Использование волоконно-оптических кабелей в интересах Сухопутных войск США

Подполковник В. Дмитриев

В США в соответствии с единым планом модернизации сухопутных войск (СВ) осуществляется ряд приоритетных программ, направленных на создание перспективных систем вооружения и военной техники. Командование СВ особое внимание уделяет, в частности, проведению исследований в области разработки средств управления войсками и оружием, использующих волоконно-оптические системы.
Волоконно-оптические системы вызывают интерес у разработчиков военной техники в связи с их высокой надежностью и устойчивостью к электромагнитным помехам и электромагнитному импульсу ядерного взрыва, малой вероятностью несанкционированного доступа к информации, передаваемой по ним, а также низкой потребляемой мощностью и широким диапазоном рабочих частот аппаратуры.
В научно-исследовательском центре ВВС США, являющемся ведущим в области разработки волоконно-оптических систем для вооруженных сил, в течение нескольких лет реализуется ряд программ, часть из которых предполагается в дальнейшем использовать в сухопутных войсках. Это подавление активных преднамеренных помех, принимаемых боковыми лепестками диаграммы направленности антенн радиолокационных станций (РЛС), создание оптических локальных микросетей передачи информации, коррелятора с использованием чисто-фазового фильтра, оптических компьютеров на основе SEED-матриц (Self Electro-Optical Devices), логических элементов на арсенид-галиевых лазерах и исследования способов создания трехмерных оптических соединений между стандартными платами.
Используемые в настоящее время устройства подавления активных преднамеренных помех, принимаемых боковыми лепестками диаграммы направленности антенн РЛС с различных направлений, имеют ряд недостатков, обусловленных их неспособностью быстро адаптироваться к изменению помеховой обстановки. Это связано с тем, что в таких устройствах применяются линии задержки с дискретными отводами и большой инерционностью. Кроме того, в них могут обрабатываться сигналы, ширина спектра которых не превышает 1 МГц.
Необходимая адаптация к быстро изменяющимся задержкам широкополосного помехового сигнала, принимаемого по боковому лепестку диаграммы направленности антенны, может быть обеспечена путем оптоэлектронной обработки сигналов в процессе высокоскоростных параллельных вычислительных операций. При этом в устройстве обработки в качестве линии задержки будут использоваться оптические приборы, в которых время задержки отводов изменяется непрерывно.
Исследования по программе создания локальных микросетей передачи информации с многостанционным доступом находятся на завершающей стадии. Уже создана архитектура микросети типа «пассивная звезда» с тактовой частотой ПО МГц. Такая микросеть может обслуживать до 50 каналов пользователей с достаточно высокой скоростью передачи мультиплексированных данных.
К настоящему времени разработан оптический коррелятор, позволяющий обрабатывать оптические изображения, предназначенные для систем распознавания типов целей. В нем применен чистофазовый фильтр, изготовленный на основе существующих пространственных модуляторов света и позволяющий получать высокие характеристики разрешающей способности.
Кроме этого, в центре ведутся работы по созданию оптических компьютеров. Такой компьютер имеет трехмерную архитектуру и состоит из каскадируемых двухмерных SEED-матриц, представляющих собой оптические переключатели-коммутаторы. Его преимущество заключается в возможности переключения оптическим путем не менее 1 млн параллельных оптических каналов или лучей.
Программой разработки логических элементов на арсенид-галиевых лазерах предусматривается создание оптических переключателей на лазерных диодах и связанных с ними структур. Эти оптические логические элементы соединяются между собой с помощью оптических волноводов, изготовленных в арсенид-галиевой подложке. Они могут быть использованы в оптических интегральных схемах, на базе которых создаются цифровые микропроцессоры. Основное преимущество оптико-электронных элементов состоит в возможности создания высокоскоростных параллельных систем соединений, имеющих более высокую плотность упаковки и требующих более низких энергий для переключения.
Одновременно изучаются возможности создания трехмерных оптических соединений между стандартными платами с кремниевыми логическими элементами. В этих целях должен быть разработан процессор для обработки сигналов, содержащий десятки кремниевых электронных пластин, образующих так называемую «этажерку». Электронные соединения ограничивают тактовую частоту обработки несколькими десятками мегагерц, поэтому предполагается заменить их оптическими, что позволит повысить данный показатель до 100-1 000 МГц.
Результаты, достигнутые в области использования волоконной оптики в интересах СВ, уже на данном этапе дают основание утверждать, что ее внедрение значительно улучшит управление войсками и повысит эффективность применения оружия, а роль в создании боевой техники будет постоянно возрастать.
В последние годы под руководством министерства армии также разрабатывается ряд проектов перспективных систем оружия, в основу которых заложены принципы передачи и приема сигналов по волоконно-оптическим кабелям (ВОК). Значительно возросший интерес к волоконной оптике объясняется малыми габаритами и массой ВОК, их невосприимчивостью к радиопомехам, отсутствием электромагнитных излучений, низким затуханием сигнала, высокой механической прочностью и относительно небольшой стоимостью.
НИОКР в области создания световодов малого диаметра и большой длины продолжаются в США в течение достаточно продолжительного времени. К настоящему моменту уже разработано несколько типов таких ВОК и практически закончены испытания кабелей диаметром 135 и 250 мкм. Конечной целью НИОКР в данном направлении является получение ВОК диаметром до 100 мкм.
Крупнейшими фирмами - производителями радиоэлектроники и специальных радиотехнических средств достигнут существенный прогресс в области создания систем выдачи кабеля и методов его намотки. В частности, на завершающей стадии находится разработка технологии, которая позволит укладывать кабель длиной 10 км и диаметром 250 мкм в катушку цилиндрической формы, имеющей длину 14 см, внешний диаметр 10 см и внутренний около 6,5 см. При этом ВОК наматывается на такую катушку в 80 слоев. Для кабеля диаметром 135 мкм (длина 10 км) разработана и проходит испытания катушка с внешним диаметром около 4 см.
Наиболее простым способом подготовки катушки с ВОК к использованию является обычная послойная намотка кабеля на катушку цилиндрической формы. При этом его подача осуществляется перпендикулярно оси вращения катушки при натяжении внешнего конца кабеля. Однако при таком способе подготовки и подачи кабеля отсутствует возможность одновременного доступа к его внешнему и внутреннему концам. Передача сигналов управления по такому ВОК возможна лишь с обязательным использованием контактных колец, а применение последних вызывает сильные электрические помехи, оптические затухания и другие негативные явления.
Другой способ подачи кабеля с катушки (так называемый пассивный внешний) предполагает выдачу ВОК в направлении продольной оси катушки подобно шаговому сбросу нитки со шпульки, используемому в швейных машинах.

