Morskie Żyrafy – szwedzkie radary okrętowe [ANALIZA]

Radar Sea Giraffe AMB stał się zaczątkiem całej rodziny stacji radiolokacyjnych Sea Giraffe proponowanych obecnie przez szwedzką firmę Saab do różnych zadań i dla różnych platform okrętowych. Obecnie cała rodzina radarów obejmuje trzy modele – Sea Giraffe AMB, Sea Giraffe 1X oraz Sea Giraffe 4A. W antenach Sea Giraffe wykorzystywane są najnowsze dostępne technologie, m.in. AESA z modułami nadawczo-odbiorczymi wykonanymi w technologii azotku galu (GaN). W konstrukcji trzech podstawowych typów morskich stacji radiolokacyjnych wykorzystano szeroko doświadczenia z prac nad radarem artyleryjskim Arthur i lotniczym radarem dla samolotów wczesnego ostrzegania Erieye oraz GlobalEye.

Radary Sea Giraffe, jak sama nazwa wskazuje, są też konstrukcyjnie zbliżone do naziemnych stacji radiolokacyjnych z rodziny Giraffe. Radary tego typu używane są m.in. przez British Army i będą elementem systemu naziemnej obrony powietrznej Sky Sabre, wykorzystującego pociski typu CAMM. Naziemne radary Giraffe i pociski CAMM to też pierwsze zagraniczne sensory i efektory integrowane z amerykańskim systemem zarządzania obroną powietrzną IBCS.

Z kolei radary morskie Sea Giraffe AMB używane są w około 15 krajach na świecie, które eksploatują ponad 500 stacji radiolokacyjnych tego typu w różnych wersjach. Jednym z nich są Stany Zjednoczone. Mając dostęp do radarów produkowanych w USA, Amerykanie zdecydowali się jednak na wykorzystanie Sea Giraffe AMB na okrętach do działań przybrzeżnych LCS typu Independence pod nazwą AN/SPS-77. Wersja oznaczona AN/SPN-50 opracowywana jest dla U.S. Naval Air Systems Command z przeznaczeniem do nadzoru ruchu lotniczego na amerykańskich lotniskowcach oraz okrętach desantowych. Inny wariant wybrano dla najnowszych kutrów patrolowych (OPC) przeznaczonych dla amerykańskiej Straży Wybrzeża.  

Jakie są wspólne cechy radarów Sea Giraffe? Posiadają zdolność wykrywania szerokiego spektrum celów powietrznych: zarówno niewielkich obiektów poruszających się z małą prędkością i na małej wysokości, bezzałogowych statków powietrznych, jak i celów naddźwiękowych. Radary Sea Giraffe posiadają również zdolność wykrywania celów nawodnych i wspierania kierowania ogniem systemu rakietowego i artyleryjskiego, zarówno w przypadku ostrzału celów powietrznych, jak i i nawodnych. 

Radary wykrywają już obiekty o skutecznej powierzchni odbicia poniżej  0,001 m², np. pojedyncze pociski artyleryjskie. Dzięki temu umożliwiają nie tylko wykrycie tego typu zagrożeń, ale również odpowiednie skorygowanie uzbrojenia artyleryjskiego okrętu i to zanim pierwszy pocisk dotrze do celu. 

Przy prędkości obrotowej anteny wynoszącej standardowo 60 obrotów na minutę, obraz odświeżany jest co najmniej raz na sekundę, co pozwala na skuteczne śledzenie nawet celów poruszających się z dużą prędkością i na małej wysokości. W przypadku gdy potrzebny jest większy zasięg można zmniejszyć prędkość do 30 obr/min. W ten sposób zwiększa się zasięg wykrywania i śledzenia celów o około 20%, jednak kosztem czasu aktualizacji położenia celów.

Największy wariant radaru, Sea Giraffe 4A, posiada również wersję z 4 nieruchomymi antenami, rozmieszczonymi w taki sposób, by pokrywały  obszar 360 stopni wokół jednostki. Wówczas możliwe jest skanowanie z częstotliwością większą niż jeden cykl na sekundę, a nawet nieprzerwane oświetlanie wybranych celów dzięki wykorzystaniu technologii AESA. Umożliwia to wykorzystanie trybu HDM (Hypersonic Detection Mode) pozwalającego na wykrywanie i śledzenie obiektów powietrznych poruszających się z szybkością hipersoniczną z krótkim czasem rozpoczęcia ich śledzenia, przy zapewnieniu odpowiedniej dokładności śledzenia oraz możliwości dowolnego zwiększania częstotliwości aktualizacji sytuacji. 

