Nykyaikainen sota on nopea ja ohimenevä. Taistelun voittaja on usein se, joka pystyy havaitsemaan mahdollisen uhkan ja reagoimaan siihen asianmukaisesti. Yli seitsemänkymmentä vuotta on käytetty radiotaajuusmenetelmää, joka perustuu radioaaltojen päästöihin ja niiden heijastusten tallentamiseen eri kohteista etsimään vihollista maalla, merellä ja ilmassa. Tällaisia signaaleja lähettäviä ja vastaanottavia laitteita kutsutaan tutka-asemiksi (tutkat) tai tutkoiksi.
Termi "tutka" on englanninkielinen lyhenne (radio detection and range), joka käynnistettiin vuonna 1941, mutta josta on tullut pitkään itsenäinen sana ja joka on tullut useimpiin maailman kieliin.
Tutkan keksintö on varmasti maamerkki tapahtuma. Nykyaikainen maailma on vaikea kuvitella ilman tutka-asemia. Niitä käytetään lentoliikenteessä, merikuljetuksissa ennustetaan tutkan sään avulla liikennesääntöjen rikkojia, maapinta skannataan. Tutkajärjestelmät (RLK) ovat löytäneet sovelluksensa avaruusalalla ja navigointijärjestelmissä.
Sotilasasioissa esiintyvä yleisimmin käytetty tutka. On sanottava, että tämä tekniikka luotiin alun perin sotilaallisiin tarpeisiin ja saavutti käytännön toteutuksen vaiheen juuri ennen toisen maailmansodan alkua. Kaikki tähän konfliktiin osallistuvat suurimmat maat käyttivät aktiivisesti (eikä ilman tulosta) käytettyjä tutka-aineita tiedusteluun ja vihollisten alusten ja ilma-alusten havaitsemiseen. On turvallista sanoa, että tutkan käyttö päätti useiden ikonisten taistelujen tuloksesta sekä Euroopassa että Tyynenmeren vihollisuusteatterissa.
Nykyään tutka käytetään ratkaisemaan erittäin laaja valikoima sotilaallisia tehtäviä, kun seurataan mannertenvälisten ballististen ohjusten käynnistämistä tykistön tiedusteluun. Jokaisella lentokoneella, helikopterilla, sotalaivalla on oma tutkalaitteisto. Radarit ovat ilmansuojelujärjestelmän perusta. Uusin tutkakokonaisuus, jossa on vaiheistettu antenniryhmä, asennetaan lupaavaan venäläiseen säiliöön "Armata". Yleisesti ottaen modernin tutkan monimuotoisuus on hämmästyttävää. Nämä ovat täysin erilaisia laitteita, jotka vaihtelevat koon, ominaisuuksien ja tarkoituksen mukaan.
On turvallista sanoa, että nykyään Venäjä on yksi maailman johtavista radariasemien kehittämisessä ja tuotannossa. Kuitenkin ennen kuin puhumme tutkajärjestelmien kehityksestä, on sanottava muutama sana tutkaoperaation periaatteista ja tutkajärjestelmien historiasta.
Miten tutka toimii
Sijainti on menetelmä (tai prosessi), jolla määritetään jonkin sijainnin sijainti. Niinpä radiolokointi on menetelmä kohteen tai objektin havaitsemiseksi avaruudessa käyttämällä radiotaajuuksia, jotka lähetetään ja vastaanotetaan tutka- tai tutka-nimisellä laitteella.
Primaarisen tai passiivisen tutkan toiminnan fyysinen periaate on melko yksinkertainen: se lähettää radioaaltoja avaruuteen, joka heijastuu ympäröivistä esineistä ja palaa siihen heijastuneiden signaalien muodossa. Analysoimalla niitä tutka pystyy havaitsemaan kohteen tietyssä kohdassa avaruudessa ja myös näyttämään sen pääpiirteet: nopeus, korkeus, koko. Mikä tahansa tutka on monimutkainen radiotekninen laite, joka koostuu monista komponenteista.
Minkä tahansa tutkan koostumus sisältää kolme pääelementtiä: signaalilähetin, antenni ja vastaanotin. Kaikki tutka-asemat voidaan jakaa kahteen suureen ryhmään:
- kytkentä;
- jatkuva toiminta.
