БПЛА, нужно отнести возможности быстрого изменения скоростного режима, вплоть до «зависания», что приводит с срыву сопровождения БПЛА в связи с выходом значения скорости за границы стробирования по Доплеровскому сдвигу в алгоритмах селекции движущихся целей (СДЦ) РЛС, а также использование в конструкции большого количества радиопрозрачных пластиковых и композитных материалов.
Применительно к БПЛА, основным объектом радиоразведки (РР) является КРУ БПЛА, а также параметры и предаваемые по ней данные, а объектом радиотехнической разведки (РТР) - излучение бортовых РЛС, бортового РЭО, РЭС полезной нагрузки [84]. Преимуществом средств РРТР является то, что они позволяют однозначно идентифицировать БПЛА среди естественных объектов, со схожими характеристиками, прежде всего, птиц. Недостатком - то, что средства РРТР могут с достаточной точностью установить лишь общее направление (пеленг) на БПЛА, причем точность его определения повышается при увеличении времени наблюдения, а вот дальность и высоту до цели средства РРТР определяют со существенными погрешностями [79].
Необходимость ведения постоянного интенсивного обмена данными БПЛА с ПУ требует наличия одного или даже нескольких широкополосных каналов радиосвязи, для которых очень сложно (в современных условиях практически невозможно) обеспечить требуемую скрытность функционирования. В связи с этим, высокоинтенсивное излучение средств радиосвязи является основным демаскирующим признаком БПЛА, в том числе и малых БПЛА, относительно средств РР [49].
Например БПЛА MQ-1 Predator, не являющейся малым БПЛА, при функционировании формирует 3-и линии радиосвязи:
широкополосную УКВ-радиолинию прямой видимости (3,9-6,2 ГГц) для прямой передачи данных на наземный ПУ с пропускной способностью 4-4,5 Мбит/с;
спутниковую радиолинию УВЧ-диапазона (шириной 25 кГц с пропускной способностью 16,6 кбит/с) для передачи команд управления, программ автономного полета и телеметрии;
широкополосную спутниковую радиолинию Ku- диапазона для передачи полезных данных со скоростью 1,54 Мбит/с.
По сравнению с излучением средств радиосвязи БПЛА, излучение другого бортового РЭО БПЛА имеет более низкую интенсивность. К сопоставимому, по своему демаскирующему значению, можно отнести излучение бортовой РЛС, если она установлена на БПЛА. Утечка же паразитных излучений другого РЭО БПЛА, по сравнению с интенсивностью излучения средств радиосвязи и бортовой РЛС - несопоставимо мала. Все это делает обнаружение малых БПЛА для РТР сложной в техническом отношении задачей
... в зависимости от применяемых типов бортовых средств радиосвязи, РЛС и другого РЭО дальности обнаружения БПЛА средствами РРТР могут иметь значения от 4 до 50 км. Эти значения получены, при допущении о наличии на борту БПЛА активно работающей РЛС бокового обзора или непрерывно работающей КРУ. Однако, как указывается в [48], на практике эти значения для малоразмерных БПЛА будут еще более низкими, ввиду отсутствия режимов длительного непрерывного излучения, а полученные значения дальностей обнаружения на практике будут более соответствовать БПЛА среднего и крупного класса.
В работе [90] показывается, что многопозиционными системами РРТР может производиться обнаружение БПЛА на дальностях порядка 250-400 км. Однако для достижения таких дальностей обнаружения требуется существенное разнесение постов РРТР - на расстояние базы 20-40 км, что в реальных условиях может оказаться затруднительным. При этом погрешность определения координат БПЛА такой многопозиционной системы РРТР составляет порядка 8-32% от измеряемого значения дальности (в зависимости от базы разнесения постов).
... эффективность оптического обнаружения БПЛА существенно зависит от факторов окружающей среды, прежде всего, от времени суток и погодных условий. Обнаружение БПЛА средствами ОЭР допустимо при возможности построения проекции его визуального облика на картинную плоскость после использования всех возможных способов повышения контрастности и восстановления пропущенных элементов графического образа. Увеличение дальности обнаружения достигается за счет сужения поля зрения средства ОЭР, уменьшения зоны его обзора и увеличения времени поиска. Поэтому средства ОЭР в видимом диапазоне являются не очень эффективными устройствами для проведения поиска БПЛА.
Однако, при поступлении внешних целеуказаний, например, от РЛС, эти средства могут быть эффективно использованы для сопровождения БПЛА. По сравнению с пилотируемым ЛА контрастность БПЛА, относительно фона в видимом диапазоне, является невысокой из-за меньших габаритов, отсутствия на БПЛА световых маяков, уменьшенного или отсутствующего факела двигателя и меньшей поверхности отражения [81]. Критерии обнаружения и распознавания типа БПЛА средствами ОЭР представлены в работе [91].
На рис. 2.2 показаны рубежи обнаружения БПЛА по данным из работы [21]. Эти рубежи рассчитаны для БПЛА с различными массогабаритными параметрами, для ОЭР оснащенном объективом с углом поля зрения 20о и фокусным расстоянием,/=230 мм, при метеорологической дальности видимости не менее 100 км (коэффициент рассеяния в видимой области спектра ...
В работах [48, 50] показано, что по данным полигонных испытаний средняя дальность визуального обнаружения БПЛА имеющимися средствами ОЭР составляет:
при наблюдении полета БПЛА во фронт: 100-400 м;
при наблюдении с боковых ракурсов: 150-700 м.
Опыт полигонных испытаний показал, при фактических высотах полета малых БПЛА 300-1000 м даже при применении яркой окраски их визуальное обнаружение крайне затруднено [48, 50]. Применение оптического увеличения в средствах ОЭР, используемых в настоящее время в отечественных ЗРК и ЗАК в качестве дублер-прицелов, систем обнаружения и сопровождения воздушных целей, позволяет увеличить дальность обнаружения БПЛА в 4,5-14 раз, в частности [48]: при увеличении 4,5-крат - до 2,2 км; при увеличении 14-крат - до 6,7 км. Однако очевидно, что при оптическом увеличении будет снижаться вероятность обнаружения БПЛА по причине сужения области обзорного пространства
Дымка, влажность, осадки приводят к существенному снижению прозрачности атмосферы в областях спектра в которых работают приёмники ОЭР и делает их применение неэффективным [21].
Средства ОЭР ИК-диапазона особенно эффективны в ночное время. Тепло от БПЛА выделяется, в основном, силовой установкой и, в меньшей мере, электронными компонентами, а также точками торможения на несущих краях крыльев, пропеллеров и винтов. Разработчики БПЛА стараются снизить излучение в ИК-диапазоне в направлении размещенных на земле приемников и перенаправить это излучение вверх.
Необходимо отметить, что эффективность ОЭР ИК-диапазона существенно зависит от погодных условий. В условиях дымки, влажности, осадков заметность БПЛА в ИК-диапазоне существенно снижается, особенно для длин волн А=0,76...5 мкм. Это происходит потому, что за исключением полета БПЛА с воздушно-реактивным двигателем (ВРД) на форсированных режимах и БПЛА с ракетным двигателем твердого топлива (РДТТ), основным источником ИК-излучения являются элементы корпуса БПЛА, которые прикрывают отсеки с силовой установкой и детали выхлопной системы.
...
При этом БПЛА с электродвигателями принципиально отличаются предельно низкими уровнями ИК-заметности [21]. Дополнительно нужно отметить, что для снижения заметности БПЛА могут выбираться профили и направления их полета, снижающие эффективность средств ОЭР видимого и ИК-диапазона, например, заход на цель со стороны солнца или другого мощного источника
БПЛА в полёте генерирует акустические (звуковые) волны, принимаемые акустическими микрофонами, которые преобразуют акустическое давление в электрический сигнал. Источниками звуковых волн, обычно, являются двигательные установки и лопасти воздушных винтов. Частота генерируемого звука кратна частоте выхлопа горячих газов, количеству и частоте вращения лопастей воздушного винта. Интенсивность звука зависит от скорости обтекания лопастей [21]. В реальных средах звуковые волны затухают вследствие вязкости воздушной среды и молекулярного затухания. Звуковые волны дополнительно затухают при распространении вдоль поглощающей поверхности и, чем выше коэффициент поглощения этой поверхности, тем большее затухание она вносит в распространяющуюся волну.
Однако еще более существенную роль в затухании звуковых волн играет турбулентность воздуха. В немалой степени этому способствует ветер и восходящие потоки воздуха. На низких частотах дополнительное затухание не зависит от расстояния до источника звука. А на дальних (более 4 км) расстояниях высокие частоты практически не принимаются [21]. Применение для обнаружения БПЛА средств АР обеспечивает [21]: определение пеленга на БПЛА; определение класса (типа) БПЛА.
Подробное исследование возможностей обнаружения средствами АР представлено в работе [79]. Результаты этого исследования показали: что спектры БПЛА типа «квадрокоптер» и «моноплан» имеют ярко выраженные гармонические составляющие с частотами, кратными частоте вращения винта, при этом спектр акустического сигнала «квадрокоптера» шире, чем у моноплана, что объясняется некоторым различием режимов работы их двигателей в процессе полета или при работе системы компенсации ветровых возмущений;
для акустических сигналов БПЛА, при их когерентном накоплении, в спектре наблюдаются гармоники с частотами до 8-10 кГц, при этом при наблюдении БПЛА самолетного типа под малыми углами к направлению его движения структура спектра изменяется незначительно, что дает возможность применять накопление акустических сигналов на длительных интервалах времени;
одним из признаков для классификации БПЛА могут быть характерные изменения спектра акустического сигнала при изменении режимов работы двигателя БПЛА.
