Радар

Радар (от англ. RAdio Detection And Ranging (RADAR) — радиообнаружение и определение дальности, синонимы: радиолокатор, радиолокационная станция, РЛС) - устройство, служащее для обнаружения и наблюдения за различными объектами с помощью радиоволн и определения дальности, скорости, направления перемещения и геометрических параметров обнаруженных объектов.

История изобретения

Зенитный радиоискатель Б-2 "Буря", СССР 1935 год.

Эффект отражения радиоволн был открыт в 1886 году немецким физиком Генрихом Герцем (нем. Heinrich Rudolf Hertz). В 1897 году, работая со своим радиопередатчиком, Александр Попов обнаружил, что радиоволны отражаются от металлических частей кораблей. Патенты на изобретение радара были выданы в 1905 году в Германии, в 1922 в США, в 1934 году - в Великобритании.
В 1934 году в СССР был успешно проведен эксперимент по обнаружению самолета с помощью эффекта отражения радиоволн – самолет, летящий на высоте 150 метров, был обнаружен на дальности 600 метров от установки. В том же году на Ленинградском радиозаводе были выпущены опытные образцы РЛС «Вега» и «Конус» для системы радиообнаружения самолетов «Электровизор». В СССР в то время термин "радар" не применялся, первые РЛС назывались радиоулавливателями или радиоискателями. На вооружение РЛС в СССР были приняты в 1939 году.
Наибольших успехов до начала Второй мировой войны в радиолокации добились англичане, которые начали массово устанавливать РЛС на военные корабли, а в 1937 году создали сеть радиолокационного обнаружения Chain Home вдоль побережья Ла-Манша и восточного побережья Англии, состоявшую из 20 станций и способных обнаружить самолет на дистанции до 350 км.

Принцип действия

Принцип радиолокации

В основе радиолокации лежит способность радиоволн отражаться от различных предметов. В классическом импульсном радаре передатчик формирует радиочастотный импульс, который излучается направленной антенной. В случае, если на пути распространения радиочастотной волны встречается какой либо предмет, часть энергии отражается от этого предмета, в том числе - в направлении антенны. Отраженный радиосигнал принимается антенной и преобразуется приемником для дальнейшей обработки.
Так как радиоволны распространяются с постоянной скоростью, то по времени прохождения сигнала от станции до объекта и обратно можно определить расстояние до объекта: Дкм = (300000км/сек * tсек)/2.
Помимо наклонной дальности до цели с помощью радара можно также определить скорость и направление ее перемещения, а также оценить ее размеры.
Для радиолокации используются УКВ и СВЧ диапазоны волн, первые РЛС работали, как правило, на частотах от 100 до 1000 МГц.

РЛС Великобритании

Наземные РЛС

РЛС сети раннего обнаружения Chain Home

Станция Chain Home

В декабре 1935 года на восточном побережье Англии вступили в строй первые станции дальнего обнаружения самолетов сети Chain Home AMES Type 1 (англ. Air Ministry Experimental Station — Опытная станция воздушного министерства тип 1) . Станции работали в диапазоне 23-30 МГц при мощности передатчика 200 КВт, позже мощность была увеличена до 800 КВт. Антенны передатчика были выполнены в виде башен высотой 118 метров, приемные антенны имели высоту 80 м. Хотя РЛС Chain Home не могли работать со сканирующим импульсом, за счет устройства приемной антенны они позволяли определить дальность, азимут и высоту обнаруженной цели. Максимальная дальность обнаружения составляла 175 км, но РЛС AMES Type 1 не могли обнаруживать низколетящие цели.
В 1939 года сеть была дополнена станциями сети Chain Home Low AMES Type 2, работавшие на частоте 200 МГц и имевшие вращающуюся с частотой 1-3 оборота в минуту антенну. Станции Chain Home Low использовались для обнаружения как самолетов, так и кораблей на удалении до 200 км.
В 1943 была введена в строй сеть станций Chain Home Extra Low AMES Type 13/14, работавшие на частоте 3 ГГц и обладавшие более высокой разрешающей способностью.
Для устранения брешей в сплошном радиолокационном поле Chain Home были также разработаны мобильные РЛС Type 6, Type 8, Type 10 и Type 12, а также радиовысотомеры VEB и Type 13.