Na przeciwległym krańcu spektrum znajduje się tryb pracy ELSS (Enhanced Low Small and Slow) pozwalający na rozróżnienie jednocześnie wykrywanych ptaków i niewielkich, bezzałogowych maszyn latających. Wszystkie tryby pracy, wraz z trybem śledzenia celów powierzchniowych (naziemnych i nawodnych) mogą być wykorzystywane jednocześnie, co przyśpiesza klasyfikację celów i umożliwia jednoczesne wykorzystanie jednego radaru do różnych zadań. Związane jest to z wprowadzeniem dwóch, pracujących jednocześnie kanałów obróbki sygnałów: dla celów powietrznych (wykrywanych na zasadzie efektu Dopplera) w czterech wymiarach i obiektów nawodnych (wykrywanych na zasadzie efektu Dopplera) w trzech wymiarach.

Radary Sea Giraffe dostępne są w trzech wariantach, zróżnicowanych pod względem pasma częstotliwości, rozmiarów anteny, masy i zasięgu.

Sea Giraffe 1X

Najmniejszy z dostępnych radarów to Sea Giraffe 1X, którego nazwa jest łatwa do rozszyfrowania – jest to radar działający w paśmie X wyposażony w antenę o długości około 1 metra. Masa tego radaru wraz z anteną IFF i mechanizmem obrotowym nie przekracza 100kg. Może być wykorzystywany na małych jednostkach, ale również jako uzupełnienie większych radarów, na przykład systemów przeciwlotniczych bardzo krótkiego zasięgu VSHORAD. Antena chłodzona jest powietrzem, prędkość obrotowa to 60 obrotów na minutę. Zapewnia wysoką częstotliwość odświeżania w poziomie w zakresie 360 stopni.

Radar oparty jest na technologii GaN i wykorzystuje technologię AESA. Pokrycie  azymutu w 360 stopniach i elewacji > 70 stopni zapewniane jest przez mechaniczny obrót w azymucie i skanowanie elektroniczne w elewacji - rozwiązanie określane niekiedy mianem AESA 1D (jednowymiarowe). Skanowanie elektroniczne w elewacji służy zarówno do kompensacji przechyłów, jak i rozkładu wiązki transmisyjnej (rozkład energii w elewacji). Odbiór zapewnia 14 równoległych wiązek odbiorczych pokrywających obszar od poziomu horyzontu do ponad 70 stopni w elewacji. Wiązki odbiorcze działają równolegle i co sekundę aktualizują pokrycie całego wolumenu.

Cała antena składa się z modułów nadawczo-odbiorczych umożliwiających  jednoczesne wykrywanie i śledzenie wielu obiektów, podczas każdego cyklu obrotu anteny. Zasięg instrumentalny to 100 km, a rozpoczęcie śledzenia obiektu zależy od powierzchni odbicia celu. Przykładowo typowy myśliwiec wielozadaniowy o skutecznej powierzchni odbicia około 1 m² zostanie wykryty na odległość co najmniej 40 km.

Sea Giraffe AMB 

Sea Giraffe AMB to stacja wyposażona w antenę o wysokości około 2 metrów, działająca w paśmie C, o zasięgu instrumentalnym 180 km. Przeznaczona jest dla małych i średnich okrętów, do klasy fregaty włącznie. Podobnie jak Sea Giraffe 1X jest to radar trójwspółrzędny z anteną PESA 1D z elektronicznym przeszukiwaniem w elewacji, obracającą się z prędkością 60 lub 30 obrotów na minutę. Zapewnia szybkie przeszukiwanie całego obszaru. Prędkość obrotową praktycznie ogranicza jedynie konieczność dostarczenia wystarczającej liczby impulsów do danego sektora elewacji umożliwiającej wykrycie (im szybciej antena się obraca, tym mniej impulsów trafia w dany obszar przestrzeni).

