Малозаметность и средства РЭБ. Законы физики никто не отменял.
Для невежественных скептиков и гуманитариев, которые наивно считают, что отстуствие малозаметности можно скомпенсировать средствами РЭБ, привожу наглядное и понятное доказательство того, что (малозаметные самолёты + средства РЭБ) имеют колоссальное
качественное преимущество против (обычных самолетов + средств РЭБ), несравненно большее чем просто (малозаметные самолеты) против (обычных самолетов). Именно малозаметность резко повышает эффективность средств РЭБ (на порядок!), которой никогда не смогут добиться обычные самолёты, применением только средств РЭБ, но не имея малозаметности. Получилась целая статья.
В условиях отсутствия помех снижение дальности обнаружения пропорционально
всего лишь корню четвертой степени от снижения ЭПР, поэтому преимущество малозаметных самолетов очень незначительное:
без помех уменьшение ЭПР в 1000 раз снижает дальность обнаружения лишь в 1000^(1/4) ~ 5,62 раза по сравнению с обычным самолетом. Зато при правильной постановке помех уменьшение дальности обнаружения становится пропорционально
квадратному корню от снижения ЭПР, меняется сам закон изменения дальности обнаружения от ЭПР, это колоссальное преимущество:
при правильной постановке помех уменьшение ЭПР в 1000 раз снижает дальность обнаружения в 1000^(1/2) ~ 31,62 раза по сравнению с обычным самолетом, прикрытым такими же средствами РЭБ и ещё больше по сравнению с обычным самолётом, не прикрытым даже средствами РЭБ. Применение средств РЭБ дает малозаметным самолетам такое огромное преимущество над обычными (даже если они тоже используют РЭБ), которое невозможно получить в условиях отстутствия помех.
Излучение, отражение, обнаружение
1. Излучение от РЛС до цели. Для достижения максимальной дальности обнаружения малозаметных целей РЛС должна максимизировать мощность W излучаемых импульсов, направить излучение в район цели и минимизировать угол F рассеивания излучения в пространстве, тем самым увеличив поверхностную плотность потока излучения в районе цели:
- [W] Максимальная мощность излучаемых РЛС импульсов ограничена и равна Wизлуч "Вт".
- [F] Минимальный угол рассеивания излучения ограничен и равен Fизлуч "рад" (без учета сканирования)
- [R] Излученный сигнал преодолевает от РЛС до цели расстояние R "м".
- [S] Площадь облучаемого сегмента сферы на расстоянии R равна:
Sизлуч(R) = 2*pi*R*R*(1 - cos(Fизлуч/2)) "кв.м.". - [E] Поверхностная плотность потока излучения на расстоянии R равна:
Eизлуч(R) = Wизлуч/Sизлуч(R) "Вт/(кв*м)"
2. Отражение излучения от цели до РЛС. Для уменьшения заметности цель должна минимизовать свою эффективную площадь рассеяния (ЭПР) в диапазоне рабочих частот РЛС противника путем уменьшения геометрических размеров, поглощением сигнала и уменьшением отражений в сторону РЛС.
- [W] Суммарная мощность отражаемого целью излучения импульса:
Wотраж(ЭПР) = ЭПР*Eизлуч(R) = ЭПР*Wизлуч/Sизлуч(R) "Вт" - [F] Эффективный угол рассеивания излучения Fотраж = 2*pi для ЭПР
- [R] Отраженный сигнал преодолевает от цели до РЛС расстояние R "м".
- [S] Площадь облучаемой поверхности сферы на расстоянии R равна:
Sотраж(R) = 4*pi*R*R "кв.м.". - [E] Поверхностная плотность потока излучения на расстоянии R равна:
Eотраж(R) = Wотраж/Sотраж(R) = ЭПР*Wизлуч/(Sизлуч(R)*Sотраж(R)) "Вт/(кв*м)"
3. Обнаружение цели по отраженному излучению. Для достижения максимальной дальности обнаружения малозаметных целей РЛС должна максимизировать эффективную площадь антенны (ЭПА), через которую принимается отраженный сигнал,
Суммарная мощность принимаемого антенной РЛС отраженного излучения импульса:
Wсигнал(ЭПА) = ЭПА*Eотраж(R) = ЭПА*ЭПР*Wизлуч/(Sизлуч(R)*Sотраж(R)) "Вт"
Подставляя Sизлуч(R) и Sотраж(R) получаем, что уровень сигнала, который принимает РЛС обратно пропорционален
четвертой степени расстояния R от РЛС до цели:
Wсигнал(ЭПА) = ЭПА*ЭПР*Wизлуч/(8*pi*pi*R*R*R*R*(1 - cos(Fизлуч/2)))РЛС способна надежно обнаружить цель c заданной ЭПР на дистанции R только если уровень принятого отраженного сигнала Wсигнал(ЭПА) превышает суммарный уровень внутренних шумов аппаратуры Wшум и уровень внешних помех Wпомех(ЭПА), наводящихся на приемную антенну на рабочей частоте РЛС, более чем в Lmin раз:
Wсигнал(ЭПА)/(Wшум + Wпомех(ЭПА)) > Lmin,
где Lmin - минимальное соотношение "сигнал/шум", зависящее от чувствительности аппаратуры, при котором РЛС ещё способна обнаружить цель по отраженному сигналу.
