Источник инфракрасного излучения станции активных помех тепловым головкам самонаведения управляемых ракет
Полезная модель относится к предназначенным для использования в составе станций активных помех тепловым головкам самонаведения управляемых ракет источникам инфракрасного излучения, выполненных в виде функционально связанных излучающего элемента с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия и блока формирования управляющего воздействия, задающего закон модуляции разрядного тока излучающего элемента.
Особенность заявляемой конструкции состоит в том, что блок формирования управляющего воздействия выполнен с возможностью генерации повторяющихся серий регулярных последовательностей импульсов управляющего воздействия, у которых пиковая величина амплитуды первого импульса управляющего воздействия каждой серии превосходит номинальную величину амплитуды последующих импульсов управляющего воздействия не менее, чем в 1,21 раза.
Предлагаемая конструкция обеспечивает минимизацию амплитудной нестабильности генерируемого излучающим элементом модулированного инфракрасного излучения, что, соответственно, повышает эффективность воздействия активной помехи на тепловую головку самонаведения атакующей ракеты.
Полезная модель относится к источникам инфракрасного (ИК) излучения, предназначенных для использования в размещенной на борту летательного аппарата (ЛА) станции активных помех (САП), которая осуществляет оптикоэлектронное противодействие наведению на ЛА управляемых ракет (УР) с тепловыми головками самонаведения (ТГСН).
ТГСН является по существу оптикоэлектронным прибором пассивного типа с ИК каналом связи «УР-ЛА» [1] и предназначена для формирования дискретного во времени управляющего воздействия в тракте управления полетом УР посредством оптической и электронной обработки поступающего на вход ТГСН ИК излучения от цели (собственного теплового излучения атакуемого ЛА).
Одним из наиболее эффективных методов противодействия ТГСН УР принято считать дезинформирующее воздействие на ТГСН непосредственно с борта атакуемого ЛА [2]. В соответствии с общепринятой классификацией срадства, реализующие такой метод противодействия наведению УР, относятся к устройствам формирования активных помех - т.н. станциям активных помех (САП) [3]. Структура формируемого САП помехового излучения зависит от способа обработки поступающего на вход ТГСН излучения и типа излучающего элемента САП. На современном этапе развития техники наиболее перспективным направлением при создании САП считается совмещение САП с ЛА. При этом САП формирует в окружающем ЛА пространстве активную помеху в виде некогерентного модулированного по амплитуде ИК излучения, сила которого превышает собственное ИК излучение ЛА в заданное число раз.
Основным функциональным элементом САП является источник ИК излучения в составе излучающего элемента и блока модуляции излучения излучающего элемента, определяющего структуру сигнала активной помехи на выходе САП.
Известен предназначенный для эксплуатации в составе САП излучающий элемент с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия (т.н. газоразрядная лампа с цезиевым наполнением) импульсно-периодический разряд в котором осуществляется за счет модуляции разрядного тока (т.н. внутренняя модуляция) блоком формирования управляющего воздействия [4]. Таким образом процесс формирования излучения активной помехи в САП сводится к генерации излучательным элементом лучистого потока ИК диапазона, структура которого определяется модулирующей функцией, принятой в блоке формирования управляющего воздействия.
Как указано в работе [3] эффективность оптикоэлектронного противодействия ТГСН тем выше, чем меньше амплитудная нестабильность генерируемого излучающим элементом САП ИК излучения и чем меньше время выхода излучающего элемента на рабочий режим. Следует отметить, что параметры ИК излучения, формируемого излучающим элементом с плазмообразующей средой на основе цезия, зависят от давления паров цезия в разряде. Давление паров цезия в разряде определяется, в свою очередь, температурой наиболее холодной точки разрядного объема излучающего элемента, причем даже незначительное изменение температуры холодной точки приводит к изменению давления паров цезия в разряде и, следовательно, к изменению величины амплитуды генерированных излучающим элементом импульсов ИК излучения [4], т.е. к амплитудной нестабильности излучения активной помехи.
