dxdt.blog: занимательный интернет-журнал

Блог dxdt.ru продолжает выходить, хоть и образовался небольшой перерыв. Вот, кстати, уже буквально через несколько лет мы увидим дирижабли в качестве ключевого элемента ПВО, предназначенного для борьбы с крылатыми ракетами. Так-то: дирижабли против ракет.

Почему? Потому что крылатые ракеты становятся всё быстрее (готовят новые мощные и универсальные сверхзвуковые ракеты) и всё хитрее (перспективные ракеты малозаметные, летающие по сложной траектории). Именно с помощью дирижаблей можно уверенно обнаруживать подобные цели (ракеты) на достаточном расстоянии от прикрываемого объекта, а тут подлётное время очень важно: если десять секунд до прилёта, то, в общем-то, обнаружение “прилетающего изделия” особого смысла не имеет.

Дирижабль патрулирует на большой высоте (вон они рекорды устанавливают во всю), а с большой высоты маловысотные крылатые ракеты неплохо видно на фоне земли, если смотреть правильным радаром, установленным на дирижабле. Более того, чем быстрее ракета летит, тем, в общем случае, легче её увидеть. Дело не только в “доплеровском сдвиге”: у сверхзвуковых и, особенно, гиперзвуковых ракет есть выдающие их ударные волны и “спутный след”. (Подробности со ссылками – позже.)

Про возрождение дирижаблей я писал раньше, кстати.

В комментариях верно упоминают “сетецентрический подход”, который предполагает, что, например, ракеты “воздух-воздух” могут в полёте не только получать корректирующие команды с того или иного истребителя, но и вообще дистанционно перенацеливаться, обмениваясь при этом информацией в двух направлениях.

Перенацеливание в полёте – очевидная важная функция. Скажем, семь-восемь ракет, одновременно выпущенных по сложной цели (типа F-22), могут большей частью пропасть, если цель поразила первая, а другие даже не успели промахнуться. Поэтому очень хорошо будет перенаправить оставшиеся ракеты, сохранившие энергию, на другую цель, тем более что военные воздушные цели часто летают группой.

Собственно, набор продвинутых в технологическом плане ракет и развитые информационные технологии (хоть бы и на базе “потребительских компьютеров”, размещённых на борту военно-транспортного самолёта, что сейчас можно наблюдать у китайцев) – это отличный козырь в борьбе с “пятым поколением”. (Грамотный тактический ход с одновременным использованием ракет с РЛ- и ИК-наведением, когда первая вынуждает гипотетический F-22 развернуться соплом к противнику, тем самым подставившись под ИК-головку, вроде бы уже обсуждали. Понятно, что возможность обновить целеуказание ракете с РЛ-головкой, используя данные с ИК-сенсора второй ракеты, сильно добавляет эффективности.)

(Иллюстрация к тексту отношения не имеет.)

В продолжение предыдущей заметки по теме, пара моментов. (Напомню, что речь шла о том, можно ли не просто ставить комплексам ПВО активную помеху, но вторгаться в систему внутреннего управления комплекса и активно вмешиваться таким образом в его работу.)

Момент первый: “побочные излучения”. Так, для успешного “внедрения в систему”, хорошо бы знать в каком режиме работает комплекс, что происходит у него внутри в данный момент времени. Известно, что практически всякое электронное устройство при работе излучает электромагнитные волны в окружающее пространство. Радиоэлектроника комплекса ПВО, даже не то чтобы не является исключением, а наоборот – излучает много всякого вокруг. При этом, понятно, часть систем там вообще создана для излучения зондирующих импульсов, а другая часть просто излучает из-за законов физики. Все эти “побочные эффекты” можно принимать из эфира чувствительным оборудованием и анализировать. Часто, приём возможен с большого расстояния.

Тут ещё нужно иметь в виду, что комплексы ПВО, это системы реального времени – они работают по довольно жёстким алгоритмам, привязанным к “временной диаграмме”. Поэтому, определив, в каком режиме находятся системы комплекса в данный момент, можно предсказать, решением каких задач эти системы займутся в следующие секунды. Как раз для определения действующего режима подходит анализ “утечек излучений”.

