Thales dostarcza pierwszy radar klasy AEGIS

Koncern Thales poinformował o dostarczeniu 27 kwietnia 2021 roku pierwszego, cyfrowego radaru wielozadaniowego Sea Fire. Nowa stacja radiolokacyjna jest jednym z pięciu takich systemów obserwacji, zamówionych przez francuską marynarkę wojenną dla przyszłych fregat bojowo-ekspedycyjnych FDI (Frégate de défense et d'intervention) wywodzących się z programu BELH@RRA (o wyporności 4460 t, długości 122 m i szerokości 17,7 m). Jednostki te są budowane w stoczni Naval Group w Lorient (za około 420 milionów euro za sztukę) i pierwsza z nich („Amiral Ronarc’h”) ma wejść do służby w 2024 roku.

Informacja przekazana przez koncern Thales oznacza przełamanie kolejnej bariery w drodze do zbudowania nowej generacji, francuskich okrętów. Program ten jest realizowany we Francji od kwietniu 2017 r., kiedy Dyrekcja Generalna ds. Uzbrojenia (DGA) zamówiła pięć fregat FDI. Radar Sea Fire jest dla tych okrętów najważniejszym źródłem informacji, pozwalając jednocześnie na prowadzenie dookólnego nadzoru powietrznego i nawodnego oraz na kierowanie uzbrojeniem rakietowym.

Taką wielozadaniowość zapewnia zastosowana konstrukcja stacji radiolokacyjnej. Jej ważną częścią są cztery nieruchome anteny ścianowe, które będą wkomponowane w maszty przyszłych fregat. Ich położenie zostało tak dobrane by zapewnić obserwację dookólną. Podobne rozwiązanie było już wcześniej wdrażane przez koncern Thales na różnego typu okrętach (np. radar APAR na czterech niderlandzkich fregatach typu De Zeven Provinciën, trzech niemieckich fregatach F124 typu Sachsen i trzech duńskich fregatach typu Ivar Huitfeldt). Jednak w przypadku Sea Fire chodzi już o zupełnie nowej generacji stację radiolokacyjną.

Siedem lat na zbudowanie radaru dla fregaty

Pomimo posiadania ogromnych doświadczeń i ciągle realizowanych zamówień, koncern Thales potrzebował aż siedmiu lat, by z sukcesem zakończyć program Sea Fire dostawą gotowego do zamontowania urządzenia. Praca badawczo-rozwojowa nad tą stacją była bowiem realizowana od 2014 roku- i to pod ścisłym nadzorem Dyrekcji Generalnej ds. Uzbrojenia oraz przy współpracy z francuską marynarką wojenną. Zaczęła się więc trzy lata wcześniej niż zamówiono okręty na których Sea Fire miały zostać zamontowane.

„Opierając się na ponad siedemdziesięcioletnim doświadczeniu Thalesa w dziedzinie radarów powierzchniowych, Sea Fire został zaprojektowany, aby pomóc marynarce wojennej w zwalczaniu wszelkiego rodzaju zagrożeń, od wolno poruszających się celów po naddźwiękowe pociski rakietowe. Thales jest dumny, że może być na pokładzie przyszłych fregat FDI z cyfrowym radarem, który zapewnia współczesnym fregatom taką samą moc i osiągi jak niszczyciel i gwarantuje, że dowódcy mogą wypełniać swoją misję z optymalnym poziomem bezpieczeństwa”.

Było to jednak konieczne, ponieważ konstruktorzy okrętu musieli przed jego zaprojektowaniem znać szczegóły budowy stacji radiolokacyjnej odpowiednio przygotowując dla niej cały układ nadbudówki. Dodatkowo sama marynarka wojenna zgłosiła bardzo wiele nowych wymagań, które radar musiał spełniać pozwalając nowym okrętom na zwalczanie konwencjonalnych zagrożeń powietrznych (w tym rakiet balistycznych), zagrożeń powierzchniowych (w tym asymetrycznych), wliczając w to ataki prowadzone z dużą prędkością i nasyceniem. Dodatkowo Francuzi zwiększyli wymagania odnośnie samej obsługi systemu obserwacji, który ma być bardziej przyjazny dla operatorów i serwisu technicznego, jak również zapewniać wymagany poziom cyberbezpieczeństwa.

