Новое в радиоэлектронном оборудовании ЗРК
Подполковник-инженер И. Грек, Командования армий стран - участниц агрессивного блока НАТО, особенно США, в планах дальнейшей гонки вооружений значительное внимание уделяют зенитным ракетным комплексам. Повысить их боевую эффективность зарубежные специалисты стремятся не только путем модернизации устаревшего оборудования, но и с помощью внедрения качественно новых радиоэлектронных элементов: многофункциональных РЛС с фазированными антенными решетками, более надежных ЭВМ, новых головок самонаведения и т. д. В иностранной печати указывается, что к выходу из строя ЗРК приводит низкая надежность электронного оборудования таких его составных частей, как зенитная управляемая ракета, РЛС и пусковая установка. Например, 75-85 % общего количества отказов во время приемных испытаний серийных партий ЗУР связано с низким уровнем надежности элементов ее электронной аппаратуры. Наиболее ненадежными из них являются транзисторы, отказы которых достигают 70-80 % Отмечается, что новые миниатюрные электронные элементы в работе надежнее старых, однако путем миниатюризации еще не удалось быстро достичь запланированного уровня надежности. Поэтому работы в области миниатюризации и повышения надежности являются сейчас главными при создании нового радиоэлектронного оборудования ЗРК. В США при разработке тактико-технических требований к новому перспективному зенитному ракетному комплексу "Пэтриот"* специалисты указывали на необходимость увеличения надежности микроэлектроники на целый порядок и плотности упаковки электронных элементов в три-четыре риза по сравнению с существующими нормами. Известно, что если в обычной схеме можно разместить в 1 м3 около 100 условных электронных элементов, в печатной плате - 5 тыс., то в интегральной схеме - около 1 млрд. На создании специальных интегральных схем, судя по сообщениям иностранной прессы, а также на совершенствовании технологии их производства было сосредоточено основное внимание заказчиков и проектных организаций. Первые интегральные схемы стали применяться в ЗУР "Ред Ай" с I960 года. Из электронных элементов ИК системы наведения ракеты на них было переведено почти 50 % всех схем. При этом, как отмечалось в американской печати, были улучшены температурные и противоударные характеристики ЗУР. Кроме того, снижена чувствительность электронной аппаратуры к воздействию вибраций и влажности, практически наполовину уменьшился ее вес и сократилась стоимость. Последняя достигает в настоящее время около 10 % стоимости всей ракеты. В ракете "Ред Ай" использовались 23 монолитные и три гибридные интегральные схемы. Существующая в США технология, как правило, включает такие этапы их изготовления, как создание изолирующих областей, межсоединений и формирование требуемых элементов (транзисторов, конденсаторов и т. д.). В результате на одной монолитной кремниевой подложке размещается до нескольких тысяч отдельных приборов. Гибридные интегральные схемы изготовляются путем комбинации различных технологических способов. Например, отдельные транзисторные микроузлы соединяются с тонкопленочными сопротивлениями, конденсаторами и миниатюрными индуктивностями в общем корпусе с помощью обычных монтажных проводников. По мнению американских специалистов, преимущество гибридных схем заключается в том, что для получения необходимых параметров элементы перед сборкой можно подобрать согласно требуемой спецификации. Использование общего корпуса для всех элементов схемы позволяет уменьшить объем устройства и увеличить надежность системы. Гибридные интегральные схемы создаются также путем соединения отдельных транзисторных или монолитных микроузлов. Исследования, проведенные в США, показали, что для наилучшего удовлетворения требований, предъявляемых к ЗРК "Пэтриот", целесообразно применять специально разработанные толстопленочные гибридные интегральные схемы (толщина пленки свыше 10 мкм), которые должны входить в состав большинства модулей электронной аппаратуры. В американской печати отмечается, что по сравнению с тонкопленочной толстопленочная технология изготовления элементов ЗРК проще и не требует сложного оборудования. Стабильность толстых пленок за последние пять-шесть лет существенно возросла. На их основе в настоящее время изготавливаются резисторы, способные рассеивать значительные мощности. Конденсаторы, как правило, применяются только навесные. Установлено, что надежность электронного оборудования комплекса "Пэтриот" можно увеличить, если контактные соединения выполнять из благородных металлов, а для защиты от воздействия внешних условий использовать специально разработанные покрытия. В
зависимости от типа интегральных схем модули, собираемые для наземного и
бортового оборудования ЗРК "Пэтриот", могут быть цифровыми или аналоговыми.
