СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЛОЖНЫХ ЦЕЛЕЙ Российский патент 2002 года по МПК F41J2/00 

Изобретение относится к области защиты от возможного поражения объектов путем создания активных мишеней, излучающих электромагнитные волны, предназначенных для маскировки мощных установок ионизирующего излучения. Способ может быть использован для предотвращения разрушений террористами АЭС, научно-исследовательских и промышленных реакторов, а также складов ядерного топлива.

Известно, что существуют способы и устройства, позволяющие с высокой точностью управлять траекторией полета реактивных снарядов (ракет), которые используют пассивные методы их наведения на цель по электромагнитному излучению цели (Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, 1989. -350 с.) Объекты, входящие в состав ядерно-перерабатывающих предприятий, являются отличными мишенями для их разрушения с воздуха, поскольку излучают электромагнитные волны в широком диапазоне. По этой причине они нуждаются в маскировке и защите от поражения.

Создание ложных целей является одним из способов маскировки и защиты объекта от поражения. Наибольшее распространение в качестве ложных целей получили передатчики помех в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн (Палий А. И. Радиолокационная борьба. - М.: Воениздат, 1989. - с.46), представляющие собой источники некогерентного излучения (см. также приложение 3 в цитируемой работе Палия А.И.). Способ создания ложной цели состоит в том, что в хвостовой части защищаемого самолета располагают источник ИК излучения. Этот источник генерирует мощное ИК излучение в спектральном диапазоне, который соответствует пику излучения реактивного двигателя, что обеспечивает подавление тепловых головок самонаведения ракет класса "воздух-воздух".

Выберем в качестве прототипа "тепловую" ловушку, которая используется для защиты летательных аппаратов с реактивными двигателями (Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, 1989. - c.89).

Ловушка, реализующая способ, представляет собой источник электромагнитного излучения, имитирующего объект, являющийся целью для радиоэлектронного средства управления (наведения) оружия, и используется для увода от цели управляемых боеприпасов и срыва сопровождения цели радиолокационной станцией. Сигнал, создаваемый ловушкой, аналогичен сигналу, образуемому защищаемым объектом по основным характеристикам: амплитудным, энергетическим, временным. В частности, станция ИК помех ALQ-147, реализующая на практике этот способ создания ложных целей (Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, 1989. - c.46), монтируется на заднем конце подвешиваемого к крылу самолета топливного бака. Излучаемое ею тепловое излучение промодулировано так, что в тепловые головки самонаведения противосамолетных ракет вводится сигнал ошибки, уводящий ракету от цели.

Эффективность ложных целей зависит от их количества и возможностей средств поражения (Палий А.И. Радиоэлектронная борьба-М.: Воениздат, 1989. - с. 88-89). Так, вероятность поражения цели одним боеприпасом равна 0,5 в отсутствии тепловой ловушки, а при наличии одной ловушки уменьшается до 0,25, четырех - до 0,10.

Однако эффективность ложных целей по прототипу для маскировки мощных установок ионизирующего излучения мала, т.к. мощность излучения последних в инфракрасном диапазоне невелика и перекрывается излучением от других объектов (тепловых электростанций, различных промышленных предприятий).

Таким образом, задача создания ложных целей для эффективной маскировки и защиты мощных установок ионизирующего излучения от внешнего дистанционного воздействия остается не решенной.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является создание ложных целей, параметры которых полностью соответствуют параметрам защищаемого объекта.

Этот результат достигается тем, что, как и в прототипе, на безопасном расстоянии от объекта располагают источники электромагнитного излучения, аналогичного по основным характеристикам излучению, образуемому защищаемым объектом. В отличие от прототипа используют источники СВЧ-излучения, генерирующие сигнал на частотах 1420,4 МГц или 1612 или 1665 или 1721 МГц с шириной линии излучения, не превышающей 150 кГц, и мощностью излучения Р, которая удовлетворяет условию 0,5Р₀<Р<10Р₀, где Р₀ - пиковая мощность СВЧ-излучения установки ионизирующего излучения, подлежащей маскировке.

