Методика обнаружения радиолокационными станциями Гражданской Авиации Аномальных Объектов (АО)

Мантулин Владимир

Постановка проблемы. Радиолокация значительно расширяет возможности человека в познании мира. С начала периода массового применения радиолокационных систем (РЛС) и до наших дней операторы сталкиваются с различными загадочными эффектами. Часть из них, связанная с несовершенством аппаратуры и природными явлениями, получила объяснение теоретически, и частично устраняются с помощью фильтров, более совершенной аппаратуры. Как за рубежом, так и у нас на экранах РЛС периодически фиксируются воздушные объекты, которые остаются не отождествленными. Возможность рассмотреть реальность, массовость и достоверность таких наблюдений привлекает не только нас.

Сведения. Рассмотрим два интересных случая радиолокационных наблюдений не отождествленных объектов с аномальными характеристиками:

1. В декабре 1981г., в 17:00-19:00, крестообразный светящийся объект около 15-ти минут сопровождал Ту-154 (и еще два впереди летящих самолета), летевший на 12.000м по трассе Новоукраинка-Валуйки. Скорость и высота объекта изменялась очень резко! Объект, сохранял траекторию восточнее трассы. Экипажи при обмене делились шутливыми замечаниями об этом объекте. Позже с увеличением скорости объект ушел вверх (по докладам экипажей – до 20.000м) обогнал два впереди летящих самолета и ушел в сторону Белгорода. Скорость оценивалась более 2.000км/ч. Объект устойчиво сопровождался обзорным трассовым радиолокатором по азимуту и дальности [1].

2. Визуальное наблюдение АО красноватого цвета в 00.10.0016 13-го августа 1983г. В районе аэропорта Харьков на высоте около 250м дополнилось сопровождением по диспетчерскому радиолокатору ДРЛс-9 «Нарва-С», имеющего высокую разрешающую способность. Примерно через каждые 8 сек. объект фиксировался на экране теле индикатора ТИ-412 (с применением аппаратуры «Строка-Б», преобразующей радиолокационные изображения в телевизионное с увеличением масштаба). Объект следовал с курсом около ≈45º и был потерян на удалении около 27км от точки в направлении северо-восток, как бы с явным набором высоты, время наблюдения не более двух минут. Явственно виделся розоватый ореол, как бы объект входил в облачность и постепенно размывался. Почти одновременно была зафиксирована метка цели, подобная отраженной от АО. Вторая цель летела севернее 1-го объекта на параллельных курсах с интервалом около 8-ми км, на удалении 6км и азимуте ≈55º; позже вторая цель – с удалением около 22км – стала изменять траекторию на более северную с радиусом около 15-20-ти км и азимутом ≈60º. Вторая цель исчезла на удалении около 28,5км, что можно объяснить лучшим прохождением радиоволн или большей отражающей площадью объекта. Это расстояние метка преодолела примерно за 2 минуты, периодически пропадая на 6-12 секунд. Позже на азимуте 20-30º и удалении около 12-15км возникла еще одна метка, ушедшая примерно с тем же курсом и скоростью, и исчезла на удалении около 20км и азимуте 30-40º. Скорость объектов оценивалась около 600±50км/ч, что можно объяснить слабой контрастностью целей (Хотя по расчетам составляет: 1-го объекта – от 900км/ч с нарастанием до 1.500км/ч, а 2-го объекта – около 1.200км/ч с уменьшением до 1.000км/ч). Явных изменений помех (активных или пассивных) не было. Предположительные размеры объектов – около 5-ти метров (Sотр.эф≈2м2). Несомненно, на отражение радиоволн влияло и состояние атмосферы, так как наблюдались объекты после прохождения грозы сильной (селекции движущихся целей). ДРЛ – работал в режиме «Пассив» — «Актив». Слабые метки от АО от АО наблюдались в виде черточек длиной 1,5-2мм с толщиной 0,1-0,2 мм; из 8-ми секунд двух оборотов антенны метка была видна всего 1,5-2 сек на втором обороте антенны. Учитывая высокую надежность ДРЛ-9см, считаю, что эти объекты были небольшого размера с мощной электризацией. [1, 2, 3]

(Наблюдали: диспетчер Службы движения Харьковского объединенного авиаотряда — Мантулин В.С., диспетчер – Халатов С.А., руководитель полетов аэродрома Тарасенко А.А.)

