На станции с комплексом вынесенных средств был отработан натурно-математический метод испытаний загоризонтных радиолокаторов. Метод базировался на разработке математических моделей ионосферы и распространения радиоволн, эффективных отражающих поверхностей и сигналов целей, помеховой обстановки и аппаратурно-программного комплекса. По результатам натурных работ на станции с комплексом вынесенных средств производилась калибровка моделей и их проверка по реальным запускам баллистических ракет. Составленная из таких моделей комплексная модель загоризонтного обнаружения совместно с моделями налета целей использовалась для испытаний боевых загоризонтных РАС (Ф.А. Кузьминский, Э.И. Шустов, В.Н. Стрелкин).
Основным явлением, которое было положено в основу обнаружения стартующих ракет, является отражение коротких радиоволн с большим РЛ поперечным сечением (ЭПР) от расширяющегося потока частично ионизированных продуктов сгорания ракетного топлива на ионосферных высотах 100–300 км (130 сек. полетного времени). Во время проведения этих экспериментов было установлено, что с помощью узкого (по углу места) передающего луча, прижатого как можно ближе к горизонту, часть излученной энергии может войти в ионосферные каналы при их возбуждении через рефракцию. Были выявлены также другие механизмы возбуждения скользящего распространения, включая рефракцию на крупномасштабных неоднородностях и диффузию пучков на случайных неоднородностях ионосферы. Механизм скользящего распространения определил основные особенности использования этого первого поколения советских ЗГ радаров. Достаточное количество экспериментальных обнаружений специально запланированных запусков ракет было проведено на расстоянии 3 и 6 тыс. км. Следует отметить, что Николаевский загоризонтный радар был экспериментальным, поэтому все типы явлений и распространений тщательно изучались.
Наряду с работами по обнаружению стартующих ракет проводились также работы по обнаружению воздушных целей. После доработок аппаратуры и программного обеспечения в 1974-76 гг. под руководством Ю.К. Гришина и Э.И. Шустова была выполнена серия испытаний по обнаружению самолетов в пределах первого скачка при дальности до 3000–3500 км. На этом этапе работ были решены основные научные и технические задачи, которые нужно было решить для создания боевых станций загоризонтного обнаружения самолетов.
4. Создание и испытания боевых станций
К сожалению, вплоть до 1972 г. не имелось достаточно достоверных и надежных экспериментальных данных по обнаружению стартующих ракет, подтверждающих высокую надежность механизма канального распространения, на котором основано обнаружение целей в диапазоне дальностей от 9 до 12 тыс. км. Тем не менее, в 1972 г. были приняты решения по сооружению двух рабочих (боевых) загоризонтных радаров для дальнего обнаружения стартующих с континента США ракет. В течение 1975–1979 гг. обе эти станции были созданы: первая недалеко от знаменитого Чернобыля (Украина) и вторая — вблизи Комсомольска-на- Амуре (российский Дальний Восток) (Ф.А. Кузьминский, Э.И. Шустов, Г.А. Лидлейн).
В основных чертах они повторяли Николаевский прототип, но были более сложными и дорогими. Передающая система содержала две отдельные антенны: для низкочастотной части (5-14 МГц) и для высокочастотной части (14–28 МГц) частотного диапазона. Полная мощность 26 передатчиков составляла примерно 1,5 МВт. Для примера, любители-коротковолновики используют для связи на огромных расстояниях передатчики мощностью всего в десятки ватт. Каждая передающая антенна содержала по 13 мачт с 10 диполями на каждой. Приемная система состояла из двух отдельных антенн, каждая из которых включала по 30 мачт и имела длину 500 м и 250 м соответственно. Двадцать четыре приемника использовались для непрерывного обзора пространства. Специальная круговая антенна, аналогичная николаевской, содержащая 256 вертикальных диполей (300 т; Н = 7,6 м; Н= 15 м), была установлена для кругосветного контроля ионосферы в реальном масштабе времени по всем направлениям и обеспечивала потребности процедуры выбора частоты. Большое количество экспериментальных исследований было выполнено на этих боевых радарах в 1981–1984 гг. по обнаружению стартующих ракет, по изучению распространения радиоволн в полярной шапке, наблюдению за осуществлением американской программы Спейс-Шаттл, измерению параметров орбит спутников и т. д.
