Atat sistemele IRST (infrared search & track sau infrared sighting & tracking) cat si cele FLIR (forward looking infrared) isi au originea in sistemul IRST model AAA-4 dezvoltat prima data de Texas Instrument la inceputul anilor ’50. Acest sistem a fost instalat pe modele F-8E si a fost utilizat in lupta in Vietnam. Texas Instrument (din 1997 parte a Raytheon) a dezvoltat sistemul incontinuu si astfel in 1963 a scos pe piata primul FLIR (intrat in productie in 1966).
Trebuie mentionat ca primele sisteme si dispozitive electro-optice foloseau un HDD (head down display) cu CRT (Cathode Ray Tube) care datorita conditiilor din cockpit (vibratii, schimbari de temperature, forte G, expunerea la lumina zilei) precum si datorita interferentelor cauzate de celelalte sisteme ce utilizau tensiuni ridicate, au redus precizia si fiabilitatea acestor dispozitive si au dus la utilizarea lor pe scara redusa in anii de inceput. Odata cu aparitia SPA (staring plane array) sau FPA (focal plan array), a afisajelor cu cristale lichide (LCD) si LED iar din 1981 a HUD aceste neajunsuri de inceput, au fost inlaturate.
F-4 dispunea de TISEO (Target ID System Electro-Optical) montat la intradosul planului stang si AAA-4 IRST montat sub botul avionului iar F-14D dispunea de un ansamblu format din AN/AXX-1 Television Camera Set (TCS) care era derivat din TISEO, AN/AAS-42 IRST (care inlocuise modelul vechi ce se afla si pe B-52: AN/ALR-23 IRST produs de Cincinnati Electronics) si antena pentru. AN/ALQ 100 deception jamming pod, toate 3 in aceasi montura dispuse sub botul aeronavei.
Fiecare din cele 3 sisteme de detectie de pe F-14: radar (AN/AWG-9), IRST (AN/AAS 42) si sistemul video (AN/AXX-1) putea prelua rolul de master in detectarea tintelor.
Din pacate avioanele de vanatoare, interceptie si/sau multirol fabricate in USA nu au utilizat in mod standard, nici sisteme de detectie video si nici pe cele in infrarosu montate in corpul aeronavei (fie in fuselaj, fie in planuri), ci au preferat sa le utilizeze ca dispozitive si sisteme add on, sub forma de pod-uri acrosate, fie de piloni centrali fie de pilonii de sub aripi, bineinteles cu dezavantajele de rigoare: greutate crescuta, coeficient aerodinamic mai scazut, eventual manevrabilitate mai scazuta, reducerea numarului de puncte de acrosaj pentru arme si rezervoare largabile, consum crescut de carburant si nu in ultimul rand RCS mai mare. Exista si unele avantaje: fiind interschimbabile acestea pot fi montate/demontate functie de specificul misiunile de lupta, iar in cazul unui dispozitiv, sistem sau componenta de generatie noua, integrarea era facila fara sa necesite operatiuni asupra corpului aeronavei.
Bineinteles ca atat USAF cat si USNavy aveau capabilitatile sa contracareze aceste dezavantaje (nu acelasi lucru se poate spune despre unii din ceilalti utilizatori), insa rolul sistemelor de detectie pasiva a crescut intratat incat ultima generatie de avioane a integrat aceste dispozitive in corpul aeronavei in configuratie standard: F-35 este primul avion de la F-14D, care are un sistem ce reprezinta un compromis combinand atat capabilitatile EO, IRST/FLIR intr-unul singur fiind de asemenea adaptat la constrangerile de spatiu disponibil: Electro-Optical Targeting System – EOTS (la care se adauga si DAS AN/AAQ-37), si a carui montura nu aduce prejudicii elementului stealth, insa care nici nu are capabilitatile unor sisteme independente/de sine statatoare EO si IRST ori FLIR. Exista de asemenea forte aeriene care opereaza avioane F-15 sau F-16 cu sisteme IRST/FLIR adaptate cerintelor lor, inglobate in corpul avionului (bineinteles cu costurile de rigoare).
