Współczesne konflikty lokalne, nawet w krajach o najniższym poziomie rozwoju sił zbrojnych (Syria, Ukraina), pokazują, jak wielką rolę odgrywa elektroniczny sprzęt rozpoznania i wykrywania. A jakie korzyści może uzyskać strona, używając np. systemów kontrbateryjnych przeciwko stronie, która takich systemów nie posiada.
Obecnie rozwój wszystkich systemów radioelektronicznych przebiega w dwóch kierunkach: z jednej strony maksymalizując ich systemy sterowania i łączności, systemy zbierania danych wywiadowczych, systemy sterowania bronią precyzyjną w połączeniu ze wszystkimi wcześniej wymienionymi systemami i kompleksami.
Druga linia to rozwój systemów, które mogą sprawić, że będzie ona tak wysoka, jak to tylko możliwe, aby utrudnić wrogowi działanie wszystkich powyższych środków, a najprostszym celem jest nie pozwolenie wrogowi na zadawanie obrażeń i szkód swoim żołnierzom.
Na uwagę zasługują również prace nad możliwościami i sposobami maskowania obiektów poprzez zmniejszenie ich sygnatury radarowej poprzez zastosowanie najnowocześniejszych materiałów i powłok radioabsorbujących o zmiennych właściwościach odbijających.
Zapewne warto to przetłumaczyć: nie będziemy w stanie sprawić, by czołg był niewidoczny w widmie radiowym, ale możemy maksymalnie zminimalizować jego widoczność, na przykład pokrywając go materiałami, które dadzą tak zniekształcony sygnał, że identyfikacja będzie być bardzo trudne.
I tak, nadal wychodzimy z tego, że absolutnie niewidzialne samoloty, statki i czołgi po prostu nie istnieją. Przynajmniej na razie. Jeśli są subtelne i trudne do zauważenia celów.
Ale, jak mówią, każdy cel ma swój własny radar. Kwestia częstotliwości i siły sygnału. Ale w tym tkwi problem.
Nowe materiały, w szczególności powłoki radioabsorbujące, nowe formy obliczania powierzchni odbijających, wszystko to sprawia, że poziom kontrastu tła chronionych obiektów jest minimalny. Oznacza to, że poziom różnicy między właściwościami elektrycznymi obiektu kontrolnego lub defektami w nim a właściwościami otoczenia staje się trudny do odróżnienia, obiekt faktycznie łączy się z otoczeniem, co sprawia, że jego wykrycie staje się problematyczne.
W naszych czasach minimalne poziomy kontrastu tła są w rzeczywistości zbliżone do wartości ekstremalnych. Stąd jasne jest, że w przypadku radarów (zwłaszcza dla widoku kołowego), które działają właśnie na kontraście, po prostu konieczne jest zapewnienie przede wszystkim zwiększenia jakości otrzymywanych informacji. I nie jest to całkowicie możliwe poprzez zwykłe zwiększanie ilości informacji.
Dokładniej, możliwe jest zwiększenie wydajności/jakości rozpoznania radarowego, pytanie tylko jakim kosztem.
Jeśli weźmiesz hipotetyczny radar, bez względu na jego przeznaczenie, po prostu radar kołowy o zasięgu np. 300 km (np. „Sky-SV”) i ustawisz zadanie podwojenia jego zasięgu, to będziesz musiał rozwiązać problem bardzo trudne zadania. Nie podam tutaj wzorów obliczeniowych, to jest fizyka najczystszej wody, nie tajemnica.
Tak więc, aby podwoić zasięg wykrywania radaru, wymagane jest:
- zwiększyć energię promieniowania o 10-12 razy. Ale fizyka znowu nie została anulowana, promieniowanie można tak bardzo zwiększyć tylko poprzez zwiększenie zużywanej energii. A to pociąga za sobą pojawienie się dodatkowego sprzętu do wytwarzania energii elektrycznej na stacji. A potem są różne rodzaje problemów z tym samym przebraniem.
- zwiększ czułość urządzenia odbiorczego 16 razy. Tańszy. Ale czy jest to w ogóle możliwe do zrealizowania? To już jest pytanie dotyczące technologii i rozwoju. Ale im bardziej czuły odbiornik, tym więcej problemów z naturalnymi zakłóceniami, które nieuchronnie pojawiają się podczas pracy. Osobno warto omówić zakłócenia powodowane przez wojnę elektroniczną wroga.