В то же время длительная работа показала, что механизм канального распространения действует только в течение ограниченного периода времени и не обеспечивает требуемую для боевой работы высокую степень вероятности обнаружения.
Для поддержки рассматриваемых боевых систем в этот период были проведены интенсивные ионосферные эксперименты. Было собрано множество данных, касающихся ионосферного распространения и моделирования, что потребовало больших усилий.
Несмотря на то, что построенные боевые станции не дали возможности полностью решить поставленные перед ними задачи, работа с ними позволила получить ряд ценных научных результатов, относящихся к дальнему распространению KB, к структуре ионосферы в приполярных районах и к опыту создания мощных радиолокационных средств коротковолнового диапазона. Были проведены значительные работы и разработаны предложения по модернизации этих станций с целью улучшения их технических характеристик. Наиболее ценные результаты могли быть получены при совместном использовании обеих станций. Однако Чернобыльская катастрофа (происшедшая в непосредственной близости от ЗГ радаpa) вывела полностью из строя одну из них. Финансовые трудности, которые испытывала страна во второй половине восьмидесятых годов, не дали возможности построить на новом месте станцию взамен Чернобыльской, модернизировать станцию, расположенную на Востоке, и заново ввести в строй всю систему. Между тем проведенные работы по моделированию системы из двух модернизированных станций, опирающиеся на результаты натурных пусков, показали, что созданная система при массированном налете с территории США могла бы обладать достаточно высокой эффективностью. Прекращение «холодной войны» и общее изменение международной обстановки сделало продолжение работ в этом направлении нецелесообразным.
Огромный накопленный опыт по созданию уникальных радиолокационных средств, а также по разработке программного обеспечения этих средств, оказалось более полезным использовать для проведения работ по загоризонтной радиолокации в новых направлениях.
5. Радары для решения военно-морских задач С 80-х годов начато изучение возможности применения загоризонтных радаров для решения военно-морских задач. В 1982–1985 гг. группа, возглавляемая Ф.Ф. Евстратовым, создала экспериментальную версию прибрежного многофункционального радара, расположенного около г. Находки на русском Дальнем Востоке. Основной целью этого проекта было получение доказательства практической возможности обнаружения самолетов и надводных целей с применением поверхностной волны (- 300 км) и пространственной волны (~ 3000 км). Передающая система состояла из 28-элементной антенны с логопериодическими элементами вертикальной поляризации, питаемыми индивидуальными усилителями. Ширина диаграммы направленности передающей антенны составляла 8° на jo = 15 МГц. Суммарная мощность всех усилителей составляла 600 Квт. В приемной системе использовалась линейная антенная решетка из 256 вертикальных монополей (1 = 4,5 м) общей длиной 1,3 км. Для обеспечения прижатия луча как можно ближе к горизонту и для уменьшения потерь в грунте перед антенной на поверхности земли расположен плоский проволочный экран. Для исключения приема с тыльной стороны позади диполей установлен вертикальный проволочный экран (Н= 16 м).
Реализация рассматриваемого проекта позволила решить большое количество очень важных технических проблем: были созданы широкополосные антенные элементы с хорошим согласованием и высококачественным фазовым сканированием; разработаны мобильные передатчики нового поколения (25 КВт) с широкой электронной перестройкой по частоте (15 % от средней частоты).
В процессе этой разработки выполнен ряд исследовательских работ:
— впервые создана широкоапертурная приемная антенная система, состоящая из укороченных несогласованных элементов и система матричного формирования диаграммы направленности;
— проверен и внедрен новый метод узкополосной цифровой доплеровской фильтрации для режекции хаотических отражений от морской поверхности;
— создано новое поколение высококачественных антенных усилителей и приемников с цифровым управлением частотой настройки, что обеспечивало высокую идентичность передаточных функций каждого приемного канала.
В состав радара входили системы вертикального и возвратно-наклонного зондирования, содержащие