Постановка задачи. РЛС, применяемые в аэропортах Гражданской Авиации – ОРЛ, ДРЛ, ПРЛ и МРЛ, позволяют достаточно надежно фиксировать воздушные объекты в широком диапазоне дальностей, скоростей и высот [4]. А это, в свою очередь, по ряду признаков аномальности – способствует выделению не отождествленных объектов [5].

Выкладка основного материала исследования. Радиолокаторы, как правило, работают на принципе приема отраженной волны. Активные радиолокаторы в пассивном режиме работы фиксируют все предметы, отражающие волны: грозовые облака и скопления птиц. Но это позволяет и лучше знать воздушную обстановку. Точность радиолокаторов по дальности – не хуже 150м. Мерой времени в РЛС является 1мксек. За 1 мксек луч РЛС проходит 300м.

S = c · t = (3 · 10⁸) · (10^-6) = 3 · 10² = 300м

По времени запаздывания отраженного сигнала определяется дальность:

Д = c · t_зап / 2  = (3 · 10⁸) · 10^-6 / 2 = 150м

По накоплению временных изменений отраженного сигнала на экране РЛС оператор определяет изменение удаления цели от антенны радиолокационной станции. Подобный эффект лежит в основе принципа Доплера, которая используется в режиме работы РЛС – СДЦ (СПЦ), то есть селекции движущихся целей (селекция подвижных целей). Данный режим используется для выделения целей на фоне пассивных помех. Однако у него есть и недостатки. Дальность работы РЛС в СДЦ составляет 60-75% от пассива. Существенным недостатком СДЦ является проявление «слепых скоростей». Это скорости полета, при которых летательных аппарат (ЛА) перемещается в пространстве за время посылки. Фазовый сдвиг доплеровской частоты будет постоянным, когда ЛА перемещается за время между посылками импульсов, равное прохождению полуволны и кратное величине К.

S = К  · λ / 2, где К! = 1,2 … определит первую, вторую … пятую «слепые скорости».

В общем случае – значение «слепые скорости» может быть определено из следующего соотношения

W_сл = 0,018 · К · λ · F_n , где 0,018 – постоянный коэффициент;

К  – коэффициент кратности = 1,2,3…;

F_n– количество импульсов в сек.

Синхронность движения развертки электронного луча на экране РЛС с вращением антенны достигается совпадением механической и электрической частей через сельсин-датчики антенны и сельсин-приемники усилителя сигналов преобразующей аппаратуры. Точность механической части лучших РЛС – как отечественных, так и зарубежных – достигает 0,1º, а разрешающая способность – по ширине диаграммы направленности излучения антенны – 0,5º.

Точность определения координат КРЛ гораздо выше, чем ДРЛ, ОРЛ.

Рассмотрим диапазон наиболее выгодного применения РЛС. Из графика следует, что разное возрастание затухания радиоволн наблюдается вблизи волны длины 0,25 и 0,5см для кислорода и 0,18-1,35см для водяного пара (кривые 1,2).

Эти пики на графике объясняются резонансным поглощением энергии вблизи соответствующих частот. При малых размерах частиц (например, при тумане) происходит в основном поглощение энергии, при крупных частицах (дождь) – рассеяние. Ослабление энергии радиоволн при дожде и тумане показано кривыми 3-8.

Е — электрическая составляющая;

Н — магнитная составляющая;

Р — вектор Комова-Поттинга – вектор распространения радиоволн

Поскольку ослабление энергии радиоволн длиной более 10см весьма незначительно, оно для радиолокатора дециметрового и метрового диапазонов может не учитываться. Однако посадочные радиолокаторы, работающие в сантиметровом диапазоне, весьма подвержены атмосферным помехам. Это вынудило конструкторов, использовать у вибраторов ПРЛ устройства, изменяющие поляризацию радиоволн на линейную или круговую, что позволило выделять ЛА на фоне интенсивных осадков в виде дождя или снега. Высотность современных РЛС достигает средних слоев атмосферы. Дальность прямой видимости рассчитывается по формуле:

√ (R₃ + h)² – R₃²  + √ (R₃ + h)² – R₃²  , где

R₃ – радиус Земли – 6370км;

h  – высота антенны;

Н – высота полета ЛА.

