Волоконная оптика в авиации: наступившее завтра
Влияние волоконной оптики на развитие систем связи сегодня трудно переоценить

Свойства оптического волокна как среды передачи и развитие приемопередающей аппаратуры обеспечивают постоянное ускорение обмена информацией. В авиации от того, насколько быстро будут поступать данные от датчиков, и передаваться управляющие команды напрямую зависят результаты вылета и жизнь экипажа. Казалось бы, волоконная оптика и авиация созданы друг для друга. Как же в действительности обстоят дела?

Александр РЕПИН

В июне 2015 г. в рамках форума «Армия-2015» был продемонстрирован образец СВЧ-установки, способной на расстоянии до 10 км выводить из строя электронное оборудование практически любой воздушной цели: от высокоточных боеприпасов до самолетов.

Это не первая отечественная разработка электромагнитного оружия подобного действия: кроме нее из доступных общественности известны еще мобильная излучающая установка «Ранец-Е» и ракета «Алабуга». «Ранец-Е» выводит из строя электронику как воздушных, так и наземных целей в радиусе до 14 км, «Алабуга» – в радиусе 3,5 км от точки нахождения. Из наиболее современных западных разработок можно привести проект CHAMP (Counter-electronics High-powered Microwave Advanced Missile Project), который представляет собой микроволновой излучатель, установленный на крылатую ракету.

Российская многоволоконная кабельная сборка ПТ Плюс.

Чтобы понять, получат ли данные разработки дальнейшее развитие, достаточно взглянуть на цифры бюджета Госпрограммы вооружений до 2020 г.: 3,2 трлн. из общей суммы в 21 трлн. руб. (15%) будет потрачено на разработку и производство систем нападения и защиты, использующих источники электромагнитного излучения. У США соотношение поскромнее – всего 10%, но и бюджет побольше ($577,1 млрд. в 2015 против $60,4 млрд. у России).

В этой связи встает вопрос: так ли страшен электромагнитный импульс, как его малюют? Безусловно, страшен, но только в зоне гарантированного поражения – за ее пределами выгорание проводников сменится сбоями в работе информационных сетей (для «Ранца-Е» – до 40 км).

Что это значит в современной войне, хорошо знают моряки эсминца Donald Cook, из-за «шалости» российского Су-24 с комплексом РЭБ «Хибины» не имевшие возможности включить систему Aegis.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) для корабля – страшное, но не смертельное оружие. Просто из хорошо подготовленного к нападению и обороне маневренного плавсредства боевой корабль превращается в плавающую консервную банку. Но в этом случае хоть экипаж цел – хотя бы до ракетной атаки.

А вот для самолета уже сам ЭМИ – оружие смертоносное. Неуправляемый летательный аппарат (ЛА) просто не сможет держаться в воздухе.

Надо учитывать и то, что борьба с беспилотными ЛА с помощью самонаводящихся ракет – это, по сути, стрельба из пушки по воробьям: слишком дорогое удовольствие. Значит, БЛА должны быть особо устойчивы к воздействию ЭМИ.

По оценкам экспертов, беспилотные авиационные системы – вероятно, самый быстрорастущий рынок военной продукции для волоконной оптики. Согласно прогнозу Forecast Intermational, объем мирового рынка БЛА за период 2015-2024 гг. достигнет уровня чуть менее $71 млрд. Системы fly-by-light (управления полетом по оптоволокну) обсуждались годами, но воплотятся в жизнь в первую очередь благодаря применению на борту БЛА. На фоне того, что промышленные системы связи повсеместно переходят на оптоволокно, военным  придется подтягиваться, а медные провода канут в лету. Многоволоконные и механически стыкуемые коннекторы, технология которых уже была опробована на основных системах истребителей, станут нормой в отличие от цилиндрических военных коннекторов малой емкости. Стоимость их ниже, вес меньше, а плотность каналов значительно выше.

Многоволоконная кабельная сборка зарубежного производства.

Как видно из вышеприведенного примера, экранирование медножильных кабелей не является помехой для выведения из строя целых систем, базирующихся на них. Мало того, кабель сам становится смертоносным жалом, направленным в самое сердце электроники, доводя импульс-убийцу до адресата. Выхода нет? Авиаторы так не считают.

Если кабель с металлической жилой – источник опасности, его необходимо убрать. Но поскольку информацию все равно надо передать, его должен заменить другой – волоконно-оптический (ВО). Он на самом деле безопасен. Любая информация, передаваемая по такому кабелю, не подвержена электромагнитному воздействию, будь то информация о температуре за бортом или сигнал на запуск ракет.

Почему же тогда до сих пор информационные сети на борту самолета полностью не перешли на волоконную оптику? Причин много, но лишь три из них являются основными:

1. Отсутствие четко выраженной воли руководства страны и отрасли. В 1980-х гг. эта воля была, и волоконная оптика в оборонке получила мощное развитие. Было сделано немало, но с распадом СССР прекратилось и планирование, и финансирование работ – этого оказалось достаточно, чтобы специалисты оборонных предприятий перетекли в выросшие, как грибы, предприятия связи, применяющие ВОЛС.

