Радиолокаторы

Радиолокационная станция (РЛС), радар — система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости и геометрических параметров. В основе радиолокации лежит способность радиоволн отражаться от различных предметов. В классическом импульсном радаре передатчик формирует радиочастотный импульс, который излучается направленной антенной. В случае, если на пути распространения радиочастотной волны встречается какой либо предмет, часть энергии отражается от этого предмета, в том числе — в направлении антенны. Отраженный радиосигнал принимается антенной и преобразуется приемником для дальнейшей обработки. Так как радиоволны распространяются с постоянной скоростью, то по времени прохождения сигнала от станции до объекта и обратно можно определить расстояние до объекта. Помимо наклонной дальности до цели с помощью радара можно также определить скорость и направление перемещения, а также оценить ее размеры. Для радиолокации используются УКВ и СВЧ диапазоны волн, первые РЛС работали, как правило, на частотах от 100 до 1000 МГц.

Радары классифицируются по множеству принципов, приведем наиболее распространенные параметры их классификации. По назначению различают РЛС обнаружения, РЛС управления и слежения, панорамные РЛС, РЛС бокового обзора, метеорологические РЛС; РЛМ целеуказания, РЛС контрбатарейной борьбы; РЛМ обзора обстановки. По прохождению сигнала выделяют активные (с активным ответом) и пассивные. По характеру носителя станции подразделяются на: наземные, корабельные и авиационные РЛС. По разнесению приемной и передающей части выделяют совмещенные и раздельные РЛС. По методу действия РЛС подразделяют на надгоризонтальные и загоризонтальные радиолокаторы. По виду зондирующего сигнала различают РЛС непрерывного действия и импульсные. По диапазону волн различают: метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые РЛС. По измеряемым координатам выделяют: однокоординатные, двухкоординатные, трехкоординатные. По способу сканирования пространства: без сканирования, со сканированием в горизонтальной плоскости, со сканированием в горизонтальной плоскости с V-лучом, со сканированием в вертикальной плоскости, со спиральным сканированием, с переключением лепестков диаграммы направленности. По способу отображения информации РЛС бывают: с индикатором дальности, с раздельными индикаторами дальности и азимута (высоты), с индикатором кругового обзора с индикатором азимут-дальность.

Также различают первичные и вторичные радиолокаторы. Первичный (пассивный) радиолокатор, в основном, служит для обнаружения целей, освещая их электромагнитной волной и затем принимая отражения (эхо) этой волны от цели. Поскольку скорость электромагнитных волн постоянна, становится возможным определить расстояние до цели, основываясь на измерении различных параметров распространения сигнала.

В основе устройства такой радиолокационной станции лежат три компонента: передатчик, антенна и приемник. Передатчик  является источником электромагнитного сигнала высокой мощности. Он может представлять собой мощный импульсный генератор. В зависимости от конструкции, передатчик работает либо в импульсном режиме, формируя повторяющиеся короткие мощные электромагнитные импульсы, либо излучает непрерывный электромагнитный сигнал. Антенна выполняет фокусировку сигнала передатчика и формирование диаграммы направленности, а также приём отражённого от цели сигнала и передачу этого сигнала в приёмник. В зависимости от реализации приём отражённого сигнала может осуществляться либо той же самой антенной, либо другой, которая иногда может располагаться на значительном расстоянии от передающего устройства. В случае, если передача и приём совмещены в одной антенне, эти два действия выполняются поочерёдно, а чтобы мощный сигнал, просачивающийся от передающего передатчика в приёмник, не ослепил приёмник слабого эха, перед приёмником размещают специальное устройство, закрывающее вход приёмника в момент излучения зондирующего сигнала. Приёмник выполняет усиление и обработку принятого сигнала.

Различные РЛС основаны на различных методах измерения отражённого сигнала: частотный метод (основан на использовании частотной модуляции излучаемых непрерывных сигналов; фазовый метод (основан на выделении и анализе разности фаз отправленного и отражённого сигналов); импульсный метод (передаёт излучающий сигнал только в течение очень краткого времени, коротким импульсом (обычно приблизительно микросекунда), после чего переходит в режим приёма и слушает эхо, отражённое от цели, в то время как излучённый импульс распространяется в пространстве).

