Комплексы РЭБ тактической авиации ВМС и морской пехоты США (часть 2)
Продолжение, начало см. в часть 1
Комплекс РЭБ AN/ALQ-249 NGJ
Как упоминалось выше, начало программы NGJ (Next Generation Jammer) сопровождалось значительными задержками. Объявив в 2004-м о ее подготовке и ограничившись абстрактно-фэнтезийным описанием в стиле "самый, самый, самый", министерство ВМС только в 2008-м выпустило общее ТТЗ, изложив более-менее конкретные требования к перспективному авиационному комплексу РЭБ и приступило к сбору заявок от возможных претендентов на участие в конкурсе.
Здесь был полный аншлаг, потому что производители предвкушали крупные доходы. По состоянию на 2014 г. рамочная стоимость программы NGJ оценивалась в 10 млрд. долл., в 2018 г. эта сумма увеличилась до 15 млрд., она уверенно продолжает расти посейчас и наверняка сохранит такую тенденцию в будущем. Привлеченные запахом больших денег, на различных этапах проекта в нем участвовали все лидеры аэрокосмического и радиоэлектронного секторов ВПК США, включая консорциумы компаний Lockheed Martin с Kobham, Boeing с ITT Exelis, Northrop Grumman с Harris Corp., а также соответствующие подразделения корпораций Raytheon, BAE Systems и L3 Technologies.
В 2015 году ITT Exelis стала частью Harris Corp., которая в 2019-м объединилась с L3 Technologies. Все эти слияния и поглощения несколько раз приводили к забавным коллизиям по ходу реализации программы NGJ, о чем подробнее будет рассказано в соответствующих подразделах ниже.
Также значительный интерес к участию в проекте проявила Австралия после закупки ею в 2014 г. самолетов РЭБ EA-18G. В 2017 году министерство обороны этой страны подписало меморандум о взаимопонимании с МО США для связи, координации, сотрудничества при разработке и производстве комплекса NGJ. На участие в первом этапе проекта Австралия внесла в его бюджет 250 млн. австрал. долл. (по тогдашнему курсу 178 млн. долл. США), а всего на модернизацию систем РЭБ самолетов EA-18G Австралия планирует в 2016-2035 гг. суммарно потратить 5-6 млрд. своих долларов (3,6-4,3 млрд. американских).
Что касается колебаний графика реализации программы, то первым толчком к его сдвигу "влево" стал российско-грузинский конфликт в августе 2008 года. Затем по итогам операции Unified Protector НАТО против Ливии в 2011-м приняли решение ускорить проведение НИОКР, перенеся завершение первого этапа конкурса и выбор поставщика новой системы с 2015-го на 2013 год. В 2013-м планировали, что первые станции РЭП комплекса достигнут НБГ в 2020 году.
Выполненный и планируемый график реализации программы NGJ (по состоянию на 2013 г.)
На фоне начавшегося в 2014-м военного кризиса на Украине руководство США приняло решение об ускоренной реализации целого ряда программ военных закупок для всех видов вооруженных сил страны, включая и программу NGJ. Однако впоследствии в силу различных причин график реализации проекта несколько раз корректировали с переносом сроков "вправо". В июле 2018-го на авиасалоне в Фарнборо представитель ВМС США сообщил, что летные испытания первых компонентов комплекса намечены на 2019-й, а вся система должна выйти на уровень НБГ в 2022 году. Фактически они начались только в 2020-м, а достижение НБГ сейчас перенесено на 2025 год. И в дальнейшем сохраняется высокая вероятность очередного затягивания сроков.
Система NGJ в ВС США получила официальное обозначение AN/ALQ-249. В соответствии с замыслом, она должна стать эволюционным развитием концепции комплекса AN/ALQ-99, тоже c автономными подвесными контейнерными станциями активных помех, но уже на основе комбинации современных, гибких методов подавления и новых технологий, соответствующих как текущим, так и перспективным условиям военных действий.
Как и у комплексов РЭБ ранних поколений, основным предназначением системы NGJ является обеспечение применения ударной авиации путем подавления РЭС управления и наведения систем ПВО противника. При этом учитывали, что в России, Китае и примкнувшем к ним Иране значительное внимание уделяют разработке РЛС метрового диапазона волн (ниже 300 МГц), потенциально способных обнаруживать малозаметные летательные аппараты. Кроме того, при ведении асимметричных военных действий посчитали необходимым предусмотреть возможность подавления средств мобильной телефонии и дистанционных радиовзрывателей СВУ.
Приемная подсистема комплекса РЭБ должна обладать расширенными возможностями анализа сигналов для распознавания и местоопределения источника и носителя, сравнимых по своему уровню с современными специализированными станциями РТР.
Кроме того, считается, что в дальнейшем характеристики тракта РЭП позволят удаленно проводить кибератаки на АСУ ПВО противника, включая точную имитацию сигнатур реальных летательных аппаратов. Также высокий энергетический потенциал позволит не только подавлять помехами РЭС противника, но и выводить из строя их приемники мощными электромагнитными импульсами, приближая характеристики комплекса к оружию направленной энергии.
В более отдаленной перспективе значительные дополнительные возможности связаны с реализацией в комплексе РЭБ функций обмена данными на принципах программно-определяемой радиосвязи SDR (Software-Defined Radio). Потенциал применения АФАР для создания управляемых сетей дальней цифровой связи считается чрезвычайно высоким, хотя такие возможности до настоящего времени практически не исследованы, они находятся на раннем этапе НИОКР и при этом носят закрытый характер.
С учетом вышесказанного, опубликованное министерством ВМС в 2008 году предварительное ТТЗ включало следующие основные требования к технологическим решениям системы РЭБ NGJ:
1. Возможность одновременного прицельного по частоте и направлению подавления РЭС разного назначения с различным местоположением.
2. Высокий энергетический потенциал, примерно в 10 раз превышающий аналогичный показатель для системы AN/ALQ-99, то есть импульсная мощность не менее 68 кВт.
3. Управляемая поляризация помеховых сигналов.
4. Возможность адаптивного подавления.
5. Модульная открытая архитектура (МОА), как в отношении аппаратных средств (компонентов), так и единого для них ПО. Это позволит существенно сократить сроки модернизации системы для более гибкого реагирования на возникающие в будущем угрозы.
При этом, в отличие от комплекса AN/ALQ-99, в полный комплект которого входило восемь (минимально шесть) подвесных контейнеров активных помех на частотах от 64 МГц до 18 ГГц, для нового комплекса РЭБ решили разрабатывать станции РЭП всего трех диапазонов:
нижнего NGJ-LB (Low-Band) - от 100 МГц до 2 ГГц
среднего NGJ-MB (Mid-Band) - от 2 до 6 ГГц
верхнего NGJ-HB (High-Band) - от 6 до 18 ГГц
Запрошенное заказчиком более, чем 10-кратное увеличение энергетического потенциала требует новых, гораздо более жестких ограничений МГХ, чтобы минимизировать негативное влияние на маневренность и дальность полета носителя. При этом начальные испытания показали, что у первых контейнеров NGJ гораздо хуже аэродинамические характеристики, чем у ALQ-99. Острота данной проблемы сохранится и в перспективе из-за отсутствия у ВМС планов оснащения самолетов EA-18G более мощными двигателями или конформными ПТБ.
