Радиоэлектронная борьба: функциональное поражение радиоэлектронных средств
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Военная техника
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 268
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-9729-0700-7
Артикул: 766475.01.99
Рассматриваются принципиальные возможности, технические приемы проектирования и использования средств функционального поражения одноразового и многоразового применения, оснащенных сверхвысокочастотными и сверхширокополосными импульсными генераторами. Для специалистов в области радиоэлектронной и информационной борьбы. Издание может быть полезно студентам и аспирантам, изучающим технику радиоэлектронных систем и комплексов в вузах.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
- 623: Военная техника
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 11.04.01: Радиотехника
- ВО - Специалитет
- 11.05.01: Радиоэлектронные системы и комплексы
- 11.05.02: Специальные радиотехнические системы
- 25.05.03: Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
В. Г. ДМИТРИЕВ РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ БОРЬБА: ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПОРАЖЕНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Монография Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021
УДК 621.391:623 ББК 32.84 Д53 Рецензенты: доктор технических наук, профессор кафедры радиосистем передачи информации Московского авиационного института А. И. Куприянов; ведущий научный сотрудник Института динамики геосфер Российской академии наук, доктор технических наук С. И. Козлов Дмитриев, В. Г. Д53 Радиоэлектронная борьба: функциональное поражение радиоэлектронных средств : монография / В. Г. Дмитриев. Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. – 268 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-0700-7 Рассматриваются принципиальные возможности, технические приемы проектирования и использования средств функционального поражения одноразового и многоразового применения, оснащенных сверхвысокочастотными и сверхширокополосными импульсными генераторами. Для специалистов в области радиоэлектронной и информационной борьбы. Издание может быть полезно студентам и аспирантам, изучающим технику радиоэлектронных систем и комплексов в вузах. УДК 621.391:623 ББК 32.84 ISBN 978-5-9729-0700-7 Дмитриев В. Г., 2021 Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 2
СОДЕРЖАНИЕ Содержание ......................................................................................................................................... 3 Список сокращений ........................................................................................................................... 6 Предисловие ....................................................................................................................................... 8 Введение ........................................................................................................................................... 10 Глава 1. Основы функционального поражения радиоэлектронных средств ............................. 12 1.1. Принцип действия и применения средств функционального поражения ....................... 12 1.2. Уравнение функционального поражения ........................................................................... 15 1.3. Оценка значений критериальных уровней ......................................................................... 20 1.3.1. Оценка необходимой мощности излучения ................................................................ 20 1.3.2. Оценка дальности воздействия средств ФП на РЭС .................................................. 25 Глава 2. Электромагнитный импульс ядерного взрыва ............................................................... 28 2.1. Параметры ЭМИ ядерного взрыва ...................................................................................... 28 2.2. Виды поражения РЭС ЭМИ ядерного взрыва .................................................................... 33 2.3. Учет показателей и критериев ............................................................................................. 37 Глава 3. Функциональное поражение средствами одноразового применения .......................... 39 3.1. Особенности применения электромагнитных боеприпасов ............................................. 39 3.2. Физические принципы получения высокоэнергетических электромагнитных полей ... 40 3.2.1. На основе сверхсильных токов ..................................................................................... 40 3.2.2. На основе преобразования энергии ЭМП при взрывном сжатии ............................. 45 3.3. Энергетические характеристики ВМГ ................................................................................ 50 3.4. Средства ФП на основе ВМГ ............................................................................................... 54 3.5. Применение одноразового оружия ФП .............................................................................. 59 Глава 4. Средства функционального поражения многоразового применения .......................... 66 4.1. Задачи средств функционального поражения многоразового применения .................... 66 4.2. Состав СВЧ средств ФП многоразового применения ....................................................... 68 4.3. Оценка достижимых параметров СВЧ-генераторов ......................................................... 