RU2701605C1

RU2701605C1 - High-speed aircraft destruction method at low altitudes

Info

Publication number: RU2701605C1
Application number: RU2018133304A
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Кузнецов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта"
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2019-09-30

Abstract

FIELD: military equipment.

SUBSTANCE: invention relates to a method of hitting high-speed aircraft at low altitude. Method consists in fact that fixing aircraft position in space, design point of space for destruction of aircraft is determined by blasting of ammunition by command from data processing system received from tethered balloons equipped with optical receivers and located in certain manner.

EFFECT: higher efficiency of destruction of high-speed aircraft at low altitude.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано для защиты объектов от поражения высокоскоростными летательными аппаратами, в том числе, от крылатых ракет и самолетов.The invention relates to military equipment and can be used to protect objects from damage by high-speed aircraft, including from cruise missiles and aircraft.

Процесс создания боеприпасов, способных за счет высокой (гиперзвуковой) скорости движения оставаться неуязвимыми, для средств противовоздушной обороны в последние годы идет очень активно. В качестве примеров появления таких боеприпасов в ряде развитых стран можно привести гиперзвуковые летательные аппараты, создаваемые в Китае (DZ-ZF), в США (Х-51A Waverider) и другие.The process of creating ammunition capable of remaining invulnerable due to the high (hypersonic) speed of movement has been very active for air defense systems in recent years. As examples of the appearance of such ammunition in a number of developed countries, hypersonic aircraft manufactured in China (DZ-ZF), in the USA (X-51A Waverider) and others can be cited.

В связи с этим, проблема разработки средств поражения таких летательных аппаратов сегодня является актуальной.In this regard, the problem of developing means of destruction of such aircraft today is relevant.

Прототипы систем для поражения низколетящих целей использовались нашими предшественниками еще во время Второй мировой войны. Например, в системе заграждения с помощью аэростатов, применяемой англичанами для защиты Лондона от разрушительных немецких ракет.Prototypes of systems for hitting low-flying targets were used by our predecessors during the Second World War. For example, in a barrage system using balloons used by the British to protect London from destructive German missiles.

Действие аэростатов заграждения было рассчитано на повреждение самолетов при столкновении с тросами, оболочками или подвешиваемыми на тросах зарядами взрывчатого вещества.The action of barrage balloons was designed to damage aircraft in a collision with ropes, shells or explosive charges suspended on ropes.

Применение аэростатов в системе ПВО проводится и в настоящее время. Так в США уже несколько лет назад прошла успешные испытания система JLENS, включающая в себя комплекс аэростатов и зенитно-ракетных установок. 30 апреля 2012 г. на полигоне в районе озера Грейт Лейк-Солт в штате Юта состоялись испытания комплекта аэростатов совместно с армейским ЗРК Patriot. Система JLENS уверенно обнаружила низколетящую цель, имитировавшую крылатую ракету, передала данные батарее ЗРК. Та первым же пуском уничтожила мишень. Такие же системы американцы планируют устанавливать на авианосцах. (http://army-news.ru/2013/11/aerostaty-protiv-krylatyx-raket/).The use of balloons in the air defense system is ongoing. So in the United States several years ago, the JLENS system, which included a complex of balloons and anti-aircraft missile launchers, was successfully tested. On April 30, 2012, a range of balloons was tested jointly with the Patriot air defense missile system at a test site near Great Lake Salt in Utah. The JLENS system confidently detected a low-flying target imitating a cruise missile, and transmitted data to the air defense system’s battery. That first launch destroyed the target. The Americans plan to install the same systems on aircraft carriers. (http://army-news.ru/2013/11/aerostaty-protiv-krylatyx-raket/).