Поскольку 2R₃>>h и 2R₃>>Н, то приближено можно написать

Д_пв ≈ 113 (√h + √H) км

Но не только большая высота полета улучшает обнаружение ЛА. Ощутимую роль играет и площадь отражения поверхности объекта, как и материал из которого изготовлен ЛА. Объекты:

Головная часть ракеты: 0,2

Человек: 0,8

Рубка подводной лодки: 1

Истребитель: 3-5

Фронтовой бомбардировщик: 7-10

Тяжелый бомбардировщик: 15-20

Транспортный самолет: 50

Приводимая диаграмма показывает зависимость определяемого очевидцами диаметра от дальности до объекта.

Парадоксально, что с увеличением дальности до не отождествленных объектов очевидцы отмечают больший видимый размер. Можно предположить, что при полете с большими скоростями, когда проявляется сжимаемость воздуха, вокруг АО создается энергетическое поле, улучшающее аэродинамические характеристики объектов и увеличивающее видимые размеры. Правомерна гипотеза, что АО движутся в слое искусственно созданной плазмы. Конечно, сами не всегда остаются доступными для визуальных наблюдений. Однако плазма (при некоторых условиях) – идеальный отражатель радиоволн. Это позволяет объяснить некоторые факты радиолокационных наблюдений без визуального подтверждения.

По типам РЛС прослеживается такое соответствие наблюдений (радио визуальные наблюдения треугольников, квадратов – в Горьком, прямоугольников – в Воронеже, Ромбом – в Таллине) [6].

 

В первых, несовершенных РЛС – когда система помех защиты была недостаточно отработана и в схемах не было эффективных фильтров – нередки были колебания сигналов, возраставшие порой лавинообразно: то ли от необычно сильного отраженного сигнала, то ли от колебания вторичных сигналов в радиосхеме.

а

б’

б»

Так называемые «кольца» (а) и ложные, симметричные реальной цели, метки (б) нередкое явление и на современных РЛС. Отраженный сигнал от морских волн, принимаемый антенной РЛС низко расположенной над водой, вполне согласуется с разработанной ныне теорией «волнового канала», когда луч РЛС может огибать поверхность на значительные расстояния в слое инверсии. Турбулентные вихри, стаи птиц (в), скопления насекомых, зоны электризации (г) – обнаруженные РЛС различного типа – никого уже не удивляют. В последе время – когда сеть однотипных РЛС стала достаточно плотной и возникают зоны перекрытия – стали фиксироваться метки, возникающие от переизлучения встречных радиоволн, совпадающих по фазе и силе импульсов. Для выявления характера подобного сигнала достаточно изменить периодичность вращения антенны или отметить неподвижность метки (д), которая не будет видна на экране ПРВ. После изменения атмосферных условий этот редко фиксируемый эффект пропадет.

в

г, д

В настоящее время различные типы РЛС, базирующиеся на территории крупных аэропортов страны, достаточно полно перекрывают воздушное пространство в своей зоне управления воздушным движением (УВД), а наличие оперативной связи между диспетчерскими пунктами Единой системы УВД. (ДП ЕС УВД) позволяет оперативно информировать смежные ДП о наблюдаемых не отождествленных объектах и обмениваться необходимой информацией по слежению за ними, что в целом значительно повышает безопасность полетов. Следует более пристально остановиться на ДРЛ. Характерной особенностью ДРЛ является широкая отстроенность режима пассив.

