Episodul IV: F-35 Lightning II, analiza Defence Issues, ultima parte
Acesta nu este un articol original ci o traducere in mai multe parti a analizei Defence Issues, publicata in octombrie 2012.
Tehnologii de contracarare a invizibilitatii
Stealth versus radarul classic
Performanta radarului Su-27 s-a dublat in ultimii 8 ani si pana in 2020 radarele familiei de Flankere vor fi capabile sa detecteze tinte VLO de la peste 46 kilometri. De asemenea, aparatele stealth ale USA zboara in misiuni cu aceleasi escorte de bruiaj radar ce acompaniaza platformele legacy. Aparatele moderne VLO trebuie sa opereze alaturi de avioane de bruiaj precum EA-6B sau EA-18 cand executa atacuri la sol, confirmand ca si radarele « legacy » sunt de departe a fi « nefolositoare » impotriva aparatelor VLO.
Mostenirea.
In timpul Razboiului din Golf, British Royal Navy a infuriat Pentagonul prin anuntarea faptului ca a detectat aparatele F-117 de la 40 mile cu radar din era anilor 1960. Irakul a folosit radare de la sol vechi franceze in acel conflict si ei, de asemena, au sustinut ca au detectat F-117. Agentia de oversight a Congresului, General Accounting Office, a incercat sa verifice daca aceast lucru a fost posibil dar Pentagonul a refuzat sa ofere datele relevante investigatorilor GAO.
Principala metoda de reducere a semnaturii radarului unui aparat este forma – acoperirea cu strat stealth pur si simplu este necesara doar intr-un mic procent. Ceea ce inseamna ca F-35 isi va desconspira invizibilitatea radar la majoritatea manevrelor ; aditional, capacitatea sa stealth a fost mereu mai scazuta decat a lui F-22 inca de la inceput. Mai mult, a fost degradat de la VLO la LO de US Defense Deparment (pentru referinta, Eurofighter Typhoon si Dassault Rafale sunt LO din fata).
Diagrama benzilor alocate – US DoD.
RCS-ul tintei este determinat de 1) puterea transmisa in directia tintei, 2) cantitatea de putere ce are impact asupra tintei si este reflectata inapoi, 3) cantitatea de putere reflectata interceptata de antena radarului si 4) timpul scurs in care radarul este tintit efectiv. Desi procedura normala a fost ca senzorii IR sa fie subordonati radarului, aparitia IRST-ului face posibila si viceversa.
Aceasta nu este singura solutie. Intr-o serie de teste la Edwards AFB in 2009, aparatul de teste CATbird pentru avionica al lui Lockheed Martin – un Boeing 737 ce incorporeaza intregul sistem de avionica al lui F-35 JSF – a angajat o forta mixta de F-22 si F-15 si a fost capabil sa localizeze si sa bruieze radarele lui F-22, potrivit cercetatorilor. Radarele AESA aeropurtate de tip X-band ale Raytheon – in particular acelea de pe imbunatatitele F-15C stationate in Okinawa – pot detecta rachete de croaziera cu semnatura mica.
CAT…scan.
Radarul VHF
In timp ce aparatele VLO sunt optimizate sa invinga radarele in banda S si banda X, radarele VHF ofera cateva caracteristici de contracarare stealth foarte bune.
Pe scurt, RCS variaza cu lungimea de unda pentru ca lungimea de unda este unul din inputurile ce determina aria RCS.
Radarele VHF au lungimi de unda intre 1-3 metri, insemnand ca formele principale ale lui F-22 , care are o lungime de 19 metri si latime de 13,5 metri, sunt in centrul fie al rezonantei fie al regiunii de imprastiere Rayleigh. Acelasi principiu e valabil si pentru F-35.
A different type of…R&R…
« Rayleigh scattering region » este regiunea unde lungimea de unda este mai mare decat caracteristicile formei tintei sau chiar tinta insasi. In acea regiune, singurul lucru care conteaza pentru RCS este marimea fizica actuala a aparatului.
