Scris-am chestiunea in discutie, pentru Romania, desigur, conform cu cerintele HG de baterii de coasta… care este… cam restrictiva, din alte motive decat cele tehnice. Si din ce e scris in acea hotarare de guvern si anuntul Romtehnica, se pare ca cel din titlu ar putea fi castigatorul cu dedicatie, daca nu doar favorizatul.
Mai jos discutam doar partea tehnica si cat de potrivita ar fi pentru noi aceasta optiune.
Un prim avantaj al NSM fata de concurenta in ceea ce priveste detectia radar este caracteristica stealth, care ii permite sa se furiseze mai aproape fara ca radarele navei tinta sa-l depisteze.
Insa mai nou senzorii pasivi IRST au evoluat mult, fiind capabili sa detecteze drone/UAS de la distante de cativa km (spre 30-50km pentru tinte mai mari de dimensiunile unei nave sau cu semnatura termica mai vizibila) iar motoare (motorul NSM e Microturbo TRI40) turbojet (nu turbofan, deci semnatura termica mai ridicata datorita „low-bypass” in spectrul 4,5 microni) de la distante semnificativ mai mari.
Asta inseamna ca optronica ambarcata (pe nave neavand restrictiile de masa, putere si dimensiuni de pe aeronave), iti poate asigura nu doar detectia la peste 10km ci si acompania reactia si tragerea sistemelor de protectie ale navei pe distante scurte si foarte scurte in locul radarelor. Practic asta afecteaza cam toate rachetele antinava (pe langa diferenta de temperatura a invelisului rachetei, care creste pe masura ce viteza creste catre regim trans-sonic-supersonic) si aeronavele echipate cu astfel de motoare.
Imaginile de mai sus sunt luate pentru aeronave evoluand la viteze apropiate de cele de decolare/aterizare, incalzirea invelisului fiind minima. In profil frontal, semnatura termica a motorului turbojet nu va fi detectabila, fiind ascunsa de carenajul prizei de aer, insa aproape sigur va fi dat de gol de trena de gaze incinse, mai lunga si mai fierbinte decat cea a turbofanelor din pozele de mai sus.
Deci in astfel de situatii, o forma stealth doar iti mai castiga timp intre fereastra de detectie radar (sub 40km la nivelul marii, spre 50km luand in calcul inaltimea catargului si faptul ca racheta zboara la cativa metri/ zeci de metri deasupra apei) si cea a senzorului IRST (probabil detectie sub 30km pentru tinte mici, in raza vizuala). Orizontul radar „bate” din start putin mai departe decat spectrul vizual (incluzand UV/NIR/IR) tocmai datorita efectului de curbare/refractie dincolo de orizontul vizual, avand in vedere ca lungimea de unda radar e superioara celei din spectrul vizual (diferenta de 6% in conditii meteo normale, dar poate creste cu pana la 25% in conditii de super-refractie).
A se face si diferenta intre distanta de percepere a amenintarii de catre senzori si cea la care contramasurile pot fi dirijate si reactiona, inclusiv cele hardkill.
Cum am vazut si mai sus, distanta asta de vizare directa radar (LineOfSight) e pe la 38-40km (antena radar amplasata pe la 25m inaltime). LA RCS-ul unei Exocet sau Harpoon, probabil ca racheta este detectata sub 35km, chiar sub 30km, dar poate fi angajata efectiv de radarul de tragere al navei sub 20km.
Sa aruncam o privire si la senzorul IR cu imagistica (IIR – dual band MWIR/LWIR – cu racire) de ghidaj al NSM. Daca la sisteme cu ghidaj IR mai vechi, banda de cautare era in zona 1,5-2,5 microni (Banda1 /SWIR) ulterior s-a focalizat pe cea 3-5 microni (MWIR/Banda4) pentru a adauga apoi si LWIR (7-14microni) dar si zona ultraviolet la unele sisteme, alaturi de capacitatea de a recunoaste forme dintr-o baza de date.
Spectrul SWIR, mai apropiat de vizual, reda mai fidel imaginile (mai apropiat de conturul vizual, pe cand MWIR reliefeaza mai bine sursele de caldura) insa folosind InGaAs (0,8-1,8 um) in varianta neracita si ieftina (suficient de ieftin pentru a inlocui senzorii in spectrul vizual si cei cu intensificare de lumina), acesta este mai usor de saturat, pe cand varianta high-end, cu racire, se bazeaza pe InSb si ajunge in spectru pana aproape de 3um (unde incepe MWIR), fiind si mai putin sensibil la „perdelele” de umezeala. Referitor la coeficientul de absorbtie al apei in spectrul infrarosu, exista 2 ferestre majore la 4 microni (MWIR) respectiv 10 microni(LWIR), acesta avand scaderi similare sau chiar mai pronuntate in domeniul 1-2microni (SWIR).
