Способ защиты радиолокационной станции от не обнаруживаемых малоразмерных беспилотных летательных аппаратов и устройство для его осуществления Российский патент 2019 года по МПК G01S7/38 

Заявляемые технические решения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для защиты радиолокационных станций (РЛС) от малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

В современных условиях задача построения надежной системы ПВО войск и объектов инфраструктуры становится практически невыполнимой в связи с появившимся в последние годы классом малоразмерных беспилотных летательных аппаратов [Журнал Армейский вестник февраль 2015 г. «Малоразмерные беспилотники - новая проблема для ПВО» с. 1, 5, 6, 7 - 9, 15]. Малоразмерные воздушные цели типа управляемых ракет, планирующих (управляемых) авиационных бомб, крылатых ракет различного вида базирования (авиационного, наземного или морского), противорадиолокационных ракет (ПРР) и др. уже несколько десятилетий доставляют множество трудностей системам ПВО своими специфическими летно - техническими характеристиками. В первую очередь, это их малые эффективные площади рассеивания (ЭПР), широкий диапазон скоростей движения, совершение скрытных полетов на малых и предельно малых высотах с использованием рельефа местности и т.п. Среди беспилотных летательных аппаратов выделяют малоразмерные БПЛА, которые могут использоваться как в разведывательных, так и в ударных целях.

Среди малоразмерных БПЛА выделяют следующие группы: нано - БПЛА, масса до 1 кг, продолжительность полета менее одного часа, высота полета до 300 м; микро - БПЛА, масса до 10 кг, время полета до одного часа, высота полета до 1000 м; мини - БПЛА, масса до 50 кг, время полета несколько часов, высота полета до 3000-5000 м. Все эти БПЛА могут выполнять разведывательные и разведывательно-ударные функции. Их скорости могут достигать 100-150 км/ч, а ЭПР составляет от 0,01 до 0.1 м², с дальнейшим уменьшением в перспективе.

В основном БПЛА имеют навигационное оборудование с привязкой к навигационной системе GPS.

Такие характеристики БПЛА привели к тому, что своевременное обнаружение традиционными методами локации и надежное поражение БПЛА крайне неэффективно.

Наибольшую опасность для РЛС может представлять массированное применение нано и микро - БПЛА (рой), наводимых на излучение РЛС и способных физически уничтожить излучающие устройства, в первую очередь антенну РЛС, так как нано - БПЛА могут нести заряд до одного кг.

Известны способы борьбы с БПЛА в виде целенаправленного применения помех системам навигации, управления полетом и каналам передачи информации [там же, с 9]. Недостатком этих способов борьбы с БПЛА является необходимость создания направленного мощного излучения на БПЛА, но при этом необходимо его обнаружить, что является сложной задачей из-за малой ЭПР БПЛА. Кроме того БПЛА с аппаратурой самонаведения на РЛС способны наводиться на РЛС без использования навигационного оборудования и внешнего управления. При этом остается риск разрушения антенны зарядами БПЛА.

Известно, что для исключения возможности проникновения враждебного не обнаруживаемого объекта в охраняемую зону создают «Заграждение военное, искусственные препятствия, преграды, создаваемые заблаговременно … в целях нанесения потерь противнику или маневру его войск … воспрепятствования продвижению...полетам авиации … Выделяют противотанковые, противопехотные, противотранспортные, противодесантные и противокорабельные … в виде минных полей, … проволочных заграждений, противотанковых рвов и надолбов, бетонных и деревянных ограждений, проволочных сетей … противосамолетные военные заграждения … впервые … были применены в 1916 г. в Англии, Италии и в Париже в виде аэростатных заграждений.» [БСЭ, М. «Советская энциклопедия», третье издание, т. 9, с. 273]. Военные заграждения создают в том числе для случая, когда враждебный объект не может быть обнаружен, а лишь предполагается возможность его проникновения. Примером практического применения противосамолетных заграждений во время Отечественной войны являются аэростатные заграждения, которые создавались в 1941-1942 г.г. на подступах к Москве, перекрывая возможные пути проникновения любого самолета за создаваемую ими линию защиты - барьер. Таким образом, в случаях, когда возможно нападение на охраняемый объект с любой стороны создают «заграждения военные».