Rezonanta are loc cand caracteristicile formei sunt comparabile in lungime de unda cu radarul, rezultand intr-o incarcatura electrica indusa “pielii” tintei, crescand enorm RCS-ul.
Totusi, rezolutia lor mica si marimea lor rezultanta inseamna ca sunt limitate la sisteme bazate la sol.
Damn fractions !
Rusii si chinezii deja au radare VHF, cu rezolutie ce s-ar putea sa fie indeajuns de buna pentru a trimite updatari SAM-urilor aflate in zbor. De asemenea, este fizic imposibil sa se conceapa aparate de zbor care sa fie VLO cu privire la atat radarele fighterelor ce sunt low-power si cu frecvente inalte cat si cele de la sol care sunt high-power si cu frecvente joase. Asemenea radare pot, conform unor sustinatori, sa detecteze tinte VLO de marimea unui aparat de lupta de la distante de pana la 330 kilometri (impotriva bombardierelor precum B-2, performantele lor vor fi diminuate, dar astfel de aparate au propriile lor dezavantaje – in mod special, semnatura IR si marimea fizica). Constructorii lui Vostok-E sustin ca detectarea lui f-117 ar fi de la 352 km intr-un mediu nebruiat si 74 km intr-unul bruiat.
Vostok-E desfasurat.
De asemenea, acoperirile RAM folosite in aparatele stealth sunt fizic limitate in abilitatea lor de a absorbi energia electromagnetica; una din metodele de obtinere a reducerii RCS este cancelarea activa – cand semnalul atinge suprafata RAM, o parte din el este reflectata inapoi; o alta parte va fi refractata in structura aparatului si apoi reflectata din ea in exact faza opusa in prima jumatate si semnalele se vor auto-cancela in drumul lor inapoi. Totusi, grosimea acoperirilor RAM trebuie sa fie exact din jumatatea frecventei radarului, insemnand ca nu poate functiona impotriva radareleor VHF din motive clare – nici un aparat existent nu poate avea o grosime a pielii de jumatate de metru.
Exista un detaliu care aparent confirma acest lucru: in 1991, a fost un raid de penetrare adanca directionat spre a distruge un radar VHF langa Bagdad; radarul care ar fi putut sa alerteze pe Saddam la primul val de bombardiere stealth ce se apropiau de capitala. Inainte ca bombardierele stealth ale USA sa decoleze in misiuni, radarul a fost distrus printr-o operatiune speciala cu ajutorul elicopterelor. De asemenea, in timpul luptelor din Kosovo, un F-117 a fost doborat de specialistii antiaerieni iugoslavi cu o racheta antiaeriana a carei tehnologie dateaza din 1964, prin pur si simplu operarea radarului la lungimi de unda neobisnuit de lungi, permitandu-i sa ghideze racheta indeajuns de aproape de aparat incat sistemul de tintire IR al rachetei sa preia tintirea. Un alt F-117 a fost lovit grav in mod similar si n-a mai zburat vreodata dupa ce a aterizat la baza.
Aceste radare, fiind capabile prin design de salturi agile in frecventa , sunt foarte greu de bruiat ; totusi, lungimea benzii este inca limitata.
De asemenea, in timp ce bombardiere precum B-2 pot detine structuri de absorbire extrem de complexe, nu acelasi lucru se poate spune despre fightere, care sunt pur si simplu prea mici.
Un alt beneficiu este puterea – in timp ce capacitatea tuturor radarelor de a detecta obiecte VLO creste in acelasi timp cu outputul necesar, este usor a creste outputul radarelor VHF.
Este de asemenea posibil pentru radarele VHF sa detecteze si sa urmareasca vortexurile precum si gazele evacuate create de aparatele stealth.
Un alt avantaj la radarelor cu frecvente joase este faptul ca ele reprezinta tinte slabe pentru armele anti-radar, facandu-le mai greu de distrus. Mai mult, noile radare VHF sunt mobile – Nebo SVU poate sa fie implementat si « strans » in 45 minute, in timp ce noul Vostok-E o poate face in 8 minute.
Si infasurat.
