Радиоэлектронная борьба в космосе

Ю. М. Перунов А. И. Куприянов








РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ БОРЬБА В КОСМОСЕ
Монография















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.37
ББК 32.84
     П27





Рецензенты: профессор, доктор технических наук, заслуженный деятель науки РФ В. А. Цимбал;
профессор, доктор физико-математических наук С. И. Козлов







     Перунов, Ю. М.
П27 Радиоэлектронная борьба в космосе : монография / Ю. М. Перунов, А. И. Куприянов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 348 с. : ил., табл.
          ISBN978-5-9729-1427-2

          Рассматриваются космические системы радиоэлектронной разведки и радиопротиводействия, радиоэлектронные системы как объекты радиоэлектронной борьбы, деструктивные влияния среды распространения сигнала на работу космических радиосистем и радиолиний.
          Для специалистов в области теории и техники радиоэлектронных систем, а также для студентов и аспирантов радиотехнических специальностей вузов.



УДК 621.37
ББК 32.84








ISBN 978-5-9729-1427-2

    © Перунов Ю. М., Куприянов А. И., 2023
                           © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                           © Московский авиационный институт, 2023

            ОГЛАВЛЕНИЕ



Список сокращений...............................................7
Предисловие.....................................................9
Введение.......................................................11
ГЛАВА 1. Радиоэлектронные средства как объекты радиоэлектронной борьбы............................14
         1.1. Роль и место РЭБ на современном этапе развития техники информационных систем.................................14
         1.2. Приоритетные объекты РЭБ.........................15
         1.3. РЛС - объекты РЭБ................................17
         1.4. Системы спутниковой радиосвязи и передачи данных -объекты РЭБ............................................23
         1.5. Радиосистемы передачи командной и программной информации как объекты РЭБ.............................37
         1.6. Спутниковые радионавигационные системы как объекты РЭБ.......................................43
         1.7. Спутники несанкционированного доступа - инспекторы.45
         1.8. Кинетическое оружие с головками самонаведения......52
__________ _______________________________________________________
ГЛАВА 2. Ранжирование радиоэлектронных средств как объектов РЭБ..55

ГЛАВА 3. Особенности комплексов РЭБ космического базирования.....66
         3.1. Методы обеспечения помехозащищенности радиоэлектронных средств..............................66
         3.2. Системы РЭБ космического базирования.............70
         3.3. Комплексы радиоэлектронной борьбы (общие положения).....................................72
         3.4. Вероятность и время радиоконтактов средств РЭБ космического базирования..............................77

ГЛАВА 4. Средства радио- и радиотехнической разведки космического базирования.......................................82
         4.1. Цели и задачи систем космической разведки........82
         4.2. Космические системы радиоразведки................84
         4.3. Космические средства радиотехнической разведки...88
             4.3.1. Обнаружение сигнала средствами РТР.........88
             4.3.2. Определение координат местоположения носителей ИРИ средствами РРТР....................106
                  4.3.2.1. Определение угловых координат источника
                         радиоизлучения.......................110

3

             4.3.3. Определение несущей частоты сигналов ИРИ...125
             4.3.4. Потенциальная точность оценок пространственночастотных координат РЭС средствами радиотехнических разведок космического базирования.......................................132
             4.3.5. Точность определения координат при взаимном движении объекта и средства разведки.......................142
             4.3.6. Определение пространственных координат РЭС с использованием созвездия разведывательных космическихаппаратов.............................163
             4.3.7. Местоопределение объектов разведки при помощи неориентированного космического аппарата............................166
         4.4. Средства космической радиолокационной разведки..169
         4.5. Цифровые приемные устройства средств РРТР.......181

ГЛАВА 5. Системы радиоэлектронного подавления РЛС.............184
         5.1. Структурарадиосистемы подавления РЛС............184
         5.2. Пеленгация и автосопровождение РЛС..............186
             5.2.1. Амплитудный моноимпульсный метод пеленгации и автосопровождения..............................186
             5.2.2. Моноимпульсный суммарно-разностный метод пеленгации..................................189
             5.2.3. Пеленгация с использованием фазированных антенных решеток..................................191
         5.3. Определение дальности до РЛС космического базирования.............................195
         5.4. Системы определения и воспроизведения несущей частоты сигнала РЛС..........................................197
             5.4.1. Кратковременные СОВЧ......................197
             5.4.2. Долговременные СОВЧ.......................202
         5.5. Типы помех РЛС..................................212
         5.6. Передающие устройства станций помех.............222

