РЭБ

Автор данной статьи не является офицером войск РЭБ (что, собственно, позволяет ему её писать, не опасаясь получить подпиской о неразглашении). Общие представления о предмете статьи я имею, но в мелких деталях могу ошибаться. Кроме того, я старался сделать статью максимально доступной для широкого круга читателей и намеренно делал в ряде мест упрощения.

Актуальность статьи обусловлена тем, что в современной научной фантастике РЭБ (точнее, один из её разделов) начали использовать в качестве заменителя силовых щитов и суперброни — средства защиты от того, что не удержит обычная броня.

Договоримся о терминах

РЭБ — штука многогранная. Она включает в себя:

• Радиоэлектронное подавление/противодействие (РЭП) — те самые глушилки, с которыми и ассоциируется РЭБ в массовом сознании.
• Оптико-электронное подавление/противодействие (ОЭП) — то же самое, но в видимом, ИК и УФ диапазонах.
• Радиоэлектронная разведка (РЭР) — именно то, что написано на упаковке.
• Радиоэлектронную защиту (РЭЗ) — методы защиты своих радиоэлектронных средств от работы РЭП противника.

На западе в ходу более простая классификация. Там Electronic Warfare (EW) делится на:

• Electronic Counter Measures (ECM) — РЭП и все что с ней связано.
• Electronic Counter Counter Measures (ECCM) — РЭЗ.

Помимо простоты, такая классификация хороша тем, что РЭП почти всегда предполагает ведение РЭР — нужно знать, когда и где глушить. Данная статья будет строиться вокруг второй, упрощённой классификации — в начале меры глушения, а затем как их обходить.

Глушение связи

Исторически первой целью РЭП были именно средства радиосвязи — радары подоспели позже. Начинать со средств радиосвязи имеет смысл ещё и потому, что радар фактически является специфическим случаем приёмопередатчика и многие закономерности из связи применимы и там.

Любой радиоприемник должен в ходе работы фильтровать помехи. Эти помехи берутся как из внешней среды, так и возникают в самом приёмнике — тепловые шумы. С последними связан изящный хак РЭП, о котором будет подробно рассказано ниже. Ну а «внешние» помехи — это в первую очередь радиопередатчики, которые мы не хотим принимать, но которые вынуждены пользоваться теми же электромагнитными колебаниями. Чтобы ловить именно то, что хочется, существует разделение каналов. Оно бывает:

• Частотным. Просто договариваемся, кому какой кусочек спектра использовать.
• Временной. Тут кусок спектра общий, но каждый абонент имеет свой промежуток времени для обмена пакетами. По причине конечности скорости света применим в основном для коротких дистанций — собственно, это классический GSM.
• Кодовый. На сегодняшний день самый продвинутый способ. Возможно, уже в ближайшем будущем станет единственным. Так что его имеет смысл разобрать по подробней.

И так, у нас есть цифровой сигнал — последовательность единиц и нулей. Для кодовой модуляции мы «размножаем» каждую единицу и каждый ноль, получая в итоге нечто вроде:
000111000
вместо
010
Теперь мы складываем нашу последовательность бит со случайной последовательностью единиц и нулей при помощи операции «исключающее ИЛИ» (XOR). Суть этой операции в том что паре 0 ставится в соответствие 0, 1 и 0 (в любом порядке) — 1, а вот паре 1 — снова 0. В результате получается сигнал в котором распределение 1 и 0 близко к случайному. Но из которого можно извлечь полезный сигнал, если знать последовательность-ключ — достаточно просто ещё раз провести операцию псевдослучайный_сигнал XOR ключ = исходный сигнал.

Да, вы правильно догадались — бонусом к кодовому делению идёт фактически шифровка сигнала. Кроме того, такой сигнал крайне сложно отличить от естественного белого шума, если не знать ключа — передатчик если и запеленгуют, то далеко не сразу, а когда прокрутят цикл случайного подбора. Наконец такой сигнал отличается высокой помехоустойчивостью — каждому биту собственно сигнала соответствует несколько бит (импульсов), посланных в эфир. И даже если из-за помех приёмник вместо части 0 примет 1 — сигнал можно будет восстановить компьютерной обработкой.

