1 января, 2004

Тверская научная школа

Много лет она занимается разработкой специализированной системы характеристик воздушных и космических ЛА

В НАЧАЛЕ 1960-х гг. стало ясно, что есть необходимость в тщательном изучении специальных свойств летательных аппаратов как объектов наблюдения и поражения. С учетом того, что разработкой, испытанием информационных и огневых средств ПВО занимались специализированные группы различных организаций, важное значение имело единство в понимании и использовании характеристик как радиолокационной и оптической заметности ЛА, так и их уязвимости. Ведь от достоверности, полноты и обоснованности этих исходных данных существенно зависело качество будущих образцов вооружений, а ошибки были чреваты высоким экономическим ущербом.

ВПЕРВЫЕ В СССР

Решением правительства СССР во 2-м ЦНИИ МО был сформирован коллектив специалистов, и по инициативе академика Е.В. Золотова началось создание уникальной лабораторной базы по исследованию характеристик уязвимости летательных аппаратов. В результате в 1962 г. в стране впервые появился утвержденный Советом министров нормативно-технический документ, позволяющий на основе обоснованных исходных данных о характеристиках уязвимости целей теоретически оценивать эффективность огневых средств ПВО на различных этапах их проектирования. Тогда же в институте приступили к созданию научных подразделений и экспериментальной лабораторной базы по исследованию характеристик радиолокационной и оптической заметности ЛА.

Отличительной особенностью работ в рамках данной научной школы является проведение исследований в различных областях науки и техники. Их диапазон простирается от решения задач кинетики физико-химических процессов плазмообразования, сопутствующих реальному полету ЛА, свойств материалов и покрытий конструкций, траекторных характеристик целей до фундаментального изучения высокоскоростной деформации материалов, распространения и рассеяния оптических и радиоволн трехмерными объектами сложной пространственной структуры.

Состав характеристик ЛА, а также методы их получения непрерывно развивались по мере создания новых информационных и огневых систем, а также совершенствования самих летательных аппаратов. С момента становления данной научной школы ее характерной чертой являлось то, что впервые в практике создания отечественных вооружений объекты поражения анализировались строго в комплексной взаимосвязи - не только основные характеристики ЛА, определяющие их летные качества и боевые возможности, но и такие, как радиолокационная и оптическая заметность. В дальнейшем, в конце ХХ века, этот подход нашел широкое применение за рубежом при создании перспективных малозаметных летательных аппаратов.

НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Они непрерывно развиваются в части совершенствования новых методов и средств определения характеристик современных малозаметных и малоуязвимых ЛА. К основным из них можно отнести следующие: теоретические исследования по обоснованию облика летательных аппаратов, летно-технических и траекторных характеристик; теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию отражательных характеристик ЛА в радиолокационном диапазоне длин волн, по обоснованию отражательных и излучательных характеристик ЛА в оптическом диапазоне длин волн, по обоснованию характеристик уязвимости ЛА; разработка и совершенствование экспериментально-моделирующей базы для оценки и анализа достоверности основных характеристик ЛА.

Учитывая сложность и комплексный характер исследований, в разработке исходных данных принимают участие такие авторитетные организации, как Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского, ЦНИИ машиностроения, Исследовательский центр им. M.B. Келдыша, Конструкторское бюро машиностроения (г. Коломна) и многие другие.

К особенностям представляемой научной школы 2-го ЦНИИ необходимо отнести значительное развитие новых направлений в теории математического моделирования рассеяния радиоволн реальными конструкциями ЛА, теории подобия и электродинамического моделирования летательных аппаратов и плазменных образований, сопутствующих полету гиперзвуковых ЛА, а также создание прецизионных методов экспериментального исследования радиолокационных характеристик моделей ЛА в наземных условиях. Объективной причиной для этого стали колоссальные трудности постановки специализированных натурных экспериментов с применением реальных средств ПВО, не приспособленных для проведения необходимых измерений. К известным современным работам в этой области исследования необходимо отнести новые решения задач дифракции радиоволн на эталонных объектах (многослойные магнитодиэлектрические - пластина, сфера, цилиндр и другие) и конкретных летательных аппаратах для дальней и ближней зон локации с учетом применения радиопоглощающих материалов или в условиях влияния подстилающей поверхности земли.

