Пассивная радиолокационная завеса

 

Использование: в области пассивной маскировки от радиолокационных систем оружия, в частности в маскирующих завесах из дипольных радиоотражателей (ДРО). Сущность изобретения: повышение эффективности дипольных завес достигается приданием им радиопоглощающей способности и увеличением времени эффективного действия при одновременном совершенствовании эксплуатационных качеств, в том числе увеличении механической прочности, эластичности, устранении адгезионных свойств и др. ДРО полностью выполнены из электропроводящего материала, в качестве которого использован допированный полимер (ДП). При постановке радиопоглощающих завес на предельных дальностях противодействия применяются ДРО, вытянутые в направлении наибольшей электропроводности ДП, для их изготовления используется намагниченный до насыщения ферромагнитный полиацетилен, p-допированный йодом или n-допированный натрием, ДРО выполняется в виде полос и лент различной длины из допированного полиацетилена или в виде отрезков волокна из допированного политиофена. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области маскировки, а конкретно к средствам противодействия радиолокационным системам (РЛС) разведки (наведения оружия), и может быть использовано для промышленного изготовления дипольных радиоотражателей (ДРО), способных образовывать в атмосфере радиопоглощающие завесы с увеличенным временем эффективного действия и удовлетворяющих требованию скрытности противодействия.

Известны маскировочные завесы из ДРО на основе искусственных волокон (стеклянная нить, синтетическое волокно и т. п.), поверхность которых для придания электропроводящих свойств покрывают как можно более тонким слоем электропроводящего материала (серебро, медь, цинк и др.). Металлизация поверхности усложняет технологию производства и неизбежно ведет к увеличению массы изделия, а следовательно, сокращает время действия завесы в результате быстрого оседания диполей на землю под действием силы тяжести (седиментация).

Наиболее близким к изобретению являются пассивные радиоотражающие завесы, содержащие ДРО, полностью выполненные из электропроводящего материала (алюминиевая фольга, углеродно-графитовые волокна и т. п.). Такие диполи, обладая высокой электропроводностью по всему поперечному сечению, имеют и большую отражательную способность по сравнению с ДРО из металлизированных волокон. Однако относительно высокая плотность применяемых электропроводящих материалов усиливает один из основных недостатков всех известных радиолокационных завес их высокую скорость седиментации в атмосфере.

В ходе седиментации дипольной завесы наблюдается хаотическое снижение отражателей. При этом амплитуда сигнала, отраженного как отдельным диполем, так и всей их совокупностью, меняется по случайному закону и зависит главным образом от пространственной ориентации ДРО. Эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) каждого отражателя максимальна при совпадении его оси с вектором напряженности электрического поля и равна нулю, если они перпендикулярны в линейно поляризованном электромагнитном излучении. Турбулентная диффузия отдельных участков атмосферы и различия в аэродинамике ДРО обуславливают их произвольную ориентацию, при которой реальная ЭПР дипольной помехи в 5-7 раз ниже своего максимально возможного значения.

Кроме того, в ходе постановки завесы некоторая часть диполей спутывается в полете, деформируется и ломается ввиду их низкой прочности и эластичности. В результате этого ЭПР снижается прямо пропорционально коэффициенту разлета, учитывающему эффект слипания, деформирования и излома отражателей, который для практических расчетов может быть принят равным 0,1-0,3. Слипание диполей вследствие высокой адгезии материала и образования статического электричества можно уменьшить покрытием их слоем воска, что, однако, отрицательно сказывается на вертикальной устойчивости завесы и ее временных параметрах. Отражатели, изготавливаемые в этих целях с квазипостоянным зарядом, имеют ограниченный срок годности, а их взаимное отталкивание в атмосфере при отсутствии противодействующих сил увеличивает разлет и снижает плотность завесы.

Однако даже при достаточной ее плотности после выброса ДРО в атмосферу скорости их перемещения в пространстве и маскируемого объекта резко различаются, что при использовании эффекта Доплера позволяет подавляемой РЛС отстраиваться от такой помехи и уверенно вскрывать маскируемый объект.