Недостатком известных военных заграждений является громоздкость их конструкций, недостаточная мобильность, и в конечном счете, невозможность их применения для защиты мобильных РЛС от БПЛА.

Поставленной технической проблемой является защита РЛС от малоразмерных ударных нано и микро - БПЛА с помощью мобильных устройств.

Техническая проблема решается на основе создания мобильного заграждения, исключающего возможность проникновения БПЛА к РЛС на расстояние, равное или большее, чем радиус поражающего действия его заряда.

Поставленная техническая проблема (технический результат) решается тем, что в способе защиты радиолокационной станции от не обнаруживаемых малоразмерных беспилотных летательных аппаратов, основанном на создании заграждений, согласно изобретению, в качестве таковых применяют заграждающие воздушные или газовые потоки.

Поставленная техническая проблема (технический результат) решается так же тем, что в способе защиты радиолокационной станции, согласно изобретению, заграждающий воздушный или газовый поток создают с помощью генераторов воздушных или газовых потоков, размещают их вокруг РЛС или со стороны ожидаемого налета на расстоянии большем радиуса поражающего действия заряда, который может быть размещен на БПЛА.

Поставленная техническая проблема (технический результат) решается так же тем, что согласно изобретению, информация о возможном налете поступает от вышестоящего командования.

Поставленная техническая проблема (технический результат) решается тем, что в устройство для осуществления способа защиты радиолокационной станции от не обнаруживаемых малоразмерных беспилотных летательных аппаратов, содержащее РЛС, включающую в себя излучающую антенну, приемо-передающее устройство и устройство управления РЛС, антенна соединена с приемо-передающим устройством, вход которого связан с первым выходом устройства управления, согласно изобретению в состав устройства вводят генераторы заграждающих воздушных или газовых потоков, входы генераторов связаны со вторым выходом устройства управления.

Суть работы заявленного способа и устройства состоит в том, что на пути БПЛА создают заграждающий воздушный или газовый поток. Возможные направления не обнаруживаемых БПЛА могут быть определены, например, в зависимости от положения РЛС относительно линии границы (линии фронта), а также, если обнаружен вероятный носитель БПЛА (но не БПЛА), благодаря чему может быть обнаружена вероятная зона запуска БПЛА, или рельеф местности, что может ограничивать сектор возможных направлений. Если информация о направлении ожидаемого налета отсутствует, то перекрывают все возможные направления.

При проектировании предлагаемого средства защиты определяющими параметрами заграждающего воздушного или газового потока являются:

- размер зоны защиты;

- конфигурация размещения генераторов заграждающего потока;

- скорость потока и расстояние его действия;

- мощность источника потока;

- принципы управления генераторами потока.

Расчет параметров устройств, создающих воздушный или газовый поток для обеспечения защиты РЛС, является инженерной задачей и может быть выполнен при задании конкретных условий использования заявленных изобретений. Включение (выключение) любых типов генераторов потока осуществляется вручную из РЛС в соответствии с инструкцией, которая разрабатывается с учетом расположения РЛС и тактики ее использования (поскольку РЛС сама не может обнаружить налет нано и микро - БПЛА). При этом могут учитываться условия получения информации о вероятном нападении БПЛА (см. выше), или при начале боевых действий и получении директивы вышестоящего командования о приведении средств в боевую готовность.

Взаимодействие (связь) генераторов с работой РЛС состоит в обеспечении ее функционирования и выживания в условиях возможной атаки БПЛА. В этом смысле генераторы являются необходимым составным элементом РЛС, управление ими осуществляется из РЛС. Включение (выключение) генераторов потока осуществляют вручную с пульта управления РЛС при работающей РЛС и при наличии угрозы налета БПЛА.