- czterokrotnie zwiększyć rozmiar liniowy anteny. Najłatwiejszy, ale też dodaje złożoności. Trudniejszy w transporcie, bardziej zauważalny …
Chociaż uczciwie przyznajemy, że im mocniejszy jest radar, tym łatwiej jest go wykryć, sklasyfikować, wygenerować dla niego osobiście obliczoną ingerencję o najbardziej racjonalnych charakterystykach i wysłać. A zwiększenie rozmiaru anteny radaru jest w rękach tych, którzy muszą go wykryć na czas.
W zasadzie takie błędne koło okazuje się. Gdzie deweloperzy muszą balansować na ostrzu noża, biorąc pod uwagę dziesiątki, jeśli nie setki niuansów.
Nasi potencjalni przeciwnicy zza oceanu są tak samo zaniepokojeni tym problemem jak my. W strukturze Departamentu Obrony USA istnieje taki departament, jak DARPA - Defense Advanced Research Project Agency, która zajmuje się właśnie obiecującymi badaniami. Ostatnio specjaliści DARPA skoncentrowali swoje wysiłki na opracowaniu radarów wykorzystujących sygnały ultraszerokopasmowe (UWB).
Co to jest UWB? Są to ultrakrótkie impulsy, trwające nanosekundę lub krócej, o szerokości widma co najmniej 500 MHz, czyli znacznie więcej niż w przypadku konwencjonalnego radaru. Siła emitowanego sygnału według transformacji Fouriera (oczywiście nie Charles, utopijca, który w szkole przechodził przez historię, ale Jean Baptiste Joseph Fourier, twórca serii Fouriera, od którego nazwano zasady transformacji sygnału) jest rozłożony na całej szerokości używanego widma. Prowadzi to do spadku mocy promieniowania w wydzielonej części widma.
Wykrycie radaru działającego na UWB podczas pracy jest znacznie trudniejsze niż zwykłego właśnie z tego powodu: to tak, jakby nie działała jedna silna wiązka-sygnał, ale jakby wiele słabszych, rozmieszczonych na podobieństwo pędzla. Owszem, eksperci wybaczą mi takie uproszczenie, ale to tylko dla „przeniesienia” na prostszy poziom percepcji.
Oznacza to, że radar „strzela” nie jednym impulsem, ale tak zwanym „wybuchem ultrakrótkich sygnałów”. Daje to dodatkowe korzyści, które zostaną omówione poniżej.
Przetwarzanie sygnału UWB, w przeciwieństwie do wąskopasmowego, opiera się na zasadach odbioru bezdetektorowego, dzięki czemu liczba impulsów w sygnale nie jest w ogóle ograniczona. W związku z tym praktycznie nie ma ograniczeń szerokości pasma sygnału.
Tu pojawia się od dawna pytanie: co daje cała ta fizyka, jakie są zalety?
Oczywiście są. Radary oparte na UWB są opracowywane i rozwijane właśnie dlatego, że sygnał UWB pozwala na znacznie więcej niż sygnał konwencjonalny.
Radary oparte na sygnale UWB mają najlepsze możliwości wykrywania, rozpoznawania, pozycjonowania i śledzenia obiektów. Dotyczy to zwłaszcza obiektów wyposażonych w kamuflaż antyradarowy i redukcję sygnatury radarowej.
Oznacza to, że sygnał UWB nie dba o to, czy obserwowany obiekt należy do tak zwanych „ukrytych obiektów”, czy nie. Osłony przed radarem również stają się warunkowe, ponieważ nie są w stanie odbić/pochłonąć całego sygnału, jakaś część pakietu „złapie” obiekt.
Radary na UWB lepiej identyfikują cele, zarówno pojedyncze, jak i grupowe. Dokładniej określone są wymiary liniowe celów. Łatwiej im pracować z małymi celami zdolnymi do latania na niskich i ultraniskich wysokościach, czyli bezzałogowymi statkami powietrznymi. Radary te będą miały znacznie wyższą odporność na zakłócenia.
Osobno uważa się, że UWB pozwoli na lepsze rozpoznanie fałszywych celów. Jest to bardzo przydatna opcja podczas pracy np. z głowicami międzykontynentalnych pocisków balistycznych.
Ale nie rozłączaj się z radarami nadzoru powietrznego, istnieją inne opcje wykorzystania radarów na UWB, nie mniej, a być może nawet bardziej skuteczne.
Mogłoby się wydawać, że ultraszerokopasmowy sygnał to panaceum na wszystko. Od dronów, samolotów i statków stealth, pocisków samosterujących.
