ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВВЕДЕНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПЕЛЕНГАТОРА АТАКИ ПТУР В БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА БРОНЕТАНКОВОЙ ТЕХНИКИ

ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВВЕДЕНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПЕЛЕНГАТОРА АТАКИ ПТУР В БОРТОВОЙ КОМПЛЕКС ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА БРОНЕТАНКОВОЙ ТЕХНИКИ

Канд. техн. наук В.И. Евдокимов, А.В. Евстафьев, д-р техн. наук В.И. Лазоркин,

канд. техн. наук А.М. Сазыкин

Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2013. № 9-10.

Разнообразие существующих и разрабатыва­емых противотанковых средств диктует необхо­димость оснащения бронетанковой техники со­временными средствами защиты. Узкое место бортовых комплексов защиты танков - своевре­менный сбор информации об угрозе атаки, поэто­му актуальной задачей является поиск эффектив­ной аппаратуры разведки. Сочетание требований высокой точности, помехоустойчивости и живу­чести в крайне сложных эксплуатационных усло­виях делает разработку такой аппаратуры доволь­но сложной задачей. Одним из способов ее решения может считаться поиск прототипов в смежных отраслях военной техники и использование уже накопленного технического задела. Ограничен­ность имеющихся ресурсов требует проведения всесторонней априорной оценки целесообразнос­ти направлений поиска.

С этой точки зрения оценим применимость в танковом бортовом комплексе защиты оптико­электронного пеленгатора атаки ПТУР. Сама по­становка этой задачи обусловлена относительно широким использованием аналогичных приборов в составе бортовых комплексов защиты летатель­ных аппаратов. Такие оптико-электронные пелен­гаторы построены на принципе регистрации из­лучения двигателя атакующей зенитной либо авиационной ракеты. Двигатели этих ракет, раз­гоняющие их до скорости от 600 до 1400 м/с, выб­расывают струю выхлопных газов, разогретых до высоких температур, т.е. они представляют собой точечные высокотемпературные источни­ки [1, 2]. Регистрации факела двигателя способ­ствует то, что для поддержания высокой скорости полета ракеты он интенсивно работает длитель­ное время, а динамика процесса атаки маневриру­ющего летательного аппарата, скорость которо­го в ряде случаев сопоставима со скоростью полета ракеты, делает необходимым ее маневр в соответствии с выбранным методом наведения. При маневрах цели и ракеты у бортового пелен­гатора появляется возможность видеть пере­днюю наиболее нагретую часть струи. Слабый однородный фон позволяет выбрать спектраль­ный приемный диапазон пеленгаторов в границах от ультрафиолета до длинноволнового теплового.

В каждом из них у пеленгаторов существу­ют свои условия применения, свои фоновые по­мехи и, соответственно, приборы обладают сво­ими достоинствами и недостатками. Эти отли­чия удобно продемонстрировать на примере су­ществующих авиационных пеленгаторов, которые превратились к настоящему времени в составную часть оборудования почти всех боевых летатель­ных аппаратов.

Первое поколение серийных авиационных пе­ленгаторов использовало инфракрасный спект­ральный диапазон 3...5 мкм, в котором хорошо регистрируются высокотемпературные источни­ки и значительно меньше, чем у телевизионных датчиков сказывается помеха от солнечных зас­веток и аэрозольных образований [1]. К этому поколению можно отнести приборы AN/AAR-44 и AN/AAR-58 совместной разработки фирм BAE Systems и Raytheon. Их сенсор выполнен в виде охлаждаемой сканирующей линейки детекторов из антимонида индия. Поле зрения приемной го­ловки приборов составляет до 270⁰, разрешение - несколько градусов. Используется система глу­бокого охлаждения детекторов. К этой же группе пеленгаторов могут быть отнесены приборы DAIRS фирмы Northrop Grumman, DASS-2000 фирмы Lockheed Martin, DDM и SAMIR фирмы Matra, отличие которых в том, что чувствитель­ный элемент выполнен в виде матрицы и посто­янно отслеживает весь сектор обзора.

Позже были разработаны авиационные пе­ленгаторы, работающие в ультрафиолетовой ча­сти спектра. Они дешевле, не требуют охлажде­ния и менее подвержены действию помех от солнечного излучения, так как в диапазоне длин волн 0,24.0,28 мкм оно в значительной степени поглощается слоем озона в верхних слоях атмос­феры (полоса Гартлея) [3]. Такой недостаток ультрафиолетового диапазона как сильное ослаб­ление сигнала атмосферой, пылевыми и дымовы­ми образованиями в авиации сказывается мало.