В связи с высокой сложностью и затратностью НИОКР, но при этом и планируемым внедрением концепции МОА, реализация программы NGJ производится поэтапно. На первом из них разрабатывают станцию РЭП среднего диапазона, получившую обозначение AN/ALQ-249(V)1. Сначала применять ее будут вместе с контейнером активных помех нижнего диапазона ALQ-99LB комплекса AN/ALQ-99 в ожидании достижения НБГ станцией AN/ALQ-249(V)2 NGJ-LB. Последней разработают высокочастотную AN/ALQ-249(V)3 NGJ-HB. Только после этого планируется окончательный вывод из эксплуатации систем AN/ALQ-99.
При выборе очередности этапов исходили из текущих угроз тактической авиации от современных систем ПВО. В соответствии с такими оценками в настоящее время наибольшую опасность в количественном и качественном отношении представляют РЛС управления огнем ЗОС Х-диапазона (2,7-3,9 см, 7,0-10,7 ГГц). Однако считается, что в ближнесрочной перспективе отсутствие их подавления активными помехами будет компенсироваться все более широким применением малозаметных летательных аппаратов, прежде всего ИБ F-35.
Поэтому в программе NGJ приоритет отдали разработке станции среднего диапазона, так как эффективность поглощающих покрытий самолетов тактической авиации резко падает в S-диапазоне (7,5-15 см, 2-4 ГГц) и ниже, но при этом к нему относится второй по уровню пик угроз. Эти частоты используют многие существующие комплексы ПВО, а также некоторые другие системы ограничения и воспрещения доступа A2/AD (Anti-Access and Area Denial).
1-й этап Increment 1
Станция среднего диапазона AN/ALQ-249(V)1 NGJ-MB заменит четыре контейнера ALQ-99HB поддиапазонов Band 5/6, 7, 7Е, 8 комплекса РЭБ AN/ALQ-99.
Все компании, конкурирующие за разработку этой станции, выбрали в своих проектах конструкцию с широкодиапазонными приемо-передающими АФАР. Они способны формировать на различных частотах несколько независимо управляемых лучей диаграммы направленности с различной структурой и поляризацией сигналов. Это максимально соответствует требованиям ТТЗ программы об одновременном прицельном по частоте и направлению подавления нескольких географически разнесенных РЭС. Кроме передающих помеховых лучей одновременно для решения задач РЭР могут формироваться отдельные приемные лучи. Точность измерения ими угла места и азимута излучающих РЭС значительно выше, чем у станции РТР AN/ALQ-218(V)2 самолета EA-18G. При этом цифровое формирование сигналов и управление диаграммой направленности в перспективе позволят выполнять и упомянутые выше функции программно-определяемого радио SDR.
Кроме того, на первом этапе началась разработка единых для всего комплекса NGJ адаптивных способов РЭП за счет внедрения мощных вычислительных средств, дальнейшего совершенствования технологий создания цифровых устройств запоминания и воспроизведения сигналов, а также новых алгоритмов управления ресурсами системы.
2-й этап Increment 2
Станция нижнего диапазона AN/ALQ-249(V)2 NGJ-LB заменит три контейнера комплекса РЭБ AN/ALQ-99 - один ALQ-99LB 1/2/3 поддиапазонов, а также два ALQ-99HB поддиапазонов Band 4 и Band 5/6.
При рассмотрении возможной концепции второй станции NAVAIR и разработчики согласились, что крайне затруднительно реализовать в короткие сроки инновационную конструкцию мощной АФАР для частот 100 МГц - 2 ГГц с приемлемыми МГХ. Чтобы заказчик максимально быстро получил станцию помех нижнего диапазона NGJ-LB приняли решение первоначально использовать существующий уровень развития технологий, взяв за основу проверенную конструкцию передатчика и антенн контейнера нижнего диапазона ALQ-99LB. При этом учитывалось наличие опыта разработки и производства довольно современных версий станций данного типа, последнюю партию которых ВМС получили только в 2015 г.
Поэтому разработчикам предложили организовать взаимодействие с компанией-подрядчиком Kobham для получения всей необходимой информации по нескольким основным вопросам:
1) оценка потенциала быстрой доработки конструкции контейнера и передатчиков ALQ-99LB, максимально повысив возможности по пространственному охвату, частотному диапазону, эффективной излучаемой мощности, спектральным характеристикам и поляризации помеховых сигналов
2) условия совместной работы группы передатчиков
3) возможность быстрой разработки временного решения с внедрением концепции МОА
Выбранный вариант является промежуточным, чтобы минимизировать риски затягивания сроков реализации второго этапа программы NGJ. При этом обязательное внедрение концепции МОА потенциально позволит в дальнейшем провести модернизацию станции нижнего диапазона AN/ALQ-249(V)2 начальной версии Block 1 до уровня Block 2 с относительно небольшими затратами и в короткие сроки после разработки, демонстрации и проверки зрелости новых технологий.
3-й этап Increment 3
Станция верхнего диапазона AN/ALQ-249(V)3 NGJ-HB заменит три контейнера ALQ-99HB поддиапазонов Band 8, 9, 9/10 комплекса РЭБ AN/ALQ-99.
Эту станцию будут разрабатывать последней. Однако срок реализации третьего этапа надеются существенно сократить за счет концепции МОА и максимально широкого использования технологий, ранее уже отработанных на среднечастотной станции AN/ALQ-249(V)1 NGJ-MB.
Станция среднего диапазона AN/ALQ-249(V)1 NGJ-MB
Для ее разработки министерство ВМС в 2009 году пригласило к участию в конкурсе компании Raytheon, BAE Systems, Northrop Grumman и ITT Exelis. 8 июля 2013 г. победителем тендера назвали фирму Raytheon, заключив с ней в 2016 г. рамочное соглашение стоимостью 1,01 млрд. долл. на полномасштабную разработку станции до декабря 2020 года. Однако подписание твердого контракта сразу приостановили после официального протеста руководства BAE Systems, причем счетная палата правительства США в декабре 2013 г. поддержала протест. Однако в ВМС на них забили и с января 2014 г. продолжили сотрудничество с Raytheon, с которой в счет будущего рамочного миллиарда подписали первый контракт на 279 млн. долл. для производства и поставки прототипов, включая 15 станций для наземных испытаний и 14 подвесных контейнеров для сертификации летной годности.
В Raytheon основными субподрядчиками выбрали три компании:
General Dynamics - аэродинамический обтекатель контейнера
Abaco Systems - карты ЦП
Honeywell - новый электрогенератор с воздушной турбиной HIRAT
После в целом успешной проверки зрелости технологий в июне 2014 г. руководство Raytheon обещало достижение НБГ в конце 2020-го. Однако в 2017-м ВМС выявили существенные недостатки в моделировании, допущениях и методологиях, использованных при проектировании обтекателя. Их устранение потребовало внесения значительных изменений в конструкцию всего контейнера. На это наложились задержки финансирования из-за сокращения бюджета программы, поэтому первый прототип передали заказчику только в июле-августе 2019 г., а достижение НБГ перенесли на 2021 год.