Эффективной селекции движущейся цели на фоне пассивных помех способствует также расслоение завесы, возникающее вследствие различий в скоростях падения горизонтально и вертикально ориентированных диполей. Через некоторое время после постановки в завесе образуются две области: верхняя с преимущественно горизонтальной поляризацией и нижняя с вертикальной. В радиоотражающей завесе наблюдается эффект взаимного экранирования различных отражателей, находящихся на удалении 10 λ друг от друга в плоскости, перпендикулярной направлению распространения излучения (λ -длина радиоволны). В результате суммарная ЭПР завесы становится существенно меньшей, а помеха менее интенсивной.

Радиоотражающая дипольная завеса может быть эффективной только в том случае, если уровень вторичного излучения помехи превышает интенсивность отражения маскируемого объекта. Эффект проявляется в образовании на экране индикатора РЛС засвеченной области, которая подавляет отметки целей и обеспечивает срыв их сопровождения по дальности, углу или по скорости. Однако внезапное возникновение искусственной помехи указывает противнику на наличие маскируемого объекта. Невыполнение принципа скрытности противодействия ведет к вскрытию целей в ходе детальной разведки района и возникновению условий для целеуказания с использованием комплекса других средств (оптических, тепловых и др.).

Таким образом, недостатки пассивных радиоотражающих помех состоят в кратковременности эффективного действия дипольных завес, обусловленной их низкой пространственной устойчивостью в атмосфере, а также в низкой пригодности ДРО к пакетированию и длительному хранению, проявляющейся в их слипании, деформировании, ломке при вскрытии упаковки перед применением.

Изобретение обеспечивает повышение эффективности пассивных радиолокационных завес путем придания им радиопоглощающей способности и увеличения времени эффективного действия при одновременном совершенствовании эксплуатационных качеств диполей (увеличение прочности и эластичности, устранение адгезионных свойств и др.).

Это достигается тем, что дипольные радио-отражатели выполнены из допированного электропроводящего полимера (ДП). Для дополнительного увеличения анизотропии электропроводности ДРО электропроводящий полимер вытянут в направлении своей наибольшей электропроводности, а для усиления его способности к пространственной ориентации в электромагнитном поле и образованию физически устойчивой поглощающей структуры в качестве электропроводящего полимера ДРО использован допированный ферромагнитный полиацетилен, намагниченный до состояния насыщения. Для дополнительного увеличения пространственной устойчивости дипольной завесы в электрическом поле атмосферы на малых высотах в качестве электропроводящего полимера ДРО использован р-допированный йодом полиацетилен, а при постановке устойчивой завесы на больших высотах полиацетилен, n-допированный натрием. Для улучшения аэродинамических качеств завесы ДРО выполнены в виде отрезков волокна из допированного политиофена.

Изобретение поясняется чертежами, на которых схематично показана вероятностная ориентация ДРО в электромагнитном поле с горизонтальной (см. фиг. 1) и вертикальной (см. фиг. 2) поляризацией при фронтальном распространении электро- магнитной волны в направлении на радиопоглощающую структуру.

Пассивная радиолокационная завеса содержит ДРО 1, распределяющиеся в окружающем пространстве 2 в соответствии с направлением 3 распространения потока мощности облучающей радиоволны.

В окружающем пространстве 2 возникает электромагнитное поле, характеризующееся напряженностью электрического поля Е и напряженностью магнитного поля Н, которое оказывает ориентирующее действие на ДРО 1 из допированного полимера.

Образующаяся периодическая дипольная структура отличается способностью к радиопоглощению и обладает высокой пространственно-геометрической устойчивостью.

Выполнение ДРО из допированного электропроводящего полимера, анизотропия его свойств и высокая поглощательная способность, практически не зависящая от длины волны падающего излучения, обуславливают способность предлагаемой дипольной завесы к многократному поглощению его мощности внутри диффузно рассеивающей структуры.

Снижение уровня паразитных отражений на границе раздела завеса-окружающая среда обеспечивается малым различием диэлектрической и магнитной проницаемости материала ДРО и воздуха.

Электромагнитная энергия, прошедшая через краевые зоны внутрь дипольной завесы, подвергается первоначальному поглощению материалом диполей. Частично отражаясь от них, радиосигнал подвергается многократному преломлению, поглощению и в конечном счете затуханию, в чем и проявляется маскировочный эффект.