ГЛАВА 6. Подавление информационных каналов сетевых спутниковых систем............................................230
         6.1. Подавление каналов спутниковых систем связи и передачи данных.....................................230
             6.1.1. Помеховое подавление спутниковых информационных каналов............................234
             6.1.2. Прицельные шумовые помехи системам связи и передачи данных.................................239

4

              6.1.3. Оптимизация параметров имитационной помехи информационным каналам сетевых спутниковых систем связи и передачи данных............................245
         6.2. Подавление приемников потребителей информации спутниковых радионавигационных систем.................249
              6.2.1. Сетевые спутниковые системы позиционирования.... 249
              6.2.2. Радиоэлектронное подавление системы обнаружения сигнала навигационного ИСЗ.........................255
              6.2.3. Подавление канала слежения за частотой принимаемого сигнала и измерения скорости.......................258
              6.2.4. Подавление канала слежения за задержкой навигационного сигнала и измерения псевдодальности....................................260
              6.2.5. Радиоэлектронное подавление канала демодуляции навигационных сообщений............................261
              6.2.6. Радиоэлектронное подавление приемника потребителя навигационной информации узкополосной помехой..............................262
              6.2.7. Радиоэлектронное подавление аппаратуры потребителей навигационной информации имитирующими помехами..............................263
              6.2.8. Уравнение РЭП для потребителей СРНС........264
              6.2.9. Структура системы РЭБ космического базирования для подавления СРНС...............................270

ГЛАВА 7. Защита космических аппаратов от несанкционированного доступа........................................................273
         7.1. Системы наведения и управления ИСЗ-инспекторами..275
              7.1.1. Радиолокационные каналы наведения ИСЗ-инспекторов....................................281
              7.1.2. Лазерные каналы самонаведения ИСЗ-инспекторов....................................283
              7.1.3. Пассивные методы наведения ИСЗ-инспекторов...................................285
         7.2. Методы воздействия на инспектируемые ИСЗ.........286
              7.2.1. Радиоэлектронное подавление инспектируемых ИСЗ...............................................287
              7.2.2. Поражение инспектируемых ИСЗ..............289
         7.3. Методы обнаружения ИСЗ-инспекторов...............291
              7.3.1. Обнаружение ИСЗ-инспекторов средствами радиолокации.......................................293
              7.3.2. Обнаружение ИСЗ-инспекторов по сигналам его излучений..........................................296

5

             7.3.3. Идентификация обнаруживаемых космических объектов..........................................302
         7.4. Методы защиты орбитальных ИСЗ от несанкционированного доступа ИСЗ-инспекторов.......303
             7.4.1. Радиоэлектронное подавление информационных каналов
                  РЛС и радиосвязи ИСЗ-инспекторов.............303
             7.4.2. Снижение заметности инспектируемых ИСЗ.....305
             7.4.3. Активные методы защиты инспектируемых ИСЗ..306
                  7.4.3.I. Функциональное поражение мощным электромагнитным излучением .................307
                  7.4.3.2. Поражение ИСЗ-инспекторов излучением лазеров..................................... 311
                  7.4.3.3. Поражение ИСЗ-инспекторов кинетическим оружием......................................313

ГЛАВА 8. Защита космических аппаратов от кинетического оружия..315
         8.1. Управление средствами кинетического поражения КА и защитой от этих средств.............................315
         8.2. Обнаружение носителей кинетического оружия.......323
         8.3. Защита космических аппаратов от поражения кинетическим оружием..................................323

ГЛАВА 9. Воздействие внешней среды на космические аппараты и средства РЭБ космического базирования........................329
         9.1. ИСЗ-платформы информационных систем как объекты деструктивного физического воздействия................329
         9.2. Воздействие потоков электронов на космические аппараты...............................329
         9.3. Воздействие солнечных протонов...................330
         9.4. Фактические данные...............................331
         9.5. Результаты целевого эксперимента.................337
Заключение.....................................................341
Литература.....................................................342