Cate ceva despre detectie in spectrul vizibil si infrarosu
AN/AXX-1 Television Camera System (TCS) era un sistem compus din dispozitivul optic telescopic (WRA-1 Television Camera Assembly – TCA, care cuprindea camera propriuzisa vidicon, sistemul de lentile optice, un stabilizator giroscopic) si dintr-o unitate de alimentare cu energie si de control (WRA-2 Control Power Supply – CPS)
AN/AXX-1 Television Camera System (TCS) putea detecta un C130 Hercules de la cca 65 km, un F-111 de la cca 74 km, un DC-10 air tanker de la cca 158 km si avea mai multe moduri de operare: tracking (putea urmarii o tinta in spectrul vizibil care prezenta un contrast fata de background de min 20%; mod de achizitie a tintei manual ori semi-automat), iar odata tinta fixate, se putea angaja modul de urmarire.
AN/AXX-1 TCS putea sa urmareasca in mod video, automat, tintele atat cu sistemul optic cu camp larg (WFOV–Wide field of View, cu un pas de 15.8 mrad) cat si cu un camp redus (NFOV–Narrow field of View cu un pas de 4.8 mrad) cu o frecventa de cca. 5 grade pe secunda. TCS putea “conlucra” cu radarul pt gasirea, urmarirea si comanda focului (pentru tun).
In ziua de astazi, TALIOS (Targeting Long Range Identification Optronic System) produs de Thales (operational si pe Rafale M F3R din ianuarie 2020) si considerat de multi, ca fiind cel mai avansat sistem, acopera o gama extinsa de capabilitati, fiind integrat cu sistemele de navigatie si tintire de pe aeronava:
- Detectarea si geolocalizarea tintelor pe timp de zi & noapte, inclusiv a tintelor mobile si in zone cu clutter ridicat si/sau contrast redus fata de background, utilizand senzori HD alb/negru, color si IR
- Dispune de algoritmi multicriteriu pt tinte fixe sau in miscare
- Desemnare a tintelor de la distanta mare, folosind un tracker laser si/sau marker laser, fie pentru atacarea acestora in mod autonom, fie in mod cooperare ( asigurand iluminarea tintelor pt terti, ori transmiterea datelor referiroare la tinta, via datalink)
- ATD/ATR (Automatic Target Detection / Automatic Target Recognition)
- FLIR integrat pentru navigatie
- Furnizarea de imagini in timp real, integrate cu harti 3D
- Este compatibil cu arme ghidate laser, INS/GPS ori pasive (IR, UV sau imagery-guided)
- Asigura pilotului situational awareness prin intermediul Permanent VisionTM
- Dispune de capabilitati NTISR (Non Traditional Information Surveillance & Reconnaissance) ceea ce ii da posibilitatea de a realiza in paralel efectuarea de misiuni de lupta: de atac, de recunoastere, de colectare de date si transmiterea acestora in timp real
FSO-IT (versiunea OSF Improved Technology disponibil din 2013) de la Thales (fostul Thomson-CSF Optronique, fostul Allied Signal Aerospatiale), poate detecta o tinta in infrarosu, in mod aer-aer, la altitudine joasa de la cca 110 km (60 nm), iar la o altitudine de 6100 m (20000 ft) de la o distanta de cca 130 km (70 nm), iar raza telemetrului laser este de 50 km (27 nm). De asemenea, capabilitatea de detectie&localizare poate creste prin faptul ca sistemul poate utiliza suplimentar, fata de proprii senzori, si sistemele de ghidare IR ale celor doua rachete MICA acrosate in varful planurilor, insa FSO nu are acelasi camp larg de “vedere” ca si TALIOS, montura camerelor la TALIOS permite baleierea unui camp la un unghi mult mai larg decat FSO (care are un unghi de doar 14 grade pe axa verticala, cu vedere in jos) oferind astfel avantaje in special in misiunile aer-sol.
FSO (componenta IRST/FLIR) opereaza in banda 3-5 µm si 8-12 µm, are cca 95 kg si un volum de 0.09 m3.