Обнаружение и поражение высокоскоростных летательных аппаратов является сложной технической задачей. При их гиперзвуковой скорости полета и маневрирования сегодняшние средства обнаружения, слежения и наведения противоракет не успевают выполнить задачу по уничтожению этих целей. Как известно, современные системы ПВО в своем арсенале используют различные радары, которые устанавливаются, как на средствах обнаружения, так и на средствах поражения. Электронные устройства разведки гиперзвуковых летательных аппаратов позволяют зафиксировать излучение от этих средств, и, используя свою высокую маневренность, успевают принять меры по уводу летательного аппарата от воздействия на него средств обнаружения и поражения.The detection and destruction of high-speed aircraft is a complex technical task. With their hypersonic speed of flight and maneuvering, today's means of detecting, tracking and pointing anti-missile missiles do not have time to complete the task of destroying these targets. As you know, modern air defense systems use various radars in their arsenal, which are installed both on the detection means and on the means of destruction. Electronic reconnaissance devices for hypersonic aircraft make it possible to record the radiation from these means, and, using their high maneuverability, manage to take measures to divert the aircraft from exposure to detection and damage means.

Настоящее изобретение представляет собой техническое решение по созданию системы борьбы с низколетящими гиперзвуковыми боеприпасами, лишенное вышеназванных недостатков. Суть технических решений заключается в создании автоматизированной системы обнаружения и поражения таких летательных аппаратов. В основу принципов построения такой системы положены исследования автора, направленные на обнаружение сверхзвуковых летательных аппаратов по их электромагнитному излучению, сопровождающему процессы образования ударных волн в зонах движения сверхзвуковых аппаратов. Такие средства обнаружения летательных аппаратов являются пассивными. Использование пассивных схем обнаружения сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов позволяет оставаться им незаметными для средств обнаружения и разведки, установленным на летательных аппаратах.The present invention is a technical solution to create a system for combating low-flying hypersonic ammunition, devoid of the above disadvantages. The essence of technical solutions is to create an automated system for the detection and destruction of such aircraft. The principles of constructing such a system are based on the author’s research aimed at detecting supersonic aircraft by their electromagnetic radiation, accompanying the processes of formation of shock waves in the zones of motion of supersonic vehicles. Such aircraft detection tools are passive. The use of passive detection schemes for supersonic and hypersonic aircraft allows them to remain invisible to the detection and reconnaissance equipment installed on aircraft.

Предлагаемая система обнаружения и применяемые средства поражения работает в автоматическом режиме по заранее отработанным алгоритмам.The proposed detection system and the used means of destruction works in automatic mode according to previously developed algorithms.

Ниже рассмотрены предлагаемые технические решения по построению таких систем обнаружения и поражения низколетящих сверхзвуковых аппаратов.Below we consider the proposed technical solutions for the construction of such systems for the detection and destruction of low-flying supersonic vehicles.

Предлагаемое техническое решение поясняется рисунками, приведенными на фиг. 1, 2. Фиг. 1. Схема расположения привязных аэростатов для установки ИК-приемников и боеприпасов (цифрами 1-6 обозначены места установки привязных аэростатов с приемниками инфракрасного излучения и боеприпасами). Фиг. 2. Привязные аэростаты с ИК-приемниками и боеприпасами. Фиг. 3. Внутренняя схема пироприемника (назначение выводов: D - питание; G - земля, S - Uвых).The proposed technical solution is illustrated by the drawings shown in FIG. 1, 2. FIG. 1. Arrangement of tethered balloons for the installation of infrared receivers and ammunition (numbers 1-6 indicate the installation location of tethered balloons with infrared receivers and ammunition). FIG. 2. Tether balloons with IR receivers and ammunition. FIG. 3. The internal circuit of the pyroelectric receiver (pin assignment: D - power; G - ground, S - Uout).

Предлагаемый способ поражения высокоскоростных летательных аппаратов на низких высотах, заключающийся в том, что с помощью привязных аэростатов на различных высотах от защищаемого объекта устанавливаются пассивные оптические приемники инфракрасного излучения в диапазоне длин волн 2-5 мкм. Причем количество приемников выбирается таким, чтобы закрыть воздушное пространство над защищаемым объектом геометрическими фигурами из приемников. Пример, расположения приемников в углах условных шестиугольников приведен на фиг. 1, 2. Могут применяться другие схемы расположения, обеспечивающие фиксацию излучения от летательного аппарата и определение его положения в пространстве, например, методами триангуляции.The proposed method of hitting high-speed aircraft at low altitudes, which consists in using passive optical receivers of infrared radiation in the wavelength range of 2-5 microns with the help of tethered balloons at various heights from the protected object. Moreover, the number of receivers is chosen so as to close the airspace above the protected object with geometric figures from the receivers. An example of the arrangement of receivers in the corners of conditional hexagons is shown in FIG. 1, 2. Other layouts may be used to ensure that radiation from the aircraft is fixed and its position in space is determined, for example, by triangulation methods.