Минимально необходимый уровень отраженного сигнала для обнаружения цели:
Wсигнал(ЭПА) = Lmin*(Wшум+Wпомех)Чтобы определить максимальную дальность обнаружения цели с заданной ЭПР при заданном уровне помех достаточно подставить начение Wсигнал(ЭПА) = Lmin*(Wшум+Wпомех) в выражение суммарной мощности принимаемого антенной РЛС отраженного излучения импульса:
Wсигнал(ЭПА) = ЭПА*ЭПР*Wизлуч/(8*pi*pi*R*R*R*R*(1 - cos(Fизлуч/2)))Уравнение
(1) для определения максимальной дальности R обнаружения цели:
Lmin*(Wшум+Wпомех) = ЭПА*ЭПР*Wизлуч/(8*pi*pi*R*R*R*R*(1 - cos(Fизлуч/2)))Расчёт максимальной дальности обнаружения целиСлучай 1. Идеальные условия: внешние помехи и наводки на антенну полностью отсутствуют(на рабочей частоте РЛС)
Поверхностная плотность потока излучения помех в любой точке пространства близка к нулю:
Eпомех(R) = 0Суммарная мощность принимаемого антенной РЛС излучения помех близка к нулю:
Wпомех(ЭПА) = ЭПА*Eпомех(R) = 0Wшум >> Wпомех(ЭПА) (пренебрегаем уровнем внешних помех, наводящихся на антенну, по сравнению с тепловым шумом аппаратуры)
Уравнение
(1) для определения максимальную дальности R обнаружения цели:
Lmin*Wшум = ЭПА*ЭПР*Wизлуч/(8*pi*pi*R*R*R*R*(1 - cos(Fизлуч/2)))Максимальная дальность обнаружения цели с заданной ЭПР при отсутствии помех:
R = [ ЭПА*ЭПР*Wизлуч/(Lmin*Wшум*8*pi*pi*(1 - cos(Fизлуч/2))) ] ^ (1/4)Таким образом, при отсутствии помех, дальность обнаружения цели зависит от чувствительности аппаратуры и
прямо пропорциональна корню четвертой степени от произведения ЭПА приемной РЛС и ЭПР отражающей цели:
R ~ (ЭПA*ЭПР)^(1/4)Случай 2. Реальные условия: постоянный шум во всех точках пространства(на рабочей частоте РЛС)
Поверхностная плотность потока излучения помех в любой точке пространства постоянна:
Eпомех(R) = CONSTСуммарная мощность принимаемого антенной РЛС излучения помех:
Wпомех(ЭПА) = ЭПА*Eпомех(R)Wпомех(ЭПА) >> Wшум(пренебрегаем уровнем теплового шума аппаратуры по сравнению с наводящимися на антенну внешними помехами)
Уравнение
(1) для определения максимальную дальности R обнаружения цели:
Lmin*ЭПА*Eпомех(R) = ЭПА*ЭПР*Wизлуч/(8*pi*pi*R*R*R*R*(1 - cos(Fизлуч/2)))(ЭПА слева и справа сокращается, поэтому площадь приемной антенны РЛС практически не играет роли, если наводимые на антенну помехи прямо пропорциональны её площади и много больше уровня внутренних шумов аппаратуры)
Максимальная дальность обнаружения цели с заданной ЭПР при постоянных внешних помехах:
R = [ ЭПР*Wизлуч/(Lmin*Eпомех(R)*8*pi*pi*(1 - cos(Fизлуч/2))) ] ^ (1/4)Таким образом,
при наличии постоянных внешних помех во всех точках пространства, дальность обнаружения цели прямо пропорциональна корню четвертой степени от ЭПР отражающей цели:
R ~ ЭПР^(1/4)Случай 3. Боевые условия: постановка активных помех около прикрываемой цели на рабочей частоте РЛС противника. Постановщики помех расположены около цели или буксируются ей на безопасном расстоянии и прикрывают её от обнаружения, излучая в сторону РЛС противника направленную помеху, мощность которой в заданном диапазоне частот на порядки превосходит мощность отраженного от цели излучения РЛС той же частоты. Для достижения максимальной дальности глушения РЛС противника постановщики помех, подстраиваясь под рабочую частоту РЛС противника, должны максимизировать мощность Wпомех излучаемых импульсов помех на этой частоте, направить излучение в район РЛС противника и минимизировать угол F рассеивания излучения в пространстве, тем самым увеличив поверхностную плотность потока излучения в районе РЛС противника:
- [W] Максимальная мощность излучаемых импульсов помех ограничена и равна Wпомех "Вт".