TALIOS opereaza in urmatoarele benzi: componenta IRST/FLIR: 3-5 µm; componenta TV: 0.7 – 0.9 μm, iar lungimile de unda pentru componenta laser sunt: 1.5 μm pentru range-finding, 1.06 μm pentru target designation si spot tracking, 0.8 μm pentru laser marker.
Spectrul infrarosu se divide in 3 segmente: SWIR (short wave IR): 0.76–2 µm; MWIR (medium wave IR): 2–6 µm; LWIR (long wave IR): 6–1000 µm, spectrul vizibil ocupand banda: 0.37–0.75 µm
Apa (vaporii de apa) atenueaza puternic undele din spectrul infrarosu, astfel incat cu cat altitudinea creste, creste si precizia de detectie.
In general senzorii sistemelor IRST si FLIR utilizeaza benzile MWIR (3–5 µm) si LWIR (8–14 µm) deoarece aceste intervale de lungimi de unda, sunt mai putin atenuate de vaporii de apa si provin de la caldura radiata direct de catre tinta, fata de SWIR (1–2.5 µm) care sunt reflectate (caldura reflectata de parti ale aeronavei provenita de la radiatia solara sau terestra). Senzori ce opereaza in banda LWIR sunt propice a fi utilizati pentru tinte mai reci, pe cand cei ce opereaza in banda MWIR sunt utilizati pentru contrastul puternic. Senzorii din banda SWIR au avantajul de a fi mai putin voluminosi, mai usori si pentru ca pot detecta iluminarea cu laser.
Cateva elemente constructive au o pondere majora in calitatea senzorilor IR.
Sticla blocheaza radiatiile infrarosiii cu lungimi de unda mai mare de 3 µm, astfel incat domurile protectoare (atat la IRST, FLIR insa si la capetele IR ale rachetelor), sunt realizate din materiale alternative ce nu blocheaza lungimile de unda in care va opera senzorul. Alte elemente luate in calcul la alegerea materialului domurilor sunt indicele de refractie, dispersia, incalzirea prin frecare cu aerul (domul incalzindu-se va emite radiatii care pot suprasatura senzorul), coeficientul de dilatare termica si nu in ultimul rand forma domului.
Sistemul de lentile utilizat (pentru senzorii IR, o apertura mai mare este considerata mai propice deoarece permit captarea mai buna a radiatiilor). Sistemele de lentile refractive permit captarea mai buna a luminii, insa induc aberatii cromatice care trebuiesc corectate (ce induc costuri mai mari). Pe de alta parte sistemele de lentile reflective nu induc aceste aberatii, insa datorita oglinzilor implica si dispozitive opto-mecanice, duc la o montura mai mare (la distanta focala echivalenta cu a unui sistem refractiv).
Traductorii propriuzisi, transforma o marime fizica (radiatia infrarosie), intr-o marime electrica, materialele din care sunt fabricati senzorii acestora, sunt in general:
Sulfat de plumb (PbS): sensibil la lungimi de unda in plaja 1-2.5 µm
MCT- telura mercur cadmiu (HgCdTe): utilizat pt senzori din spectrul MWIR si LWIR 3-30 µm
Antomonid de indiu (InSb): utilizat pt senzori cu performante ridicate in lungimile de unda 2-5 µm
Antomonid de indiu si arsenic (InAsSb)
Siliciu (Si) si Germaniu (Ge)
Monosilicat de platina (PtSi)
Ultimele doua componente ale unui sistem IRST/FLIR: unitatea de procesare si nu in ultimul rand sub-sistemul de climatizare. Sistemele actuale de climatizare folosesc hidrogen sau azot lichid pentru a racii cat mai mult senzorii, astfel incat acestia sa poata detecta si cele mai mici amprente IR. Algoritmii utilizat si puterile de calcul ale n-unitatilor de procesare actuale, pentru detectarea si decelarea, tintelor sunt mult peste primele incercari din ani ‘50.
