W każdym pojedynku większe szanse na zwycięstwo ma ten, który pierwszy strzeli. Aby nie strzelać na oślep, trzeba wiedzieć, gdzie jest przeciwnik. W lotnictwie od dawna podstawowym i ciągle najlepszym systemem wykrywania pozostaje radar. To niegdyś potężnych rozmiarów urządzenie przeszło szybką miniatu­ryzację i równie szybki wzrost osiągów: od prostego dwuwymiarowego wskazywania położenia samolotu do zdolności do określenia dokładnego położenia, kursu, prędkości, a nawet typu obserwowanego obiektu przy jedno­czesnym prowadzeniu walki elektro­nicznej i obserwacji powierzchni ziemi. Takimi zdolnościami dysponują radary z aktywnym elektronicznym skanowaniem fazowym (Active Electro­nically Scanned Array – AESA), o których jest ten artykuł.

Podstawy działania radaru

Zasadza działania radaru jako takiego jest stosunkowo prosta. Źródło zasilania wytwarza energię, która poprzez antenę jest emitowana w postaci fali elektromagnetycznej. Fala rozchodzi się z prędkością światła w kierunku, w który jest skierowana antena. Po natrafieniu w przestrzeni na obiekt (na przykład samolot czy statek) część wyemitowanej fali powraca do anteny w postaci echa radarowego. Komputer porównuje czas wysłania sygnału z czasem jego odebrania i, znając prędkość fali, określa dystans do celu.



Radiolokator może również określić kierunek przemieszczania się obiektu i jego prędkość, wykorzystując efekt Dopplera. Polega on na zmianie częstotliwości fali radiowej odbitej od ruchomego celu. Radar emituje fale o stałej często­tliwości i odbiera odbite fale, porównując częstotliwość fali wysłanej z częstotliwością fali odbitej. Gdy fala radiowa nadawana przez radar trafia na ruchomy cel, jej częstotliwość ulega zmianie w zależności od prędkości poruszającego się celu.

Jeśli cel porusza się w kierunku radaru, fala odbita od celu ma wyższą częstotliwość niż ta, którą radar wysłał. Natomiast gdy cel się oddala, częstotliwość fali radiowej odbitej od celu jest niższa niż częstotliwość fali wysłanej. Różnica między częstotliwością fali wysłanej a odbitej jest nazywana przesunięciem Dopplera i jest proporcjonalna do prędkości ruchomego celu. Dzięki temu radar jest w stanie obliczyć tę prędkość i określić, czy jest on statyczny czy porusza się, a także – w jakim kierunku i z jaką prędkością.

Bristol Beaufighter Mk. VIF wyposa­żony w stację radio­loka­cyjną AI Mk. IV – pierwszy stosowany bojowo na dużą skalę pokładowy radar lotniczy. Antena w kształcie podwójnej strzałki na nosie to antena nadawcza.
(CH 15214 / Imperial War Museums)

Trudnym zagadnieniem było określanie wysokości lotu celu. Najpierw wykorzystywano w tym celu kilka anten odbiorczych, które, porównując czas odebrania echa radarowego, metodą triangulacji ustalały wysokość. We współczesnych radarach z pojedynczą anteną nadawczo-odbiorczą wykorzystuje się w tym celu trygonometrię. Komputer sterujący radarem potrafi określić linię poziomą w stosunku do kąta anteny. Wraz z celem powietrznym tworzy to trójkąt prostokątny, w którym odcinek od anteny do celu jest przeciw­prosto­kątną, a odcinek od celu do powierzchni ziemi jest przeciw­ległą przy­prosto­kątną. Znając kąt podniesienia anteny i dystans do celu, wykorzystując funkcję sinus określoną w trójkącie prostokątnym jako stosunek przyprostokątnej przeciw­ległej i przeciw­prosto­kątnej, można obliczyć długość tej pierwszej, która, jak wspomniano, jest odległością od celu do powierzchni ziemi czyli wysokością lotu.