Pulssiradarilähetin lähettää sähkömagneettisia aaltoja lyhyeksi ajaksi (murto-osa toisesta), seuraava signaali lähetetään vasta ensimmäisen pulssin palauttamisen jälkeen ja saapuu vastaanottimeen. Pulssin toistotaajuus - yksi tutkan tärkeimmistä ominaisuuksista. Matalataajuiset radarit lähettävät useita satoja pulsseja minuutissa.
Pulssitutkan antenni toimii sekä vastaanotossa että siirrossa. Kun signaali on lähetetty, lähetin sammuu jonkin aikaa ja vastaanotin kytketään päälle. Vastaanoton jälkeen käänteinen prosessi.
Pulssitutkalla on sekä haittoja että etuja. Ne voivat määrittää useiden kohteiden alueen kerrallaan, tällainen tutka voidaan tehdä helposti yhden antennin kanssa, tällaisten laitteiden ilmaisimet ovat yksinkertaisia. Tällaisen tutkan lähettämässä signaalissa pitäisi kuitenkin olla melko suuri teho. Voit myös lisätä, että kaikki moderni seurantatutka, jota pulssimalli suorittaa.
Impulssisäteisissä tutka-asemissa signaali- lähteenä käytetään tavallisesti magneetteja tai kulkuaaltolamppuja.
Tutka-antenni keskittyy sähkömagneettiseen signaaliin ja lähettää sen, poimii heijastuneen pulssin ja lähettää sen vastaanottimelle. On olemassa tutka, jossa signaalin vastaanotto ja siirto tehdään eri antennien avulla, ja ne voidaan sijoittaa huomattavan kauas toisistaan. Tutka-antenni voi lähettää sähkömagneettisia aaltoja ympyrässä tai toimia tietyllä sektorilla. Tutkan säde voi olla spiraalimainen tai kartion muotoinen. Tutka voi tarvittaessa seurata liikkuvaa kohdetta ja osoittaa sitä jatkuvasti erikoisjärjestelmien avulla.
Vastaanottimen tehtävänä on käsitellä vastaanotettua informaatiota ja siirtää se näyttöön, josta operaattori lukee sen.
Impulssitutkan lisäksi on jatkuvia säteitä, jotka lähettävät jatkuvasti sähkömagneettisia aaltoja. Tällaiset tutka-asemat käyttävät Doppler-vaikutusta. Se johtuu siitä, että signaalilähteeseen lähestyvästä esineestä heijastuneen sähkömagneettisen aallon taajuus on suurempi kuin liikkuvasta kohteesta. Emittoidun pulssin taajuus pysyy muuttumattomana. Tämäntyyppiset tutkat eivät korjaa kiinteitä esineitä, niiden vastaanotin poimii vain aaltoja, joiden taajuus on suurempi tai pienempi kuin emittoitu.
Tyypillinen Doppler-tutka on tutka, jota liikennepoliisi käyttää ajoneuvojen nopeuden määrittämiseen.
Jatkuvan toiminnan radarien pääasiallinen ongelma on mahdottomuus käyttää niitä etäisyyden määrittämiseen kohteeseen, mutta niiden toiminnan aikana ei ole häiriöitä tutka-kohteen ja kohteen tai sen takana olevien kiinteiden esineiden välillä. Lisäksi Doppler-tutka on melko yksinkertainen laite, joka riittää käyttämään pienitehoisia signaaleja. On myös huomattava, että moderneilla radariasemilla, joilla on jatkuva säteily, on kyky määrittää etäisyys kohteeseen. Tämä tapahtuu muuttamalla tutkan taajuutta käytön aikana.
Yksi pulssisäteilyn toiminnan keskeisimmistä ongelmista on kiinteistä esineistä peräisin olevat häiriöt - yleensä tämä on maan pinta, vuoret, kukkulat. Kun lentokoneiden ilma-alusten pulssiradarit toimivat, kaikki alla olevat esineet "peittyvät" maan pinnasta heijastuneen signaalin avulla. Jos puhumme maanpäällisistä tai laivan radarikomplekseista, heille tämä ongelma ilmenee havaitsemalla matalissa korkeuksissa lentäviä kohteita. Tällaisen häiriön poistamiseksi käytetään samaa Doppler-tehoa.
