Avui, l’aviació és impensable sense radars. Una estació de radar aerotransportada (BRLS) és un dels elements més importants de l'equip radioelèctric d'un avió modern. Segons els experts, en un futur proper les estacions de radar seguiran sent el principal mitjà per detectar, rastrejar objectius i apuntar-hi armes guiades.
Intentarem respondre a les preguntes més freqüents sobre el funcionament dels radars a bord i explicar com es van crear els primers radars i com poden sorprendre les estacions de radar prometedores.
1. Quan van aparèixer els primers radars a bord?
La idea d’utilitzar el radar en avions va sorgir uns anys després de la aparició dels primers radars terrestres. Al nostre país, l'estació de terra "Redut" es va convertir en el prototip de la primera estació de radar.
Un dels principals problemes va ser la col·locació de l'equip a l'avió: el conjunt de l'estació amb fonts d'alimentació i cables pesava uns 500 kg. Va ser poc realista instal·lar aquest equip en un combat de monoplaça d’aquella època, de manera que es va decidir col·locar l’estació en un Pe-2 de dos seients.
La primera estació de radar aèria domèstica anomenada "Gneiss-2" es va posar en servei el 1942. En dos anys, es van produir més de 230 estacions Gneiss-2. I el victoriós 1945 Fazotron-NIIR, que ara forma part de KRET, va començar la producció en sèrie del radar de l'avió Gneiss-5s. El rang de detecció de l'objectiu va arribar als 7 km.
A l'estranger, el primer radar d'avió "AI Mark I" - britànic - es va posar en servei una mica abans, el 1939. A causa del seu pes pesant, es va instal·lar en interceptors de combat pesats Bristol Beaufighter. El 1940 va entrar en servei un nou model, l'AI Mark IV. Proporcionava la detecció d'objectius a una distància de fins a 5,5 km.
2. En què consisteix una estació de radar aerotransportada?
Estructuralment, el radar consta de diverses unitats extraïbles situades al nas de l'avió: un transmissor, un sistema d'antena, un receptor, un processador de dades, un processador de senyal programable, consoles i controls i pantalles.
Avui en dia, gairebé tots els radars aerotransportats tenen un sistema d'antena que consisteix en una xarxa d'antenes de ranura plana, antena Cassegrain, una antena de fases activa o passiva.
Els radars aerotransportats moderns funcionen en una gamma de freqüències diferents i permeten detectar objectius aeris amb una EPR (Effective Scattering Area) d’un metre quadrat a una distància de centenars de quilòmetres, i també proporcionen el seguiment de dotzenes d’objectius al pas.
A més de la detecció d’objectius, les estacions de radar actuals proporcionen correcció per ràdio, assignació de vol i designació d’objectiu per a l’ús d’armes aerotransportades guiades, realitzen mapes de la superfície terrestre amb una resolució de fins a un metre i també resolen tasques auxiliars: terreny, mesurant la seva pròpia velocitat, altitud, angle de deriva i altres …
3. Com funciona un radar aerotransportat?
Avui en dia, els caces moderns utilitzen radars Doppler de pols. El nom en si mateix descriu el principi de funcionament d’una estació de radar d’aquest tipus.
L'estació de radar no funciona contínuament, però sí amb impulsos periòdics. En els localitzadors actuals, la transmissió d’un pols dura només unes poques milionèsimes de segon i les pauses entre polsos són de poques centèsimes o mil·lèsimes de segon.
Havent trobat qualsevol obstacle en el camí de la seva propagació, les ones de ràdio es dispersen en totes direccions i es reflecteixen des d’ella cap a l’estació de radar. Al mateix temps, l’emissor de radar s’apaga automàticament i el receptor de ràdio comença a funcionar.
Un dels principals problemes dels radars polsats és eliminar el senyal reflectit en objectes estacionaris. Per exemple, per als radars aerotransportats, el problema és que les reflexions de la superfície terrestre enfosquen tots els objectes situats a sota de l'avió. Aquesta interferència s’elimina utilitzant l’efecte Doppler, segons el qual augmenta la freqüència d’una ona reflectida des d’un objecte que s’acosta i des d’un objecte sortint disminueix.
4. Què signifiquen les bandes X, K, Ka i Ku en les característiques del radar?
Avui en dia, el rang de longituds d'ona en què operen els radars aerotransportats és extremadament ampli. A les característiques del radar, l'abast de l'estació s'indica amb lletres llatines, per exemple, X, K, Ka o Ku.
Per exemple, el radar Irbis amb una matriu d'antena de fases passives instal·lat en un caça Su-35 funciona a la banda X. Al mateix temps, el rang de detecció dels objectius aeris d'Ibis arriba als 400 km.
La banda X s'utilitza àmpliament en aplicacions de radar. S’estén de 8 a 12 GHz de l’espectre electromagnètic, és a dir, té longituds d’ona de 3,75 a 2,5 cm. Per què s’anomena així? Hi ha una versió que durant la Segona Guerra Mundial la banda es va classificar i, per tant, va rebre el nom de banda X.
Tots els noms de rangs amb la llatina llatina K al nom tenen un origen menys misteriós, de la paraula alemanya kurz ("curta"). Aquest rang correspon a longituds d’ona d’1,67 a 1,13 cm. En combinació amb les paraules en anglès per sobre i per sota, les bandes Ka i Ku van rebre el seu nom, respectivament, situades "per sobre" i "per sota" de la banda K.
