|
Бортовое радиоэлектронное оборудование истребителя F-35
Майор Г. Антонов
В Соединенных Штатах осуществляется полномасштабная разработка перспективного тактического истребителя по программе JSF (Joint Strike Fighter), который получил официальное обозначение F-35. Главной ее целью является создание нового боевого самолета с высокими тактико-техническими характеристиками и единой конструкцией для ВВС, авиации ВМС и морской пехоты США. Он станет основным самолетом тактической авиации и заменит состоящие в настоящее время на вооружении тактические истребители (F-16 «Файтинг Фалкон», F/A-18 «Хорнет») и штурмовики (А-10 «Тандерболт» и AV-8B «Харриер-2»).
При разработке бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО) самолета специалисты использовали результаты перспективных исследований в области оптоэлектронного (ОЭ) и радиолокационного оборудования, индивидуальных средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ), а также ЭВМ и программного обеспечения. Эти машины имеют высокую степень интеграции датчиков с возможностью обмена разведывательными данными и информацией о радиоэлектронной обстановке, что позволит каждому пилоту ориентироваться в обстановке на всем театре военных действий. Кроме этого, для снижения нагрузки пилота был установлен принципиально новый интерфейс с возможностью голосового управления самолетом.
На стадии начального проектирования планировалось, что истребитель не будет иметь активных средств разведки и пилот будет получать информацию со специальных разведывательных самолетов, спутников и от других источников. Эта мера позволила бы снизить затраты на его оборудование, однако в связи с развитием элементной базы было подсчитано, что содержание отдельных разведывательных самолетов обойдется дороже и будет менее ко эффективно, чем оснащение истребителей разведывательным оборудованием. Кроме того, большое число самолетов с чувствительными датчиками, связанными высокоскоростными линиями передачи данных, позволит обеспечить полное информационное превосходство над полем боя.
Радиолокационная станция (РЛС) четвертого поколения и комплекс РЭБ самолета F-35 (рис. 2) объединены в многофункциональную интегрированную систему (МИС). На станции будет установлена активная фазированная антенная решетка (АФАР), за основу которой взята антенна станции APG-77. Это позволит использовать ее для радиолокационной и радиотехнической разведки, РЭБ и связи.
АФАР состоит из 1 000-1 200 приемопередающих модулей (ППМ), связанных высокоскоростными процессорами. На разные ППМ в раскрыве антенны могут возлагаться различные задачи. В связи с тем что диаметр антенны ограничен размерами фюзеляжа, общее число ППМ уменьшается на треть (по сравнению с АФАР APG-77), что приводит к снижению дальности обнаружения целей до 165 км. Станция должна работать в диапазоне частот 8-12,5 ГГц (по некоторым данным, 6-18 ГГц).
 |
| Рис. 2. Основные системы БРЭО самолета F-35 |
 |
| Рис. 3. Режимы работы интегрированной ОЭ-системы |
Такая широкополосность будет обеспечиваться варьированием размеров и форм излучателей ППМ и позволит одновременно формировать две диаграммы направленности (на разной частоте), обеспечивая работу РЛС в следующих режимах:
- обнаружения и сопровождения воздушных и наземных целей;
- пассивного пеленгования наземных РЛС;
- передачи сигналов коррекции на УР класса «воздух - воздух»;
- синтезирования апертуры РЛС;
- селекции движущихся наземных целей (в том числе малоскоростных);
- сверхвысокого разрешения (до 0,3-0,9 м);
- моноимпульсного картографирования местности;
- обмена данными с другими самолетами. Кроме того, то, что РЛС сможет работать в широком диапазоне длин волн со случайной перестройкой частоты повторения импульса в пакете, повышает ее помехозащищенность. В зависимости от выбранного режима работы будет изменяться ее несущая частота: более низкая частота будет использоваться в режиме синтезирования апертуры, а более высокая - для обнаружения воздушных целей на большой дальности. Обтекатель антенны должен быть радиопрозрачен в широком диапазоне длин волн.
Луч диаграммы направленности антенны способен сканировать пространство, перемещаясь от одной точки к другой со скоростью несколько миллионов раз в секунду, поэтому каждая цель будет подсвечена до 15 раз в секунду. Ресурс антенны составляет около 8 000 ч.