70 4.4. Применение СВЧ средств ФП ............................................................................................. 72 Глава 5. Сильноточные электронные ускорители ........................................................................ 74 5.1. Конструкция СЭУ ................................................................................................................. 75 5.2. Схемы формирования импульсов ........................................................................................ 80 5.3. Диоды с взрывной эмиссией электронов ............................................................................ 89 5.4. Преобразование энергии в электродинамических структурах ......................................... 95 Глава 6. Генераторы СВЧ-излучения ............................................................................................. 97 6.1. Магнетрон .............................................................................................................................. 97 6.1.1. Устройство магнетрона ................................................................................................. 97 6.1.2. Работа магнетрона в непрерывным режиме .............................................................. 100 6.1.3. Работа магнетрона в импульсном режиме ................................................................. 101 3
6.1.4. Релятивистские магнетроны ....................................................................................... 103 6.2. Амплитрон ........................................................................................................................... 106 6.3. Гиротрон .............................................................................................................................. 108 6.4. Клистроны и клистроды ..................................................................................................... 115 6.5. Триоды и тетроды ............................................................................................................... 124 6.6. Лампы бегущей и обратной волны .................................................................................... 128 6.7. Черенковские СВЧ-генераторы ......................................................................................... 129 6.8. Плазменные сверхмощные СВЧ-генераторы ................................................................... 139 6.9. Виркаторы ............................................................................................................................ 143 6.10. Магнитоизолированный линейный осцилятор .............................................................. 150 Глава 7. Формирование СВЧ импульсов наносекундной длительности .................................. 153 7.1. Использование высокодобротных резонаторных объёмов ............................................. 153 7.2. Использование метода временной компрессии энергии излучения .............................. 162 Глава 8. Генераторы сверхкоротких импульсов для средств ФП ............................................. 165 8.1. Коммутационные процессы и накопители энергии ......................................................... 165 8.1.1. Коммутаторы на основе газовых разрядников.......................................................... 165 8.1.2. Коммутаторы на основе полупроводниковых структур .......................................... 168 8.1.3. Накопители энергии..................................................................................................... 170 8.2. Генераторы на основе емкостного накопителя энергии ................................................. 172 8.3. Генераторы на основе индуктивного накопителя энергии ............................................. 179 8.4. Основные принципы работы полупроводниковых коммутаторов ................................ 182 8.4.1. Принципы работы ДДРВ ............................................................................................. 182 8.4.2. Особенности работы ДДРВ на основе карбида кремния ......................................... 189 8.4.3. Применение SOS диодов ............................................................................................. 192 8.5. Теоретические основы работы ДДРВ ............................................................................... 194 8.6. Схемы генераторов СШП импульсов на основе ДДРВ .................................................. 202 8.6.1. Базовая схема генератора ............................................................................................ 202 8.6.2. Оптимизация базовой схемы ДДРВ-генератора ....................................................... 205 8.6.3. Схемы генератора с транзисторным ключом ............................................................ 207 8.6.4. Схемы генерации с карбид-кремниевым ДДРВ ........................................................ 208 8.6.5. Схема генерации с двумя транзисторными ключами .............................................. 211 8.6.5. Двухкаскадные схемы генерации ............................................................................... 213 8.6.5. Многокаскадные схемы генераторов ......................................................................... 214 8.7. Генерация пикосекундных импульсов .............................................................................. 216 8.7.1. Применение диодных лавинных обострителей ........................................................ 216 8.7.2. Импульсно-периодические пикосекундные генераторы с разрядниками .............. 220 8.7.3. Схемы генерации ......................................................................................................... 222 8.7.4. Перспективы развития ................................................................................................. 225 4
