Источник модулированного инфракрасного излучения устройства оптоэлектронного противодействия инфракрасным головкам самонаведения управляемых ракет

Полезная модель относится к источникам модулированного инфракрасного излучения, которые предназначены для использования в качестве излучающего элемента в устройстве оптоэлектронного противодействия инфракрасным головкам самонаведения управляющих ракет. Заявляемый источник выполнен в виде комбинации двух функционально связанных блоков - газоразрядного источника с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия и блока формирования управляющего воздействия, определяющего закон изменения разрядного тока в плазмообразующей среде. Отличительная особенность заявляемой конструкции состоит в том, что блок формирования управляющего воздействия выполнен с возможностью формирования разрядного тока в плазмообразующей среде в виде регулярной последовательности импульсов чередующейся полярности. Предлагаемая конструкция обеспечивает повышение энергетического КПД источника излучения в инфракрасном диапазоне, что крайне важно с учетом особенностей аппаратурного применения источника в составе устройства оптоэлектронного противодействия.

Полезная модель относится к газоразрядным (ГР) источникам оптического излучения, в частности к конструкции ГР источника модулированного по амплитуде инфракрасного (ИК) излучения, предназначенного для использования в составе размещенного на борту летательного аппарата (ЛА) устройства оптоэлектронного противодействия (ОЭП) для защиты от поражающего воздействия атакующих ЛА управляемых ракет (УР) с ИК головками самонаведения (ГСН), входящих в состав переносных зенитно-ракетных комплексов.

ИК ГСН УР является по существу оптоэлектронным прибором пассивного типа с ИК каналом связи «УР-ЛА» [1] и предназначена для формирования дискретного во времени сигнала управления пространственной ориентацией УР посредством регистрации и последующей оптоэлектронной обработки непрерывного во времени ИК излучения от цели (собственного теплового (ИК) излучения атакуемого ЛА).

Механизм противодействия ИК ГСН УР с учетом принципа ее функционирования (т.н. ОЭП) достаточно хорошо известен [2, 3]. Под ОЭП принято понимать совокупность действий, направленных на снижение эффективности функционирования ИК ГСН атакующей ЛА УР и увеличение, соответственно, вероятности срыва самонаведения УР на атакуемый ЛА. В соответствии с общепринятой квалификацией такой метод воздействия на атакующую ЛА УР относится к категории активных методов противодействия, а реализующие такой метод противодействия устройства - к устройствам ОЭП ИК ГСН УР. Противодействие таких устройств нормальному функционированию ИК ГСН основано на формировании непосредственно с борта ЛА в направлении на ИК ГСН атакующей ЛА УР имитирующей активной помехи в виде некогерентного модулированного по амплитуде ИК излучения в спектральном диапазоне чувствительности ИК ГСН (3,5-5,0 мкм) с пиковой силой излучения, превышающей величину интенсивности собственного ИК излучения ЛА в заданное число раз, которое при поступлении во входной тракт ИК ГСН и дальнейшем его преобразовании становится источником ложной информации о местонахождении атакуемого ЛА, что с необходимостью приводит к срыву самонаведения УР на атакуемый ЛА.

Основным функциональным элементом устройства ОЭП ИК ГСН УР является источник первичного оптического излучения в составе излучающего элемента и блока формирования управляющего воздействия, определяющего структуру сигнала имитирующей активной помехи на выходе устройства ОЭП ИК ГСН УР. В настоящее время в качестве такого излучающего элемента преимущественно используются ГР источники оптического излучения с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия, а импульсно-периодический временной профиль потока генерируемого излучающим элементом ИК излучения, обеспечивается модуляцией его разрядного тока (т.н. внутренняя модуляция), структура которого определяется модулирующей функцией, принятой в блоке формирования управляющего воздействия [4].

Следует отметить, что минимальное время воздействия имитирующей активной помехи на ИК ГСН, необходимое для срыва самонаведения УР на атакуемый ЛА, обеспечивается при частоте модуляции, соответствующей частоте модуляции ИК излучения от цели, принятой в ГСН атакующей УР. Однако, как правило, в реальных условиях имеет место расхождение величины частоты модуляции излучения имитирующей активной помехи, определяемой заложенной в блок формирования управляющего воздействия программой, и частоты модуляции излучения о цели, принятой в ИК ГСН атакующей УР, в силу отсутствия данных о типе атакующей ЛА УР. Это несовпадение указанных частот модуляции приводит к увеличению времени воздействия имитирующей активной помехи на ГСН УР, необходимого для срыва самонаведения, величина которого достигает в критическом случае величины, сравнимой с временным интервалом, соответствующим минимальной дальности пуска УР, что, вообще говоря, недопустимо. Компенсировать указанный недостаток функционирования устройства ОЭП ИК ГСН УР, как это указано в работе [3], можно за счет существенного (не менее, чем в 10 раз) превышения величины пиковой силы излучения имитирующей активной помехи над собственным тепловым (ИК) излучением атакуемого ЛА. Таким образом, проблема повышения пиковой силы излучения используемого в составе устройства ОЭП ИК ГСН УР источника модулированного ИК излучения является одной из самых важных.