Ensisijaisen tutkan lisäksi on olemassa myös niin kutsuttuja sekundaarisia tutkia, joita käytetään ilma-alusten tunnistamiseen. Tällaisten tutkajärjestelmien koostumus sisältää lähettimen, antennin ja vastaanottolaitteen lisäksi myös ilma-aluksen transponderin. Kun säteilytetään sähkömagneettisella signaalilla, vastaaja antaa lisätietoja korkeudesta, reitistä, hallituksen numerosta ja kansallisuudesta.
Tutka-asemat voidaan jakaa myös sen aallon pituuden ja taajuuden kanssa, jolla ne toimivat. Esimerkiksi maan pinnan tutkimiseksi sekä merkittävien etäisyyksien tekemiseksi käytetään 0,9 - 6 m aaltoja (taajuus 50-330 MHz) ja 0,3-1 m (taajuus 300-1000 MHz). Tutka, jonka aallonpituus on 7,5–15 cm, käytetään lentoliikenteen ohjaukseen, ja ohjusten laukaisutunnistusasemien yli-horisontti-tutka toimii aalloilla, joiden pituus on 10-100 metriä.
Tutkan historia
Tutka-ajatus ilmestyi melkein välittömästi radioaaltojen löytämisen jälkeen. Vuonna 1905 saksalainen Christian Christian Hülsmeier loi laitteen, joka pystyi havaitsemaan suuria metalliesineitä radioaaltojen avulla. Keksijä ehdotti sen asentamista aluksille, jotta ne voisivat välttää törmäykset huonon näkyvyyden olosuhteissa. Kuitenkin laivayhtiöt eivät ole kiinnostuneita uudesta laitteesta.
Kokeiluja tehtiin tutkalla Venäjällä. 1800-luvun lopulla venäläinen tiedemies Popov huomasi, että metalliesineet estävät radioaaltojen leviämisen.
20-luvun alussa amerikkalaiset insinöörit Albert Taylor ja Leo Yang onnistuivat havaitsemaan kulkevan aluksen radioaaltojen avulla. Radiotoiminnan tila oli tuolloin sellainen, että radariasemien teollisia malleja oli vaikea luoda.
Ensimmäiset tutka-asemat, joita voitaisiin käyttää käytännön ongelmien ratkaisemiseen, ilmestyivät Englannissa noin 30-luvun puolivälissä. Nämä laitteet olivat hyvin suuria, ne voidaan asentaa vain suurille aluksille tai kannelle. Ainoastaan vuonna 1937 luotiin pienoiskootutkan prototyyppi, joka voitaisiin asentaa ilma-alukseen. Toisen maailmansodan alussa brittiläisillä oli kehitetty ketju radariasemia nimeltä Chain Home.
Saksassa on lupaava uusi suunta. Lisäksi on sanottava menestyksekkäästi. Jo vuonna 1935 saksalaisen laivaston päällikkö Reder osoitti toimivaa tutkaa, jossa oli elektronisädekuva. Myöhemmin, sen pohjalta, luotiin tutkan sarjanäytteitä: Seetakt merivoimille ja Freya ilmailu. Vuonna 1940 Würzburgin tutkapalovalvontajärjestelmä alkoi virrata Saksan armeijaan.
Vaikka saksalaiset tiedemiehet ja insinöörit ovat saavuttaneet selvät saavutukset radiolokeroinnin alalla, saksalainen armeija alkoi kuitenkin käyttää radareita myöhemmin brittiläisiltä. Hitler ja Reichin huippu pitivät tutkia yksinomaan puolustavina aseina, joita voittoisa saksalainen armeija ei tarvinnut. Tästä syystä saksalaisilla oli vain kahdeksan Freya-tutkaa, jotka olivat käytössä Britannian taistelun alussa, vaikka niiden ominaispiirteet olivat ainakin yhtä hyviä kuin brittiläiset. Yleisesti ottaen voimme sanoa, että juuri tutkan onnistunut käyttö määräsi suurelta osin Britannian taistelun lopputuloksen ja sen jälkeen Luftwaffen ja liittoutuneiden ilmavoimien välisen vastakkainasettelun Euroopan taivaalla.
Myöhemmin saksalaiset perustivat Würzburgin järjestelmän pohjalta ilmansuojelulinjan, jota kutsuttiin "Kammuber-linjaksi". Erikoisjoukkojen avulla liittolaiset pystyivät purkamaan saksalaisen tutkan työn salaisuudet, mikä mahdollisti niiden tehokkaan tukoksen.