Известен источник ИК излучения, предназначенный для использования в составе САП, содержащий в составе устройства питания излучающего элемента в виде газоразрядной лампы с цезиевым наполнением блок формирования дежурной дуги и блок формирования управляющего воздействия, задающего закон модуляции разрядного тока излучающего элемента [5]. Указанный источник ИК излучения САП, выбранный в качестве прототипа, снабжен блоком формирования дежурной дуги, выполненным в виде автоматизированной системы поддержания величины давления паров цезия в разряде на заданном уровне. Указанная конструкция обеспечивает высокий уровень амплитудной стабильности активной помехи в виде однократно модулируемого ИК излучения.
В работе [3] показано, что минимальное время воздействия активной помехи на ТГСН УР в виде однократно модулированного ИК излучения, необходимое для срыва самонаведения атакующей УР, обеспечивается при частоте модуляции, принятой в ТГСН. В реальных условиях имеет место расхождение частоты модуляции излучения активной помехи, определяемой заложенной в блок формирования управляющего воздействия на излучающий элемент САП программой, и частоты модуляции, принятой в ТГСН атакующей УР, в силу отсутствия данных о типе атакующей УР. Это несовпадение частот модуляции приводит к увеличению времени воздействия активной помехи на ТГСН, необходимого для срыва наведения УР на цель, достигая в критическом случае величины сравнимой с минимальным временем полета УР до атакуемого ЛА, что недопустимо. Однако, эффективность воздействия активной помехи на ТГСН существенно возрастает, если излучение активной помехи представляет собой последовательность серий регулярно повторяющихся импульсов одинаковой амплитуды (т.н. двукратно модулированная помеха).
Функционирование входящего в состав САП излучающего элемента с плазмообразующей средой на основе цезия для обеспечения соответствующей структуры излучения активной помехи представляет собой последовательность периодов функционирования в номинальном (рабочем) режиме (временной интервал генерации серии импульсов ИК излучения) и режиме «дежурной дуги» (временной интервал между смежными сериями импульсов ИК излучения). В связи с тем, что излучающий элемент САП переходит в номинальный режим функционирования из более холодного состояния при функционировании в режиме «дежурной дуги», что приводит к безизлучательным потерям на разогрев плазмы при прохождении первого импульса разрядного тока в серии, то импульс ИК излучения, соответствующий этому импульсу разрядного тока, имеет амплитуду, величина которой меньше номинальной величины амплитуды последующих импульсов ИК излучения в серии.
Таким образом, недостаток конструкции источника ИК излучения САП, выбранного в качестве прототипа, заключается в практической невозможности минимизации амплитудной нестабильности излучения источника при его эксплуатации в режиме повторяющихся серий регулярных последовательностей импульсов излучения.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в минимизации амплитудной нестабильности генерируемого излучающим элементом ИК излучения при его эксплуатации в режиме повторяющихся серий регулярных последовательностей импульсов излучения.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого источника ИК излучения в составе САП, заключается в повышении эффективности оптикоэлектронного противодействия ТГСН за счет уменьшения времени срыва наведения УР на ЛА.
Заявляемый источник ИК излучения САП, как и источник ИК излучения, выбранный в качестве прототипа, содержит излучающий элемент с разрядом в плазмообразующей средой на основе цезия с модуляцией разрядного тока, закон изменения которого задается блоком формирования управляющего воздействия, и блок формирования дежурной дуги.
Заявляемый источник ИК излучения САП отличается от прототипа тем, что блок формирования управляющего воздействия выполнен с возможностью генерации повторяющихся серий регулярных последовательностей импульсов управляющего воздействия, у которых пиковая величина амплитуды первого импульса управляющего воздействия каждой серии превосходящий номинальную величину амплитуды последующих импульсов управляющего воздействия в серии не менее, чем в 1,21 раза.
На фиг.1 представлена блок схема варианта конкретного исполнения заявляемого источника ИК излучения САП.
Источник ИК излучения САП содержит излучающий элемент 1 с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия, блок формирования дежурной дуги 2 и блок формирования управляющего воздействия 3. Блок 3 представляет собой электронное устройство, формирующее последовательность импульсов напряжения, определяющих закон изменения разрядного тока излучающего элемента 1. Варианты конструкции устройства данного типа достаточно хорошо известны [6, 7] и не требуют специального пояснения.
