книги из ГПНТБ / Радиотехнические системы в ракетной технике

волнах (3—30 Мгц) в большой степени определяется составляющи­ ми, отраженными от следа. Структура отраженного сигнала в этом диапазоне существенно отличается от структуры радиолока­ ционных сигналов на более высоких частотах (300—3000 Мгц). Дальнейшие наблюдения показали, что даже на коротких волнах сигнал, отраженный от газовой струи на малых высотах, значи-

ЮО

>> \

Е

3

4

с

<

1 1 1

Допплера

б

на которых размеры струи имеют порядок километров и где не­ разреженный турбулентный поток ионизированного газа запол­ няет большой объем.

Выражения для рассеяния радиоволн на турбулентной нераз­ реженной плазме, полученные В. И. Татарским, позволяют опреде­ лить ЭПР следа на частоте РЛС, превышающей плазменную ча­ стоту среды

а = 2тг21ДУФ(2к),

где к — 2тс/Хг ;

V — рассеивающий объем;

Ф (2к) — спектральная функция флюктуаций диэлектрической про­ ницаемости среды.

210

В тех случаях, когда турбулентность может быть описана изотропной экспоненциальной корреляционной функцией R (S)=

= 82ехр [ - J J (где I — масштаб неоднородностей плазменной кон­

центрации), формула эффективной площади рассеяния принимает вид

Турбулизация следа за ракетой вызывает флюктуации скорости частиц в следе, что приводит к соответствующему перераспреде­ лению энергии отраженного сигнала по спектру допплеровских частот.

Расчет функции спектра допплеровских частот нетрудно сде­ лать, пользуясь выражением [5.66], если распределению элемен­ тарных объемов в следе поставить в соответствие распределение относительных скоростей перемещения частиц.

Отметим, что приведенные формулы эффективной площади рассеяния получены методом малых возмущений, который основан на допущении об относительной малости рассеянной доли электро­ магнитной энергии.

5.13. Имитация баллистического подобия

Одним из методов уменьшения рассеивания ГЧ, обеспечения ее оптимальных перегрузок при спуске в атмосфере, выравнивания характеристик торможения ГЧ и ложных целей является использо­ вание переменного баллистического параметра, позволяющего управлять траекторией спуска.

Эксперименты за рубежом показали, что при отношении бал­ листических коэффициентов ГЧ и ложной цели как 20: 1 и больше различие в траекториях их полета является достаточным, чтобы можно было выделить ГЧ среди ложных целей на высотах 60— 80 км; при меньшем отношении головную часть можно выделить лишь на меньшей высоте.

С целью выравнивания характеристик торможения американ­ ская ГЧ указанного типа имеет «зонтообразную» хвостовую часть, которая может быть раскрыта на больших высотах. После про­ хождения рубежа распознавания (высота 60 км) «зонтообразная» хвостовая часть складывается, уменьшается миделево сечение го­ ловной части, а следовательно, и лобовое сопротивление атмосфе­ ры. Перехват головной части средствами ПРО затрудняется.

Предполагается, что изменение баллистического параметра поз­ волит ввести в заблуждение систему ПРО, прогнозирующую траек­

тории ГЧ.

Считается, что возможен и другой способ маскировки ГЧ. На высотах полета 60—70 км с ГЧ сбрасывается специальный ста­ билизатор, в результате чего выполняется своеобразный противо­ ракетный маневр ГЧ (рис. 5.41).

Рис. 5.41. Управление траекторией полета ГЧ с по­ мощью отделяемого стабилизатора:

/ — траектория входа в атмосферу; 2 — отделяемый стабилиза­ тор; 3 —точка отделения стабилизатора; 4 — траектория, про­ гнозируемая системой ПРО; 5 — действительная траектория ГЧ

Для указанных случаев при условии пренебрежения силами гравитации и эффекта уноса массы m при малых углах входа в атмосферу уравнения движения ГЧ имеют вид

— нормированный баллистический параметр аппроксимирован

212

Н = -п-----приведенная высота;

п0

-— атмосфера изотермична, откуда закон изменения плотности

Z = - L [ l - k ( l - H ) ] .