Пример прибора с ультрафиолетовым детек­тором - пеленгатор AN/AAR-54 фирмы Northrop Grumman. В этом пеленгаторе почти полный сфе­рический обзор обеспечивается шестью прием­ными головками. В аналогичном приборе AN/ AAR-57 фирмы Lockheed Martin фильтрация по­мех и подавление ложных тревог производится алгоритмически путем отсеивания неподвижных помеховых источников излучения. К этой же груп­пе можно отнести приборы MILDS концерна EADS, Guitar фирмы Rafael.

Двигатели, разгоняющие ракеты до скорости от 650 до 1400 м/с, выбрасывают струю выхлоп­ных газов, разогретых до высоких температур, и представляют собой точечные высокотемператур­ные источники. Регистрации факела двигателя спо­собствует то, что для поддержания высокой ско­рости полета ракеты он интенсивно работает длительное время. Динамика процесса атаки ма­неврирующего летательного аппарата, скорость которого в ряде случаев сопоставима со скорос­тью полета ракеты, делает необходимым маневр ракеты в соответствии с выбранным методом наведения, и пеленгатору становится видна ее боковая проекция, а вместе с ней и передний, наи­более нагретый участок выхлопной струи. Эти факторы наряду со слабыми равномерными фо­нами обеспечили внедрение пеленгаторов в авиа­цию. Появление сравнительно малогабаритных приборов с не требующими охлаждения фотопри­емниками привело разработчиков к мысли о воз­можности введения пеленгаторов атак в состав танковых комплексов защиты. В 2000.2006 го­дах на западе были предприняты попытки разра­ботки таких приборов.

Образцом, пригодным для этой цели, стал разработанный в 2000 году пеленгатор MAV-200 фирмы SAAB Avitronics [4, 5], использование ко­торого предполагалось в составе опытных образ­цов комплекса DAS шведского танка СV90-120 (рис. 1). Пеленгатор MAV-200 имеет в составе 4 приемные головки, блок обработки и дисплей. Матричные детекторы приемных головок снаб­жены процессором первичной селекции сигналов.

Рис. 1. Пеленгатор MAV-200

Совместная обработка сигналов приемных головок выполняется процессором блока обра­ботки. Для распознавания зарегистрированной вспышки в нем использован метод построения нейронных сетей. Прибор имеет разрешение 2⁰ и обеспечивает одновременное отслеживание по­ложения до 8 зарегистрированных источников из­лучения.

Другим образцом пеленгатора, предназначен - ным для применения в составе танкового комп­лекса защиты MUSS, стал построенный на тех же принципах прибор типа MILDS (AN/AAR-60) концерна EADS. Его введение в состав комплек­са позволяло, по мнению разработчиков, прово­дить цикл защиты синхронно с атакой. В 2002 году на основе пеленгатора MILDS был изготовлен для испытаний специальный образец P-MILDS (Panzer-MILDS).

По имеющейся информации [3] эксперимен­тальные исследования в полевых условиях образ­ца P-MILDS были проведены совместно армей­скими структурами США и Германии в 2006 году. Хотя в опытном образце прибора в 6 раз по сравне­нию с авиационным вариантом был снижен порог чувствительности, этого оказалось недостаточно. В процессе испытаний удавалось зарегистрировать импульс срабатывания стартового ускорителя ПТУР «Мііап», но не было устойчивого слежения за работой маршевого двигателя.

Дело в том, что в отличие от авиационных ракет ПТУР имеют скорости менее 500 м/c, а состоящие пока на вооружении более старые типы - даже менее 300 м/с. Их энергетика почти на порядок слабее, чем у зенитных и авиационных ракет. Соответственно пик излучения факела сме­щен в более длинноволновую область, к тому же присутствующее на срезе сопла ультрафиолето­вое излучение экранируется элементами корпуса летящей прямо на танк ракеты. Кроме того, мар­шевые двигатели ПТУР разгоняют ракету толь­ко в первые 2...3 с после старта, после чего в дальнейшем она летит по инерции.