IRST
Toate variantele Su-27, precum si majoritatea aparatelor de vanatoare vestice, detin IRST ca o componenta de baza a sistemului lor senzorial. OLS-35 rusesc este capabil de a urmari o tinta-aparat tipic de la o distanta frontala de 50 km, 90 km din spate, cu acoperire azimutala +-90º si +60/-15º acoperire de elevatie.
Fighterele ce se afla in supercruise la Mach 1,7 genereaza o unda de soc cu temperatura stagnata la 87ºC, ceea ce va creste raza de detectie la 55 km frontal. Nu numai atat, dar lansarea AMRAAM are o semnatura termala unica, larga, ce permite detectarea unui F-22 si lansarea rachetei de la 93+ km, in timp ce AMRAAM zburand cu Mach 4 poate fi detectata de la 83 km. Acest lucru e inrautatit de faptul ca F-35 nu poate avea supercruise, deci crescand aditional semnatura sa IR cu « ajutorul » fortajului.
Geen Lantern ? Nope ! The Green Nighlight !
Tehnologia I-QWIP (n.t.- Integrating Quantum Well Infrared Photodetector) creste mult performanta, Eurofighter Typhoon deja detine una cu o raza nesecreta de detectie pentru tinte aeriene subsonice frontale de 90 km (cu adevarata raza potential mult mai mare).
Sistemele de imagistica infrarosu (precum cele ale Typhoon si Rafale) ofera o imagine de tip TV a zonei scanate, ceea ce se traduce printr-o inerenta abilitate de a respinge tintele false. De asemenea, in timp ce vechile sisteme IRST trebuiau sa fie ghidate de radar, cele noi pot efectua detectii initiale insele. Considerand ca aparatele stealth se bazeaza pe detectia pasiva a tintelor evazive , folosirea sistemelor pasive in detectarea lor este raspunsul logic pentru un aparat de lupta. Rachetele insele pot folosi tehnologia de imagistica infrarosu, descoperind tintele cu caracteristici fizice potrivite.
Componente 360º DAS.
Desi exista materiale ce pot reduce semnatura IR a unui aparat, multe din acestea sunt foarte reflectorizante in privinta undelor radar, deci facandu-le nefolositoare pentru aparatele stealth, iar alte metode de reducere a semnaturii IR nu sunt foarte eficiente.
Mai mult, aceste sisteme nu rezolva problema faptului ca aerul din jurul aparatului se incalzeste de asemenea, intrucat , dupa cum am mentionat, unda/conul de soc al vitezei supercruise este de 87ºC in timp ce temperatura aerului la inaltime este intre 30-60ºC subzero.
Trebuie de asemenea sa punem in balanta si faptul ca Flankerele rusesti folosesc IRST-ul impreuna cu cautatorul laser pentru a obtine o solutie buna de tragere pentru tun- desi acest lucru e redundant, considerand ca orice radar modern poate detecta un F-22 de la distanta de tragere cu tunul. Istoric vorbind, MiG-urile 25 sovietice au fost capabile sa tinteasca SR-71 Blackbird de la distante de peste 100 km prin folosirea IRST-ului, ordinul de atac nefiind insa dat vreodata.
35nm
IRST poate oferi totodata viteza tintei via detectarea Doppler shift – senzorii IR folositi in astronomie pot detecta velocitatea unei stele pana la 1 metru pe secunda, in timp ce fighterele zburand cu viteza de Mach 1,1 se misca cu 374 metri pe secunda ; « laser ranger » poate fi folosit pentru a determina distanta pana la tinta.
Desi IRST-ul lui F-35 a urmarit rachete balistice pana la distante chiar de 800 km, acest lucru este inselator deoarece rachetele balistice sunt extrem de mari, rapide si nu fac vreun efort de a-si ascunde semnatura IR. Intr-o maniera similara, PIRATE de pe Typhoon a urmarit…planeta Venus.
Radarul pasiv
Radarele pasive nu trimit semnale ci doar le receptioneaza. Ca urmare, pot folosi propriul radar al aparatului stealth pentru a-l detecta, cat si propriul IFF (n.t- Identification Friend or Foe), uplinkul si/sau orice tracfic radio transmis de aparat.
