«Це не так легко, як зібрати FPV-дрон». Як працюють військові радари і чому Україні їх бракує

Дрон-перехоплювач може коштувати в рази менше за зенітну ракету, але сам по собі він майже сліпий. Щоб вивести його до цілі, треба вчасно побачити ворожий безпілотник, визначити його висоту, швидкість і напрямок руху. Для цього потрібен радар — одна з найдорожчих і найскладніших частин сучасної протиповітряної оборони.

Військові використовують радари українського й іноземного виробництва. Від великих станцій, які контролюють повітряний простір на сотні кілометрів, до компактних систем боротьби з дронами. Але якщо виробництво FPV вдалося масштабувати до мільйонів одиниць, з радарами цей сценарій не працює. Для їхньої розробки потрібні роки досліджень, радіофізики, складна елементна база, власні алгоритми й тривалі випробування.

DOU розібрався, як працюють військові радари, чим вони відрізняються від засобів радіоелектронної розвідки, скільки можуть коштувати і чому українське виробництво поки що не закриває потреби війська.

Від радарів напряму залежить, скільки часу матиме ППО на перехоплення російських дронів і ракет. Якщо ціль виявили запізно або втратили під час супроводу, зенітний комплекс чи дрон-перехоплювач може просто не встигнути до неї. Під час масованих атак на енергетику це впливає на те, скільки цілей вдасться збити до того, як вони долетять до електростанцій і підстанцій.

Як працюють радари

Радар сам випромінює радіохвилі. Вони доходять до об’єкта, відбиваються від нього і повертаються до приймача. За часом повернення сигналу, його напрямком та іншими параметрами система визначає, де перебуває ціль і як вона рухається.

Вимірювання часу запізнення в радіолокаторі. Джерело: radartutorial.eu

У спрощеному вигляді це схоже на прожектор у темряві. Радар «підсвічує» простір власним сигналом і бачить відбиття навіть від об’єкта, який сам нічого не передає, пояснює менеджер проєкту «Дронопад» Данило Шингельський. Тому він може виявити автономний дрон, літак або ракету без активного каналу зв’язку.

Отримавши відбитий сигнал, радар визначає відстань до об’єкта, напрямок, висоту і швидкість руху. Програмне забезпечення зіставляє ці параметри й формує трасу — послідовність точок, за якими можна спрогнозувати подальший рух цілі.

Чим радар відрізняється від РЕР

Радіоелектронна розвідка має схоже завдання: допомагає знайти ворожий дрон або іншу ціль. Але принцип її роботи відрізняється.

РЕР нічого не випромінює, а лише приймає сигнали від інших джерел. Це може бути канал керування дроном, відеопередавач або ввімкнений ворожий радар. Саме тому такі системи називають пасивними.

Якщо дрон «мовчить» у радіоефірі й не підтримує зв’язок з оператором, РЕР може його не побачити. Крім того, один приймач у більшості випадків не може точно визначити положення цілі у просторі.

Водночас засоби РЕР здатні визначати місцезнаходження цілі, якщо кілька приймачів працюють у мережі. Кожен із них встановлює напрямок, звідки надходить сигнал, а система зіставляє ці дані та обчислює приблизні координати його джерела — наприклад, дрона або оператора.

Для цього потрібні кілька рознесених датчиків, пояснює Дмитро Кісіленко, CIO IRON Cluster. Вони порівнюють напрямок або час надходження сигналу й обчислюють приблизне місце перебування його джерела. Однак висоту й точні координати РЕР визначає не завжди.

Тактичні РЕР-системи зазвичай простіші й дешевші у виробництві. За словами Кісіленка, в Україні над ними працює значно більше команд, ніж над повноцінними тактичними радарами. Для створення РЕР не потрібен власний потужний передавач, а до антени й обробки відбитого сигналу висувають інші вимоги.

Однак дешевша система не завжди може виконати завдання радара. Для запуску дрона-перехоплювача недостатньо знати, що в певному районі є ворожий БпЛА. Потрібно отримати точні дані про його координати, висоту і напрямок руху.

Тому на практиці радар і РЕР не замінюють, а доповнюють одне одного. Пасивні датчики можуть завчасно зафіксувати активність цілі та передати попередження. Після цього радар вмикають, щоб уточнити координати, сформувати трасу й передати дані засобу ураження.