Более того, многое можно понять уже изучая “штатные” зондирующие импульсы: какие цели сопровождает комплекс, какие собирается обстреливать, сколько именно целей уже на сопровождении и т.д. Понятно, что принимать “штатные” сигналы можно, например, с борта самолёта ДРЛО. Перца в блюдо добавляет то простое рассуждение, что на борту этого самолёта можно принимать не только “прямые сигналы” передатчика радара комплекса, но и множество отражений этих сигналов (в том числе, отражения от целей, от самого комплекса и т.д.). Так что материала для компьютерного анализа много. Результаты анализа позволяют рассчитать “точки входа” для активного вмешательства.

Момент второй: почему нужно строить хитрые атаки на вскрытие внутреннего управления и на, вероятно, частичный перехват этого управления, вместо того, чтобы поставить более простую помеху, приводящую к “распаду функций” комплекса (радары не передают целеуказаний, КП отключен от пусковых установок и т.п)? Вот почему: хитрая “хакерская” атака служит для эффективной дезинформации противника, не раскрывая при этом намерений атакующей стороны, а простой вывод систем из строя сразу демаскирует и атаку и намерения.

Вот.

Можно ли средствами РЭБ не просто “поставить помеху”, а вмешаться в управление комплексом ПВО? И не использовать при этом аппаратные закладки? Вопреки ожиданиям, вполне возможно, по крайней мере в теории, не очень уж далёкой от практики. Правда, потребуются суперсовременные средства РЭБ (авиационного базирования), мощные вычислители и инструменты проведения “сетевой атаки”, связывающие несколько узлов (разведчиков и, собственно, атакующих) в единую систему.

Дело вот в чём: комплекс ПВО для внутренней связи (а там есть командный пункт, пусковые установки, радары и т.д.) может использовать радиоэфир. Например, УКВ. Авиационной системой можно внутренний сигнал комплекса принимать с большого расстояния (главное, чтобы антенна имелась подходящая). Принятый сигнал можно исследовать и “раскрыть”, если шифрование не используется или используется нестойкое шифрование (“нестойкости”, кстати, так же можно создать средствами радиотехнической разведки, но это отдельная тема).

Теперь, с помощью мониторинга “открытых” внутренних каналов связи комплекса, можно построить сложную активную помеху, то есть с помощью мощного передатчика и направленной антенны (а вернее сказать, с помощью нескольких передатчиков) создавать на приёмниках комплекса ложные сигналы, имитируя, например, работу командного пункта или встраивая “поддельные координаты” в данные целеуказания, ну или ещё какие-нибудь хитрости придумать.

Работает ли это уже на практике? Ну вот можно предположить, что что-то подобное использует Израиль.

Кстати, важный аспект, в смысле помехопостановки и использования всяческих ложных целей, – вычислительная мощность компьютеров, и, кроме того, оптимальные алгоритмы.

Например, комплекс ПВО: тут требуется вычислять параметры цели, сопровождать её перемещение (а это означает, что необходимо записывать данные о скорости цели, аппроксимировать траекторию и т.п.). Теперь предположим, что одну реальную цель сопровождает множество ложных. Достаточно большое количество более или менее хитрых ложных целей будет перегружать вычислительную систему комплекса уже задачей распознавания того, что эти цели ложные (даже, если комплекс научили их распознавать). Конечно, совсем простые “обманки” не помогут: можно так настроить радар, что сигналы от них будут отсеиваться ещё на самых ранних этапах обработки. Но, как говорится, беспилотники в помощь.

Другой пример: перспективные спутниковые системы слежения за передвижением объектов на больших территориях. Для чего такие системы мониторинга строятся? Вовсе не для изучения миграций тюленей или круторогих северных оленей. Строятся они для оперативного мониторинга перемещения мобильных ракетных комплексов (с МБР, конечно). Тут куда как более серьёзные требования к вычислительным системам – требуются суперкомпьютеры.