Кроме того, использование ДП в качестве электропроводящего материала диполей обеспечивает увеличение времени эффективного действия за счет повышения вертикальной устойчивости завесы в атмосфере. Данный положительный эффект проявляется как в увеличении времени нахождения диполей в атмосфере, так и времени вертикального расслоения дипольной завесы. В результате замены материала основы легкими полимерами и исключения необходимости ее металлизации масса ДРО снижается в 2,3-2,7 раза. Пропорционально этому снижается и скорость седиментации ДРО, которая зависит также от их ориентации относительно земли в формируемой завесе. Пространственно-геометрическая устойчивость ее объемной структуры определяется физической природой ДП, которые проявляют свойства сильных парамагнетиков и поэтому способны, взаимодействуя с электромагнитным излучением подавляемой РЛС, занимать в нем устойчивое положение.

Однородность получаемой структуры дипольной завесы способствует проявлению анизотропии поглощательной способности ДП: коэффициент поглощения излучения, падающего нормально к его поверхности, минимален. Но по мере того, как направление излучения из нормального приближается к направлению, параллельному поверхности полимера, его поглощение увеличивается до 30% а отражение достигает 33% практически независимо от длины волны падающего излучения.

Эффективность поглощения пропорциональна интенсивности диффузного рассеяния внутри завесы, которая определяется отражательной способностью ДРО, т. е. величиной их электропроводности. Молекулярное строение ДП обуславливает анизотропию в проявлении электрических свойств ДРО, проводимость которых в направлении продольной оси может быть на три порядка выше, чем в поперечном направлении.

Вытягивание электропроводящего полимера в направлении его наибольшей электропроводности ориентирует полимерные цепи параллельно друг другу, что увеличивает удельную проводимость и делает материал сопоставимым по электрическим свойствам с лучшими металлическими проводниками.

Использование в качестве электропроводящего полимера допированного ферромагнитного полиацетилена, предва- рительно намагниченного до состояния насыщения, позволяет усилить способность ДРО к самоориентации в атмосфере и образованию пространственно устойчивой радиопоглощающей завесы в ослабленных электромагнитных полях (на предельных дальностях ведения разведки и целеуказания).

В ходе постановки завесы наличие у ДРО остаточной индукции способствует их упорядоченной пространственной ориентации в электромагнитном поле, создаваемом подавляемой РЛС. При этом на северный и южный полюсы намагниченного диполя действуют противоположно направленные силы, т.е. возникает момент пары сил, характеризующий величину напряженности поля в данной точке пространства. Устойчивое положение ДРО совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля Н, который перпендикулярен вектору напряженности электрического поля Е и направлению распространения радиоволн. При таком расположении вибраторов поле вторичного излучения дипольной завесы практически отсутствует и обеспечивается взаимодействие излучения с вибраторами во всем объеме завесы. Это взаимодействие волны с множеством ДРО из допированного полимера осуществляется в условиях реализации анизотропии его поглощательных свойств.

Упорядоченное поглощение ДРО в завесе, обусловленное их взаимодействием с электромагнитным полем подавляемой РЛС, сводит до минимума паразитные отражения, которые могут иметь место лишь вследствие эффекта перемешивания. Магнитные связи между полюсными областями отдельных ДРО стабилизируют их положение внутри завесы и способствуют плавному переходу маскирующей структуры в свободное пространство. Тем самым обеспечивается глубокое проникновение излучения внутрь дипольной завесы, сопровождаемое отражением, преломлением и многократным поглощением радиосигнала во всем объеме завесы, что и делает такую дипольную завесу малозаметной для радиолокационной разведки противника.

В линейно-поляризованном электромагнитном поле, создаваемом РЛС разведки, ДРО предлагаемой пассивной завесы ориентируются горизонтально или вертикально в зависимости от направления поляризации падающей волны. Горизонтальная ориентация диполей дополнительно стабилизируется взаимодействием их противоположных магнитных полюсов, что позволяет снизить скорость седиментации дипольной завесы в атмосфере и увеличить на 15-20% время ее эффективного действия. Однако равновероятное использование вертикально поляризованных излучений приводит к соответствующей переориентации ДРО. Вызываемое этим ухудшение временных параметров дипольной завесы в частных случаях ее выполнения может быть компенсировано однотипным допированием полимерного материала, при котором его молекулы становятся способными приобретать одинаковый либо положительный (р-допирование), либо отрицательный (n-допирование) заряд. В результате этого на униполярно заряженный ДРО в зависимости от типа его допирования действуют атмосферные силы электростатического притяжения и отталкивания.