Крепление аэростатов осуществляется с помощью тросов из синтетических материалов, внутри которых проложена электропроводка для питания оборудования и связи для передачи получаемых данных.The fixation of balloons is carried out using ropes made of synthetic materials, inside of which electrical wiring is laid for powering the equipment and communication for transmitting the received data.

Прочность тросов на разрыв в зависимости от объема аэростата составляет 5-30 тонн. В состав наземного комплекса входит: швартовочное оборудование с лебедкой, система энергоснабжения и пункт управления с системой обработки данных с приемников излучения.The tensile strength of the cables depending on the volume of the balloon is 5-30 tons. The ground-based complex includes: mooring equipment with a winch, a power supply system and a control point with a data processing system from radiation receivers.

Установленные определенным образом в защищаемом воздушном пространстве приемники, подключенные по кабельной связи к системе обработки информации, позволяют определить координаты подлетающего летательного аппарата и выдать команду на срабатывание устройства уничтожения быстролетящей цели в заданном месте защищаемого пространства. Вариантов создания таких систем, по-видимому, можно предложить несколько.The receivers installed in a certain way in the protected airspace, connected via cable to the information processing system, make it possible to determine the coordinates of the approaching aircraft and issue a command to activate the device for destroying a fast-flying target in a given place of the protected space. Apparently, there are several options for creating such systems.

В качестве таких пассивных приемников предлагается использовать оптико-электронные устройства для регистрации излучения в диапазоне длин волн 2-5 мкм. Теоретическое обоснование возможности выявления аппаратов, летящих в атмосфере воздуха со сверхзвуковой скоростью, приведено в работе автора (Кузнецов Н.С. Предложения по повышению эффективности неконтактных датчиков цели ракет // Боеприпасы. - 2018. - №3.). В этой работе предложен алгоритм определения положения летательного аппарата относительно приемника по наличию максимума интенсивности принимаемого излучения на ИК-приемнике. Там же приведены данные по нагреву летательного аппарата в зависимости от скорости движения. Этот диапазон температур нагрева летательного аппарата обуславливает и оптимальный диапазон длин волн для регистрации таких объектов (2-5 мкм).As such passive receivers, it is proposed to use optical-electronic devices for detecting radiation in the wavelength range of 2-5 microns. The theoretical justification for the possibility of detecting vehicles flying in an atmosphere of air at supersonic speed is given in the author's work (Kuznetsov N.S. Suggestions for improving the efficiency of non-contact sensors of missile targets // Ammunition. - 2018. - No. 3.). In this work, an algorithm is proposed for determining the position of an aircraft relative to a receiver by the presence of a maximum intensity of received radiation at an IR receiver. The data on heating the aircraft depending on the speed of movement are also given there. This temperature range of the aircraft heating also determines the optimal wavelength range for recording such objects (2-5 microns).

В реализации способа может быть использован алгоритм, применяемый в системах, использующих пассивные ИК детекторы движения. При этом диапазон волн, регистрируемых ИК-приемниками, должен быть выше 2 мкм. Так как именно в этом диапазоне длин волн в зоне движения летательного аппарата возникает электромагнитное излучение, обусловленное нагревом воздуха.In the implementation of the method, the algorithm used in systems using passive IR motion detectors can be used. In this case, the wavelength range recorded by IR receivers should be above 2 microns. Since it is in this wavelength range in the zone of motion of the aircraft that electromagnetic radiation occurs due to heating of the air.