Основными недостатками, ограничивающими применение акустических систем при решении задач обнаружения БПЛА, являются [21]:
низкая точность определения координат БПЛА;
небольшие рубежи обнаружения БПЛА: до 1,5-2 км по дальности и до 1 км по высоте;
низкая чувствительность.
В работе [90] представлены следующие значения дальностей обнаружения БПЛА средствами АР:
планерный БПЛА с электрическим двигателем - 100-200 м;
вертолетный БПЛА с электрическим двигателем - 200-300 м;
БПЛА с поршневым двигателем - до 2 км.
Однако, как показано в работе [50] акустические характеристики силовых установок малых БПЛА позволяют осуществлять скрытное их применение с высот более 50-500 м. Эти выводы подтверждаются опытом применения Грузией в Южной Осетии мини-БПЛА «Скайларк» (израильского производства), которые вели разведку на высотах 700-2000 м. При этом, не отмечено ни одного случая их визуального обнаружения с земли по звуку. Однако несмотря на изначально пессимистические прогнозы в отношении использования средств АР для обнаружения малых БПЛА работы в этом направлении продолжаются.
Другим комплексом ПВО, специально ориентированным на борьбу с БПЛА, является ЗРПК «Сосна», который, по сути, представляет собой глубокую модернизацию одного из массовых армейских ЗРК «Стрела-10М3» [45]. Так ЗРК «Стрела- 10М3» может поражать воздушные цели на высотах 0,01-3,5 км и на дальности 0,8-5 км (с вероятностью поражения одной ЗУР 0,3-0,6). Время реакции комплекса 7-10 с [96]. ЗРПК «Сосна» в качестве ракетного вооружения оснащена 12 высокоскоростными двухступенчатыми ЗУР малой массы, способных развивать скорость до 900 м/с и совершать маневры с перегрузкой до 40д. Наведение ЗУР осуществляется комбинированно - радио- командным способом на стартовом участке, в дальнейшем - телеориентирование второй ступени в лазерном луче. Дальность поражения этого ЗРПК ракетным вооружением - 1,3-10 км на высотах до 5 км. Дальность поражения артиллерийским вооружением - до 4 км, на высотах до 3 км, с вероятностью до 0,6 [45, 96, 99].
... результаты полигонных испытаний показали, что РЛС обнаружения целей ЗРК «Тор» обеспечивает обнаружение малоразмерных БПЛА на дальностях всего 3-4 км. Практический опыт экспериментальных стрельб по малоразмерным мишеням - аналогам БПЛА («Пчела», РУМ-2МБ и «Рейс»), свидетельствует о низкой эффективности их поражения. Основными причинами этого являются несовершенство системы управления подрывом боевой части ЗУР, а также большие ошибки сопровождения цели и наведения ЗУР на малоразмерные БПЛА [44, 48].
Результаты полигонных испытаний ЗРПК «Панцирь-С1» показывают, что стрельба ракетным вооружением по малоразмерным БПЛА практически невозможна. Причиной этому является малая дальность обнаружения малоразмерных БПЛА со стороны РЛС обнаружения и целеуказания, которая также, как и для ЗРК «Тор», составляет 3-5 км, что практически совпадает с ближней границей зоны поражения ЗУР. Применение пушечного вооружения этих ЗРК против малоразмерных БПЛА принципиально возможно, но по причине малых размеров БПЛА, вероятность их поражения невелика [44, 48].
Испытания ЗРК «Стрела-10М3» (рис. 3.9) показывают, что этот комплекс способен поражать мини-БПЛА типа «Акила» только в дневных условиях. Возможность стрельбы ЗРК «Стрела-10М3» по этому типу цели определяется главным образом дальностью обнаружения цели оператором и дальностью захвата ГСН ЗУР. Средние дальности обнаружения мини-БЛА типа «Акила» оператором ЗРК «Стрела- 10М3» составляют 1,3-4,5 км, что крайне мало для ведения эффективной стрельбы. Использование оператором встроенного оптического визира в ограниченном секторе поиска (при наличии точного целеуказания) позволяет увеличить дальность обнаружения малоразмерной цели в 1,5-2,1 раза.
Результаты оценки возможности стрельбы ЗПРК «Тунгуска» (рис. 3.10) по мини-БПЛА показывают, что стрельба ракетным вооружением по этому типу цели практически невозможна. Это обусловлено тем, что дальность обнаружения мини-БПЛА в оптический визир составляет всего лишь 2-3 км, что практически равно значению дальности до ближней границы зоны поражения комплекса. Стрельба ЗПРК «Тунгуска» по БПЛА пушечным вооружением принципиально возможна, однако ввиду малых геометрических размеров БПЛА эффективность стрельбы по нему невелика. Практика показывает, что при обстреле мини-БПЛА типа «Акила» пушечным вооружением на дальности 3 км для достижения значения условной вероятности поражения цели равной 0,5, необходимо израсходовать от 4 до 13 тыс. снарядов (т.е. 2-6 б/комплекта), на дальности 1 км - от 0,5 до 1,5 тыс. снарядов (0,3-0,8 б/комплекта).
... если даже малоразмерную цель удалось обнаружить, головка ГСН ЗУР ПЗРК может не захватить цель. Это обусловлено тем, что тепловая контрастность мини-БПЛА, имеющих в основном поршневые двигатели, на два порядка ниже пороговой чувствительности приемника ГСН ЗУР. Кроме того, малая эффективность стрельбы ПЗРК «Игла» по мини-БЛА объясняется также отсутствием системы дистанционного подрыва боевой части ЗУР. Однако в новых модификациях этого ПЗРК был введен неконтактный взрыватель, обеспечивающий подрыв боевой части ракеты при ее пролете относительно цели с некоторым промахом. Кроме того, повышение эффективности стрельбы комплекса по малоразмерным целям было достигнуто за счет увеличения мощности боевой части ЗУР, оптимизации ее точностных характеристик и др.
Перспективным комплексом ПВО, который специально ориентирован на борьбу с БПЛА, является ЗРПК «Панцирь-С1» (ранее известный как «Тунгуска-3»). Данный комплекс способен обнаруживать воздушные цели с малым ЭПР на дальностях до 20 км и поражать их с использованием как ракетного, так и скорострельного пушечного вооружения. Дальность поражения ракетного вооружения 2,5-20 км на высотах 0,015-10 км. Дальность поражения пушечного вооружения 0-3 км на высотах 0,2-4 км. Количество одновременно обстреливаемых воздушных целей - 2. Время реакции 4-8 с [45, 96, 97].
В 2019 г. был представлен прототип новой версии этого ЗРПК - «Панцирь-СМ», при этом окончательная разработка комплекса должна быть завершена в 2021 г. ЗРПК «Панцирь-СМ» будет оснащен новой радиолокационной станцией (РЛС) на основе фазированной антенной решетки (ФАР) с повышенными показателями по дальности обнаружения целей (до 75 км), их селекции и помехозащищенности. Комплекс получит новую ЗУР со скоростью полета примерно 3000 м/с против 1300 м/с, у существующего «Панцирь-С1». Предполагается повышение возможностей по поражению целей: по дальности - до 40 км, по высоте - до 15 км (для целей со скоростью не более 2 км/с).
Опыт боевого применения российского ЗРПК «Панцирь-С1», стоящего на вооружении войск Сирии, против турецких БПЛА Bayraktar TB2 и Аnka в 2017-2019 г., представлен в работах [125, 126]. В работе [125] проведен анализ «дуэльного» боевого противоборства между ЗРПК «Панцирь-С1» и турецких БПЛА Bayraktar TB2 и БПЛА Аnka.
Боевое применение БПЛА Bayraktar ТВ2 предполагает выполнение двух основных типов задач: разведывательную и ударную. При выполнении задачи разведки БПЛА ведет полет на высоте порядка 6 км. В этом случае РЛС «Панциря-С1» сможет обнаружить данный БПЛА на расстоянии по горизонтали минимально за 7 км. При наиболее удачном стечении обстоятельств - на расстоянии до 15,3 км. Дальность, на которой ЗРПК «Панцирь-С1» будет обнаружен ОЭС БПЛА Bayraktar ТВ2 зависит от различных параметров: степени освещенности, атмосферных помех, применения маскировки, конфигурации камер ОЭС и пр.
Очевидно, что ОЭС БПЛА Bayraktar ТВ2 значительно превосходит возможности обнаружения ЗРПК «Панцирь-С1» в связи с чем БПЛА может вскрыть факт нахождения ЗРПК за пределами радиуса поражения его ЗУР.