Почему? Потому что, понятно, для маскировки комплексов используются нетривиальные методы, и для того, чтобы в данный момент времени хорошо знать вероятное положение комплекса, нужно уметь выделять возможные районы его нахождения (комплексы пока что не телепортируются), предвычислять возможные маршруты, распознавать “ложные объекты” (в случае со спутниковой группировкой, мониторящей поверхность Земли, “ложные цели” создаются, например, атмосферными эффектами) и считать другие хитрые вещи.

При этом точность определения местоположения мобильного объекта целиком и полностью зависит от “глубины” и непрерывности записанной в базах данных “истории” этого объекта перемещений (вчера, два дня назад, месяц назад и т.д.). А ещё нужно сводить воедино сведения от разных датчиков и спутников, учитывать прогнозы (и погоды, и перемещений).

Впрочем, вычислительные мощности и дисковое пространство для долговременного хранения данных теперь сильно подешевели.

Технологии, как известно, дешевеют. Скажем, дешевеет элементная база, средства разработки и доступ к мат. аппарату, потребные для создания сложных сетевых систем локации: узлы разнесены в пространстве и обмениваются между собой информацией. Узлы тут не обязательно наземные. Подобные системы сильно уменьшают полезность классической радиолокационной “Стелс”, потому как позволяют малозаметные самолёты обнаруживать (самолёты тут один из примеров).

Выходит, что уменьшающие одно из ключевых преимуществ того же F-22 системы скоро будут доступны даже странам, не являющимся лидерами технологий. Ну, им просто продадут нужные системы и помогут их развернуть, ввести в эксплуатацию.

Значит ли это, что “Стелс” на F-22 вообще не нужен был? Вовсе нет. Во-первых, не малозаметный самолёт (танк, корабль) можно было бы обнаруживать традиционными средствами, экономя на развёртывании новых сложных систем. Во-вторых, остаются трудности с точным наведением ракет и снарядов на малозаметные цели (трудности решаемые, но, опять же, требующие дополнительных систем). Ну и, в-третьих, без разных F-22 ответная часть систем вооружений развивалась бы хуже.

При этом сетевые системы, за которыми будущее, полезны вовсе не только для обнаружения “Стелсов”. Напротив, имея в распоряжении активно взаимодействующую “локационную сеть” можно, скажем, гораздо эффективнее противодействовать помехам. Сеть, кстати, должна содержать в своём составе вовсе не только радары, но и оптические системы (в том числе ИК).

А со стороны “малой заметности”, следующий шаг – создание действительно “невидимых” объектов, отличных по физическим принципам от классического “Стелса”. Но вот тут ещё придётся подождать лет двадцать.

На фоне осени и выборной поры в США, вновь обсуждают старую тему: помехи GPS и штатовское высокоточное оружие. То есть, мол, если “создать сплошное поле помех GPS”, то крылатые ракеты и “умные бомбы” полетят сильно мимо намеченных целей.

Я, кстати, не так давно рассказывал о том, что навигация не сводится к GPS (правда, применительно к беспилотникам). Если задуматься о “поле помех”, то что можно придумать? Понятно, что такое “поле”, если бы его можно было развернуть, оказалось бы полезным: недоступность GPS усложнила бы навигацию. Впрочем, задача создания такой “массовой помехи” для военного сигнала GPS – весьма сложна.

Хитрость в том, что разработчики военных “навигаторов” знают о том, что помехи возможны, поэтому приёмники и прочее “сигнальное оборудование” GPS проектируется помехоустойчивым, так что с созданием “поля” придётся повозиться.

Есть и другие хитрости. К примеру, крылатые ракеты умеют ориентироваться с помощью инерциальной навигационной системы и по топографии местности. Скажем, в инерциальном навигаторе накапливаются ошибки, поэтому можно было бы предположить, что если GPS отсутствует в течение существенного по продолжительности отрезка полёта ракеты, то ракета существенно отклонится от намеченного курса. Вроде бы логично. Так и рассуждают.

