Способ борьбы с беспилотными летательными аппаратами ближнего и малого радиуса действия с помощью электромагнитного излучения дециметрового диапазона длин волн

Способ борьбы с беспилотными летательными аппаратами ближнего и малого радиуса действия с помощью электромагнитного излучения дециметрового диапазона длин волн

Реферат

Изобретение предназначено для борьбы с беспилотными летательными аппаратами (БЛА).

В армиях иностранных государств уделяется пристальное внимание вопросам разработки и применения БЛА в боевых действиях. Разработано и производится более 300 типов БЛА, из которых состоят на вооружении около 80 типов в количестве более ста тысяч единиц. По различным оценкам, в ходе крупномасштабных боевых действий можно ожидать применения до 50 тысяч БЛА [Савенков Ю.А., Сомков Н.И., Травкин А.А. Зенитный ракетно-пушечный комплекс «Панцирь» // Военная мысль. 2012. № 6. с. 39-43].

На сегодняшний день до 70% всех беспилотных летательных аппаратов составляют тактические БЛА (с радиусом действия до 200 км) [Распопов В.Я. Микросистемная авионика: учебное пособие. - Тула: «Гриф и К», 2010].

Тактические БЛА подразделяются на аппараты малого (10-200 км) и ближнего (не более 10 км) радиусов действия. Беспилотные летательные аппараты малого радиуса действия характеризуются массой до 50 кг и полезной нагрузкой порядка 7-10 кг. Тактические БЛА ближнего радиуса действия представлены миниатюрными или мини-БЛА (массой до 15 кг, полезной нагрузкой 2-3 кг) и микроминиатюрными или микро-БЛА (характерные геометрические размеры не более 15 см, взлетная масса не более 100 г).

Небольшая масса тактического БЛА накладывает ряд ограничений как на конструкцию самого летательного аппарата, так и на конструкцию его бортовой системы управления, силовой установки, полезной нагрузки и энергоисточников. При этом для снижения веса и увеличения прочности летательных аппаратов широко применяются композиционные материалы. Использование подобных материалов позволяет снизить вес планера летательного аппарата на 30-40 % [Сенюшкин Н.С., Ямалиев Р.Р., Ялчибаева Л.Р. Применение композиционных материалов в конструкции БПЛА // Молодой ученый, 2011. № 4. Т. 1. С. 59-61]. Малые размеры и вес тактических БЛА позволяет оснащать их маломощными двигателями.

Развитие БЛА вызывает необходимость разработки средств борьбы с ними.

Использование для противодействия БЛА традиционных средств борьбы с воздушным противником (зенитные ракетные и зенитные артиллерийские комплексы, истребительная и армейская авиация, стрелковое оружие) может оказаться неэффективным. Основная проблема борьбы средствами ПВО с тактическими БЛА заключается в их малой эффективной поверхности рассеивания (ЭПР), что объясняется небольшими габаритными размерами и широким применением композиционных материалов [Аминов С. ПВО в борьбе с БЛА // Беспилотная авиация: спецвыпуск МАКС. 2011. С. 34-36]. Малые габаритные размеры БЛА не позволяют эффективно поражать их зенитными артиллерийскими комплексами и стрелковым оружием. Малая ЭПР осложняет поражение их управляемыми ракетами с радиолокационными головками самонаведения (ГСН). Использование против тактических БЛА управляемых ракет с инфракрасными (ИК) ГСН также является малоэффективным ввиду того, что ИК-излучение маломощных двигателей БЛА практически равно фоновым значениям.

Возможно использование против тактических БЛА пилотируемых самолетов и вертолетов, однако в этом случае требуется их постоянное присутствие в воздушном пространстве в районе возможного появления БЛА противника, что приведет к отвлечению авиации от выполнения основных задач.

Известно устройство борьбы с БЛА с помощью сети-ловушки (RU 72753 U1, 27.04.2008; RU 72754 U1, 27.04.2008). После обнаружения БЛА сеть доставляется в нужную точку пространства в контейнере и отстреливается в сторону летательного аппарата. Для повышения эффективности задачи поражения БЛА используются металлизированные нити в ячейках сети и грузила с контейнерами с регулируемыми в полете парашютирующими свойствами. При этом размеры сети определяют величину компенсации ошибок наведения. Недостатком данного подхода является необходимость точной и своевременной доставки контейнера с сетью в строго определенную точку пространства, а также зависимость от погодных условий (например, от направления и скорости ветра).