Регистрация же только импульса старта ин­формационно недостаточна, так как не позволяет определить направление полета ракеты и оценить степень угрозы именно машине-носителю. К тому же сложная помеховая обстановка наземного боя (пыль, дым, выстрелы, взрывы) снижают надеж­ность применения пеленгатора и ведут к множе­ственным ложным срабатываниям.

Существует еще один аспект, усложняющий разработку. Резервом повышения помехозащи­щенности до приемлемого уровня является ком­пьютерная обработка сигнала с фотоприемного устройства и использование для этого обучающих методов, в частности, построения нейронных се­тей. Высокая помехозащищенность обеспечива­ется тем, что селекция истинной цели среди по­мех проводится после этапа обучения системы по закрытой номенклатуре возможных сигнатур излучения ПТУР. Построение представительного обучающего массива - ключевой вопрос реализу­емости таких методов. Они применимы в прило­жении к ЗУР и авиационным ракетам, двигатели которых похожи и работают в стабильном режиме длительное время, в том числе на подлете к цели, но сложны для ПТУР (табл. 1 и 2). Во-первых, ПТУР существенно различаются длительностью и энергетикой режимов старта и разгона, спосо­бом управления движением (поворотные сопла, импульсные двигатели, газовые рули, мягкий старт.), что расширяет необходимый обучаю­щий массив, а чем он больше, тем ниже эффек­тивность нейронной сети. Во-вторых, зарубежные ПТУР в основном не являются по параметрам старта и полета аналогами отечественных, и это делает принципиально невозможным применение аналогов. Так, двигатель с косыми соплами, ши­роко применяемый в отечественных ПТУР, ви­ден в картинной плоскости значительно лучше, чем двигатель с хвостовым соплом, используе­мый в ракетах HOT, Javelin, Hellfire, JCM, PARS 3LR, да и временные характеристики у них иные.

По результатам проведенных в Германии в 2006 году полевых испытаний был сделан вывод о недостаточных чувствительности и помехоус­тойчивости прибора P-MILDS и целесообразнос­ти перехода к более устойчивым каналам сбора информации, например, к радиолокационному [3].

С 2007 года до настоящего времени комплекс MUSS с пеленгатором P-MILDS из-за недоста­точной эффективности не был использован для оснащения серийных объектов бронетанковой техники и даже оказался исключен из предпола­гаемого состава перспективной германской БМП Puma [8].

Опыт исследований показывает, что в диа­пазоне 1,5...2,5 мкм тоже возможна регистрация излучения, но устойчивой работе прибора меша­ет при сравнительно слабом излучении маршевого двигателя высокий уровень солнечных и про­чих помех. Хорошо обнаруживается импульс стар­та ракеты, но его длительность лежит в диапазоне, перекрываемом, с одной стороны, неуправляемым пушечным выстрелом без дожигания, с другой - с дожиганием, и поэтому не селектируется от них.

Более длинноволновые тепловые спектраль­ные диапазоны (3.. .5 мкм, 8.. .14 мкм) неприме­нимы из-за слабой облученности, создаваемой на входном окне пеленгатора излучением двигателя ПТУР, и высокого уровня естественных и искус­ственных помех [9, 10].

Перейдем ко второй части оценки. Посмот­рим, что могло бы дать оснащение танков пеленгаторами и надо ли их в принципе вводить в борто­вой комплекс защиты. Допустим, что описанные выше трудности создания прибора все же преодо­лены, что обеспечены чувствительность и поме­хозащищенность, и оценим его применимость в боевых условиях. В расчетах опираемся на тех­нические характеристики лучших зарубежных аналогов.

Чтобы увидеть, как такой прибор соответ­ствует требованиям защиты, определим, в каком секторе по фронту запуск ПТУР приведет к сра­батыванию бортового пеленгатора конкретного танка, имеющего приемный сектор по азимуту 360⁰.

Исходим из следующих предположений. Вре­мя срабатывания прибора t не может быть бо­лее 1 с. За это время должны быть зарегистриро­ваны старт и начало работы маршевого двигателя. 