Первое летное испытание станции РЭБ NGJ-MB (август 2020 г.)
Сборка станций NGJ-MB на предприятии компании Raytheon (Форест, Массачусетс)
PR производства комплекса NGJ всячески подчеркивает "многообразие, равенство и инклюзивность" руководства Raytheon в подборе персонала своей компании
Несмотря на задержки, 30 января 2020 г. с Raytheon подписали следующий контракт на 403 млн. долл. для продолжения производства, а в начале января 2021 г. заключили очередной договор на сумму более 34 млн. долл. для проведения испытаний. Их программа успешно началась в августе 2020 г на АвБ Патаксент-Ривер (Мэриленд), а сейчас продолжается в центре авиации ВМС на АвБ Пойнт-Мугу (Калифорния).
В 2020 г. определенное негативное влияние на реализацию программы оказала пандемия Covid-19, хотя на фоне других компаний аэрокосмического сектора ВПК США руководству Raytheon удалось не только предотвратить падение финансовых показателей, но и добиться роста доходов, второго по уровню после Lockheed Martin.
Командование NAVAIR 29 июня 2021 г. объявило, что после 3100 часов наземных лабораторных и полигонных тестов, а также 145 часов летных испытаний подтверждено достижение основных эксплуатационных характеристик станции AN/ALQ-249(V)1, и компания Raytheon готова к развертыванию ее начального мелкосерийного производства LRIP.
Заключение NAVAIR контракта с Raytheon на производство первой серийной партии Lot 1 планировали во втором квартале 2022 финансового года. UPD: Фактически контракт с Raytheon на LRIP стоимостью 650,4 млн. долл. подписали только в апреле 2023-го. При этом в Lot 1 вошли 15 станций AN/ALQ-249(V1) NGJ-MB. При этом 11 комплектов предназначены для ВМС США, а четыре - для ВВС Австралии. Стоимость контракта на контейнера антиподов составляет 182,4 млн. долл. США (273,5 млн. австралийских долларов). Таким образом, можно оценить стоимость единичного изделия на этапе LRIP в 43,36-45,60 млн. долл.
Текущая программа, которая не включает и предсерийные образцы, произведенные на этапе основных НИОКР, рассчитана на производство 270 контейнеров, то есть 135 парных комплектов на самолет, а их 160 у США и 11 у Австралии.
Таким образом, подпрограмма NGJ-MB достигла третьей фазы Milestone C - начало серийного производства. Но при этом задержка графика реализации превысила четыре года. Тем не менее, американцы не теряют оптимизма и в дальнейшем надеются существенно ускорить проведение необходимых НИОКР, а текущие планы рассчитаны на достижение НБГ к концу 2022 - началу 2023 годов, то есть с отставанием не менее 2,5 лет.
UPD Как водится, всего через 20 дней после выкладки материала 9 августа 2022 г. ВМС США разместили пресс-релиз о том, что проведено уже 500 часов наземных лабораторных тестов в безэховой камере и полигонных испытаний AN/ALQ-249 V(1), а также 300 часов летных и 7 июля американский флот получил первые "репрезентативные" (серийные) контейнеры NGJ-MB из шести заказанных Raytheon Intelligence & Space в рамках LRIP. Их доставили на АвБ Патаксент-Ривер (Мэриленд) на модульный склад отдела PMA-234 подразделения летательных аппаратов Центра боевого применения морской авиации NAWCAD (Naval Air Warfare Center Aircraft Division), где они будут использоваться для завершения программы опытно-конструкторских испытаний DT (developmental test) и тестирования перед вводом в эксплуатацию ОТ (operational test), которое требует использования функционально репрезентативного аппаратного и программного обеспечения.
Специалисты 23-й испытательной авиаэскадрильи (VX-23)должны проверить контейнеры на предмет всего, с чем они могут столкнуться на флоте - например, излучаемая мощность, частотный диапазон и эффекты, которых можно достичь в отношении ожидаемых целей во всем спектре. Остальную часть опытно-конструкторских испытаний DT будут проводить 23-я и 31-я испытательные авиаэскадрильи (VX-31) , а тестирование перед вводом в эксплуатацию ОТ возложат на 9-ю испытательную эскадрилью (VX-9) - все из отдела вооружений Центра боевого применения морской авиации на АвБ Чайна-Лейк (Калифорния).
Как только программа летных испытаний будет завершена, первыми собранныt в рамках начального мелкосерийного производства LRIP контейнеры отправят на флот, после чего объявят о достижении начальной боеготовности IOC, которая сейчас запланирована на осень 2023-го.
Таким образом, отставание от графика достигло уже 3,5 лет.
Сотрудники Raytheon Intelligence & Space распаковывают первый из двух контейнеров станции AN/ALQ-249 V(1) NGJ-MB, которые доставили на склад модулей бортовых систем электронного нападения отдела PMA-234 в подразделения летательных аппаратов Центра боевого применения морской авиации (АвБ Петаксент-Ривер, Мэриленд, 7 июля 2022 г.)
АФАР, излучатели Вивальди
Для передачи сигналов помех в передней и задней полусферах станция РЭП AN/ALQ-249(V)1 использует две идентичные антенные системы. В свою очередь каждая из них включает две АФАР, из которых первая, верхняя работает в более высоком участке рабочего диапазона, а вторая перекрывает нижний.
Устройство контейнера станции NGJ-MB
Концепция МОА конструкции АФАР станции NGJ-MB реализована за счет использования технологии SMArT (Simple Manufacturable Array Technology - легко конфигурируемая антенная решетка). При таком подходе вся линейная АФАР представляет собой единую автономную сверхвысокочастотную и сверхбольшую интегральную схему с аппаратурой управления диаграммой направленности, усилителями мощности, соединительными линиями и элементарными излучателями. Все компоненты смонтированы на общей теплопроводящей пластине радиатора.
На профильных ресурсах несколько раз намекали, что в качестве элементарных излучателей для АФАР инженеры Raytheon выбрали схему Вивальди. Официальных подтверждений этому нет, но решение выглядит разумным.
Антенна Вивальди
Вивальди является разновидностью щелевых антенн на основе расширяющейся щелевой линии. Такой излучатель может быть выполнен из фольгированных материалов, представляя собой сверхширокополосную печатную антенну. Рабочий диапазон может достигать от 0,3…0,8 ГГц до 10…17 ГГц (у NGJ-MB от 2 до 6 ГГц). Расположение двух излучателей перпендикулярно один в другом позволяет получать изменяемую поляризацию. Однако с электродинамической точки зрения теория антенн Вивальди крайне сложна, их параметры подбирают эмпирически с помощью обширных вычислений на программных комплексах математического моделирования микроволновых процессов.
АФАР SMArT способны формировать на различных частотах один или несколько высокоэнергетических прицельных по частоте и направлению помеховых лучей шириной около 0,5-1,0°, обеспечивая снижение в 2-4 раза эффективной дальности обнаружения РЛС на удалении от 100 км и более. Количество таких лучей зависит от ряда условий, включая тип подавляемой РЭС, его характеристики и режимы работы, наклонные дальности и угловые положения относительно носителя.