Принцип действия пассивных ИК детекторов основан на регистрации изменения интенсивности ИК излучения, возникающего при движении теплового объекта в зоне обнаружения прибора. Чувствительным элементом такого прибора является пироэлемент (пироприемник), на поверхности которого под воздействием ИК излучения от любого теплового объекта возникает электрический заряд. Для регистрации факта движения теплового объекта в детекторе с помощью многосегментного зеркала формируется многолучевая диаграмма направленности, состоящая из множества лучей детекции, направленных под разными углами и в различных направлениях. Пересечение этих лучей тепловым объектом (нагретой зоной ЛА) приводит к попаданию на пироэлемент импульсов ИК излучения и, как следствие, обеспечивает последним формирование электрических импульсов. Эти импульсы усиливаются и обрабатываются детектором, который подсчитывает их количество и временной интервал между ними. Регистрация такой информации на несколько приемников, разнесенных в пространстве, позволят определить координаты летательного аппарата и направление его движения.The principle of operation of passive IR detectors is based on the registration of changes in the intensity of IR radiation that occurs when a thermal object moves in the detection zone of the device. A sensitive element of such a device is a pyroelement (pyroelectric receiver), on the surface of which, under the influence of infrared radiation from any thermal object, an electric charge arises. To register the fact of the motion of a thermal object in the detector using a multi-segment mirror, a multi-beam radiation pattern is formed, consisting of many detection rays directed at different angles and in different directions. The intersection of these rays with a thermal object (heated zone of the aircraft) causes IR pulses to hit the pyroelement and, as a result, provides the formation of electric pulses last. These pulses are amplified and processed by a detector that counts their number and the time interval between them. Registration of such information on several receivers spaced in space will allow determining the coordinates of the aircraft and the direction of its movement.

Лучи детекции образуют зону обнаружения, которая определяет чувствительность прибора, т.е. максимальное расстояние, на котором происходит уверенное обнаружение перемещающегося объекта. Точные геометрические характеристики (конфигурация) зоны обнаружения обеспечиваются многосегментными зеркалами и оптической системой на линзах Френеля. Использование различных типов линз позволяет изменять конфигурацию зоны обнаружения в зависимости от обстановки. Оптическая система в зависимости от типа используемых линз позволяет получать зоны обнаружения следующих типов: объемную, поверхностную и узконаправленную.The detection rays form a detection zone, which determines the sensitivity of the device, i.e. maximum distance at which a confident detection of a moving object occurs. The exact geometric characteristics (configuration) of the detection zone are provided by multi-segment mirrors and an optical system based on Fresnel lenses. Using different types of lenses allows you to change the configuration of the detection zone depending on the situation. The optical system, depending on the type of lens used, allows you to get the detection zone of the following types: volumetric, surface and narrowly targeted.

Во всех случаях пироприемник используется совместно с внешней оптической системой, осуществляющей разделение на прозрачные и непрозрачные температурные секторы и фокусировку инфракрасного излучения с контролируемого объема на чувствительный элемент. Линза собирает излучение с конкретного участка пространства и посылает на свой чувствительный элемент. Соседняя линза, контролирующая смежный участок посылает поток излучения на второй сенсор. Излучения соседних участков примерно одинаковы. При нарушении баланса, превышении какого-то порогового значения, прибор извещает устройство обнаружения о наличии движущейся цели в зоне охвата.In all cases, the pyrodetector is used in conjunction with an external optical system, which divides into transparent and opaque temperature sectors and focuses infrared radiation from a controlled volume to a sensitive element. A lens collects radiation from a specific area of space and sends it to its sensitive element. The adjacent lens controlling the adjacent area sends a radiation flux to the second sensor. The radiation from neighboring areas is approximately the same. If the balance is violated, a threshold value is exceeded, the device notifies the detection device of the presence of a moving target in the coverage area.

Летательный аппарат последовательно пересекает эти секторы, в результате формируется переменный тепловой сигнал от перемещения. Переменный сигнал на уровне постоянного температурного фона выделяется достаточно просто. Пироприемник состоит из противофазно включенных чувствительных площадок, поэтому детектор реагирует только на градиент температуры между двумя площадками, в то время как фоновое значение температуры компенсируется. На фиг. 2 приведена схема такого пироприемника.The aircraft sequentially crosses these sectors, as a result an alternating heat signal from movement is formed. An alternating signal at a constant temperature background is quite simple. The pyrodetector consists of antiphase switched-on sensitive areas, so the detector only responds to the temperature gradient between the two areas, while the background temperature is compensated. In FIG. 2 shows a diagram of such a pyrodetector.