(если помехи излучаются в широком спектре частот для подавления различных РЛС, тогда необходимо учитывать не общую мощность широкополосной помехи, а спекртальную плотность мощности в узком рабочем диапазоне конкретной РЛС) - [F] Минимальный угол рассеивания излучения ограничен и равен Fпомех "рад" (без учета сканирования)
- [R] Излученный сигнал преодолевает от постановщика помех до РЛС расстояние R "м".
- [S] Площадь облучаемого сегмента сферы на расстоянии R равна:
Sпомех(R) = 2*pi*R*R*(1 - cos(Fпомех/2)) "кв.м.". - [E] Поверхностная плотность потока излучения на расстоянии R равна:
Eпомех(R) = Wпомех/Sпомех(R) "Вт/(кв*м)"
Суммарная мощность принимаемого антенной РЛС излучения импульса помех:
Wпомех(ЭПА) = ЭПА*Eпомех(R) = ЭПА*Wпомех/Sпомех(R)Подставляя Sпомех(R) получаем, что уровень помехи, который принимает РЛС обратно пропорционален
квадрату расстояния R от РЛС до цели, рядом с которой расположены постановщики помех:
Wпомех(ЭПА) = ЭПА*Wпомех/2*pi*R*R*(1 - cos(Fпомех/2))Wпомех(ЭПА) >> Wшум(пренебрегаем уровнем теплового шума аппаратуры по сравнению с наводящимися на антенну внешними помехами)
Уравнение
(1) для определения максимальную дальности R обнаружения цели:
Lmin*ЭПА*Wпомех/2*pi*R*R*(1 - cos(Fпомех/2)) = ЭПА*ЭПР*Wизлуч/(8*pi*pi*R*R*R*R*(1 - cos(Fизлуч/2)))(ЭПА слева и справа сокращается, поэтому площадь приемной антенны РЛС практически не играет роли, если наводимые на антенну помехи прямо пропорциональны её площади и много больше уровня внутренних шумов аппаратуры)
Максимальная дальность обнаружения цели с заданной ЭПР при наличии внешних помех, которые излучают постановщики помех, расположенные рядом с целью:
R = [ ЭПР*Wизлуч*(1 - cos(Fпомех/2) / (Lmin*4*Wпомех*(1 - cos(Fизлуч/2))) ] ^ (1/2)Таким образом,
при наличии внешних помех, которые излучают постановщики помех, расположенные рядом с целью, дальность обнаружения цели прямо пропорциональна квадратному корню от ЭПР цели:
R ~ ЭПР^(1/2)Преимущество малозаметных самолётовИтак, малозаметные самолеты с низкой ЭПР имеют очень незначительное преимущество по дальности обнаружения при отсутствии постановщиков помех рядом с ними, так что пилоты малозаметных самолётов в буквальном смысле должны "молиться на помехи".
При отсутствии постановщика помех снижение дальности обнаружения пропорционально всего лишь корню четвертой степени от снижения ЭПР.
- Если неизлучающий самолёт с ЭПР 10 кв. м. в сантиметровом диапазоне обнаруживается БРЛС за 200 км,
- Тогда неизлучающий самолёт с ЭПР 1 кв. м. обнаруживается этой же БРЛС за 200/(10^(1/4)) = 112 км
(снижение ЭПР в 10 раз приведет к снижению дальности обнаружения в 10^(1/4) ~ 1,78 раз) - Тогда пассивная ракета с ЭПР 0,1 кв. м. обнаруживается этой же БРЛС за 200/(100^(1/4)) = 63 км
(снижение ЭПР в 100 раз приведет к снижению дальности обнаружения в 100^(1/4) ~ 3,16 раз)
При отсутствии постановщиков помех, летящих рядом с целью, уменьшение ЭПР в 100 раз сокращает дистанцию обнаружения всего лишь в 3 раза по сравнению с обычным самолётом.