ОЭС Wescam CMX 15D GIMBAL TURRET также оснащена лазерными дальномерами с дальностью до 20 км. Таким образом, с дальности в 20 км, то есть на дальности сопоставимой с дальностью средств обнаружения ЗРПК, БПЛА имеет возможность точно определить его местоположение и выдать по нему целеуказание на применение ударных средств. Несомненно, эффективность ОЭС БПЛА зависит от атмосферных факторов, уровня маскировки ЗРПК и прочих факторов, но в целом, весьма вероятна ситуация что БПЛА вскроет местоположение ЗРПК первым и захватит инициативу в ведении противоборства.
Опыт боевого применения ЗРПК «Панцирь-С1» в Ливии показал, что ЗРПК «Панцирь-С1», в силу определенных конструктивных недостатков его РЛС, в условиях помех обеспечивает высокую вероятность поражения БПЛА исключительно на относительно небольших дальностях - порядка 4-6 км.
... в практике боевых действий зачастую складывается ситуация, когда ЗРПК в момент обнаружения его БПЛА либо находится «на марше», либо один ЗРПК атакуется несколькими ударными БПЛА. В этих случаях резко возрастает роль человеческого фактора способности боевого расчета ЗРПК оперативно и адекватно отреагировать на складывающиеся ситуацию. Нормативное время боевого развертывания ЗРПК «Панцирь-С1» составляет 4,5 мин, однако в реальных боевых условиях оно может быть значительно дольше. Зачастую этого времени вполне достаточно для вхождения БПЛА Bayraktar ТВ2 в зону поражения ЗРПК (18 км) и выход на рубеж пуска своих ракет (ракеты UMTAS с дальностью поражения 8 км).
Другим проблемным фактором, снижающим боевую эффективность ЗПРК, является то, что среднее число БПЛА одновременно атакующих ПЗРК в реальных боевых условиях составляет три и более, причем БПЛА атакуют ПЗРК одновременно и с разных направлений. В вышеуказанных условиях экипаж ЗРПК «Панцирь-С1», по опыту боевых действий в Ливии и Сирии, либо расходовал весь боезапас (12 ЗУР) при появлении «головных» БПЛА первого ударного эшелона, в то время как БПЛА второго эшелона успешно применяли свои ракеты по ПЗРК, либо ЗРПК «Панцирь-С1» попросту не был развёрнут в боевое положение.
... была выработана тактика применения ударных БПЛА Bayraktar ТВ2 массированно, группами, под прикрытием более тяжелых разведывательных БПЛА Аnka, оборудованных средствами РЛР, ОЭР и комплексами РЭП, в рамках решения задач поражения ЗРК и ЗРПК систем ПВО. По утверждению турецких средств массовой информации (СМИ), средствам РЭП, размещенным на БПЛА Аnka почти всегда удавалось успешно подавлять РЛС ЗРПК «Панцирь-С1», что позволяло ударным БПЛА Bayraktar ТВ2 входить в зону поражения этих ЗРПК и успешно их атаковать [289].
По неподтвержденным данным, по информации СМИ противостоящих сторон, в ходе военной операции турецких войск в Сирии в период с сентября 2019 г. по сентябрь 2020 г. в дуэльных ситуациях «БПЛА - ЗРПК» было сбито порядка 20 БПЛА Bayraktar ТВ2 и Аnka, при этом потерянно 8 ЗРПК «Панцирь-С1». Однако, можно предположить, что эти данные были завышены в пропагандистких целях.
По сообщениям официальных лиц, а также по подтвержденным данным, за этот период было сбито 10 БПЛА Bayraktar ТВ2 и Аnka и потеряно 2 ЗРПК «Панцирь-С1» [294, 295]. Вместе с тем, даже если ориентироваться на официально подверженные потери, размен 1 ЗРПК «Панцирь-С1» на 5 БПЛА подтверждает неадекватно низкий уровень боевой живучести ЗРПК, в условиях массированного применения БПЛА.
Таким образом, можно констатировать, что группы ударных БПЛА из объекта поражения ЗРК, наоборот, становятся эффективными средствами вскрытия и уничтожения системы ПВО противника. [289]. В дальнейшем тактические приемы применения БПЛА были развиты в ходе их боевого применения в Ливии и в Нагорном Карабахе.
Опыт боевого применения российских ЗРК и ЗРПК против турецких БПЛА Bayraktar ТВ2 и Аnka в войне в Ливии в 2019 г., представлен в работе [289]. Первые турецкие ударные БПЛА Bayraktar ТВ2 летом 2019 г были поставлены Правительству национального согласия (ПНС) Ливии, ведущего борьбу с силами маршала Х. Хафтара, на вооружении которых, в свою очередь, имелись ЗРПК «Панцирь-С1». Массированное применение, как и в Сирии (группировка БПЛА могла насчитывать до 40 единиц), этих турецких БПЛА в Ливии предопределило исход решающего сражения за г. Триполи.
По неподтвержденным данным, с мая 2019 г. по июнь 2020 г. по сообщениям противостоящих сторон, силы Х. Хафтара потеряли 15 ЗРПК «Панцирь-С1», уничтоженных БПЛА Bayraktar ТВ2, которых, в свою очередь, было потеряно 78 единиц. При этом, нужно понимать, что эти данные могут быть завышены относительно реальных потерь.
По по подтвержденным случаям, за тот же период, было сбито 22-26 БПЛА Bayraktar ТВ2 и потеряно 9-12 ЗРПК «Панцирь-С1» что, безусловно, гораздо больше, по сравнению с кампанией в Сирии [289, 295, 296]. Причина высоких потерь БПЛА Bayraktar ТВ2 в том, что, в отличие от Сирии, в Ливии они применялись без поддержки БПЛА Аnka оборудованных комплексами РЭП и, в большинстве случаев, без поддержки наземных комплексов РЭП. Для снижения вероятности обнаружения БПЛА Bayraktar ТВ2 со стороны РЛС ЗРПК они отправлялись на задания по огневой поддержке войск и по прорыву системы ПВО на низких высотах. Результатом этого были большие потери БПЛА, так как лёгкие БПЛА, задействованные для нанесения ударов - это одна из наиболее уязвимых для средств ПВО категория целей.
Вместе с тем, противодействие массированному налету таких БПЛА для системы ПВО явлется не тривиальной задачей. Лёгкие БПЛА, такие как Bayraktar ТВ2, при работе по переднему краю системы ПВО могут идти на низкой высоте (в несколько сотен метров), оставаясь не обнаруживаемыми для большого числа РЛС ЗРК.
Низковысотный полёт БПЛА - это риск, на которые необходимо идти для прорыва системы ПВО и потери в этом случае неизбежны. Но в случае применения БПЛА Bayraktar ТВ2 в Ливии, за неимением других вариантов такой риск был неизбежен и оправдан тем, что массированное применение групп БПЛА позволяет большей части группы успешно преодолеть зону ПВО и создав большой численный перевес уничтожить ЗРК предварительно заставив последние исчерпать свой боезапас [289].
Вместе с тем, если примерно ориентироваться на вышеуказанные подверженные потери, в Ливии был обеспечен размен 1 ЗРПК «Панцирь-С1» на 2,8 БПЛА, что подтверждает высокую эффективность одновременного массового применения БПЛА для уничтожения ЗРК системы ПВО. При этом БПЛА дешевле и их применение не подразумевает жертв среди среди личного состава. Основными причинами, по которым ЗРПК несут потери являются:
низкая эффективность алгоритмов управления огнем для отражения массового налета БПЛА с нескольких сторон (этот аспект подробно рассмотрен в подразделе 3.3.4),
слабая подготовка экипажей,
нарушение правил эксплуатации и транспортировки,
а также пренебрежение основами маскировки.
Как отмечается в работе [295], подавляющая часть потерянных ЗРПК «Панцирь-С1» находилось либо на марше, либо они были уничтожены, когда у них закончился боекомплект и они уже не могли обеспечить как свою собственную защиту, так и осуществить прикрытие соседних позиционных районов ПВО от БПЛА противника. Учитывая вышеуказанные обстоятельства, боевое применение ЗРПК «Панцирь-С1» против БПЛА Bayraktar ТВ2 в Ливии следует, в целом, оценить как неэффективное, особенно с учётом того, что БПЛА Bayraktar ТВ2 - это лёгкий БПЛА с ограниченной дальностью применения вооружения, при этом, его использование в Ливии было лимитировано отсутствием возможности управления БПЛА по спутниковой связи.
Подавляющее число потерь ЗРПК произошло по причине успешной реализации против них атаки на исчерпание ресурса, проводимой путем массированного применения легких БПЛА.
При рассмотрении вопросов подавления канала навигации БПЛА необходимо учитывать, что навигационная система БПЛА может иметь различный уровень сложности и учитывать для определения местоположения БПЛА несколько сигналов, поступающих от датчиков различной физической природы:
навигационная система, основанная только на аппаратуре потребителей (АП) наиболее распространенных СРНС - такая система характерна для самых простых малых БПЛА-квадрокоптеров; простая интегрированная навигационная система, на основе комплексирования данных микромеханических инерциальных навигационных систем (ИНС) и АП СРНС - такая навигационная система характерна для широкого класса малых БПЛА-квадрокоптеров для профессионального использования в различных целях;
интегрированная навигационная система, на основе комплексирования данных нескольких навигационных устройств: микромеханических ИНС, АП СРНС, барометрического высотомера, радио или лазерного высотомера - такая навигационная система характерна для профессиональных малых БПЛА, а также для БПЛА среднего класса;
интегрированная навигационная система, на основе комплексирования данных нескольких навигационных устройств: авиационных ИНС, АП СРНС, высотомеров (барометрического и радио), VOR/DME (Very high frequency Omni directional radio Range / Distance Measuring Equipment), системы АЗН-В - такая навигационная система фактически полностью повторяет навигационную систему пилотируемого ЛА и характерна для БПЛА тяжелого класса.