Така зв’язка допомагає берегти сам радар. Активна станція випромінює сигнал, а тому її може засікти ворожа радіоелектронна розвідка. Що довше радар працює з однієї позиції, то більше шансів, що противник його знайде і спробує знищити.

На екрані радара немає напису «шахед»

Для радара дрон, птах, автомобіль або уламок — це відбитий сигнал із певними параметрами. Станція не знає, що саме вона побачила. Відокремити реальну ціль від випадкового об’єкта має програмне забезпечення.

«Це найскладніше питання. Насправді радар бачить лише відбите випромінювання, а все далі обраховується софтверною частиною», — говорить Шингельський.

Алгоритми аналізують розмір радіолокаційної відмітки, швидкість, висоту, напрямок і характер руху. Сучасні системи можуть також використовувати доплерівські та мікродоплерівські ознаки. Доплерівські ознаки показують, як швидко ціль наближається до радара або віддаляється від нього. Мікродоплерівські виникають через рух окремих частин об’єкта — наприклад, обертання пропелерів. За ними радар може відрізнити дрон від птаха чи іншої цілі.

У деяких сучасних радарах є заздалегідь сформована база сигнатур, розповідає Кісіленко, CIO об’єдання оборонних виробників IRON Cluster. Система порівнює побачений об’єкт із відомими шаблонами й намагається визначити, чи це Mavic, шахед, літак або крилата ракета. Точність такої класифікації залежить від обсягу даних і якості алгоритмів.

Малий дрон на тлі дерев, будівель або складного рельєфу може бути важче розпізнати, ніж значно більший літак у відкритому небі. На виявлення також впливають дощ, хмари, перешкоди, висота польоту, матеріал корпусу й навіть кут, під яким об’єкт повернутий до радара.

Саме тому заявлені характеристики радарів не завжди відповідають результатам на полі бою. Станція може мати велику дальність, але створювати забагато хибних треків чи губити ціль біля землі.

«Якщо радар буде постійно підсвічувати вам птахів, ти не зможеш з ним ефективно працювати», — зауважує Шингельський.

Одними з найскладніших цілей він називає артилерійські боєприпаси. Вони мають невеликі розміри й летять дуже швидко, а радар повинен за кількома короткими спостереженнями побудувати траєкторію та визначити місце пострілу або падіння. Для цього існує окремий клас контрбатарейних радарів.

Чому немає радара, який однаково добре бачить усе

Радари можна умовно поділити на тактичні, оперативно-тактичні та стратегічні. Однак межі між цими категоріями залежать від конкретної армії та завдань системи.

Далекобійна оглядова станція контролює великий об’єм повітряного простору, але її даних не завжди вистачає для роботи по малій цілі. Такий радар може попередити, що в певному районі летить група безпілотників, але не дати точності, потрібної для наведення перехоплювача на конкретний дрон.

Тому протиповітряну оборону будують шарами. Далекобійні радари формують загальну картину повітряного простору, станції меншої дальності уточнюють маршрут і координати, а радари керування вогнем передають дані конкретному засобу ураження.

Частина радарів є елементом певного комплексу ППО. Власні станції мають, наприклад, С-300, Patriot та інші зенітні системи. На стратегічному рівні радар зазвичай працює у зв’язці із засобом ураження, пояснює Кісіленко.

Станції відрізняються і способом сканування. У класичних системах антена механічно обертається. У радарах з активною фазованою антенною решіткою, або AESA, промінь можна швидко спрямовувати електронно.

Така решітка складається з великої кількості приймально-передавальних модулів. Їхня розробка та виробництво потребують складної електроніки, обчислень і досвіду, якого неможливо набути за кілька місяців.

Без точних координат дрон-перехоплювач не знайде ціль

Розвиток дронів-перехоплювачів різко збільшує потребу саме в компактних тактичних радарах. Великі оглядові станції можуть бачити повітряну обстановку на значній відстані, але не завжди дають координати з точністю, потрібною малому безпілотнику.

Зенітна ракета ППО може отримати початкове наведення від наземної системи, а на фінальній ділянці скоригувати курс власною головкою самонаведення. У дешевшого дрона-перехоплювача часто є лише камера або тепловізор з обмеженою дистанцією розпізнавання.