В реальности тут есть два важных момента, меняющих положение дел. Во-первых, чтобы закрыть “существенный отрезок полёта”, придётся сделать совсем уж гигантское “поле помех”, закрывающее сотни тысяч квадратных километров. Если же помехи действуют только на небольшой территории, на завершающем этапе полёта ракеты, то каких-то особых проблем у неё не возникнет: на всём предшествовавшем пути ошибки инерциальной системы корректировались GPS, а за оставшиеся до цели километры ошибка просто не сумеет “набрать вес”.

Во-вторых, полёт ракеты корректируется “по местности”, что также позволяет исправлять ошибки инерциальной навигации. Так что даже в случае полного подавления GPS останется второй метод коррекции – “по карте”. При этом рельефы и опорные точки исследуют с помощью спутников, так что не разумно ожидать, что “карты устареют”.

С бомбами ситуация несколько иная. Хотя суперсовременные системы наведения там также используют дополнительные сенсоры, привязывающие траекторию “к местности” и к самой цели, традиционный подход всё равно базируется на инерциальной навигации и GPS. Но нужно учитывать, что современные инерциальные устройства весьма точные и бомба не собирается лететь тысячу километров сквозь ветра и горные ущелья. Если коррекция по GPS окажется невозможна, то точность попадания для “умной бомбы” ухудшится, скажем, на несколько метров, при этом всё равно оставаясь вполне практически полезной.

Есть ещё менее популярная идея с “умными, уводящими помехами”. Мол, нужно не просто “запомехить” сигнал GPS, а изменить его таким образом, чтобы ракеты/бомбы уж вообще летели “не туда”. Действительно, такие фокусы, при наличии специального оборудования, проходят для гражданских GPS-навигаторов. Там, если подсунуть приёмнику навигатора фальшивый сигнал вместо реального, можно просто управлять определением координат. То есть фактически приёмник находится в центре пустыни Сахара, но при этом изумлённый пользователь видит, что по данным на экране навигатора он как бы стоит в центре Вашингтона, округ Колумбия, США.

Но с вооружениями такой фокус не проходит. Мало того что сами приёмники во многих случаях сумеют отличить настоящий военный сигнал GPS от поддельного. Так ещё и навигационная система в целом, обнаружив расхождения между данными GPS и других “источников координат” (инерциальных, “топографических”), которые не могли бы возникнуть в реальности (физические законы же движения известны), просто перестанет учитывать сигналы GPS.

Так что нельзя считать, что помехи GPS являются каким-то “абсолютным оружием” против высокоточных систем наведения.

(Картинка: Boeing)

Телескопы позволяют следить за звёздами и открывать новые планеты (вне солнечной системы). Это, так сказать, фундаментальная роль. А есть и вполне прикладные, например, работа в составе оптических систем наведения.

Как известно, малозаметные самолёты “Стелс”, например, F-22 Raptor, вполне себе неплохо заметны “визуально” и в видимом диапазоне длин волн, и в ИК. А поэтому оптическая станция с хорошим компактным телескопом, установленная, например, на истребителе, может разглядеть F-22 с большого расстояния.

Понятно, что телескоп в такой станции может довольно быстро осуществлять “сканирование пространства”, а автоматическая система анализа изображения может самостоятельно (и тоже быстро) обнаруживать цели. При этом, если речь идёт о ночном времени, то в ИК-диапазоне тот же F-22 обязательно заметен, вопрос лишь в детекторе, в возможностях по охлаждению приёмной матрицы.

Понятно, с наблюдением возникнут проблемы: облака, атмосферные искажения и т.п. Кроме того, гарантированы трудности с определением координат цели, так как сложно вычислить расстояние. В последнем случае, впрочем, поможет наблюдение с нескольких истребителей, обменивающихся между собой информацией о целях в реальном времени. При этом оптический канал должен работать вместе с РЛС: например, если удалось что-то заметить в данном направлении, то можно туда более тщательно “посветить” радаром, увеличив его чувствительность.

Так что оптические системы развиваются бурно.

Некоторое время назад я писал о системах, позволяющих самолёту “узнать” о том, что приближается ракета. Одним из направлений, в которых может пригодиться информация о приближающейся ракете, является использование разнообразных “обманок” для того чтобы сбить ракету со следа. Самый банальный вариант, это всем известные “тепловые ловушки”: некие подходящие по яркости источники ИК-излучения, отстреливаемые самолётом и призванные обманывать тепловые головки самонаведения ракет.