Говоря о подавлении канала навигации БПЛА, необходимо четко понимать, что сам факт радиоэлектронного воздействия (подавления или навязывания ложных режимов работы) относится только к сигналам, принимаемым АП от одного или нескольких СРНС, что соответствуют только одному каналу из всего множества каналов поступления данных в навигационную систему БПЛА. Таким образом с использованием РЭП возможно обеспечить значимое нарушение работы только наиболее простых навигационных систем БПЛА (типы 1 -3 из списка). Для БПЛА с полноценной интегрированной навигационной системой (тип 4 из списка), основанной на использовании нескольких каналов получения навигационных данных, нарушение спутникового канала (в том числе и поступление по нему ложных навигационных данных, вступающих в противоречие в данными других каналов), в большинстве случаев будет обнаружено, после чего навигационная система перестанет использовать спутниковый канал для определения местоположения БПЛА.
Отметим, что в средних и тяжелых БПЛА, в подавляющем числе случаев, в качестве основного канала формирования навигационных данных используется информация именно от авиационных ИНС на основе лазерных или волоконно-оптических гироскопов. Подробно ТТХ таких ИНС рассмотрены в работе [67]. Данные ИНС в среднем обеспечивают ошибку счисления пути порядка 1,85 км за 1 ч полета. При этом информация по другим каналам (данные от АП СРНС, данные высотомеров, сигналы РСБН и АЗН-В) является вторичной и после верификации и комплексирования она используются только для коррекции показаний ИНС [65, 66].
Дополнительно отметим, что средние и большие БПЛА используемые для решения специальных и военных задач, при этом в них АП СРСН использует не «открытые», а «закрытый» сигналы СРНС, имеющие более высокую помехозащищенность и криптозащиту [140, 141]. При этом оборудование навигационных спутников может формировать отдельные помехозащищенные зоны. Например, функционал спутников ОРЗ-Ш предусматривает возможность формирования отдельных зон с повышенной на 20 дБ энергетикой сигналов «закрытых каналов». Вследствие этого задача нарушения корректного функционирования навигационных систем таких БПЛА становится еще более затруднительной, фактически невозможной.
Быстрое развитие БПЛА приводит к усовершенствованию их навигационного обеспечения, в том числе, для применения в условиях плохого приема сигналов СРНС. К таким направлениям усовершенствования относятся следующие: использование для повышения точности навигации многостанционных локальных РСБН или систем - имитаторов сигналов СРНС [66, 68], при этом станции этих систем могут быть мобильными, находясь на автомобилях, и заблаговременно развертываться в зоне планируемого применения БПЛА.
В частности, использование подобных систем позволяет повысить отношение сигнал/шум (ОСШ) на 35-50 дБ в зоне подавления (или плохого приема) сигналов СРНС и обеспечить прием навигационных сигналов при мощностях активных шумовых и доплеровских (уводящих по скорости) помех в зоне действия РСБН до 100 Вт [68]; использование для навигации электронных карт местности, полет по которым осуществляется в соответствии с данными радио- или лазерного высотомера, РЛС или ОЭС видимого диапазона [69, 70]; использование для навигации различных автономных систем технического зрения [69], а также технологии SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) - технологии автоматического одновременного построения карты местности в неизвестном пространстве, контроля текущего местоположения БПЛА и пройденного пути [71, 72]; автономный прямолинейный полет БПЛА в направлении цели, подсвечиваемой внешним источником излучения.
Таким образом, обобщая вышесказанное, можно сделать вывод, что применение средств РЭП, в том числе и путем формирования «интеллектуальных» помех, прицельных по частоте и структуре сигналов СРНС, с целью навязывания ложного местоопределения и траектории полета, ориентировано на малые БПЛА с самыми простыми навигационными системами. При этом высокий темп развития БПЛА, а также возможность разработки в самом ближайшем будущем навигационных систем на основе электронных карт местности или систем технического зрения, сделает подавление каналов СРСН бесполезным даже против малых БПЛА.
Сигналы СРНС формируются на литерных частотах в диапазоне 1,1-1,6 ГГц. Как правило, простые навигационные системы, устанавливаемые на малые БПЛА, используют интегрированный режим обработки сигналов от нескольких СРНС, что обеспечивает точность навигации 2,5 м как в горизонтальной плоскости, так и по высоте. Теоретические оценки помехоустойчивости сигналов СРНС и режимов их интегрированной обработки в АП рассмотрены в работах [140, 142-147]. Экспериментальные оценки помехоустойчивости сигналов СРНС и уровня помех, при котором навигационные устройства сохраняют приемлемую эффективность функционирования, рассмотрены в работах [148, 149]. Обобщая материал вышеуказанных работ можно сделать следующие выводы. Среди помех, используемых для подавления каналов СРНС в наиболее широкой степени применяются [144, 145]:
шумовая помеха - белый шум высокой мощности на частотах каналов СРНС;
гармоническая (полигармоническая) помеха - одночастотное или модулированное гармоническое колебание на частоте (на частотах) полезного сигнала;
прицельная имитирующая помеха - помеха имитирует структуру сигналов СРНС с частотным и временным рассогласованием, а также с фиксированным значением фазы огибающей манипулирующей функции;
следящая имитирующая помеха - помеха имитирует структуру сигналов СРНС, но с переменной начальной фазой манипулирующей функции, закон изменения которой соответствует изменению расстояния от приемника до станции РЭП;
заградительная имитирующая помеха - имитирует набор сигналов спутников СРНС с одинаковым частотным рассогласованием для всех компонентов и разным временным рассогласованием для каждого компонента.
Для организации имитирующих помех требуется разведка не только несущей частоты и фазы, но и амплитуды сигналов СРНС, а также манипулирующих функций, представляющих собой кодовую последовательность для разделения сигналов и навигационных данных. При этом для формирования следящей и прицельной имитирующих помех необходима разведка частотных, фазовых и временных параметров полезных сигналов СРНС. Более простой в реализации является заградительная имитирующая помеха, поскольку она не требует для формирования точных временных параметров сигнала [144].
2. Наиболее эффективными помехами для нарушения нормального функционирования АП СРНС являются имитирующие помехи, воспроизводящие структуру реального сигнала СРНС с частотными, фазовыми и временными параметрами, позволяющими навязать АП СРНС ложный режим работы и как следствие - ложное местоопределение БПЛА. Модификация значащих параметров имитирующей помехи позволяет управлять траекторией полета БПЛА. При этом значащие параметры помехи должны быть как можно более близкими к соответствующим параметрам реальных сигналов СРНС.
Постановка имитационных помех производится в два этапа: постановка шумовой помехи, заградительной по каналам СРНС - вызывает «отвязку» АП от текущих сигналов СРНС, прерывание режима слежения и переход в режим обнаружения и поиска сигналов; формирование имитирующей помехи с высоким энергетическим потенциалом - вызывает «привязку» АП СРНС к ложным сигналам, с последующим переходом в ложный режим работы.
Результаты теоретических исследований помехоустойчивости АП СРНС 0Р8, представленные в работе [142], обобщены в таблице 4.1. Из приведённых в таблице 4.1 результатов следует, что из всех рассматриваемых помех наименьший энергетический потенциал станции РЭП требуется при постановке заградительной имитирующей помехи. При воздействии заградительной имитирующей помехи на канал обнаружения и канал слежения за задержкой вероятность подавления АП СРСН составит порядка 0,9. При постановке шумовой или гармонической помех с энергетическим потенциалом станции РЭП, равным 8,5 дБВт вероятность подавления АП СРНС составит порядка 5. С целью увеличения вероятности подавления АП РЭП необходимо при постановке шумовых помех иметь энергетический потенциал станции РЭП порядка 20 дБВт, а при постановке гармонических помех - порядка 25 дБВт.
Для повышения помехозащищенности АП СРНС в БПЛА могут быть использованы следующие способы и средства [145, 151, 152]:
использование дальномерных кодов повышенной точности, поступающих по «закрытым» каналам СРНС;
одновременный прием и обработка в АП сигналов от различных СРНС (ГЛОНАСС, GPS, Galileo и т.д.);
пространственная селекция сигналов СРНС;
комплексирование АП с ИНС;
предкорреляционная обработка смеси сигналов и помех;
алгоритмическая посткорреляционная обработка сигналов;
поляризационная селекция сигналов.
Из указанных способов, помимо комплексирования АП с ИНС (данный способ будет рассмотрен далее), наибольшее распространение получил способ пространственной селекции сигналов СРНС за счет установки на БПЛА фазированной антенной решетки (ФАР). Как показано в работе [153], наличие на БПЛА всего лишь 6 элементов в ФАР позволяет достаточно эффективно формировать «нули» диаграммы направленности антенны (ДНА) в направлении на наземные источники помех и «максимумы» ДНА ФАР - в направлении на космические аппараты СРНС, тем самым обеспечивая пространственную режекцию помех.