Huolimatta siitä, että brittiläiset tulivat amerikkalaisten ja saksalaisten myöhemmin "tutkaan" kilpailuun, he pystyivät ohittamaan heidät maaliviivalla ja lähestyivät toisen maailmansodan alkua kehittyneimmällä ilma-aluksen tutkatunnistusjärjestelmällä.
Jo syyskuussa 1935 britit alkoivat rakentaa tutka-asemien verkkoa, joka sisälsi kaksikymmentä tutkaa ennen sotaa. Se tukki täysin lähestymistapaa Britannian saarille Euroopan rannikolta. Kesällä 1940 brittiläiset insinöörit loivat resonanssimagnetronin, josta tuli myöhemmin perusta amerikkalaisille ja brittiläisille lentokoneille asennetuille tutka-asemille.
Sotilasradarin alalla tehtiin työtä Neuvostoliitossa. Ensimmäiset onnistuneet kokeilut lentokoneiden ilmaisemisesta tutka-alueella tehtiin Neuvostoliitossa 30-luvun puolivälissä. Vuonna 1939 puna-armeija hyväksyi ensimmäisen tutkan RUS-1 ja vuonna 1940 RUS-2. Molemmat asemat otettiin massatuotantoon.
Toinen maailmansota osoitti selvästi, että tutka-asemien käyttö on erittäin tehokasta. Siksi uusien radarien kehittäminen on sen valmistumisen jälkeen tullut yksi sotilaallisten laitteiden kehittämisen painopisteistä. Ajan myötä ilma-alusten tutkat saivat poikkeuksetta kaikki sotilaslentokoneet ja alukset, ja tutkasta tuli lentoturvajärjestelmien perusta.
Kylmän sodan aikana Yhdysvalloissa ja Neuvostoliitossa oli uusi tuhoisa ase - mannertenväliset ballistiset ohjukset. Näiden rakettien käynnistämisen havaitseminen on tullut elämän ja kuoleman aiheeksi. Neuvostoliiton tiedemies Nikolai Kabanov ehdotti ajatusta käyttää lyhyitä radioaaltoja vihollisen ilma-alusten havaitsemiseksi pitkiä matkoja (jopa 3 000 km). Se oli melko yksinkertaista: Kabanov huomasi, että 10-100 metrin pituiset radiotaajuudet pystyvät kääntymään ionosfääristä ja säteilyttävät maapallon kohteita, palaten samalla tavalla tutkaan.
Myöhemmin, tämän ajatuksen perusteella, kehitettiin ballististen ohjusten käynnistämisen horisontti-tutka. Esimerkki tällaisesta tutkalta voi toimia "Daryal" - tutka-asemana, joka on vuosikymmeniä ollut perustana Neuvostoliiton ohjusten käynnistysvaroitusjärjestelmälle.
Tällä hetkellä yksi lupaavimmista alueista tutkateknologian kehittämisessä on vaiheistetun radarin (PAR) luominen. Tällaisilla tutkalla ei ole yhtä, vaan satoja radioaaltojen säteilijöitä, joita käyttää tehokas tietokone. Eri lähteistä johtuvat radiotaajuudet HEADLIGHTS-laitteissa voivat vahvistaa toisiaan, jos ne ovat samassa vaiheessa vai vastakkaisesti heikkenevät.
Vaiheittaisen ryhmän tutkasignaalille voidaan antaa haluttu muoto, se voidaan siirtää avaruudessa muuttamatta itse antennin sijaintia, työskentelemällä eri säteilytaajuuksilla. Phase-array-tutka on paljon luotettavampi ja herkempi kuin tutka, jossa on tavanomainen antenni. Näillä tutkalla on kuitenkin haittapuolia: suuri ongelma on tutkan jäähdytys HEADLIGHT-valaisimella, lisäksi ne ovat vaikeasti valmistettavissa ja kalliita.
Viidennen sukupolven hävittäjisuihkuihin on asennettu uudet vaiheistetusta radariasemasta. Tätä tekniikkaa käytetään amerikkalaisen ohjusjärjestelmän ennakkovaroitusjärjestelmässä. Radarikompleksi, jossa on vaiheistetut matriisit, asennetaan uusimpaan venäläiseen säiliöön Armata. On huomattava, että Venäjä on yksi maailman johtavista radarien kehittämisestä PAR: n kanssa.