Известен источник модулированного ИК излучения [4], предназначенный для использования в составе ОЭП ИК ГСН УР. Указанный источник модулированного ИК излучения, выбранный в качестве прототипа, содержит излучающий элемент в виде ГР источника оптического излучения с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия и блок формирования управляющего воздействия, задающий закон изменения разрядного тока в плазмообразующей среде излучающего элемента. Конструктивно ГР источник оптического излучения с плазмообразующей средой на основе цезия представляет собой заполненную плазмообразующей средой горелку с прямой трубчатой оболочкой из лейкосапфира, на противоположных концах которой герметично установлены электроды, один из которых выполняет функцию катода, а другой - анода. Отличительная особенность такого ГР источника оптического излучения, как это указано в работе [4], состоит в том, что пиковая сила генерируемого им РЖ излучения зависит от давления паров цезия в разряде, а давление паров цезия, в свою очередь, однозначно определяется температурой наиболее холодной точки (НХТ) разрядного объема горелки. В указанной конструкции источника модулированного ИК излучения сопряженный с ГР источником оптического излучения на основе цезия блок формирования управляющего воздействия функционирует исключительно в режиме формирования разрядного тока в виде регулярной последовательности однополярных импульсов. Следует отметить, что как следует из работы [5], в этом случае температура нагрева анода существенно (примерно вдвое) больше температуры нагрева катода, а, следовательно, теплофизическое состояние плазменного столба в разрядной камере указанного ГР источника оптического излучения характеризуется продольным температурным градиентом и, соответственно, НХТ разрядного объема находится у электрода, который выполняет функцию катода.

Недостаток источника модулированного ИК излучения, выбранного в качестве прототипа, состоит в том, что его конструкция, с учетом аппаратурного применения в составе устройства ОЭП ИК ГСН УР, не является оптимальной.

Действительно, увеличение пиковой силы модулированного ИК излучения за счет увеличения температуры НХТ разрядного объема горелки возможно только за счет увеличения электропотребления излучающим элементом источника, а поскольку светящее тело разряда в плазмообразующей среде на основе цезия, как это было указано выше, характеризуется продольным температурным градиентом, то достижение необходимой величины температуры НХТ связано с непроизводительными потерями энергии на локальное увеличение температуры плазмообразующей среды в зоне анода.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в уменьшении непроизводительных потерь энергопотребления излучающего элемента в виде ГР источника оптического излучения с плазмообразующей средой на основе цезия за счет минимизации продольного температурного градиента плазмообразующей среды.

Технический результат, соответственно, заключается в увеличении пиковой силы источника модулированного ИК излучения при неизменной величине энергопотребления, т.е. в повышении его энергетического КПД в ИК диапазоне.

Источник модулированного ИК излучения устройства ОЭП ИК ГСН УР, как и источник модулированного ИК излучения, выбранный в качестве прототипа, содержит излучающий элемент в виде ГР источника оптического излучения с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия, амплитудная модуляция оптического излучения которого осуществляется посредством модуляции его разрядного тока, закон изменения которого задается блоком формирования управляющего воздействия.

Отличие заявляемого источника модулированного ИК излучения от прототипа состоит в том, что блок формирования управляющего воздействия выполнен с возможностью формирования разрядного тока в плазмообразующей среде газоразрядного источника оптического излучения в виде регулярной последовательности импульсов чередующейся полярности.

На фиг. 1 приведена блок-схема варианта конкретного выполнения заявляемого источника модулированного ИК излучения устройства ОЭП ИК ГСН УР.

Заявляемый источник модулированного ИК излучения выполнен в виде комбинации двух функционально связанных блоков - ГР источника оптического излучения с разрядом а плазмообразующей среде на основе цезия 1, который подключен к блоку электропитания 2 через блок формирования управляющего воздействия 3. Разрядная горелка ГР источника 1 состоит из оболочки 4 и электродов 5 и 6, образующих в совокупности разрядную камеру 7. В данном конкретном случае оболочка 1 выполнена в виде прямой цилиндрической трубки из лейкосапфира. Электроды 5 и 6 выполнены из молибдена и герметично установлены на противоположных концах оболочки 4 одним из известных способов. Разрядная камера 7 заполнена плазмообразующей средой на основе цезия. Электроды 5 и 6 электрически связаны с блоком электропитания 2 (через блок 3). Блок формирования управляющего воздействия 3 представляет собой электронное устройство и формирует сигнал управляющего воздействия, определяющий закон изменения разрядного тока между электродами 5 и 6 в плазмообразующей среде разрядной камеры 7. Различные варианты конструкций устройства данного типа достаточно хорошо известны [6, 7, 8].

