?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Originally posted by judeomasson at Еще раз про Дональд Кук и СУ-24

Не так давно я написал статью о том как российские органы пропаганды освещали инциденты в Черном и Балтийском море, когда российский самолет облетел американский эсминец Дональд Кук, а чуть позже, во второй половине мая американцы опубликовали видеозаписи того как самолет летал над эсминцем в апреле этого года.

Российские СМИ и после публикации видео остались верны себе. Вот например цитата из газеты "Правда":

По данным СМИ, Су-24 заглушил все электронные системы идущего "под всеми парами" к Крыму эсминца с системой "Иджис" новейшей разработкой "Хибины". Также ряд изданий сообщали о неподтвержденных отставках части экипажа эсминца".

То что он пишут о том что отставки не подтвержденные, уже прогресс, а все остальное пучатся подтвержденное?

Короче говоря маразм прогрессирует. Поэтому я решил продолжить эту тему. Но не только поэтому, а еще потому что я в предыдущей статье допустил две оплошности, которые я хотел бы здесь исправить.

Первая оплошность чисто техническая. Я допустил некорректную формулировку, написав что "для того чтобы создать шумы для другого передатчика, а тем более полностью подавить его, нужен передатчик как минимум сопоставимой мощности", за что меня во многих комментариях совершенно справедливо критиковали. От соотношения мощностей действительно многое зависит, но не только от этого. Чтобы исправить эту оплошность, я решил математически рассчитать расстояние до радара, на котором Хибины действительно могла что-то сделать радару эсминца.

Сам я не специалист по радарам, но я инженер электронщик и всю жизнь занимался системами автоматического управления и обработки сигналов, так что многие принципы работы радаров мне знакомы. Я знаю что мой ЖЖ читают люди, которые в этих вопросах разбираются лучше меня, поэтому конструктивная критика с их стороны приветствуется, а для тех кто не разбирается я постарался объяснить все как можно проще. Для того чтобы во всем этом разобраться достаточно знаний математики и физики на уровне средней школы.

Итак сначала немножко теории. Эффективность атаки РЭБ (Радиоэлектронная борьба. В дальнейшем я для простоты устройства РЭБ буду называть просто "рэб") зависит не только от мощности, но также от расстояния до цели и способности цели отражать или поглощать радиосигнал. Мощность излучаемого радаром сигнала падает пропорционально квадрату расстояния до цели, в такой же зависимости падает мощность сигнала рэб, однако в случае радара отраженный сигнал должен вернуться в приемник, но он тоже ослабляется пропорционально квадрату расстоянию от цели до приемной антенны. Таким образом если радар "моно статический", то есть одна и та же антенна работает как на передачу, так и на прием, то эти расстояния равны, а сигнал ослабляется пропорционально четвертой степени расстояния. В тоже самое время сигнал РЭБ ослабляется пропорционально квадрату расстояния, в результате чего соотношение сигнала рэб и радара изменяется пропорционально квадрату расстояния. Тем не менее на входе антенны, мощность сигнала рэб должна существенно превышать мощность отраженного сигнала.

Чтобы не быть голословным, в большинстве случаев я буду ссылаться на книгу под названием "Электронная война и радиолокационные системы" (Electronic Warfare and Radar Systems), которая в электронном виде есть на сайте командования военно-морских воздушных систем (в дальнейшем я эту книгу для простоты буду называть просто "книга"). Там на странице 4-9.3 приводится формула для расчета соотношения мощностей сигнала рэб и радара. Вот эта формула:

формула соотношения помехи и отраженного сигнала радара

Формула не очень сложная, для того чтобы ее понять достаточно знаний математики на уровне средней школы, но при этом надо сделать некоторые пояснения.

В этой формуле RTx это расстояние до радара, а RJx расстояние до рэб. Эти расстояния разные так как формула рассчитана для случая когда рэб и цель находятся в разных местах, однако в нашем случае цель и рэб находятся в одном месте, поэтому эти значения можно сократить. Тогда эта формула может выглядеть так:

соотношение рэб отраженный сигнал когда цель и рэб находятся на одном расстоянии

Где R это расстояние до самолета.

Чтобы найти минимальное расстояние, с которого рэб может причинить какой-то вред радару [расстояние "прожигания" (burn-through)], эту формулу надо преобразовать к следующему виду (в дальнейшем я буду называть ее "главная формула", так как будут и другие) :

формула расстояния прожигания

Вы наверное обратили внимание что перед символом π нет четверки. Дело в том что я учел что для эффективной атаки сигнал рэб, согласно информации на странице 4-8.2 книги, должен превышать отраженный сигнал на 6 децибел или в 4 раза, поэтому я сократил четверки в числителе и знаменателе.