6

            СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ



АП    Аппаратура потребителя                         
АСК   Автоматическая система контроля                
АФУ   Антенно-фидерное устройство                    
АЦП   Аналого-цифровой преобразователь               
ББ    Боевой блок                                    
БКУ   Бортовой комплекс управления                   
БО    Баллистический объект                          
БПЛА  Беспилотный летательный аппарат                
БПФ   Быстрое преобразование Фурье                   
БР    Баллистическая ракета                          
БШВ   Бортовая шкала времени                         
ВВСТ  Вооружение, военная и специальная техника      
ВИП   Вторичный источник питания                     
ВС    Вооруженные силы                               
ВУМ   Выходной усилитель мощности                    
ГНШ   Генератор низкочастотного шума                 
ГСО   Геостационарная орбита                         
ДЗЛП  Диод с запаздывающим лавинным пробоем          
ДНА   Диаграмма направленности антенны               
ДОУ   Диаграммообразующее устройство                 
ИК    Инфракрасное [излучение]                       
ИРИ   Источник радиоизлучения                        
ИСЗ   Искусственный спутник Земли                    
КА    Космический аппарат                            
КИС   Командно-измерительная система                 
ККП   Контроль космического пространства             
КР    Крылатая ракета                                
КРЛ   Командная радиолиния                           
КССПД Космические системы связи и передачи данных    
МКС   Международная космическая станция              
МКА   Малый космический аппарат                      
МЦК   Многоканальный цифровой коррелятор             
НКП   Наземный командный пункт                       
НКУ   Наземный комплекс управления                   
НПУ   Наземный пункт управления                      
ОРПО  Объемно-распределенные поглощающие образования 
ПВО   Противовоздушная оборона                       
ПП    Приемник потребителя [навигационной информации]
ППРЧ  Псевдослучайная перестройка частоты            
ПРО   Противоракетная оборона                        
ПУМ   Предварительный усилитель мощности             

7

РЛР  Радиолокационная разведка                    
РЛС  Радиолокационная система (станция)           
РНС  Радионавигационная система                   
РР   Радиоразведка                                
РРТР Радио- и радиотехническая разведка           
РСН  Равносигнальное направление                  
РТР  Радиотехническая разведка                    
РЭБ  Радиоэлектронная борьба                      
РЭП  Радиоэлектронное подавление                  
РЭС  Радиоэлектронная система                     
СА   Синтезированная апертура                     
СОВЧ Система определения и воспроизведения частоты
СП   Станция помех                                
СР   Средство разведки                            
СРНС Спутниковая радионавигационная система       
СРС  Сетевая радиосистема                         
ССС  Спутниковые системы связи                    
ТВД  Театр военных действий                       
ТМИ  Телеметрическая информация                   
УПЧ  Усилитель промежуточной частоты              
ФАПЧ Фазовая автоподстройка частоты               
ФАР  Фазированная антенная решетка                
ЦАП  Цифроаналоговый преобразователь              
ЦУП  Центр управления полетом                     
ЭМИ  Электромагнитное излучение                   
ЭПР  Эффективная поверхность рассеяния            
GBS  Global Broadcast System                      
GEO  Геостационарная орбита                       
GPS  Global Positional System                     
HEO  Эллиптическая орбита                         
LEO  Низкоорбитальный КА                          
MEO  Средневысотный КА                            
ОЕ   Orbital Express                              
SBSS Space Based Surveillance System              

