Радиофотоника вместо электроники

В последние годы электронные системы все чаще заменяются на фотонные. Связано это в первую очередь с иной физической природой фотона. Что же такое фотон и какие уникальные возможности военной технике предоставит новое направление – радиофотоника ?

Быстрее электрона

Фотоника по сути является аналогом электроники, использующим вместо электронов кванты электромагнитного поля – фотоны. Эти самые распространенные по численности частицыво Вселенной, в отличие от электронов, не имеют массы и заряда. Именно поэтому фотонные системы не подвержены внешним электромагнитным полям, обладают гораздо большей дальностью передачи и шириной полосы пропускания сигнала.

Фотоника по сути является аналогом электроники, использующим вместо электронов кванты электромагнитного поля – фотоны. Эти самые распространенные по численности частицыво Вселенной, в отличие от электронов, не имеют массы и заряда. Именно поэтому фотонные системы не подвержены внешним электромагнитным полям, обладают гораздо большей дальностью передачи и шириной полосы пропускания сигнала.

Как область науки фотоника началась в 1960 году с изобретением первого важного технического устройства, использующего фотоны, – лазера. Сам же термин «фотоника» начал широко употребляться в 1980-х годах в связи с началом широкого использования волоконно-оптической передачи. Кстати, у нас в стране первым разработкой таких волоконно-оптических кабелей занялось ОКБ кабельной промышленности, ныне входящее в КРЭТ.

Можно сказать, что эти разработки совершили целую революцию в сфере телекоммуникаций в конце прошлого века и стали основой для развития Интернета. Вообще, примерно до2001 года фотоника была в значительной степени сконцентрирована на телекоммуникациях.

Сегодня «телекоммуникационная» фотоника помогает созданию нового направления – радиофотоники, возникшей из слияния радиоэлектроники, волновой оптики, СВЧ-оптоэлектроники и ряда других отраслей науки и промышленного производства.

Другими словами, радиофотоника занимается проблемами передачи, приема и преобразования информации с помощью электромагнитных волн СВЧ-диапазона и фотонных приборов и систем. Радиофотоника позволяет создавать радиочастотные устройства с параметрами, недостижимыми для традиционной электроники.

Современная радиочастотная аппаратура переходит в оптический диапазон, и игнорированиеэтого факта часто приводит к самым серьезным последствиям. Например, первоначально при конструировании информационно-телекоммуникационных, сервисных и технических сетей супераэробуса А380 не были заложены фотонные сети. Применялся алюминиевый кабель, и длина его составила более 500 км. Это привело к серьезным проблемам на борту самолета.Для их решения потребовалась полная замена всех кабельных бортовых сетей каждого из строившихся А380. В итоге – два года задержки и почти 5 млрд евро финансовых потерь, и крупнейшая корпорация чудом избежала финансового краха.

Радиофотонный прорыв

В микроэлектронике Россия, как известно, отстает от западных стран. Именно с помощью технологий в области радиофотоники предложено обойти конкурентов. Сегодня российские ученые в сфере оборонных технологий считают возможным отказаться от электронови обратить внимание на фотоны, которые не имеют массы и летят быстрее.

По оценкам специалистов, серверы, работающие на принципах фотоники, уменьшились бы в сотню раз по сравнению с нынешними, а скорость передачи данных возросла бы в десять раз

Или, к примеру, наземные радиолокационные станции. Сегодня такая РЛС представляет собой многоэтажный дом, но если начнет работать радиофотоника, то станцию можно будет установить на обычном КАМАЗе. При этом эффективность и дальность будет точно такая же –на тысячи километров. Нескольких таких мобильных и малогабаритных комплексов можно объединить в сеть, которая увеличит характеристики этих РЛС.

Радиофотоника вместо электроники

Фотонные технологии значительно расширят возможности и бортовых радиолокационных станций. Новые разработки в этой сфере более чем вдвое снизят массу существующих антенни радаров, в десятки раз увеличат их разрешающую способность. Также у радиофотонныхантенн будет уникальная устойчивость к электромагнитным импульсам, которые возникают, например, при близких ударах молний или при солнечных магнитных бурях.

Все это позволит создавать широкополосные радары, которые по уровню разрешенияи быстродействию можно назвать радарным зрением. Такие системы планируется применять ив гражданской сфере, например, на высокоскоростных поездах для мгновенного обнаружения препятствий на путях.

Фотоника может также эффективно применяться в ЖКХ, например, в городских и поселковых системах теплоснабжения. Вместо горячей воды энергоносителями будут выступать фотоны. Они будут распространяться в фотонно кристаллических волокнах толщиной с человеческий волос, энергия которых будет преобразовываться в тепло с почти 100% КПД.

Лаборатория будущего

В России радиофотонные технологии развивает КРЭТ. Сегодня Концерн и Фонд перспективных исследований работают над перспективным проектом «Разработка активной фазированной решетки на основе радиофотоники» (РОФАР). Проект включает в себя создание специальной лаборатории на базе предприятий Концерна и разработку универсальной технологии, которая будет положена в основу радаров и систем РЭБ нового поколения.

По словам гендиректора КРЭТ Николая Колесова, новейшие технологии позволят уже в2020 годах создавать эффективные и продвинутые приемно-передающие устройства, радиолокационные станции, системы радиотехнической разведки и радиоэлектронного противодействия нового поколения.

Одним из главных направлений работы станет создание активной фазированной антенной решетки (АФАР) нового поколения, в которой основные элементы созданы с использованием принципов радиофотоники. Они позволят снизить массу аппаратуры в 1,5–3 раза, увеличить в2–3 раза ее надежность и КПД, а также в десятки раз повысить скорость сканирования и разрешающую способность.

В случае успеха технология откроет новые возможности для улучшения характеристик «умной обшивки», которая будет на российских самолетах последнего поколения, в числе которых и ПАК ФА. Такая система встроенных элементов по всей площади фюзеляжа позволит экипажу получать в любой момент времени цельную радиолокационную картину в радиусе360 градусов, обеспечит работу антенных систем в режиме активной и пассивной радиолокации, постановку всех видов помех, скрытную и помехоустойчивую передачу данных, связь с землей и другими воздушными судами, гос опознавание и другое.

Кроме того, на основе новых материалов и элементной базы, созданных на базе принципов фотоники, КРЭТ освоит перспективные технологии изготовления мощных фотодетекторов, а также полупроводниковых лазерных модулей.