Вторичная радиолокация используется в авиации для опознавания. Принцип действия локатора заключался в использовании энергии самолётного ответчика для определения положения воздушного судна. Основная особенность — использование активного ответчика на самолётах. Принцип действия вторичного радиолокатора несколько отличается от принципа первичного радиолокатора. В основе устройства такой станции лежат компоненты: передатчик, антенна, генераторы азимутальных меток, приемник, сигнальный процессор, индикатор и самолетный ответчик с антенной. Передатчик служит для формирования импульсов запроса в антенне. Антенна обеспечивает излучения импульсов запроса и приём отражённого сигнала. Приёмник служит для приёма импульсов, а сигнальный процессор — для обработки принятых сигналов. Самолётный ответчик с антенной  передавал содержащую дополнительную информацию импульсного радиосигнала обратно в сторону РЛС по запросу.

Первый прибор, фиксирующий отражения радиоволн был запатентован в 1904 г., первые экспериментальные РЛС обнаружения самолетов появились в 1934-1935 гг. А уже с 1940 г. различное радарное оборудование массово выпускалось в Германии, СССР, США, Франции и Японии. РЛС активно использовались в период Второй мировой войны, развиваясь поэтапно, в соответствии с требованиями военных на фронтах.

Первоначально наибольшее распространение получили станции обнаружения самолетов в Великобритании, которые начали массово устанавливать на военные корабли, а в 1937 году создали сеть радиолокационного обнаружения «Chain Home» вдоль побережья Ла-Манша и восточного побережья Англии, состоявшую из 20 станций, способных обнаружить самолет на дистанции до 350 км. Со временем РЛС стали использоваться и для наведения истребителей для отражения бомбардировщиков. Благодаря РЛС британской системе ПВО и ВВС удалось выйти победителем в воздушной войне с Германией в начале войны. В дальнейшем РЛС обнаружения подводных лодок с самолетов решило проблему деблокирования морских путей империи. Самолетные станции, которые появились у союзников в 1940 году, обеспечивали обнаружение подлодок на дистанции до 17 миль. Даже идущая на глубине в несколько метров субмарина обнаруживалась бортовым радаром патрульного самолета на расстоянии не менее 5-6 миль. И уже на последнем этапе войны РЛС обнаружения самолетов противника в воздухе существенно помогали британским и американским бомбардировщикам бороться с истребителями противника над территорией Германии.

В 1935 г. немецкая компания «GEMA» создала первый прибор радиообнаружения для Кригсмарине, а с 1937 г. радары начали устанавливать на военных кораблях. С 1941 г. оснащались станциями и подводные лодки: это позволяло успешно атаковать корабли и суда ночью и в плохих погодных условиях, а в 1942 года немецкие подводники получили в свое распоряжение систему «FuMB», позволявшую определять момент облучения субмарины радаром корабля или патрульного самолета противника. Кроме того, командиры субмарин, уклоняясь от вражеских кораблей, оснащенных радарами, стали активно применять малые ложные радиоконтрастные цели, имитировавшие собой рубку подлодки. С 1939 г. в Германии вводится в строй система раннего радиообнаружения. А с 1941 г. Люфтваффе принимает на вооружение первые авиационные радары. Уже к середине войны радары Кригсмарине по многим параметрам стали уступать РЛС союзиков, а боязнь командиров кораблей быть обнаруженным противником по их излучению, свела их применение к миниму.

На вооружение в СССР радиолокационные станции были приняты в 1939 году и впервые применены для дальнего обнаружения самолетов в июне 1941 г. при отражении налетов германских бомбардировщиков на Москву. В дальнейшем станции применялись при защите Ленинграда, Горького, Саратова. В 1942 г. на вооружение поступили первые авиационные радары для самолетов «Пе-2». Лишь с 1943 г. в системе ПВО стало применяться наведение истребительной авиации станциями РЛС. Станции орудийной наводки, поставляемые по ленд-лизу, в СССР применялись, основном, для зенитных орудий. Для контрбатарейной борьбы радаров явно не хватало. Также и на кораблях были установлены РЛС зарубежного изготовления. На протяжении всей войны советские подлодки не имели ни РЛС, ни ГАС. Причем и перископные антенны появились на субмаринах, только в середине 1944 года, да и то всего на семи подлодках. Советские подводники не могли эффективно действовать в темное время суток, не могли выходить в бесперископные атаки, ставшие нормой во флотах других стран, а для приема и передачи радиодонесений необходимо было всплывать в надводное положение. В годы войны в СССР было изготовлено 1500 РЛС всех типов, в то время, как по ленд-лизу получено 1788 станций для зенитной артиллерии, 373 морских и 580 авиационных. Кроме того, значительная часть советских РЛС была просто скопирована с импортных образцов. В частности, 123 артиллерийских радиолокатора «СОН-2» являлись точной копией английского радара «GL-2».