К основным способам постановки помех, используемым в РЛС, относятся: срыв сопровождения по дальности, скорости и адаптивная кроссполяризационная помеха.
В МИС кроме РЛС входит комплекс средств РЭБ, главным разработчиком которого является фирма «БАе системз». Он будет проектироваться на основе аппаратуры РЭБ тактического истребителя F-22. Все оборудование намечается разместить под обшивкой летательного аппарата. Для точного определения направления прихода сигнала и дальности до источника в системе предупреждения об облучении используется корреляционный интерферометр, на вход которого будут поступать данные с расположенных на крыльях антенн и РЛС. Дополнительно оборудование РЭБ будет включать устройство выброса дипольных отражателей и специально разработанных многоспектральных инфракрасных (ИК) ловушек. Пилот истребителя сможет получать информацию от других самолетов через тактическую линию передачи данных, что позволит ему иметь представление об обстановке на всем театре военных действий. Ожидаемое время наработки на отказ комплекса 440 ч.
Для получения информации в видимом и ИК-диапазонах частот на борту самолета будет размещена интегрированная ОЭ-сис-тема, которая включает в свой состав подсистему с распределенной апертурой (DAS - Distributed Aperture System) и оптоэлект-ронную прицельную подсистему (ОЭПП).
Установить ОЭПП планируется в носовой части под фюзеляжем самолета. В качестве ее прототипа предполагается использовать систему «Снайпер-XR», разработанную для самолета F-16. Размещение подсистемы на истребителе позволит экипажу самостоятельно осуществлять поиск, обнаружение, распознавание и автоматическое сопровождение наземных тактических целей в пассивном режиме на дальности 15-20 км в любое время суток, а также поиск и сопровождение воздушных целей. Лазер даст возможность наводить управляемое высокоточное оружие, в том числе новейшее J-серии, и поражать важные наземные и морские цели (узлы связи, транспортные узлы, заглубленные командные пункты, склады, надводные корабли т. д.) с высокой точностью (рис. 3).
ОЭПП включает инфракрасную камеру переднего обзора, работающую в диапазоне длин волн 8-12 мкм, телевизионную камеру на приборах с зарядовой связью, лазерный дальномер-целеуказатель и лазер-маркер. На дисплее, расположенном в кабине пилота, может отображаться информация, поступающая от телевизионной и ИК-систем в реальном масштабе времени.
Главными особенностями этой подсистемы являются использование новейших алгоритмов обнаружения и распознавания наземных объектов по получаемому двухмерному изображению и стабилизация оптоэлектронного блока на основе перспективных технологий, которые позволили повысить точностные характеристики системы более чем в 3 раза по сравнению с аналогичными.
Для предотвращения повреждений датчиков ОЭПП (расположенных стационарно и имеющих широкую апертуру) будет установлено сапфировое стекло, обладающее высокой прочностью и являющееся прозрачным для видимого и ИК-диапазонов длин волн, но не пропускающее радиолокационные сигналы. Максимальная дальность действия лазера 40-50 км. Углы паля зрения: узкий 0,5 х 0,5°, средний 1 * Г.широкий 4 ■ 4=. Планируемое время наработки на отказ порядка 700 ч.
Подсистема DAS включает в свой состав шесть ИК-датчиков, обеспечивающих обзор пространства во всех направлениях. Информация с них может проектироваться на нашлемную прицельную систему, что даст возможность пилоту видеть обстановку в ИК-спектре под самолетом, а кроме того, она будет использоваться в качестве вспомогательного средства навигации. Предполагается, что установка на истребитель этой подсистемы с распределенной апертурой позволит сократить 30 проц. стоимости и снизить в 2 раза общую массу ИК сенсоров.