При указанных допущениях закон изменения скорости спуска имеет вид

V = ехр { - 2 ~ в ( т ZT~ '[Г (N) - Г* <N>1 ехР :ШТ ^ | ' 15-ГО1

гдеИ = р 4 -/—п —(—1— показатель, характеризующий скорость изме­ нения баллистического параметра в течение полета в атмосфере;

р = m (PoiS0H0)_1— параметр относительной плотности; Г (N) — гамма-функция;

Г7 (N) — неполная гамма-функция;

у — приведенная скорость полета.

Величина торможения объекта и высота максимального тормо­ жения определяются выражениями:

Точность решения трансцендентного уравнения [5.72] методом итераций после первого приближения составляет ±150 м.

Используя зависимости [5.70—5.72], за рубежом было прове­ дено сравнение скорости спуска и торможения ГЧ различной гео­ метрической формы, не обладающих подъемной силой. Начальные

Параметры исследовавшихся типов ГЧ приведены в табл. 5.5.

213

Рис. 5.42. Зависимости:

а — скорости от высоты; б — тормо­ жения от высоты

6

ного торможения и скоростей спуска в атмосфере для головных частей типов «Б» и «В» (примерно в два раза) по сравнению с ГЧ, имеющей постоянный баллистический параметр (типа «Г»),

Расчеты воздействия уноса массы на скорость и торможение конусообразных тел со сферическим затуплением показывают, что уменьшение массы тела даже на 40% весьма слабо (до 5—10%)

214

При имитации баллистического коэффициента головной части МБР в плотных слоях атмосферы включают реактивный разгон­ ный двигатель. Реактивный двигатель компенсирует торможе­ ние, так что ЛЦ сможет двигаться с той же скоростью, что и го­ ловная часть. Потребная тяга реактивного двигателя ложной цели с малым баллистическим коэффициентом может быть опре­ делена из второго закона Ньютона. В первом приближении на цели с большим баллистическим коэффициентом (головные части) воздействуют сила лобового сопротивления и сила земного при­ тяжения (подъемной силой на переходном участке атмосферы можно пренебречь). На цель с низким баллистическим коэффици­ ентом (ложную цель), кроме того, действует сила тяги реактив­ ного двигателя. Угол входа ложной цели в атмосферу 02 в общем случае может отличаться от угла входа головной части 0 Ь Сила тяги реактивного двигателя Т, необходимая для компенсации из­ быточного торможения ложной цели (по сравнению с ГЧ), опре­

С учетом последнего потребная тяга двигателя ЛЦ

где

Пренебрегая в уравнениях сил [5.67] слагаемым, являющимся произведением ускорения силы тяжести на синус угла входа тела в атмосферу (0i или ©г), получаем выражение для скорости го­ ловной части (или ложной цели)

V = V0exp { — у exp [ — тН]),

215

где

V0 — скорость входа тела в плотные слои атмосферы;

Н— высота полета тела;

т= 1,396 • 10-4 м -1;

Poi — плотность воздуха на уровне моря.

Приведенные выше уравнения могут быть использованы для оценки потребной тяги в различных случаях, в том числе, когда ложная цель с низким баллистическим коэффициентом приме­ няется для имитации головной части с высоким баллистическим коэффициентом. Анализ уравнений показывает, что тяга двигате­ ля при снижении цели должна увеличиваться на порядок прибли­ зительно через каждые 15—25 км высоты. Максимальная тяга должна развиваться на последних секундах работы двигателя. Таким образом, путем разгона легкой ложной цели в атмосфере возможна имитация головной части МБР. Для этой ложной цели могут быть определены требуемый запас топлива и тяга реактив­ ного двигателя, обеспечивающие ЛЦ ту же скорость, как и у го­ ловной части. Для ложной цели массой 0,227 кг (без учета топ­ лива), площадью Миделя 0,09 м2, при коэффициенте лобового со­ противления, равном единице, скорости входа в атмосферу * 7230 м/сек под углом 22,5° требуемое количество топлива для ре­ активного двигателя указано в табл. 5.6.

Легкие ложные цели в сочетании с реактивным разгоняющим двигателем на атмосферном участке летят по траекториям, почти параллельным траектории ГЧ. Эти цели при распознавании и сопровождении их средствами радиолокационного обеспечения

* Высота входа в атмосферу условно принята равной 120 км. Сведения взяты из зарубежной печати.