В заявленном способе и устройстве предусматривают создание вокруг РЛС (или ее излучающей части) зоны заграждения, при попадании БПЛА в которую с любого направления он будет отклонен от направления на РЛС. Предлагаемый способ защиты основан на свойстве БПЛА, заключающемся в том, что у БПЛА «низкая устойчивость аппарата к физическому воздействию любого рода, от попадания осколка (пули) до сильного порыва ветра, приводящая к потере пространственного ориентирования, срыву в штопор. Каждое существенное внешнее возмущение (порыв ветра, восходящий или нисходящий воздушный поток, попадание БПЛА в воздушную яму) с высокой вероятностью приводит к потере ориентации летательного аппарата и последующей аварии» [ж. Армейский вестник, фев. 2.2015 г., с. 9, 5 абзац снизу]. При этом малоразмерные не обнаруживаемые РЛС БПЛА с малой массой особенно подвержены физическому воздействию указанных факторов. Такие БПЛА не могут функционировать при скорости ветра ≥10 м/с [там же с. 8, 14 строка снизу].

Если известна информация о размере углового сектора размером ДБ из которого возможен запуск БПЛА (рельеф местности, линия фронта, граница или данные разведки о положении носителя БПЛА) и обнаружено возможное наличие в зоне БПЛА, то источники воздушного потока должны перекрывать только угловой сектор перед зоной защиты, если же сектор не известен, ожидается нападение с любого направления, то источники воздушного или газового потока должны располагаться по углам n-угольника, построенного вокруг периметра защиты РЛС с радиусом R. Мощность источников потока и их количество - n должна обеспечивать по всему периметру скорость воздушного потока не менее минимально допустимой, при которой БПЛА не могут летать, т.е. ≥10 м/с. В качестве генераторов воздушного потока используют воздушные вентиляторы, а в качестве генераторов газовых потоков используют турбореактивные двигатели аналогичные авиационным.

В книге [М.Е. Дейч - Техническая газодинамика. М. изд. Энергия, 1974 г. с. 414, табл. 10-1] приводятся формулы для расчета дальнодействия воздушных струй, создаваемых вентиляторами, в виде изменения скорости струи от расстояния и формы струи. Так, например, для осесимметричной струи имеем

где V_x - скорость потока на расстоянии X от вентилятора;

V₀ - скорость потока на выходе вентилятора;

Q - секундный расход воздуха;

где F - площадь вентилятора равная

r_в - радиус лопастей вентилятора

ϕ - угол расхождения струи составляет 22°-24°.

Необходимая мощность L для создания потока со скоростью V₀ определяется по формуле

где V_1в=1/2V₀, а ρ - плотность воздуха [Б.Н. Юрьев - Аэродинамический расчет вертолета, М. изд. Оборонной промышленности 1956 г. с. 195, формула (7.7)].

Допустимое расстояние R подлета БПЛА к РЛС определяется мощностью заряда на БПЛА и определяет требуемое дальнодействие потока воздуха (газа), если генератор потока находится в точке расположения РЛС. По запросу «радиус действия заряда взрывчатого вещества» в интернете приведены примеры: при массе тротила один кг (у не обнаруживаемых нано и микро БПЛА вес заряда составляет 0,5-1 кг), безопасное расстояние составляет 12 м. Принцип кубического подобия позволяет проводить расчеты безопасной дальности для любых других масс взрывчатого вещества (но размеры БПЛА при этом так же возрастают и они могут стать обнаруживаемыми).