В окружающем пространстве образование статических электрических зарядов имеет место в результате некоторых атмосферных процессов, например в ходе образования и развития облачности. Уже при наличии в атмосфере кучеобразных облаков отмечается напряженность электрического поля Е 10 В/см, хотя механизмы интенсивной электризации аэрозольных частиц и разделения зарядов в них еще действуют слабо, но непосредственно следующее за этим образование ливневых осадков характеризуется чрезвычайно быстрым нарастанием электрического поля с образованием в чисто водяных облаках отрицательных зарядов, а в чисто ледяных положительных. В соответствии с этим разные части одного облака несут заряды различных знаков: нижняя часть облачности, обращенная к земле, заряжается отрицательно, а верхняя положительно. Сообразно величине возникающего электрического поля и земная поверхность имеет наведенный положительный заряд. Результаты исследований грозовой активности атмосферы позволяют также сделать вывод о том, что нейтральная зона, как правило, расположена в облаках и приходится на высоты 3-5 км.

Поэтому дипольные облака из положительно заряжающихся ДРО целесообразно устанавливать ниже границы облачности (на малых высотах), которая, неся отрицательный заряд, совместно с положительно заряженной земной поверхностью будет противодействовать гравитационным силам. При постановке дипольной завесы над верхним краем облачности на средних и больших высотах целесообразно использовать отрицательно заряжающиеся ДРО, испытывающие на себе силы отталкивания в направлении, противоположном силам земного притяжения. Рассеянию завесы в результате взаимного отталкивания составляющих ее униполярно заряженных ДРО препятствует их взаимное притяжение противоположными магнитными полюсами.

Таким образом, время эффективного действия дипольной завесы может быть увеличено на величину, составляющую до 20-30% от его первоначального значения, только в результате использования электрического поля атмосферы. Для этого изобретение предусматривает использование р-допированного полиацетилена в качестве электропроводящего материала для изготовления положительно заряжающихся диполей, а в качестве его допирующего агента йод. Другая разновидность завесы отличается использованием ДРО из n-допированного полиацетилена в виде полос и лент различной длины.

Возможность получения ДРО в виде отрезков волоконного материала достигается тем, что в качестве допируемого полимера использован политиофен, обладающий способностью плавиться и вытягиваться в волокна.

Возможность практического осуществления изобретения подтверждается наличием разработанных химических и электрохимических методов допирования полимеров. Получаемые в результате их использования ДП, например, полиацетилен, политиофен, полипиррол приобретают физические свойства, необходимые для достижения указанного технического результата. Асимметричность их проявления используется или в значительной мере компенсируется как при изготовлении ДРО (диполи формируются в направлении максимальной электропроводности ДРО), так и формированием целесообразной пространственной структуры дипольной завесы. Получение физически устойчивой структуры становится возможным благодаря наличию у допированных полимеров свойств сильных парамагнетиков. Усиление естественно получаемого эффекта возможно при изготовлении ДРО из предварительно выделенной ферромагнитной компоненты допированного полиацетилена.

Возможность синтеза и практического использования ДП, заряжаемых положительно или отрицательно в зависимости от природы допирующего агента, а также физико-химические условия получения из них волокон подтверждаются результатами экспериментальных исследований.

Производство простейшего исходного продукта для получения ДП полиацетилена может быть осуществлено методом дехлорирования из выпускаемого отечественной промышленностью крупнотоннажного поливинилхлорида, а также из некоторых близких по составу отходов химических предприятий, что свидетельствует о технической реализуемости изобретения на основе полученных результатов исследований и достигнутого технического уровня химического производства.

Формула изобретения

1. ПАССИВНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ЗАВЕСА, содержащая дипольные радиоотражатели из материала с электропроводящей поверхностью, отличающаяся тем, что дипольные радиоотражатели выполнены из допированного электропроводящего полимера.

2. Завеса по п.1, отличающаяся тем, что электропроводящий полимер вытянут в направлении своей наибольшей электропроводности.

3. Завеса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электропроводящего полимера использован допированный ферромагнитный полиацетилен, намагниченный до состояния насыщения.

4. Завеса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электропроводящего полимера использован p-допированный йодом полиацетилен.

5. Завеса по п.1, отличающаяся тем, что в качестве электропроводящего полимера использован n-допированный натрием полиацетилен.

6. Завеса по п.1, отличающаяся тем, что дипольные радиоотражатели выполнены в виде отрезков волокна из допированного политиофена.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2