216

Г Л А В А 6

ПРОТИВОРАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ

Уменьшение радиолокационной видимости боевых частей ракет является одним из ключевых моментов, облегчающих, по мнению военных специалистов США, прорыв баллистических ракет через систему ПРО, поскольку основным звеном этой системы являются различного типа РЛС обнаружения и сопровождения. С этой целью в США ведутся крупные работы по созданию различных средств противодействия системам ПРО, включающие создание пассивных средств противорадиолокационной маскировки, одно из основных мест среди которых занимают радиопоглощающие покрытия.

6.1. Классификация радиопоглощающих материалов

Отметим основные задачи, которые должны решать средства противорадиолокационной маскировки: во-первых, непосредствен­ ное уменьшение ЭПР, которое приводит к сокращению дальности обнаружения пропорционально корню четвертой степени от ЭПР цели; во-вторых, облегчение требований к энергетическим потен­ циалам передатчиков помех, которые могут быть уменьшены про­ порционально величине снижения ЭПР, и, наконец, в-третьих, раз­ работка малогабаритных ложных целей.

В настоящее время наибольшее распространение получили три способа снижения ЭПР.

1.Выбор формы головной части баллистической ракеты.

2.Управление рассеянием радиоволн.

3.Применение радиопоглощающих материалов.

Как показали исследования, резкое падение рассеяния радио­ волн характерно для тел, обладающих малыми размерами, малы­ ми радиусами кривизны и не имеющих резких изломов поверх­ ностей. Было установлено, что чем лучше аэродинамическая фор­ ма головной части, тем меньшей ЭПР она обладает. В США про­ водятся широкие исследования по созданию боевых головок, име­ ющих малоотражающие формы. В основе этих работ лежит известный принцип придания объекту такой формы, под влиянием

218

которой максимум отраженной электромагнитной энергии сме­ щается в сторону от направления на радиолокатор.

Существенного уменьшения ЭПР головной части можно достичь путем управления параметрами вторичного (рассеянного) поля, когда свойства цели, как переизлучающего источника, изменяются так, чтобы в нужном направлении получить минимум переизлучаемой энергии.

Остановимся подробнее на третьем способе уменьшения ЭПР цели за счет применения различных радиспоглощающих мате­ риалов.

Применяя так называемые интерференционные покрытия, немецкие специалисты в 1944 г. добились уменьшения отражения электромагнитной энергии в диапазоне длин волн 112—195 см почти в 400 раз, снизив тем самым дальность радиолокационного

поглощающих материалов, однако в силу целого ряда недостатков это не обеспечило достаточно эффективной защиты.

Принцип работы радиопоглощающих материалов заключается в том, что падающая электромагнитная энергия преобразуется в другие виды энергии в самом материале. При этом имеют место явления поглощения, рассеивания и интерференции электромаг­ нитных волн. Из-за поглощения происходит ослабление поля пада­ ющей волны, обусловленное переходом электромагнитной энергии в тепло вследствие диэлектрических и магнитных потерь.

Процесс рассеивания происходит в результате преобразования распространяющегося в материале потока электромагнитной энер­ гии определенного направления в потоки различных направлений.

Явление интерференции радиоволн характеризует отражатель­ ную способность радиопоглощающего материала в направлении наибольшего вторичного излучения от его поверхности.

По конструктивному, применению радиопоглощающие матери­ алы обычно разделяют на два типа:

— радиопоглощающие материалы, которые наносятся на поверхность защищаемого объекта;

—■радиопоглощающие конструкционные материалы, исполь­ зуемые для сооружения военных или промышленных объектов.

К перечисленным материалам предъявляют следующие требо­ вания:

—минимальное отражение радиоволн от защищаемой поверх­

ности;

—максимальное поглощение электромагнитных волн;

—широкий частотный диапазон поглощаемой энергии;

—высокие прочностные характеристики;

—минимальные габариты и вес;

—способность работать в широком интервале механических и температурных режимов;

—стойкость к агрессивным средам;

—надежность и долговечность.

219