De asemenea, se pot folosi (precum cehul VERA-E) semnalele radar, de televiziune, celulare si alte semnale la indemana reflectate de aparatul stealth pentru a-l detecta. Cum aceste semnale de obicei vin din toate directiile (cu exceptia partii de sus), aparatul stealth nu-si poate controla pozitia pentru a prezenta cea mai mica returnare posibila a undelor. « Zgomotul » EM in asemenea benzi este indeajuns de dens pentru ca un avion sa lase o « gaura » in date.
Vera-E
Totusi, analizarea si stocarea unei asemena cantitati de date ar necesita o putere de procesare enorma precum si o memorie pe masura si este susceptibila de a da alarme false. Este totodata si un sistem de distante mici, datorita cantitatii de zgomot necesara a fi detectata, cartografiata si stocata.
Cassidian Passive Radar
RWR
Similar in principiu cu radarul pasiv, doua aparate echipate RWR ar putea folosi uplinkul pentru a face schimb de date si a triangula pozitia aparatului inamic…”radiant”.
LIDAR
Light Detection And Ranging doppler LIDAR simte schimbarile “doppler shift” in frecventa si poate fi capabil sa detecteze vortexurile aparatelor stealth aflate la altitudini mari. Desi aerosolii atmosferici nu sunt suficienti pentru respectiva tehnica in ordine sa functioneze, particulele de evacuare cat si particulele inghetate ale « contrails » -dare de vapori- imbunatatesc detectarea pana la punctul in care aparatul poate fi detectat de la o distanta de peste 100 km ; particulele de evacuare insele pot permite detectia de pana la 80 km.
Vortexurile sunt un produs secundar al generarii de portanta si sunt, ca urmare, imposibil de eliminat – aripa aparatului foloseste supratefe curbate pe extrados si mai putin curbate sau drepte pe intrados pentru a genera diferente in viteza intre doua curgeri de aer. Ca urmare, curgerea superioara este mai rapida si genereaza presiune scazuta cand este comparata cu curgerea inferioara sub aripa, creand portanta. Acest lucru insa are ca rezultat crearea si de vortexuri in spatele bordului de fuga al aripii
LIDAR.
Scanarea fundalului
In acest mod radarul nu cauta avionul stealth; in schimb “se uita” la fundalul din spatele aparatului, caz in care reintoarcerea senzoriala lasa o “gaura” in date. Totusi, acest lucru necesita ca radarul sa fie pe o platforma orbitala; sau, daca aparatul este fortat sa zboare la foarta joasa altitudine datorita retelei defensive, radarul poate fi aeropurtat.
O alta posibilitate este folosirea instalatiilor radio cu baza la sol pentru a scana cerul la deschideri largi si cu senzitivitate marita, cum ar fi ca in cazul radio-telescoapelor.
Dupa cum este stiut de radio-astronomi, semnalele radio ajung la suprafata chiar si in timpul zilei sau in vreme rea ; si cum harta stelelor este cunoscuta, se poate considera ca orice stea care nu radiaza este eclipsata de un obiect cum ar fi de exemplu un avion stealth. Si fiecare parte a cerului este observata ca fiind acoperita de stele, cu ajutorrul oricarui echipament sensibil radio-astronomic. Acest lucru se poate realiza si cu echipament de detectare mai putin sensibile, prin simpla cautare a schimbarilor in intensitatea stelelor.
Radare “over-the-horizon”
Astfel de radare opereaza invariabil in banda HF, cu frecvente in jur de 10 Mhz si lungimi de unda de 30 metri, deoarece in acest cadru este posibila reflexia atmosferica. De asemena, la acel punct, tinta va crea un anumit tip de rezonanta si forma tintei va fi irelevanta, precum si acoperirea RAM, cum a fost explicat mai sus.
Totusi, coborand frecventa radarului inseamna ca marimea deschiderii radarului trebuie sa creasca in proportie cu lungimea de unda a acestuia pentru a mentine o raza ingusta si rezolutie adecvata ; o alta problema este ca aceste benzi sunt deja pline cu traficul de comunicatii, insemnand ca astfel de radare sunt de obicei gasite in rolul de avertizare timpurie pe mare.