С другой стороны, если рядом с малозаметным самолётом летят постановщики помех, то малозаметные самолёты получают колоссальное преимущество по дальности обнаружения по сравнению с обычными самолётами, рядом с которыми летят аналогичные постановщики помех.
При наличии постановщиков помех возле цели снижение дальности обнаружения пропорционально квадратному корню от снижения ЭПР.
- Если неизлучающий самолёт с ЭПР 10 кв. м., в сантиметровом диапазоне обнаруживается БРЛС за 100 км
(при наличии летящих рядом с целью постановщиков помех) - Тогда неизлучающий самолёт с ЭПР 1 кв. м. обнаруживается этой же БРЛС за 100/(10^(1/2)) = 31,62 км
(снижение ЭПР в 10 раз приведет к снижению дальности обнаружения в 10^(1/2) ~ 3,16 раз, при наличии летящих рядом с ним постановщиков помех) - Тогда пассивная ракета с ЭПР 0,1 кв. м. обнаруживается этой же БРЛС за 100/(100^(1/2)) = 10 км
(снижение ЭПР в 100 раз приведет к снижению дальности обнаружения в 100^(1/2) ~ 10 раз, при наличии летящих рядом с ней постановщиков помех)
При наличии постановщиков помех, летящих рядом с целью, уменьшение ЭПР в те же самые 100 раз
сокращает дистанцию обнаружения уже в 10 раз по сравнению с обычным самолётом, прикрытым аналогичными постановщиками помех и ещё больше по сравнению с обычным самолётом, не прикрытым даже средствами РЭБ. На большей дистанции противник обнаружит лишь постановщики помех, но не увидит малозаметного самолёта, который они прикрывают, и не сможет навести на него ракету.
Постановщики активных помехКонечно, постановщики помех демаскируют своим узлучением свое присутствие и попытку замаскировать малозаметные самолеты, поэтому они включаются только в тот момент, когда входят в зону видимости РЛС противника и должны быть выключены, если облучение от РЛС противника отстутсвует или очень слабое.
В зоне видимости РЛС противника, постановщики помех включаются и маскируют своим мощным излучением прикрываемый неизлучающий малозаметный самолет и не дают РЛС противника обнаружить его на определенной рассчитанной дистанции. В таких условиях малозаметный самолет со сниженной в 1000 раз ЭПР под определенным ракурсом способен оставаться невидимым для противника даже на малых дистанциях (например, 5-20 км), в то время как обычный самолет, прикрытый такими же помехами, будет заметен в 10 раз дальше (например, 50-200 км).
Разумеется, одинокий постановщик помех рискует быть сбитым пассивной ракетой, выпущенной на его излучение, так как противник способен без проблем определить направление на одиночные источники активных помех с высокой точностью. Поэтому в районе боевых действий:- постановщиков помех должно быть несколько (чтобы затруднить наведение пассивной ракеты на источник излученя, замаскированный другими источниками излучения).
- все постановщики помех должны периодически выключаться и менять позицию, работая попеременно (чтобы сбить захват у выпущенных на их излучение ракет).
- помехи должны ставиться в направлении источников излучения РЛС противника и на рабочей частоте этих РЛС (чтобы увеличить поверхностную плотность потока излучения помех в районе приемной антенны РЛС противника).
- при отстутсвии облучения от РЛС противника постановщики помех должны быть выключены (чтобы не демаскировать своим излучением факт присутствия себя и прикрываемых самолетов и чтобы не поймать ракету с пассивным наведением на источник помехи).
- они должны лететь не очень далеко от прикрываемого малозаметного самолета (чтобы увеличивалась мощность помех при приближении противника к прикрываемому самолету).
- выключенный постановщик помех должен быть малозаметным и иметь возможность пассивно маскироваться помехами других постановщиков (это может беспилотный самолет малых размеров, или ещё один пилотируемый малозаметный самолёт с низкой ЭПР, который выключает РЭБ в тот момент, когда его включают другие, или буксируемый на безопасном расстоянии контейнер РЭБ).
- постановщики помех должны держаться на некотором безопасном расстоянии от прикрываемых самолетов (чтобы их не зацепило, если собьют один из постановщиков помех и чтобы противник не смог по излучению помех узнать точные координаты малозаметного самолета, кроме догадок о его возможном положении).