Одним словом, достоинств у кодового разделения много. Но есть ли у него минусы? Есть. Во-первых, оно требует наличия на принимающей стороне хотя бы плохонького компьютера (но если у вас не постап, ретрофутуристика или альтернативная история — это не проблема). Во-вторых, оно уступает частотному разделению по скорости передачи данных — каждый бит целевой информации кодируется несколькими битами сигнала. Причём достоинства кодового модулирования растут пропорционально числу «эфирных» битов на один «целевой». Но техника не стоит на месте - те же 3/4/5G в наших смартфонах используют именно кодовое разделение.

Теперь перейдём, наконец, к самому интересному — глушению. Помехи радиосвязи бывают:

• Шумовые. Просто случайно меняющийся сигнал.
• Прямошумовые — шум тут генерируется путём усиления собственных шумов радиоприёмника, по устройству как можно более близкого к глушимому. Тот самый изящных хак — подавляемый приёмник воспринимает помеху как свой собственный шум и доблестно её обрезает. Вместе с полезным сигналом, если тот достаточно слаб.
• Имитационные. Попытка подделать подавляемый сигнал. В основном применяется против радиолокаторов.

Чтобы помеха была эффективной, её мощность на частотном диапазоне подавляемого сигнала должна превышать мощность сигнала. Поэтому и важна радиоэлектронная разведка — если глушить сразу весь диапазон (заградительные помехи), то запросто может оказаться, что сигнал на спектре возвышается над шумом как скалы над бушующим морем.

Теперь как бороться с глушением? В случае с кодовым разделением всё просто — либо уменьшать скорость передачи данных, либо увеличивать мощность. В принципе это универсальные рецепты, работающие и с частотным разделением. Но в случае с последним вполне могут вычислить рабочую частоту и глушить уже прицельно. Для обхода такого глушения применяется скользящая частота — передатчик меняет рабочую частоту по некоторому известному приёмнику алгоритму. Проблема такого способа в том, что абы куда менять частоту не получится — легко пересечься со своим же передатчиком. Приходится выделять каждому каналу свою полоску частот, которая довольно быстро становится известна РЭР противника. Кроме того, уменьшается число возможных каналов.

И самое главное. Мощность сигнала на приёмной антенне обратно пропорциональна квадрату расстояния. Т. е. чем ближе друг к другу абоненты радиосвязи — тем их сложнее глушить. Это может быть обоснованием присутствия человека на поле боя в эпоху развитого киберпанка.

Глушение радаров

Фактически радар — тот же приёмопередатчик, но в норме принимающий только свой сигнал. Это открывает широчайшие перспективы перед кодовым разделением — для каждого импульса можно генерировать новую кодирующую последовательность, не заботясь о её наличии у другой стороны. Но малину опять портит длина сигнала в кодовом разделении — тут она будет увеличивать погрешность по дальности. Грубо говоря, там, где у радара с частотным разделением будет точка, у кодового — штрих. Проблема решается сменой частоты во время генерации импульса (не путать со скользящей частотой при которой у каждого импульса своя частота).

Итак, в целом способы подавления радаров те же, что и у радиосвязи. Но есть и ряд отличий:

• Мощность сигнала на приёмной антенне обратно пропорциональна четвёртой степени расстояния до цели — сигналу приходится проходить свой путь дважды. А вот мощность помехи уменьшается пропорционально квадрату расстояния до приёмника. Т. е. правильная глушилка как минимум уменьшит радиус обзора радара, несмотря на все ухищрения по отстройке.
• Скользящая частота бессильна, если цель находится за глушилкой с достаточно малым временем реакции. Вот летит зондирующий импульс. Попадает на глушилку, частично отражается и идёт дальше. А пока он идёт, глушилка успевает начать производство аналогичных импульсов. Радар определяет наличие цели по факту прихода отражённого сигнала, а расстояние — по задержке. В итоге фальшивые импульсы с глушилки заляпают ложными целями все пространство за ней. Кроме промежутка равного времени переключения глушилки, умноженного на скорость света в вакууме. Но это всё равно лучше работы на постоянной частоте — тогда комплекс РЭП заляпал бы «снегом» весь сектор, в котором находится.
• Для подавления РЛС широко используются дипольные отражатели. Да, они до сих пор эффективны. Дело в том, что даже если РЛС может отличить самолёт от пачки диполей по доплеровскому сдвигу (чему мешает «Колокол» и просто полёт перпендикулярно лучу), то вот за завесой из диполей уже банально не хватает мощности сигнала. Которому надо пройти завесу дважды. Да, помогает скользящая частота, но панацеей не является — диполи лёгкие и сыпят их с запасом на все опасные длины волн.
• Периодически можно встретить «наведение на помеху». Да, это будет работать. Вот только в связи с засилием скользящих частот глушилки всё больше стараются ставить на специальные беспилотники, а не собственно ударные самолёты.

Означает ли выше сказанное, что РЭП делает бесполезными радиолокационные средства наблюдения? Как ни странно… да. При условии, что РЭП вообще ведут (например, аргентинцы в 1982 ей пренебрегали напрочь) и ведут грамотно — не жалея диполей и ставя глушилки куда только можно. Например, при Фолклендах аргентинцам удалось поразить ракетами «Экзосет» только две цели: эсминец «Шеффилд», не контролировавший в тот момент воздушной обстановки, и контейнеровоз «Атлантик Конвейор», попавшийся под сбитую с курса помехами ракету, предназначенную авианосцу «Гермес» (сами аргентинцы заявили, что хотели потопить именно «Конвейор», но слишком похоже на хорошую мину при плохой игре). В то же время фрегат «Плимут», атакованный одновременно с «Шеффилдом», успешно отвлёк «свою» ракету дипольными отражателями. Ливан 1982 и Ирак 1991 проходили в условиях массированного систематического применения средств РЭБ ЦАХАЛом и Коалицией и редкого эпизодического у сирийцев и иракцев. Результат известен.

Любопытно, что переход на радары с кодовым разделением может отправить в музеи комплексы активной помехопостановки, но дипольные завесы будут по-прежнему эффективны — они рассеивают шумоподобный сигнал точно так же, как и обычный.

Почему радары и радарные ГСН до сих пор применяются? Во-первых, потому что пока что вполне реально найти противника, не могущего даже в дипольные отражатели. Во-вторых, потому что воюют на Земле, где есть атмосфера, ветра и гравитация, относительно быстро разрушающая облака станиолевых ленточек. Но вот в космических баталиях будущего стоит всерьёз подумать о замене для РЛС. Во-первых, «фольга» летает долго и не отстаёт от корабля, во-вторых, в космосе намного проще реализовать технологии уменьшения ЭПР — не нужно думать об аэродинамике.

Для тех, кому диполи и активные помехопостановщики (глушилки) кажутся недостаточным в деле сбережения себя, существует такая замечательная штука, как уголковый отражатель. Он сочетает малые габариты с большой отражающей способностью и при этом его не так просто сдуть ветром. Но следует помнить, что эффективная поверхность рассеивания уголкового отражателя сильно зависит от длины волны облучающего радара. Например, если четырёхугольный уголковый отражатель с длиной ребра 10 см для длины волны 1 см будет иметь ЭПР в 36 м². А вот для 2 см — уже около 10 м². Для 6 см — 1 м².

Дипольные полуволновые отражатели, немного теории

Дипольный полуволновой отражатель (или просто дипольный отражатель, или, ещё проще, диполь) основан на возникновении в тонком проводнике с длиной, кратной половине длины электромагнитной волны, волны резонанса, позволяющего эффективно переизлучать падающую волну. Важно отметить, что точного равенства удвоенной длины диполя и длины волны не требуется — диполь будет эффективен и при небольших (от 5 до 15 % по частоте) различиях.