Для обеспечения требуемого пространственного охвата оба антенных модуля оснащены электромеханическими приводами поворота по азимуту и углу места на ±30° и ±15° соответственно. Это позволяет более эффективно подавлять РЭС противника, находящиеся в боковых полусферах. Данная конструктивная особенность избавляет экипаж носителя от необходимости опасного сближения с подавляемыми объектами, в то время как у помеховых лучей лишь незначительно уменьшается излучаемая мощность.
GaN-усилители
Высокий энергетический потенциал, а также расширенные возможности по адаптивному изменению модуляции помеховых сигналов планируется достичь за счет применения полупроводниковых усилителей на монолитных печатных сверхбольших интегральных микросхемах с элементами из нитрида галлия GaN. По ряду характеристик они превосходят широко используемые сейчас в АФАР твердотельные усилители с элементами из арсенида галлия GaAs.
Печать GaN-микросхем на предприятии Raytheon в Эндовере (Массачусетс)
В Raytheon разрабатывают технологию GaN-полупроводников с конца 1990-х, развернув к настоящему времени собственное полномасштабное производство. Пентагон присвоил этому предприятию 8-ой уровень готовности MRL (Manufacturing Readiness Level), что является наивысшим рейтингом для данного технологического сектора ВПК. Не исключено, что именно это обстоятельство стало одним из ключевых факторов, определивших победу Raytheon в конкурсе по этапу NGJ-MB
Основными преимуществами GaN-технологии являются повышенная стойкость к высокотемпературным режимам работы, более компактные размеры и увеличенный до 2-18 ГГц диапазон рабочих частот.
Система охлаждения
Одним из основных недостатков GaN-микросхем с точки зрения применения в аэрокосмической технике считается необходимость интенсивного охлаждения и рассеивания тепловой энергии в крайне ограниченном пространстве, чтобы предотвратить падение мощности и выход из строя аппаратуры.
Основу системы отвода тепла контейнера NGJ-MB составляет одноконтурная система жидкостного охлаждения с рабочим телом на основе смеси этиленгликоля и воды. В станции AN/ALQ-249(V)1 использована модифицированная система охлаждения двигателя некоего неназванного современного автомобиля одной из американских фирм, доказавшая в ходе длительной эксплуатации надежность работы в широком диапазоне условий окружающей среды. При этом у нее наилучшее соотношение показателей теплоотвода и МГХ, а доработка сводилась к использованию сертифицированных для авиации материалов и усилению конструкции для оптимизации работы при перегрузках в полете.
Отбор тепловой энергии от таких компонентов станции, как элементы системы электропитания, производится классическими металлическими радиаторами, но с современными эффективными адгезивами на основе синтетических термоклеев. Они должны обеспечить надежное крепление при экстремальных перегрузках и одновременно эффективный отвод тепла из точек его активной генерации.
Однако металлические радиаторы уже недостаточно производительны для GaN-микросхем. Количество создаваемого ими теплового потока в отдельных точках может приближаться к характеристикам ядерного взрыва и даже превышать их, что предопределяет критическую важность рассеивания тепла для GaN-технологии. При этом невозможно использовать методы, отработанные ранее при эксплуатации GaAs-устройств, так как у них плотность мощности и пропускная способность в несколько раз ниже GaN-элементов.
Поэтому для GaN-микросхем станции NGJ-MB в Raytheon рассчитывали перейти на радиаторы из искусственных (синтетических) алмазов, которые обладают чрезвычайно высокой теплопроводностью 1500-2000 Вт/м·К, что в четыре раза выше того же показателя у меди. Другим перспективным направлением инженеры Raytheon называют радиаторы с нанотрубками на алмазной подложке, но эта технология пока не вышла из стадии лабораторных исследований.
Электрогенератор HIRAT
Для эффективного использования возможностей АФАР с GaN-усилителями в станции РЭП нового поколения потребовался автономный источник электроэнергии, значительно более мощный, чем использовавшийся ранее генератор RAT. Его конструкция прекрасно отработана за долгие годы успешной эксплуатации, но максимальная выходная мощность не превышает 27 кВт, а этого уже недостаточно.
Исходя из необходимости обеспечения высокого энергетического потенциала и одновременного улучшения аэродинамических характеристик в качестве нового источника электроэнергии для станции NGJ-MB инженеры Raytheon выбрали значительно более производительный генератор HIRAT (High-power Ram Air Turbine). Он также приводится в действие набегающим воздушным потоком, но не через внешний четырехлопастной пропеллер-крыльчатку, а от 635-мм воздушной турбины внутри корпуса. Привод от нее к генератору производится напрямую, без редуктора, что снижает массу всей конструкции.
Выходная мощность зависит от объема входящего воздушного потока и регулируется механическим изменением ширины раскрытия заслонок воздухозаборника. До прибытия в зону подавления они плотно закрыты, генератор выключен, контейнер имеет максимально обтекаемую конструкцию и не оказывает негативного влияния на аэродинамику, уменьшая лобовое сопротивление носителя.
По субподрядному контракту с Raytheon генератор HIRAT разработала фирма Honeywell, основываясь на конструкции прототипа малой американской компании ATGI (Advanced Technologies Group), анализ конструкции которой выполнила CFDRC (Computational Fluid Dynamics Research Corp.).
Испытания в аэродинамической трубе прототипа электрогенератора HIRAT: справа вверху - открытое положение воздушной турбины, внизу - закрытое
В ходе многочисленных демонстрационных испытаний прототип изначально продемонстрировал выходную мощность 65 кВт, а КПД его турбины достиг 41% в то время, как у RAT максимальный КПД не превышает 30%. У версии HIRAT, разработанной для станции NGJ-MB, максимальная мощность превышает 120 кВт, то есть более, чем в четыре раза выше аналогичного показателя RAT.
Примечание:
1) эксплуатация генератора HIRAT возможна при максимальной высоте полета до 40 тыс. м
К основным особенностям, преимуществам генератора HIRAT при его использовании в системе электропитания станции РЭП AN/ALQ-249(V)1 NGJ-MB относятся:
1. Высокая мощность до 126 кВт/140 кВ·А при скорости 410 км/ч на высоте 7,6 тыс. м - возможность использования более мощных передатчиков помех, увеличение количества элементарных излучателей АФАР.
2. Низкое аэродинамическое сопротивление - увеличение скорости и дальности полета носителя, снижение расхода топлива.
3. Отсутствие редуктора - уменьшение массы, простота технической эксплуатации, снижение затрат на жизненный цикл.
4. Механическое управление объемом воздушного потока - простота управления выходной мощностью генератора.
5. Размещение всех элементов турбины внутри контейнера - снижение ЭПР и аэродинамического сопротивления.
Основной недостаток - при длине контейнера/генератора 4,7/1,5 м последний занимает 30% внутреннего пространства в центральной части, требуя устанавливать АФАР под радиопрозрачными обтекателями спереди и сзади, при этом частично закрывая антеннам обзор по азимуту и снижая эффективность подавления удаленных РЭС в центре боковых полусфер.