Одно из самых важных мест в БРЭО самолета F-35 занимает ССНО. Она выполняет задачи опознавания принадлежности самолета, навигации, закрытой многоканальной многодиапазонной голосовой связи, межсамолетного обмена
данными и синхронизации дисплеев нескольких самолетов. Принимаемый сигнал обрабатывается внутри системы, а на ее выход подается информация высокого уровня. Планируется, что ССНО будет работать (излучать и принимать) более 35 различных форм сигналов в диапазоне частот 30 МГц-^0 ГГц. В состав системы входят следующие основные модули: широкополосный модуль, выполняющий аналогово-цифровое преобразование и обработку сигнала; двухканальный приемопередатчик, который принимает и переводит в цифровую форму сигналы сверхширокого диапазона и выдает сигналы управления мощностью усилителя; аппаратура энергоснабжения; процессоры ССНО, которые выполняют обработку сигнала, данных и засекреченной связи; блоки интерфейса.
Вся необходимая информация с датчиков, после обработки в интегрированном центральном процессоре (ИЦП) будет поступать на дисплей в кабине пилота по оптоволоконной линии передачи данных (2 Гбит/с). Одним из главных требований к оборудованию кабины является возможность ее недорогой и быстрой модернизации за счет использования совершенных систем обработки информации, графических процессоров и многофункциональных дисплеев. В системе отображения должна найти широкое применение элементная база коммерческого производства.
В системе отображения информации, установленной в кабине, планируется применить две новые технологии: «Биг пикчер» и «Виртуальная кабина». Элементы этих технологий были наглядно продемонстрированы на действующем макете кабины самолета F-35.
Хотя в настоящее время на F-35 используются два установленных рядом широкоформатных дисплея с активной матрицей (AMLCD - Active Matrix Liquid Crystal Display) с размером поля 20,3 х 25,4 см, ведутся работы над тем, чтобы заменить их одним общим дисплеем с размером поля 20,3 х 50,8 см. Этот монитор будет занимать всю верхнюю часть приборной панели и должен выполнять роль индикатора общей ситуационной информации. На нем будет отражаться тактическая обстановка (текущие координаты самолета, маршруты, их промежуточные пункты, расположение боевых средств противника и своих войск). Информация на дисплей должна поступать с РЛС или оптоэлектронной системы, что позволит производить целеуказание в любых погодных условиях.
Жидкокристаллические мониторы имеют более 256 оттенков и обладают высокой разрешающей способностью (1 280 х 1 024 пиксела на дюйм).
Говоря о технических возможностях системы отображения информации, следует отметить следующие ее особенности:
- отказ от индикации на лобовом стекле и полный перенос этой функции на нашлемную систему целеуказания и отображения информации на защитном щитке шлема летчика;
- речевое управление отдельными функциями системы отображения информации и системы управления вооружением самолета (обычными речевыми указаниями летчик может переключать режимы работы различного оборудования и давать команды на применение оружия);
- использование экспертных систем, обеспечивающих анализ текущей информации и выработку инструкций летчику о целесообразных действиях. Благодаря оперативному планированию полетного задания выживаемость самолета в ходе его боевого применения повышается в большей степени, чем за счет использования специальных конструктивных решений и средств повышения живучести. Отображаемая на широкоформатном дисплее информация об обстановке содержит данные о текущем положении самолета на маршруте и расположении боевых средств противника (ЗРК и находящихся в воздухе летательных аппаратах), полученная путем обобщения сведений от различных (в том числе внешних) источников информации. Нанесение ЭВМ секторов действия средств поражения противника на движущуюся карту местности облегчает пилоту задачу маневрирования. На ней отображаются также зоны применения собственного оружия.
В 2000 году впервые был продемонстрирован один из новейших компонентов самолета F-35, так называемый «бортовой интеллект», реализуемый с помощью специального программного обеспечения. Это было сделано путем демонстрации информационно-управляющего поля кабины самолета не в статическом виде, а режиме виртуальной реальности, практически полностью воспроизводящей управление авиационным боевым комплексом в ходе его применения.
Система «бортового интеллекта» была создана в ходе реализации комплексной программы в области вычислительной техники и бортовых систем, последнее время проводившейся под общим руководством управлением перспективных исследований МО США (DARPA). Ее важной составляющей частью являлась разработка системы «Помощник летчи-
ка». На основе сбалансированного сочетания обычных алгоритмов управления и технологии искусственного интеллекта эта система должна обеспечить информационную поддержку в следующих ситуациях:
- боевые условия значительно отличаются от прогнозируемых;
- непредвиденная угроза заставляет пересмотреть первоначальную задачу;
- в результате отказа бортовых подсистем, ухудшения характеристик или полученного в бою повреждения необходимо внести изменения в боевую задачу;
- летчик перегружен некоррелированными данными.