В 1940 г. в США на вооружение поступают первые радары дальнего обнаружения, а через два года на флоте внедряются радары системы автоматического наведения зенитных орудий. В американском флоте к 1945 году были разработаны и приняты на вооружение более двух десятков РЛС, использовавшихся для обнаружения надводных целей. С их помощью американские моряки, например, обнаруживали субмарину противника в надводном положении на расстоянии до 10 миль. Немаловажную роль в разработках американских РЛС сыграл обмен информацией с Великобританией, благодаря чему американцы получали сведения о самых последних разработках, как союзников, так и Германии. США пренадлежало безоговорочное лидерство в разработке радаров корабельного и авиационного базирования. За годы войны США отправили союзникам по договору лен-лиза более 54 тысяч авиационных РЛС.

В годы, предшествующие Второй мировой войне, развитие радиолокации в Японии шло довольно медленно, несмотря на имеющийся технический потенциал. Первый локатор дальнего обнаружения «Type 11» был создан всего за несколько дней до вступления в войну, в ноябре 1941 года. В ходе войны развитие японских радаров отставало от других стран на 3-4 года. Вместе с тем, японская промышленность была готова к выпуску высококачественных комплектующих, но разработки радиолокационных устройств носили случайный и бессистемный характер. Основная масса японских РЛС была скопирована с немецких, английских и американских разработок. За годы войны было построено около 7,5 тысяч радаров 30 типов.

Приблизительно в годы войны было выпущено около 150 тысяч РЛС различных типов и назначения, в т.ч. Великобританией 22 тысячи, Германией — 20 тысяч, США – 96 тысяч.

В годы войны далеко вперед шагнула и гидроакустика, на которую до войны больших ставок адмиралы не делали.

Гидролокатор (сонар) — средство звукового обнаружения подводных объектов с помощью акустического излучения. По принципу действия гидролокаторы бывают пассивные и активные.

Пассивные — позволяющие определять место положения подводного объекта по звуковым сигналам, излучаемым самим объектом (шумопеленгование). Активные — использующие отражённый или рассеянный подводным объектом сигнал, излучённый в его сторону гидролокатором.

Активный гидролокатор «ASDIC» в его первоначальной примитивной форме был изобретён в Великобритании в конце первой мировой войны. Основной принцип его действия остался неизменным до настоящего времени. Однако за прошедшие годы эффективность гидролокатора значительно возросла, расширились масштабы его использования, а также увеличилось число классов кораблей, с которых он мог применяться для проведения поиска и атак подводных лодок противника. Основу составляет приёмопередатчик, который посылает звуковые импульсы в требуемом направлении, а также принимает отражённые импульсы, если посылка, встретив на своём пути какой-либо объект, отразится от него. Вращая приёмопередатчик подобно прожектору, можно определить по компасу направление, в котором послан сигнал, а следовательно, и направление объекта, от которого он отражён. Заметив промежуток времени между посылкой импульса и приёмом отражённого сигнала, можно определить расстояние до обнаруженного объекта.

В годы войны были разработаны и доведены до массового выпуска гидролокаторы с активным и пассивным трактами, а также станции звукоподводной связи. А в июне 1943 года на вооружение американской противолодочной авиации поступили первые радиогидроакустические буи. А для борьбы с немецкими акустическими торпедами союзники разработали прибор акустических помех, буксировавшийся за кормой корабля. Немецкие же подводники широко использовали имитационные патроны, сбивавшие с толку неприятельских акустиков. Высокочастотные гидролокаторы, установленные в конце войны на подводных лодках США, позволяли проникать через минные поля.

Гидролокатор характеризовался следующими параметрами. В зависимости от частоты, излучающей сонаром, определялась дальность его действия. Так, высокочастнойные гидролокаторы имели огранияенный диапазон, но могли обнаруживать небольшие предметы. Например, мины. Длительность импульса также прямопропорциональна дальности действия сонара. От мощности сонара зависила его чувсчтивтельность.

В Германии все подводные лодки были укомплектованы шумопеленгаторными станциями с гидрофонами кристаллического или магнитострикционноготипа, имевшими большую чувствительность с дальностью обнаружения 80-100 кабельтовых.

В СССР шумопеленгаторные электродинамические станции были установлены на 157 лодках из 212. Они имели дальность обнаружения 35-35 кабельтовых.

Следует отметить, что США за годы войны впустила 60 тысяч гидроакустических радиобуев только одного типа.

Детальноное описание раиолокаторов в разрезе стран изложено ниже.