Radary AESA - główne zalety

Radary z aktywnym skanowaniem elektronicznym Active Electronically Scanned Array (AESA) są uważane za jeden z najbardziej nowoczesnych systemów wykrywania i naprowadzania uzbrojenia m.in. dla modernizowanych samolotów obecnych i kolejnych generacji. Zapewniają one wysoką rozdzielczość, szeroki zakres kąta przeszukiwania/nadzoru, zwiększany zasięgu wykrywania i śledzenia celów (w tym dużych grup manewrujących obiektów) a także większą od klasycznych rozwiązań odporność na zakłócenia.

W radiolokatorach typu AESA elementy generujące falę odpowiedniej częstotliwości są zdecentralizowane i wkomponowane w antenę w formie modułów nadawczo-odbiorczych (np. radar AN/APG-81 samolotu wielozadaniowego F-35A ma w budowie sieć ponad 2000 takich modułów) tworzących tzw. szyk antenowy. Dzięki temu są one dużo bardziej wszechstronne oraz niezawodne (średni czas międzyawaryjnej pracy jest od 4 do 5 razy wyższy niż dla klasycznych rozwiązań). Ich układy elektroniczne oraz monolityczne mikrofalowe układy scalone oparte są na azotku galu (GaN) na podłożu z węglika krzemu (SiC). W porównaniu do wcześniej wykorzystywanego arsenku galu (GaAs) charakteryzują się zdolnością do przewodzenia prądu o dużo większym napięciu z mniejszymi stratami energii, lepszą przewodnością cieplną oraz wyższym napięciem przebicia.

Samo zbieranie i klasyfikacja danych zewnętrznych w takich systemach musi odbywać się z bardzo dużą prędkością (zapewniającą przechwytywanie, zmianę i retransmisję sygnałów radarowych) pozwalającą na szybkie zmiany sygnałów. Wobec powyższego procesory analizy sygnałów w nowoczesnych rozwiązaniach tych radiolokatorów muszą być równie adaptacyjne i dostosowywać się do zmiennej emisji.

Główną zaletą radarów z anteną aktywną nad tymi z anteną pasywną - Pasive Electronically Scanned Array (PESA) jest zdolność generowania wielu wiązek o różnych częstotliwościach. Dodatkowo te pierwsze mają też mozliwość generowania zakłóceń elektronicznych, mogą być wykorzystywane do komunikacji oraz najprawdopodobniej jako broń mikrofalowa.

Jednak uważa się, że zarówno radiolokatory typu PESA jak i AESA są zagrożone w przypadku właściwie przeprowadzonego cyberataku, którego działanie powoduje „oślepienie” radaru, ale także wpływa na działanie sieci i systemów obróbki danych, do których przesyłane są informacje uzyskane za jego pomocą. Innym zagrożeniem jest fakt, że radiolokator typu AESA zasadniczo działa w systemie automatycznego przeszukiwania i wychwytywania sygnałów bez analizy ich pochodzenia czy własności a to pozwala na zainfekowanie systemów elektronicznych radaru jak i nadzorujących cały system uzbrojenia, jakim jest samolot.

Zachodnie samoloty myśliwskie i wielozadaniowe są wyposażane (lub trwają ostatnie testy) w stacje radiolokacyjne ze skanowaniem fazowym. Do najbardziej znanych konstrukcji należą radiolokator AN/APG-83 SABR dla F-16, AN/APG-63(v)3 dla F-15C, AN/APG-81 wprowadzony dla F-35A, AN/APQ-181 użyty na B-2A, RBE2 samolotu Rafale , Raven ES-05 przeznaczony dla Gripen NG czy Captor-E wybrany dla Eurofightera Typhoon. 

Najnowsze radiolokatory ze skanowaniem elektronicznym zbudowane w Rosji

Po rozpadzie ZSSR w Rosji działają praktycznie dwa biura zdolne do opracowania radarów typu PESA i AESA. Są to położone w mieście Żukowskie NIIP im. Tichomirowa  i Fazotron-NIIR z Moskwy. Oba mają duże doświadczenie w opracowaniu systemów radiolokacyjnych i duże możliwości w zakresie ich rozwoju. Ale wcześniejszy kryzys w rosyjskich badaniach nad nowymi systemami uzbrojenia, utrata wielu wybitnych specjalistów, niedoinwestowanie samych badań czy konieczność współpracy z wieloma kooperantami i importu niektórych elementów powodują, że proces tworzenia nowych rozwiązań, badań i testów jest bardzo długi a końcowe wyniki w wielu obszarach odbiegają od tych uzyskiwanych na zachodzie.