Механизм отклоняющего действия воздушного или газового потока показан на фиг. 2б. В положении БПЛА 6.1 имеет скорость V_Д, направленную в сторону заграждающего потока вентилятора, в положении БПЛА 6.2 показан момент входа в зону действия потока и начало отклонения его от первоначального направления движения, в положении БПЛА 6.3 уже находится в зоне высокой скорости потока, ее воздействие приводит к значительному отклонению направления движения БПЛА 6 Для примера проведем оценочный инженерный расчет для генераторов воздушного потока в виде обычных вентиляторов, решающих поставленную проблему.

Считая конечной скорость потока равной скорости ветра, при которой уже невозможен полет БПЛА (10 м/с), при известном допустимом расстоянии R (при мощности заряда 1 кг) можно рассчитать требуемую начальную скорость потока и мощности вентиляторов, расположив их (для примера) по углам правильного пятиугольника, в который вписана окружность радиусом R (фиг. 2а). Расстояние АВ в правильном пятиугольнике определяется из формулы

и

[А. А. Рыбкин, А.З. Рыбкин, Л.С. Хренов - Справочник по математике.

Изд. Высшая школа, 1975 г. с. 167]. Угол наклона ϕ₀ потока вентилятора к горизонту выбираем равным углу расширения струи ϕ.

Например, вентилятор расположен в точке А, при r_в=0,5 м, R=12 м, ϕ₀=22°, V_x=10 м/с, АВ равно 25 м, (фиг. 2б), из формулы (1), необходимая скорость потока V₀ будет равна 26, 52 м/с. При этом из формулы (2) потребляемая мощность L равна 1,1 кВт, а при r_в=1 м, - L=276 Вт (см. формулу на с. 7).

Если располагать вентиляторы по углам правильных треугольника, либо четырехугольника, то необходимая мощность вентиляторов будет возрастать при уменьшении их числа (возрастает необходимое дальнодействие), а если использовать 6 или 8 генераторов, располагая их в углах правильных шести или восьми - угольников, то необходимая мощность вентиляторов будет уменьшаться. Выбор количества вентиляторов при решении конкретной задачи по защите РЛС от атаки БПЛА является чисто инженерной задачей и зависит от параметров оптимизации (суммарной мощности), сущность изобретения от этого не меняется.

На фиг. 3б показан фрагмент пространственной ориентации потоков вентиляторов под углом ϕ₀ к горизонту, принятому в оценочном инженерном расчете равным 22°. Направление потоков под углом к горизонту обеспечивает защиту высоких излучающих элементов РЛС, например, антенны.

На фиг. 3а показано взаимное расположение генераторов и их потоков, защищающих РЛС.

Так решается поставленная проблема и достигается технический результат.

Изобретения иллюстрируются чертежами.

На Фиг. 1 показано заявляемое устройство

На фиг. 2 показано взаимодействие БПЛА с воздушным потоком.

На Фиг. 3 показан пример организации защиты РЛС с помощью генераторов воздушного потока.

Заявленное устройство для осуществления заявленного способа защиты РЛС 5 от не обнаруживаемых малоразмерных БПЛА 6 содержит РЛС 5, включающую антенну 1, приемо-передающее устройство 2, устройство управления РЛС 3, и генераторы воздушного потока 4, расположенные в точках А, В, С, Д, Е, выход антенны 1 соединен с первым входом приемо-передающего устройства 2, второй вход которого связан с первым выходом устройства управления РЛС 3, второй выход устройства управления РЛС 3 связан с входами генераторов воздушного потока 4 в точках А, В, С, Д, и Е.

