Reklama

Przemysł Zbrojeniowy

Morskie Żyrafy – szwedzkie radary okrętowe [ANALIZA]

Amerykański okręt LCS typu Independence z radarem Sea Giraffe. Fot. Saab.
Amerykański okręt LCS typu Independence z radarem Sea Giraffe. Fot. Saab.

Radary Sea Giraffe, wykorzystujące technologię aktywnego bądź pasywnego skanowania elektronicznego (AESA/PESA) używane są na okrętach na całym świecie. Trafiły m. in. na wyposażenie najnowszych jednostek US Navy, takich jak Litoral Combat Ship (LCS) typu Independence, a także na polskie modernizowane okręty Orkan, uzbrojone w szwedzkie rakiety RBS-15.

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.

image
Brytyjski lądowy radar Giraffe. Fot. Saab

 

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.

image
Korweta typu Visby z radarem Sea Giraffe. Fot. Saab.

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.

 

image
Okręt ORP “Orkan” z wyrzutniami rakiet RBS-15 Mk 3 i radarem Sea Giraffe AMB. Fot. Saab.

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

Reklama

Komentarze (9)

  1. xawery

    Kiedy przeczytamy, że to Polskie produkty, a nie Szweckie, Niemieckie czy amerykańskie. Przykro natomiast czytać, że wydajemy ogromne środki na zakupy uzbrojenia za granicą i jeszcze musimy dopłacić do F35 /a nawet na F16 brakuje kasy na remonty/, że kupujemy stare okręty podwodne, a w kraju remontujemy muzealne T72 itd. Po co podawać inf. że SKW będzie współpracować z AGH, przecież to śmieszne.

  2. Tymon

    Ostatnio gdzieś przeczytałem, że jakieś zachodnie laboratorium (MIT?) opracowało technologię umieszczania diamentowej warstwy pod warstwą GaN. To umożliwi układowi GaN pracę z wyższymi parametrami (bo lepsze odprowadzanie ciepła). To technologia z najwyższej (najtrudniejszej) półki. Rosjanie mogą pomarzyć o parametrach zachodnich radarów (patrząc na współczynnik W mocy radaru/kg masy i parametr energii to zasilającej)

    1. Fanklub Daviena

      Ale wiesz, że w systemach naziemnych czy okrętowych moc/masy to parametr drugorzędny? I to co piszesz to tylko chwilowa przewaga USA w radarach wyższych częstotliwości a w radarach pracujących poniżej pasma X USA nie ma żadnej przewagi? A na samolotach nigdy nie nadrobi tego, że F-16 czy F-35 ma antenę o powierzchni 4x mniejszej od Flankera? Ani tego, że zawsze po jakimś czasie moc/masy na rosyjskich myśliwcach dogania ten parametr (zresztą nie zawsze USA przoduje vide PESA w MiG-31), a antena w F-16 ani w F-35 nigdy nie urośnie? Ani tego, że bez tego moc rosyjskich radarów jest dużo większa niż tych radarków w F-15 i F-35? Wiesz, że na zasięg radaru w jednakowym stopniu wpływają: moc nadawcza, powierzchnia anteny, czułość detektora i tylko w tym ostatnim radary myśliwców USA dorównują rosyjskim? Przy czym amerykańskie myśliwce mają kąt widzenia radarów 90-120 stopni a rosyjskie 240-360 stopni... I wg szacunków (ilość elementów x dostępna moc najlepszego modułu w czasach projektowania radaru F-35, bez uwzględnienia kiepskich możliwości chłodzenia anteny dostępnej w F-35) moc w impulsie (to niewiele mówi, ważniejsza byłaby moc średnia, a tu F-35 wypadnie kiepsko z uwagi na problemy z chłodzeniem anteny) radaru F-35 to najwyżej 17,1 kW (najprawdopodobniej dużo, dużo mniej), tymczasem Irbis-E z eksportowych wersji Su-35 ma 20kW PRZY 4x WIĘKSZEJ POWIERZCHNI ANTENY (czyli już z tego ma ponad 4x większy zasięg) i zbliżonej czułości detektora i ma co najmniej 2x większy kąt obserwacji. I jak już czytasz, to poczytaj też o rosyjskich radarach ROFAR a co do GaN, to poczytaj o chińskich osiągnięciach w tej dziedzinie - to twoje MIT zostało za Chińczykami daleko w tyle, zresztą bez chińskich studentów i rosyjskich oraz chińskich wykładowców poziom amerykańskich uczelni leci na łeb... :)