8

            ПРЕДИСЛОВИЕ



    Выход создаваемых человечеством аппаратов в околоземное космическое пространство способствовал открытию многих новых научных и технологических направлений, а также значительно расширил возможности традиционных областей деятельности. Современные космические системы решают многие задачи, перечисление которых здесь едва ли уместно. Но и без сколько-нибудь основательного количественного анализа нетрудно установить, что большинство космических систем создаются для удовлетворения информационных потребностей человечества. Это системы связи и передачи данных, исследования природных ресурсов и разведки, навигационного и геодезического обеспечения. Но на всех этапах существования систем, обслуживающих информационные потребности человечества, их функционирование протекало в конфликтных условиях. Именно информационный конфликт, диалектический по своей природе, всегда был основным фактором и главной движущей силой развития систем передачи, извлечения, хранения и обработки информации. Наиболее выпукло и отчетливо это конфликтное взаимодействие проявляется в форме борьбы систем, которые в процессе взаимодействия используют сигналы, содержащие и переносящие информацию, и систем разрушения информации, создающих помехи информационным взаимодействиям. Это свойство в полной мере проявляется и в процессе функционирования информационных систем, которые в своей работе принципиально опираются на космические комплексы.
    Технологической базой современных информационных систем, в том числе и систем в составе комплексов космических аппаратов, является радиоэлектроника. Поэтому конфликтное взаимодействие информационных систем непосредственно проектируется на противоречия и борьбу радиоэлектронных систем и средств в космическом пространстве.
    Антропогенные и техногенные факторы, влияющие на эффективность и даже на работоспособность радиосистем и радиосредств, в настоящее время приобрели определяющее значение. Именно эти факторы являются основным объектом рассмотрения в предметной области, именуемой радиоэлектронной борьбой (РЭБ) и именно они обсуждаются в предлагаемой читателю книге применительно к информационным системам, содержащим в своем составе развитые космические сегменты и использующие космические технологии.
    Термин РЭБ, хоть он и обозначает обширную предметную область, довольно конкретен и позволяет дистанцироваться от обсуждения и описания разнообразных не технических аспектов конфликтов в информационном пространстве. Главная цель книги виделась авторам в попытке систематизировать сведения, с которыми оперирует теория и техника РЭБ, рассмотреть содержание и направления РЭБ, принципы построения и технические решения, используемые при создании систем и средств РЭБ, эффективность функционирования радиоэлектронных систем в условиях РЭБ. Вторая цель, жестко связанная с первой, - иллюстрировать конкретными примерами влияние технических

9

решений и идей на эффективность средств и способов РЭБ в разных ситуациях, складывающихся при использовании космических комплексов.
     В силу целого ряда известных причин, доступной литературы по вопросам радиоэлектронной борьбы вообще и РЭБ при использовании космических систем не много. Во всяком случае, много меньше, чем нужно, исходя из современных общественных потребностей. Авторы надеются, что предлагаемая книга в какой-то мере восполнит этот пробел.
     Материал книги целиком основывается на монографической и учебной литературе, на публикациях в научной периодике. Значительный объем в книге занимают материалы учебных курсов, которые авторы вели в некоторых российских вузах.
    Специфика сложной комплексной проблемы РЭБ такова, что далеко не все ее аспекты могут излагаться с одинаковой степенью подробности в общедоступной литературе. Разумеется, в настоящее время в силу известных политических, экономических и социальных изменений многие проблемы, задачи и технические решения с области РЭБ открылись (или, скорее, «приоткрылись»). Многое стало обсуждаться в расширившихся кругах специалистов и вообще заинтересованных лиц. Но, тем не менее, в целом предметная область РЭБ содержит еще очень много деликатных тем, которые не могут рассматриваться с одинаковой степенью подробности в книге, адресованной широкому кругу читателей. Авторы надеются, что благосклонный читатель найдет это обстоятельство извинительным и не будет сурово осуждать книгу за неполноту и непоследовательность. Авторы и не претендуют на всеобъемлюще полное изложение всех разделов РЭБ в Космосе - этой молодой, многообразной, бурно развивающейся отрасли научного знания и технических возможностей.
    Авторы благодарят ученых и разработчиков средств РЭБ Р. П. Быстрова, В. Г. Дмитриева, А. Н. Ляхова, С. Н. Дружко, А. П. Саркисяна за предоставленные материалы и обсуждение рассматриваемых в книге вопросов.
    Также авторы считают своим приятным долгом поблагодарить уважаемых рецензентов - профессора, доктора технических наук В. А. Цимбала и профессора, доктора физико-математических наук С. И. Козлова.
    Отдельная благодарность всем, кто принял участие на разных этапах подготовки предлагаемой читателю книги и способствовал улучшению качества ее формы и содержания.