2. Отсутствие планирования и финансирования работ – они ведутся отдельными предприятиями отрасли, но несогласованно, с дублированием, без нормального финансового обеспечения, а это не даст быстрой отдачи. Сама по себе конкуренция хороша, но только тогда, когда она не мешает развитию, а стимулирует его за счет умелого руководства вышестоящих начальников.

3. Отсутствие заинтересованности у руководства профильных предприятий. Здесь два взгляда на проблему приводят к одному выводу. Директора-промышленники, специалисты старой школы, понимают техническую необходимость перехода на ВОЛС, но понимают и неизбежные, с их точки зрения, сложности организационного и технического плана:  у них нет подготовленных оптических производств, почти нет своих специалистов, нет освоенных технологий, на развертывание всего этого уйдут годы, а пенсия уже близко. Иной подход у молодых «эффективных менеджеров»: ВОЛС не дадут моментальной отдачи, а деньги должны крутиться по схеме «купи-продай» с максимальной скоростью. Но вывод и у тех, и у других один: пока нам не прикажут сверху, лучше подождать.

При этом специалисты часто представляют себе работу с волоконно-оптическими жгутами примерно так же, как с медными: резка, раскладка на шаблоне, вязка, оконцовка. А в оконцовке волоконной оптики они не сильны, отсюда и сомнения.

Но далеко не все знают, что еще в конце ХХ в. в Санкт-Петербурге впервые в России была реализована и сегодня широко используется схема «оптического конструктора»: предприятие заказывает набор кабелей (одно- или многоканальных) нужной длины с необходимыми им коннекторами, и получает готовый комплект в полном соответствии с ТУ, которые разработаны под требования «Мороз-6». По сути – «отверточная» схема монтажа. Надо только иметь специалистов, способных не сломать готовый жгут и проверить его работоспособность после установки в штатное положение.

Стандартные волоконно-оптические элементы.

И все же оказывается, что процесс «волоконизации» ЛА идет, и не так медленно, как может показаться.

Но начнем по порядку: все ли считают, что волоконная оптика для авиации – благо? Хоть и  многие, но не все, и для этого есть причины.

Сначала о преимуществах волоконной оптики перед медью.

Это, во-первых, (для нас – это главное), нечувствительность к воздействию электромагнитных импульсов и высокочастотных помех, следовательно, высокая надежность передачи данных, живучесть самого ЛА.

Во-вторых, возможность отказаться от экранирования, что ведет к уменьшению массы кабеля и упрощению его конструкции.

В-третьих, с увеличением доли композиционных материалов в составе корпуса самолета, последний перестает выполнять роль внешнего экрана для ЭМП, поэтому к сигнальным металлическим кабелям должны применяться повышенные требования по экранированию. И здесь оптический кабель становится им естественной заменой.

К этому стоит добавить широкую полосу пропускания ВОЛС, их меньшие габариты и малую массу.

Предвестниками неизбежного прихода оптики в авиацию следует считать такие факторы, как потребность в увеличении скорости передачи данных и растущий объем трафика данных между современными системами авионики, определяющийся в числе прочих причин увеличением точности измерений, а следовательно и возрастающий объем данных от датчиков и других систем сбора информации. Прослеживается и необходимость снижения веса оборудования летательных аппаратов.

Японский патрульный самолет Kawasaki P-1 имеет волоконно-оптическую систему управления.

Проникновение волоконной оптики в авиастроение уже началось. Рынок военной и космической авионики на основе ВОЛС вырос с $306 млн. в 2009 г. более чем в 2,5 раза. Одна только корпорация Harris поставила в 2000-2009 гг. оптоволоконных сетевых решений для истребителей F/A-18E/F Super Hornet более чем на $50 млн., а для F-35 Lightning II – более чем на $500 млн. в период с 2001 по 2011 г. Волоконно-оптические сети передачи данных имеют американские самолеты B-2 Spirit, E-3D Sentry, E-8C JSTARS (Block 20), EC-130H (Block 30) Compass Call, F-16-E/F (Block 60) Fighting Falcon, F-22 Raptor, европейский Eurofighter Typhoon и японский противолодочный самолет P-1. В конструкции авиалайнера Boeing 777 использована локальная сеть на основе волоконной оптики – это первое коммерческое применение  ВОЛС в авиастроении. А в конструкции самолета Boeing 787 имеется уже 110 оптоволоконных соединений и 1,7 км оптического кабеля.

При этом важно отметить, что осуществляется не только внедрение волоконно-оптических сетей на новых образцах авиатехники, но и в ходе модернизации ранее выпущенных летательных аппаратов.

В России волоконно-оптические сети передачи данных использованы в конструкции таких боевых самолетов «продвинутого» четвертого поколения, как МиГ-29К/КУБ, МиГ-35, Су-35 и, конечно, у истребителя пятого поколения Т-50. То есть, позиции российского авиапрома в этом сегменте довольно скромны.

Такие показатели возникли не на пустом месте: масштабные, спланированные на межгосударственном уровне программы по последовательному внедрению волоконной оптики на борт летательных аппаратов давно идут на Западе.