Якщо похибка великого радара становить, наприклад, кілометр, для зенітної ракети це не завжди критично. Але дрон-перехоплювач у такому разі може просто не побачити ціль камерою.

У реальних умовах перехоплювач часто треба підвести до цілі ближче ніж на 500 м, каже Данило Шингельский. Точна відстань залежить від камери, погоди, розміру об’єкта та способу наведення. Тому тактичний радар має вміти знайти низьку малопомітну ціль, відкинути хибні відмітки, побудувати стабільну трасу й передати дані до системи управління.

Які іноземні радари використовує Україна

Значна частина тактичних систем, які використовують українські Сили оборони, має іноземне походження. Серед найвідоміших співрозмовники називають радари ізраїльської RADA та шведську родину Giraffe. Компанії не мають представництв в Україні. Держава закуповує системи цих виробників напряму, або отримує у якості допомоги від країн-партнерів.

RADA стала одним із поширених рішень для виявлення повітряних цілей, розповідає Кісіленко. Інформацію з таких станцій можна передавати до систем управління, де вона стає частиною загальної картини повітряного простору.

«За ними найбільше полюють, їх найбільше цінують», — говорить Дмитро Кісіленко про радари RADA.

Назву RADA мають кілька моделей тактичних AESA-радарів. Нині виробник працює під брендом DRS RADA Technologies. Компанія пропонує свої системи для протидії безпілотникам, ближньої ППО та виявлення ракет, артилерійських і мінометних боєприпасів.

РЛС RADA ieMHR. Фото: Blue/Yellow

Giraffe — теж не одна станція, а ціла родина виробів компанії Saab: від компактної Giraffe 1X до значно потужніших систем середньої й великої дальності.

Giraffe 1X важить менш як 150 кілограмів і, за даними виробника, може помітити безпілотник, легший за пачку молока, на відстані до 4 кілометрів.

Морська версія Sea Giraffe 1X має інструментальну дальність до 100 кілометрів, а Giraffe 4A — до 400 кілометрів. Ці цифри є доволі умовними, оскільки фактична дальність залежить від розміру й типу цілі, висоти та режиму роботи.

Girrafe 1X

Ще один клас представляє німецький TRML-4D від компанії Hensoldt, який Україна отримує для посилення ППО. Виробник заявляє можливість одночасно супроводжувати понад 1500 цілей, бачити винищувачі на відстані понад 120 кілометрів, а надзвукові ракети — понад 60.

У режимі огляду максимальний радіус може сягати 250 кілометрів. Станцію створювали для виявлення малих, швидких і низьколітаючих цілей та інтеграції із зенітними системами.

TRML-4D

Серед інших виробників Кісіленко згадує данські Weibel і Terma. Weibel випускає родину XENTA: окремі моделі призначені для виявлення дронів, інші — для ближньої ППО.

За даними компанії, XENTA-M має інструментальну дальність до 75 кілометрів, тоді як дальність виявлення малого дрона для моделей XENTA-C може становити 5 або 10 кілометрів залежно від потужності.

XENTA-M5

Terma розробляє радари SCANTER для захисту об’єктів і протидії безпілотникам. Виробник заявляє, що SCANTER 5000 може виявляти дрон масою близько 5 кілограмів на відстані до 10 кілометрів.

SCANTER 5000

Популярність саме цих систем Шингельський пояснює тим, що вони відносно масові, надійні і їх нескладно купити, тоді як великі стратегічні радарні комплекси можуть потребувати погодження на рівні урядів.

Скільки коштує радар

Середньої ціни радара не існує. Невелика станція для охорони одного об’єкта й велика РЛС у складі далекобійного комплексу ППО — це різні за масштабом продукти.

За оцінкою Кісіленка, окремі поширені тактичні системи іноземного виробництва можуть коштувати близько 1,2 мільйона євро. Шингельський говорить про діапазон від менш ніж мільйона до кількох мільйонів доларів для тактичних рішень.

Великі станції можуть коштувати десятки мільйонів євро. Точна ціна залежить не лише від самого радара, а й від комплекту: кількості антенних панелей, командного пункту, машин, зв’язку, запасних частин, навчання та сервісу.

В одному з компактних радарів дорогим компонентом може бути обчислювальний модуль на кшталт NVIDIA Jetson, пояснює Кісіленко. Його потужність залежить від того, скільки алгоритмів і нейромереж повинні одночасно обробляти сигнал.