Попробуем с помощью главной формулы приблизительно рассчитать минимальное расстояние с которого Хибины могут эффективно атаковать радар AN/SPY-1D (в дальнейшем просто "радар"), который установлен на эсминце Дональд Кук.

Буква P это мощность. Соответственно Pja и Pt обозначают мощность рэб и выходную мощность радара. В спецификации радара даны две мощности - пиковая и средняя (Average and Peak Power).

Дело в том что AN/SPY-1D это импульсный радар. Это значит что антенна передает сигнал в течение короткого промежутка времени, а потом переключается на прием и ждет отраженный сигнал. Время ожидания зависит от расстояния до цели. После того как антенна принимает отраженный сигнал, она снова передает импульс. Так вот пиковая мощность это мощность в течение импульса, а средняя мощность это мощность усредненная за весь период между импульсами. Эти мощности связаны между собой. Чтобы найти среднюю мощность надо пиковую мощность умножить на длительность импульса и разделить на длительность периода между импульсами. Мощность связана с другим параметром, шириной спектра.

Ширина спектра в формуле обозначается символами BW, соответственно BWr (радар) и BWj (рэб). В этом радаре используется технология сжатия импульсов (Pulse compression). Упрощенно говоря ее смысл заключается в том что радар передает длинный импульс, а принимает короткий. Делается это потому что длинный импульс позволяет обнаруживать цели на большем расстоянии, но требует больше энергии и обладает низкой разрешающей способностью. Например если две цели летят рядом, на близком расстоянии друг от друга, радар может показать как одну цель. Отношение длины передаваемого импульса к принимаемому называется "коэффициент сжатия".

Короткие импульсы наоборот имеют высокую разрешающую способность, требуют меньше энергии, но работают на меньших расстояниях. Сжатие импульсов в какой-то мере позволяет совместить эти характеристики. Поэтому считается что мощность сжатого импульса увеличивается пропорционально коэффициенту компрессии.

С другой стороны ширина спектра такого импульса равна коэффициенту компрессии деленному на длительность импульса. Так как в формуле мощность находится в знаменателе, а ширина спектра в числителе, коэффициент компрессии сокращается. Тогда ширина спектра равна единице деленной на длительность импульса, а так как в данном случае имеется в виду мощность в течение импульса, использовать надо пиковую мощность.

Что касается Хибины, то в ее технических характеристиках выходная мощность не указана. Там указана только потребляемая мощность, однако я предположил что КПД Хибины равно 100%, что с точки зрения законов физики не реально, тем не менее я сделал такое допущение. В результате выходная мощность Хибины равна 3.6 киловатт.

Буква G в формуле это так называемый "коэффициент усиления антенны" (antenna gain). Пусть вас не смущает название "коэффициент усиления". Это не значит что антенна действительно усиливает сигнал. Этот коэффициент отражает способность антенны концентрировать энергию в одном направлении. Для радара этот коэффициент равен 42 децибел или 15800.

Коэффициент усиления антенны Хибины тоже не указан, но его приблизительно можно подсчитать исходя из площади антенны, так как коэффициент усиления антенны пропорционален ее площади. Вот формула зависимости коэффициента усиления от площади:

зависимость коэффициента усиления антенны от площади

Где λ это длина волны, а еа это эффективность антенны, которая вычисляется по следующей формуле:

эффективность антенны

В числителе стоит эффективная площадь антенны (апертура), а в знаменателе физическая площадь. Предположим что для обоих антенн эта величина рассчитывается для одной и той же длины волны, а также что эффективность тоже для обоих антенн одинакова. Тогда остаются только площади антенн.

Антенна радара представляет собой восьмиугольник, однако судя по фотографии, это не равносторонний восьмиугольник, но по форме ближе к квадрату. Размер стороны равен 12 фит или приблизительно 3.7 метра. Площадь квадрата рассчитывается очень просто, а площадь антенны Хибины не указана, но указан диаметр контейнера. Предположим что диаметр антенны равен диаметру контейнера, тогда диаметр диаметр антенны Хибины равен 350 миллиметров. Как рассчитать площадь круга по ее диаметру знает каждый школьник. В результате получаем что коэффициент усиления радара в 130 раз выше чем у Хибины.