Станции наведения перехватчиков Ground Controlled Intercept (GCI)

AMES Type 11

Сеть Chain Home была разработана в первую очередь для раннего предупреждения, однако уже в начале Второй мировой войны возникла необходимость наведения истребителей на обнаруженные цели. Если в дневное время точность Chain Home позволяла летчику подойти к цели на расстояние визуального контакта, то во время ночных налетов обнаружение бомбардировщиков было крайне затруднительно. Для точного наведения стали использоваться бортовые самолетные РЛС, но их применение было связано с рядом проблем и задача точного наведения на цель стала решаться с помощью наземных РЛС наведения перехватчиков (англ. Ground Controlled Intercept (GCI)).
Первая серийная станция наведения перехватчиков AMES Type 7 работала на частотах 193-209 МГц при мощности до 100 Квт и имела дальность обнаружения до 150 км. Ранние РЛС отображали отметки от цели на индикаторах дальности, угла места и азимута. Главным отличием станций наведения стало применение индикатора кругового обзора, на котором отображалась отметка и от цели и от перехватчика. Таким образом оператор РЛС передавал летчику его положение относительно цели в угловых координатах, благодаря чему точность наведения значительно возрастала.
Помимо стационарных РЛС были также разработаны передвижные AMES Type 8 и мобильные, смонтированные на автомобильном шасси Type 11(500-600 Мгц, 50 Квт).

Корабельные РЛС

Универсальные обзорные РЛС

Антенна РЛС Type 79

Уже на заре радиолокации стало очевидно, какое огромное преимущество могут иметь корабли, оборудованные радарами. В середине 1930-х годов был проведен ряд экспериментов, которые доказали все преимущества оснащения военно-морских сил радиолокационной техникой. Уже в октябре 1936 года первый образец РЛС Type 79X (75 МГц, 70 КВт, 31 км) был установлен на тральщик HMS Saltburn. Позже доработанная РЛС Type 79Y (43 МГц, 20 КВт, 98 км) была установлена на крейсер HMS Sheffield. Первые серийные образцы РЛС Type 79 (43 МГц, 70КВт, 100 км) были установлены на крейсер HMS Curlew и линкор HMS Rodney. Всего было выпущено 40 РЛС Type 79.
РЛС Type 268 (9386 MГц, 40 КВт, 115 км) 1940 года устанавливалась на эсминцы типа Hunt и тральщики типа Algerine. РЛС предназначалась для обнаружение кораблей и безопасной навигации в сложных погодных условиях.
РЛС Type 271 (3000 MГц, 90 КВт, 25 км) впервые был установлен на корвет HMS Orchis и активно использовался с марта 1941 для поиска немецких подводных лодок. Радар мог обнаружить всплывшую на перископную глубину подводную лодку на удалении 10 км и активно использовался на корветах и фрегатах, сопровождавших конвои в Северном море. На РЛС Type 271 впервые был применен индикатор кругового обзора.
Обзорные РЛС Type 272 (3000 MГц, 90 КВт, 40 км) стала одной из самых массовых моделей радаров в британском флоте и устанавливалась на корабли любых типов.
РЛС Type 273 (3000 MГц, 90 КВт, 185 км) была создана на базе Type 273. Именно эта РЛС, установленная на HMS Duke of York, обнаружила немецкий линкор Scharnhorst на дистанции 41 км, что дало начало бою у Нордкапа

РЛС корректировки стрельбы

РЛС обнаружения воздушных целей и корректировки стрельбы Type 262 (9700 MГц, 30 КВт, 75 км) устанавливалась на турельные установки зенитных 40-мм автоматических пушек Bofors. РЛС Type 274 (3300 MГц, 400 КВт, 170 км) предназначалась для корректировки огня орудиями главного калибра. Точность определения координат цели составляла 90 м по удалению и 0,005 градуса по азимуту. Устанавливалась на линкоры и кресера с 1943 года.
Зенитная корабельная РЛС Type 275 (3526 MГц, 400 КВт, 160 км) являлась модификацией РЛС Type 285 и предназначалась для корректировки огня зенитной артиллерии и орудий вспомогательного калибра. Устанавливалась на HMS Vanguard и HMS Anson и эсминцы различных типов.

РЛС подводных лодок

РЛС Type 267 Seaguard (9700 MГц, 30 КВт, 180 км) была разработана на базе корабельной РЛС Type 291 и предназначалась для установки на подводные лодки типа T и Amphion.