Diferentele de perceptie intre spectrele SWIR / MWIR si vizual:
SWIR in gama 0,9-1,7microni, ieftin si usor/compact, era propus in programul inceput in 2013 pentru a echipa inclusiv RQ-21A, si alte categorii de UAV-uri ale armatei americane dar si echipamente terestre, complementand gama de senzori existenti. Pretul vizat pentru productia de serie a unor astfel de senzori SWIR mai low-cost era de 5000$ la vremea respectiva.
Din gama infrarosie, LWIR pare sa fie cel mai putin afectat de conditiile meteo, fiind extrem de sensibil la detectarea surselor de caldura dar insensibil la radiatie reflectata (de tipul celei solare spre exemplu). Solutiile recomandate pentru cele mai bune performante in majoritatea situatiilor par sa fie un mix de spectre – fuziunea imaginii: LWIR la care se adauga SWIR, cu o preferinta spre zona apropiata de 3microni (de unde incepe MWIR). Potrivit majoritatii parerilor (ex – in acest studiu), senzorii optici sunt afectati de o gama mai larga de fenomene, nu doar de absorbtie – care ramane totusi cea mai importanta. Un exemplu este difuzia undelor cauzata de particulele din atmosfera, insa aceasta devine mai putin semnificativa la peste 0,7-0,8 microni (afectand preponderent spectrul vizual dar si radarul), cu exceptia particulelor semnificativ mai mari, cum sunt picaturile de ploaie si particulele de gheata.
Referitor la conditii meteo semnificativ degradate (ploaie intensa, ceata deasa sau zapada/gheata), atat spectrul vizibil, IR cat si cel electromagnetic la peste 35GhZ sunt semnificativ afectate, reducand sever distanta de detectie. Cel mai putin afectat de absorbtie in aceste conditii este domeniul de 10GhZ (adica banda J / Ku in cod NATO – vom vedea mai jos cine o foloseste).
Un alt aspect este temperatura tintei in anumite situatii vis-a-vis de mediul inconjurator/fundal sau alte tinte – stim de cazul in care racheta Spike avea probleme sa loveasca tinte in mod automat pentru ca nu discrimina corect temperatura intre terenul din fundal si tinta in anumite conditii meteo.
Revenind la IRST, blocuri similare reprezinta partea de detectie la DIRCM (au si rusii propriile variante – L370-5 PRESIDENT-S-, insa pe zburatoare, nu pe nave inca), care in primele variante erau capabile sa bruieze capete de cautare IR (initial in spectrele NIR/UV/SWIR, apoi si MWIR/LWIR), insa insuficient cele cu imagistica – IIR(algoritm de reconstructie a imaginii), fiind necesar fie laser de putere in domeniul sutei de W pentru saturarea conului de cautare (actualmente de ordinul W la cele de pe aeronave)- deci arme cu energie dirijata (in curand in uz).
Va fi interesant de urmarit ce stie sa faca si sistem electrooptic (E/O) „Grach” ( Rook ) destinat bruiajului in spectru larg UV-vizual-partial IR (alta sursa aici), dispozitiv laudat ca ar sti sa schimbe directia si latimea fasciculului pentru a putea focaliza la nevoie pe anuite obiecte/senzori inamici. Sistemul de „interferenta” pare sa fie o evolutie a sistemului Shtora (acesta lucra in banda 0,4 – 14microni)- si este instalat deja pe clasa de fregate Admiral Gorshkov / Project 22350:
O solutie similara – israelienii de la Elbit pregateau deja in 2008 o versiune a sistemului de contramasuri DIRCM „Music” cu fiber-laser (capabil sa emita pe spectru larg de frecvente), dedicat exact generatiei de rachete anti-aeriene cu ghidaj IIR (la pg. 17, nu am reusit sa gasesc date mai clare ulterior testului din 2015). Cu siguranta, in viitorul apropiat turelele DIRCM vor primi lasere de putere mai mare, iar pe nave restrictiile de putere si dimensiuni sunt aproape inexistente.
Cea mai buna metoda este conjugarea de mijloace de bruiaj activ, nu doar DIRCM ci si capcane atat IR cat si radar. Un exemplu de capcane radar si IR este Rheinmetall MASS, laudat de producator ca emite multispectru: ultraviolet, electro-optic, laser, infrarosu, radar.