Высотность ДРЛ – около середины тропосферы. Это позволяет идентифицировать  цели как аномальные, если их скорость превышает скорость звука. (Что подтверждается обнаружением АО в средине августа 1984г. ДРЛ а/п Харьков – скорость около 4000км/ч и обнаружением до 3 ноября 1984г. – скорость около 4500км/ч. В Горьком были зафиксированы АО со скоростью около 2км/сек, то есть 3600км/ч). Этот типа РЛС в комплексе с метеолокатором (МРЛ) может служить базовой моделью для создания радиолокационных постов (РЛП) обнаружения АО.

 

Обычно наблюдаемые операторами РЛС воздушные объекты идентифицируются ими как аномальные при наличии следующих признаков:

-отсутствие в данном месте и в данное время летательных аппаратов гражданской или ведомственной авиации, следующих по заявкам;

-аномальная траектория движения;

-зависания;

-необычно высокая скорость;

-аномальные изменения высоты и скорости полета;

-аномальные помехи или электромагнитные эффекты;

-необычные строи при полете группой.

Естественно, об идентификации объектов как аномальных можно говорить лишь при устойчивой работе РЛС. В отдельных случаях надежность радиолокационного обнаружения аномальных объектов подтверждается визуальными наблюдениями (причем, доклады экипажей документируются аудиозаписью). Целесообразно запросить у операторов ПРВ ПВО высоту объекта и степень контрастности метки на экране ПРВ. (При работающем МРЛ – предложить оператору МРЛ обнаружить объект и сделать замер высоты, а также проследить некоторое время за объектом.). Необходимо шире использовать фоторегистраторы: с целью последующего документирования наблюдения АО и их анализа. Поэтому полезно предложить Министерству Гражданской Авиации (МГА) оснастить видео-индикаторами ДРЛ.

Выводы. При обнаружении АО – как радиолокационном, так и визуальном – рекомендуется использовать весь радиолокационный комплекс, информируя о наблюдении диспетчеров всех диспетчерских пунктов Единой системы УВД – в секторе которых находится объект [7, 8]. При существующей системе радиолокационного контроля и управления воздушным движением в МГА вполне возможно (причем без особых затрат) организовать наблюдения за АО; это требует лишь ознакомления диспетчеров с методикой радиолокационных наблюдений АО. В целом, это будет способствовать повышению безопасности полетов и восстановлению искренности при встрече с нештатными ситуациями в полете, чем является для экипажа близкое наблюдение аномального объекта.

Список литературы:

1.Рукописные материалы Мантулина В.С. с чертежами и рисунками, из архива Белецкого А.В. – НТУУ «КПИ» ФАКС УНИЦА «Зонд».

2.Тарасенко А.А. Сообщение о наблюдении аномального аэрокосмического явления 13 августа 1983г., г.Харьков – Министерство Гражданской Авиации УССР – 1983

3.Мантулин В.С. Дополнение к сообщению Тарасенка А.А. о наблюдении аномального аэрокосмического явления в Харьковском аэропорту 13 августа 1983г. – Министерство Гражданской Авиации УССР – 1983

4.Мантулин В.С., Белецкий А.В. Радиолокационные наблюдения аномальных воздушных объектов – Харьковская секция по изучению аномальных явлений в окружающей среде при ВСНТО РЭС им. А.С.Попова – 1984

5.Мантулин В.С., Белецкий А.В. Возможности использования РЛС МГА СССР для обнаружения не отождествленных объектов с аномальными характеристиками – Харьковская секция по изучению аномальных явлений в окружающей среде при ВСНТО РЭС им. А.С.Попова – 1984

6.Мантулин В.С., Белецкий А.В. Обнаружение радиолокационными станциями Министерства Гражданской Авиации Аномальных Объектов – Харьковская секция по изучению аномальных явлений в окружающей среде при ВСНТО РЭС им. А.С.Попова –1984

7.Конотоп Ю.М. Отзыв о методических занятия с летным составом летностранспортного отряда Харьковского объединенного авиаотряда – Министерство Гражданской Авиации УССР – 7 дек. 1984г.

8.Иванов К.А. О пересылке доклада по АЯ в Украинское управление гражданской авиации – Министерство Гражданской Авиации УССР – 11.01.1985