ТЕМАТИЧЕСКАЯ ГРУППА «ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» НА ФОРУМЕ «АРМИЯ 2023»

На территории комплекса ПАТРИОТ, 14-20 августа 2023 г., состоялся Международный военно-технический форум «АРМИЯ 2023». На нем показан высочайший достигнутый уровень современной военной техники РФ, большое разнообразие необходимой продукции, предназначенной для нашей Армии и ОПК. На форуме были представлены доклады и стендовая аппаратура представителей различных организаций со всей огромной территории РФ.

Большой интерес представили разработки ряда предприятий, сгруппированные в тематические разделы «Лазерные технологии» и их сайты. Однако, на наш взгляд, лазерные системы телекоммуникаций (ЛСТК), обладающие в настоящее время большими преимуществами, были представлены недостаточно широко. Эти обстоятельства выглядят весьма странно не только для военных, но даже для обычных граждан, так как в большинстве городов в жилых домах и на разнообразных предприятиях проведены линии связи на оптическом волокне, в которых используются лазерные излучатели и приемники излучения. В линиях связи на оптоволокне наиболее часто используются излучения на длинах волн ~ 1,55 мкм (ближний Инфра - Красный (ИК) диапазон). Многочисленные пользователи таких линий связи, уже давно оценили их явные преимущества в сравнении с традиционными линиями связи радиочастотных (РЧ) диапазонов, использующие металлические проводники. Основные выявленные преимущества состоят в существенном увеличении скорости передачи информации (ёмкость канала), в сотни и более раз и в значительном повышении помехоустойчивости в сравнении с каналами РЧ диапазонов [1 - 4]. Повышенная конфиденциальность ЛСТК в наземном пространстве и в космосе реализуется за счет острой направленности и малой расходимости излучения. Практически реализуется система связи – «точка»-«точка». Вариант упрощённой структурной схемы однонаправленной атмосферной оптической линии связи (АОЛС) приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. - 1-источник излучения, 2- источник сигнала, оптический модулятор, 4- передающая оптическая антенна, 5 - канал передачи, 6 - приемная оптическая антенна, 7 – приемный оптический модуль, 8 – фотодетектор, 9 – усилитель сигнала, 10 – устройство обработки сигнала

Источник излучения 1 генерирует оптическую несущую, в которую с помощью оптического модулятора 3 вводится, в виде аналогового или цифрового сигнала, сообщение от источника 2. Канал передачи оптического излучения 5, в который с помощью передающей оптической антенны 4 вводится излучение, представляет собой или одну среду – свободное пространство, атмосферу, воду, диэлектрический или полупроводниковый волноводный канал или комбинацию нескольких сред. Прошедшее через канал излучение поступает на приёмную антенну 6 и далее в тракт фотоприёмника 7 с фотодетектором 8, усилителем 9 и устройством обработки сигнала 10. В фотоприёмнике оптическое излучение собирается, преобразуется в фототок и усиливается, затем демодулируется для восстановления передаваемой информации. Если информация закодирована, то в дальнейшем сигнал должен быть раскодирован. Несмотря на многочисленные спутниковые группировки в ближнем космосе, развернутые передовыми странами, в техническом плане, информацию невозможно перехватить. Многие системы космической связи хорошо работают. У каналов РЧ диапазона много достоинств, однако есть некоторые недостатки. Один из них – относительно большая расходимость излучения. Например, на дистанции 100 км, что по космическим масштабам, расстояние - небольшое, диаметр области с полезным излучением (круга), при модели расходимости излучения - в виде правильного конуса с вершиной на антенне передатчика в плоскости приемной антенны, превышает 10 км, даже при "хороших" передающих антеннах. В это пространство могут попасть несколько "других, не своих" космических аппаратов (КА), причем быстро их можно не обнаружить из-за их малых габаритов. При этом, в принципе, возможен перехват сигналов связи. При использовании лазерного канала связи, при тех же параметрах линии, диаметр круга может быть менее 50 м, что в десятки раз меньше, чем в случае РЧ-канала. То есть, в случае лазерного канала, перехват информации в космическом пространстве и в наземных условиях практически невозможен и конфиденциальность передачи существенно выше, чем для РЧ-каналов. Ярким примером реализованной скорости передачи телекоммуникационной информации в СЛТК, которая в несколько десятков и сотен раз выше, чем в современных РЧ-каналах, может служить передача изображения всей площади комплекса «Патриот», снятая с самолета. При использовании каналов РЧ диапазона, для этого потребуется время – несколько часов, с помощью каналов СЛТК время передачи такого большого объёма информации сокращается до нескольких секунд.

