Współczesna wojna jest szybka i ulotna. Często zwycięzca w bitwie jest tym, który jako pierwszy jest w stanie wykryć potencjalne zagrożenie i odpowiednio na nie zareagować. Przez ponad siedemdziesiąt lat metoda radarowa oparta na emisji fal radiowych i rejestracji ich odbić z różnych obiektów została wykorzystana do poszukiwania wroga na lądzie, morzu i powietrzu. Urządzenia, które wysyłają i odbierają takie sygnały, nazywane są stacjami radarowymi (radarami) lub radarami.
Termin "radar" jest angielskim skrótem (wykrywanie i zasięg radiowy), który został uruchomiony w 1941 roku, ale od dawna stał się niezależnym słowem i wszedł w większość języków świata.
Wynalezienie radaru jest z pewnością wydarzeniem przełomowym. Współczesny świat trudno sobie wyobrazić bez stacji radarowych. Wykorzystywane są w lotnictwie, w transporcie morskim, przy przewidywaniu pogody radarowej wykrywa się naruszenia przepisów ruchu drogowego, skanuje się powierzchnię ziemi. Systemy radarowe (RLK) znalazły zastosowanie w przemyśle kosmicznym i systemach nawigacji.
Jednak najczęściej używany radar znaleziony w sprawach wojskowych. Należy powiedzieć, że ta technologia została pierwotnie stworzona dla potrzeb wojskowych i osiągnęła stan praktycznej realizacji tuż przed początkiem drugiej wojny światowej. Wszystkie największe kraje uczestniczące w tym konflikcie aktywnie (i nie bez rezultatu) używały radarów do rozpoznania i wykrywania wrogich statków i samolotów. Można śmiało powiedzieć, że użycie radaru zdecydowało o wyniku kilku kultowych bitew, zarówno w Europie, jak iw pacyficznym teatrze działań wojennych.
Dziś radary służą do rozwiązywania niezwykle szerokiego zakresu zadań wojskowych, od śledzenia wystrzelenia międzykontynentalnych rakiet balistycznych po rozpoznanie artylerii. Każdy samolot, helikopter, okręt wojenny ma swój własny kompleks radarowy. Radary są podstawą systemu obrony powietrznej. Najnowszy zespół radarów z fazowaną anteną zostanie zainstalowany na obiecującym rosyjskim czołgu "Armata". Ogólnie rzecz biorąc, różnorodność nowoczesnych radarów jest niesamowita. Są to całkowicie różne urządzenia, które różnią się rozmiarem, cechami i przeznaczeniem.
Można śmiało powiedzieć, że dziś Rosja jest jednym z uznanych światowych liderów w rozwoju i produkcji stacji radarowych. Zanim jednak porozmawiamy o trendach w rozwoju systemów radarowych, należy powiedzieć kilka słów o zasadach działania radaru, a także o historii systemów radarowych.
Jak działa radar
Lokalizacja to metoda (lub proces) określania lokalizacji czegoś. Odpowiednio, radiolokacja jest metodą wykrywania obiektu lub obiektu w przestrzeni za pomocą fal radiowych, które są emitowane i odbierane przez urządzenie zwane radarem lub radarem.
Fizyczna zasada działania pierwotnego lub pasywnego radaru jest dość prosta: przekazuje fale radiowe do przestrzeni, które są odbijane od otaczających obiektów i wracają do niego w postaci odbitych sygnałów. Analizując je, radar jest w stanie wykryć obiekt w pewnym punkcie przestrzeni, a także pokazać jego główne cechy: prędkość, wysokość, wielkość. Każdy radar jest złożonym urządzeniem inżynierii radiowej składającym się z wielu komponentów.
Skład każdego radaru obejmuje trzy główne elementy: nadajnik sygnału, antenę i odbiornik. Wszystkie stacje radarowe można podzielić na dwie duże grupy:
- impuls;
- ciągłe działanie.