Sisteme EO, de navigatie si ochire pentru F-16
Pe F-16 A/B MLU pilotul primeste informatiile pe HUD si pe CMFD (color multifunction display)
Ce au vecinii ( de la sud, nord, est, est-nord-est)?
Cu toate ca ambele sisteme, atat IRST cat si FLIR se bazeaza pe acelasi principiu, diferentele intre ele sunt oarecum asemanatoare cu cele dintre teleobiective si obiectivele wide angle (weitwinkel sau grandagular): FLIR se concentreaza cu o acuratete mai ridicata asupra unei suprafete mai restranse (si este asociat cu sistemul laser de ochire), pe cand IRST, cu o acuratete mai scazuta, are posibilitatea de a supraveghea o suprafata mai larga si actioneaza asemanator cu un radar cu scanare mecanica : track while scan (si la fel ca si un radar poate identifica, localiza si urmarii tinte multiple).
Nu intamplator, in ultimii ani, mai toti producatorii de avioane de lupta (inclsiv cei din USA) inglobeaza aceste sisteme fie in corpul aeronavelor, fie atasate ca si pod-uri si le dezvolta pentru a creste atat raza de detectie, cat si precizia lor.
Principalii “vinovati” sunt dezvoltarea tehnologiilor stealth si a sistemelor de detectie pasiva ce imbina diversi senzori in sisteme complexe, etalonul de aur in detectie pasiva, reprezentandu-l F-22 care, cu combinatia AN/AAR-56 (infrared and ultraviolet missile launch detector) si AN/ALR 94 (radar warning receiver) ce este un detector pasiv cu mai mult de 30 de antene inglobate in fuselajul si planurile avionului, si care are o raza de detectie de peste 463 km (250 nm) nu lasa multe sanse altor avioane de lupta, din moment ce aceasta raza de detectie acopera 360 de grade in toate benzile, iar in anumite cazuri le poate detecta atat de précis (narrowband interleaved search and track – NBILST) incat sistemul este utilizat pt a oferi distanta si viteza avionului tinta, astfel incat sa poata fi lansata o racheta AIM-120 AMRAAM.
Din moment ce nu poti detecta cu radarul propriu un avion, insa acesta te poate detecta de la distante atat de mari, esti oarecum obligat sa gasesti alternative.
Este un sistem combinat IRST/FLIR (detectie, localizare, urmarire si ochire) capabil sa suplineasca radarul? In anumite cazuri, destul de multe, raspunsul este: teoretic da.
Este capabil un sistem combinat IRST/FLIR capabil sa detecteze un avion stealth de generatia 5? In anumite cazuri, destul de multe, raspunsul este: teoretic da.
Practic e nevoie de ceva mai mult (si nu e vorba de noroc) pt a putea avea sorti de izbanda.
Una din problemele EO / FLIR este ca nu stii incotro sa indrepti obiectivul ! Nu sti de unde vine inamicul astfel incat sa poti sa il detectezi din timp si sa il ochesti cu un sistem pasiv EO/IRST/FLIR, fara sa iti desconspiri pozitia (odata ce ai “pus” tracker-ul laser, nu mai este sistem pasiv).
IAT
Surse:
Fise de date de la producatori (Northrop Grumman, UTC AEROSPACE SYSTEMS, THALES, Rafael, Aselsan, Leonardo, Lockheed Martin, etc)
F-16A/B MLU-Manual- PRODUCTION TAPE M2 THE PILOT’S GUIDE to new capabilities & cockpit enhancements Part 1&2
O&M Camera Set Television AN / AXX -1
List of military electronics of the United States
https://spie.org/samples/PM280.pdf
http://www.scienpress.com/Upload/JCM/Vol%209_1_3.pdf
https://theboresight.blogspot.com/2009/07/airborne-infrared-and-supersonic.html
https://foxtrotalpha.jalopnik.com/infrared-search-and-track-systems-and-the-future-of-the-1691441747
https://foxtrotalpha.jalopnik.com/is-the-f-35s-targeting-system-really-10-years-behind-cu-1676442535