Antena z szykiem fazowanym

Pierwszym krokiem w kierunku radarów AESA było opracowanie anteny z szykiem fazowanym. Klasyczna antena radarowa jest poruszana mechanicznie, a fala elektromagnetyczna jest emitowana tam, gdzie skierowana jest antena. Natomiast w przypadku anteny z szykiem fazowanym sama antena pozostaje nieruchoma, a fala radarowa jest kiero­wana za pomocą elektroniki. Jedno­cześnie trzeba dodać, że czasami, dla poszerzenia pola obserwacji, również tę antenę montuje się stanowisku ruchomym.

Antena taka składa się z wielu elementów nadawczych, ustawionych w taki sposób, aby fale radiowe były emitowane w określonym kierunku i tworzyły wypad­kową wiązkę promieniowania. Szyk fazowany anteny działa poprzez kontrolowanie faz sygnału emitowanego przez poszczególne elementy anteny. Każdy element nadawczy ma indywidualnie kontrolowaną fazę sygnału, co pozwala na zmianę kierunku promieniowania w czasie rzeczywistym bez ruchu mechanicznego całej anteny.

Odpowiednie ustawienie faz poszcze­gólnych elementów anteny umożliwia skupienie wiązki promie­niowania w określonym kierunku. Kontrolowanie faz sygnału odbywa się przez zastosowanie linii fazowych, które wprowadzają odpowiednie opóźnienia fazowe dla poszczególnych elementów nadawczych. Linie te mają różne długości, co powoduje, że sygnał radiowy dochodzący do emiterów jest opóźniony o różne wartości fazowe. Dzięki temu fale radiowe emitowane przez poszczególne emitery są zsynchronizowane z odpowiednią fazą, co pozwala na skupienie wiązki promieniowania w określonym kierunku.

Instalacja AN/FPQ-16 PARCS.
(US Air Force)

Anteny z szykiem fazowanym zaczęto stosować wraz z rozwojem elektroniki i wzrostem rozmiarów samych anten. Te największe zajmowały całe budynki i ich obracanie mechaniczne byłoby bardzo skomplikowanie, a często też niepotrzebne. Te największe radary często służyły jako środki rozpoznania dalekiego zasięgu w ramach systemów obrony przeciwrakietowej w czasie zimnej wojny i były rozmieszczone w taki sposób, aby stale obserwować jedynie kierunki, z których mógł nadjeść spodziewany atak. Takim radiolokatorem był na przykład amerykański General Electric AN/FPQ-16 Perimeter Acquisition Radar Attack Characterisation System, wprowadzony do służby w 1975 roku. Co ciekawe, radar nadal pozostaje w użytku w bazie Cavalier Space Force Station w Dakocie Północnej i jest na stałe skierowany na północ. Do tej grupy radarów zalicza się również AN/SPY-1 i kolejne wersje stosowane na okrętach z systemem Aegis. W późniejszych wersjach wyewoluował on w radar AESA.



Chociaż nie jest to bezpośrednio związane z rodzajem wykorzystywanej anteny – bo przecież antenę obracaną również można zatrzymać, żeby obserwowała tylko w jednym kierunku – warto wspomnieć, dlaczego do niektórych zastosowań wykorzystanie anteny nieruchomej jest korzystniejsze. Jest to dobrze widoczne właśnie w obronie przeciwrakietowej. Załóżmy, że antena obraca się z prędkością 360 stopni na sekundę. Pojazd powrotny rakietowego pocisku balistycznego z głowicami jądrowymi przy wejściu w atmosferę porusza się z prędkością około 6–8 kilometrów na sekundę. Tak więc pomiędzy jednym a drugim podświet­leniem przez radar głowice mogą się przemieścić właśnie o sześć do ośmiu kilometrów, co czyni naprowadzenie interceptorów właściwie niemożliwym. Stąd lepsze jest wykorzystanie anteny nieruchomej, stale patrzącej w jedno miejsce.

Radar AESA

Radar z aktywnym elektronicznym skano­waniem fazowym bazuje na antenach z szykiem fazowanym. Głowna różnica polega na tym, że w tych drugich wiele elementów nadawczych emitowało sygnał wytwarzany przez pojedynczy emiter, a w radarach AESA każdy taki element jest osobnym modułem nadawczo-odbiorczym (Transmit/Receive Module – TRM). Każdy moduł to jakby osobny miniaturowy radar, który sam wytwarza energię, zamienia ją w fale i transmituje, a następnie odbiera echo.