Nadajnik radaru impulsowego emituje fale elektromagnetyczne przez krótki okres czasu (ułamek sekundy), następny sygnał wysyłany jest dopiero po powrocie pierwszego impulsu i wejściu do odbiornika. Częstotliwość powtarzania impulsów - jedna z najważniejszych cech radaru. Radary niskiej częstotliwości wysyłają kilkaset impulsów na minutę.
Antena radaru impulsowego działa zarówno na odbiór, jak i na transfer. Po wyemitowaniu sygnału nadajnik zostaje wyłączony na chwilę i odbiornik jest włączony. Po jego odbiór jest proces odwrotny.
Radar impulsowy ma zarówno wady, jak i zalety. Mogą określić zasięg kilku celów naraz, taki radar może z łatwością zrobić z jedną anteną, wskaźniki takich urządzeń są proste. Jednak sygnał emitowany przez taki radar powinien mieć dość dużą moc. Możesz również dodać, że wszystkie nowoczesne radary śledzenia wykonywane przez wzór pulsu.
W pulsacyjnych stacjach radarowych, magnetronach lub lampach z falami wędrownymi, są zwykle używane jako źródło sygnału.
Antena radaru ustawia sygnał elektromagnetyczny i wysyła go, odbiera impuls odbitego sygnału i przekazuje go do odbiornika. Istnieją radary, w których odbiór i transmisja sygnału są dokonywane przez różne anteny i mogą być zlokalizowane w znacznej odległości od siebie. Antena radarowa może emitować fale elektromagnetyczne w kole lub pracować w określonym sektorze. Promień radaru może być spiralny lub stożkowaty. W razie potrzeby radar może monitorować ruchomy cel, stale wskazując na niego za pomocą specjalnych systemów.
Zadaniem odbiornika jest przetwarzanie odebranych informacji i przesyłanie ich na ekran, z którego odczytuje je operator.
Oprócz pulsacyjnego radaru istnieją ciągłe radary, które nieustannie emitują fale elektromagnetyczne. Takie stacje radarowe w swojej pracy wykorzystują efekt Dopplera. Polega ona na tym, że częstotliwość fali elektromagnetycznej odbijanej od obiektu, który zbliża się do źródła sygnału, będzie większa niż z obiektu oddalającego się. Częstotliwość emitowanego impulsu pozostaje niezmieniona. Radary tego typu nie naprawiają stałych obiektów, ich odbiornik odbiera tylko fale o częstotliwości wyższej lub niższej niż emitowane.
Typowym radarem dopplerowskim jest radar, który jest wykorzystywany przez policję drogową do określania prędkości pojazdów.
Głównym problemem radaru działającego w sposób ciągły jest niemożność użycia ich do określenia odległości od obiektu, ale podczas ich działania nie ma zakłóceń od nieruchomych obiektów między radarem a celem lub za nim. Ponadto radar dopplerowski jest dość prostym urządzeniem, wystarczającym do obsługi sygnałów o niskiej mocy. Należy również zauważyć, że nowoczesne stacje radarowe z ciągłym promieniowaniem mają możliwość określenia odległości od obiektu. Odbywa się to poprzez zmianę częstotliwości radaru podczas pracy.
Jednym z głównych problemów w działaniu pulsacyjnego radaru są interferencje pochodzące od nieruchomych obiektów - z reguły jest to powierzchnia ziemi, góry, wzgórza. Gdy działające w powietrzu radary pulsacyjne samolotów, wszystkie obiekty poniżej są "zasłonięte" przez sygnał odbity od powierzchni Ziemi. Jeśli mówimy o naziemnych lub pokładowych kompleksach radarowych, wówczas dla nich problem ten objawia się w wykrywaniu celów lecących na małych wysokościach. Aby wyeliminować takie zakłócenia, stosowany jest ten sam efekt Dopplera.
