Д. Г. Пантенков1, С. И. Шалгунов2, А. Т. Егоров3, А. М. Воробьев4, В. А. Кольцов5
1, 3, 4 АО «Кронштадт» (Москва, Россия)
2, 5 АО «НПО Стеклопластик» (г. Солнечногорск, Россия)

Постановка проблемы. В настоящее время большое развитие и широкое применение получили крупноразмерные комплексы с беспилотными летательными аппаратами (КБПЛА) большой продолжительности полета, которые могут находиться в воздухе до нескольких суток. При этом такие БПЛА тяжелого и сверхтяжелого классов могут иметь на борту широкую номенклатуру целевых нагрузок: радиолокационная станция, мультиспектральная оптико-электронная система на гиростабилизированной платформе, цифровая аэрофотосистема, система радио- и радиотехнического мониторинга. Большая продолжительность полета автоматически означает значительное удаление БПЛА от наземного пункта управления (НПУ). В этом случае спутниковые каналы связи становятся основным и единственным средством командно-информационного обмена между БПЛА и НПУ. Одним из основных параметров любого канала связи является скорость передачи информации. Применительно к спутниковой связи радиолинии БПЛА – космический аппарат (КА) – НПУ и НПУ – КА – БПЛА имеют значительный дефицит энергетики на трассе распространения сигнала, обусловленный необходимостью ретрансляции информации через КА, находящиеся на высоких орбитах (геостационарная и высокоэллиптическая). С учетом вышесказанного, актуальности и важности задач, решаемых современными комплексами с БПЛА специального и гражданского назначения, к проектированию радиопрозрачных обтекателей (РПО) БПЛА предъявляется ряд существенных требований: по прочности, стойкости к внешним воздействующим факторам (ВВФ), аэродинамике и, конечно, радиопрозрачности применительно к минимизации энергетических потерь сигнала при прохождении через его стенки, что в конечном итоге существенным образом сказывается на итоговой скорости передачи целевой информации между БПЛА и НПУ. Статья имеет высокую актуальность, строгую практическую направленность и посвящена рассмотрению результатов проектирования РПО для крупноразмерного БПЛА тяжелого класса, полученных как в результате электродинамического моделирования, так и в ходе экспериментальных отработок и натурных экспериментов, анализу полученных характеристик РПО.

Цель. Определить по результатам натурных отработок и экспериментальных исследований количественные значения потерь электромагнитной энергии при прохождении радиосигнала через макеты пластин переменной толщины из различных материалов и через спроектированный опытный образец РПО, сделать основополагающие выводы, сформировать предложения и рекомендации разработчикам РПО.

Результаты. Получены данные статистической обработки протоколов натурных отработок и экспериментальных исследований радиотехнических характеристик различных радиопрозрачных образцов. Представлены графические зависимости потерь электромагнитной энергии при прохождении через рассматриваемые радиопрозрачные образцы от частоты излучения бортовой антенны, наличия лакокрасочного покрытия и угла падения электромагнитной волны на РПО. Приведены результаты сравнения полученных экспериментальных значений потерь электромагнитной энергии с аналогичными расчетными величинами.

Практическая значимость. Сравнение результатов натурных отработок и экспериментальных исследований радиотехнических характеристик РПО с результатами компьютерного моделирования в части потерь электромагнитной энергии на стенках РПО на практике позволяет оценить сходимость результатов моделирования с реальными измерениями, определить реальное уменьшение скорости передачи информации от БПЛА на НПУ за счет потерь, обозначить возможные эксплуатационные ограничения, связанные с меняющимися углами места бортового спутникового терминала относительно КА и соответственно с падением электромагнитной волны на стенку РПО под разными углами. В научно-технической статье, структурно состоящей из трех частей, разработан методический системный подход к проектированию РПО для носителей различного базирования (авиационного, морского, наземного), предложен расчетно-аналитический инструментарий, на конкретном примере для выбранных исходных данных и ограничений получены количественные оценки потерь (затуханий) радиосигнала при прохождении через стенки РПО с учетом влияния множества факторов: структуры и физико-механических свойств материала стенок, числа слоев РПО, типа и толщины лакокрасочного покрытия, угла падения электромагнитной волны на РПО, рабочей частоты излучения. Данная статья будет полезна как разработчикам самих летательных аппаратов, так и специалистам по бортовому радиоэлектронному оборудованию (систем радиосвязи и спутниковой радиосвязи, радиолокаторов, систем радиомониторинга).