Рис. 2. Схема расчета зоны действия пеленгатора

Это максимально допустимое время - более дли­тельный анализ сигнала совсем не оставляет времени на постановку помехи бортовыми сред­ствами комплекса защиты. Ему примерно соответствуют первые 100 м полета ракеты после старта. Полагаем, что танк удален от линии фронта (линии предполагаемого размещения противника) на рас­стояние L (рис. 2). Разобьем эту линию фронта, с которой может быть произведен запуск ПТУР, на участки, соответствующие секторам разрешения пеленгатора. Предполагаем, что с этой линии фронта перпендикулярно ей запускается ПТУР. Точка запуска ракеты в пределах каждого учас­тка равновероятна. Чем ближе такой участок расположен к перпендикуляру от танка к линии фронта, тем дольше ПТУР после запуска будет находиться в пределах одного элемента углового разрешения пеленгатора, следовательно, тем выше вероятность, что именно данный танк является целью атаки. Чем дальше участок линии фронта смещен от этого перпендикуляра, тем выше ве­роятность того, что ПТУР запущена по другому объекту. Тем не менее, и при атаке другой цели время нахождения летящей с работающим мар­шевым двигателем ракеты в пределах одного сектора разрешения пеленгатора может оказать­ся достаточным для его срабатывания и выра­ботки признака атаки танка.

Критерием качества работы прибора выбе­рем ширину отрезка линии фронта 2D. На каж­дом из выделенных участков этого отрезка при запуске ПТУР перпендикулярно ему, ракета с вероятностью более 0,5 находится в пределах одного сектора разрешения пеленгатора в тече­ние времени, превышающего время, необходимое для его срабатывания (рис. 2). Предполагается, что запуск равновероятен с любой точки каждо­го выделенного участка. Мы вправе допустить, что чем дальше от перпендикуляра смещена вдоль линии фронта точка запуска ПТУР, тем более вероятно, что целью является не данный танк, а иной объект. Можно считать, что величи­на отрезка 2D характеризует, насколько разреше­ние прибора соответствует селекции именно тех атак, которые угрожают данному танку, а не его соседям, что особо важно с точки зрения сохра­нения ограниченного ресурса бортовых помеховых средств.

На основе геометрических построений для величины D найдем зависимость:

где L - расстояние от танка до линии фронта;

Da - угловое разрешение пеленгатора;

р = 0,5 - вероятность того, что при запуске ракеты с данного участка линии фронта длина по­лета ракеты в пределах одного элемента разре­шения будет больше или равна принятой величине m = 100 м, соответствующей времени срабатыва­ния пеленгатора;

a - угол между перпендикуляром от танка к линии фронта и направлением от танка на даль­нюю точку крайнего выделенного участка, для которого еще соблюдается соотношение р > 0,5. Таким образом, получено соотношение, опреде­ляющее связь параметров D, L и Da .

Расчеты показывают, что на характерной для атаки ПТРК дальности L = 2000 м, 2D = 1450 м при Da = 2⁰, 2D = 705 м при Da = 1⁰, 2D = 340 м при Da = 0,5⁰. В реальности время срабатывания меньше принятого в расчетах, а, значит, величина 2D еще больше.

Таким образом, из расчетов можно сделать вывод о том, что даже при заведомо завышен­ном времени t_ср около 1 с (в реальности, чтобы успеть защитить танк при атаке с малых дально­стей t_ср не должно превышать 0,2 с) ширина зоны по фронту, в которой пеленгатор регистрирует ата­ку танка, избыточно широка. Если учесть, что по боевому уставу интервал между танками в атаке должен составлять не более 50 м, можно сделать вывод, что запуск одной ПТУР приведет к тому, что пеленгаторы на всех танках тактического подразделения (роты) сработают одновременно и атака будет просто дезорганизована.

до величины 0,5⁰ ослабля­ет это явление, но не устраняет его. Кроме того, надо учитывать, что возможность уменьшения Da ограничена, так как это резко усложняет пе­ленгатор. Кроме того, он установлен на стабили­зированной по азимуту башне движущегося танка и ее угловые колебания вносят дополнительную погрешность. Эта погрешность тем больше, чем больше t_cp и чем меньше Da , а при Da < 0,5⁰ она становится доминирующей. Ее можно компенси­ровать, например, вводя в алгоритм обработки сиг­нала информацию об угловых колебаниях башни, но это потребует дополнительных связей с борто­вым оборудованием, в частности с бесплатфор- менной системой стабилизации (если она есть).

Таким образом, даже при условии решения проблемы чувствительности и помехоустойчиво­сти пеленгатора он не сможет из-за неустойчи­вой работы и избыточных срабатываний обеспе­чить информационный поток, необходимый для эффективной защиты танка.