Опыт применения оптико-волоконных систем в сухопутных войсках был учтен при создании предсерийного образца ракеты, управляемой по ВОК, - EFOG-M (Enhanced Fiber Optic Guided-Missile). Она входит в состав одноименного многоцелевого ракетного комплекса, основным разработчиком которого является фирма «Рэйтеон».
Новый комплекс предназначен для поражения бронетанковой техники и вертолетов в глубине боевых порядков противника, а также для уничтожения приоритетных целей. Его высокая эффективность и помехозащищенность обеспечивается тем, что оператор осуществляет управление ракетой на всех этапах полета и по результатам оценки реальной обстановки в районе цели принимает решение на ее поражение. Передача оператору информации (изображение местности по маршруту полета ракеты) и выдача им команд управления производятся по ВОК в дуплексном режиме. В соответствии с выбранной концепцией используемые в конструкции комплекса технологические и технические решения должны обеспечить универсальность его применения и высокую боевую эффективность ракет при действиях по наземным, морским и воздушным целям.
На управляемой ракете (УР) установлены тепловизионная камера на стабилизированной платформе и блок управления, куда входят приемник сигналов системы NAVSTAR и инерциальная навигационная система. Ракета снаряжается боевой частью кумулятивного действия.
Вместе с тем ключевыми вопросами программы остаются разработка системы управления комплекса, обеспечивающей стрельбу одновременно несколькими УР и возможность передачи управления полетом ракет на другую ПУ, создание более эффективных и высокоэнергетических топлив, а также обеспечение малой заметности ракеты в полете.
На проведение испытаний комплекса в 2002 - 2003 годах планируется израсходовать более 2,3 млн долларов США. Принятие на вооружение комплекса EFOG-M ожидается после 2003 года.
Отмечается, что ближайшей целью американских программ использования ВОК в военных целях является практическая оценка возможностей разрабатываемых систем управления оружием, радиус действия которых превышает дальность прямой видимости, с использованием уже имеющихся на вооружении систем оружия.

"Зарубежное военное обозрение" 2002 №12 с.18-23

• Новые противотанковые управляемые ракеты для сухопутных войск США (2006)
• Совершенствование средств разведки и обеспечения стрельбы полевой артиллерии СВ США (2016)