Единичный диполь имеет среднестатистическую ЭПР, равную:

σ = 0.17*λ²

Например, где лямбда — длина волны, половине которой равен диполь. Итак, для длины волны 1 см имеем ЭПР всего 0.000017 м². Но это ЭПР всего одной ниточки длиной 5 мм. При диаметре ниточки 0.1 мм в пачке длиной 5 мм и диаметром 1 см мы сможем уместить 7850 диполей с общим ЭПР уже 0.13 квадратных метров. Сотня таких пачек — 13 квадратных метров (т.е. примерно как у истребителя не модифицированного на снижение ЭПР). При этом объём всей сотни пачек будет всего 39 см³. Масса всей сотни (считая плотность пачки равной 2 г/см³) — 78 грамм.

ИК, УФ и ОЭП

Итак, нам окончательно и бесповоротно заглушили радары. Что делать? Пытаться увидеть цель в оптике и смежных диапазонах. Чему противник будет мешать средствами уже ОЭП.

Исторически первым средством ОЭП был дым. Он используется до сих пор, однако практически не применим в авиации (ветер) и плохо поглощает «дальний» инфракрасный диапазон. Поэтому появились инфракрасные ловушки.

«Ловушка» и «ложная цель» — разные вещи. Первая должна быть настолько яркой, чтобы защищаемая цель на её фоне не была различима в принципе. Это сделано специально, чтобы осложнить жизнь конструкторам головок самонаведения.

Первой контрмерой для инфракрасных ловушек был резервный УФ-канал. Температура ловушки выше, чем температура реактивной струи — это нужно для увеличения яркости. И, следовательно, если цель светит в ИК, но не светит в УФ — она истинная. Проблема в том, что если ловушка створится с целью, они будут восприниматься как один объект. И квалифицироваться как ложная цель, потому что есть УФ. Отличие заключается в том, что если без УФ-канала ракета радостно летела за первой же ловушкой, то с ним продолжает полет по инерции, надеясь что цель всё-таки удастся увидеть. Потому настоятельно рекомендуется совмещать отстрел ловушек с манёвром. Или поставить на ваш любимый самолёт или вертолёт УФ-лампу.

Более продвинутый способ найти цель среди ловушек — распознание изображений. В ракету ставится не просто ИК-датчик, а полноценный тепловизор, дающий картинку цели. Это серьёзное достижение, и с ним надо считаться, но опять же не панацея — при достаточно большом числе ловушек распознать цель не удастся.

Но в целом ситуация для «нападающего» в данной области лучше, чем у радаров. Если РЛС вынуждена «подсвечивать» свою цель, то инфракрасное излучение цель производит сама. Соответственно, ему нужно пройти путь только от цели к детектору, а не «излучатель — цель — приёмник». А тепловые ловушки, в отличие от диполей, быстро выгорают.

Теперь и в космосе

Как было сказано выше, перспективы радарных систем обнаружения и наблюдения в космическом бою видятся мрачными. Собственно именно поэтому до сих пор нет системы стратегической ПРО — чтобы прихлопнуть боеголовку вместе с облаком ложных целей требуется хтоничные вещи вроде 5-мегатонных боеголовок. Которые при взрыве в ближнем космосе порождают мощный электромагнитный импульс в качестве побочного эффекта.

Для оптических и ИК сенсоров ситуация немногим лучше. Да, нет атмосферы и потому они могут превосходить РЛС в дальности обнаружения. Вот только отсутствие атмосферы означает что «дым» из сажи либо паров натрия сдувать будет только солнечный ветер, а он дует слабо.