(U.S. Air Force Photo)

Надо сказать, что даже современные “тепловые ловушки” могут ввести в заблуждение лишь самую простую ракету. Более сложные системы наведения используют дополнительную информацию о цели и умеют вычислять “обманки”. Например, на ракете можно использовать второй сенсор, принимающий ультрафиолетовое излучение. Понятно, что тепловые имитаторы вообще бесполезны против ракет с радиолокационным наведением.

Впрочем, технологии имитации тоже развиваются. Придумывают всё более сложные имитаторы, “ложные цели”, пытающиеся разом обмануть не только в ИК-сенсоры, но и радары. Например, есть подобные буксируемые имитаторы: самолёт выпускает имитатор и тянет за собой на тросе. В результате, с точки зрения атакующего, появляется вторая цель, уничтожение которой, впрочем, не нанесёт особого вреда реальному самолёту.

Ложные цели – важное средство маскировки и прикрытия. Не только в авиации. Скажем, очень давно практикуют строительство “фанерных макетов” наземной военной техники и сооружений. Правда, современные макеты делают уже не из фанеры – это не технологично. Современные макеты надувают. При этом правильно спроектированная надувная “обманка” может имитировать реальное изделие и в радиолокационном смысле.

Имитаторы вводят противника в заблуждение относительно расположения и количества действительно важных целей. Если нет возможности надёжно распознать имитаторы, то придётся атаковать все обнаруженные цели – реальные и поддельные. Обстрел “картонных дурилок” – дело дорогое, во всех смыслах, особенно если речь идёт об атаках с воздуха, с использованием, скажем, беспилотников.

(Фото: компания Русбал)

Вообще, если пилот самолёта ещё как-то может проявить смекалку и отличить надувной танк (который, кстати, тоже может “ползти по полю”) от реального, то для беспилотника, ориентирующегося, например, по видеоизображению, такая задача супертрудна. Трудной она остаётся и в том случае, если беспилотником дистанционно управляет человек, потому что последнему также придётся иметь дело с изображениями (а они могут содержать шумы и искажения).

Надо ещё учитывать тот факт, что пока беспилотник делает “контрольный облёт” резинового танка, чтобы разглядеть его получше, расположенный неподалёку вполне реальный комплекс ПВО (с виду – как надувной), может этот беспилотник уничтожить.

Впрочем, беспилотники будут очень полезны в качестве перспективных имитаторов воздушных целей. Действительно, можно сконструировать летательный аппарат таким образом, чтобы с точки зрения наземных комплексов ПВО, использующих радары, он был похож, скажем, на истребитель. При этом, если в качестве имитатора выступает беспилотник, приманка сможет маневрировать самым различным образом – это сильно добавляет сходства с настоящей целью. (Понятно, что будут заметные ограничения по скорости и т.д., но, тем не менее: маневрирующий беспилотник, это не привязанный на тросе планер-имитатор.)

Если добавить к атакующим истребителям побольше подобных им ложных целей, да ещё использовать современные средства РЭБ, то силы ПВО окажутся в затруднительном положении: необходимость обслуживать большое число целей приведёт к перегрузкам и ошибкам, а уж если придётся все эти цели обстреливать, то станет совсем нелегко, ведь запас ракет сильно ограничен.

Впрочем, подобные беспилотники-имитаторы – гораздо дороже надувного макета. С другой стороны, авиационные агрегаты и электроника дешевеют, а для беспилотника-приманки можно использовать устаревшие “составные части”.

Ну а более хитрой ситуация станет тогда, когда одни беспилотники будут служить ложными целями для прикрытия других беспилотников, а не обитаемых самолётов.

В развитие темы про ЭПР самолётов и её интерпретации. Оказывается, живо и другое заблуждение, состоящее в слишком широком толковании такой характеристики, как “ЭПР этого истребителя “Стелс” – 0.1 м²: очень маленькая”.