Najnowszy, wdrożony do eksploatacji samolot Sił Powietrznych Federacji Rosyjskiej - WWS FR (Wojenno-Wozdusznije Siły Rosijskoj Federacjii) – Su-35 jest wyposażony radar typu PESA N035 Irbis (eksportowa wersja Irbis-E) opracowanego przez NIIP im. Tichomirowa. Jest to system radiolokacyjny będący rozwinięciem stacji Bars (Su-30MKI). Wykorzystuje on część bloków z Barsa,  w tym synchronizator, odbiorniki niskiej i wysokiej częstotliwości  i generator zadający. Irbis ma dwustopniowe mocowanie, nowy system obliczeniowy (zbudowany w oparciu o komputery  Soło-35.01 i Soło-35.02) oraz nowe oprogramowanie. Jego przewaga nad Barsem  wynika z większego zakresu częstotliwości roboczych, większej strefy obserwacji i zasięgowi wykrywania, większej rozdzielczości oraz większej odporności na zakłócenia.

Może on jednocześnie obserwować do 30 celów powietrznych a osiem z nich śledzić z dokładnością wystarczającą do użycia rakiet z aktywnym naprowadzaniem radiolokacyjnym. Dwa cele mogą być zwalczane jednocześnie z użyciem rakiet z naprowadzaniem półaktywnym (wymagane podświetlenie celu). W działaniu przeciw celom naziemnym Irbis może śledzić jednocześnie do czterech celów i kartografować powierzchnię ziemi. W układzie kombinowanym radar może śledzić jednocześnie powierzchnię ziemi i przestrzeń powietrzną z jednoczesną zdolnością do naprowadzania rakiet naprowadzanych aktywnie na jeden cel powietrzny.

Średnia moc przekaźnika w zakresie obserwacji przestrzeni powietrznej wynosi 5 kW (szczytowa 20 kW) co daje możliwość obserwacji celu o skutecznej powierzchni odbicia (SPO) 3 m² z odległości nie mniejszej niż 350÷400 km na kursie spotkaniowym i nie mniej niż 150 km w pościgu (cele o SPO ok. 0.01 m² wykrywa na odległościach rzędu 90 km). Irbis-E może automatycznie rozpoznać takie parametry celu jak duży, mały, średni lub typ statku powietrznego – śmigłowiec, pocisk manewrujący itp. (biblioteka celów składa się z ok. 20 typów statków powietrznych). Ma on zdolność do określania liczby celów w grupie - z odległości 50 km rozróżnia cele będące w odległości 50÷100 metrów od siebie.   

Stacja radiolokacyjna Irbis przez wielu specjalistów jest uważana za najlepszy system typu PESA zamontowany w myśliwcu na świecie, a pod pewnymi względami również przewyższająca obecne radary typu AESA.

W innym zmodernizowanym myśliwcu przechwytującym Mig-31M zmodernizowano radar typu PESA do wersji oznaczonej Zasłon-AM (system Zasłon był pierwszym radiolokatorem ze skanowaniem elektronicznym zastosowanym w myśliwcu na świecie). Otrzymał on nowy komputer i oprogramowanie. Zasięg wykrywania celów powietrznych wynosi około 300 km a sam radar może śledzić do 24 celów i na 8 z nich równocześnie naprowadzać rakiety. Projekt i zakres modernizacji opracowano również w NIIP im. Tichomirowa.

Firma Fazotron-NIIR opracowała radar AESA  Żuk-AE dla myśliwca Mig-35. Korzysta on z modułów nadawczo-odbiorczych opracowanych w firmie Mikran z Tomska. Jego podstawowy blok składa się z czterech modułów. Nowszy Żuk-M2E posiada szczelinową antenę i ma zasięg wykrywania obiektu wielkości myśliwca ok. 120 km (niektóre źródła podają wartość 180 km). Może jednocześnie śledzić do 20 celów i naprowadzać rakiety na 2-4 z nich. Jest też około 120 kg lżejszy od poprzedniej wersji. Rosjanie podali, że najnowsze wersje tego radary wykonywane są w oparciu o technologię druku modułów nadawczo-odbiorczych.