Размеры модуля ЗУР (128,6х41,2х12,2 мм) несколько меньше, чем размеры модуля
наземного оборудования (165,1х97,3х9,6 мм). Все элементы первого крепятся с двух
сторон специального металлического основания. В модуле наземного оборудования
предусматриваются одностороннее крепление и принудительное охлаждение. При создании цифровых схем комплекса "Пэтриот" широко применяется полупроводниковая матрица из 60 диодов, которая с помощью различных технологических операций и схемных соединений позволяет реализовать практически любую логическую функцию. Каждая такая матрица имеет размер 2,18х3,28 мм и 50 лепестковых выводов. Американские специалисты указывают, что внутрисхемные соединения обеспечивают широкий выбор логических схем, например триггеров, мультивибраторов, запоминающих ячеек и т. д. Полупроводниковые матрицы для ЗУР и наземного оборудования одинаковы по форме, но несколько отличаются по исполнению. Среднее время задержки электрического импульса в одном диоде 5-7 нс, а максимальная мощность, рассеиваемая одним диодом, равна 10-14 мВт. С
целью снижения стоимости производства и внедрения средств автоматизации, а также
упрощения условий эксплуатации фирма "Рейтеон" создала для комплекса "Пэтриот"
семейство интегральных схем, которые помещаются в специальный герметический
корпус. В одном корпусе имеется до шести толстопленочных гибридных интегральных
схем. Шесть корпусов с такими схемами, расположенными по одну сторону платы
специальной конструкции, образуют стандартный цифровой модуль. Его размеры
(165,1х97,3х7,1 мм) позволяют в объеме 114 см3 разместить около 1800 диодов. В бортовой аппаратуре ЗУР (например, в головках самонаведения), работающей в диапазоне 1-2,5 см, вместо электровакуумных СВЧ приборов все чаще стали применяться твердотельные генераторы (лавинопролетные диоды). Выбор высокой частоты объясняется в иностранной печати стремлением снизить уязвимость бортового оборудования ЗУР при наличии радиоэлектронного противодействия. Некоторые из лавинопролетных диодов, созданных в настоящее время, имеют импульсную мощность 3-4 Вт и среднюю мощность 100 мВт. Вместо громоздких волноводов для антенн, размещаемых на ракетах, стали использоваться микрополосковые линии передач с полосковыми схемами распределения и приемопередающими элементами. Изготовленные экспериментальные образцы имеют форму круга диаметром 274,3 мм и толщиной 6,35 мм. При разработке ЗРК "Пэтриот" в 1974-1975 годах проводилось исследование различных систем наведения ракет, включая и активное самонаведение. Во время испытаний использовалась головка самонаведения ракеты "Феникс" класса "воздух - воздух". Сообщалось, что при применении твердотельных генераторов активная головка самонаведения (диапазон волн 1-2,5 см) становится на 40 % легче головки с СВЧ лампами. При создании головок самонаведения специалисты многих капиталистических стран отдают предпочтение модульным принципам конструирования. Обычно отдельными модулями служат источники питания, приемники, передатчики и т. д. Для замены большинства из них требуется 5-10 мин. При обработке сигналов прибегают к цифровым методам, используя в электронных блоках различные гибридные интегральные схемы. При совершенствовании ЗРК зарубежные специалисты отводят важное место вычислительной технике, которая, по их мнению, должна существенно расширить круг решаемых боевых задач, обладать малыми размерами и большим объемом памяти. Так, например, если для РЛС ЗРК "Хок" достаточно было иметь ЭВМ с объемом памяти 8 тыс. бит, а для его усовершенствованного варианта - 16 тыс. бит, то для РЛС ЗРК "Пэтриот" требуется ЭВМ с объемом памяти в 50-100 раз больше. В США разработано семейство ЭВМ на больших интегральных схемах с микропрограммным управлением (микропроцессоров). В бортовом оборудовании ЗУР и наземном оборудовании ЗРК нашла применение самая малая ЭВМ этого семейства Mod/LSI-2. Ее быстродействие 230-400 тыс. операций в секунду. Обширные работы проводятся зарубежными специалистами для повышения надежности отдельных, наиболее важных компонентов и всего электронного оборудования комплексов. Предусматривается, в частности, увеличить среднее время наработки на отказ РЛС усовершенствованного ЗРК "Хок" в три раза (с 250 до 750 ч) за счет использования в ней новых клистронов. В последние годы командования иностранных армий, особенно стран-участниц агрессивного блока НАТО, существенно повысили требования к радиолокационным станциям ЗРК. В связи в этим зарубежные специалисты изыскивают новые направления работ при их проектировании. В частности, наиболее перспективным считается метод электронного сканирования, который позволяет практически мгновенно менять положение луча диаграммы направленности антенны в заданном секторе обзора. В иностранной прессе указывалось, что РЛС с электронным сканированием характеризуются увеличенными размерами раскрыва, большей мощностью, повышенной скоростью выдачи данных одновременно по многим целям. Перемещение луча обеспечивается за счет электронной коммутации излучателей, а также за счет управления фазой и частотой. Одна РЛС с электронным сканированием может использоваться для выполнения сразу нескольких функций, например поиска, захвата, сопровождения нескольких целей и наведения ЗУР, что обычно делают несколько станций. Все это, а также перемещение луча в нужное положение в течение нескольких микросекунд возможно только с помощью специализированных цифровых ЭВМ.