Els radars de banda Ka són capaços de realitzar mesures de curta distància i de resolució ultra alta. Aquests radars s'utilitzen sovint per al control del trànsit aeri als aeroports, on la distància a l'avió es determina mitjançant impulsos molt curts (diversos nanosegons de longitud).
La banda Ka s'utilitza sovint en radars d'helicòpters. Com ja sabeu, per col·locar-la en un helicòpter, una antena de radar aerotransportada ha de ser petita. Tenint en compte aquest fet, a més de la necessitat d’una resolució acceptable, s’utilitza l’interval de longituds d’ona mil·limètriques. Per exemple, un helicòpter de combat Alligator Ka-52 està equipat amb un sistema de radar Arbalet que funciona a la banda Ka de vuit mil·límetres. Aquest radar desenvolupat per KRET proporciona a Alligator enormes oportunitats.
Per tant, cada abast té els seus propis avantatges i, en funció de les condicions i tasques de col·locació, el radar funciona en diferents rangs de freqüència. Per exemple, l'obtenció d'una alta resolució en el sector de visualització directa permet obtenir la banda Ka i un augment de l'abast del radar integrat fa possible la banda X.
5. Què és el PAR?
Viouslybviament, per rebre i transmetre senyals, qualsevol radar necessita una antena. Per encabir-lo en un avió, es van inventar sistemes especials d'antena plana, i el receptor i el transmissor es troben darrere de l'antena. Per veure diferents objectius amb el radar, cal moure l’antena. Com que l’antena de radar és bastant massiva, es mou lentament. Al mateix temps, l'atac simultani de diversos objectius esdevé problemàtic, perquè un radar amb una antena convencional només manté un objectiu al "camp de visió".
L’electrònica moderna ha permès abandonar aquesta exploració mecànica en un radar aerotransportat. Es disposa de la següent manera: una antena plana (rectangular o circular) es divideix en cel·les. Cadascuna d'aquestes cèl·lules conté un dispositiu especial: un canvi de fase, que pot canviar la fase de l'ona electromagnètica que entra a la cèl·lula per un angle determinat. Els senyals processats de les cel·les s’envien al receptor. Així es pot descriure el funcionament d'una antena de matriu per fases (PAA).
Per ser més precisos, una matriu d’antenes similar amb molts elements de canvi de fase, però amb un receptor i un transmissor, s’anomena FASE passiu. Per cert, el primer caça del món equipat amb un radar de matriu per fases és el nostre MiG-31 rus. Va ser equipat amb una estació de radar "Zaslon" desenvolupada per l'Institut de Recerca en Enginyeria d'Instruments. Tikhomirov.
6. Per a què serveix AFAR?
L’antena de matriu per fases activa (AFAR) és la següent etapa del desenvolupament de la tecnologia passiva. En aquesta antena, cada cel·la de la matriu conté el seu propi transceptor. El seu nombre pot superar el miler. És a dir, si un localitzador tradicional és una antena, un receptor, un transmissor independents, a AFAR, el receptor amb el transmissor i l’antena estan "dispersos" en mòduls, cadascun dels quals conté una escletxa d'antena, un canvi de fase, un transmissor i un receptor.
Anteriorment, si, per exemple, un transmissor no funcionés, l'avió quedaria "cec". Si a AFAR es veuen afectades una o dues cel·les, fins i tot una dotzena, la resta continua funcionant. Aquest és l'avantatge clau d'AFR. Gràcies a milers de receptors i transmissors, s’augmenta la fiabilitat i la sensibilitat de les antenes i també es fa possible operar a diverses freqüències alhora.
Però el més important és que l'estructura de l'AFAR permet al radar resoldre diversos problemes en paral·lel. Per exemple, no només per servir dotzenes d’objectius, sinó que, paral·lelament a la prospecció de l’espai, és molt eficaç defensar-se de les interferències, interferir amb els radars enemics i mapar la superfície, obtenint mapes d’alta resolució.
Per cert, la primera estació de radar de Rússia amb AFAR es va crear a l'empresa KRET, a la corporació Fazotron-NIIR.
7. Quina estació de radar hi haurà en el combat PAK FA de cinquena generació?
Entre els desenvolupaments prometedors de KRET hi ha AFAR conformal, que pot encabir-se al fuselatge d'un avió, així com l'anomenada pell de la cèl·lula "intel·ligent". En caces de nova generació, inclosa la PAK FA, es convertirà, per dir-ho així, en un únic localitzador de transceptors, que proporcionarà al pilot informació completa sobre el que està passant al voltant de l’avió.
El sistema de radar PAK FA consta d’un prometedor AFAR de banda X al compartiment nasal, dos radars d’aspecte lateral i un AFAR de banda L al llarg de les solapes.
Avui KRET també treballa en el desenvolupament d’un radar de fotòfon per al PAK FA. La preocupació té la intenció de crear un model a gran escala de l’estació de radar del futur el 2018.
Les tecnologies fotòniques permetran ampliar les capacitats del radar: reduir la massa més de la meitat i augmentar la resolució per deu. Aquests radars amb matrius d'antenes de fases radioòptiques són capaços de fer una mena de "imatge de raigs X" d'aeronaus situats a una distància de més de 500 quilòmetres i donar-los una imatge tridimensional detallada. Aquesta tecnologia permet mirar a l'interior d'un objecte, esbrinar quins equips transporta, quantes persones hi ha i fins i tot veure la seva cara.