Еще один недостаток - слабая конфликтная устойчивость. Например, имитирующие помехи пеленгатору ультрафиолетового диапазона могут быть организованы с помощью эксиламп, излу­чением которых имитируется запуск ПТУР. На рис. 3 приведен спектр эксилампы, подтвержда­ющий реализуемость такой помехи [11-14].

Помехи ИК пеленгатору, в свою очередь, легко организуются с помощью пиротехники.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что пеленгатор атаки не может быть основным задатчиком в бортовом комплексе защиты бое­вой машины и пригоден только как дополнитель­ный источник сбора информации, цена ложного срабатывания которого невысока и может быть проверена другими устройствами.

Рис. 3. Спектр многобарьерной эксимерной лампы

Вывод. В связи с тем, что из-за низкой поме­хозащищенности и малой информативности опти­ко-электронный пеленгатор запуска ПТУР на тан­ке непригоден к применению в качестве основного разведывательного средства бортового комплек­са защиты сухопутной боевой техники, целесооб­разно применение для этой цели принципиально иных средств сбора информации, например, ра­диолокатора атакующих ПТУР с дальностью действия, обеспечивающей время организации помех. Сам пеленгатор в этом случае может ис­пользоваться только как предварительное сред­ство разведки, цена ложного срабатывания кото­рого невысока.

Литература

1.     Щербак Н.В. Противодействие зенитным управляемым ракетам с инфракрасным наведе­нием. Современные бортовые средства. URL: http !//electronics .ru/615/html.

2.     Евдокимов В.И., Гуменюк Г. А., Андрю­щенко М. С. Неконтактная защита боевой техни­ки. - С-Пб.: Реноме, 2009. - С. 174.

3.     Rapanotti J.L. and al. Preliminary study of defensive aids suite technology for the armour combatvehicle programme. DRDC Valcartier TM- 2003-274, February, 2007. URL:

http/pub s. drdc,gc.ca.

4.     SAAB Products. 2006. URL: http://www.saab- avitronics. com/ airborne-Threat_Warning_Systems: Missile_Approach_Warnind_Systems.html.

5.     Airborne: Threat Warning Systems. Missile approach warning systems maw-200. URL: http:// WWW.avitronics.Co.Za/Airborne/missile.htm.

6.     Multifunctional Self-Protection System. URL: http://myaoc.org/eweb/images/aoc_library/Events/ 2002/102802_C0NV/02C0NV_Proceedings/MNF/ MUSS_MNF_2002_301002.pdf.

7.     Keith M.K. and al. UV,Visible, Infrared Spectral emission in hybrid rocket plumes. Dep. of Applied Science. University of Arcansas at Little Rock. AR 72204. URL: http: //www. aiaa. org/ content.cfm?papied=406&gTable=mtgpaper&gID =6267.

8.     MUSS (Abstandsaktives Schutzsystem). Vor- und Nachteile. 2012. URL: http://de.wikipedia.org/ wiki/MUSS_%28Abstandsaktives_Schutzsystem %29.

9.     Cabib D. and al. Missile Warning and Countermeasure systems in-flight testing, by threat simulation and countermeasure analisis in the field. CI Systems (Israel) LTD, Ramat Gabriel, Migdal Heamek 10551. - Ресурс Internet. Код доступа:

http://www. ci-systems. com/ eo/htmls/

article.asp?c2004=12816

10.  Robinson W.G., Farrier D.J. Development of an IR stimulator concept for testing IR missile warning systems. SPIE Proc. 3697, 1999, p. 292.

11.  Высокоинтенсивные лампы, возбуждае­мые емкостным разрядом. Институт сильноточ­ной электроники СО РАН. 2012. URL: http:// www.sbras.nsc.ru/dvlp/rus/pdf/227.pdf.

12.  XeBr-эксилампа. Институт сильноточной электроники СО РАН. 2012.

13.  Авдеев С. М. и др. Источник излучения на основе Kr-cl - Xe-Br Эксилампы. Институт сильноточной электроники СО РАН. 2008. URL: http://journals.ioffe.ru/pjtf/2008/17/p1-6.pdf.

14.  Шуаибов А.К. Многоволновая эксимер- ная лампа на молекулах XeF/XeCl/KrF/KrCl. Жур­нал технической физики, 1998, том 68, N° 12. URL: http ://journals.ioffe.ru/jtf/1998/12/p64-67.pdf.