10

            ВВЕДЕНИЕ



    Передовые, продвинутые в экономическом и научном развитии страны мира, интенсивно используют и развивают космические технологии. Создают системы и комплексы, функционирование которых предусматривает активное использование космического сегмента. Такие системы и комплексы имеют как гражданское, так и военное применение.
    Особенно высокую активность в направлении полного доминирования в космосе ведут США. Это убедительно подтверждают принятые в последние десятилетия правительством США документы, среди которых [41]:
    -   план Космического командования США;
    -   «Космическая доктрина» (2010 г.);
    -   «Стратегия национальной безопасности в космическом пространстве», подготовленная Министерством обороны и Директоратом национальной разведки (2010 г.);
    -   «Новая военно-космическая стратегия США» (2011 г.).
    Специалисты Министерства обороны США считают, что появление оружия в космическом пространстве неизбежно произойдет уже через 5. ..10 лет вне зависимости от желаний и мнений мирового сообщества. Они полагают, что победа в борьбе за контроль космического пространства даст возможность Соединенным Штатам уйти в непреодолимый для остальных стран технологический отрыв и обеспечить полное военное превосходство. С этой целью Стратегическое командование и ВВС США уже трансформируют свои структуры под намеченные направления обеспечения такого превосходства, создав в 2019 году Космические войска. Считается, что это позволяет МО США приступить к практическому созданию инструментария, обеспечивающего контроль над космосом.
    В соответствии со «Стратегией национальной безопасности США для нового столетия» США намерены сохранять свое лидерство в космосе, добиваться беспрепятственного доступа в космос и его использования в интересах обеспечения национальной безопасности, способствующей благосостоянию и процветанию страны. Подчеркивается, что космос приобрел глобальное информационное значение, а это влечет серьезные политические, дипломатические, военные и экономические последствия для США.
    Рассматривая космическое пространство как возможный ТВД, США большое внимание уделяют военной направленности в использовании космических систем. С их помощью решают в основном две задачи:
    -   определение военно-экономического потенциала противника;
    -   повышение эффективности боевого применения своих средств вооружения.
    В документах, определяющих политику США в космосе, утверждается, что для поддержания национальной безопасности США необходимо совершен

11

ствование и управление космическими и информационными системами в мирное время, а также в периоды кризисов и конфликтов.
    В последнее время при разработке космических систем все большее внимание уделяется увеличению ресурса и продления времени их активного функционирования. Одним из направлений решения некоторых возникающих при этом проблем является использование малых космических аппаратов (МКА), способных выполнять операции диагностирования и обслуживания КА непосредственно на орбите.
    Одним из важнейших документов стала концептуальная разработка ВС США «Единая перспектива-2010», где на основе оперативных концепций применения ВС показано, что организация действительно «всеобъемлющей зашиты» невозможна, если в космосе не будут развернуты противоспутниковые средства, а также космические компоненты систем противоракетной обороны.
    В развитие директивных документов МО США был подготовлен доклад Transformation Flight Plan, в котором рассматриваются военные аспекты космических исследований на ближайшие годы и на и более длительную перспективу. Предусматривается, что должны создаваться:
    -  противоспутниковые системы наземного, морского и воздушного базирования;
    -  систем космического базирования, предназначенные для вывода из строя телекоммуникационных космических аппаратов и СРНС противника;
    -  системы космического базирования, предназначенные для уничтожения или противодействия работе разведывательных спутников потенциального противника;
    -  мощные лазеры воздушного и космического базирования, а также устройства, позволяющие ретранслировать луч лазера, сгенерированный на Земле;
    -  мощные лазеры наземного базирования для использования в противоракетных системах с возможностью управления их работой со спутников;
    -  системы изучения дальнего космоса;
    -  космические корабли для обслуживания и ремонта боевых систем космического базирования в период их активного функционирования на околоземной орбите;
    -  системы предупреждения о ракетном нападении следующего поколения.
    Отмечается также, что необходимо считать приоритетными работы по созданию средств контроля космического пространства, перехвата, инспекции и вывода из строя ИСЗ противника, а также работы по созданию систем обнаружения деструктивных воздействий на собственные ИСЗ и их защиты от таких воздействий. В недалеком будущем стратеги США допускают возможность появления разнообразных противоспутников, выводимых на орбиты скрытно или под легендой ИСЗ иного - гражданского назначения.
    Принимая во внимание, что информационные каналы спутниковых систем связи, управления режимами работы и навигации космических аппаратов обес