W rzeczywistości oczywiście nie. Technologia UWB ma pewne oczywiste wady, ale jest też wystarczająco dużo zalet.
Siłą radaru UWB jest wyższa dokładność i szybkość wykrywania i rozpoznawania celu, wyznaczania współrzędnych ze względu na fakt, że działanie radaru opiera się na wielu częstotliwościach zasięgu działania.
Tutaj „smak” UWB jest na ogół ukryty. I polega właśnie na tym, że zasięg działania takiego radaru ma wiele częstotliwości. A ten szeroki zakres pozwala wybrać te podzakresy, przy których częstotliwościach najlepiej manifestują się zdolności refleksyjne obiektów obserwacji. Lub – opcjonalnie – może to negować np. powłoki antyradarowe, które również nie mogą działać w całym zakresie częstotliwości ze względu na to, że powłoki do samolotów mają ograniczenia wagowe.
Tak, dziś środki redukcji sygnatury radarowej są stosowane bardzo szeroko, ale kluczowym słowem jest tutaj „redukcja”. Ani jedna powłoka, ani jedna przebiegła forma kadłuba nie chroni przed radarami. Zmniejsz widoczność, daj szansę – tak. Już nie. Opowieści o samolotach stealth zostały zdemaskowane w Jugosławii w ubiegłym stuleciu.
Obliczenia radaru UWB będą w stanie wybrać (i szybko na podstawie podobnych danych) ten pakiet podczęstotliwościowy, który w najwybitniejszy sposób „wyświetli” obiekt obserwacji w całej okazałości. Tutaj nie będziemy mówić o zegarkach, nowoczesna technologia cyfrowa umożliwia zarządzanie w kilka minut.
I oczywiście analiza. Taki radar powinien posiadać dobry kompleks analityczny, który pozwoli na przetwarzanie danych uzyskanych z napromieniowania obiektu na różnych częstotliwościach i porównywanie ich z wartościami referencyjnymi w bazie danych. Porównaj z nimi i podaj ostateczny wynik, jaki obiekt znalazł się w polu widzenia radaru.
Fakt, że obiekt będzie napromieniany różnymi częstotliwościami, będzie miał pozytywny wpływ na zmniejszenie błędu rozpoznawania i mniejsze jest prawdopodobieństwo zakłócenia obserwacji lub przeciwdziałania za pomocą obiektu.
Zwiększenie odporności na zakłócenia takich radarów uzyskuje się poprzez wykrywanie i selekcję promieniowania, które może zakłócać precyzyjną pracę radaru. I odpowiednio restrukturyzacja kompleksów odbiorczych na inne częstotliwości, aby zapewnić minimalny wpływ zakłóceń.
Wszystko jest bardzo piękne. Oczywiście są też wady. Na przykład masa i wymiary takiego radaru znacznie przewyższają konwencjonalne stacje. To wciąż znacznie komplikuje rozwój radarów UWB. Mniej więcej taka sama jak cena. Jest bardziej niż transcendentalna dla prototypów.
Jednak twórcy takich systemów bardzo optymistycznie patrzą w przyszłość. Z jednej strony, kiedy produkt zaczyna być produkowany masowo, zawsze obniża to koszt. A jeśli chodzi o masę, inżynierowie liczą na komponenty elektroniczne oparte na azotku galu, które mogą znacznie zmniejszyć zarówno wagę, jak i rozmiary takich radarów.
I na pewno tak się stanie. Dla każdego z kierunków. W rezultacie wyjściem będzie radar z potężnymi, ultrakrótkimi impulsami w szerokim zakresie częstotliwości, z dużą częstotliwością powtarzania. I – co bardzo ważne – szybkie cyfrowe przetwarzanie danych, zdolne do „przetrawiania” dużej ilości informacji otrzymywanych z odbiorników.
Tak, naprawdę potrzebujemy tutaj technologii pisanych wielką literą. Tranzystory lawinowe, diody magazynujące ładunki, półprzewodniki z azotku galu. Tranzystory lawinowe na ogół nie są urządzeniami niedocenianymi, są to urządzenia, które nadal będą się pokazywały. W świetle nowoczesnych technologii przyszłość należy do nich.