Pod względem możliwości stacja ta plasuje się pomiędzy Sea Giraffe 1X a znacznie większą i cięższą Sea Giraffe 4A, zapewniając podobne możliwości operacyjne co ta pierwsza jednak przy istotnie większym zasięgu wykrywania i śledzenia celów. Na przykład Sea Giraffe AMB wykryje cel o skutecznej powierzchni odbicia około 1 m² z odległości 80 km, a więc dwukrotnie większej niż stacja działająca w paśmie X. System w najnowszym wariancie zdolny jest do jednoczesnego śledzenia 200 celów powietrznych i 400 obiektów nawodnych. Dla porównania, zastosowana na polskich okrętach rakietowych typu Orkan stacja Sea Giraffe AMB wersja A ma możliwość śledzenia 100 obiektów latających i 100 obiektów nawodnych.

Zastosowanie tego rodzaju radaru pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie miejsca na pokładzie. Ponadto upraszcza budowę okrętowego systemu obserwacji, a także skraca czas reakcji na zagrożenia (przekazując informację z radaru bezpośrednio do systemów uzbrojenia). Te cechy są istotne zwłaszcza w przypadku niezbyt dużych jednostek, działających w strefie przybrzeżnej, gdzie zarówno zmienność sytuacji, jak też ilość zagrożeń i zakłóceń może być bardzo duża, a czas na reakcję krótki.

Sea Giraffe 4A 

Największy i najbardziej zaawansowany wariant radaru, wyposażony w antenę (lub anteny, w przypadku wersji nieruchomej) w układzie określanym jako „Full AESA” lub AESA 2D to stacja Sea Giraffe 4A. Posiada antenę o powierzchni około 4 metrów kwadratowych składającą się z modułów nadawczo-odbiorczych, które elektronicznie kształtują wiązkę zarówno w pionie (elewacji) jak też w poziomie (azymucie). Oznacza to, że nawet nieruchoma antena jest w stanie skanować całą przestrzeń, jaka się przed nią znajduje. Możliwość tę wykorzystano w wariancie oznaczonym jako Sea Giraffe 4A FF (ang. Fixed Face), który zamiast anteny obrotowej posiada cztery anteny nieruchome. W przypadku tego radaru przeszukiwanie dookólne zapewnia się poprzez odpowiednie rozstawienie anten na nadbudówkach lub masztach jednostek pływających (podobnie jak np. na amerykańskich okrętach z systemem AEGIS).

Wymaga to jednak odpowiednio dużej jednostki i rozmieszczenia anten pokrywającego obszar 360 stopni wokół okrętu. Nieruchome anteny zapewniają nie tylko stałe śledzenie dookólne, ale umożliwiają też odświeżanie informacji w cyklu niemal ciągłym (niezależnym od prędkości obrotowej anteny). Jest to szczególnie istotne przy zwalczaniu celów o bardzo wysokiej prędkości (na przykład hipersonicznych) lub też wykonujących manewry na bardzo małej wysokości i o niewielkiej skutecznej powierzchni odbicia.   

Zarówno obrotowa wersja Sea Giraffe 4A, jak i nieruchoma Sea Giraffe 4A FF działają w paśmie S i zachowano w nich wszelkie zalety stacji radiolokacyjnej Sea Giraffe AMB, a więc wysoką wydajność w połączeniu z niewielkim rozmiarem i małą masą, łatwość użytkowania i obsługi technicznej oraz stosunkowo niskie koszty eksploatacji. Zasięg instrumentalny tej wersji wynosi 400 km.

Wszystkie trzy przedstawione typy radarów należących do tej samej rodziny zapewniają wyposażonym w nie okrętom możliwość wykrywania i śledzenia zarówno obiektów morskich jak i celów powietrznych w szerokim zakresie parametrów. Mogą dostarczać danych zarówno do systemów ofensywnych, jak też obrony powietrznej jednostek pływających. Umożliwiają zwalczanie pełnego spektrum zagrożeń: od dronów, przez pociski artyleryjskie aż po pociski manewrujące, w tym naddźwiękowe. Dostarczają również danych o celach morskich, pozwalając na naprowadzanie zarówno artyleryjskich, jak i rakietowych systemów uzbrojenia. Niewielka masa i wymiary poszczególnych radarów umożliwiają ich instalacje na relatywnie niewielkich jednostkach, a także łączenie różnych radarów w komplementarne systemy pokładowe o wysokiej niezawodności.  

Artykuł przygotowany we współpracy z Saab