В простейшем случае на дозвуковой скорости для самоприкрытия несколько малозаметных самолетов, которые летят на безопасном расстоянии друг от друга, могут буксировать компактные устройства-постановщики помех на безопасной переменной дистанции позади себя, попеременно включая и выключая их, так чтобы одновременно работало по крайней мере 2 постановщика помех (чтобы не дать обнаружить точную позицию малозаметных самолетов и хоть как-то "размыть" источник излучения помех), хотя бы 1 постановщик помех был выключен (на случай, если в него уже летит ракета с пассивным наведением, за подлетное время которой попеременно должны успеть выключиться все постановщики) и так, чтобы расстояние от постановщиков помех до прикрываемых самолетов менялось (чтобы нельзя было "угадать" точную позицию малозаметного самолета по позиции источника помех).
До тех пор пока на частоте РЛС противника будут работать постановщики помех, малозаметные самолеты будут совершенно невидимыми для РЛС противника с определенной дистанции, которую можно заранее рассчитать зная параметры РЛС противника и ЭПР своих самолетов в заданном диапазоне частот и мощность своих средств РЭБ на рабочей частоте вражеских РЛС. Дальше этой дистанции навести ракету на малоазметный самолет будет невозможно, до тех пор пока ещё работают постановщики помех. Самолет "где-то там", но с данной дистанции его не видно и невозможно захватить.
Обычным истребителям придется либо резко сокращать дистанцию, что обнаружить и захватить сблизи малозаметный самолет, но при этом на определенной дистанции самолеты с высокой ЭПР рискуют быть внезапно атакованными ракетами средней дальности с дистанции 20 - 60 км. Конечно, за подлетное время ракет можно успеть сделать ответные пуски по "засветившемуся" атакующему, но прежде чем ракеты долетят малозаметный самолет имеет возможность вернуться в режим "малозаметности" и затеряться на фоне помех, сбив захват у ракеты, до того как она долетит, а обычный самолет такой возможности "малозаметности" на данной дистанции уже не имеет и приближающаяся ракета уже четко видит его даже на фоне помех (по крайней мере более четко, чем малозаметный самолет, который имеет огромное преимущество в скрытности, когда рядом с ним постановщики помех).
Либо придется сбивать все постановщики помех, пуская ракеты в направлении на источники излучения, точное расстояние до которых неизвестно, и которые в любой момент могут выключиться (вероятность поражения таких целей относительно низка, ракет может просто физически нехватить даже чтобы подловить хотя бы 1 постановщик помех, который грамотно взаимодействует с другими постановщиками помех, особенно если выключенные постановщики помех и радиоловушки являются малозаметными буксируемыми внешними контейнерами).
Вывод
Наличие малозаметных самолётов с низкой ЭПР резко повышает эффективность средств РЭБ до качественно нового уровня, которого невозможно добиться применением обычных самолётов с высокой ЭПР, прикрытых аналогичными средствами РЭБ. В сантиметровом диапазоне, в котором работают большинство БРЛС современных истребителей, связка "малозаметный самолет + РЭБ" позволяет стать малозаметному самолету в буквальном смысле невидимым на таких малых дистанциях, которые в 10-30 раз меньше дистанции видимости обычного самолета (прикрытого аналогичными средствами РЭБ).
Возможности безопасного прорыва ПВО и выживаемости в воздушных боях у малозаметных самолетов с низкой ЭПР резко увеличиваются на качественном уровне при наличии постановщиков помех (меняется сам закон зависимости дистанции обнаружения от ЭПР), летящих рядом и направляющих помеху в сторону источника излучения РЛС. Обычными самолетами, имеющими высокую ЭПР и аналогичные средства РЭБ, практически невозможно добиться таких результатов, которые дает связка [малозаметный самолет + средства РЭБ].
[Малозаметный самолет с низкой ЭПР] против [Обычного самолета с высокой ЭПР]
Преимущество незначительно даже при наличии ракет воздух-воздух большой дальности.
В условиях отсутствия источника помех около малозаметного самолета снижение дальности обнаружения пропорционально всего лишь корню четвертой степени от снижения ЭПР:
R ~ ЭПР^(1/4)
(уменьшение ЭПР в 1000 раз уменьшает дальность обнаружения
лишь в 5,62 раза)
[Малозаметный самолет + РЭБ] против [Обычного самолета + РЭБ]
Преимущество огромно даже при использовании ракет воздух-воздух средней дальности.
При наличии постановщиков помех возле малозаметного самолета уменьшение дальности обнаружения становится пропорционально квадратному корню от снижения ЭПР:
R ~ ЭПР^(1/2)
(уменьшение ЭПР в 1000 раз уменьшает дальность обнаружения
в целых в 31,62 раза!)