1. Пантенков Д.Г., Шалгунов С.И., Егоров А.Т., Воробьев А.М., Кольцов В.А. Результаты проектирования радиопрозрачного обтекателя для бортового спутникового терминала беспилотного летательного аппарата большой продолжительности полета. Часть 1. Анализ основных факторов, влияющих на проектирование авиационного радиопрозрачного обтекателя // Антенны. 2022. № 2. С. 63–84.
2. Пантенков Д.Г., Шалгунов С.И., Егоров А.Т., Воробьев А.М., Кольцов В.А. Результаты проектирования радиопрозрачного обтекателя для бортового спутникового терминала беспилотного летательного аппарата большой продолжительности полета. Часть 2. Радиотехнические характеристики и результаты компьютерного моделирования // Антенны. 2022. № 4. С. 59–80.
3. Русин М.Ю, Василенко В.В., Ромашин В.Г., Степанов П.А., Атрощенко И.Г., Шуткина О.В. Композиционные материалы для радиопрозрачных обтекателей летательных аппаратов // Новые огнеупоры. 2014. № 10. С. 19–23.
4. Ромашин А.Г., Гайдачук В.Е., Карпов Я.С., Русин М.Ю. Радиопрозрачные обтекатели летательных аппаратов. Проектирование, конструкционные материалы, технология производства, испытания: Учеб. пособие. Харьков: Национальный аэрокосмический университет «ХАИ». 2003.
5. Русин М.Ю. Проектирование головных обтекателей ракет из керамических и композиционных материалов: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005.
6. Шалгунов С.И., Трофимов А.Н., Соколов В.И., Морозова И.В., Прохорова Ю.С. Особенности проектирования и разработки радиопрозрачных обтекателей и укрытий, работающих в сантиметровом и миллиметровом диапазонах радиоволн // Антенны. 2015. № 3. С. 63–67.
7. Соколов В.И., Гуртовник И.Г., Шалгунов С.И. Стеклопластики для радиопрозрачных обтекателей и укрытий // Радиотехника. 2002. № 11. С. 51–55.
8. Попова А.П., Суханов А.С., Бабкина Л.А. Моделирование радиопрозрачного обтекателя из композиционных материалов // Сб. материалов конференции «Актуальные проблемы авиации и космонавтики». 2016. Т. 1. № 12. С. 267–269.
9. Альперин В.И., Корольков Н.В., Мотавкин А.В. Конструкционные стеклопластики. М.: Химия. 1979.
10. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3–33.
11. Каблов Е.Н., Гращенков Д.В., Исаева Н.В., Солнцев С.С., Севастьянов В.Г. Высокотемпературные конструкционные композиционные материалы на основе стекла и керамики для перспективных изделий авиационной техники // Стекло и керамика. 2012. №4. С. 7–11.
12. Гуртовник И.Г., Соколов В.И., Трофимов Н.Н. и др. Радиопрозрачные изделия из стеклопластиков / Под ред. В.И. Соколова. М.: Мир. 2003.
13. Армированные пластики: Справ. пособие / Под ред. Г.С. Головкина. М.: МАИ. 1997.
14. Каплун В.А. Обтекатели антенн СВЧ. М.: Сов. радио. 1974.
15. ГОСТ Р 8.623–2006. ГСИ. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков. Методики выполнения измерений в диапазоне сверхвысоких частот.
16. Егоров А.Т., Ломакин А.А., Пантенков Д.Г. Математические модели оценки скрытности спутниковых каналов радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами. Часть 1 // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 3. С. 19–26.
17. Ломакин А.А., Пантенков Д.Г., Соколов В.М. Математические модели оценки скрытности спутниковых каналов радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами. Часть 2 // Труды учебных заведений связи. 2019. Т. 5. № 4. С. 37–48.
18. Пантенков Д.Г. Результаты анализа наземных испытаний комплекса средств спутниковой радиосвязи для беспилотных летательных аппаратов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2019. № 69. С. 42–51.
19. Пантенков Д.Г., Ломакин А.А. Оценка устойчивости спутникового канала управления беспилотными летательными аппаратами // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 11 (17). С. 43–50.
20. Пантенков Д.Г. Технические характеристики бортовых ретрансляторов космических аппаратов для обеспечения загоризонтной радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 5 (9). С. 58–74.
21. Кербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С. и др. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / Под общ. ред. А.А. Берлина. Изд. 5-е. СПб.: ЦОП «Профессия». 2018.
22. Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В. и др. Композиционные материалы. Справочник / Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение. 1990.
23. Зайцев А.Н., Иващенко П.А., Мыльников А.В. Измерения на сверхвысоких частотах и их метрологическое обеспечение. М.: Изд-во стандартов. 1989.
24. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: Пер. с англ. / Под ред. Г.П. Мотулевич. М.: Наука. 1979.
25. Образцов И.Ф., Томашевский В.Т., Шалыгин В.И., Яковлев В.С. Научные основы и методы управления технологическими процессами переработки полимерных композиционных материалов в изделия машиностроения / Под общ. ред. В.Т. Томашевского. 2002.
26. Трофимов Н.Н., Канович М.З. Основы создания полимерных композитов. М.: Наука. 1999.
27. Справочник по теории упругости / Под ред. П.М. Варвака и А.Ф. Рябова. Киев: Будiвельник. 1971.
28. Бажанов В.Л., Гольденблат И.И., Копов В.А., Поспелов А.Д., Синюков А.М. Пластинки и оболочки из стеклопластиков. М.: Высшая школа. 1970.