При разработке исходных данных по оптическим характеристикам ЛА физическое моделирование оказалось в значительной степени недостаточным, поэтому в разработанной научной школой методологии значительное развитие получили направления исследований и методы измерения излучательных характеристик фонов и ЛА, впервые в СССР основанные на применении специально оборудованных пилотируемых космических летательных аппаратов и самолетов-лабораторий.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ БАЗА

Оценка и анализ специальных характеристик летательных аппаратов осуществляется с широким применением экспериментальных методов, обеспечивающих высокую достоверность теоретических оценок и возможности для практической реализации новейших технологий снижения заметности и повышения уязвимости на реальных ЛА. Вот почему большое значение придается метрологическим параметрам имеющихся экспериментальных комплексов, непрерывному совершенствованию этих параметров, обеспечивающих достоверность получаемых характеристик и их высокую практическую ценность. В состав экспериментальных лабораторных комплексов входят четыре основных измерительных системы.

Эталонный радиолокационный измерительный комплекс ("ЭРИК-1") открытого типа предназначен для измерения радиолокационных характеристик воздушных и космических объектов, включая летательные аппараты, выполненные по технологии "cтелс", и наземных объектов. С его помощью осуществляются разработка и уточнение исходных данных по радиолокационным характеристикам ЛА (в том числе выполненных по технологии "cтелс"); конструирование мишеней с заданными радиолокационными характеристиками; экспериментальная оценка эффективности применения новых способов и устройств снижения радиолокационной заметности; подготовка рекомендаций разработчикам ЛА и наземных объектов по снижению радиолокационной заметности.

В комплексе реализованы оригинальные методы и новейшие технические решения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами на более чем 300 изобретений. К ним относится разработка специальных методов прецизионных измерений малозаметных объектов, создание антенных устройств и приемно-передающей аппаратуры, обеспечивающей одновременное измерение практически во всем радиолокационном диапазоне длин волн - от миллиметрового до метрового - эффективной площади рассеяния объектов с уровнями от 10-3 до 104 м2. Кроме того, специальные устройства комплекса позволили впервые обеспечить удержание в измерительном поле радиолокатора искусственного плазменного образования и определение его угловых характеристик эффективной площади рассеяния.

Созданный измерительный инструмент обеспечивает уникальные возможности исследования как элементарных отражателей размером в несколько десятков миллиметров, так и полномасштабных летательных аппаратов весом до 2 тонн и размером 8-12 м.

Эталонный радиолокационный измерительный комплекс, для исследования радиолокационных характеристик ЛА, построенный в Твери, не имеет себе равных в Европе и по многим параметрам превосходит американские аналоги. Его творцы в 1987 г. были отмечены Государственной премией СССР в области науки и техники.

Оптический измерительный комплекс "Фотон" спроектирован и построен для исследований лазерно-локационных характеристик объектов, оптических свойств материалов, покрытий и оптических элементов ЛА. Он обеспечивает измерения интегральной и дифференциальной ЭПР объектов в лазерном диапазоне на длинах волн 0.337; 0.5; 0.63; 1.06; 10.6 мкм на 25-метровой измерительной трассе в закрытом павильоне и на открытой трассе протяженностью до 800 м. При этом измерения интегральной ЭПР объектов могут проводиться по реальным летательным аппаратам или по их физическим моделям массой до 200 кг с линейными размерами до 2 м.

Для измерения ЭПР оптических и оптико-электронных средств, размещенных на ЛА, используются установки на длинах волн 0.63 и 1.06 мкм.