Глава 9. Антенные системы сверхмощных генераторов............................................................ 227 9.1. Основные принципы построения антенных систем ........................................................ 227 9.2. Один высоковольтный генератор – одна антенна ........................................................... 228 9.2.1. IRA антенны ................................................................................................................. 228 9.2.2. ТЕМ-антенны ............................................................................................................... 230 9.2.3. Комбинированные антенны ........................................................................................ 232 9.2.4. Антенны Вивальди ....................................................................................................... 235 9.2.5. Роль балластной нагрузка при излучении СКИ ........................................................ 238 9.3. Активные многоэлементные решетки .............................................................................. 241 9.3.1. Антенные решетки с активными элементами ........................................................... 241 9.3.2. Антенные решетки, возбуждаемые от одного генератора ....................................... 244 9.4. Способы возбуждения широкополосной антенной решетки ......................................... 246 9.5. Анализ частотных характеристик антенн ......................................................................... 250 Заключение ..................................................................................................................................... 252 Список литературы ........................................................................................................................ 254 5
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АР Антенная решетка АФУ Антенно-фидерное устройство АЧХ Амплитудно-частотные характеристики БПЛА Беспилотный летательный аппарат ВВ Взрывчатое вещество ВВСТ Вооружение, военная и специальная техника ВМГ Взрывомагнитный генератор ВЧ Высокочастотный ВЯВ Высотный ядерный взрыв ГСН Головка самонаведения ГСНС Глобальная спутниковая навигационная система ДГУ Динисторы с глубокими уровнями ДЗЛП Диод с запаздывающим лавинным пробоем ДДРВ Дрейфовый диод с резким восстановлением ДЛО Диодный лавинный обостритель ДНА Диаграмма направленности антенны ДНЗ Диод с накоплением заряда ДТРВ Дрейфовый транзистор с резким восстановлением ЗУР Зенитная управляемая ракета ИК Инфракрасный ИТ Инжекционный тиратрон ИСЗ Искусственный спутник Земли КВВ Кумулятивное взрывчатое вещество КВО Круговое вероятное отклонение КПД Коэффициент полезного действия КР Крылатая ракета КСВ Коэффициент стоячей волны ЛА Летательный аппарат ЛБВ Лампа бегущей волны ЛОВ Лампа обратной волны МВЧГ Многоволновой черенковский генератор МГД Магнитогидродинамический МИЛО Магнитоизолированный линейный осциллятор МЛК Многолучевой клистрон МЦАР Мазер на циклотронном резонансе ООЗ Область объемного заряда ПВО Противовоздушная оборона 6
ПЗРК Переносной зенитный ракетный комплекс ППТ Плазменные прерыватели тока ПРР Противорадиолокационная ракета РВД Реверсивно включаемые динисторы РЛС Радиолокационная станция РРТР Радио и радиотехническая разведка РУК Разведывательно-ударный комплекс РЭА Радиоэлектронная аппаратура РЭБ Радиоэлектронная борьба РЭП Радиоэлектронное подавление РЭС Радиоэлектронное средство СВЧ Сверхвысокочастотный СКИ Сверхкороткий импульс СШП Сверхширокополосный СЭУ Сильноточный электронный ускоритель ТВ Телевизионный УВЧ Ультравысокочастотный УПЧ Усилитель промежуточной частоты ФАР Фазированная антенная решетка ФП Функциональное поражение ЭВМ Электронно-вычислительная машина ЭВП Электровзрывной преобразователь ЭДС Электродвижущая сила ЭКБ Электронная компонентная база ЭМБ Электромагнитный боеприпас ЭМВ Электромагнитная волна ЭМИ Электромагнитное излучение ЭМО Электромагнитное оружие ЭМП Электромагнитное поле ЭПР Эффективная поверхность рассеяния ЯВ Ядерный взрыв 7
ПРЕДИСЛОВИЕ Мощный технологический прогресс последних десятилетий обусловил многие качественные изменения в технике информационных систем вообще и в радиоэлектронных системах (РЭС) в частности. Эти изменения не оставили в стороне формы и содержание проявлений диалектических противоречий, складывающихся между радиоэлектронными системами и внешней средой, в которой эти системы функционируют. Ранее движущей силой развития и совершенствования теории и техники информационных систем было их конфликтное взаимодействие с природой. Поэтому к концу ХХ века, накопив опыт и знания о законах природы, инженеры вооружились конструктивными теориями, такими как теория передачи информации, теория потенциальной помехоустойчивости и статистическая теория РЭС. Основываясь на этих и других теориях, а также используя обширный накопленный практический опыт проектирования и эксплуатации технических систем, инженеры получили возможность создавать РЭС с характеристиками и показателями, весьма близкими к потенциально достижимым в любых конкретных условиях проявления информационного конфликта с природой. Можно сказать, что в настоящее время природа довольно слабо сопротивляется стремлениям человечества использовать искусственные