Radary wykorzystujące ultrakrótkie impulsy nanosekundowe będą miały następujące zalety w porównaniu z konwencjonalnymi radarami:
- zdolność do przebijania się przez przeszkody i odbijania się od celów znajdujących się poza linią wzroku. Na przykład może służyć do wykrywania ludzi i sprzętu za przeszkodą lub w ziemi;
- wysoka tajność ze względu na niską gęstość widmową sygnału UWB;
- dokładność wyznaczenia odległości do kilku centymetrów ze względu na mały zasięg przestrzenny sygnału;
- możliwość natychmiastowego rozpoznawania i klasyfikowania celów na podstawie odbitego sygnału i wysokiej szczegółowości celu;
- zwiększenie skuteczności w zakresie ochrony przed wszelkiego rodzaju pasywnymi zakłóceniami powodowanymi przez zjawiska naturalne: mgła, deszcz, śnieg;
I to daleko od wszystkich zalet, jakie może mieć radar UWB w porównaniu z radarem konwencjonalnym. Są chwile, które potrafią docenić tylko specjaliści i ludzie dobrze zorientowani w tych sprawach.
Te właściwości sprawiają, że radar UWB jest obiecujący, ale istnieje wiele problemów, które są rozwiązywane przez badania i rozwój.
Teraz warto porozmawiać o wadach.
Oprócz kosztów i rozmiarów radar UWB jest gorszy od konwencjonalnego radaru wąskopasmowego. I znacznie gorszy. Konwencjonalny radar o mocy impulsu 0,5 GW jest w stanie wykryć cel w odległości 550 km, a następnie radar UWB w odległości 260 km. Przy mocy impulsu 1 GW radar wąskopasmowy wykrywa cel w odległości 655 km, radar UWB w odległości 310 km. Jak widać, prawie podwojony.
Ale jest inny problem. Jest to nieprzewidywalność kształtu odbitego sygnału. Radar wąskopasmowy działa jako sygnał sinusoidalny, który nie zmienia się podczas podróży w przestrzeni. Zmiana amplitudy i fazy, ale zmiana przewidywalna i zgodnie z prawami fizyki. Sygnał UWB zmienia się zarówno w widmie, w jego domenie częstotliwości, jak iw czasie.
Dziś uznanymi liderami w rozwoju radarów UWB są Stany Zjednoczone, Niemcy i Izrael.
W Stanach Zjednoczonych wojsko posiada już przenośny wykrywacz min AN/PSS-14 do wykrywania różnego rodzaju min i innych metalowych obiektów w glebie.
Ten wykrywacz min jest również oferowany przez Stany Zjednoczone sojusznikom z NATO. AN / PSS-14 pozwala zobaczyć i szczegółowo zbadać obiekty przez przeszkody i ziemię.
Niemcy pracują nad projektem radaru UWB Ka-band „Pamir” o szerokości sygnału 8 GHz.
Izraelczycy stworzyli na zasadach UWB „stenovisor”, kompaktowe urządzenie „Haver-400”, zdolne do „patrzenia” przez ściany lub ziemię.
Urządzenie zostało stworzone dla jednostek antyterrorystycznych. Jest to generalnie osobny typ radaru UWB, bardzo pięknie zaimplementowany przez Izraelczyków. Urządzenie jest naprawdę zdolne do badania sytuacji operacyjno-taktycznej poprzez różne przeszkody.
A dalszy rozwój „Haver-800”, który wyróżnia się obecnością kilku oddzielnych radarów z antenami, pozwala nie tylko badać przestrzeń za przeszkodą, ale także tworzyć trójwymiarowy obraz.
Podsumowując, chciałbym powiedzieć, że rozwój radarów UWB w różnych kierunkach (lądowe, morskie, obrona powietrzna) pozwoli tym krajom, które potrafią opanować technologię projektowania i produkcji takich systemów, znacznie zwiększyć swoje zdolności wywiadowcze.
W końcu liczba schwytanych, poprawnie zidentyfikowanych i wziętych do eskorty z późniejszym zniszczeniem celów jest gwarancją zwycięstwa w każdej konfrontacji.
A jeśli weźmiemy pod uwagę, że radary UWB są mniej podatne na zakłócenia różnych właściwości…
Wykorzystanie sygnałów UWB znacznie zwiększy skuteczność wykrywania i śledzenia obiektów aerodynamicznych i balistycznych podczas monitorowania przestrzeni powietrznej, oglądania i mapowania powierzchni Ziemi. Radar UWB może rozwiązać wiele problemów związanych z lotem i lądowaniem samolotów.
Radar UWB to prawdziwa okazja, aby spojrzeć w przyszłość. Nie bez powodu Zachód jest tak mocno zaangażowany w rozwój wydarzeń w tym kierunku.