Выше были рассмотрены навигационные системы самых простых малых БПЛА, основанные на приеме и обработке сигналов СРНС. На более сложных БПЛА устанавливаются элементы автономной навигационной системы - акселерометры, гироскопы, барометры, лазерные высотомеры и т.д.
Общепринятой нормой точности авиационных инерциальных ИНС «средней точности» является ошибка счисления пути в 1,85 км за 1 ч полета. Такая точность достигается авиационными ИНС на основе лазерных или волоконно-оптических гироскопов. Однако масса таких ИНС составляет от 8 кг, что делает проблематичным их использование на малых и даже на средних БПЛА. В результате на малых БПЛА устанавливается более простая ИНС, оснащённая микромеханическими датчиками движения - акселерометрами и гироскопами. Такая ИНС, без ее коррекции по сигналам СРНС, не в состоянии осуществлять автономное счисление пройденного пути ввиду высоких скоростей дрейфа гироскопических датчиков. Накапливаемая ошибка микромеханических ИНС, в условиях отсутствия корректирующих сигналов СРНС, за 1 мин составляет до 3 м по горизонтали и 2 м по вертикали.
Таким образом, эти ИНС способны без сигналов СРНС поддерживать приемлемую точность полета на уровне 100-150 м в течении не более 10 мин. При этом, как правило, имеется ввиду поддержание режима прямолинейного полета без ускорений и маневров.
Примерами таких образцов микромеханических ИНС могут являться устройства Geo-iNAV (масса порядка 3 кг). Таким образом на современном этапе развития навигационных систем малых БПЛА для счисления пути с приемлемой точностью требуется использование сигналов СРНС [65].
Дополнительными способами повышения автономности и точности навигационных систем БПЛА является установка барометра, радио- или лазерного высотомера. Приблизительный диапазон измерений простого барометрического высотомера для малых БПЛА до 9 км, точность 0,1 м. Диапазон измерений радиовысотомера до 700 м, точность по высоте 2-5%, точность по углу 0,25° [154]. Диапазон измерений лазерного высотомера 0,1-120 м (статические поверхности) и 2-40 м (движущиеся поверхности), разрешение 1 см, точность 0,1 м (объект с 70% светоотражением при 20° С) [159]. Это оборудование позволяет повысить точность определения координат за счет использования дополнительных каналов поступления навигационных данных, а также формировать профили автономного полета БПЛА по электронным картам местности содержащим барометрические данные или высотные профили подстилающей поверхности [66].
Особенности функционирования интегрированных навигационных систем БПЛА рассмотрены в работах [154-158].
В работе [154] показано, что стандартным режимом интегрированной навигационной системы БПЛА, является следующая иерархия обработки навигационных данных (по мере снижения значимости и приоритета источника навигационных данных): «ИНС - СРНС - ОЭС - барометр - радиовысотомер». В случае затрудненного приема сигналов СРНС навигационная система БПЛА переходит в режим «ИНС - ОЭС - барометр - радиовысотомер», причем в этом случае ОЭС может быть использовано как для автономного контроля полета по визуальным ориентирам, так и для организации прямого дистанционного управления оператором по визуальным данным от ОЭС. При отсутствии ОЭС на БПЛА навигационная система переходит в режим «ИНС - барометр - радиовысотомер», для полета по барометрической и электронной карте местности.
При этом, как отмечается в работах [156, 160], в настоящее время наблюдается уход от использования ОЭС для прямого управления БПЛА оператором, в направлении автономного использования ОЭС, а также других радиотехнических средств БПЛА, в режиме SLAM - режим автоматического одновременного построения карты местности в неизвестном пространстве и одновременного контроля текущего местоположения БПЛА, а также счисления пройденного пути.
... в режиме «ИНС - СРНС» при полном созвездии навигационных спутников (4-е и более) обеспечивается погрешность местоопределе- ния БПЛА на уровне 6-8 м. В случае, когда количество видимых навигационных спутников снижается до 2-3, погрешность квазилинейно растет (рис. 4.5) при этом ИНС способна без сигналов СРНС поддерживать приемлемую точность полета на уровне 30 м в течении не более 2-4 мин, на уровне 60 м - в течении 4-6 мин.
В режиме «ИНС - СРНС - АЗН-В» интегрированная инерциальная система корректирует показания ИНС как по сигналам СРНС, так и по сигналам наземных опорных станций системы АЗН-В с точно известными координатами. Использование подобного режима позволяет значительно снизить погрешность местоопределения БПЛА. Так, при видимости 2 навигационных спутников и 2 станций АЗН-В погрешность местоопределения снижается до 18-20 м (рис. 4.6). Фактически станции АЗН-В создают избыточность псевдодальномерных наблюдений и компенсируют отсутствие видимости полного созвездия спутников СРНС.
В целом интегральные навигационные системы БПЛА в режиме «ИНС - СРНС - АЗН-В» обеспечивают точность навигации 16-18 м [157]. Такой подход к повышению точности интегрированных навигационных систем БПЛА за счет внешних источников псевдодальномерных сигналов схож с предложениями по созданию локальных РСБН, представленных в работах.
Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод, что подавление интегрированных навигационных систем БПЛА в режиме «ИНС - СРНС» является принципиально возможным. Однако такое подавление требует создания территориально-распределенной группировки станций РЭП работающих в режиме псевдо-спутников, при этом формируемые имитационные помехи, навязывающие ложную траекторию полета, должны учитывать диапазоны дрейфа гироскопических датчиков ИНС, а также индивидуальный режим полета каждого подавляемого БПЛА. Использование же энергетических помех (шумовых и заградительных) для нарушения функционирования интегрированной навигационной системы БПЛА сопряженно с необходимостью формирования высокоэргетических помех, при этом применение таких помех обладает потенциально низкой результативностью.
Одним из относительно новых способов нарушения нормального функционирования навигационной системы БПЛА является воздействие на его автономную ИНС акустическими колебаниями. В работе [19] показано, что для противодействия БПЛА, оснащенных автономными ИНС с микромеханическими датчиками, можно использовать мощные акустические колебания, негативно влияющие на дрейф гироскопических датчиков из-за эффекта резонанса.
... подобранное по частоте акустическое воздействие может вызвать резонанс в гироскопе, что приведет к его неправильной работе и, как следствие, к выдаче ошибочных показаний о местоположении БПЛА. Эксперименты, проведенные исследователями из КА18Т, показали, что 7 моделей гироскопов из 15 наиболее часто используемых в коммерческих малых БПЛА подвержены резонансу. По результатам дальнейших расчетов учеными были сделаны следующие выводы - звукового воздействия мощностью порядка 140 дБ на резонансной частоте гироскопа достаточно, чтобы нарушить работу этого прибора на расстоянии до 40 м от источника звукового сигнала.
Важно отметить, что акустическое воздействие на гироскопы, во-первых, будет эффективно только против малых БПЛА, во-вторых, такое воздействие не всегда приводит к значительной дестабилизации БПЛА. Это связано с тем, что в некоторых гироскопах звуковое колебание влияет только на канал ориентации в горизонтальной плоскости, который в ряде моделей БПЛА продублирован магнитометром для лучшей стабилизации полета. В этом случае эффективность технических средств противодействия БПЛА, основанных на способе акустического воздействия, существенно снижаются [19].
Кроме того, само формирование акустических помех на уровне 120-140 дБ, что соответствует болевому порогу или контузии человека, фактически невозможно в населенной местности, а также в составе комплексов, в которые входят люди-операторы. В связи с этим применение данного способа подавления на практике весьма затруднено.
Для управления и обмена данными с БПЛА организуются следующие направления связи: направление «вверх» - организуется от ПУ к БПЛА и включает в себя:
о направление «вверх» КРУ для передачи команд управления БПЛА, а также команд управления специальной аппаратурой и техническими средствами полезной нагрузки, размещенными на БПЛА;
направление «вниз» - организуется от БПЛА к ПУ и включает в себя:
о направление «вниз» КРУ для передачи телеметрической информации (ТМИ) о состоянии подсистем БПЛА, специальной аппаратуры и технических средств полезной нагрузки, а также квитанций о выполнении команд управления;
о высокоскоростная линия передачи данных от специальной аппаратуры и технических средств полезной нагрузки, размещенных на БПЛА.
Вышеуказанные линии связи могут организовываться в различных частотных диапазонах, использовать различные режимы с ретрансляцией и без неё, использовать различные сигнально-кодовые конструкции, специально адаптированные под тип и важность передаваемых данных. Наиболее критичным элементом для функционирования БПЛА является КРУ. Именно подавление КРУ по направлению «вверх» способно обеспечить максимальный эффект с точки зрения нарушения нормального функционирования БПЛА. Вместе с тем при решении данной задачи встречается ряд трудностей: вскрытие параметров линии КРУ «вверх» требует наблюдения за ПУ, при этом ПУ может находиться на существенном удалении от средств РЭП (до 30-50 км) и использовать для организации связи антенную систему с остронаправленной ДНА (порядка 5-10°) и с подавлением боковых лепестков, что резко снижает возможности средств РРТР в составе комплекса РЭП по вскрытию параметров КРУ БПЛА значимых для ее подавления; варианты организации КРУ на одних и тех же частотах в дуплексном режиме встречаются исключительно на простых малых БПЛА. Достаточно часто встречающимся вариантом организации КРУ для БПЛА специального назначения является формирование направлений «вверх» и «вниз» не только на различных частотах, но даже в различных частотных диапазонах (Ь, С, 8, Ки диапазоны), и с различными частотно-временными параметрами.