Рассмотрим более подробно работу заявленного устройства - РЛС. Как уже отмечалось, работа способа и устройства основана на использовании уязвимости нано и микро - БПЛА 6 (фиг. 2б), заключающейся в том, что они крайне неустойчивы к любым физическим воздействиям - например, при скорости ветра 10 м/сек и более, приводит к тому, что БПЛА 6 теряет ориентацию - сбивается с курса. Для того, чтобы воздействовать физически на БПЛА 6, в состав устройства, содержащего РЛС 5, введены генераторы 4 воздушных или газовых потоков (фиг. 3а). Генераторы 4 располагают вокруг РЛС 5 на расчетном расстоянии и включают вручную при включении РЛС 5 или при угрозе налета БПЛА 6 по информации от вышестоящего командования. Создаваемый ими воздушный поток воздействуют на приближающийся БПЛА 6 как порыв ветра и изменяет направление его движения, (фиг. 2.б), не допуская приближения БПЛА 6 к РЛС 5 на опасное для нее расстояние. В качестве генераторов могут использоваться мощные промышленные вентиляторы, (авиационные моторы с пропеллером), газовые струи реактивных двигателей.

На фиг. 3а, б показана организация круговой защиты РЛС 5 с помощью пяти генераторов воздушного или газового потока 4 расположенных вокруг РЛС 5 по углам правильного пятиугольника в точках А, В, С, Д, Е, с радиусом описанной окружности равным R и имеющих направление потока под углом ϕ₀ к горизонту. Радиус R определяется дальностью поражающего действия заряда, имеющегося на БПЛА 6. Угол ϕ₀ выбирают исходя из возможной высоты подлета БПЛА 6 к защищаемой РЛС 5.

Таким образом решается поставленная техническая проблема и достигается технический результат.

Заявляемые технические решения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для защиты радиолокационных станций (РЛС) от малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Достигаемый технический результат - надежная защита РЛС от малоразмерных ударных нано и микро БПЛА с помощью мобильных устройств. Указанный технический результат достигается тем, что в способе защиты радиолокационной станции от не обнаруживаемых малоразмерных беспилотных летательных аппаратов, основанном на создании заграждений, в качестве таковых применяют заграждающие воздушные или газовые потоки, создаваемые с помощью генераторов воздушных или газовых потоков, которые размещают вокруг РЛС или со стороны ожидаемого налета на расстоянии, большем радиуса поражающего действия заряда, который может быть размещен на БПЛА. Указанный технический результат достигается также тем, что в устройство для осуществления способа, содержащее РЛС, включающую в себя приемо-передающее устройство, соединенное с излучающей антенной и с первым выходом устройства управления, введены генераторы заграждающих воздушных или газовых потоков, входы которых связаны со вторым выходом устройства управления. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ защиты радиолокационной станции (РЛС) от не обнаруживаемых малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), основанный на создании заграждений, отличающийся тем, что в качестве заграждений применяются заграждающие воздушные или газовые потоки, которые создают с помощью генераторов воздушных или газовых потоков, размещая их с возможностью перемещения вокруг РЛС или со стороны ожидаемого налета, в зависимости от поступающей в РЛС информации о возможном налете БПЛА, на расстоянии, большем радиуса действия поражающего действия заряда, имеющегося на БПЛА, включение и выключение генераторов воздушных или газовых потоков осуществляют с помощью устройства управления РЛС при работающей РЛС и при наличии угрозы налета БПЛА, при этом мощность генераторов воздушных или газовых потоков и их количество устанавливают из условия обеспечения по всему периметру защиты РЛС скорости воздушного или газового потока ≥10 м/с.

2. Устройство для осуществления способа защиты радиолокационной станции (РЛС) от не обнаруживаемых малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), содержащее РЛС, включающую в себя излучающую антенну, приемо-передающее устройство и устройство управления РЛС, антенна соединена с приемо-передающим устройством, вход которого связан с первым выходом устройства управления РЛС, отличающееся тем, что в состав устройства введены генераторы заграждающих воздушных или газовых потоков, которые в зависимости от поступающей в РЛС информации о возможном налете БПЛА размещают с возможностью перемещения вокруг РЛС или со стороны ожидаемого налета, на расстоянии, большем радиуса действия поражающего действия заряда, входы генераторов связаны со вторым выходом устройства управления РЛС, обеспечивающем, при наличии угрозы налета БПЛА, включение и выключение генераторов воздушных или газовых потоков.