Авиационные РЛС

Антенна РЛС AI Mk. IV в носовой части истребителя Bristol Beaufighter

РЛС сеть раннего обнаружения Chain Home позволяла выводить на цель истребители с точностью в несколько километров, что было достаточно для визуального обнаружения днем, но ночью требовалась более высокая точность. Первое время для ночного наведения использовались радиопрожекторные станции, в которых осветительный прожектор был совмещен с направленными антеннами РЛС. Позже на самолеты-перехватчики стали устанавливать компактные РЛС. Эти РЛС обладали малой дальностью действия, поэтому первоначальное наведение выполнялось по данным с наземных РЛС, а затем цель перехватывалась бортовым локатором. Для вычисления дальности на цели на самолетных РЛС использовалась сканирующая спиральная развертка.
Разработки авиационных РЛС в Великобритании начались в 1936 году. Первая разработанная система, RDF 1.5, предполагала создание сети наземных РЛС, сигналы с которых принимались бы на борту самолетов. Но такая концепция требовала создания огромного числа излучающих РЛС, что было неосуществимо в те годы. Было решено устанавливать и приемник, и передатчик на борт самолета, но разработчики столкнулись с проблемами обеспечения питания мощных передатчиков и высоким уровнем помех от системы зажигания двигателей.

РЛС обнаружения надводных целей

В ходе тестирования различных образцов ранних РЛС случайно была обнаружена возможность обнаружения кораблей, причем на достаточно большом удалении. Самолет-разведчик Avro Anson, оборудованный экспериментальным радаром, в одном из полетов обнаружил четкие сигналы, при дальнейшем изучении выяснилось, что были обнаружены корабли, находящиеся в доках Харвича. В результате этого случая разработка РЛС обнаружения морских целей была выделена в отдельную разработку радиолокаторов для обнаружения надводных целей Aircraft to Surface Vessel (ASV). Итогом этой разработки стало принятие на вооружение РЛС обнаружения надводных целей ASV II, с помощью которой был обнаружен немецкий линкор Bismarck. В 1943 году была выпущена модификация РЛС ASV III/XI, которая сыграла значимую роль в ходе противолодочных операций.
Впервые станция ASV была испытана на маневрах в сентябре 1938 года, а с 1941 года англичане начали ее активное применение для обнаружения всплывших подводных лодок противника, обнаруживая их на удалении до 20 км.

РЛС перехвата воздушных целей

Первая авиационная РЛС AI Mark I была передана на вооружение 11 июня 1939 года. Из за большого веса ее устанавливали на тяжелые истребители-перехватчики Bristol Beaufighter, созданные на базе бомбардировщика-торпедоносца Bristol Blenheim. Уже в мае следующего года новая модель, AI Mark II поступила на вооружение 6 эскадрилий перехватчиков, а в результате взаимодействия с группой разработчиков РЛС обнаружения морских целей ASV была разработана модель AI Mark III.

Антенны РЛС AI Mk. VI на крыле истребителя Hawker Typhoon

Первый британский массовый авиационный радар (англ. Airborne Interception radar) AI Mark IV (рабочие индексы AIR 5003 и SCR-540) поступил на вооружение в июле 1940 года. Он работал на частоте 193 МГц и при мощности 10 КВТ обеспечиал обнаружение целей на дальности до 5,5 км. Было выпущено около 3000 РЛС, которые устанавливались на самолеты Bristol Beaufighter, Bristol Beaufort, de Havilland Mosquito, Lockheed Ventura и Douglas A-20 Havoc.

Громоздкие РЛС было невозможно установить на легкие истребители, поэтому в 1940 году как альтернатива авиационным РЛС были разработаны наземные РЛС наведения перехватчиков Ground Controlled Intercept(GCI). Несмотря на это, авиационные РЛС продолжали развиваться, был налажен выпуск РЛС AI Mark IV А и AI Mark V, но радикальные изменения произошли после разработки РЛС AI Mark VI. Благодаря развитию технологий, новый радар мог быть установлен на одномоторные истребители типа Hawker Typhoon, а индикация целей выводилась не на два экрана, как раньше, а на один, что значительно упрощало действия летчика.
Более поздние разработки, AI Mark VIII, и AI Mark Mark IX и разрабатывались для для тяжелых истребителей, бомбардировщиков и торпедоносцев. Модель AI Mark Mark X была копией американского радара SCR-720. AI Mark XI, AI Mark XII и AI Mark XIII стали первыми радарами Х-диапазона волн ( 8-12 ГГц) и устанавливались на истребители Fairey Firefly. Модели AI Mark XIV и AI Mark XV предназначались для использования на самолетах морской авиации и устанавливались на американские палубные самолеты F6F Hellcat и F4U Corsair.
Для обнаружение целей на поверхности были разработаны РЛС типа H2S, который использовался главным образом при ночных бомбардировках.