Принцип работы источника модулированного источника ИК излучения основан на преобразовании ГР источником 1 электрической энергии от блока 2 в ИК излучение, импульсно-периодический профиль которого определяется заложенной в блок 3 программой. В данном случае блок 3 выполнен с возможностью формирования разрядного тока в виде регулярной последовательности импульсов чередующейся полярности, т.е. электронная схема блока формирования управляющего воздействия 3 обеспечивает чередование полярности разрядного тока при неизменной полярности блока электропитания 2. При этом направленность разрядного тока в плазмообразующей среде разрядной камеры 7 каждого последующего импульса управляющего воздействия противоположна направленности тока предыдущего разряда. При формировании импульсов разрядного тока чередующейся полярности каждый из электродов (5 и 6) поочередно выполняет функции анода и катода, что неминуемо приводит к равенству температур в приэлектродных зонах разрядной камеры 7, и, следовательно, к практической ликвидации продольного температурного градиента плазмообразующей среды. При этом температура плазмообразующей среды в зоне размещения электрода, выполняющего в процессе единичного разряда функцию катода, увеличивается при неизменном энергопотреблении. Как было указано выше повышение пиковой силы ИК излучения ГР источника оптического излучения с плазмообразующей средой на основе цезия в ИК диапазоне осуществляется за счет повышения ее НХТ и, следовательно, предлагаемая конструкция обеспечивает повышение пиковой силы генерируемого заявляемым источником ИК излучения без увеличения энергопотребления, т.е. к повышению энергетического КПД в ИК диапазоне, что с учетом особенностей его аппаратурного применения крайне важно.

Следует отметить, что чередование полярности импульсов разрядного тока в импульсных ГР источниках оптического излучения известно [8]. Однако такой прием в источниках оптического излучения с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия, предназначенных для использования в составе устройства ОЭП ИК ГСН УР, используется впервые. Следует также отметить, что принцип теплового воздействия на плазмообразующую среду в зоне размещения НХТ, вообще говоря, известен [9]. Однако в известной конструкции тепловое воздействие имеет локальный характер и осуществляется за счет использования дополнительного источника тепла в виде внешнего резистивного нагревателя, что приводит к существенному усложнению конструкции источника модулированного ИК излучения и увеличению энергозатрат на обеспечение его функционирования, что с учетом аппаратурного использования источника ИК излучения нежелательно.

Промышленная применимость заявляемого источника модулированного ИК излучения устройства ОЭП ИК ГСН УР определяется возможностью его многократного воспроизведения в процессе производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологии.

Литература:

1. Куркоткин В.И., Стерлигов В.А. Самонаведение ракет, М.: Военное издательство МО СССР, 1963.

2. Мишук М.Н. Защита самолетов от ракет с тепловыми головками самонаведения, М.: Воениздат, 1982.

3. Самодергин В.А. Исследование и разработка энергоизлучающих систем активных помех инфракрасным головкам самонаведения с оптимальными энергетическими характеристиками: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., НИИ «Зенит» МЭП, 1988.

4. Гавриш С.В. Разработка и исследование импульсного источника инфракрасного излучения в парах цезия: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 2005.

5. Рохлин Г.Н. Газоразрядные источники света, М.: Энергия, 1966.

6. Булатов О.Г., Иванов В.С, Панфилов Д.И. Тиристорные схемы включения высокоинтенсивных источников света, М.: Энергия, 1975.

7. Гольденберг Л.М. Импульсные устройства, М.: Радио, 1975.

8. Светотехника, 1988, 2, стр. 13.

Патент РФ на ПМ 72578, 20.04.2008, Бюл. 1.

Источник модулированного инфракрасного излучения устройства оптоэлектронного противодействия инфракрасным головкам самонаведения управляемых ракет, содержащий излучающий элемент в виде газоразрядного источника оптического излучения с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия, амплитудная модуляция оптического излучения которого осуществляется посредством модуляции его разрядного тока, закон изменения которого задаётся блоком формирования управляющего воздействия, отличающийся тем, что блок формирования управляющего воздействия выполнен с возможностью формирования разрядного тока в плазмообразующей среде газоразрядного источника оптического излучения в виде регулярной последовательности импульсов чередующейся полярности.

РИСУНКИ