(продолжение следует)
Комплекс РЭБ AN/ALQ-249 NGJ
Как упоминалось выше, начало программы NGJ (Next Generation Jammer) сопровождалось значительными задержками. Объявив в 2004-м о ее подготовке и ограничившись абстрактно-фэнтезийным описанием в стиле "самый, самый, самый", министерство ВМС только в 2008-м выпустило общее ТТЗ, изложив более-менее конкретные требования к перспективному авиационному комплексу РЭБ и приступило к сбору заявок от возможных претендентов на участие в конкурсе.
Здесь был полный аншлаг, потому что производители предвкушали крупные доходы. По состоянию на 2014 г. рамочная стоимость программы NGJ оценивалась в 10 млрд. долл., в 2018 г. эта сумма увеличилась до 15 млрд., она уверенно продолжает расти посейчас и наверняка сохранит такую тенденцию в будущем. Привлеченные запахом больших денег, на различных этапах проекта в нем участвовали все лидеры аэрокосмического и радиоэлектронного секторов ВПК США, включая консорциумы компаний Lockheed Martin с Kobham, Boeing с ITT Exelis, Northrop Grumman с Harris Corp., а также соответствующие подразделения корпораций Raytheon, BAE Systems и L3 Technologies.
В 2015 году ITT Exelis стала частью Harris Corp., которая в 2019-м объединилась с L3 Technologies. Все эти слияния и поглощения несколько раз приводили к забавным коллизиям по ходу реализации программы NGJ, о чем подробнее будет рассказано в соответствующих подразделах ниже.
Также значительный интерес к участию в проекте проявила Австралия после закупки ею в 2014 г. самолетов РЭБ EA-18G. В 2017 году министерство обороны этой страны подписало меморандум о взаимопонимании с МО США для связи, координации, сотрудничества при разработке и производстве комплекса NGJ. На участие в первом этапе проекта Австралия внесла в его бюджет 250 млн. австрал. долл. (по тогдашнему курсу 178 млн. долл. США), а всего на модернизацию систем РЭБ самолетов EA-18G Австралия планирует в 2016-2035 гг. суммарно потратить 5-6 млрд. своих долларов (3,6-4,3 млрд. американских).
Что касается колебаний графика реализации программы, то первым толчком к его сдвигу "влево" стал российско-грузинский конфликт в августе 2008 года. Затем по итогам операции Unified Protector НАТО против Ливии в 2011-м приняли решение ускорить проведение НИОКР, перенеся завершение первого этапа конкурса и выбор поставщика новой системы с 2015-го на 2013 год. В 2013-м планировали, что первые станции РЭП комплекса достигнут НБГ в 2020 году.
Выполненный и планируемый график реализации программы NGJ (по состоянию на 2013 г.)
На фоне начавшегося в 2014-м военного кризиса на Украине руководство США приняло решение об ускоренной реализации целого ряда программ военных закупок для всех видов вооруженных сил страны, включая и программу NGJ. Однако впоследствии в силу различных причин график реализации проекта несколько раз корректировали с переносом сроков "вправо". В июле 2018-го на авиасалоне в Фарнборо представитель ВМС США сообщил, что летные испытания первых компонентов комплекса намечены на 2019-й, а вся система должна выйти на уровень НБГ в 2022 году. Фактически они начались только в 2020-м, а достижение НБГ сейчас перенесено на 2025 год. И в дальнейшем сохраняется высокая вероятность очередного затягивания сроков.
Система NGJ в ВС США получила официальное обозначение AN/ALQ-249. В соответствии с замыслом, она должна стать эволюционным развитием концепции комплекса AN/ALQ-99, тоже c автономными подвесными контейнерными станциями активных помех, но уже на основе комбинации современных, гибких методов подавления и новых технологий, соответствующих как текущим, так и перспективным условиям военных действий.
Как и у комплексов РЭБ ранних поколений, основным предназначением системы NGJ является обеспечение применения ударной авиации путем подавления РЭС управления и наведения систем ПВО противника. При этом учитывали, что в России, Китае и примкнувшем к ним Иране значительное внимание уделяют разработке РЛС метрового диапазона волн (ниже 300 МГц), потенциально способных обнаруживать малозаметные летательные аппараты. Кроме того, при ведении асимметричных военных действий посчитали необходимым предусмотреть возможность подавления средств мобильной телефонии и дистанционных радиовзрывателей СВУ.
Приемная подсистема комплекса РЭБ должна обладать расширенными возможностями анализа сигналов для распознавания и местоопределения источника и носителя, сравнимых по своему уровню с современными специализированными станциями РТР.
Кроме того, считается, что в дальнейшем характеристики тракта РЭП позволят удаленно проводить кибератаки на АСУ ПВО противника, включая точную имитацию сигнатур реальных летательных аппаратов. Также высокий энергетический потенциал позволит не только подавлять помехами РЭС противника, но и выводить из строя их приемники мощными электромагнитными импульсами, приближая характеристики комплекса к оружию направленной энергии.
В более отдаленной перспективе значительные дополнительные возможности связаны с реализацией в комплексе РЭБ функций обмена данными на принципах программно-определяемой радиосвязи SDR (Software-Defined Radio). Потенциал применения АФАР для создания управляемых сетей дальней цифровой связи считается чрезвычайно высоким, хотя такие возможности до настоящего времени практически не исследованы, они находятся на раннем этапе НИОКР и при этом носят закрытый характер.
С учетом вышесказанного, опубликованное министерством ВМС в 2008 году предварительное ТТЗ включало следующие основные требования к технологическим решениям системы РЭБ NGJ:
1. Возможность одновременного прицельного по частоте и направлению подавления РЭС разного назначения с различным местоположением.
2. Высокий энергетический потенциал, примерно в 10 раз превышающий аналогичный показатель для системы AN/ALQ-99, то есть импульсная мощность не менее 68 кВт.
3. Управляемая поляризация помеховых сигналов.
4. Возможность адаптивного подавления.
5. Модульная открытая архитектура (МОА), как в отношении аппаратных средств (компонентов), так и единого для них ПО. Это позволит существенно сократить сроки модернизации системы для более гибкого реагирования на возникающие в будущем угрозы.
При этом, в отличие от комплекса AN/ALQ-99, в полный комплект которого входило восемь (минимально шесть) подвесных контейнеров активных помех на частотах от 64 МГц до 18 ГГц, для нового комплекса РЭБ решили разрабатывать станции РЭП всего трех диапазонов:
нижнего NGJ-LB (Low-Band) - от 100 МГц до 2 ГГц
среднего NGJ-MB (Mid-Band) - от 2 до 6 ГГц
верхнего NGJ-HB (High-Band) - от 6 до 18 ГГц
Запрошенное заказчиком более, чем 10-кратное увеличение энергетического потенциала требует новых, гораздо более жестких ограничений МГХ, чтобы минимизировать негативное влияние на маневренность и дальность полета носителя. При этом начальные испытания показали, что у первых контейнеров NGJ гораздо хуже аэродинамические характеристики, чем у ALQ-99. Острота данной проблемы сохранится и в перспективе из-за отсутствия у ВМС планов оснащения самолетов EA-18G более мощными двигателями или конформными ПТБ.