Как правило при отсутствии внешнего управления, БПЛА переходит в автономный режим, при этом его действия в этом режиме полностью определяются предварительно заложенной программой автономного полета. При этом сутью программы может быть не «возврат к ПУ», а продолжение дальнейшего полета к контролируемому объекту и выполнение целевой задачи с использованием всех доступных способов навигации. Для БПЛА, используемых в незаконных или военных целях, именно эта программа реализуется чаще всего.
Подводя итог оценке возможностей подавления линий КРУ и передачи данных, необходимо еще раз акцентировать внимание на то, что несмотря на достаточные возможности существующих средств РЭП по эффективному подавлению этих линий, такое подавление не гарантирует какой-либо определенной реакции БПЛА в виде прекращения полета БПЛА в направлении контролируемого рубежа, активации «программы возвращения» или «программы посадки» и т.д. Именно отсутствие однозначной реакции БПЛА на успешное подавление радиолиний является существенным недостатком комплексов противодействия БПЛА основанным исключительно на РЭП.
... довольно распространенным способом управления БПЛА остается режим ручного управления им со стороны оператора по визуальным данным от ОЭС видимого диапазона. Особенностью этой линии является следующее. Передаваемые от ОЭС на ПУ видеоданные имеют большой объем, требуют широкой полосы частот для передачи, и в связи с их высокими скоростями и необходимостью передачи в режиме реального времени, могут не подвергаться криптозащите даже на БПЛА специального и военного назначения. При этом сложность организации на БПЛА большеразмерных остронаправленных антенных систем, ведет к тому, что зачастую эти данные передаются либо через всенаправленную антенну, либо через антенну с широким главным лепестком ДНА (порядка 60-90°). Это позволяет относительно легко не только вскрывать сигнально-частотные параметры данной линии связи, но и получать доступ к передаваемым видеоданным.
Подавление такой линии потенциально бы позволило лишить оператора визуальной обратной связи, и принудить его управлять БПЛА, так сказать, «по приборам» т.е. только по данным ТМИ поступающим по КРУ «вниз», что резко бы снизило эффективность и эргономичность управления. Вместе с тем высокоэффективное подавление этой линии связи требует знания местоположения ПУ или промежуточного узла-ретранслятора, используемых для управления БПЛА. При этом высота полета БПЛА, а также возможность размещения ПУ или узлов-ретрансляторов на летно-подъёмных средствах, потенциально обеспечивают больший радиогоризонт и, как следствие, более высокую дальность организации связи прямой видимости, чем дальность действия наземных средств РЭП.
Командная радиолиния управления в направлениях «вверх» и «вниз» предназначена для передачи наиболее критических данных для процесса нормального управления полетом БПЛА: команд управления с ПУ и квитанций об их исполнении, программ полета, программ действий в автономном режиме, навигационных и специальных данных, обеспечивающих нормальное функционирование БПЛА, а также ТМИ о состоянии отдельных подсистем, остатке топлива и т.д. Указанные данные, как правило, имеют относительно малый объем и требуемую скорость передачи (порядка 2,4-200 кбит/с), однако, должны передаваться в масштабе реального времени.
Для больших и средних БПЛА специального и военного назначения, как правило КРУ организуется в режиме прямой видимости с наземным или воздушным ПУ, а при значительном удалении ПУ - ретрансляцией через узел-ретранслятор на летно-подъёмном средстве или через ССС. Для малых БПЛА как специального, так и коммерческого назначения КРУ организуется в режиме прямой видимости с наземным ПУ.
Для коммерческих малых БПЛА, направления «вверх» / «вниз» КРУ организуются в фиксированных частотных диапазонах, которые, как правило, соответствуют использованию на БПЛА одной или нескольких коммерческих технологий связи:
Используемые типовые частоты, ширина типовых каналов, типы сигналов и помехоустойчивого кодирования, мощности передатчиков и ТТХ приемных средств определяются соответствующими стандартами на вышеуказанные технологии связи.
Особенностью организации канала «вниз» КРУ в малых коммерческих БПЛА является, то, что фактически сам канал отсутствует, а роль ТМИ от БПЛА выполняют видеоданные, поступающие от ОЭС БПЛА и предназначенные для визуального управления со стороны оператора.
Более реализуемым, при решении задачи противодействия малым коммерческим БПЛА, выглядит способ разработки специальных программных закладок, внедряемых в управляющую ОС или ПО БПЛА при их сертификации, например, для продажи и применения на территории России. При этом данная программная закладка должна предусматривать прием по стандартным радиоканалам (например, Wi-Fi) и обработку с наивысшем приоритетом специализированных команд запрета полета, которые могут транслироваться «виртуальными ПУ» размещаемыми на рубежах контролируемых зон. Такая мера позволит на 90% однозначно закрыть проблему противодействия коммерческим малым БПЛА в зонах, где их полет запрещен, причем без разработки дорогостоящих средств РЭП с потенциально сомнительной эффективностью.
В главе 3 показано, что современные комплексы ПВО при поражении БПЛА вынуждены расходовать большое количество боеприпасов, которые с одной стороны, имеют низкую вероятность поражения, с другой стороны, являются невосполнимым материальным ресурсом ...
... средства, принцип функционирования которых основан на формировании направленного ЭМИ для нанесения ущерба целям - средствам функционального поражения электромагнитным излучением (ФП ЭМИ). Средства ФП ЭМИ обладают большим «площадным эффектом», обеспечивая относительно эффективное прекращение полета практически всех БПЛА, попадающих в зону их действия независимо от их типа, режима управления (дистанционное управление или автономный полет), типа навигационной системы. Эффективность ФП ЭМИ основана на изменениях электрофизических параметров полупроводниковых элементов многочисленных РЭС, функционирующих в составе БПЛА.
Вместе с тем эффективность средств ФП ЭМИ имеет и оборотную сторону. В частности, им свойственны другие существенные недостатки - высокая мощность создаваемого ЭМИ и сложность обеспечения его «избирательности» в отношении поражаемых РЭС. Это остро ставит вопрос обеспечения ЭМС средств ФП ЭМИ с другими РЭС в составе комплекса противодействия БПЛА.
Функциональное поражение электромагнитным излучением - разрушение и/или повреждение элементов РЭС путем использования однократных или многократных импульсных электромагнитных воздействий, приводящих к необратимым изменениям электрофизических параметров в полупроводниковых или оптико-электронных элементах РЭС в результате их перегрева или пробоя ...
В зависимости от мощности, длительности импульсов, рабочей частоты источника ЭМИ и расстояния до РЭС эффекты от электромагнитного воздействия могут быть различными - от кратковременного снижения качества функционирования и временной потери работоспособности РЭС до его полного повреждения или разрушения в результате перегрева или полевого пробоя [84].
При воздействии ЭМИ на метровых и более длинных волнах на металлических корпусах РЭС наводятся значительные электродвижущие силы (ЭДС), отказывают различные электронные схемы и исполнительные элементы.
При воздействии ЭМИ в дециметровом или сантиметровом диапазоне волн, совпадающем с рабочим диапазоном РЭС, повреждаются входные устройства (в частности, СВЧ-диоды).
Миллиметровые волны проникают в щели экранов, повреждая как входные цепи, так и экранированные устройства микроэлектроники.
При взаимодействии мощных СВЧ-колебаний с РЭС БПЛА могут наблюдаться два основных эффекта [246]: наведение на контурных элементах (выводах полупроводниковых приборов, печатных проводниках и т.д.) СВЧ-мощности, которая приводит к электрическим перегрузкам; непосредственное взаимодействие СВЧ-импульсов со структурой и материалом полупроводникового элемента. Мощности ЭМИ, формируемых известными средствами ФП ЭМИ, могут превышать десятки ГВт, при этом длительности их импульсов лежат в пределах от миллисекунд до наносекунд. В большинстве практических случаев функциональное поражение БПЛА при применении ЭМИ имеет место при отказе хотя бы одного из основных полупроводниковых элементов РЭС, управляющего полетом.
Элементная база РЭС весьма чувствительна к энергетическим перегрузкам. Поток электромагнитной энергии достаточно высокой плотности способен «выжечь» полупроводниковые переходы, полностью или частично нарушив их нормальное функционирование. Даже у кремниевых сильноточных биполярных транзисторов, обладающих повышенной стойкостью к перегревам, напряжение пробоя составляет 15-65 В, а у арсенид-галлиевых приборов - 10-12 В. Запоминающие устройства имеют пороговые напряжения порядка 7 В, типовые логические интегральные схемы на МОП-структурах - 7-15 В, а микропроцессоры обычно прекращают свою работу при 3,3-5 В [84].
Кроме того, анализ результатов отечественных и зарубежных исследований воздействия импульсов ЭМИ наносекундной длительности напряженностью 2-10 кВ/м (при частоте следования импульсов порядка 1 МГц) на вычислительные блоки и микропроцессоры РЭС показал, что уровни наводимых напряжений приводят к отказам этих элементов и ложным срабатываниям в них, что делает практически невозможным корректное функционирование в них программного обеспечения [84].