Система рассчитана на выполнение функций: определение состояния бортовых систем; оценка ситуации; планирование и определение тактики выполнения боевой задачи; обеспечение взаимодействия летчика с авиационным комплексом.
Важным элементом системы управления полетом самолета F-35 является автопилот. Его возможности расширены за счет комплексирования с экспертной системой предупреждения о столкновении и обходе препятствий. Используя базу данных о рельефе местности, автопилот определяет минимальную высоту над поверхностью, с которой можно получить устойчивое и четкое изображение цели в режиме синтезирования апертуры, и обеспечивает безопасный полет.
Большое значение при разработке истребителя уделялось бортовой ЭВМ, ключевым элементом которой является ИЦП. Последний будет получать информацию с различных датчиков, размещенных на самолете, с последующей обработкой и анализом возможных вариантов принятия решения. Параллельно с ИЦП данные обрабатываются в модулях планирования поиска (МПП), атаки и облета мест нежелательного столкновения с противником.
МПП предназначен для более эффективного обнаружения наземных целей на основе критериев выделения их на рельефе местности. Например, по данным от датчиков будет выделяться колонна танков, исходя из особенностей местности, сети дорог, взаиморасположения и скорости транспортных средств. Система сможет также осуществлять запрос (в диалоговом режиме на дисплее или с помощью речевого синтезатора и анализатора) у командира эскадрильи о количестве самолетов в группе и после получения ответа показывать оптимальное место поиска колонны танков для каждого самолета, подсвечивая на карте наиболее вероятные места ее нахождения.
После захвата цели (или группы целей) модуль планирования атаки предоставит пилоту информацию об оптимальном маневре с учетом угроз, а при необходимости пошлет запрос экипажам других самолетов об оказании поддержки и прикрытии самолета.
Бортовая ЭВМ с ИЦП истребителя F-35 размещается в двух блоках, имеющих 23 и 8 слотов. Она позволяет объединять управление отдельными задачами и оружием, а также выполнять специальную функцию обработки сигналов. Быстродействие ИЦП будет на уровне 40,8 млрд опер./с, процессора обработки сигналов - 75,6 млрд с плавающей запятой, а процессора обработки и формирования изображения -225,6 млрд операций сложения/умножения. Конструкция ЭВМ включает 22 модуля семи различных типов:
- четыре универсальных процессорных модуля;
- два модуля входа/выхода на универсальный процессор;
- два модуля обработки сигналов;
- пять модулей входа/выхода процессора обработки сигналов;
- два модуля обработки изображения;
- два коммутатора;
- пять блоков электропитания.
Кроме этого, ИЦП имеет разъемы для установки съемных модулей и дополнительного блока электропитания. В нем применяются стандартные 128-битные микропроцессоры гражданского назначения «Моторола G4» Power PC.
Во всех модулях для обработки данных применяется операционная система (ОС), работающая в реальном масштабе времени, фирмы «Грин хилз софтвэа интегрити» и ОС фирмы «Меркури компьютер систем» для обработки сигналов.
Соединение модулей ИЦП осуществляется через два коммутатора с 32 портами каждый путем подключения их к последовательной высокопроизводительной шине стандарта IEEE 1394B со скоростью 400 Мбит/с, благодаря чему обеспечивается связь ИЦП и ССНО с системой управления летательным аппаратом (СУПА), которая выполняет функции контроля и эффективного использования топливной, электрической, гидравлической и других систем самолета. В состав ЭВМ СУПА входят два таких же процессора, как и в универсальный модуль ИЦП. Открытая архитектура и применение гражданских комплектующих значительно сокращают затраты на оборудование и его последующую модернизацию. В мае 2003 года была собрана первая ЭВМ СУЛА, а окончательный ее вариант планируется получить к концу 2005-го.