В знаменателе формулы есть еще символ σ. Это так называемый "radar cross-section (RCS)" или по русски "эффективная площадь рассеяния". Эта величина численно характеризует свойство объекта отражать радио волны. RCS самых известных самолетов можно найти здесь.  Су 24 там нет, но зато есть более новый Су-27. Его и возьмем за основу, поэтому принимаем RCS равным 15.

И наконец в знаменателе стоит полоса частот Хибины. И вот здесь возможны варианты.

Существует много типов электронных атак, но я бы их разделил на два основных типа - умные и тупые. Умные пытаются анализировать сигнал радара, вычисляют его характеристики и пытаются воспроизвести такой же сигнал, но с искаженными параметрами, чтобы "обмануть" радар. Однако для умных атак просто мощности мало. Надо еще умные математические алгоритмы и быстродействующие вычислительные системы.

Тупые просто создают заградительные помехи (barrage jamming)  во всем диапазоне частот радара, однако в этом случае мощность должна быть намного больше, так как она "размазывается" по всему спектру.

Согласно характеристикам Хибины, она может создать помехи в диапазоне 1 - 4 гигагерц. Таким образом ее полоса частот равна 3 гигагерц.

Как я уже писал выше, ширину спектра сигнала радара можно приблизительно вычислить как величину обратную длительности импульсов. В свою очередь длительность импульсов радара различается почти на порядок, от 6.4 до 51 микросекунд. Допустим радар пытается обнаружить цель на дальних расстояниях, поэтому использует длинные импульсы. В этом случае burn-through будет примерно равен 320 километров, но допустим этой ширины спектра не достаточно чтобы точно определить параметры цели. В этом случае самолет придется подпустить самолет поближе и включить самые короткие импульсы 6.4 микросекунды. В этом случае burn-through будет равно примерно 115 километров.

Но допустим самолет совершил не совсем тупую атаку, скажем так, "немножко умную". Допустим летчики готовились именно для атаки на Дональд Кук, поэтому перед атакой зашли в интернет и посмотрели характеристики радара, в частности диапазон частот радара.

Радар работает в диапазоне 3.1 - 3.5 гигагерц, это значит что его полоса частот равна 400 мегагерц. После этого летчики настроили генератор Хибины так, чтобы он генерировал шум только в этом диапазоне (если в Хибины предусмотрены такие настройки). В этом случае мощность излучения увеличится, а самолет сможет подлететь на расстояние 117 километров при работе радара в режиме дальнего обнаружения.

Ближе ему подлететь не удастся, так как на таком расстоянии радар без труда вычислит все необходимые параметры самолета чтобы навести ракету на цель. Например на сайте организации под названием "Missile Defense Advocacy Alliance (MDAA)", которая занимается лоббированием систем ПРО, приводится такой пример - на расстоянии 165 километров этот радар может распознать объект размером с мячик от гольфа, а объект размером с баллистическую ракету он может распознать на расстоянии 310 километров. Поэтому на расстоянии 115 километров он без труда распознает самолет, несмотря ни на какие Хибины, и просто его уничтожит.

Это что касается тупой атаки, а умные атаки я не буду рассматривать по двум причинам. Во первых в российских органах пропаганды описана именно тупая атака. И здесь я хочу рассказать о второй своей оплошности.

Когда я работал над предыдущей статьей, я пытался найти первоисточник, откуда как говориться "ноги растут". То что в американских СМИ и официальных источниках про эту электронную атаку и увольнение моряков ничего не было сказано, было ясно с самого начала, но в российских СМИ кто-то должен был быть первым, кто эту туфту опубликовал.

С другой стороны я искал технические характеристики Хибины, и нашел сайт, на который я ссылаюсь здесь и в предыдущей статье.  Там я увидел таблицу с характеристиками и на этом остановился. Ради экономии времени я даже не прочитал что написано под таблицей, а зря, так как там написано следующее. Цитирую:

- 2014 г. 15 апреля - на одном из сайтов патриотической направленности появилась публикация "Хибины" против "Иджис" или что так сильно испугало Пентагон?" (источник), которую модераторы даже того сайта определили в раздел "Домыслы". В статье с искажением фактов описывается якобы атака Су-24 с применением комплекса "Хибины", которая якобы имела место в недавнем облете самолетом такого типа американского эсминца "Дональд Кук" 12 апреля 2014 г. Статья вызвала оживленное обсуждение в сети и была перепечатана многими сайтами включая весьма уважаемые. Позже была удалена так же на многих сайтах. Что касается реальной ситуации, то можем отметить следующее:
- облет самолетом Су-24 американского корабля действительно имел место;
- во время облета американского корабля Су-24 не совершал никаких враждебных действий.
- комплекс "Хибины" не устанавливается на самолеты Су-24.