Oprócz pierwotnego radaru istnieją również tak zwane radary wtórne, które są wykorzystywane w statkach powietrznych do identyfikacji statków powietrznych. Skład takich systemów radarowych, oprócz nadajnika, anteny i urządzenia odbiorczego, obejmuje również transponder lotniczy. Po napromieniowaniu sygnałem elektromagnetycznym respondent wydaje dodatkowe informacje o wysokości, trasie, numerze tablicy i jej narodowości.
Stacje radarowe można również podzielić przez długość i częstotliwość fali, na której działają. Na przykład, aby badać powierzchnię Ziemi, a także pracować w znacznych odległościach, stosuje się fale o długości 0,9-6 m (częstotliwość 50-330 MHz) i 0,3-1 m (częstotliwość 300-1000 MHz). Radar o długości fali 7,5-15 cm służy do kontroli ruchu lotniczego, a radar nadziemny stacji wykrywania rakiet działa na falach o długości od 10 do 100 metrów.
Historia radaru
Idea radaru pojawiła się niemal natychmiast po odkryciu fal radiowych. W 1905 roku Christian Hülsmeier z niemieckiej firmy Siemens stworzył urządzenie, które może wykrywać duże metalowe obiekty za pomocą fal radiowych. Wynalazca zaproponował zainstalowanie go na statkach, aby uniknąć kolizji w warunkach słabej widoczności. Jednak firmy transportowe nie są zainteresowane nowym urządzeniem.
Eksperymenty przeprowadzono z radarem w Rosji. Pod koniec XIX wieku rosyjski naukowiec Popow odkrył, że metalowe przedmioty uniemożliwiają propagację fal radiowych.
Na początku lat dwudziestych amerykańscy inżynierowie Albert Taylor i Leo Yang zdołali wykryć przelatujący statek za pomocą fal radiowych. Jednak stan ówczesnego przemysłu radiowego był taki, że trudno było tworzyć projekty przemysłowe stacji radarowych.
Pierwsze stacje radarowe, które można wykorzystać do rozwiązania praktycznych problemów pojawiły się w Anglii około połowy lat trzydziestych. Urządzenia te były bardzo duże, mogły być instalowane tylko na lądzie lub na pokładzie dużych statków. Dopiero w 1937 r. Powstał prototyp miniaturowego radaru, który można zainstalować na statku powietrznym. Na początku II wojny światowej Brytyjczycy mieli rozwinięty łańcuch stacji radarowych o nazwie Dom Łańcuchowy.
Zaangażowany w obiecujący nowy kierunek w Niemczech. Co więcej, trzeba powiedzieć, bez powodzenia. Już w 1935 r. Dowódcy niemieckiej floty, Reder, pokazano funkcjonujący radar z wyświetlaczem elektronów. Później na jej podstawie powstały seryjne próbki radaru: Seetakt dla sił morskich i Freya dla obrony powietrznej. W 1940 r. System kontroli ognia radarowego w Würzburgu zaczął napływać do armii niemieckiej.
Jednak pomimo oczywistych osiągnięć niemieckich naukowców i inżynierów w dziedzinie radiolokacji niemiecka armia zaczęła używać radarów później Brytyjczyków. Hitler i reszta Rzeszy uważali radary za broń wyłącznie obronną, której zwycięska niemiecka armia tak naprawdę nie potrzebowała. Z tego powodu Niemcy mieli tylko osiem radarów Freya rozmieszczonych na początku bitwy o Wielką Brytanię, chociaż pod względem ich cech byli co najmniej tak dobrzy, jak ich brytyjscy odpowiednicy. Ogólnie można powiedzieć, że to właśnie udane wykorzystanie radaru w dużej mierze zdeterminowało wynik bitwy o Wielką Brytanię i późniejszą konfrontację Luftwaffe z Alianckimi Siłami Powietrznymi na niebie Europy.
Później Niemcy na bazie systemu z Würzburga stworzyli linię obrony powietrznej, którą nazwano "linią Kammubera". Wykorzystując siły specjalne, alianci byli w stanie rozwikłać tajniki pracy niemieckiego radaru, co pozwoliło skutecznie je zablokować.