В связи с высокой сложностью и затратностью НИОКР, но при этом и планируемым внедрением концепции МОА, реализация программы NGJ производится поэтапно. На первом из них разрабатывают станцию РЭП среднего диапазона, получившую обозначение AN/ALQ-249(V)1. Сначала применять ее будут вместе с контейнером активных помех нижнего диапазона ALQ-99LB комплекса AN/ALQ-99 в ожидании достижения НБГ станцией AN/ALQ-249(V)2 NGJ-LB. Последней разработают высокочастотную AN/ALQ-249(V)3 NGJ-HB. Только после этого планируется окончательный вывод из эксплуатации систем AN/ALQ-99.
При выборе очередности этапов исходили из текущих угроз тактической авиации от современных систем ПВО. В соответствии с такими оценками в настоящее время наибольшую опасность в количественном и качественном отношении представляют РЛС управления огнем ЗОС Х-диапазона (2,7-3,9 см, 7,0-10,7 ГГц). Однако считается, что в ближнесрочной перспективе отсутствие их подавления активными помехами будет компенсироваться все более широким применением малозаметных летательных аппаратов, прежде всего ИБ F-35.
Поэтому в программе NGJ приоритет отдали разработке станции среднего диапазона, так как эффективность поглощающих покрытий самолетов тактической авиации резко падает в S-диапазоне (7,5-15 см, 2-4 ГГц) и ниже, но при этом к нему относится второй по уровню пик угроз. Эти частоты используют многие существующие комплексы ПВО, а также некоторые другие системы ограничения и воспрещения доступа A2/AD (Anti-Access and Area Denial).
1-й этап Increment 1
Станция среднего диапазона AN/ALQ-249(V)1 NGJ-MB заменит четыре контейнера ALQ-99HB поддиапазонов Band 5/6, 7, 7Е, 8 комплекса РЭБ AN/ALQ-99.
Все компании, конкурирующие за разработку этой станции, выбрали в своих проектах конструкцию с широкодиапазонными приемо-передающими АФАР. Они способны формировать на различных частотах несколько независимо управляемых лучей диаграммы направленности с различной структурой и поляризацией сигналов. Это максимально соответствует требованиям ТТЗ программы об одновременном прицельном по частоте и направлению подавления нескольких географически разнесенных РЭС. Кроме передающих помеховых лучей одновременно для решения задач РЭР могут формироваться отдельные приемные лучи. Точность измерения ими угла места и азимута излучающих РЭС значительно выше, чем у станции РТР AN/ALQ-218(V)2 самолета EA-18G. При этом цифровое формирование сигналов и управление диаграммой направленности в перспективе позволят выполнять и упомянутые выше функции программно-определяемого радио SDR.
Кроме того, на первом этапе началась разработка единых для всего комплекса NGJ адаптивных способов РЭП за счет внедрения мощных вычислительных средств, дальнейшего совершенствования технологий создания цифровых устройств запоминания и воспроизведения сигналов, а также новых алгоритмов управления ресурсами системы.
2-й этап Increment 2
Станция нижнего диапазона AN/ALQ-249(V)2 NGJ-LB заменит три контейнера комплекса РЭБ AN/ALQ-99 - один ALQ-99LB 1/2/3 поддиапазонов, а также два ALQ-99HB поддиапазонов Band 4 и Band 5/6.
При рассмотрении возможной концепции второй станции NAVAIR и разработчики согласились, что крайне затруднительно реализовать в короткие сроки инновационную конструкцию мощной АФАР для частот 100 МГц - 2 ГГц с приемлемыми МГХ. Чтобы заказчик максимально быстро получил станцию помех нижнего диапазона NGJ-LB приняли решение первоначально использовать существующий уровень развития технологий, взяв за основу проверенную конструкцию передатчика и антенн контейнера нижнего диапазона ALQ-99LB. При этом учитывалось наличие опыта разработки и производства довольно современных версий станций данного типа, последнюю партию которых ВМС получили только в 2015 г.
Поэтому разработчикам предложили организовать взаимодействие с компанией-подрядчиком Kobham для получения всей необходимой информации по нескольким основным вопросам:
1) оценка потенциала быстрой доработки конструкции контейнера и передатчиков ALQ-99LB, максимально повысив возможности по пространственному охвату, частотному диапазону, эффективной излучаемой мощности, спектральным характеристикам и поляризации помеховых сигналов
2) условия совместной работы группы передатчиков
3) возможность быстрой разработки временного решения с внедрением концепции МОА
Выбранный вариант является промежуточным, чтобы минимизировать риски затягивания сроков реализации второго этапа программы NGJ. При этом обязательное внедрение концепции МОА потенциально позволит в дальнейшем провести модернизацию станции нижнего диапазона AN/ALQ-249(V)2 начальной версии Block 1 до уровня Block 2 с относительно небольшими затратами и в короткие сроки после разработки, демонстрации и проверки зрелости новых технологий.
3-й этап Increment 3
Станция верхнего диапазона AN/ALQ-249(V)3 NGJ-HB заменит три контейнера ALQ-99HB поддиапазонов Band 8, 9, 9/10 комплекса РЭБ AN/ALQ-99.
Эту станцию будут разрабатывать последней. Однако срок реализации третьего этапа надеются существенно сократить за счет концепции МОА и максимально широкого использования технологий, ранее уже отработанных на среднечастотной станции AN/ALQ-249(V)1 NGJ-MB.
Станция среднего диапазона AN/ALQ-249(V)1 NGJ-MB
Для ее разработки министерство ВМС в 2009 году пригласило к участию в конкурсе компании Raytheon, BAE Systems, Northrop Grumman и ITT Exelis. 8 июля 2013 г. победителем тендера назвали фирму Raytheon, заключив с ней в 2016 г. рамочное соглашение стоимостью 1,01 млрд. долл. на полномасштабную разработку станции до декабря 2020 года. Однако подписание твердого контракта сразу приостановили после официального протеста руководства BAE Systems, причем счетная палата правительства США в декабре 2013 г. поддержала протест. Однако в ВМС на них забили и с января 2014 г. продолжили сотрудничество с Raytheon, с которой в счет будущего рамочного миллиарда подписали первый контракт на 279 млн. долл. для производства и поставки прототипов, включая 15 станций для наземных испытаний и 14 подвесных контейнеров для сертификации летной годности.
В Raytheon основными субподрядчиками выбрали три компании:
General Dynamics - аэродинамический обтекатель контейнера
Abaco Systems - карты ЦП
Honeywell - новый электрогенератор с воздушной турбиной HIRAT
После в целом успешной проверки зрелости технологий в июне 2014 г. руководство Raytheon обещало достижение НБГ в конце 2020-го. Однако в 2017-м ВМС выявили существенные недостатки в моделировании, допущениях и методологиях, использованных при проектировании обтекателя. Их устранение потребовало внесения значительных изменений в конструкцию всего контейнера. На это наложились задержки финансирования из-за сокращения бюджета программы, поэтому первый прототип передали заказчику только в июле-августе 2019 г., а достижение НБГ перенесли на 2021 год.