При построении оптики ИК-датчиков используются линзы Френеля, представляющие из себя множество призматических фасеток на выпуклой, прозрачной для выбранного диапазона длин волн, кристаллической чашке. Каждая линза собирает ИК поток со своего участка пространства и отправляет на пироприемник.When constructing the optics of IR sensors, Fresnel lenses are used, which are a lot of prismatic facets on a crystalline cup, convex, transparent for the selected wavelength range. Each lens collects the IR stream from its own space and sends it to the pyroelectric receiver.

ИК-приемники имеют небольшие габариты, и как следствие, незначительный вес. Поэтому для установки их на высоте потребуются привязные аэростаты небольших размеров. Такие аэростаты сегодня разрабатываются и изготавливаются радом фирм в России и за рубежом. Одним из прототипов такого комплекса является израильский малый разведывательный аэростат SkyStar 180.IR receivers have small dimensions, and as a result, low weight. Therefore, to install them at a height you will need tethered small balloons. Such balloons are today designed and manufactured by a number of companies in Russia and abroad. One of the prototypes of such a complex is the Israeli small reconnaissance balloon SkyStar 180.

Он может поднять до 6,5 кг веса на высоту около 300 метров. Он готовится к запуску с небольшого прицепа в течение 15 минут группой из двух человек и может работать в течение трех дней. Система обработки данных может находиться на автомобиле или другом переносном устройстве.It can lift up to 6.5 kg of weight to a height of about 300 meters. He is preparing to launch from a small trailer within 15 minutes in a group of two people and can work for three days. The data processing system may be located on a car or other portable device.

Схема установки ИК-приемников должна позволять определять появление цели между ними методами триангуляции.The installation scheme of IR receivers should allow to determine the appearance of the target between them by triangulation methods.

Информация с приближенными координатами цели мгновенно (микросекунды) поступает на боевые устройства, способные поражать быстролетящие объекты без наведения на цель, так как времени наведения на цель из-за высокой скорости летательного аппарата нет.Information with approximate coordinates of the target instantly (microseconds) is sent to combat devices that can hit fast-flying objects without aiming at the target, since there is no time to aim at the target due to the high speed of the aircraft.

В качестве таких боеприпасов могут быть осколочно-фугасные боеприпасы с готовыми поражающими элементами и ударными ядрами. Такие боеприпасы способны поражать цели в радиусе более 200 м.As such ammunition can be high-explosive fragmentation ammunition with ready-to-use striking elements and shock nuclei. Such ammunition is capable of hitting targets within a radius of more than 200 m.

Особый интерес представляют боеприпасы способные при взрыве создавать мощный электромагнитный импульс, способный выводить из строя аппараты с использованием электроники на расстоянии более километра.Of particular interest are ammunition capable of creating a powerful electromagnetic pulse during an explosion, capable of incapacitating devices using electronics at a distance of more than a kilometer.

Построение рассмотренной выше системы защиты от сверхзвуковых боеприпасов представляет собой определенную систему минирования воздушного пространства в зоне защищаемого объекта.The construction of the system of protection against supersonic ammunition considered above is a certain system of mining airspace in the area of the protected object.

Claims

The method of hitting high-speed aircraft at low altitudes, which consists in the fact that using hardware to fix the position of the aircraft in space, using the means of destruction determine the calculated point of space for hitting the aircraft with ammunition and carry out the undermining of ammunition at this point, characterized in that as hardware, many passive optical receivers are used, installed at different heights from the surface to be protected using balloons, and the number of receivers is chosen so as to close the airspace above the protected object with geometric figures from the receivers, and the distances between the receivers are chosen so as to ensure the registration of electromagnetic radiation from aircraft flying up to the protected object simultaneously, at least two receivers, at lengths waves in the range of 2-5 microns, in the places of installation of the receivers also have ammunition that undermines on command from the data processing system from receivers from radiation.