Na China Airshow 2016 zaprezentowano najnowszą wersję tego radaru Żuk-AME. Nowa stacja jest zdolna dośledzenia ponad 30 celów powietrznych i naprowadzania rakiet na ponad 6 z nich (na 4 cele lądowe). Nowy radar charakteryzuje się zwiększoną odpornością na zakłócanie oraz zwiększoną odpornością na prace w szczególnych warunkach. Może on pracować w układzie kombinowanym czyli śledzić jednocześnie powierzchnię ziemi i przestrzeń powietrzną, przekazywać pozyskane dane do innych systemów walki oraz prowadzić walkę elektroniczną. Jego układy nadawczo-odbiorcze są wykonane w technologii LTCC (low-temperature co-fired ceramic). Według deklaracji konstruktorów, nowy radiolokator posiada 50% wzrost możliwości w porównaniu z poprzednią wersją (np. zasięg wykrywanie obiektów powietrznych wzrósł do ponad 260 km). Masa tego systemu wynosi ok. 100 kg.

NIIP im. Tichomirowa opracowuje poszczególne elementy składowe radaru Sz121 (N036) dla myśliwca piątej generacji PAK FA/T-50. W 2005 roku została zatwierdzony projekt techniczny tego systemu radiolokacyjnego w skład którego wchodzi m.in. radar celowniczy zakresu centymetrowego (pasmo X) z trzema antenami (przednią i dwiema bocznymi), system walki elektronicznej,  system określania przynależności państwowej umieszczony w krawędzi natarcia skrzydła samolotu pracujący w zakresie decymetrowym (pasmo L) oraz radar zakresu milimetrowego (pasmo Ka) w podwieszanym zasobniku. Największa antena przednia (celownicza) jest odchylana o około 15⁰ do góry a boczne również o ok. 15⁰ do dołu.

NIIP podkreśla, że zastosowana w procesie opracowania technologia oraz poszczególne elementy składowe są wyłącznie rosyjskiego pochodzenia. M.in. podstawowy moduł nadawczo-odbiorczy został wykonany przez NII Istok z Friazino. Poszczególne bloki tego radaru składają się z poziomych „pasków” zawierających wiele modułów (np. dwa dolne radaru celowniczego zawierają odpowiednio 12 i 16 modułów). Pojedyncze elementy nadawczo-odbiorcze anten aktywnych wykonano na bazie GaAs. Prawdopodobny kąt obserwacji takiej anteny wynosi ±60⁰. Zintegrowany system cyfrowy zostanie opracowany w oparciu o komputer  Soło-21. Radar jest w stanie wykryć i śledzić do 60 celów powietrznych w zasięgu do 400 km i naprowadzać uzbrojenie na 16 z nich.

Podsumowanie

Najnowsze stacje typu AESA budowane w Rosji nadal są na etapie badań i rozwoju choć przedstawiciele firm zajmujących się ich opracowaniem twierdzą, że przeszły one pełny cykl prób i uzyskały stosowane certyfikaty umożliwiające podjęcie seryjne produkcji. Nawet gdyby tak było to rozpoczęcie ich masowej produkcji i eksploatacji w WWS FR nie będzie zadaniem łatwym, a przy tym będzie bardzo kosztowne.

Ich elektronika nadal oparta jest na GaAs. Poza tym dla firmy Fazotron wykonuje je przedsiębiorstwo  nie specjalizujące się w elektronice o zastosowaniu militarnym a NIIP w przeszłości importował te i inne elementy składowe stacji. Różne układy i systemy dla tych stacji są budowane w kilkunastu miejscach rozrzuconych po całej Rosji, co nie sprzyja procesowi szybkiego zakończenia badań i testów oraz rozpoczęcia produkcji seryjnej.

Według samych firm rosyjskich w szybkim rozwoju tych radarów utrudnienie jest nawet to, że producenci samolotów bojowych nie wywiązują się z planowanych terminów dostarczania zespołów płatowców na których mają one być umieszczone oraz co bardzo zaskakuje nie posiadają latającego laboratorium. Wszystkie te czynniki wpływają także na niskie możliwości eksportowe rosyjskich systemów radiolokacyjnych do nowoczesnych myśliwców i samolotów wielozadaniowych.

Obecnie na  zachodzie rozwija się już nowe, e technologie takie jak inteligentne kodowanie sygnałów, technologie wielokrotnego wejścia i wyjścia (MIMO), cyfrowe kształtowanie wiązki czy RadCom (technika radiolokacyjno-komunikacyjna). Są to bardzo zaawansowane badania mające na celu zwiększenie możliwości stacji radiolokacyjnych oraz zapewnienie ich odporności na zakłócenia i różne formy ataków z „zewnątrz”. Jest mało prawdopodobne by rosyjskie firmy równolegle opanowały te technologie i w następstwie, szybko opracowały stacje radiolokacyjne o podobnych możliwościach.