Широкие возможности предложенных специальных средств и методов измерений обеспечивают исследования отражательных характеристик материалов и покрытий ЛА в условиях моно - и бистатической локации на длинах волн 0.63; 1.15; 3.39 и 10.6 мкм.

Экспериментально-моделирующий комплекс "Старт" предназначен для отработки методик и оптимизации схем проведения воздушно-космических экспериментов по исследованию излучательных характеристик объектов и фонов в оптическом диапазоне, получения теоретических и экспериментальных оценок излучательных характеристик для создания системы исходных данных и определения направлений снижения оптической заметности объектов, обучения и тренировки операторов приемам работы в ходе экспериментов.

Он позволяет решать следующие основные задачи:
- проверка и отработка методик проведения воздушных и космических экспериментов по исследованию излучательных характеристик объектов и фонов в оптическом диапазоне, многопараметрическая оптимизация схем натурных экспериментов;
- калибровка и проверка достоверности используемых расчетных методов определения характеристик излучения объектов, статистическая обработка экспериментальных данных и проведение расчетных экспериментов по оценке характеристик излучения объектов и фонов;
- определение направлений снижения оптической заметности объектов;
развитие локального банка данных по объектам и фонам с архивированием и хранением двумерного распределения поля яркости фонов земли, яркостных портретов объектов;
- подготовка операторов управляемых приборных комплексов.

"Старт" обладает следующими основными характеристиками:
- количество отображаемых в поле зрения оператора объектов - до 400 (фоновые и целевые);
-характер моделирования динамических характеристик объектов - независимое движение целевых и фоновых объектов в реальном масштабе времени;
-количество градаций яркости объектов - до 256.

Стрельбовый моделирующий комплекс (СМК) имеет в своем составе восемь оборудованных баллистических трасс, размещенных в капитальных отапливаемых зданиях, и площадку подрыва. СМК оснащен:
- пороховыми и легкогазовыми баллистическими установками и взрывными устройствами, обеспечивающими метание поражающих элементов массой до 150 г со скоростями до 4,2-4,5 км/с и массой до 20 г со скоростями 6,0-6,5 км/с;
- специальным оборудованием и мишенной обстановкой для имитации реальных условий полета и функционирования ЛА (в том числе барокамерным оборудованием, гидравлическими стендами нагружения, имитационным энергостендом, бронекамерой, подрывной камерой, температурным стендом);
- измерительно-регистрационными средствами для измерения скоростных и пространственно-временных характеристик полей поражения.

Использование СМК позволяет экспериментальными методами исследования решать следующие задачи:
- обоснование характеристик уязвимости ЛА к поражающему действию боеприпасов, оценка критериев поражения жизненно важных агрегатов и систем летательных аппаратов, исследование закономерностей процессов поражения;
- экспертиза боеприпасов в интересах повышения их эффективности и выбора рациональных параметров;
- разработка рекомендаций для конструкторов летательных аппаратов по повышению боевой живучести авиационной, ракетной и космической техники; выбор рациональных из условий боевой живучести конструкционных материалов.

Учитывая высокие требования к достоверности сведений, получаемых с помощью комплексов, каждый из них прошел Государственную метрологическую экспертизу и имеет соответствующий аттестат Российской Федерации, периодически подтверждаемый специалистами.

В заключение отмечу, что за весь период существования научной школы, занятые решением возложенных на нее задач специалисты 2-го ЦНИИ получили более 1000 авторских свидетельств и патентов СССР и РФ на изобретения в области экспериментальной физики, электродинамики, оптики и физики высокоскоростной деформации материалов и конструкций. Признание научной школы как ведущей в Российской Федерации подтверждено присуждением гранта президента России 2003 г. № НШ-2361.2003.9 на поддержку молодых российских ученых и ведущих научных школ.

Наиболее крупные новейшие разработки школы были представлены на международных авиационно-космических салонах "МАКС-2001" и "МАКС -2003", где они получили высокую оценку не только отечественных ученых и инженеров, но и коллег из Англии, Франции и стран Ближнего Востока.