Источниками импульсов мощного СВЧ ЭМИ могут быть мощные релятивистские СВЧ-генераторы (взрывомагнитные, магнитокумулятивные), обычные электровакуумные СВЧ-генераторы (усилители), в том числе с временной компрессией излучаемых импульсов, твердотельные генераторы с полупроводниковыми коммутаторами, генераторы с газовыми коммутаторами и др. В качестве излучателей также могут применяться апертурные антенны (зеркальные, рупорные), а также фазированные антенные решетки (ФАР) и активные ФАР.
... наиболее короткие импульсы достигаются в виркаторах, а наибольшая выходная мощность реализуется во взрывомагнитных генераторах (ВМГ). Современный уровень развития СВЧ-генераторов обеспечивает выделение в нагрузке энергии 107-108 Дж, мощность которой эк- вивалентна мощности энергии, освобождающейся при взрыве заряда взрывчатого вещества массой 10 кг [249]. Более подробные сведения о средствах ФП ЭМИ и вариантах их целевого применения представлены в работах [84, 246-249]. Особенности применения СВЧ-импульсов и исследование характера их дестабилизирующего влияния на различное бортовое оборудование БПЛА подробно изложено в работах.
В 2016 г. компания Raytheon провела заводские испытания, в ходе которых комплекс Phaser успешно поразил 33 БПЛА разных типов, причем некоторые цели выполняли полет парами и тройками. Комплекс показал возможность противодействия БПЛА мощным направленным СВЧ-излучением, а также простоту эксплуатации и низкую стоимость боевого применения. Длительность и интенсивность работы в боевом режиме на излучение фактически зависят только от ресурса имеющейся системы энергоснабжения [250, 251].
В ходе дальнейших доработок компания Raytheon планирует сократить габариты изделия Phaser.
Таким образом, в будущем могут появиться компактные и мобильные средства ПВО на основе принципов ФП ЭМИ [250, 251].
В статьях [252, 253] показано, что аналогичные разработки ведутся и в России. Так на выставке ЛИМА-2001 в Малайзии еще в 2001 г. Россия продемонстрировала действующий образец боевого комплекса ФП ЭМИ «Ранец-Э» разработки Московского радиотехнического института РАН (рис. 5.2). По заявлению Рособоронэкспорта этот комплекс предназначен для борьбы с малыми БПЛА, а также крылатыми ракетами высокоточного оружия. Комплекс «Ранец-Э» состоит из антенны, высокомощного генератора, подсистемы управления, измерительной установки и источника электропитания. «Ранец-Э» может быть изготовлен в стационарном и мобильном вариантах (масса собственно боевых средств - около 5 т). Мощность излучения - 500 МВт в импульсе длительностью 10-20 нс в X-диапазоне.
Комплектация изделия «Ранец-Э» предусматривает возможность использования 2-х антенн (рис. 5.3) [252, 253]: с усилением 50 дБи и с шириной главного лепестка ДНА 15-20° - дальность эффективного поражения РЭС 7-14 км, дальность частичного нарушения функционирования РЭС - 22-40 км; с усилением 45 дБи и с шириной главного лепестка ДНА 60° - дальность эффективного поражения РЭС до 7 км, дальность частичного нарушения функционирования РЭС - до 23 км.
Эффект функционального поражения достигается путем формирования на поверхности цели напряженности электрического поля, превышающего 1 кВ/м, что вызывает пробои, выводящие из строя РЭС аппарата. Комплекс «Ранец-Э», подобно комплексу Phaser, также получает внешнее целеуказание от РЛС и ПУ сопрягаемых систем ПВО [252, 253].
Одним из перспективных вариантов применения средств ФП ЭМИ является создание малогабаритных генераторов мощного СВЧ-импульса, которые доставляются на рубеж гарантированного функционального поражения РЭС (50-100 м от БПЛА) путем встраивания в артиллерийские снаряды или в ЗУР и запуска последних в направлении группы БПЛА. Такие способы применения выстреливаемых средств ФП ЭМИ рассмотрены в работах [254, 255, 282-284].
В частности, в работах [282-284] обсуждается перспективный вариант ЗУР для ЗРК «Тор» оснащенной ВМГ, вместо классической боевой части. ВМГ обеспечивает прямое преобразование энергии взрыва в энергию ЭМИ с помощью специального встроенного СВЧ-генератора. При массе ВМГ порядка 12-15 кг, что является приемлемым для ЗУР, применяемой в ЗРК «Тор», излучаемой ВМГ энергии достаточно для функционального поражения РЭС группы БПЛА в радиусе до 300-500 м от точки подрыва, что обеспечивает реализацию принципа «одна ракета - группа БПЛА».
В целом, анализ работ [133, 256-261] показывает, что несмотря на отсутствие в настоящее время реальных средств ФП ЭМИ, ориентированных на поражение БПЛА, разработка прототипов подобных средств активно ведется многими технологически развитыми странами. При этом первые опытные экземпляры подобных средств поражения демонстрируют высокую эффективность и могут обеспечивать необратимое поражение всех типов БПЛА на дальности до 10 км.
Недостатком этих средств является то, что одновременно с поражением БПЛА поражаются и другие типы РЭС попадающие в зону воздействия, что исключает применение средств ФП ЭМИ в мирное время, в населенных пунктах и на промышленных объектах. Кроме того, отдельным проблемным вопросом, который, судя по всему, пока никак не прорабатывается, является обеспечение электромагнитной безопасности операторов средств ФП ЭМИ.
Лазер, являющийся оптическим квантовым генератором, способен формировать сильное ЭМИ в оптическом диапазоне волн с высокой плотностью энергии в весьма узком телесном угле. Свойство очень узкой направленности луча и высокая энергетическая плотность излучения позволяют применять лазер в качестве средства функционального поражения [247, 262]. Атмосфера прозрачна для лазерного излучения в диапазоне длин волн 3-1 мкм. Это несколько шире видимой области.
Лазеры способны генерировать ЭМИ в широком оптическом диапазоне, однако, как средства функционального поражения практический интерес представляют оптические квантовые генераторы, работающие в так называемых «окнах прозрачности» атмосферы, которым соответствуют волны оптического диапазона X = 0,5-2 мкм, за исключением «непрозрачных» участков X = 0,95; 1,15; 1,3-1,5 мкм [247].
В ИК-диапазоне тоже есть «окна прозрачности», где отсутствуют линии молекулярного поглощения различных атмосферных газов и аэрозольных примесей. Однако для длин волн менее 0,3 мкм атмосфера абсолютно непрозрачна. Но даже в диапазоне прозрачности атмосферы лазерный луч рассеивается в облаках, в тумане, на аэрозолях и на пылинках [247]. Из всего многообразия лазеров наиболее целесообразными к использованию в качестве лазерного оружия считаются твердотельные, химические, со свободными электронами и др. [262].
Высокая степень пространственной когерентности позволяет с помощью простых оптических устройств концентрировать энергию лазера в весьма узком телесном угле. Эта способность лазера позволяет при сравнительно небольшой энергии излучения на выходе оптической системы даже на больших расстояниях до подавляемого РЭС формировать ЭМИ с плотностью энергии, которой достаточно для достижения эффекта функционального поражения на значительных расстояниях (около 10 км). Однако вследствие весьма малого сечения лазерного луча (0,2-0,8 м2) на расстоянии от 20 км и выше возникает проблема точного наведения луча на цель [247].
Можно выделить следующие механизмы функционального поражения объектов лазерным оружием [247].
Непосредственное поражение электронных приборов путем прямого воздействия мощного узконаправленного лазерного ЭМИ.
Выведение из строя объекта за счет вторичного индуцированного излучения плазмы, порождаемой взаимодействием сильного электромагнитного поля и твердого вещества (например, материала корпуса цели). В частности, при облучении управляемых ракет лазерным излучением с плотностью мощности порядка 10 Вт/см2 вблизи поверхности обтекателя возникает мощное плазменное образование, являющееся источником некогерентного оптического излучения [247]. В этом случае возможно обратимое (временное) поражение РЭС, которое через некоторое время восстанавливает свои функции.
Деструктивное воздействие на поверхностный слой материала цели, в результате лазерное излучение может разрушить тонкостенные оболочки тепловым или ударным воздействием. В этом случае поражающее действие лазерного оружия определяется в основном термомеханическим и ударно-импульсным воздействием лазерного луча на цель и достигается за счет нагревания до высоких температур материалов объекта. Это вызывает расплавление или даже испарение материалов.
По мнению американских экспертов, лазерные средства поражения идеально подходят для корабельных систем ПВО и ПРО по следующим причинам. Во-первых, на кораблях стоят мощные энергетические установки, зачастую избыточной мощности. Во-вторых, над морем воздух чище, чем над сушей [264]. При этом, изменение акцента разработчиков с мегаваттной мощности в сторону киловаттной скорректировало применение лазерных средств в сторону их использования для поражения БПЛА в составе систем ПВО, а также в сторону создания гибридных систем ПВО-ПРО.
Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод, что функциональное поражение БПЛА существующими лазерными комплексами достигается за счет возникновения одного или нескольких эффектов:
поражение электронных приборов, прежде всего матриц приемников ОЭС бортовой аппаратуры наблюдения БПЛА путем прямого воздействия сильного узконаправленного лазерного ЭМИ;
нагревание до высоких температур материалов БПЛА, с последующим их возгоранием, расплавлением или разрушением;
индуцирование плазмы, порождаемой взаимодействием лазерного ЭМИ и твердого вещества (например, пластикового корпуса) БПЛА;
лазерные средства могут применяться совместно со средствами огневого поражения ПВО для «подогрева» цели, в интересах повышения ее «видимости» для ИК-головок самонаведения ГСН ЗУР комплексов ПВО.
Подавляющее число существующих лазерных комплексов из вышеуказанных эффектов, в основном используют только первые два - поражение ОЭС и поражение конструкции БПЛА путем его нагрева.
К недостаткам и проблемным вопросам использования лазерных средств поражения можно отнести следующее. Эффективность лазерных средств поражения существенно зависит от метеоусловий. Низкая облачность, дымка, туман, осадки, все это резко снижает эффективность применения данных средств. Эффективность лазерных средств поражения может быть существенно снижена, фактически сведена к нулю, применением одиночными или группой БПЛА таких элементарных способов маскировки как распыление аэрозолей типа «дымовая завеса».
Лазерные средства поражения требуют высокоточного внешнего целеуказания, как правило, от РЛС или ОЭС обнаружения БПЛА. Для достижения эффекта поражения БПЛА требуется удержание лазерного луча на цели в течение 0,5-15 с, что на высоких дальностях и при маневренном полете БПЛА является достаточно сложной технической задачей. С развитием и широким распространением технологий лазерного поражения ожидается переход к использованию в корпусах БПЛА материалов, специально ориентированных на отражение или рассеивание лазерного излучения.
В целом отметим, что современные лазерные системы находятся только в начале своего пути в качестве эффективной системы ПВО и противодействия БПЛА.
Что касается поражения БПЛА путем его нагрева, то здесь необходимо отметить, что такой способ поражения зависит от мощности лазерного ЭМИ и времени удержания лазерного луча на БПЛА. Результаты испытаний показывают, что для теплового поражения БПЛА требуется удержание на нем лазерного луча мощностью 2 кВт в течении 10-15 с, а луча 20-50 кВт - 0,5-5 с. Такая длительность удержания луча на цели является существенной проблемой на высоких дальностях поражения (свыше 10 км). Например, для того, чтобы по пасть в отсек с двигателем БПЛА с размахом крыла 1 м на удалении 2 км требуется угловая точность наведения лазерного луча не хуже 0,00145°.
Поскольку БПЛА находится в движении и маневрирует, то реальная точность ориентации лазерного луча для получения эффекта поражения БПЛА должна быть еще на порядок выше. Выдержать это требование в ближайшее время вряд ли будет возможно [21]. Сегодня функциональное поражение БПЛА является еще экспериментальной технологией. Однако, результаты испытаний первых прототипов позволяют утверждать, что именно данный тип поражения малых коммерческих БПЛА имеет высокую эффективность и наилучшие перспективы развития.
... прожиг пустотелого корпуса или плоскости крыла, к фатальным последствиям для БПЛА не приведет. По крайней мере, все попытки повредить вращающийся воздушный винт БПЛА во время экспериментов окончились безрезультатно [21]. Кроме того, на эту вероятность влияют факторы трассы распространения луча - облачность, дымка, туман, осадки резко снижают вероятность разрушения ...
... оказалось, что применение БПЛА-перехватчика для противодействия группе из 4-х БПЛА не привело к успешному перехвату всех целей: половина перехватываемой группы БПЛА успешно выполнила свою задачу. При этом, замена средства поражения с гладкоствольной пушки на комплект управляемых малогабаритных ракет с ГСН не привела к улучшению результата [21].
Другой вариант БПЛА-истребителя рассмотрен в работах [277, 278]. В данных работах в отсеке бортового оборудования БПЛА-перехватчика (рис. 7.1) предлагается разместить большое количество «пакетов» с поражающими элементами. При этом в качестве поражающих элементов могут рассматриваться: объемные сети или нити из высокопрочных материалов; иглы; клейкие аэрозоли; горючие аэрозоли.
В процессе боевого применения БПЛА-перехватчик достигает группы перехватываемых БПЛА и на маршруте их полета выбрасывает пакеты которые, самовскрываясь на определенной высоте, формируют «бесполетную зону» противодействия. Количество применяемых пакетов, зависит от плотности и количества БПЛА в группе и позволяет многократно использовать БПЛА- перехватчик. Критическими для принятия решения по продолжению дальнейших исследований явились следующие факторы [21]:
в среднем, стоимость поражения БПЛА существенно превышает стоимость самих поражаемых БПЛА;
низкая эффективность применения БПЛА-перехватчика против групп малогабаритных маневренных БПЛА;
существенное усложнение структуры воинского формирования, которому должен быть придан комплекс с БПЛА-перехватчиком, и, как результат, утрата оперативности и мобильности этого воинского формирования;
быстрое и резкое снижение эффективности комплексов с БПЛА- перехватчиками по мере расходования таких БПЛА из комплекта в потери.
Одним из вариантов преодоления вышеуказанных негативных факторов, по отношению к одиночным БПЛА, является создание системы из высокоинтеллектуальных БПЛА-перехватчиков патрулирующих заданный район.
БПЛА-перехватчики могут автономно обнаруживать другой БПЛА-нарушитель на трассе своего патрулирования, самостоятельно рассчитывать и прогнозировать траекторию его полета, догонять с опережением и сбрасывать на БПЛА-нарушитель кевларовую сеть.
В некоторых других решениях сеть не выстреливается в БПЛА-нарушитель, а постоянно закреплена снизу БПЛА-перехватчика, что позволяет ему «собирать» сетью за один вылет несколько малых «БПЛА-квадрокоптеров» (рис. 7.2). Именно такой способ применения БПЛА-перехватчиков использует японская полиция для пресечения несанкционированных полетов БПЛА- квадрокоптеров при проведении массовых мероприятий [279].
При использовании против БПЛА аэрозольного облака горючего вещества оно заблаговременно распыляется на трассе полета БПЛА и впоследствии поджигается, например, путем использования трассирующих боеприпасов. При использовании аэрозольного облака горючего вещества, роль топлива могут выполнять: окись этилена и окись пропилена, бутилнитрит и пропилнитрит, МАРР: техническая смесь метилацетилена, аллена (пропадиена) и пропана. Возможно использование смесей горючих (включая лёгкие бензины) и мелкодисперсного порошка алюминий - магниевого сплава в пропорции 10:1 [21].
Данный способ борьбы с БПЛА относительно прост, однако имеет свои недостатки, которые делают его малопригодным для практического применения [21]: сильная зависимость от погодных и ветровых условий; невозможность применения в городских условиях при проведении мероприятий антитеррористической направленности; невозможность селекции поражаемых воздушных целей; сложность управления моментом подрыва аэрозольного облака; сложность процесса формирования аэрозольного облака в нужном месте, в нужное время с требуемым уровнем концентрации горючего вещества; малый «срок жизни» аэрозольного облака; потенциально низкая эффективность применения против активно маневрирующих БПЛА и т.д.
Использование сетей - улавливателей БПЛА, применяемых с Земли или с других БПЛА, в настоящее время является активно развиваемым направлением [21]. Сеть, опутав БПЛА, блокирует двигатели и элементы системы управления аппарата, лишая его возможности продолжать полет. Анализ [19] показал, что существующие наземные пусковые установки, выстреливающие сеть, обеспечивают дальность перехвата БПЛА 100-300 м, точность - порядка 0,5 м, при диаметре выстреливаемой сети от 2,5 до 10 м. В целом, способ противодействия БПЛА за счет использования сетей является весьма эффективным, особенно в условиях городской застройки.
Однако этому способу присущи некоторые недостатки, которые ограничивают его применение при ведении боевых действий или проведении специальных операций [21]:
малая дальность применения - не более 200-300 м;
пригодность только для малоскоростных и зависающих БПЛА;
возможность применения только в пределах визуального наблюдения; сильная зависимость от погодных, и особенно ветровых, условий.
Дальнейшим развитием данного способа противодействия БПЛА может служить создание специальных боеприпасов с разделяющейся боевой частью, между элементами которой натягивается сеть диаметром 1,5 м. Основной недостаток такого способа борьбы - недостаточная дальность, ограниченная у существующих прототипов 90 м [139].
Вывод БПЛА из положения устойчивого полёта в закритические условия путём накрытия спутным следом от пролетающего летающего аппарата Способ вывода БПЛА из положения устойчивого полёта в закритические условия путём накрытия его спутным следом от пролетающего ЛА (пилотируемого или беспилотного), впервые был описан в работе [21], и может быть достаточно эффективным несмотря на всю свою экзотичность.
Высокая эффективность этого способа связана с тем, что бортовые системы управления современных БПЛА не могут обеспечивать устойчивость и управляемость на закритических режимах полёта. Вывод БПЛА на закритические условия полёта за счёт воздействия спутным следом [280] приводит к тому, БЛА оказывается на очень больших по модулю углах атаки во вращающемся потоке воздуха.