Первое летное испытание станции РЭБ NGJ-MB (август 2020 г.)
Сборка станций NGJ-MB на предприятии компании Raytheon (Форест, Массачусетс)
PR производства комплекса NGJ всячески подчеркивает "многообразие, равенство и инклюзивность" руководства Raytheon в подборе персонала своей компании
Несмотря на задержки, 30 января 2020 г. с Raytheon подписали следующий контракт на 403 млн. долл. для продолжения производства, а в начале января 2021 г. заключили очередной договор на сумму более 34 млн. долл. для проведения испытаний. Их программа успешно началась в августе 2020 г на АвБ Патаксент-Ривер (Мэриленд), а сейчас продолжается в центре авиации ВМС на АвБ Пойнт-Мугу (Калифорния).
В 2020 г. определенное негативное влияние на реализацию программы оказала пандемия Covid-19, хотя на фоне других компаний аэрокосмического сектора ВПК США руководству Raytheon удалось не только предотвратить падение финансовых показателей, но и добиться роста доходов, второго по уровню после Lockheed Martin.
Командование NAVAIR 29 июня 2021 г. объявило, что после 3100 часов наземных лабораторных и полигонных тестов, а также 145 часов летных испытаний подтверждено достижение основных эксплуатационных характеристик станции AN/ALQ-249(V)1, и компания Raytheon готова к развертыванию ее начального мелкосерийного производства LRIP.
Заключение NAVAIR контракта с Raytheon на производство первой серийной партии Lot 1 планировали во втором квартале 2022 финансового года. UPD: Фактически контракт с Raytheon на LRIP стоимостью 650,4 млн. долл. подписали только в апреле 2023-го. При этом в Lot 1 вошли 15 станций AN/ALQ-249(V1) NGJ-MB. При этом 11 комплектов предназначены для ВМС США, а четыре - для ВВС Австралии. Стоимость контракта на контейнера антиподов составляет 182,4 млн. долл. США (273,5 млн. австралийских долларов). Таким образом, можно оценить стоимость единичного изделия на этапе LRIP в 43,36-45,60 млн. долл.
Текущая программа, которая не включает и предсерийные образцы, произведенные на этапе основных НИОКР, рассчитана на производство 270 контейнеров, то есть 135 парных комплектов на самолет, а их 160 у США и 11 у Австралии.
Таким образом, подпрограмма NGJ-MB достигла третьей фазы Milestone C - начало серийного производства. Но при этом задержка графика реализации превысила четыре года. Тем не менее, американцы не теряют оптимизма и в дальнейшем надеются существенно ускорить проведение необходимых НИОКР, а текущие планы рассчитаны на достижение НБГ к концу 2022 - началу 2023 годов, то есть с отставанием не менее 2,5 лет.
UPD Как водится, всего через 20 дней после выкладки материала 9 августа 2022 г. ВМС США разместили пресс-релиз о том, что проведено уже 500 часов наземных лабораторных тестов в безэховой камере и полигонных испытаний AN/ALQ-249 V(1), а также 300 часов летных и 7 июля американский флот получил первые "репрезентативные" (серийные) контейнеры NGJ-MB из шести заказанных Raytheon Intelligence & Space в рамках LRIP. Их доставили на АвБ Патаксент-Ривер (Мэриленд) на модульный склад отдела PMA-234 подразделения летательных аппаратов Центра боевого применения морской авиации NAWCAD (Naval Air Warfare Center Aircraft Division), где они будут использоваться для завершения программы опытно-конструкторских испытаний DT (developmental test) и тестирования перед вводом в эксплуатацию ОТ (operational test), которое требует использования функционально репрезентативного аппаратного и программного обеспечения.
Специалисты 23-й испытательной авиаэскадрильи (VX-23)должны проверить контейнеры на предмет всего, с чем они могут столкнуться на флоте - например, излучаемая мощность, частотный диапазон и эффекты, которых можно достичь в отношении ожидаемых целей во всем спектре. Остальную часть опытно-конструкторских испытаний DT будут проводить 23-я и 31-я испытательные авиаэскадрильи (VX-31) , а тестирование перед вводом в эксплуатацию ОТ возложат на 9-ю испытательную эскадрилью (VX-9) - все из отдела вооружений Центра боевого применения морской авиации на АвБ Чайна-Лейк (Калифорния).
Как только программа летных испытаний будет завершена, первыми собранныt в рамках начального мелкосерийного производства LRIP контейнеры отправят на флот, после чего объявят о достижении начальной боеготовности IOC, которая сейчас запланирована на осень 2023-го.
Таким образом, отставание от графика достигло уже 3,5 лет.
Сотрудники Raytheon Intelligence & Space распаковывают первый из двух контейнеров станции AN/ALQ-249 V(1) NGJ-MB, которые доставили на склад модулей бортовых систем электронного нападения отдела PMA-234 в подразделения летательных аппаратов Центра боевого применения морской авиации (АвБ Петаксент-Ривер, Мэриленд, 7 июля 2022 г.)
АФАР, излучатели Вивальди
Для передачи сигналов помех в передней и задней полусферах станция РЭП AN/ALQ-249(V)1 использует две идентичные антенные системы. В свою очередь каждая из них включает две АФАР, из которых первая, верхняя работает в более высоком участке рабочего диапазона, а вторая перекрывает нижний.
Устройство контейнера станции NGJ-MB
Концепция МОА конструкции АФАР станции NGJ-MB реализована за счет использования технологии SMArT (Simple Manufacturable Array Technology - легко конфигурируемая антенная решетка). При таком подходе вся линейная АФАР представляет собой единую автономную сверхвысокочастотную и сверхбольшую интегральную схему с аппаратурой управления диаграммой направленности, усилителями мощности, соединительными линиями и элементарными излучателями. Все компоненты смонтированы на общей теплопроводящей пластине радиатора.
На профильных ресурсах несколько раз намекали, что в качестве элементарных излучателей для АФАР инженеры Raytheon выбрали схему Вивальди. Официальных подтверждений этому нет, но решение выглядит разумным.
Антенна Вивальди
Вивальди является разновидностью щелевых антенн на основе расширяющейся щелевой линии. Такой излучатель может быть выполнен из фольгированных материалов, представляя собой сверхширокополосную печатную антенну. Рабочий диапазон может достигать от 0,3…0,8 ГГц до 10…17 ГГц (у NGJ-MB от 2 до 6 ГГц). Расположение двух излучателей перпендикулярно один в другом позволяет получать изменяемую поляризацию. Однако с электродинамической точки зрения теория антенн Вивальди крайне сложна, их параметры подбирают эмпирически с помощью обширных вычислений на программных комплексах математического моделирования микроволновых процессов.
АФАР SMArT способны формировать на различных частотах один или несколько высокоэнергетических прицельных по частоте и направлению помеховых лучей шириной около 0,5-1,0°, обеспечивая снижение в 2-4 раза эффективной дальности обнаружения РЛС на удалении от 100 км и более. Количество таких лучей зависит от ряда условий, включая тип подавляемой РЭС, его характеристики и режимы работы, наклонные дальности и угловые положения относительно носителя.