Capcanele termice „flares” au efect temporar si in spectrul vizibil datorita temperaturii de ardere la initiere, insa vizeaza preponderent benzile din spectrul IR pentru care au fost concepute. Scopul lor este de a acoperi semnatura navei, atat prin scanteile flacarii cat si prin fumul emis la o anumita temperatura, in spectrul posibil de cautare al senzorilor rachetelor antinava si a incerca deplasarea atentiei acestora dincolo de pozitia navei printr-o cortina miscatoare, o perioada semnificativa pentru ca algoritmul de orientare al rachetei sa muste momeala.
Dupa cum se vede si in brosura lansatorului de contramasuri termice Cart CM IR 130mm Mk245 A2, acesta vizeaza in mod special spectrele IR de 3-5μm (MWIR) respectiv 8-14μm (LWIR).
Un studiu efectuat (detaliat aici) cu privire la efectul unei torte (specifice capcanelor termice), arata manifestarea flacarii si fumului in diferite spectre (vizibil, NWIR, SWIR, LWIR):
La panoplia de „inselaciuni” in spectru infrarosu enumerata mai sus se pot adauga mijloace de alterare a semnaturii termice a navei: dispatie evacuare motoare (vezi Visby):
sau izolatie termica pasiva, deja prezenta in optiune la tancuri si alte vehicule blindate pentru izolarea compartimentelor motor.
Izolatia termica activa este mai greu de gasit, fiind inca in stadiul de concept al catorva producatori, iar pretul la intrarea in productie va fi piperat, dar poate va fi suficienta placarea anumitor portiuni ale navei doar pentru ca sa-i alterezi semnatura IR si a crea confuzii fata de biblioteca de semnaturi de la bordul rachetei:
https://www.youtube.com/watch?v=ogqAQrvS6To
O alta metoda activa indirecta, care ar putea scadea temperatura anumitor parti ale navei, este cea de activare a sprinklerelor – e adevarat, timpul foarte scurt de reactie este probabil insuficient pentru ca asa ceva sa fie eficient, iar sprinkler-ele nu sunt dimensionate si orientate preponderent catre zonele „calde” IR ale navei:
Si ca sa ajungem si in zona concurentei ghidate radar activ a NSM, ar mai fi o intrebare:
Care este diferenta intre distanta de descoperire a tintei (navei) de catre radar versus IIR (in cazul in care sa zicem ca racheta intra in zona de bruiaj a GPS) in profilul de zbor al rachetei antinava (joasa inaltime, zona cea mai afectata de conditiile meteo)?
Stim ca in cazul rachetelor aer-aer capul radar este superior ca si distanta de incadrare fata de cel IIR cu un factor cam de pana la 50% si poate varia in functie de solutia aleasa (aici studiu din 1981 pt. Atlantic, pentru distanta de detectie IR, nu identificare).
Potrivit profilului de zbor, se pare ca intre 50-60km are loc activarea capului radar de cautare al Harpoon cu o eventuala scurta ridicare/lobare a traiectoriei, pentru a putea cauta putin mai departe, aproape de raza maxima, racheta coborand apoi la rasul valurilor.
La fel pentru S/MM-39 Exocet, care in ultima versiune MM40 Block3 are un radar in banda J (coerent/digital) in versiunea 3C cu profil de cautare adaptiv:
O astfel de inaltare, chiar si la 50 km distanta, dublata de aprinderea scurta a radarului rachetei, are sanse mari sa alerteze nava vizata, chiar daca apoi racheta replonjeaza si trece in mod pasiv pana in apropierea navei, cand radarul se reactiveaza. Ramane de vazut, in functie de banda si modul de lucru al radarului fiecarui tip de racheta, cat de detectabila este aceasta manevra.
La Harpoon momentul activarii capului radar este setabil de operator inainte de lansare.
Potrivit sursei, marina franceza ar fi fost interesata ca in versiunea Exocet Block 3C sa fie adaugat si un senzor IIR, pentru identificarea imaginii tintei si definirea zonei de lovire a acesteia, stire ulterior infirmata.
La versiunile mai vechi de Exocet este posibil ca aprinderea capului radar autodirector sa se fi facut pe la 10km pentru faza finala… asta inseamna vreo 40 de secunde pentru ca sistemele navei sa reactioneze la detectia iluminarii de catre radarul rachetei, daca racheta zboara in regim subsonic inalt.
In cazul NSM timpul de reactie e si mai scurt… depinde si de optronica de ghidare a tragerii de pe nava.
Probabil ca si RBS-15 (nu ni se ofera MK4/Gugnir ci Mk3) are un profil de zbor asemanator, datorita radarului activ in banda Ku – monopuls de putere inalta cu durata foarte scurta a pulsurilor si deschidere larga a antenei.