Принцип работы источника ИК излучения основан на преобразовании излучающим элементом электрической энергии в ИК излучение, структура которого определяется совместным функционированием блоков 2 и 3, один из которых (блок 2) функционирует непрерывно, а другой (блок 3) - периодически.
Механизм импульсного разряда в плазмообразующей среде на основе паров цезия достаточно подробно представлен в работе [4]. В данном конкретном случае для обоснования необходимой величины амплитуды первого импульса управляющего воздействия в серии импульсов, поступающих на излучающий элемент 1 с блока 3, воспользуемся упрощенной моделью разряда, предполагая, что разряд в режиме «дежурной дуги» и в номинальном режиме характеризуется постоянной температурой и плотностью тока. В этом случае ток, протекающий через разрядный канал в форме цилиндра определяется соотношением [8].
,
где j - величина разрядного тока; Е - градиент напряжения, определяющий величину разрядного тока (отношение напряжения на длину разрядного промежутка излучающего элемента 1); Т - температура плазмообразующей среды на оси канала разряда.
Чтобы импульсы разрядного тока при переходе излучающего элемента 1 из режима «дежурной дуги» к номинальному режиму имели одинаковую по величинам амплитуду должно выполняться равенство:
,
где E1 и Е1 - градиенты напряжения, соответствующие первому и второму (последующим) импульсам, соответственно;
Т1 и Т2 - температура плазмообразующей среды в режиме «дежурной дуги» и номинальном режиме функционирования излучающего элемента 1, соответственно.
Таким образом, 
, а поскольку длина разрядного промежутка, характеризующая градиент напряжения для E1 и Е2 одна и та же, то
,
где U1 и U2 - напряжение, которое в данном конкретном случае является управляющим воздействием, формируемым блоком 3.
В работе [4] показано, что разряд соответствующий номинальному режиму работы излучающего элемента с плазмообразующей средой на основе цезия (элемент 1), характеризуется температурой вдоль оси разряда порядка 6500°К, а температура разряда в режиме «дежурной дуги» не превосходит 3100°К.
Таким образом, U1=1,21 U2 и, следовательно, генерация излучающим элементом с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия ИК-излучения в виде повторяющихся серий регулярных последовательностей импульсов возможна только в том случае, если пиковая величина амплитуды (U1) первого импульса управляющего воздействия каждой серии превосходит номинальную величину амплитуды (U2 ) последующих импульсов управляющего воздействия в серии не менее, чем в 1,21 раза.
Промышленная применимость заявляемого решения подтверждается возможностью его многократного воспроизведения в процессе производственного изготовления. Заявляемый источник ИК-излучения САП разработан для серийного изготовления с использованием стандартного оборудования, современных технологий и комплектации.
Литература:
1. Лазарев Л.П. Оптико-электронные приборы наведения летательных аппаратов, М.: Машиностроение, 1984
2. Зарубежное военное обозрение, 
9, 2002, с.35
3. Самодергин В.А. Исследования и разработка энергоизлучающих систем активных помех инфракрасным головкам самонаведения с оптимальными энергетическими характеристиками: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 1988
4. Гавриш С.В. Разработка и исследование импульсных источников инфракрасного излучения с разрядом в парах цезия: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 2005
5. Патент РФ на полезную модель 72578, 20.04.2008 Бюл. 11
6. Булатов О.Г., Иванов B.C., Панфилов Д.И. Тиристорные схемы включения высокоинтенсивных источников света, М.: Энергия, 1975
7. Гольденберг Л.М. Импульсные устройства, М: Радио и связь, 1981
8. Весельницкий И.М., Рохлин Г.Н., Ртутные лампы высокого давления, М.: Энергия, 1971
Источник инфракрасного излучения станции активных помех тепловым головкам самонаведения управляемых ракет, содержащий излучающий элемент с разрядом в плазмообразующей среде на основе цезия с модуляцией разрядного тока, закон изменения которого задается блоком формирования управляющего воздействия, и блок формирования дежурной дуги, отличающийся тем, что блок формирования управляющего воздействия выполнен с возможностью генерации повторяющихся серий регулярных последовательностей импульсов управляющего воздействия, у которых пиковая величина амплитуды первого импульса управляющего воздействия каждой серии превосходит номинальную величину амплитуды последующих импульсов управляющего воздействия в серии не менее чем в 1,21 раза.