Известно авиационное средство борьбы с БЛА (RU 94690 U1, 27.05.2010), представляющее собой мини-БЛА, оснащенный боеприпасом направленного или ненаправленного поражения и системой управления его подрывом. Его основным недостатком является необходимость обеспечения постоянного пребывания в воздухе мини-БЛА вне зависимости от наличия там беспилотных летательных аппаратов противника. Кроме того, наведение управляемой авиационной ракеты на БЛА противника будет сопряжено с трудностями, описанными выше (малая эффективная поверхность рассеивания и слабое ИК-излучение двигателей). Использование боеприпаса ненаправленного поражения приведет к повреждению (либо уничтожению) БЛА-истребителя, что исключит возможность его многократного использования.

Известен способ дистанционного воздействия волновыми сигналами на опасный объект данного типа и устройство для его реализации (RU 2500035 C2, 27.11.2013). Способ заключается в обнаружении опасного объекта, которым, в частности, может являться самолет, и воздействии на него сигналом определенной мощности и длительности. При этом для вывода из строя радиоэлектронной аппаратуры противника используется излучение на частотах 3-15 ГГц, что соответствует длинам волн от 2 до 10 см (сантиметровый диапазон).

Указанный способ выбран в качестве прототипа.

Главным недостатком данного способа является то, что он не учитывает селективную чувствительность опасного объекта к излучениям с различной длиной волны.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в выводе из строя бортовой системы управления БЛА путем наведения токов на его паразитных антеннах.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что в известном способе борьбы с беспилотными летательными аппаратами ближнего и малого радиуса действия, заключающемся в обнаружении беспилотного летательного аппарата, определении расстояния до него, ориентации в его сторону излучающей антенны, расчете мощности излучения и генерации электромагнитного излучения, длины волн электромагнитного излучения выбирают в диапазоне 10-20 см, а мощность излучения антенны задают достаточную для наведения токов на паразитных антеннах беспилотного летательного аппарата и вывода из строя бортовой системы управления.

Как было сказано выше, современные тактические БЛА характеризуются широким использованием в конструкции планера композиционных материалов. Применение указанных материалов приводит к существенному снижению радиолокационной заметности. Вместе с тем, данное техническое решение делает возможным прохождение электромагнитного излучения через корпус БЛА и воздействие на его электронное оборудование. Многочисленные проводники, входящие в состав аппаратуры беспилотных летательных аппаратов, можно рассматривать как паразитные антенны, принимающие или излучающие электромагнитные поля [Волин М. Л. Паразитные связи и наводки. Второе издание. М.: «Советское радио», 1965]. Наибольшая амплитуда наводки на паразитной антенне формируется при ее размерах, близких к половине длине волны воздействующего излучения [Шифрин Я. С. Вопросы статистической теории антенн. М.: «Советское радио», 1970].

Известно, что бортовое оборудование отечественных и зарубежных БЛА в обязательном порядке включает систему управления (автопилот), модуль спутниковой навигационной системы, датчики полетных параметров, систему аварийной посадки, сервоприводы элеронов и дроссельной заслонки двигателя, систему управления электродвигателем, блок полезной нагрузки и блок командной радиолинии и телеметрии [Чистяков Н.В. Анализ архитектуры ДПЛА «Пчела», http://dpla.ru/, 2008; БЛА «Орлан-3»: основные характеристики, , 2009; Бортовой комплекс навигации и управления БЛА, http://www.teknol.ru/, 2009].

Из вышеперечисленных систем критически важными являются бортовая система управления, система управления двигателем и датчики полетных параметров. Бортовая система управления является центральным блоком, координирующим работу всех периферийных устройств, отказ в ее работе неизбежно приведет к срыву выполнения боевой задачи и падению аппарата.