O diferenta majora a RBS-15 fata de ceilalti concurenti este modul de manevrare evaziv 2D fara luare de altitudine (norvegienii consideraca o crestere de altitudine expune mai mult racheta la armamentul defensiv al navelor) pe secventa finala de atac, in timp ce majoritatea prefera manevre 3D (cu luare de altitudine, eventual secventa spiralata/tirbuson).
Pentru inca o comparatie, ca sa adaugam si pe „prietenii” nostri de la est, traiectoria unei rachete KH-22/32 Burya care este inca produsa in versiunea Mach-5 si cap de lupta redus la „doar” 500kg pentru bombardierul TU-22M3:
Pentru a contracara radarul activ de ghidaj al rachetei, majoritatea navelor actorilor majori in domeniul maritim militar sunt echipate cu sisteme ESM/ECM instalate atat pe nava cat si sisteme de lansare de tinte-plutitoare tip „rubber-duck” . Deci o lupta permanenta se duce intre evolutia modalitatilor de lucru ale radarului rachetelor si capacitatea sistemelor de bruiaj de a le orbi sau insela.
Ca si remarca, britanicii si francezii au semnat in 2017 un acord de cercetare comuna pentru viitoare rachete antinava, inlocuitoare ale Harpoon si Exocet, dar si de croaziera, cu orizont 2030, avand in vedere ca Harpoon-urile britanice ies din servicu operational anul acesta…
Trebuie subliniat ca australienii (probabil ca si germanii, care folosesc si RBS-15 in paralel) sunt interesati de versiune NSM care sa contina si un senzor radar pasiv, nu doar IR. Acesta este un pas inainte pentru a inlatura si teama, probabil justificata, ca NSM nu ar fi chiar o racheta antinava „all-weather”. NSM ar putea deveni o racheta antinava „antiradiatie”, fiind greu ca un intreg grup de nave sa-si opreasca toate radarele dar cu bemolul ca si radarele au ferestrele lor specifice de ascultare si emisie (inclusiv balizele radar – tinta falsa). Apropos, si HARPOON are/a avut variante cu cap de ghidare IIR (E/SLAM , H, K/SLAM-ER).
Alta varianta probabil mai scumpa, daca tot se doreste un radar activ dar ceva mai greu de detectat si si mai greu de contracarat, ar fi solutia AESA, aparand si versiuni mai compacte. Doar 2 exemple de la acelasi producator:
- Leonardo OSPREY – ei zic ca e la doar 28kg – mai degraba bun pentru platforma de detectie a tintelor (UAV, elicopter, avion de patrualare marina)
- Picosar tot Leonardo are si varianta de doar 10kg si bate la 20km.
Japonezii au introdus din 2010 o varianta a rachetei aer-aer AAM-4B dotata cu radar AESA… deci cineva a spart deja gheata, dar nu in domeniul anti-nava. Probabil nu se justifica inca raportul cost/performanta, AESA avand functionalitati nu neaparat toate utile unei rachete antinava. Noua moda pare sa fie radarul milimetric (gama de frecvente76-81GHz, corespunzand lungimii de unda de 4mm ) cu raza de actiune scurta dar rezolutie foarte buna. Radarul este folosit atat pe sistemele CIWS, putand vedea inclusiv proiectilele trase de propriul sistem, cat si pe noile rachete antitanc (AGM-114L Hellfire, lucrand corelat cu radarul Longbow, Brimstone, JAGM, PAASM) dar si antiradiatie (AGM-88). HARM a evoluat intre timp, pentru U.S. Navy, adaugand un radar milimetric celui pasiv (pentru capacitatea de a identifica precis tintele), in versiunea ER avand raza de actiune similara rachetelor antinava. Exista 2 ofertanti – Orbital ATK- AGM-88E, Raytheon – AARGM AGM-88F – rachetele fiind destinate a fi integrate pe F/A-18C/D, F/A-18E/F, EA-18G, Tornado ECR si ulterior pe F-35.
Si cam atat!
Sa asteptam deznodamantul licitatiei…
Marius Zgureanu
Cu multumiri celor care au contribuit la dezbaterea de pe Tehnomil.ro!
Surse:
http://spie.org/newsroom/5614-ir-imaging-seekers-may-be-very-resistant-to-laser-jamming?SSO=1
https://www.nrl.navy.mil/content_images/08Optical_Sarkady.pdf
Electro-Optical System (Part I)
http://defense-and-freedom.blogspot.com/2018/02/modern-warships-iii-aaw.html