В 1958 специалисты компании «General Electric» разработали семейство радиолокационных станций контрбатарейной борьбы, получивших обозначение AN/MPQ-4, которые пришли на смену РЛС типа AN/MPQ-10А. Радиолокационная станция контрбатарейной борьбы семейства AN/MPQ-4 была разработана и принята на вооружение в модификациях «А» и «В», несколько отличавшиеся по своим тактико-техническим характеристикам, - работали в 2-сантиметровом диапазоне и обеспечивали эффективное и, самое главное, очень быстрое обнаружение позиций стреляющих минометов. Вкупе с относительной простотой их работы и обслуживания это позволило данным станциям оставаться на вооружении американской и ряда других зарубежных армий до конца 1970-х годов - вплоть до поступления в войска РЛС контрбатарейной борьбы нового поколения AN/TPQ-36. Таким образом, радиолокационная станция типа AN/MPQ-4 стала своеобразным американским рекордсменом-долгожителем в контрбатарейной борьбе.
Однако это было вполне оправдано из-за ее высоких характеристик (по тем временам, конечно же). Так, например, огневая позиция миномета калибра 81 мм могла обнаруживаться на дальности до 10 км с точностью не хуже 40 метров - это было очень серьезное достижение для того периода времени. Что же касается быстроты определения огневой позиции противника, то для этого станции было нужно не более 20 секунд - требовалось засечь всего одну минометную мину! Рассмотренной выше радиолокационной станции типа AN/MPQ-10A на это требовалось несколько вражеских снарядов и примерно 4-5 минут такого драгоценного в бою времени. При необходимости радиолокационные станции семейства AN/MPQ-4 также могли равно эффективно решать и задачи по обнаружению артиллерийских орудий противника, а также осуществлять корректирование огня своей артиллерии.
Главной отличительной особенностью новой РЛС контрбатарейной борьбы AN/MPQ-4 стало использование в ходе ее разработки нового принципа работы - отличного от тех, что использовались в предыдущих станциях аналогичного назначения. Станция типа AN/MPQ-4 стала первой серийной РЛС контрбатарейной борьбы, в конструкции которой был применен сканер Фостера (Foster scanner). Последний был назван по имени своего создателя - Джона Стюарта Фостера, известного канадского специалиста-физика из Национального научно-исследовательского совета Канады (National Research Council Canada - NRC), работавшего в то время по обмену в Лаборатории излучений Массачусетского технологического института.
Вот именно этот канадский специалист и предложил метод работы радара, который позволил, наконец-то, эффективно решить «проблему первого снаряда», существовавшую на тот момент времени в сфере контрбатарейной борьбы, где до этого применялись существенно ограниченные по возможностям «сканеры», использующие перемещение точечного облучателя. Проще говоря, радар генерировал один мощный, но узкий луч, который, словно фонарик, «светил» в пространство, выхватывая из него летящие мины и снаряды. Однако для того, чтобы «подсветить» последние луч требовалось достаточно быстро перемещать по пространству, а делать это в старых РЛС можно только за счет вращения самой громоздкой антенны. В результате, чтобы обследовать какой-то сектор, требовалось весьма немало времени и энергии. Причем сделать луч широким не представлялось возможным, поскольку это серьезно ухудшало точность работы.
Фостер же предложил делать все по-другому: вращать не всю антенну, а только ее излучатель, в результате чего в пространство перед радиолокационной станцией уходил не один узкий луч, а целый веер лучей-импульсов. В итоге за небольшой промежуток времени удавалось быстро просканировать полосу по горизонту в секторе до 40-50 градусов. Ну, а чтобы получить данные по углу места обнаруженных на первом этапе мины или снаряда, антенну необходимо было быстро поднять вверх на заранее заданный угол. Полученные по дальности и высоте полета цели данные передавались в систему обработки для вычисления дальности и направления на огневую позицию противника. Схема сканера Фостера оказалась настолько популярной в те годы, что ее использовали не только в американской и британской РЛС контрбатарейной борьбы, но и в целом ряде других радиолокационных станций различного назначения, созданных в разных странах. Впрочем, у созданных на ее основе контрбатарейных радарах был один недостаток - они не могли осуществлять сопровождение цели, а только засекали летящие минометные мины и артиллерийские снаряды и вырабатывали на основе собранных данных координаты огневой позиции неприятельской артиллерии.