Так что если нет гравитационных или тахионных сенсоров, бой в космосе примет одну из двух форм:

• «ЛоГГ-стайл» — каждый флот сидит в своём облаке диполей и сажи, пытаясь попасть по кораблям противника методом «куда-то в сторону противника».
• «Гандам-стайл» — входим в облако противника и стреляем когда, наконец, его увидим. Т. е. почти в упор. Да, это обоснование «кинжального» боя в космосе.
  • Нууу… не совсем кинжального. Визуальное обнаружение устойчиво работает уже где-то на тысяче километров, и если противник ещё и световые волны не научился глушить в добавок к радио и инфракрасным, то перестрелка будет по земным меркам очень даже «снайперской», хотя по космическим — очень даже вплотную, да. Но уж точно не манёвры высшего пилотажа в стиле «чуть не врезались в противника».
    • А еще у диполей есть некоторые сложности с маневром и запасом хода. Поэтому работать все вышеописанное будет только с целью, летящей по баллистической траектории с отключенными двигателями. Ну а в этом случае противник просто просчитает ее последние наблюдаемые скорость и направление и отправит курсом на пересечение залп картечью из рельсотрона, легкогазовой пушки или банальную кинетическую ракету.

Мифы о РЭБ

РЭБ — модификатор к вероятности попадания

Пожалуй самый главный миф, берущий начало из игр. Там, как правило, джаммер даёт некоторое пенальти (часто далёкое от 100 %) к стрельбе по цели, им оснащённой, а более продвинутые сенсоры — бонус к точности. Так же встречаются «очки РЭБ/EW», которые можно распределять между РЭП/ECM и РЭЗ/ECCM, получая соответствующие модификаторы в ту или иную сторону. На практике же действует правило «всё или ничего» — РЭП либо эффективна и ракеты летят в молоко (хотя иногда случайно куда-то попадают как в случае с «Атлантик Конвэером»), либо нет.

Теоретически может возникнуть ситуация «насыщения» комплекса РЭП в случае прицельной помехопостановки — число частотных каналов подавления ограничено, и если радаров больше, чем таких каналов, «излишек» подавить не получится. Но на практике такого, пожалуй, и не случалось — РЭП приходится учитывать скользящую частоту и ставить заградительные и полузаградительные помехи.

Да мы все эти дроны заглушим!

Мощность электромагнитного сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния. С одной стороны, это означает, что даже самая примитивная заградительная помеха может уменьшить расстояние, на котором ловится сигнал, а с другой — всегда найдётся такое расстояние между приёмником и передатчиком, что сигнал будет перекрывать помеху.

• Ну и следует помнить, что действительно серьёзные военные дроны (например, RQ-4 Global Hawk) управляются через спутник с помощью направленных антенн, и собранную информацию отправляют туда же. И поскольку антенны направлены вверх, пытаться «глушить» их с земли бесполезно.
• Также летательный аппарат может просто не иметь внешнего управления и идти либо просто прямо по гироскопу, либо по заранее заданному курсу при помощи инерциальных навигационных систем (как это делает, например, всем известный «Томагавк»). Глушить нечего, перехватывать тоже.
• Наконец противник может запустить AGM-88( или нечто подобное) по вашему локатору или станции РЭБ, попытаться накрыть её артиллерией , послать диверсантов итп ...

Эта РЭБ эффективна только против отсталых совков

Тут можно увидеть примеры успешного применения диполей и ИК-ловушек против ВВС США в 1991. Да, техника с тех времён развивалась, но не только в области ГСН. Автоматизированный комплекс защиты, засекающий ракеты с помощью УФ-датчиков и прицельно слепящий их лазером — это уже реальность по имени «Президент-C».

Наша высокотехнологичная ГСН помнит тепловую/радарную сигнатуру цели и может игнорировать помехи

«Сигнатура цели» — это что? Сигнал, пришедший на антенну, или картинка в тепловизоре зависят от кучи факторов: от расстояния и ориентации цели до того, что на той цели включено. А противник почему-то не даёт проводить мультиспектральную съёмку своих аппаратов с нескольких точек. Хотя на самом деле миф не совсем беспочвенен — теоретически ложную цель с уголковыми отражателями можно раскусить за счёт её меньшей ЭПР на больших длинах волн. Вот только развитие РЛС идёт в направлении уменьшения длин волн — так точнее определяются координаты цели и увеличивается частотная полоса.