Обработка поступающих сигналов на первоначальном этапе (нижнем уровне) будет производиться непосредственно в системах сбора информации, а большинство процессов высокого уровня - в ЭВМ ИЦП. Например, РЛС сможет генерировать форму сигнала и преобразовывать его из аналогового вида в цифровой, но информация о дальности до цели и результатах сканировании луча будет передаваться в ЭВМ ИЦП, с выхода которой обработанные результаты поступят на дисплей, размещенный в кабине пилота, или на нашлемную систему целеуказания.
Объем программного обеспечения ИЦП истребителя F-35 будет составлять 5 млн командных строк, что в 2 раза больше, чем у F-22. Это вызвано размещением на нем более сложного оборудования, а также возможностью работы с большим числом режимов.
На новом самолете пилоты смогут загружать предполетное задание и копировать информацию (в том числе записанную в видеоформате) на портативное переносное устройство емкостью несколько сотен Гигабайт фирмы «Смиф аэроспейс», которая установит также память большой емкости и файловый сервер на самолет.
В конце октября 2001 года МО США объявило о подписании контракта стоимостью 19 млрд долларов с фирмой «Локхид-Мартин», предусматривавшего разработку и испытание самолета F-35. К концу 2002 года закончился этап проектирования истребителя и обсуждения проекта с последующей его оценкой до середины 2003 года. Общее число полностью укомплектованных самолетов (в соответствии с контрактом) составит 14 единиц. Пять самолетов F-35A с обычным взлетом/посадкой (для ВВС), пять F-35C корабельного базирования (для авиации ВМС) и четыре F-35B с коротким взлетом и вертикальной посадкой (для морской пехоты). Дополнительно МО получит восемь нелетающих самолетов для проведения ряда статических тестов, один F-35C для испытания на ударные нагрузки и один каркас для оценки изменения радиолокационного отражения. Первый полет истребителя F-35A запланирован на октябрь 2005 года, F-35B - на начало 2006-го, a F-35C - спустя девять месяцев.
Программа летных испытаний некоторых элементов оборудования включала два этапа. Первый проходил на самолете лаборатории ВАС 1-11, на борту которого размещены АФАР и ОЭ прицельная демонстрационная система, а также датчики системы с распределенной апер-
турой. Вторая фаза заключалась в интегрировании датчиков «Локхид-Мартин» с программным обеспечением. По итогам тестов, продолжавшихся шесть месяцев, было проведено контрольное испытание по сопровождению самолета F/A-18, выполнявшего роль мишени.
Кроме главного подрядчика в разработке БРЭО для истребителя F-35 принимают участие следующие фирмы: «Кайзер электронике» и «Элбит» - нашлемная система целеуказания, «Белл аэроспейс» - ССНО и ее антенны (одна диапазона частот 2-4 ГГц, две - 0,3-1 ГГц, 2 антенны радиовысотомеров и 3 - диапазона частот 1-2 ГГц на каждый самолет), «Харрис» - оснащение кабины пилота, программное обеспечение обработки изображения и формирование цифровой карты, волоконно-оптические линии, высокоскоростные линии связи и элементы ССНО, «Ханиуэлл» - радиовысотомер, инерциально-навигационная система и КРНС NAVSTAR, «Рэйтеон» - 24-ка-нальный устойчивый к помехам приемник КРНС.
Полномасштабная разработка тактического истребителя F-35 оценивается в
23,8 млрд долларов. Поступление на вооружение первых серийных машин ожидается в 2010 году. Всего для ВС США намечено закупить около 2 600 машин. Полноправный участник программы - Великобритания — обеспечивает 10-процентное финансирование и планирует приобрести около 150 истребителей F-35. Кроме того, на данный момент интерес к новому самолету проявили ряд других государств (Канада, Франция, Германия, Греция, Израиль, Сингапур, Испания, Швеция, Турция и Австралия). Объем экспортных поставок истребителей F-35 может превысить 2 000 машин. Стоимость одного самолета составит 40—50 млн долларов (в зависимости от варианта).
Перспективный тактический истребитель F-35 разработан по программе JSF. Пилот этого самолета сможет эффективно управлять и использовать весь комплекс БРЭО, принимая решение об оптимальной траектории выхода к цели и применении оружия, а также контролировать выполнение боевой задачи на базе информации, поступающей от бортовых датчиков и внешних источников.
Зарубежное военное обозрение №8 2004 с. 43-49
Смотрите также
|
