Hoy en día, la aviación es impensable sin radares. Una estación de radar aerotransportada (BRLS) es uno de los elementos más importantes del equipo radioelectrónico de una aeronave moderna. Según los expertos, en un futuro próximo las estaciones de radar seguirán siendo el principal medio para detectar, rastrear objetivos y apuntar armas guiadas hacia ellos.
Intentaremos dar respuesta a las preguntas más habituales sobre el funcionamiento de los radares a bordo y contarte cómo se crearon los primeros radares y lo prometedoras que pueden sorprender las estaciones de radar.
1. ¿Cuándo aparecieron los primeros radares a bordo?
La idea de utilizar radares en aviones surgió unos años después de que aparecieran los primeros radares terrestres. En nuestro país, la estación terrestre "Redut" se convirtió en el prototipo de la primera estación de radar.
Uno de los principales problemas fue la ubicación del equipo en el avión: el conjunto de la estación con fuentes de alimentación y cables pesaba alrededor de 500 kg. No era realista instalar dicho equipo en un caza monoplaza de esa época, por lo que se decidió colocar la estación en un Pe-2 de dos asientos.
La primera estación de radar aerotransportada nacional llamada "Gneiss-2" se puso en servicio en 1942. En dos años, se produjeron más de 230 estaciones Gneiss-2. Y en el victorioso Fazotron-NIIR de 1945, ahora parte de KRET, comenzó la producción en serie del radar de aviones Gneiss-5s. El rango de detección del objetivo alcanzó los 7 km.
En el extranjero, el primer radar de avión "AI Mark I", británico, se puso en servicio un poco antes, en 1939. Debido a su gran peso, se instaló en los cazas interceptores pesados Bristol Beaufighter. En 1940, entró en servicio un nuevo modelo, el AI Mark IV. Proporcionó detección de objetivos a una distancia de hasta 5,5 km.
2. ¿En qué consiste una estación de radar aerotransportada?
Estructuralmente, el radar consta de varias unidades extraíbles ubicadas en la nariz de la aeronave: un transmisor, un sistema de antena, un receptor, un procesador de datos, un procesador de señal programable, consolas y controles y pantallas.
Hoy en día, casi todos los radares aerotransportados tienen un sistema de antenas que consta de una matriz de antenas ranuradas planas, una antena Cassegrain, una matriz de antenas en fase pasiva o activa.
Los radares aerotransportados modernos operan en un rango de frecuencias diferentes y permiten detectar objetivos aéreos con un EPR (Área de Dispersión Efectiva) de un metro cuadrado a una distancia de cientos de kilómetros, y también proporcionan seguimiento de docenas de objetivos en el pasaje.
Además de la detección de blancos, hoy en día las estaciones de radar brindan corrección de radio, asignación de vuelo y designación de blancos para el uso de armas aerotransportadas guiadas, realizan mapeos de la superficie terrestre con una resolución de hasta un metro y también resuelven tareas auxiliares: siguiendo el terreno, midiendo su propia velocidad, altitud, ángulo de deriva y otros. …
3. ¿Cómo funciona un radar aerotransportado?
Hoy en día, los cazas modernos utilizan radares Doppler de pulso. El nombre en sí describe el principio de funcionamiento de dicha estación de radar.
La estación de radar no funciona continuamente, sino con sacudidas periódicas: impulsos. En los localizadores actuales, la transmisión de un pulso dura solo unas pocas millonésimas de segundo y las pausas entre pulsos son unas pocas centésimas o milésimas de segundo.
Habiendo encontrado cualquier obstáculo en el camino de su propagación, las ondas de radio se dispersan en todas direcciones y se reflejan en la estación de radar. Al mismo tiempo, el transmisor de radar se apaga automáticamente y el receptor de radio comienza a funcionar.
Uno de los principales problemas de los radares pulsados es eliminar la señal reflejada por los objetos estacionarios. Por ejemplo, para los radares aerotransportados, el problema es que los reflejos de la superficie de la tierra oscurecen todos los objetos debajo de la aeronave. Esta interferencia se elimina mediante el efecto Doppler, según el cual la frecuencia de una onda reflejada por un objeto que se aproxima aumenta y la de un objeto saliente disminuye.
4. ¿Qué significan las bandas X, K, Ka y Ku en las características del radar?
Hoy en día, la gama de longitudes de onda en la que operan los radares aerotransportados es extremadamente amplia. En las características del radar, el alcance de la estación se indica en letras latinas, por ejemplo, X, K, Ka o Ku.
Por ejemplo, el radar Irbis con un conjunto de antenas pasivas en fase instalado en un caza Su-35 opera en la banda X. Al mismo tiempo, el rango de detección de los objetivos aéreos de Irbis alcanza los 400 km.
La banda X se usa ampliamente en aplicaciones de radar. Se extiende de 8 a 12 GHz del espectro electromagnético, es decir, tiene longitudes de onda de 3,75 a 2,5 cm. ¿Por qué se llama así? Existe una versión que durante la Segunda Guerra Mundial la banda fue clasificada y por lo tanto recibió el nombre de X-band.
Todos los nombres de rangos con la letra latina K en el nombre tienen un origen menos misterioso: de la palabra alemana kurz ("corto"). Este rango corresponde a longitudes de onda de 1,67 a 1,13 cm. En combinación con las palabras en inglés arriba y abajo, las bandas Ka y Ku obtuvieron sus nombres, respectivamente, ubicados "arriba" y "debajo" de la banda K.