Дело в том, что рассеяние электромагнитных волн на реальном самолёте сильно отличается от рассеяния “на эталонном шаре”. Поэтому когда указывают “площадь рассеяния”, то имеется в виду не то, что рассеяние на самолёте моделируется соответствующим шаром, а то, что для очень конкретных условий измерения можно сравнить сигнал от цели в точке приёма с сигналом от эталонного шара.

Когда речь идёт о “Стелс”, то нужно иметь в виду, что очень малая ЭПР там, обычно, наблюдается для некоторых ракурсов и условий облучения цели. Более того, стелс-аппарат может отражать существенную часть падающей на него, например с направления “по курсу”, мощности излучения вниз (один из вариантов), а не в направлении источника. Это одно из базовых правил создания малозаметных аппаратов, известное очень давно. Так вот, если приёмник РЛС расположен не рядом с передатчиком, а совсем в другой точке пространства (под аппаратом, как вариант, при облучении “с носа”), то мощность передатчика, рассеиваемая целью “Стелс” в направлении этого приёмника, может быть иной, а не такой же, как в случае шара, соответствующего ЭПР 0.1 м². Потому что самолёт – это не шар.

В итоге энергия, поступившая на приёмник такой разнесённой РЛС, может, если интерпретировать её через “наивную ЭПР” и “обычную” РЛС, например, соответствовать ЭПР 10 м². Другими словами, цель уже перестаёт быть малозаметной.

Про одну из практических реализаций, использующих описанный только что “эффект” для обнаружения малозаметных аппаратов, я рассказывал ранее, в заметке про шведскую систему обнаружения “Стелс”.

Практически всякая дискуссия про современные и перспективные истребители содержит в себе упоминания такого понятия, как ЭПР, а уж если речь идёт о радарах и “Стелс”, то аббревиатура ЭПР встречается буквально через слово, то “подтверждая” очередной тезис, то его же “опровергая”. При этом вокруг наивно интерпретируемой ЭПР собрался широкий набор заблуждений.

Что такое ЭПР? Аббревиатура расшифровывается так: Эффективная Поверхность Рассеяния. Грубо говоря, ЭПР – это некая количественная мера отражённой в направлении приёмника энергии электромагнитного излучения, падающего на цель. В реальности, как водится, всё сложнее и даже строгое определение понятия ЭПР требует привлечения “хитрых формул”, а уж изучение и измерение ЭПР на практике – вообще большая наука.

Между тем, в довесок к строгим теоретическим, есть довольно доступное, так называемое экспериментальное, определение ЭПР, которым, собственно, и оперируют в большинстве “популярных случаев”. Итак, если утрировать ситуацию, то можно написать, что ЭПР реальной цели интерпретируют через “идеальную сферу”, которая обладает такими же “характеристиками отражения”, как и исследуемый объект (при “прочих равных”, понятно). Собственно, в качестве меры ЭПР как раз указывают площадь большого круга, соответствующего сечению данной “эталонной сферы”. Поэтому ЭПР и указывают в единицах площади.

Как раз одно из больших заблуждений в понимании ЭПР связано с тем, что про сферу забывают. Между тем, с поверхности “идеального шара” в направлении источника отражается лишь небольшое количество энергии излучения. Поэтому относительно небольшая металлическая пластинка при “удачной” форме и ориентации может иметь ЭПР в несколько квадратных метров.

В формирование конкретного значения ЭПР вносят вклад “краевые эффекты”, отражения и переотражения от конструктивных “углов”, дифракция и интерференция электромагнитных волн, условия распространения электрического заряда по облучаемой поверхности и прочие хитрые эффекты. Так что ЭПР реальных объектов, например самолётов, при малом изменении ракурса облучения или при, казалось бы, несущественной коррекции длины волны зондирующего излучения может с лёгкостью изменяться на порядки.

Типичные значения ЭПР для, например, большого транспортного самолёта – 30-50 м²; истребителя – 1-15 м². Практическая ЭПР самолётов, выполненных по технологии “Стелс”, может быть значительно меньше 0.1 м².

Update: Продолжение темы, ЭПР и “Стелс”.