Битва в ионосфере

I. Поисковые работы

В России первые результаты по обнаружению объектов, находящихся далеко за пределами горизонта, были получены в 1946-1949гг. Н.И. Кабановым при работе методом возвратно-наклонного зондирования с отражением от ионосферы в коротковолновом диапазоне. Комиссия под руководством доктора технических наук А.А. Колосова установила, что устойчивые отражения от неподвижных объектов на расстоянии порядка 2000 км по своей конфигурации достаточно хорошо совпадают с рельефом берегового побережья Турции, на Черном море. Однако на фоне этих отражений выделить слабые сигналы от самолетов в то время не удалось.

Аналогичная попытка обнаружения самолетов была сделана в США в 1949-50гг. Она также закончилась неудачей.

В 1958-60 гг. в СССР была выполнена научно-исследовательская работа «Дуга» (научный руководитель Е.С. Штырен), в которой была научно обоснована возможность загоризонтного обнаружения самолетов на дальности одного скачка (~ 3000 км) и стартов баллистических ракет на дальности двух скачков (~ 6000 км). Были разработаны корреляционно-фильтровые методы выделения сигналов целей с доплеровским смещением частоты на фоне мощных сигналов возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ). На специальном полигоне методом электродинамического моделирования были измерены эффективные отражающие поверхности самолетов и корпусов баллистических ракет в диапазоне декаметровых радиоволн применительно к моно — и бистатической схемам радиолокации с разнесением приемника и передатчика от 0° до 180° (руководители работ В.А. Шамшин, Э.И. Шустов). Были измерены также спектры сигналов ВНЗ (руководитель работ Б.С. Кукис).

2. Научно-исследовательские работы

С 1962г. работы по загоризонтной радиолокации были развернуты в Москве в Научно-исследовательском институте дальней радиосвязи (НИИДАР), который с этого времени является головным институтом по данной тематике в пределах бывшего Советского Союза. По мере развертывания фронта исследований к этим работам был привлечен ряд научно-исследовательских организаций: Институт земного магнетизма и распространения радиоволн Академии наук (ИЗМИРАН) во главе с академиком В.В. Мигулиным; Научно-исследовательский радиофизический институт в г. Горьком (Нижний Новгород) во главе с директором Г.Г. Гетманцевым; Московское Высшее техническое училище им. Баумана (ныне Московский Государственный технический университет), руководство работами осуществлял теперешний ректор университета доктор И.Б. Федоров; Харьковский политехнический институт (руководитель работ В.И. Таран); Одесский политехнический институт (руководитель работ доктор наук Ю.И. Абрамович).

Большое внимание к работам по загоризонтной радиолокации проявлял председатель Совета по распространению радиоволн Академии наук СССР академик А.Н. Щукин.

Научно-исследовательские работы по загоризонтной радиолокации в коротковолновом диапазоне в период с 1961 по 1972 гг. велись по двум основным направлениям: обнаружение ионизированного следа стартующих баллистических ракет и их сопровождение на трассах различной ориентации; обнаружение и сопровождение самолетов на среднеширотных трассах.

С 1961 по 1964гг. головной организацией НИИДАР в кооперации с организациями России и Украины в г. Николаеве был создан экспериментальный макет загоризонтного радиолокатора с использованием мощных передатчиков и антенн одного из радиоцентров Министерства связи. На этом макете в 1964 г. получены первые в бывшем Советском Союзе загоризонтные обнаружения стартов баллистических ракет на дальности ~ 3000 км (руководители работ В.А. Шамшин и Э.И. Шустов).

В 1965-72 гг. макет несколько раз модернизировался. В 1967-68 гг. на этом макете впервые были обнаружены самолеты на дальности одного скачка (Э.И. Шустов, О.Б. Сливницкий). А в 1969г. обнаружены запуски с полигона мыса Канаверал космических кораблей «Аполлон» на дальностях 9-10 тыс. км (В.П. Чепига, Ю.К. Калинин).

В 1962-72 г.г. было изготовлено несколько измерительных радиолокационных пунктов в декаметровом диапазоне радиоволн. С помощью этих пунктов в прямой видимости были измерены эффективные отражающие поверхности ионизированных следов баллистических ракет, стартующих с полигонов Байконур, Капустин Яр, Плесецк (И.М. Заморин).

На первых этапах этих работ, до перехода к натурным испытаниям, основное внимание было уделено теоретическому исследованию и математическому моделированию на больших ЭВМ следующих задач:

– определение геофизических условий, при которых состояние ионосферы является наиболее благоприятным для распространения коротких радиоволн на большие расстояния, в том числе и на расстояния, превышающие пределы первого скачка;

– разработка методики определения рабочих частот, оптимальных для данного сезона и времени дня, а также для данных ионосферных условий;

– исследование активных и пассивных помех в коротковолновом диапазоне;

– разработка методики расчета аппаратурного и реального потенциала станции, необходимого для заданной вероятности обнаружения с учетом затухания на трассе.

Кроме того, по специальной программе проводились экспериментальные исследования величины эффективной отражающей поверхности самолетов и ионизированного следа ракет в коротковолновом диапазоне.

Большой объем работ был выполнен по разработке алгоритмов и программ первичной и вторичной обработки, применительно к специфическим условиям загоризонтной радиолокации.

3. Опытно-конструкторские и исследовательские работы

В период 1966-72 гг. был разработан и создан на юге Украины опытный образец загоризонтного радиолокатора. В 1976г. он был существенно модернизирован. Была создана также специальная станция обзора трасс, предназначенная для диагностики ионосферы и исследования сигналов возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ). В этой дополнительной станции использовалась кольцевая фазированная антенная решетка и многоканальный компьютеризированный приемник. Сектор наблюдения опытного образца был оборудован измерительными пунктами для исследования условий распространения декаметровых радиоволн. В составе вынесенных измерительных средств были ионосферные станции, измерители кругосветных эхо-сигналов, имитаторы радиолокационных сигналов, высотные измерители поля. Многочастотные высотные измерителя поля размещались на борту вертикально стартующих геофизических ракет. С помощью этих измерителей в 1974-78 гг. на удалениях 6-7 тыс. км были измерены профили напряженности электромагнитного поля для различных высот до 250 км в различных геофизических ситуациях. На опытном образце ЗГРЛС отрабатывались аппаратурные и программно-алгоритмические решения загоризонтных радиолокаторов.

Были отработаны методы сложения в пространстве мощностей передатчиков в широком диапазоне радиоволн с практически мгновенной перестройкой частоты в широкой полосе. Отработаны методы электронного фазо-фазового управления лучами передающей и приемной антенн в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Отработаны аппаратурные и программно-алгоритмические решения анализа помеховой обстановки и автоматического выбора рабочей частоты с минимальным уровнем помех.

Большое внимание уделялось способам обработки информации и выделения сигналов на фоне мощных активных и пассивных помех, включая корреляционную обработку, аналоговые и цифровые методы узкополосной фильтрации доплеровских частот, траекторную обработку и др. Был выполнен большой объем исследований условий дальнего и сверхдальнего (включая кругосветные трассы) распространения декаметровых радиоволн в различных геофизических условиях. Отработаны методы оптимизации частотно-угловых режимов работы станции и автоматического выбора диапазона оптимальных рабочих частот. В целом были отработаны методы комплексной адаптации загоризонтных радиолокаторов к непрерывно изменяющейся помеховой обстановке и геофизическим условиям на трассе и автоматического обнаружения целей.

В ходе этих работ были произведены обнаружения большого количества запусков баллистических ракет как попутных, так и специальных на дальностях 3, 6 и 7 тыс. км, включая групповые старты ракет.