Однако, к большому сожалению, необходимо отметить, что в официальной программе секции «Форума» (17-08-2023 г.) в зале № В-2 «Отечественные информационные технологии на службе Армии и ОПК России», не встретились такие термины, как «атмосферные оптические линии связи (АОЛС) и «лазерные телекоммуникации» (СЛТК). Обнаруженные недостатки информации по АОЛС на Форуме могут быть обусловлены несколькими обстоятельствами: 1) системы АОЛС для нужд Армии, как и другие относительно сложные технические системы не свободны от некоторых недостатков: 1а) системы АОЛС работают в условиях прямой видимости на трассе- передатчик – приемник (наглядная иллюстрация приведена на рисунке 2;

Рисунок 2. Оптическая трасса на сильно пересеченной местности

1) эффективность системы несколько снижается в условиях сильного дождя или снегопада; 2) Лазерные системы телекоммуникаций применяются в Армии и Флоте, но в небольшом количестве; 3) системы АОЛС для нужд Армии попали под какой-либо «гриф», например, «секретно». Для снижения влияния недостатков по пп. 1с, разработаны несколько результативных методов: А) для модуляции информационных сигналов могут использоваться множественные состояния орбитальных моментов (АОМ) фотонов [5]; В) в систему АОЛС может быть включен дополнительный канал связи, работающий на длинах волн 10 мкм диапазона, для которого, в наше время, разработаны эффективные излучатели и приёмники. Для этого диапазона ослабление сигналов в сложных метеоусловиях существенно уменьшается. В отношении недостатков по пп. 2, можно выразить некоторое сожаление, так как в вооруженных силах потенциальных противников РФ, системы АОЛС (в зарубежных СМИ, часто используется термин - FSO – Free Space Optics), в соответствии с их очевидными преимуществами, используются весьма широко. Важность этих особенностей FSO, подтверждается недавним запуском, известной своим большим бюджетом, организацией NASA, в ближний Космос, лазерного ретранслятора. Он позволяет реализовать устойчивую высокоскоростную лазерную связь, например, между ЮАР и Германией или между Японией и предприятием в штате Калифорния (США). По пп. 3, видимо, особенных комментариев не требуется, все понятно даже на бытовом уровне. Таким образом, вкратце, рассмотрены несколько возможных объяснений сложившейся ситуации на Форуме в вопросе по недостаточно обширной рекламе систем АОЛС для нужд Армии и Флота РФ. Наряду с этим, ряде предприятий, участвующих в Форуме, и включенных в каталог участников [7], используют другую терминологию (например, модули и компоненты радиооптики [8]) и производят аппаратуру, использующие компоненты подобные тем, которые применяются в системах АОЛС и ЛСТК. A) Лидары (рисунок 3) производят в Институте Физики Беларуси.

Рисунок 3. Сканирующий многоволновой рамановский лидар.

Сканирующий многоволновой поляризационный рамановский лидар [9] предназначен для оперативного мониторинга окружающей среды и анализа процессов трансграничного переноса загрязнений. Отличительной особенностью данного лидара является возможность многоволнового поляризационного рамановского зондирования атмосферного аэрозоля до высоты 10 км. При использовании лидара в комплексе с солнечным фотометром восстанавливаются высотные распределения концентраций аэрозольных фракций и полный набор оптических характеристик тропосферного аэрозольного слоя. B)  На нескольких стендах стендах разных фирм были представлены системы ночного видения, с базовыми оптическими элементами. Тепловизионные системы (Рисунок 4) и комплектующие выпускает ООО «Лазерные компоненты».

Рисунок 4. Охлаждаемый тепловизионный модуль ТМ-2  (NIT-300)

Кроме того, эта фирма производит лазеры и комплектующие; лазеры на эрбиевом стекле; MOPA; лазеры JPT;  сверхбыстрые лазеры промышленного типа; оптику; микрооптику; оптические компоненты поляризации; оптические окна;  интерференционные фильтры; линзы и др. [10]. Часть перечисленных модулей и элементов могут быть использованы при реализации разнообразных систем АОЛС. Оптическая система этой фирмы, на рисунке 5, по внешнему виду, весьма подобна приёмо-передающему модулю системы АОЛС типа «БОКС» (на одном из 2-х объектов). С) Предприятие АО «Завод «ЮПИТЕР» производит оптико-механические изделия [11]. В целом, можно констатировать, что Международный военно-технический Форум «АРМИЯ 2023» показал значительный прогресс практически во всех представленных сферах военной техники в сравнении с предыдущими.

Рисунок 5. Лазерная система