В конструктивном плане сканер Фостера представлял собой два соосных усеченных конуса, внешний из которых играл роль статора (прямоугольный волновод, сформированный в виде полого конуса), а внутренний - ротора, который мог вращаться внутри внешнего конуса-статора. В результате этого в межконусном пространстве образовывался волновод, возбуждаемый неподвижным облучателем, располагавшимся вдоль образующей статора и имевшим равномерное фазовое распределение. В более ранних вариантах сканеров Фостера направленное распространение электромагнитной энергии в межконусном пространстве обеспечивалось за счет использования перемежающихся гребенок («зубцов», как их часто называют): четыре набора («барьера») таких гребенок обеспечивали в итоге необходимый путь распространения электромагнитной волны. Поскольку при вращении ротора длины этих путей изменялись, то изменялась и крутизна фазового распределения электромагнитного поля на раскрыве и возникало качание луча.
Однако ввиду сложности изготовления такой конструкции позже был применен модифицированный вариант сканера: два «барьера» убрали, установив взамен во внутреннем конусе (роторе) линейный возбудитель, который подключался к фидеру через простое вращающееся сочленение, тогда как третий «барьер» заменили на запирающую канавку, а четвертый выполнили в виде сплошного выступа. Электромагнитная волна, распространявшаяся в межконусном пространстве, затем излучалась через линейный раскрыв, прорезанный вдоль образующей статора и располагающийся диаметрально противоположно по отношению к облучателю. Вследствие различных диаметров оснований указанных конусов длина пути каждого из лучей в межконусном пространстве получалась различной - это приводило к тому, что поле на излучающем раскрыве приобретало линейное фазовое распределение. В результате происходило быстрое периодическое изменение направления луча по пилообразному закону.
В результате применения предложенной Фостером схемы появилась возможность получить весьма значительный сектор сканирования окружающего пространства - вплоть до 90 градусов, что существенно повышало эффективность ведения контрбатарейной борьбы с артиллерией противника (хотя первые сканеры данной схемы, как указывается в материалах по теме, обеспечивали сектор сканирования порядка 40-50 градусов). Кроме того, достаточно существенно возросла и скорость сканирования, что обеспечивалось отсутствием необходимости вращать всю антенну целиком.
В состав станции AN/MPQ-4 входили: антенная система, приемопередающее устройство, аналоговое счетно-решающее устройство (аналоговый компьютер), блок управления с индикаторами и агрегат питания, устанавливавшийся на отдельном прицепе. В свою очередь, антенная система, построенная с использованием сканера Фостера, включала в себя отражатель и собственно сам сканер - специальное двухлучевое развертывающее устройство, которое обеспечивало одновременное формирование двух узких лучей с разносом по вертикали примерно на 2 градуса. Причем отражатель по своей форме представлял собой как бы обрезанную со всех сторон параболическую антенну, у которой оставили только центральную часть. Во многом форма отражателя в таком виде напоминала, как пишут зарубежные специалисты, «большую коробку из-под пиццы с закругленной задней стороной».
Станция контрбатарейной борьбы AN/MPQ-4 работала следующим образом. Сигнал поступал от работавшего в Кu-диапазоне (12-18 ГГц, конкретно у станции - 16 ГГц) резонаторного магнетрона в сканер Фостера, который в свою очередь с частотой 17 раз в секунду «прощупывал» пространство перед антенной импульсами шириной 1 градус и высотой 0,8 градусов, которые постепенно «сдвигались» по горизонту. В результате получался веерообразный луч - узкий по вертикали, но шириной по азимуту около 25 градусов. За один рабочий цикл радар сканировал заданный сектор дважды, при этом второй «лучевой веер» располагался, как уже указывалось выше первого.
При появлении минометной мины или артиллерийского снаряда они проходили через оба луча, в результате чего на экране индикатора последовательно появлялись две отметки. После появления первой отметки от мины или снаряда оператор вручную вращал пару маховичков (ручек) и подводил горизонтальную и вертикальную визирные линии (стробы), отображавшие азимут и дальность до цели, к отметке последней, а после появления второй отметки - делал то же самое, но уже при помощи другой пары маховичков. При этом он при помощи кнопок вводил координаты двух полученных точек в аналоговое счетно-решающее устройство. На всю эту процедуру уходило порядка 20 секунд.