Однак самі компоненти становлять лише частину вартості. Значно більше ресурсів потребують створення антени, радіочастотної частини, калібрування, написання алгоритмів, польові випробування та виправлення помилок.

Покупець платить не лише за здатність один раз побачити дрон на полігоні, каже Шингельський. Система має стабільно працювати під дощем, біля ліній електропередач, у складному рельєфі, під дією перешкод і серед великої кількості інших об’єктів.

«Під час презентацій в ТТХ радару можуть бути заявлені велика дальність і точність. Але на практиці, є дуже багато нюансів та обставин, які можуть піти не так», — каже Шингельський.

Що Україна виробляє сама

Ще до повномасштабного вторгнення в країні працювали виробники великих оглядових РЛС і була накопичена відповідна інженерна компетенція.

На озброєнні Повітряних сил, зокрема, є українські 36Д6М та «Фенікс-1». «Фенікс-1», або 80К6КС1, створив запорізький науково-виробничий комплекс «Іскра». Це мобільна трикоординатна оглядова станція, яка визначає дальність, напрямок і висоту повітряної цілі та може передавати дані зенітним комплексам.

>РЛС 36Д6М

Співрозмовники DOU також згадали «Кольчугу», яку виробляв донецький завод «Топаз». «Кольчуга» — пасивна система радіотехнічної розвідки великої дальності. Вона виявляє випромінювання літаків, радарів та інших радіоелектронних засобів. Радіотехнічна розвідка — напрям радіоелектронної розвідки, який виявляє ворожі радари та інші джерела електромагнітного випромінювання.

У 2004 році розробників цієї системи відзначили Державною премією України.

Особливість «Кольчуги» в тому, що це стратегійчний засіб виявлення великої дальності, який навіть під час роботи залишається непомітним для засобів виявлення ворога.

«Кольчуга» на шасі КрАЗ-6322 на МАКС-2009

Після окупації Донецька у 2014 році Україна втратила частину виробничої бази та фахівців. Проте, за словами Кісіленка, технологію і частину обладнання вдалось евакуювати. Проте відновити таку компетенцію на новому місці значно складніше, ніж перенести креслення або обладнання.

Досвід створення великої РЛС не можна автоматично перенести на компактний радар для дронів. Це інші частоти, вимоги до точності, швидкості оновлення, маси, енергоспоживання та ціни, пояснюють експерти. Саме в сегменті малих тактичних систем Україні найбільше бракує серійних рішень.

Кісіленко каже, що знає щонайменше три українські команди, які розробляють мобільні радари нового покоління. За його словами, йдеться про системи масою до 10 кілограмів і заявленою дальністю від 8 до 30 кілометрів залежно від проєкту.

Назви частини компаній та точні характеристики DOU не розкриває з міркувань безпеки й через непублічність розробок.

Окремі українські рішення можуть бути щонайменше вп’ятеро дешевшими за імпортні аналоги, оцінює Кісіленко.

Водночас пряме порівняння поки що некоректне. Частина українських систем перебуває на стадії прототипу або обмеженого використання, має менше накопичених даних і не пройшла такого самого, як західні аналоги, циклу випробувань.

З наближенням до рівня зрілості західних систем українські радари неминуче дорожчатимуть. Виробникам доведеться вкладати більше грошей у дослідження, навчання інженерів, виробничі лінії, сервіс і доопрацювання алгоритмів.

Проте нижча вартість праці, коротший ланцюг постачання та можливість швидше змінювати продукт під потреби фронту можуть залишити українським компаніям цінову перевагу.

Чому українських тактичних радарів досі мало

Однією з головних причин була відсутність великого внутрішнього попиту до повномасштабної війни, каже Данило Шингельський. Іноземні компанії десятиліттями отримували замовлення від власних армій та інших держав, випускали серійні партії, перевіряли різні рішення й накопичували дані.

Українським командам значну частину цього шляху доводиться проходити зараз.

«Коли в тебе в країні немає виробництва роками, і дуже великий попит з’являється дуже різко, неможливо задовольнити його моментально. На це потрібен час», — говорить Шингельський.

Ще однією проблемою є брак профільних інженерів. Для створення радара недостатньо зібрати доступні компоненти й написати застосунок. Потрібні фахівці з радіофізики, антен, високочастотної електроніки, цифрової обробки сигналів, машинного навчання, механіки та виробництва.