Конструктивно бортовая система управления тактического БЛА представляет собой одну или несколько печатных плат, как правило, жестко скрепленных между собой в два и более «этажа» для минимизации занимаемого объема. При этом модуль автопилота малоразмерного БЛА имеет характерные габаритные размеры 50-150 мм [www.teknol.ru, http://www.zala-aero.ru, www.forgis.ru]. Нижняя граница габаритных размеров обусловлена плотностью монтажа и размерами электронных компонентов, а верхняя - размерами отсека БЛА, в котором размещается бортовая система управления. Проводники на печатной плате, являющиеся паразитными антеннами для электромагнитного излучения, имеют характерную длину 40-60 мм. Паразитными антеннами могут являться также межблочные соединительные кабели, длина которых, как правило, составляет 50-100 мм. Представление паразитных антенн в виде полуволновых вибраторов позволяет определить диапазон длин волн воздействующего излучения, способного создать максимальную амплитуду помеховых сигналов - 10-20 см. Эффективная площадь паразитных антенн при этом составит 5-30 см² [Гошин Г.Г. Устройства СВЧ и антенны: учебное методическое пособие. Часть 2: Антенны. Томск, 2003]. Известно, что для большей части полупроводниковых приборов уровни деградации лежат в диапазоне от 0,2 до 200 Вт [Добыкин В.Д, Куприянов А.И., Пономарев В.Г., Шустов Л.Н. Радиоэлектронная борьба. Силовое поражение радиоэлектронных систем. - М.: Вузовская книга, 2007]. Для наведения на паразитных антеннах БЛА помеховых сигналов такой мощности требуется плотность потока энергии излучения на БЛА 0,007-40 Вт/см².

Таким образом, облучение БЛА электромагнитным излучением с длиной волны 10-20 см и плотностью потока энергии в диапазоне 0,007-40 Вт/см² способно вызвать появление наведенных токов на паразитных антеннах, которые приведут к отказам в работе электронного оборудования бортовой системы управления БЛА (от перемежающихся отказов (сбоев) до необратимых катастрофических отказов), следствием чего станет падение аппарата, в том числе в результате срабатывания системы аварийной посадки.

Расчет мощности излучателя, необходимой для обеспечения требуемой плотности потока энергии, производят по формуле [Д.В. Сивухин. Курс общей физики. Оптика. М.: Наука, 1980]:

P_изл =П_обθR², где,

П_об - плотность потока энергии на объекте, Вт/м²;

R - расстояние до объекта воздействия, м;

θ - величина телесного угла, в пределах которого распространяется 98% энергии излучателя, ст. рад.

Значение θ в дальней зоне антенны определяется по формуле:

θ=1,17( λ D )² , где,

λ -длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности излучения, м;

D - диаметр излучающей апертуры, м.

Сущность способа заключается в следующем. После визуального обнаружения летящего БЛА в его сторону осуществляется ориентация излучающей антенны. Далее, как и в способе-прототипе, с помощью ЭВМ осуществляется расчет мощности излучения, необходимой для противодействия БЛА, находящегося на данном расстоянии, и осуществляется генерация в направлении БЛА электромагнитного излучения, в результате чего на его паразитных антеннах появляются наведенные токи, которые вызовут отказы в работе электронного оборудования бортовой системы управления.

Следует подчеркнуть принципиальное различие между заявляемым способом и способом-прототипом. Способ-прототип использует для поражения радиоэлектронного оборудования опасного объекта (в частности, самолета) электромагнитное излучение с частотой 3-15 ГГц, что соответствует длинам волн от 2 до 10 см (сантиметровый диапазон), и плотностью мощности 30-50000 Вт/см². Предлагаемый способ использует электромагнитное излучение с длинами волн от 10 до 20 см (дециметровый диапазон), что позволяет осуществлять поражение БЛА с меньшими энергетическими затратами (требуемая плотность мощности 0,007-40 Вт/см²).

Способ борьбы с беспилотными летательными аппаратами ближнего и малого радиуса действия, заключающийся в обнаружении беспилотного летательного аппарата, определении расстояния до него, ориентации в его сторону излучающей антенны, расчёте мощности излучения и генерации электромагнитного излучения, отличающийся тем, что длины волн электромагнитного излучения выбирают в диапазоне 10-20 см, при этом за счет изменения мощности генерации электромагнитного излучения задают мощность излучения антенны, обеспечивающую наведение токов на паразитных антеннах беспилотного летательного аппарата, достаточных для вывода из строя бортовой системы управления.