Efektem tych siedmioletnich prac jest stacja radiolokacyjna pracująca w paśmie „S”, która według Thalesa, „dzięki w pełni półprzewodnikowej, czteropanelowej antenie AESA może jednocześnie wyszukiwać cele powietrzne i powierzchniowe, skanując obszar kilkuset kilometrów kwadratowych z pokryciem 360° w azymucie, 90° w elewacji i niezrównaną częstotliwością odświeżania”.

Takie możliwości uzyskano dzięki odpowiedniemu połączeniu najnowszych technologii radarowych z wyrafinowanym oprogramowaniem. Już samo to, że zastosowano cztery nieruchome anteny, a nie jedną – obrotową, pozwoliło na skrócenie czasu odnowy informacji o sytuacji w całej przestrzeni o co najmniej trzy czwarte. W przypadku „klasycznego” jednoantenowego radaru obserwacyjnego 3D średniego zasięgu taki czas odnowy sytuacji wynosi najczęściej od jednej do dwóch sekund (przy prędkości obrotowej kolejno: 60 obrotów na minutę i 30 obrotów na minutę). W przypadku radarów o antenach nieruchomych ten okres zależy jedynie od szybkości oprogramowania, który co najważniejsze: nie tylko porusza, ale również kształtuje wiązkę antenową (lub wiele wiązek).

I tu dochodzi kolejna zaleta radaru Sea Fire. Dzięki specjalnie dopracowanym aplikacjom, przeszukiwanie przestrzeni przez ta stację wcale nie musi polegać na jednostajnym przesuwaniu wiązki (wiązek) w kącie azymutu, ale na adaptacyjnym wyborze sposobu skanowania. W ten sposób rejony, gdzie istnieje mniejsze prawdopodobieństwo pojawienia się zagrożenia (czyli np. nad „własnym” lądem) mogą być przeszukiwane rzadziej, niż sektory z których spodziewamy się zagrożenia (np. w oparciu o informacje z rozpoznania dalekiego zasięgu).

Przy takiej, adaptacyjnej pracy, istnieje dodatkowo możliwość zarządzania energią wysyłaną z anteny. I tutaj warto przypomnieć jak zbudowana jest każda ze ścian antenowych radaru Sea Fire. Składa się ona tak naprawdę z wielu mini radarów, którymi są takie same, półprzewodnikowe moduły nadawczo odbiorcze sterowane programowo.

Przy obracającej się antenie, w klasycznych stacjach radiolokacyjnych, w dany kąt azymutu praktycznie zawsze wysyłana jest taka sama ilość energii, której ilość zmniejsza się przy większej szybkości obrotowej (zmniejsza się bowiem liczba impulsów wysyłanych przez radar, które trafią w dany punkt przestrzeni).

Próbowano temu zaradzić w najnowszych, aktywnych antenach obrotowych AESA (active electronically scanned array), stosując tzw. „elektroniczne cofanie wiązki”, ale i tak w pewnym momencie, obrót systemu antenowego przerywał wysyłanie impulsów w dane miejsce. Nawet więc przy wykryciu czegoś szczególnie niebezpiecznego (np. pocisków hipersonicznych), na ponowne „sprawdzenie” wskazanego miejsca przestrzeni i np. zwiększenie mocy impulsu na danym sektorze, trzeba było czekać do wykonania pełnego obrotu anteny.

Tymczasem mniejsza ilość energii wypromieniowanej w kierunku określonego obiektu powoduje automatycznie zmniejszenie zasięgu wykrywania – szczególnie w odniesieniu do celów wykonanych w technologii stealth (od których z zasady odbija się w kierunku radaru mniej „energii”). Dodatkowo „cofanie” wiązki, albo nawet zatrzymanie anteny automatycznie ogranicza obserwację w pozostałych sektorach, narażając okręt na zupełnie niespodziewane niebezpieczeństwo.