Примером использования электронного сканирования служит РЛС AN/MPQ-3 (дальность действия около 150 км) с фазированной антенной решеткой (ФАР), которая разрабатывается для американского ЗРК "Пэтриот". Общий вид станции и ее отдельные элементы показаны на рисунке. Аппаратура этой РЛС позволяет одновременно обрабатывать информацию более чем о ста целях и наводить восемь ЗУР, в том числе одновременно три ракеты на конечном участке траектории их полета. Пели могут быть одиночные (дозвуковые, сверхзвуковые), а также групповые. Станция работает в различных режимах с помощью специализированной ЭВМ, которая за один цикл (0,1 с) позволяет выполнить до 32 различных функций (например, обзор, опознавание, сопровождение, наведение и другие) Аппаратура станции монтируется в двух транспортируемых контейнерах с кабельной связью между ними. Источники питания размещаются отдельно. В первом смонтирована радиопередающая и радиоприемная аппаратура станции с вращающейся по азимуту основной ФАР (диаметр решетки 2,48 м, 5161 элемент). В передатчике используется усилитель со скрещенными полями, возбуждаемый лампой бегущей волны. Во втором контейнере находятся блок управления (с пультом управления и индикатором) и цифровая универсальная ЭВМ. Там же расположена аппаратура пункта управления всем комплексом. При выполнении боевых задач выход из строя около 10 % антенных элементов не оказывает существенного влияния на функционирование станции и комплекса в целом. Среднее время наработки на отказ одного антенного модуля доведено до 150 тыс. ч. Трехразрядный фазовращатель антенной решетки состоит из ферритового тороидального сердечника. Он обеспечивает восемь квантованных значений фазы через 22,5°. Минимальное время переключения фазы 12 мкс, что меньше времени переключения для всех режимов работы, кроме режима TVM (наведение через ракету). Вспомогательная круглая ФАР (расположена ниже основной) с 251 элементом работает только на прием (в режиме TVM). Это обусловлено тем, что на конечном участке перехвата нет времени для переключения основной антенны с передачи на прием. РЛС и пусковая установка ХМ-901 связаны с блоком управления линиями ВЧ связи. Для повышения их помехозащищенности предусмотрено использовать различные коды и резервные линии. Несколько лет назад плоские ФАР имели максимальный угол сканирования около 120°. Для перекрытия полной сферы считалось необходимым применять три или четыре обычные плоские решетки. В настоящее время создана новая антенна, которая обеспечивает угол сканирования до 240°. Это достигается с помощью специального обтекателя, представляющего собой диэлектрическую линзу. В экспериментальном образце антенны с подобной линзой-обтекателем имеется плоская ФАР с апертурой диаметром 1,3 м. Изменение угла сканирования луча в решетке осуществляется с помощью 805 трехразрядных ферритовых фазовращателей, управляемых ЭВМ. Луч ФАР попадает на какой-то участок внутренней поверхности линзы-обтекателя с элементами, которые излучают электромагнитные волны с новым фазовым сдвигом, что изменяет первоначальное направление излучения. Линза представляет собой полусферический купол с 3636 заполненными диэлектриком круглыми волноводными секциями, каждая из которых создает определенную величину фазового сдвига. Потерн за счет распространения в линзе составляют около 0,8 дБ. Таковы некоторые достижения в разработке радиоэлектронного оборудования новых зенитных ракетных комплексов за рубежом. * Ранее назывался SAM-D. - Рад, Зарубежное военное обозрение 1978, №1, С. 33-38 Смотрите также | |||
|
| |||
| Просмотров: 2885 | | | |||
| Всего комментариев: 0 | |