Так, в 2000-2003 гг. Европейской комиссией совместно с компаниями Airbus, BAE Systems, Smiths Aerospace и др. была реализована программа LOADNET (Low Cost Optical Avionics Data Networks). Ее целью было выявить стандартные коммерческие волоконно-оптические компоненты, пригодные для использования в авиационно-космической области и рассмотреть вопросы о возможностях их технической поддержки на протяжении всего срока службы.

В состав БРЭО американского истребителя пятого поколения F-22 Raptor входит волоконно-оптическая сеть передачи данных.

В рамках проекта FONDA (Future Optical Network Distribution for Aerospace) компании Airbus UK, BAE Systems, General Dynamics UK, Smiths Aerospace в 2004-2007 гг. занимались разработкой волоконно-оптических сетей с возможностью передачи в цифровом виде информации с большой шириной полосы частот, с быстродействием более 1 Гбит/с.

В 2009-2012 гг. все та же Еврокомиссия совестно с Airbus Deutschland, BAE Systems и Westland Helicopters реализовывали программу DAPHNE (Developing Aircraft PHotonic NEtworks), направленную на адаптацию существующих волоконно-оптических сетевых технологий к применению на борту самолета, а также разработку новых волоконно-оптических технологий, компонентов и ПО специально для авиации.

В настоящее время уже полным ходом идет переход от волоконно-оптических информационных сетей к оптоволоконной системе управления. Процесс затрагивает и военную, и гражданскую авиацию. Так, уже серийно выпускается первый самолет с волоконно-оптической СУ – это патрульный Kawasaki P-1, поступивший на вооружение Японских Морских сил самообороны в марте 2013 г. Опытный образец японского малозаметного истребителя пятого поколения ATD-X Shinshin, летные испытания которого должны начаться в первом квартале 2016 г., также изначально задумывался с использованием волоконно-оптической СУ.

Таким образом, переход на волоконную оптику в качестве следующей среды передачи информации после медного кабеля в авиации уже неизбежен. В одном из докладов представителей Airbus, участвовавших в проводившейся в 2008 г. в США конференции «Оптоволоконные и фотонные технологии в авионике», сказано: «Наша цель – осуществить связь по Gigabit Ethernet полностью на оптоволокне с применением 850-нм VCSEL-лазеров для соединения оборудования авионики».

Под этими словами сегодня подписались специалисты Airbus, фиксируя то, к чему конструкторы «Сухого» и «МиГа» пришли еще в конце 1980-х гг., став пионерами освоения волоконной оптики в авиации. Может быть, пора дать им еще один шанс?

Александр Владимирович РЕПИН – ведущий инженер отдела перспективных разработок ПАО «Техприбор»


 

НОВОСТИ

В Центральном военном округе (ЦВО) заступили на боевое дежурство две зенитные ракетные бригады (зрбр), оснащенные новой техникой.
Военнослужащие ВКС РФ приняли новый полковой комплект зенитной ракетной системы С-400 «Триумф» на полигоне «Капустин Яр» в Астраханской области.
Рубцовский филиал Уралвагонзавода, головного предприятия корпорации «УВЗ», досрочно выполнил государственный оборонный заказ 2016 г.
В День героев Отчества министр обороны России генерал армии Сергей Шойгу открыл памятник «Солдат Победы» в Национальном центре управления обороной РФ.
В Госдуме при комитете по экономической политике, промышленности, инновационному развитию и предпринимательству создан Экспертный совет по авиационной промышленности, который возглавил первый зампред комитета Владимир Гутенев.
Возможности оптико-электронного комплекса «Окно» после проведенной в 2014 г. модернизации существенно возросли, и теперь он может обнаруживать космические объекты на расстоянии свыше 50 тысяч километров, заявил заместитель командующего Космическими войсками ВКС РФ по испытаниям полковник Андрей Ивашина.
Вновь сформированная 150-я Идрицко-Берлинская ордена Кутузова II степени мотострелковая дивизия с 1 декабря начала защиту рубежей России на юге страны.
В Западном военном округе завершилось переформирование авиабазы армейской авиации в полк.
Завершено формирование в составе Центрального военного округа (ЦВО)
90-й гвардейской Витебско-Новгородской дважды Краснознаменной танковой дивизии. Личный состав воссозданного соединения 1 декабря начал новый учебный год практическими стрельбами на полигонах.
К концу 2016 г. на базе отдельных мотострелковых бригад 58-й армии Южного военного округа (ЮВО), дислоцированных в Чеченской Республике, будет завершено формирование 42-й гвардейской мотострелковой Евпаторийской Краснознаменной дивизии.

 

 

 

 

 

 

Учредитель и издатель: ООО «ИД «Национальная оборона»

Свидетельство о регистрации: Эл № ФС 77-22322 от 17.11.2005

 

Дизайн и разработка сайта - Группа «Оборона.Ру»

Техническая поддержка - Группа Компаний КОНСТАНТА

Управление сайтом - Система управления контентом (CMS) InfoDesignerWeb

Rambler's Top100