Для обеспечения требуемого пространственного охвата оба антенных модуля оснащены электромеханическими приводами поворота по азимуту и углу места на ±30° и ±15° соответственно. Это позволяет более эффективно подавлять РЭС противника, находящиеся в боковых полусферах. Данная конструктивная особенность избавляет экипаж носителя от необходимости опасного сближения с подавляемыми объектами, в то время как у помеховых лучей лишь незначительно уменьшается излучаемая мощность.
GaN-усилители
Высокий энергетический потенциал, а также расширенные возможности по адаптивному изменению модуляции помеховых сигналов планируется достичь за счет применения полупроводниковых усилителей на монолитных печатных сверхбольших интегральных микросхемах с элементами из нитрида галлия GaN. По ряду характеристик они превосходят широко используемые сейчас в АФАР твердотельные усилители с элементами из арсенида галлия GaAs.
Печать GaN-микросхем на предприятии Raytheon в Эндовере (Массачусетс)
В Raytheon разрабатывают технологию GaN-полупроводников с конца 1990-х, развернув к настоящему времени собственное полномасштабное производство. Пентагон присвоил этому предприятию 8-ой уровень готовности MRL (Manufacturing Readiness Level), что является наивысшим рейтингом для данного технологического сектора ВПК. Не исключено, что именно это обстоятельство стало одним из ключевых факторов, определивших победу Raytheon в конкурсе по этапу NGJ-MB
Основными преимуществами GaN-технологии являются повышенная стойкость к высокотемпературным режимам работы, более компактные размеры и увеличенный до 2-18 ГГц диапазон рабочих частот.
Система охлаждения
Одним из основных недостатков GaN-микросхем с точки зрения применения в аэрокосмической технике считается необходимость интенсивного охлаждения и рассеивания тепловой энергии в крайне ограниченном пространстве, чтобы предотвратить падение мощности и выход из строя аппаратуры.
Основу системы отвода тепла контейнера NGJ-MB составляет одноконтурная система жидкостного охлаждения с рабочим телом на основе смеси этиленгликоля и воды. В станции AN/ALQ-249(V)1 использована модифицированная система охлаждения двигателя некоего неназванного современного автомобиля одной из американских фирм, доказавшая в ходе длительной эксплуатации надежность работы в широком диапазоне условий окружающей среды. При этом у нее наилучшее соотношение показателей теплоотвода и МГХ, а доработка сводилась к использованию сертифицированных для авиации материалов и усилению конструкции для оптимизации работы при перегрузках в полете.
Отбор тепловой энергии от таких компонентов станции, как элементы системы электропитания, производится классическими металлическими радиаторами, но с современными эффективными адгезивами на основе синтетических термоклеев. Они должны обеспечить надежное крепление при экстремальных перегрузках и одновременно эффективный отвод тепла из точек его активной генерации.
Однако металлические радиаторы уже недостаточно производительны для GaN-микросхем. Количество создаваемого ими теплового потока в отдельных точках может приближаться к характеристикам ядерного взрыва и даже превышать их, что предопределяет критическую важность рассеивания тепла для GaN-технологии. При этом невозможно использовать методы, отработанные ранее при эксплуатации GaAs-устройств, так как у них плотность мощности и пропускная способность в несколько раз ниже GaN-элементов.
Поэтому для GaN-микросхем станции NGJ-MB в Raytheon рассчитывали перейти на радиаторы из искусственных (синтетических) алмазов, которые обладают чрезвычайно высокой теплопроводностью 1500-2000 Вт/м·К, что в четыре раза выше того же показателя у меди. Другим перспективным направлением инженеры Raytheon называют радиаторы с нанотрубками на алмазной подложке, но эта технология пока не вышла из стадии лабораторных исследований.
Электрогенератор HIRAT
Для эффективного использования возможностей АФАР с GaN-усилителями в станции РЭП нового поколения потребовался автономный источник электроэнергии, значительно более мощный, чем использовавшийся ранее генератор RAT. Его конструкция прекрасно отработана за долгие годы успешной эксплуатации, но максимальная выходная мощность не превышает 27 кВт, а этого уже недостаточно.
Исходя из необходимости обеспечения высокого энергетического потенциала и одновременного улучшения аэродинамических характеристик в качестве нового источника электроэнергии для станции NGJ-MB инженеры Raytheon выбрали значительно более производительный генератор HIRAT (High-power Ram Air Turbine). Он также приводится в действие набегающим воздушным потоком, но не через внешний четырехлопастной пропеллер-крыльчатку, а от 635-мм воздушной турбины внутри корпуса. Привод от нее к генератору производится напрямую, без редуктора, что снижает массу всей конструкции.
Выходная мощность зависит от объема входящего воздушного потока и регулируется механическим изменением ширины раскрытия заслонок воздухозаборника. До прибытия в зону подавления они плотно закрыты, генератор выключен, контейнер имеет максимально обтекаемую конструкцию и не оказывает негативного влияния на аэродинамику, уменьшая лобовое сопротивление носителя.
По субподрядному контракту с Raytheon генератор HIRAT разработала фирма Honeywell, основываясь на конструкции прототипа малой американской компании ATGI (Advanced Technologies Group), анализ конструкции которой выполнила CFDRC (Computational Fluid Dynamics Research Corp.).
Испытания в аэродинамической трубе прототипа электрогенератора HIRAT: справа вверху - открытое положение воздушной турбины, внизу - закрытое
В ходе многочисленных демонстрационных испытаний прототип изначально продемонстрировал выходную мощность 65 кВт, а КПД его турбины достиг 41% в то время, как у RAT максимальный КПД не превышает 30%. У версии HIRAT, разработанной для станции NGJ-MB, максимальная мощность превышает 120 кВт, то есть более, чем в четыре раза выше аналогичного показателя RAT.
Примечание:
1) эксплуатация генератора HIRAT возможна при максимальной высоте полета до 40 тыс. м
К основным особенностям, преимуществам генератора HIRAT при его использовании в системе электропитания станции РЭП AN/ALQ-249(V)1 NGJ-MB относятся:
1. Высокая мощность до 126 кВт/140 кВ·А при скорости 410 км/ч на высоте 7,6 тыс. м - возможность использования более мощных передатчиков помех, увеличение количества элементарных излучателей АФАР.
2. Низкое аэродинамическое сопротивление - увеличение скорости и дальности полета носителя, снижение расхода топлива.
3. Отсутствие редуктора - уменьшение массы, простота технической эксплуатации, снижение затрат на жизненный цикл.
4. Механическое управление объемом воздушного потока - простота управления выходной мощностью генератора.
5. Размещение всех элементов турбины внутри контейнера - снижение ЭПР и аэродинамического сопротивления.
Основной недостаток - при длине контейнера/генератора 4,7/1,5 м последний занимает 30% внутреннего пространства в центральной части, требуя устанавливать АФАР под радиопрозрачными обтекателями спереди и сзади, при этом частично закрывая антеннам обзор по азимуту и снижая эффективность подавления удаленных РЭС в центре боковых полусфер.
(продолжение следует)