Известно, что при работе установок ионизирующего излучения, принадлежащих ядерно-энергетическому комплексу, под влиянием ионизирующего излучения происходит диссоциация молекул воды, в результате чего образуется атомарный водород и радикал ОН. Указанные продукты разложения воды приводят к появлению электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне длин волн. Для атомарного водорода это происходит на частоте 1420,4 МГц, а для гидроксида ОН - на частотах 1612, 1665 и 1721 МГц. В работе автора (Протасевич Е.Т. Метод определения радиоактивного загрязнения окружающей среды по "свечению" воздуха. Оптика атмосферы и океана - 1994. - Т.7, 5. - c.697-700) впервые предложено использовать это излучение для обнаружения ядерно-перерабатывающих предприятий и подробно проанализирован метод обнаружения радиоактивных выбросов на частоте излучения атомарного водорода, т.е. на частоте 1420,4 МГц (λ = 21.1 см). Интерес к этой частоте обусловлен тем, что в земных условиях излучение атомарного водорода не регистрируется, а в случае работы мощных установок ионизирующего излучения атомарный водород начинает излучать на частотах 1420,4 МГц. Экспериментальным путем было показано (Lilya К, Chistyakova et al. Microwave Radiation of Atomic hydrogen in Plumes of Radiactive Emission from Nuclear Reprocessing Plants. - 1997. - Vol. 16, No. 4. - P. 255-260), что, действительно, ядерно-перерабатывающие предприятия можно обнаружить по излучению атомарного водорода. При этом линия излучения атомарного водорода отчетливо регистрировалась на фоне шума на частоте 1420,4 МГц. В качестве объекта исследований служил Сибирский химический комбинат (СХК), в состав которого входят химико-металлургический завод для получения и переработки плутония, два реактора, сублиматный завод, завод для разделения протонов и пр. (Рихванов Л.П. Общие и региональные проблемы радиоэкологии. - Томск: Изд-во Том. политех. ун-та, 1997. - 384 с.). Результаты реконструкции структуры излучения атомарного водорода, характерные для СХК (Якубов В. П. , Лосев Д.В. Пассивная реконструкция структуры распределенных источников микроволнового излучения // Оптика атмосферы и океана: Тез. докл. IY Российского симпозиума. - Томск, 1997, - с.177-178) показывают, что излучения локализованы в местах размещения отдельных установок (заводов СХК), являющихся источниками ионизирующего излучения. Так, в частности, главный максимум излучения приходится на химико-металлургический завод.

Количество источников ложных помех определяется характером излучения атомарного водорода над ядерно-энергетическим комплексом. Если излучение локализовано над отдельными объектами, то эффективность защиты возрастет, если ложные цели будут иметь структуру излучения, подобную той, что характеризует маскируемый объект. Если же распределения излучений атомарного водорода от различных установок прерывают друг друга, образуя единое "пятно" радиоизлучения на частоте 1420,4 МГц, то в этом случае необходимо ложными радиоцелями сформировать аналогичное "пятно".

Принципиально важной является ширина линии излучения на частоте 1420,4 МГц. При эксплуатации реальной установки ионизирующего излучения ее уширение обусловлено эффектом Доплера, возникающим за счет перемещения излучающих атомов водорода, и столкновительными процессами, в которых принимают участие атомы водорода. Скорость поступательного движения атомов водорода определяется распределением избыточной энергии при фотолизе водородосодержащих молекул по фрагментам. Согласно проведенным экспериментам энергия поступательного движения атома водорода не превышает 2 эВ (т.е. 23200 К). Отсюда следует что доплеровское уширение линии водорода на частоте 1420,4 МГц не может превысить 150 кГц. Последующие эксперименты подтвердили, что полуширина линии излучения атомарного водорода над поверхностью СХК составила 150 кГц. Что касается столкновительного механизма уширения, то его следует исключить из рассмотрения, так как излучение атомарного водорода обусловлено сверхтонким расщеплением энергетического уровня (Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия, - М.: ГИФ - МЛ. 1962, гл. 1-5, с.17-27).