    2. AlS

      Ciężko komentować całość bzdetów, które popisałeś. Zwłaszcza jedna jasno wskazuje, że nie masz BLADEGO POJĘCIA o czym piszesz. "20kW PRZY 4x WIĘKSZEJ POWIERZCHNI ANTENY (czyli już z tego ma ponad 4x większy zasięg)". Brednie. Zasięg radaru w równaniu radarowym wyraża pierwiastek czwartego stopnia. Zatem po wyciągnięciu mocy P przed równanie, zasięg wędruje pod ułamek w czwartej potędze! W liczniku pozostaje zysk do kwadratu. Umiesz upraszczać ułamki, rzeczy której dzieci uczą się w piątej klasie? Chyba nie, bo byś z miejsca zauważył, że po redukcji w mianowniku zostaje ci zysk do pierwszej, a pod nim dystans do kwadratu. Łopatologicznie - żeby zwiększyć zasięg dwa razy, należy zwiększyć zysk anteny cztery razy. Odsyłam do równania numer 11 na stronie Radar Basics. Przy tym na zysk anteny wpływa jeszcze wiele czynników, nie tylko apertura. "I tylko w tym ostatnim radary myśliwców USA dorównują rosyjskim". W czułości detektora "dorównują"? Litości! Przewyższają je o co najmniej dekadę, jeśli nie dwie. Rosjanom do dziś nie udało się opracować funkcjonalnego AESA na arsenku galu. Najnowsze wersje APG-81 używają już azotku galu, co pomimo utajnienia danych można wywnioskować z oferty dostawcy MMIC dla Raytheona, firmy Qorvo, która jakiś czas temu przeszła całkowicie na technologię GaN. Co z tego wynika? Poza miniaturyzacją MMIC choćby to, że współczynnik sygnał-szum jest w GaN co najmniej czterokrotnie większy niż w GaAs, czyli wykrywa sygnał o czterokrotnie mniejszej mocy. Jak to się ma do zasięgu? Podstaw sobie do równania radarowego, czułość detektora jest w mianowniku, wyciągnij pierwiastek czwartego stopnia. Przy tych samych zmiennych, czterokrotne zmniejszenie wykrywanego sygnału daje wzrost zasięgu o 30%. O MIT to ty się nie martw, są wciąż w rankingu na czwartym miejscu w świecie. Chińskie uczelnie jeszcze długo nawet nie zbliżą się do tego poziomu.

    3. Davien

      Panie funklub to porównanie doskonale pokazujace róznice w mozliwosciach radarów USA i Rosji. Irbis zasieg 200km/400 w trybie dalekiego wyszukiwania dla 3m2, moc maks 20kW i AN/APG-77v1: zasieg 440km standardowy dla RCS 1m2 tez przy mocy 20kW, do tego praca w trybie LPI czyli jak widać do radaru Raptora Rosji brakuja dekady:) ROFAR to pieść dalekiej przyszłosci, moze koło 2100 jakiś Rosja opracuje. Cos jeszcze masz do powiedzenia? A moze cos o AWACS-ach gdzie USA miało PESA a Rosja na A-50/A-50U ciagle ma zwykły radar szczelinowy. Czy moze o fakcie że Rosjanie do tej pory nie potrafia skonstruować radaru AESA dla mysliwca? Bo nawet ich Biełka czyli zwykłaprzeóbka Irbisa o antenę AESA utkneła w miejscu?

  3. ciekawy

    Czy przez saba Chińczycy nie mają kluczowych "danych" tych radarów.

    1. Tubylcy

      Dabr maja juz wzyscy Natomiast kopiowanie nie jest latwe

  4. men

    Dawno twierdziłem że mająca potwierdzenie w przeszłości (40mm plot/37mm ppanc) tradycja współpracy z "Wikingami" szerzej z 'Nordykami" (Norwegia/Finlandia) powinna być jednym z 'wektorów" naszej obronności, ale leżąc na grzbiecie i merdając ogonkiem przed 'jedynym słusznym sojusznikiem" się to nie może udać - niestety

  5. JEREMI

    Czesc. Mam pytanie- czy radar 4A AESA moze naprowadzac rakiety dalszego zasiegu ASTER 30, BARAK 8, albo SM2???

  6. Fanklub Daviena

    Davien a dlaczego USA kupuje radary w Szwecji? Amerykańskie nie są najlepszejsze? I Turcji nie wolno kulować radarów poza NATO a USA wolno? :)

    1. Nikt

      Szwecja jednak od dawna współpracuje z NATO i nie jest klasyfikowana tak samo jak Rosja, na wojne z która tez Szwedzi sie szykuja notabene

  7. ŚWIERGOT

    A gdyby Szwedzi wprowadzili trzy radary umieszczone na jednym maszcie i każdy radar obracał się z różną prędkością wolny radar daleki zasięg radar o średnich obrotach średni zasięg i radar o szybkich obrotach bliski zasięg i wszystkie anteny umieszczone w cylindrycznej tubie zabezpieczającej obracające anteny od czynników atmosferycznych /silny wiatr ,ulewa,czy warunki morskie np sztorm/ cóż ja używam tej konwencji w swoich namiernikach ale Polska nie była zainteresowana więc trzeba pogadać że Szwedami

    1. AlS

      Bo około250 kg wagi anteny Sea Giraffe AMB razy trzy, plus okablowanie, plus ciężar odpowiednio mocnego masztu, osłony, łożysk i napędów, wszystko wysoko ponad środkiem ciężkości, to na niewielkiej jednostce trochę sporo? Weźmy takiego Visby - do nawigowania na uczęszczanych wodach, w trybie nie-stealth, używa zwykłego, cywilnego radaru nawigacyjnego Do zastosowania bojowego ma opisany wyżej Sea Giraffe AMB, do tego dookolną stację ECM Condor CS-3701, wykrywającą promieniowanie radarowe w pasmach do 2 do 18 GHz, zdolną do śledzenia 500 źródeł emisji jednocześnie, plus zaawansowany system optoelektroniczny CEROS 2000 do walki na krótkim dystansie. Jak widać Szwedzi stwierdzili, że taki pasywno-aktywny zestaw namierników zapewnia lepszą świadomość taktyczną, niż taki system z piętrowymi radarami o różnych prędkościach. Akurat inżynierów mają znakomitych, więc nie ma powodu, aby myśleć że przeoczyli coś tak oczywistego.

  8. Bosmanz Pucka

    Smutno trochę jak się patrzy na,Orkana Dac mu MOCNY silnik i pare pionowych MK

  9. Pentagram

    LCS wart wszystkie pieniądze

    1. michalspajder

      Za zlomowanie, zwlaszcza podtyp "Independence". "Freedom" jeszcze cos prezentuje.

    2. Sam

      Wart a chcą je wycofać.

    3. Boczek

      Pójdą oficjalnie do Coast Guard?

Reklama