До 2022 року український ринок не міг запропонувати багатьом із них достатньо проєктів і стабільної роботи. Через це інженерна школа не масштабувалася.

Досвід також неможливо швидко купити. Алгоритми фільтрації перешкод, бібліотеки сигнатур і результати багаторічних випробувань є комерційною таємницею виробників. Українська команда може придбати процесор або антенний модуль, але не отримає разом із ним досвід помилок, які інша компанія виправляла роками.

«Це не так легко, як зібрати FPV-дрон. Це набагато складніше навіть теоретично», — пояснює Шингельський.

Інша перешкода — складність переходу війська на нову систему. Радар треба інтегрувати в наявний контур управління, перевчити операторів, створити процедури застосування, забезпечити ремонт. Дмитро Кісіленко каже, що «грошей можна скільки завгодно нафандрейзити», але ці організаційні питання все одно потребують часу й зусиль.

Під час війни командири й закупівельники часто не готові ризикувати й обирають знайомий продукт. Навіть якщо українська розробка дешевша або має кращі окремі характеристики, її впровадження потребує часу й перебудови процесів.

Світовий попит на радари та ППО також різко зріс, а доступних систем фізично не вистачає. Виробничі лінії можуть бути завантажені замовленнями на роки вперед.

Україна може купувати радари напряму або отримувати їх коштом партнерів. Однак держави-донори нерідко фінансують замовлення у власних виробників, а це не завжди повністю збігається з потребами українського війська.

Чому радари є пріоритетною ціллю для Росії

Навіть найдорожча зенітна ракета марна, якщо система не знає, куди її запускати. Тому радар для противника часто є важливішою ціллю, ніж окрема пускова установка.

Активну станцію складно повністю сховати. Вона повинна мати відкритий сектор огляду й випромінює сигнал, який може виявити ворожа радіотехнічна розвідка.

Після визначення позиції по радару можуть застосувати протирадіолокаційну ракету, ударний безпілотник, балістичну ракету або інший засіб ураження. Захистити радар нелегко.

«Може бути людина з дробовиком поруч, яка спробує щось збити. Але якщо росіяни запустять „Іскандер“ по радару? Треба розуміти, що радари — це пріоритетна ціль», — говорить Данило Шингельський.

Живучість радарів підвищують мобільність, короткі сеанси роботи, зміна позицій, маскування, макети та розосереджена мережа датчиків. Конкретні тактики роботи українських підрозділів не розголошують.

Пошкодження станції іноземного виробництва створює ще одну проблему. Для ремонту потрібні підготовлені фахівці, документація та запасні модулі. Те, що не вдається полагодити в Україні, доводиться відправляти виробнику за кордон.

Власне виробництво могло б значно скоротити цей цикл. Українська команда може швидше приїхати до підрозділу, з’ясувати причину несправності, замінити деталь або випустити оновлення.

Що потрібно, щоб українських радарів стало більше

Швидкого рішення тут немає. Для розвитку серійного виробництва потрібні кілька умов:

• довгострокові й передбачувані державні замовлення;
• доступ виробників до бойових випробувань і зворотного зв’язку;
• можливість інтегрувати нові радари з наявними системами управління та засобами ураження;
• підготовка радіофізиків, радіоінженерів та інших профільних фахівців;
• локалізація компонентів і партнерства з іноземними виробниками.

Війську потрібен зрозумілий механізм тестування нових систем, каже Дмитро Кісіленко. Перспективна розробка повинна отримати доступ до бойових даних і випробувань, але не створювати ризиків для ППО, яка вже працює.

Навіть хороший сенсор не має великої цінності, якщо його дані залишаються на окремому екрані. Радар повинен передавати трек до командної системи, яка передає його до різних засобів ураження.

Партнерства з іноземними виробниками також можуть прискорити розвиток. Локалізація окремих вузлів, спільні підприємства й ліцензійне виробництво допоможуть скоротити шлях, хоч і не замінять власної інженерної школи.

Універсального радара, який дешево й однаково добре бачить усе від FPV до балістичної ракети, не існує, підсумовують співрозмовники. Потрібна багаторівнева мережа, де далекобійні станції, компактні радари, РЕР, оптичні датчики і засоби ураження доповнюють одне одного.