Pomimo tego, że Brytyjczycy weszli do wyścigu "radarowego" później przez Amerykanów i Niemców, byli w stanie wyprzedzić ich na mecie i zbliżyć się do początku II wojny światowej za pomocą najbardziej zaawansowanego systemu wykrywania radarów samolotów.
Już we wrześniu 1935 r. Brytyjczycy zaczęli budować sieć stacji radarowych, które obejmowały 20 radarów przed wojną. Całkowicie zablokowało to podejście do Wysp Brytyjskich z wybrzeża europejskiego. Latem 1940 r. Brytyjscy inżynierowie stworzyli rezonansowy magnetron, który później stał się podstawą pokładowych stacji radarowych zainstalowanych na amerykańskich i brytyjskich samolotach.
Prace w zakresie radaru wojskowego były prowadzone w Związku Radzieckim. Pierwsze udane eksperymenty w zakresie wykrywania samolotów za pomocą radaru w ZSRR przeprowadzono w połowie lat 30. ubiegłego wieku. W 1939 r. Pierwszy radar RUS-1 został przyjęty przez Armię Czerwoną, aw 1940 r. - RUS-2. Obie te stacje zostały wprowadzone do masowej produkcji.
Druga wojna światowa wyraźnie pokazała wysoką efektywność wykorzystania stacji radarowych. Dlatego po jego zakończeniu rozwój nowych radarów stał się jednym z priorytetów rozwoju sprzętu wojskowego. Z czasem radary powietrzne otrzymały bez wyjątku wszystkie samoloty wojskowe i statki, a radar stał się podstawą systemów obrony powietrznej.
Podczas zimnej wojny Stany Zjednoczone i ZSRR miały nową niszczycielską broń - międzykontynentalne rakiety balistyczne. Wykrywanie wystrzelenia tych rakiet stało się kwestią życia i śmierci. Radziecki naukowiec Nikolai Kabanov zaproponował wykorzystanie krótkich fal radiowych do wykrywania wrogich samolotów na długich dystansach (do 3 tysięcy km). To było całkiem proste: Kabanov odkrył, że fale radiowe o długości 10-100 metrów są w stanie odbić się od jonosfery i napromieniować cele na powierzchni Ziemi, powracając w ten sam sposób do radaru.
Później, na podstawie tego pomysłu, opracowano wykrywanie radarowe nad startem rakiet balistycznych. Przykład takiego radaru może służyć jako "Daryal" - stacja radarowa, która przez kilka dziesięcioleci była podstawą sowieckich systemów ostrzegania przed rakietami.
Obecnie jednym z najbardziej obiecujących obszarów rozwoju technologii radarowej jest stworzenie radaru z fazową macierzą (PAR). Takie radary nie mają jednego, ale setki emitujących fale radiowe, które są obsługiwane przez potężny komputer. Fale radiowe emitowane przez różne źródła w urządzeniu HEADLIGHTS mogą się wzajemnie wzmacniać, jeśli są zbieżne w fazie, lub odwrotnie, osłabiają się.
Sygnał radarowy z fazową tablicą może mieć dowolny pożądany kształt, można go przemieszczać w przestrzeni bez zmiany pozycji samej anteny, pracując z różnymi częstotliwościami promieniowania. Radar z rozszytą tablicą jest znacznie bardziej niezawodny i czuły niż radar z konwencjonalną anteną. Jednak te radary mają wady: dużym problemem jest chłodzenie radaru za pomocą HEADLIGHT, ponadto są one trudne do wyprodukowania i kosztowne.
Nowe stacje radarowe z fazowanymi układami są instalowane na myśliwcach piątej generacji. Technologia ta jest wykorzystywana w amerykańskim systemie wczesnego ostrzegania przed pociskami. Kompleks radarowy z fazowanymi tablicami zostanie zainstalowany na najnowszym rosyjskim czołgu "Armata". Należy zauważyć, że Rosja jest jednym ze światowych liderów w rozwoju radaru z PAR.