Asemenea sisteme sunt deja utilizate de SUA, Australia (Jindalee), Rusia si China.
Over-the-horizon.
Radar bistatic / multistatic
Deoarece caracteristicile VLO sunt obtinute in mod primar prin forma corpului aparatului pentru a deflecta undele radar in alta directie decat cea din care vin, acest lucru face sistemele clasice sa fie inutilizabile. Totusi, asemenea semnale pot fi prinse de receptori aflati in alte pozitii si locatia aparatului poate fi triangulata.
In timp ce fiecare puls radar trebuie sa fie indentificabil unic, aceasta caracteristica este deja prezenta in radarele moderne cu puls Doppler. Ceea ce este mai dificil reprezinta transformarea datelor intr-o estimare exacta a pozitiei, deoarece returnarea radar poate sosi la transmitator din mai multe directii datorita anomaliilor propagarii atmosferice , distorsiunea semnalului datorata interferentei, etc…
Radar multistatic
Detectia acustica
Avioanele sunt zgomotoase, motoarele in particular dar si curgerea aerului peste suprafata. In primul caz, sunt adaugate “bafflers” (n.t.- placi care regularizeaza distorsiunile acustice), in timp ce in ultimul caz, zgomotul este redus prin designul cu anumite forme al aparatului pentru a fi mai aerodinamic. Totusi, calele de armament, cand sunt deschise, creeaza o cantitate mare de zgomot.
Radar de banda ultra-larga
Radarul UWL functioneaza prin transmiterea a cateva lungimi de unda in acelasi timp, in pulsuri scurte. Totusi, exista probleme : 1) este mai eficient in a transmite puterea intr-un singur puls, 2) antena UWB trebuie sa functioneze la un factor de zece sau mai mult in lungimea de unda, 3) va oferi numeroase tinte false dezordonate. Pe scurt, daca, de exemplu, sunt folosite frecvente UH si VH, un asemenea radar ar trebui sa combine avantajele precum si dezavantajele UHF si VHF.
Totodata, in contrapartida, este foarte greu de realizat o « piele » RAM care sa fie eficienta impotriva frecventelor multiple.
Reteaua de telefonie celulara
Apelurile intre releele telefoniei mobile pot detecta aparate stealth cu usurinta ; apelurile celularelor ce « topaie » intre statii produc un « ecran » de radiatii. Cand aparatul zboara prin aceasta « plasa » perturba modelul de faza la semnalelor. Sistemul Roke Manor foloseste receptoare,ce au forma unor antene TV pentru a detecta perturbari in semnale.
O retea de antene « TV » indeajuns de larga pentru a acoperi un camp de lupta poate fi transportata/impachetata intr-un Land Rover.
Folosind un laptop conectat la receptorul retelei, soldatii de la sol pot calcula pozitia aparatului stealth cu o acuratete de 10 metri cu ajutorul GPS.
Acesta NU este un copac ci un turn de telefonie mobila.
Iluminarea IR
Faimoasa “lumina neagra” din WWII, folosita de aparatele de zbor nocturne Do 17Z-10 si Bf 110D-1/U1, lucreaza pe exact acelasi principiu ca radarul, cu singura diferenta a lungimii de unda EM radianta, ce este in spectrul IR.
Deoarece este o tehnica activa, ea dezvaluie si locatia emitatorului si deci nu poate fi folosita in mod regulat de aparatul de lupta, desi poate fi folosita in loc de radar, dar poate fi utilizata de retelele defensive antiaeriene.
Detectarea radarului LPI
Radarul F-35, ca si al lui F-22 foloseste salt in frecventa pentru a contracara receptoarele radar. Totusi, poate folosi doar o imprastiere relativ joasa de frecvente si poate fi detectat prin folosirea tehnologiei spread-spectrum a RWR
Radarul F-35
Un alt mod de a ascunde semnalul radar este includerea tehnologiei spread-spectrum; este intentionata a reduce semnatura semnalului radar si a-l amesteca in zgomotul de fundal. Totusi, un asemena radar emite in continuare un semnal care este intre 1-10 milioane ori mai mare decat zgomotul de fundal natural. Este relativ simplu sa se construiasca un receptor spread-sprectum ce poate detecta un asemena radar la distanta de patru ori mai mare decat raza de detectie a radarului propriu-zis.