Полученные значения поступали в аналоговый компьютер, который на основе них и с учетом временного интервала между появлением двух отметок, который определялся с помощью специального электронного счетчика, а также имеющихся координат места нахождения самой станции, производил расчет координат огневой позиции противника, которые в цифровом виде выдавались на шкалы соответствующих приборов. Если данные были неточны, на панели управления загоралась специальная предупредительная красная лампочка. В случае же корректировки артогня аналоговый компьютер выдавал координаты места разрыва минометной мины или артснаряда. При необходимости станция AN/MPQ-4 могла переходить в режим «одного луча»: это делалось при необходимости засечь позицию артиллерийского орудия, ведущего огонь по настильной траектории, вследствие чего снаряд пересекал зону нижнего луча, но не поднимался до зоны верхнего луча. Кроме того, точность работы можно было повысить за счет изменения масштаба индикаторной сетки и использования секундомера для замера промежутка времени между появлением двух отметок цели.
Станция AN/MPQ-4 обеспечивала обнаружение огневых позиций минометов и артиллерийских орудий противника на дальности до 15 км, при этом минимальная дальность составляла 225 метров. Точность определения дальности составляла 15 метров, но из-за того, что разрешающая способность индикатора не превышала 50 метров, точность определения дальности обычно не превышала этот параметр. Данная РЛС устанавливалась на 1,5-тонном прицепе и имела полную массу в снаряженном виде около 3 тонн. Пульт оператора - типа OA-1256/MPQ-4A - располагался на специальном креплении сзади основного блока станции, но при необходимости мог выноситься на расстояние до 150 футов (45,7 м) от нее. Второй прицеп использовался для перевозки работавшего на бензине генератора типа PU-304C/MPQ-4A, вырабатывавшего трехфазный ток 120/208 В, 400 Гц, 10 кВт и «съедавшего» взамен 2,5 галлона топлива в час. Время приведения данной станции в боевую готовность в зависимости от текущей обстановки составляло от 15 до 30 минут.
В составе артиллерии каждой из дивизий Сухопутных войск США по штату полагалось иметь минимум девять РЛС контрбатарейной борьбы типа AN/MPQ-4. Во-первых, по одной такой станции придавалось каждому из трех дивизионов 155-мм гаубиц. А, во-вторых, еще шесть станций имел в своем распоряжении дивизион артиллерийской инструментальной разведки дивизии (каждый радиолокационный взвод каждой батареи имел по две такие РЛС). Станции типа AN/MPQ-4 предназначались для развертывания в непосредственной близости от огневой позиции одной из своих передовых артиллерийских батарей на удалении примерно 3-5 км от переднего края обороны. Причем расположение этой РЛС контрбатарейной борьбы на достаточно значительном удалении от огневой позиции артиллерийской батареи в большинстве случаев не позволяло противнику добиться поражения и станции, и артбатареи как одной цели. В то же время те радиолокацинные станции, которыми располагал дивизион артиллерийской инструментальной разведки, в первую очередь предназначались для осуществления разведки группировки сил и средств артиллерии противника, а потому располагались обычно на флангах последней - на удалении примерно 2-4 км от переднего края обороны.
РЛС контрбатарейной борьбы AN/MPQ-4 активно применялась американскими войсками в ходе Вьетнамской войны, в которой противник широко использовал минометы, наносившие серьезный урон неприятелю и практически незаметные для невооруженного глаза или оптических систем наблюдения из-за густой растительности. Да и обычные радиолокационные станции, имевшиеся тогда в распоряжении американских Сухопутных войск и подразделений Корпуса морской пехоты, боевые расчеты минометов, надо сказать, в джунглях не особо видели, так что вся надежда оставалась только на РЛС контрбатарейной борьбы, которые позволяли вычислять огневые позиции вьетнамских минометчиков по выпущенным ими минам. Кроме американских Вооруженных сил, станция AN/MPQ-4 поступила на вооружение подразделений артиллерийской инструментальной разведки артиллерии сухопутных войск Италии, Турции, Федеративной Республики Германия, Японии и ряда других стран.
Технические характеристики AN/MPQ-4A
Численность боевого расчета, человек 6
Тип сканирования - сканер Фостера
Количество антенн, штук 1
Рабочий частотный диапазон Ku
Рабочая частота, МГц 16000
Мощность в импульсе, кВт 80
Длительность импульса, микросекунд 0,25
Частота повторения импульсов, импульсов в секунду 7000-8600 (по разным данным)
Дальность действия минимальная / максимальная, километров 225 / 15,0
Сектор обзора по азимуту (горизонту), градусов 25
Сектор обзора по углу места (высоте), градусов н/д
Круговая вероятная ошибка определения координат огневой позиции, метров 50
Масса станции без генератора, кг 2800-3000
Время развертывания на позиции из походно положения, минут 15-30