Los radares de banda Ka son capaces de realizar mediciones de corto alcance y resolución ultra alta. Estos radares se utilizan a menudo para el control del tráfico aéreo en los aeropuertos, donde la distancia a la aeronave se determina mediante pulsos muy cortos, de varios nanosegundos de longitud.
La banda Ka se utiliza a menudo en radares de helicópteros. Como sabe, para colocarla en un helicóptero, una antena de radar aerotransportada debe ser pequeña. Teniendo en cuenta este hecho, así como la necesidad de una resolución aceptable, se utiliza el rango de longitud de onda milimétrica. Por ejemplo, un helicóptero de combate Ka-52 Alligator está equipado con un sistema de radar Arbalet que opera en la banda Ka de ocho milímetros. Este radar desarrollado por KRET proporciona al Alligator enormes oportunidades.
Por lo tanto, cada rango tiene sus propias ventajas y, según las condiciones de ubicación y las tareas, el radar funciona en diferentes rangos de frecuencia. Por ejemplo, la obtención de una alta resolución en el sector de visión hacia adelante da cuenta de la banda Ka, y un aumento en el alcance del radar a bordo hace posible la banda X.
5. ¿Qué es PAR?
Obviamente, para recibir y transmitir señales, cualquier radar necesita una antena. Para encajarlo en un avión, se inventaron sistemas especiales de antenas planas, y el receptor y el transmisor están ubicados detrás de la antena. Para ver diferentes objetivos con el radar, es necesario mover la antena. Dado que la antena del radar es bastante masiva, se mueve lentamente. Al mismo tiempo, el ataque simultáneo de varios objetivos se vuelve problemático, porque un radar con una antena convencional mantiene solo un objetivo en el "campo de visión".
La electrónica moderna ha hecho posible abandonar ese escaneo mecánico en un radar aerotransportado. Está organizado de la siguiente manera: una antena plana (rectangular o circular) se divide en celdas. Cada celda contiene un dispositivo especial: un desfasador, que puede cambiar la fase de la onda electromagnética que ingresa a la celda en un ángulo determinado. Las señales procesadas de las células se envían al receptor. Así es como puede describir el funcionamiento de una antena de matriz en fase (PAA).
Para ser más precisos, un conjunto de antenas similar con muchos elementos de cambio de fase, pero con un receptor y un transmisor, se llama FARO pasivo. Por cierto, el primer caza del mundo equipado con un radar de matriz en fase pasiva es nuestro MiG-31 ruso. Estaba equipado con una estación de radar "Zaslon" desarrollada por el Instituto de Investigación de Ingeniería de Instrumentos. Tikhomirov.
6. ¿Para qué sirve AFAR?
La antena de matriz activa en fase (AFAR) es la siguiente etapa en el desarrollo de la pasiva. En una antena de este tipo, cada celda de la matriz contiene su propio transceptor. Su número puede exceder de mil. Es decir, si un localizador tradicional es una antena, un receptor, un transmisor separados, entonces en AFAR, el receptor con el transmisor y la antena están "dispersos" en módulos, cada uno de los cuales contiene una ranura de antena, un desfasador, un transmisor y un receptor.
Anteriormente, si, por ejemplo, un transmisor estaba fuera de servicio, el avión se volvía "ciego". Si en AFAR una o dos células, incluso una docena, se ven afectadas, el resto sigue funcionando. Esta es la ventaja clave de AFAR. Gracias a miles de receptores y transmisores, la fiabilidad y la sensibilidad de la antena aumentan, y también es posible operar en varias frecuencias a la vez.
Pero lo principal es que la estructura del AFAR permite que el radar resuelva varios problemas en paralelo. Por ejemplo, no solo para servir a decenas de objetivos, sino que en paralelo con el relevamiento del espacio, es muy efectivo para defenderse de interferencias, interferir con radares enemigos y mapear la superficie, obteniendo mapas de alta resolución.
Por cierto, la primera estación de radar aerotransportada en Rusia con AFAR se creó en la empresa KRET, en la corporación Fazotron-NIIR.
7. ¿Qué estación de radar estará en el caza PAK FA de quinta generación?
Entre los desarrollos prometedores de KRET se encuentran AFAR conforme, que puede caber en el fuselaje de una aeronave, así como la denominada piel "inteligente" del fuselaje. En los cazas de próxima generación, incluido el PAK FA, se convertirá, por así decirlo, en un único localizador de transceptor, que proporcionará al piloto información completa sobre lo que está sucediendo alrededor de la aeronave.
El sistema de radar PAK FA consta de un AFAR de banda X prometedor en el compartimento de la nariz, dos radares de visión lateral y un AFAR de banda L a lo largo de los flaps.
Hoy, KRET también está trabajando en el desarrollo de un radar de fotones de radio para el PAK FA. La preocupación tiene la intención de crear un modelo a gran escala de la estación de radar del futuro para 2018.
Las tecnologías fotónicas permitirán ampliar las capacidades del radar, reducir la masa a más de la mitad y multiplicar por diez la resolución. Dichos radares con conjuntos de antenas radioópticas en fase son capaces de hacer una especie de "imagen de rayos X" de aeronaves ubicadas a una distancia de más de 500 kilómetros, y darles una imagen tridimensional detallada. Esta tecnología le permite mirar dentro de un objeto, averiguar qué equipo lleva, cuántas personas hay en él e incluso ver sus caras.