Sunt alte metode de a face radarul sa devina LPI: 1) sa emita un semnal atat de slab incat RWR sa nu-l poata detecta si marirea puterii de procesare, 2) ingustarea benzii radarului si 3) existenta unui radar cu superioritate mult mai mare de procesare decat RWR. Prima optiune este impracticabila si este viabila doar pentru cativa ani, pana cand noi RWR sunt disponibile, chiar daca ne asumam succesul posibil initial. Optiunea a doua nu afecteaza tinta ce este « pictata » si optiunea a treia, ca si in cazul primei, este din nou, viabila, doar pentru cativa ani.
Concluzii
F-35 este un aparat de zbor prea greu, prea scump, cu slabe performante si inutil, incapabil in tot ceea ce teoretic trebuie sa faca si extrem de scump a fi operat si mentinut. Toate misiunile pe care F-35 ar trebui sa le execute in teorie pot fi efectuate mai bine si cu costuri mai mici de aparatele legacy si, ca urmare, ar fi mai bine pentru SUA sa renunte la el pana cand inlocuitori non VLO pentru F-16, F-18 si Harrier vor fi conceputi.
F-35C, a neverending story ?
Succesele la export nu sunt dovada capacitatilor aparatului: daca o tara a facut o afacere in trecut cu o anumita firma, este cel mai probabil sa continue cu produsul acelei firme. Toate tarile care au cumparat F-35 (Italia, Japonia, Norvegia, etc,) sunt fosti operatori de F-16 ; similar, India, care are o lunga istorie de folosire a produselor franceze, incluzand Mirage-2000, a optat pentru Rafale in loc de Typhoon, Gripen, F-35, F-16 sau F-18. Arabia Saudita, care are/a avut Tornado in aviatia sa militara, a optat pentru Eurofighter Typhoon.
Addendum
Marimea RCS vs raza de detectie
Tinta – RCS in m² – distanta relativa de detectie
Portavion – 100 000 – 1778
Crucisator – 10 000 – 1000
Avion mare de pasageri sau automobil – 100 – 1000
Avion mediu de pasageri sau bombardier – 40 – 251
Avion mare de vanatoare – 6 – 157
Avion mic de vanatoare – 2 – 119
Persoana – 1 – 100
Racheta de croaziera conventionala – 0,5 – 84
Pasare mare – 0,05 – 47
Insecta mare – 0,001 – 18
Pasare mica – 0,00001 – 6
Insecta mcica – 0,000001 – 3
F117 pentru radarul VHF – 0,5 – 84
Raza eficienta este calculata de formula (RCS1/RCS2) = (R1/R2)^4, unde RCS = radar cross section, iar R=raza.
Stratul RAM
Acesta poate fi de doua feluri: dielectric sau magnetic. Cel dielectric lucreaza prin adaugarea de produse de carbon ce schimba proprietatile electrice si este voluminos si fragil, in timp ce magneticul foloseste ferite de fier ce disipeaza si absorb undele radar si sunt bune impotriva radarelor UHF.
Legaturi exterioare
http://www.youtube.com/watch?v=UQB4W8C0rZI&
http://www.youtube.com/watch?v=BhGIglwmFB8&feature=relmfu
Episodul V: F-22 Raptor
Razvan Mihaeanu
Surse:
http://www.eglin.af.mil/shared/media/document/AFD-130613-105.pdf
http://www.militaryphotos.net/forums/showthread.php?151365-JSF-(F-35-Joint-Strike-Fighter)-News
http://www.militaryphotos.net/forums/showthread.php?151365-JSF-(F-35-Joint-Strike-Fighter)-News
http://defenseissues.wordpress.com/links/
http://www.ausairpower.net/APA-Rus-Low-Band-Radars.html