технические и информационные системы во всех видах и отраслях своей деятельности. Начиная со второй половины ХХ века условия функционирования РЭС существенно изменились. К этому времени противоречия и конфликты, сопровождающие развитие цивилизации, вышли за пределы территорий и акваторий. Сфера конфликтов захватила воздушное, водное и космическое пространства. И, что не менее важно, ареной противоречий и, как следствие, конфликтов стало информационное пространство, в котором функционируют радиоэлектронные системы. Конец ХХ века принес еще один вызов цивилизации людей на планете Земля. Это вызов со стороны террористических групп и объединений, не ограниченных территориальными пространствами стран и их государственными границами, не сдерживаемых моральными установками и традициями, правовыми нормами. Особо важную роль такое противоборство стало играть в военной сфере. Наглядной иллюстрацией этого положения служат войны и вооруженные конфликты ХХI века. Их анализ со всей очевидностью свидетельствует о том, что ход и исход современных военных действий любого масштаба наряду с другими факторами во многом определяются искусством ведения противоборства в сфере радиоэлектронной борьбы (РЭБ). 8
Разумеется, как формы проявления информационного конфликта, так и средства, используемые при информационном противоборстве, весьма разнообразны. Различным аспектам информационных конфликтов и РЭБ посвящена обширная и едва ли обозримая литература на языках всех стран, развитых в промышленном и военном отношении. В этой книге обсуждается только одна, но, как отмечают ведущие специалисты важная составляющая РЭБ – функциональное поражение радиоэлектронных систем и средств. Применение этого вида воздействия на объекты, имеющие в своем составе элементы радиоэлектронных устройств не приводит к катастрофическим разрушениям данных объектов и к гибели личного состава. Воздействуя на РЭС оно лишает их возможности нормального, штатного функционирования не только в период непосредственного воздействия, но и после его окончания. Радиоэлектронные средства выходят из строя, что приводит к невозможности дальнейшего применения данного вооружения по предназначению. Этим достигается основная цель – дезорганизация управления войсками, оружием (прежде всего высокоточным) и боевой техникой (в том числе роботизированными комплексами), что естественно способствует более эффективному и без потерь решению поставленных боевых задач. Специфика сложной комплексной проблемы РЭБ вообще и проблемы функционального поражения в частности такова, что далеко не все их аспекты могут излагаться и обсуждаться с одинаковой степенью подробности в общедоступной литературе. Автор, работая над этой книгой, не выходил за рамки сведений, содержащихся в открытых публикациях, стремясь лишь к их систематизации и критическому осмыслению. Автор считают своим долгом поблагодарить уважаемых рецензентов доктора технических наук А. И. Куприянова и доктора технических наук С. И. Козлова, а также главного научного сотрудника ИДГ РАН доктора технических наук профессора, академика РАЕН Ю. М. Перунова за помощь в написании и подготовке к изданию книги. 9
ВВЕДЕНИЕ В настоящее время и в перспективе основным направлением повышения боевого потенциала развитых в военно-техническом отношении государств является качественное совершенствование вооружений и военной техники (ВВТ) на основе развития средств и систем разведки, связи, навигации, управления, радиоэлектронного подавления (РЭП), т. е. на основе информатизации всех сфер вооруженной борьбы. В связи с этим в развитых государствах происходит пересмотр тех концепций военного строительства, в которых основная ставка делалась на развитие традиционных видов ВВТ. Следствием роста зависимости войск (сил) и оружия от широко внедряемых и используемых электронных средств (радиотехнических, оптоэлектронных, вычислительных), обеспечивающих информатизацию, является повышение роли радиоэлектронной борьбы. Радиоэлектронная борьба в последние годы активно выходит за традиционные рамки обеспечения боевых действий, оказывая значительное влияние на ход и исход боевых операций. Как показал опыт локальных войн во Вьетнаме, на Ближнем Востоке, в Югославии, Сирии, в результате применения традиционных средств РЭБ в операциях и боевых действиях боевые возможности сухопутных войск повышаются в 1,5 раза, потери самолетов снижаются в 4–6 раз, кораблей в 2–3 раза. Такое снижение потерь является достаточно близким к предельно достижимому уровню для традиционных средств радиоэлектронного подавления. При этом стоимость техники РЭБ по отношению к стоимости основных видов вооружений составляет 5–8%. Таким образом, использование техники РЭБ чрезвычайно выгодно в военно-экономическом отношении. Однако в оперативно-тактическом отношении требования к эффективности РЭБ существенно выше. Все вышеизложенное подчеркивает актуальность проблемы изыскания новых путей снижения эффективности радиоэлектронных средств и систем потенциального противника. Одним из таких путей является создание функционального поражения. Средства функционального поражения воздействуют на любые РЭС, независимо от их предназначения и могут приводить как к кратковременному, так и к длительному выводу этих РЭС из строя. Наиболее чувствительны к воздействию СВЧ-излучения полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы, все элементы и соединения которых выполнены в объеме и на поверхности кристалла полупроводника. Поэтому полупроводниковые приборы и микросхемы – главные объекты поражения электромагнитным излучением. 10