Самые современные боевые самолеты России и США оснащаются самой современной системой обнаружения противника — фазированной антенной решеткой. Как работает этот сложнейший «глаз» истребителя — рассмотрим сами и расскажем простыми словами.

Фазированные антенные решетки (ФАР) — самый главный инструмент работы и современных РЛС, и самый зоркий «глаз» современных истребителей. Стоит заметить, что на самолеты ФАРы ставят двух возможных типов — пассивные (например, «Заслон» — первая в мире ПФАР, установленная на истребителях Миг-31) и активные (например, «Жук-АЭ» на новых Миг-35). Считается, что АФАР — обязательный элемент самолетов 5-го поколения. Но чтобы понять, что это такое, и как это работает, придется начать издалека.

Ключевое слово здесь — «антенна». Напомним, что любая антенна — это устройство для излучения и приема радиоволн. Антенны применяются и для коммуникаций, и для обнаружения техники противника. В простейшем случае антенна работает на манер летучей мыши, испускающей в пространство неслышный нашему уху ультразвук, который, отражаясь от окружающих предметов, дает животному представление о них.

Так действовали еще самые первые РЛС, защищавшие Британские острова от налетов Люфтваффе: они испускали в пространство радиоизлучение и «слушали» отраженный сигнал. По характеристикам отражения можно математически вычислить некоторые свойства отразившего радиоволну объекта — например, его координаты. Однако с тех пор и наука, и техника сделали большой шаг вперед, и современные ФАРы похожи на своих прародителей не больше, чем новый компьютер — на шифровальную машину Colossus (о ней мы рассказывали в статье «Колосс британский»).

В отличие от простой антенны, антенная решетка представляет собой целый массив из сотен (а порой и тысяч) отдельных излучателей. Все эти излучатели работают согласованно, таким образом, что фазы испускаемых ими радиоволн изменяются комплексно (отсюда и определение «фазированная»).

Напомним, что радиоволна, как и всякая другая волна, представляет собой поперечное колебание электрического и магнитного полей. И, как всякое «порядочное» колебание, она характеризуется:

• Амплитудой, которая определяет «силу» колебания.

• Длиной волны и связанной с ней частотой колебаний. Эта величина определяет характер электромагнитного колебания. Радиоволны имеют длину волны от десятых долей миллиметра до десятков метров. Для радиолокации используются волны сантиметровой длины, с частотой около 3−30 ГГц.

• Фазой — то есть состоянием колебательной системы в данный момент времени. Поскольку длина волны и частота у нас, в принципе, постоянны, фаза радиолокационного сигнала показывает текущее «положение» волны на шкале амплитуды.

Из этих характеристик нас особенно интересует фаза, верней, разница фаз колебаний. Из школьного курса физики мы помним, что волны, встречаясь в разных точках пространства, интерферируют, то есть «рекомбинируют» друг с другом в соответствии с разницей их фаз в этих точках. Они могут как взаимно усиливать, так и ослаблять друг друга.

Закончим небольшое теоретическое отступление и вернемся к ФАРам. Как мы помним, каждая антенна в решетке излучает отдельно от других, но согласованно с ними — так, что разницу фаз испускаемых ими радиосигналов можно контролировать — а значит, можно управлять интерференцией волн в нужных нам точках пространства. Этим мы добьемся сразу массы преимуществ.

Во-первых, мы сможем по своему желанию делать сигнал то широким, то весьма узконаправленным и, в принципе, придавать ему самую разную нужную нам форму. Это позволяет и существенно экономить энергию, усиливая «сканирование» лишь на интересующих нас направлениях.

Чтобы сузить луч, можно, конечно, использовать обычную гиперболическую антенну-«тарелку», но на самолет установить ее проблематично, да и управление ее лучом требует вращать всю антенну — а это задача не из простых. Такие антенны, в принципе, ставятся на более ранние самолеты, но это и громоздко, и медленно, а если начать вращать антенной достаточно быстро, неизбежно возникнут проблемы с управляемостью.

Это приводит нас ко второму преимуществу ФАРов: чтобы изменить направление радиолуча, нам не потребуется вращать саму ФАР: достаточно изменить разницу фаз испускаемых антеннами сигналов. А значит, не требуется громоздкое и сложное гидравлическое оборудование, уходят и потери времени на вращение громоздкой антенны: переключение фаз контролирует электроника, и перемещение узконаправленного «внимания» ФАР происходит практически мгновенно.

При этом ФАР принимает сигнал со всех направлений — но по некоторым из них становится намного более чувствительной, что делает ее особенно полезной, скажем, для ведения обнаруженной цели. Это уже — вещь, которую не стыдно поставить на любой самолет!

Сначала для этой цели были использованы пассивные фазированные антенные решетки (ПФАР), имеющие один излучатель и один приемник. В ячейках ее расположены не отдельные излучатели и приемники, а специальные фазовращатели, которые, получая сигнал от излучателя, меняют его фазу нужным образом. Но более современный вариант — активная ФАР (АФАР), в каждой ячейке которой имеется собственный излучатель и приемник, хотя, конечно, все они работают под контролем единого электронного центра. Каждая ячейка АФАР сама излучает сигнал, управляемый по фазе и частоте, а в самых сложных версиях — и по амплитуде.

В отличие от ПФАР, они намного чувствительней и надежней: выход из строя излучателя или приемника не делает всю АФАР бесполезной грудой железа, она продолжает работать: в АФАР таких приемников-передатчиков сотни! Ну а современные мощные компьютеры еще более расширяют возможности этого инструмента, позволяя одновременно вести десятки целей, в том числе и наземных — и даже картографировать местность параллельно основной работе.

Более того, появляется возможность работать с разными частотами излучения, повышая помехозащищенность или, скажем, устанавливая с помощью АФАР помехи противнику: одна часть ячеек работает как РЛС, а другая — как постановщик помех. Наконец, они экономней: в ПФАР велики потери сигнала при передаче к фазовращателям, а в АФАР их просто нет.

Конечно, в этом море меда нашлось место и изрядной доле дегтя. Главная головная боль разработчиков РЛС с АФАР — охлаждение. Такая масса излучателей чрезвычайно сильно перегревается, и даже в полете воздушного охлаждения совершенно недостаточно, и приходится использовать жидкостную систему, заполненную специальными хладагентами.

Еще одна проблема — стоимость: в современных АФАР число отдельных элементов-ячеек достигает сотен, а то и 1−1,5 тыс. И если каждый из них стоит не слишком много — допустим, пару сотен долларов — то в сумме выходит изрядно.