Но самое главное это то что там дана ссылка на первоисточник, что меня просто поразило.

Дело в том что я когда искал первоисточник, я натыкался на эту статью десятки раз, так как ее перепостили огромное количество сайтов, но не придавал ей значение, так как нет ни одной ссылки на источники, ни имени автора, только ник блогера - Lunoxod. Кроме этого когда я искал первоисточник, я ошибочно полагал что, так как эта информация была опубликована в крупных, в основном государственных, изданиях, то и первоисточник должен был быть такой же. Я думал что источник должен быть либо крупная газета типа "Российская газета", "Известия", "Правда" и т.д. Либо это один из федеральных каналов, либо информационные агентства типа "РИА Новости", "ТАСС", "Интерфакс". Я думал что этот Lunoxod увидел эту информацию в одном из вышеперечисленных источников, и на основе этого сочинил свою сказку, но мне в голову не могло прийти что все было с точностью до наоборот - он написал какую-то туфту, а серьезные издания эту туфту растиражировали, не потрудившись не только перепроверить источники, но хотя бы пригласить для консультаций специалиста, чтобы узнать возможно ли то что там описано с точки зрения законов физики. И это несмотря на то что Lunoxod в самом конце сам признался что это всего лишь фантазия. Цитирую:

В завершении статьи, хочу отметить, что все изложенное здесь — лишь мои логические построения и они призваны привнести хоть какую-то логику в произошедшее.

А вот о том в каких событиях Lunoxod увидел отсутствие логики, он объясняет следующим образом. Цитирую:

Ведь действительно: что такого, что БЕЗОРУЖНЫЙ фронтовой бомбардировщик, прямо скажем, не последнего поколения, прошел, пусть, 12 раз, вблизи новейшего, вооруженного до зубов, специализирующегося на ПВО, эсминца США? Ведь, например, во времена противостояния СССР и США, такие облеты самолетами кораблей обеих держав производились практически при каждой встрече вероятных противников. Так что же случилось на этот раз? Что так задело американцев?

На самом деле радар на эсминце тоже не самого последнего поколения. Разработан он был еще в начале 70-х годов. Потом он несколько раз модернизировался, тем не менее принципы, на которых он был построен уже устарели. Например технология, которая применяется в радаре, называется "пассивная фазированная решетка", а сейчас уже есть радары созданные на основе более продвинутой технологии под названием "активная фазированная решетка", например радар  AN/SPY-6.

Что касается вопросов, на которые Lunoxod не смог найти ответа и поэтому все это придумал, то тут все очень просто. Военно-промышленный комплекс США хочет, во первых заставить европейцев раскошелиться и тратить больше денег на оборону, покупая естественно американское оружие, а во вторых оказать давление на нынешнюю администрацию в США, которая, как известно, каждый год урезает военный бюджет. Именно поэтому в западных СМИ огромное количество статей, расхваливающих российское и китайское оружие, и пугающих американцев тем что США может отстать или уже отстало от России и от Китая. Причем во всех статьях, за редким исключением, основная причина называется недостаточное финансирования, но Lunoxod придерживается другого мнения. Цитирую:

Так что же произошло в нейтральных водах? Я полагаю, ответ кроется за таким загадочным названием, как «Хибины». Согласно википедии, Хибины — это горный массив на Кольском полуострове, в Мурманской области, расположенный на 150 км севернее Полярного круга :) Однако, конечно же, не теми Хибинами был запуган экипаж эсминца. «Хибины» - это новейший российский комплекс радиоэлектронной борьбы, который будет устанавливаться на все перспективные российские самолеты. Данных о нем, сколько не искал, не нашел, но вот здесь написано, что СУ-24 его уже применяли на учениях в Бурятии. Так вот, ничто так не может деморализовать военного человека, как собственное бессилие! Ситуацию, в свете всего вышеизложенного, вижу следующим образом. 10 апреля 2014 года, указанный выше эсминец прибыл в нейтральные воды Черного моря для проведения акции устрашения и демонстрации силы — в связи с непреклонной позицией России по Украине и Крыму. До этого в акватории Черного моря находился, с нарушением конвенции Монтре, другой американский ракетный эсминец «Тракстан». То есть, происходила типичная, любимая американцами, мышиная возня — бряцанье оружием и международное хамство. Реакция России была спокойной, но убийственной: 12 апреля, в великий день космонавтики, наши снарядили к облету в нейтральных водах, безоружный СУ-24, НО с «Хибинами» под крылом. Далее все развивалось приблизительно по такому сценарию: «Кук» еще издали засек подход «сушки», сыграл боевую тревогу и замер по боевым постам. Все шло штатно, радары считали курс сближения с целью, «Иджис» исправно управляла системами наведения. И вдруг — хлоп! Все погасло. «Иджис» не работает, экраны показывают муть, даже «Фаланксы» не могут получить целеуказание! СУ-24 тем временем прошел над палубой «Кука», сделал боевой разворот и сымитировал ракетную атаку по цели. Конечно же, успешную — ведь противодействия нет! Потом развернулся и сымитировал еще одну. И так далее — еще 10 раз! Все попытки техников оживить «Иджис» и дать целеуказания для ПВО, потерпели неудачу и только, тогда, когда силуэт «сушки» растаял в дымке над российским берегом, экраны ожили, а системы наведения добросовестно показали чистое, сияющее пустотой апрельское небо.

Резюмирую. Вероятнее всего, после того, как СУ-24 включил в непосредственной близости от «Кука», «Хибины», вся ПВО эсминца вышла из строя. Наши же, проверяя эффективность работы системы РЭБ, 12(!) раз сымитировали атаку на американский корабль. За все это время, экипаж корабля не смог реанимировать погасшую БИУС. Заработала она только тогда, когда СУ-24 ушел курсом на базу.

Несмотря на то что в тексте есть явные доказательства того что это всего лишь предположение и фантазия, которые я выделил жирным шрифтом, крупнейшие СМИ перепечатали это как доказанный факт, но даже не это самое главное, а главное это то что все что там описано противоречит законам физики, так как на самом деле все должно быть с точностью до наоборот, что я и показал с помощью математических формул. Я не буду комментировать глупости типа того что там что-то погасло или отключилось, так как даже разработчик Хибины ничего подобного в технических характеристиках не указывал, а вот "муть" на экранах, а точнее много ложных целей, вполне могло быть. Тогда описание должно быть примерно следующим:

Экраны показывали чистое, сияющее пустотой апрельское небо и вдруг — хлоп! Экраны начали показывать муть. После этого экипаж эсминца увидел приближающийся СУ-24. По мере приближения самолета, радар снова начал работать, системы рассчитали скорость и расстояние до самолета...

И так далее. Удивительно только что ни одно российское СМИ не удосужилось пригласить специалиста и проконсультироваться. Тем не менее, я еще раз повторяю, что то что на экране появилась муть, говорит о том что это была тупая атака. Умная атака была бы если бы описание было примерно таким:

Радары показали что расстояние до самолета было 100 километров, но каково было удивление экипажа когда они увидели самолет всего на расстоянии несколько сот метров.

Или что-то типа того, но ничего подобного ни в одном описании не было, именно поэтому я не считаю нужным рассматривать умную атаку.

Вторую причину я уже описал выше. Для умной атаки мощности мало, нужны еще умные алгоритмы и быстрые вычислительные системы, а радар, хоть и не самый новый, очень хорошо защищен от электронных атак. Еще в 2012 году радар был модернизирован. К нему был добавлен мощный много-целевой процессор сигналов [Multi-Mission Signal Processor (MMSP)], после чего были проведены учения по отражению электронных атак, которые прошли успешно. Кроме этого, как я уже писал выше, в радаре используется технология сжатия импульсов. Самый распространенный метод сжатия, это частотная модуляция, а самый простой тип модуляции это линейная, однако скорее всего в радаре используются более сложные методы модуляции. Например дискретное изменение частоты по псевдослучайному закону. Такие сигналы являются очень помехоустойчивыми и "прожечь" их очень трудно, даже с помощью заградительных помех. И наконец на эсминце есть специальное устройство противодействия электронным атакам AN/SLQ-32. Поэтому ни тупую, ни умную атаку, с помощью российских средств РЭБ, эффективно осуществить вряд-ли удастся, так как достижения России в области радиоэлектроники, вопреки хвастовству российской пропаганды, далеко не блестящие. Об этом я буду писать в следующих статьях.