РЭБ — это компьютеры

Не то чтобы совсем не так, но зависимость очень нелинейная. Грубо говоря, иметь компьютер для РЭБ безусловно лучше, чем его не иметь. Но вот кластер там уже ни к чему. Теоретически, он может пытаться ломать коды связи, но на практике давно можно сделать время перебора неприемлемым. Радиолокаторы же давно с плавающей частотой, и для борьбы с ними нужно либо тупо долбить заградительными по всему диапазону, либо послать вперёд много дронов, и желательно подешевле.

Доплеровские радары делают диполи неэффективными

Да, доплеровский радар позволяет отличить неподвижное облако от подвижного самолёта. Вот только облако диполей тормозится далеко не мгновенно, особенно на большой высоте. Но, кроме того, эффект Доплера позволяет измерять радиальную скорость (точнее, есть ещё поперечный эффект Доплера, но он намного слабее), и если поменять направление полёта на перпендикулярное лучу — одного Доплера для селекции будет мало. Наконец, никакой Доплер не поможет, если завеса из ДРО находится между целью и РЛС.

В массовой культуре

Литература

• «Период распада» Александра Афанасьева. Не краеугольный камень, но важная составляющая современного общевойскового боя.
• Вселенная «Завтра война». На удивление реалистично. Надувные ложные цели, диполи из углеродных нанотрубок и искусственные полярные сияния присутствуют. Всего одно «но» — в космосе тактика использования РЭП цельнотянута с атмосферной авиации (что имеет внутрисеттинговое обоснование).
• Хоноверс. Пожалуй, один из популяризаторов использования РЭБ. К сожалению, чем дальше, тем больше начинает выполнять роль штатного рояля. Например, каким-то чудом умудряются глушить лазерную связь между кораблями.
• «Война 2020 года» Ральфа Питерса — РЭБ здесь краеугольный камень всего. Сначала японцы надарили иранцам такой техники, что те при всем своём раздолбайстве раскатали советскую армию в плоский блин, потом прилетели американцы на вертолётах с ещё лучшей РЭБ и раскатали в плоский блин всю японскую технику, которую не успели доломать иранцы. В комплекте также американский стратегический самолёт РЭБ «Белый свет», задавивший всю радиосвязь на ближнем Востоке, не считая убогой советской ламповой рации, которую японцы оставили в своём штабе в Баку, чтобы поржать.

Аниме, манга, ранобэ

Тут это дело любят.

• Гандам UC. Частицы Миновского в качестве продвинутой версии диполей. И надувные ЛЦ в «Зете».
• Гандам 00. То же что и в UC, только частицы Миновского переименовали.
• Гандам SEED. Во-первых, «нейтронные глушители» на неизвестных принципах работы затрерундают прохождение радиоволн, во-вторых, упоминается «классическая» РЭБ.
  • Нейтронные глушители вообще не относятся к РЭБ, это вундервафля для остановки атомного распада в оружии и реакторах, включенная после атомного удара по одной из орбитальных колоний.
• «Легенда о героях Галактики». Из-за радиопоглощающих покрытий и гравигенераторов на кораблях радары бесполезны.

Настольные игры

• WarHammer 40000 — голополя Эльдар, теневые поля их тёмных сородичей, маскировочные технологии и ложные цели Тау.
  • В настольной ролевой игре Only War в Имперской Гвардии есть целые полки радиоэлектронной борьбы, а Караул Смерти уже в настолке активно использует средства оптико-электронного подавления для защиты от зенитных ракет и целеуказателей Тау.

Прочее

• BattleTech — имеются мехи радиоэлектронной борьбы, а также специальный (весьма редкий) обвес РЭБ для обычных мехов. Не дают применять слишком умные ракеты на подконтрольной территории.

Список литературы

• Палий А. И. Радиоэлектронная борьба. — М.: Военное издательство, 1989. — 350 с. Книга несколько устарела, но в ней наиболее популярное изложение. Плюс примеры из истории до 1982 включительно.
• Куприянов А. И., Сахаров А. В. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы — М.: Вузовская книга, 2007. — 356 с.
• Современная радиоэлектронная борьба. Вопросы методологии / Под ред. Радзиевского В. Г. — М.: «Радиотехника», 2006. — 424 с.