Rozwiązaniem są w tym przypadku „inteligentne” radary - takie właśnie, jakim ma być Sea Fire. W przypadku wykrycia niebezpieczeństwa generują one bowiem odpowiednią ilość energii w sektor zagrożenia, nie przestając przeszukiwać całego, pozostałego otoczenia. Co więcej technologia w jakiej wykonano antenę (w oparciu o azotek galu GaN) daje znaczny zapas mocy w porównaniu do poprzednich rozwiązań. Można więc czasowo skupić wiązkę, na stałe zwiększając ilość energii wysyłanej w dany sektor, a więc jednocześnie zwiększając zasięg obserwacji nawet o ponad 40% od standardowych osiągów.

Jest to szczególnie przydatne przy śledzeniu celów: bardzo małych - np. klasy RAM (pocisków, rakiet i granatów moździerzowych) lub bardzo szybkich - np. pocisków hipersonicznych. Takie rozwiązanie jest dodatkowo koniczne, gdy chce się wykorzystywać okręt do zwalczania rakiet balistycznych. W pozostałe sektory obserwacji można natomiast  wysyłać „impulsy” sporadycznie, tylko po to by sprawdzać, czy sytuacja tam się nie zmieniła.

Wszystko to odbywa się praktycznie w pełni autonomicznie, dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu operacyjnemu. Jest ono zdolne do przyjmowania dużej ilości informacji z każdego modułu nadawczo-odbiorczego, z jednocześnie wszystkich czterech ścian antenowych. Według Thalesa: „ogromne ilości danych generowanych przez każdy panel - rzędu jednego terabita na sekundę - mogą być przetwarzane przy użyciu zaawansowanych algorytmów w celu optymalizacji działania radaru w jego specyficznym środowisku operacyjnym”. Dodatkowo zadaniem oprogramowania jest również całkowicie zniwelowanie przechyłów okrętów w każdej płaszczyźnie w taki sposób, aby ruch fregaty i falowanie nie wpłynęły w żaden sposób na wiarygodność danych otrzymywanych z systemu obserwacji (np. by nie zostało zerwanie śledzenie atakowanych obiektów powietrznych).

Zaletą nowego radaru Sea Fire ma być również jego prostota obsługi. Według Thalesa zastosowane technologie powodują, że radar Sea Fire ma mieć „dwukrotnie większą dostępność operacyjną niż systemy radarowe wcześniejszej generacji z antenami skanującymi przestrzeń mechanicznie”. Jest on również łatwiejszy w eksploatacji, ponieważ wyeliminowano podatny na uszkodzenia, mechaniczny system obrotowy anteny.

Łatwiejsza jest dodatkowo naprawa, która tak naprawdę może polegać jedynie na wymianie modułu nadawczo-odbiorczego - wskazanego zresztą konkretnie przez system wykrywania niesprawności. Dodatkowo takie uszkodzenie wcale nie oznacza, że radar staje się całkowicie nieużyteczny. Oprogramowanie pozwala bowiem na przejęcie przez pozostałe moduły nadawczo-odbiorcze zadań tych sekcji, które w danym momencie są niesprawne, bez odczuwalnego ograniczania parametrów zasięgowych.

Wieloetapowy program budowy Sea Fire

Radar Sea Fire został wyprodukowany w zakładach Thalesa Limours, na południe od Paryża, jednak w całe przedsięwzięcie zaangażowano całą sieć małych i średnich francuskich przedsiębiorstw.

Produkcja tej stacji radiolokacyjnej rozpoczęła się w maju 2018 r. (a nie jak wcześniej informowano w marcu 2018 r.). Prace realizowano etapami, sprawdzając poszczególne komponenty radaru w miarę ich dostępności. Pierwsza antena była testowana w zakładach Thalesa w Limours. Dwie anteny były już sprawdzane w warunkach zbliżonych do rzeczywistych, na poligonie zakładowym w Saint Mandrier koło Tulonu latem 2019 r.

Pomimo trudności spowodowanych epidemią Covid-19, całe urządzenie, z czterema systemami antenowymi przeszło testy kwalifikacyjne pod koniec 2020 roku i zgodnie z wcześniej założonym harmonogramem zostało dostarczony do stoczni Lorient. To właśnie tam bowiem ma nastąpić integracja radaru Sea Fire na pierwszym okręcie FDI „Amiral Ronarc’h”.