Уровень радиосигнала, принимаемого приемником, обратно пропорционален квадрату расстояния между передатчиком и приемником, по этой причине мощность излучения ложной цели должна превосходить мощность излучения защищаемого объекта в несколько раз. Измерения, проведенные с расстояния 25 км, по обнаружению излучающих объектов СХК и научно-исследовательского реактора НИИ ЯФ ТПУ, расположенного на 8 км ближе к приемнику СВЧ-излучения чем СХК, показали, что защищаемый объект надежно выделяется на фоне других объектов (т. е. СХК на фоне реактора) при выполнении условия
0,5Р₀<Р<10Р₀,
где Р₀ - пиковая мощность СВЧ-излучения химико-металлургического завода, т. е. самого мощного источника ионизирующего излучения. При этом необходимо отметить, что СХК и научно-исследовательский реактор расположены в одном направлении относительно приемной антенны. Отсюда следует, что нижний предел максимальной мощности радиоизлучения ложной цели не может быть меньше 0,5Р₀. Что касается верхнего предела 10Р₀, то десятикратное превышение полезного сигнала помехой (настоящей целью) вполне обеспечивает надежную защиту объекта, поскольку управляемые боеприпасы летят на высоте несколько десятков км от поверхности земли (Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - М.: Воениздат, 1989. - 350 с).

Практическая реализация предлагаемого метода очевидна и не требует сложного оборудования. Необходим источник излучения на частоте 1420,4 МГц и антенна со слабой фокусировкой (угол раскрыва десятки градусов). В качестве источника излучения можно использовать клистронный или магнетронный генератор с выходной мощностью 1-5 кВт, работающий в непрерывном режиме. (Указанная мощность соответствует мощности Томского телецентра, который находится приблизительно на том же расстоянии, что и СХК, и создавал помехи при измерениях. Что касается антенны, то в качестве ее может служить рупорная антенна, имеющая диаграмму направленности излучения в виде шара).

Требуемая ширина спектральной линии на частоте 1420,4 МГц обеспечивается за счет девиации частоты в пределах 150 кГц и тем обстоятельством, что любая приемная система (оптического или радиочастотного диапазонов длин волн) обладает аппаратным контуром (Protasevich Е.Т. Cold non-equilibrium plasma. - Cambridge. - CISP, 1999. -204 р.), наличие которого (даже вопреки желаниям разработчиков) и обеспечивает требуемое уширение линии излучения, имитирующей линию уширения атомарного водорода.

Реализация способа на частотах излучения гидроксила ОН, т.е. на частотах 1612, или 1665, или 1721 МГц, мало чем отличается от вышеописанного способа на частоте 1420,4 МГц. Однако следует отметить, что использование частот излучения атомарного водорода в данном способе более предпочтительно, т.к. эксперименты показали, что мощность излучения атомарного водорода над мощными установками ионизирующего излучения на порядок выше мощности излучения гидроксила ОН.

Изобретение относится к области защиты объектов с помощью электромагнитных излучений. Способ позволяет создавать ложные цели с параметрами, соответствующими параметрам защищаемого объекта. Сущность изобретения заключается в том, что используют источники СВЧ-излучения, которые генерируют сигнал на частотах 1420,4, или 1612, или 1665, или 1721 МГц с шириной линии излучения, не превышающей 150 кГц, и мощностью излучения Р, которая удовлетворяет условию 0,5Р₀<Р<10Р₀, где Р₀ - пиковая мощность СВЧ-излучения защищаемой установки.

Способ создания ложных целей для маскировки мощных установок ионизирующего излучения, заключающийся в размещении вдали от установок источников электромагнитного излучения, аналогичных излучению, образуемому защищаемым объектом по основным характеристикам, отличающийся тем, что используют источники СВЧ-излучения, которые генерируют сигнал на частотах 1420,4, или 1612, или 1665, или 1721 МГц с шириной линии излучения, не превышающей 150 кГц, и мощностью излучения Р, которая удовлетворяет условию 0,5Р₀<Р<10Р₀, где Р₀ - пиковая мощность СВЧ-излучения защищаемой установки.