12

печиваются сигналами источников электромагнитного излучения (ЭМИ), очевидно, одним из направлений противодействия и нейтрализация возможного военного применения спутниковых систем являются технологии и средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Именно системы и средства РЭБ обеспечивают разведку и подавление сигналов в каналах информационного взаимодействия с космическими аппаратами.
    В предлагаемой вниманию читателей книге авторами впервые представлена оценка методов и технических решений при создании средств РЭБ космического базирования на базе имеющегося опыта создания средств РЭБ наземного, морского и воздушного базирования.
    Следует отметить, что при формировании систем РЭБ космического базирования могут быть применены все составляющие традиционных направлений РЭБ, включая такие методы и средства, как:
    -  системы и комплексы радио- и радиотехнической разведки, обеспечивающие обнаружение, определение местоположения, измерение параметров излучаемых сигналов, а также идентификацию ИРИ;
    -  системы и комплексы активных помех, обеспечивающих активное подавление информационных каналов ИРИ и исключающих возможность информационного обмена между объектами противника;
    -  системы и комплексы огневого поражения ИРИ ракетами с пассивными головками самонаведения, а также средства генерации мощного электромагнитного излучения для функционального поражения источников ЭМИ, включая системы поражения лазерным излучением;
    -  пассивные системы и средства помех, обеспечивающие изменение свойств среды распространения электромагнитных волн, а также технологии снижения контрастности первичного и вторичного излучения объектов.
    Особенности и многообразие траекторий, а также функционального назначения космических аппаратов определяют условия конкретных задач и выбор технических решений при создании объектов вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) как объектов подавления системами и комплексами РЭБ космического базирования.

13

            ГЛАВА 1. Радиоэлектронные средства как объекты радиоэлектронной борьбы



    1.1. Роль и место РЭБ на современном этапе развития техники информационных систем

    Анализ вооруженных конфликтов конца XX - начала XXI веков показывает, что радиоэлектронная борьба (РЭБ) или, по западной терминологии, радиоэлектронная война становится одним из ключевых элементов современных войн и вооруженных конфликтов [23]. При этом системы РЭБ космического базирования могут стать составной частью общей системы РЭБ. Такие системы предназначены для решения следующих основных задач как в мирное, так и в военное время.
    -  Вскрытие радиоэлектронной обстановки (обнаружение и идентификация информационных каналов связи и передачи данных, радиолокации и радионавигации, управления и наведения оружия, в том числе высокоточного), оценка и прогнозирование изменений радиоэлектронной обстановки в акваториях морей, космическом, воздушном и наземном пространстве.
    -  Формирование эффективных помех, обеспечивающих защиту объектов ВВСТ от обнаружения и поражения управляемым оружием, а также подавление информационных каналов глобальной системы связи космического базирования.
    -  Обеспечение электромагнитной совместимости радиоэлектронных систем (средств) военного и гражданского назначения.
    -  Формирование банка данных информационных каналов источников радиоизлучения.
    На современном этапе развития РЭБ в США и НАТО была создана оперативно-стратегическая теория «информационной войны». Технические средства РЭБ значительно усовершенствовались: завершилась их автоматизация, были созданы интегрированные комплексы связи, разведки, управления и РЭБ с обеспечением режимов работы, приближенных к реальному времени.
    Иностранные государства, прежде всего США, все более активно расширяют возможности по получению информации о состоянии геофизической среды. В первую очередь - ионосферы, атмосферы и гидросферы. Проводят активные научные исследования по использованию электромагнитных излучений большой мощности для управления глобальными геофизическими процессами и получения на этой основе новых систем управления, связи, разведки и радиоэлектронной борьбы.
    Космический сектор вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) передовых стран мира объединяет следующие составляющие.

14