Podobnie jak w antenie z szykiem fazowanym sterowanie kierunkiem wiązki odbywa się elektronicznie, ale, w odróżnieniu od starszych radarów, w urządzeniach klasy AESA radar może wykonywać kilka funkcji jednocześnie, ponieważ każdy moduł TRM generuje własny promień. Przykładowo część modułów TRM może skanować przestrzeń powietrzną na północy w poszukiwaniu samolotów, a w tym samym momencie inne moduły obserwują północny wschód w poszukiwaniu pocisków manewrujących. Dodatkowo moduły TRM wyznaczone do poszukiwania samolotu mogą trans­mitować fale o innej częstotliwości niż te wyznaczone do wykrywania pocisków.

Tę samą właściwość można wykorzystać do innych celów. Tak jak w radarze do obrony przeciwrakietowej cześć modułów TRM może stale podświetlać wybrany cel, naprowadzając nań uzbrojenie, podczas gdy inne moduły przeszukują pozostałą część przestrzeni powietrznej lub nawet nieba i ziemi. Takie zachowanie radaru utrudnia również zakłócenie. Środki walki elektronicznej Electronic Support Measures (ESM) wykrywają źródła emisji elektromagnetycznych, a identyfikacja odbywa się na podstawie porównania charakterystyki odebranego sygnału z zapisaną w pamięci biblioteką danych. Radar AESA transmitujący równocześnie wiele wiązek o różnej charakterystyce (możliwe jest nawet wysyłanie fal o innej częstotliwości w każdym impulsie) może być dla systemu ESM widoczny jako urządzenie emitujące przypadkowe sygnały i przez to trudniejszy do powiązania z danymi z biblioteki, a więc trudniejszy do identyfikacji i zagłuszania.



Ponadto radary AESA odznaczają się kilkoma innymi zaletami: są mniej wrażliwe na szumy i zakłócenia pochodzenia naturalnego, a także bardziej niezawodne. W odróżnieniu od radarów klasycznych z pojedynczą anteną, w których po uszkodzeniu jednego elementu najczęściej cały radar przestaje działać, w radarach AESA usterka czy zniszczenie pojedynczego czy nawet wielu modułów TRM nie wpływa na pracę pozostałych, więc spadek możliwości radaru jest niewielki. Ponadto radar AESA jest łatwiejszy w naprawie, ponieważ poszczególne moduły TRM można zwyczajnie wyjąć i wstawić nowe niemal na zasadzie plug-and-play, bez potrzeby wymiany całej anteny. Zwiększona niezawodność odnosi się również do mniejszej liczby ruchomych części, a więc mniejszej szansy na usterkę mechaniczną. Chociaż odnosi się to do większości radarów AESA, to nie do wszystkich, bo przykładowo prze­znaczony dla Eurofightera Captor-E jest zainstalowany na ruchomym przegubie, dzięki czemu pole obserwacji na boki może być dodatkowo zwiększone.

Wizualizacja radaru Captor E w nosie Typhoona.
(Airbus)

Wyposażenie nowo produkowanych wielozadaniowych samolotów bojowych w radar AESA jest rynkowym stan­dardem. Ponadto urządzenia tego rodzaju są instalowane również na starszych samolotach w ramach programów moderni­zacyjnych. Przyj­rzyjmy się wybranym konstrukcjom produkcji zachodniej, bo o nich jest najwięcej rzetelnych informacji.

Radary AESA produkcji amerykańskiej

Pionierem w opracowywaniu radarów AESA w Stanach Zjednoczonych był Raytheon, który wprowadził na rynek radiolokator AN/APG-63(V)2 jako wyposażenie dla modernizowanych myśliwców F-15C Eagle. Łączy on elektronikę od dawna stosowanego na F-15 i cieszącego się dobrą opinią – ze względu na niezawodność i dobre parametry – radaru AN/APG-63(V)1 z lat dziewięćdziesiątych z nieruchomą anteną AESA. W 2006 roku pojawił się AN/APG-63(V)3, łączący rozwią­zania tech­niczne modelu (V)2 i radaru AN/APG-79 stosowanego w myśliwcach F/A-18E/F Super Hornet. AN/APG-63(V)3 jest instalowany nie tylko w amerykańskich F-15C, ale również w singapurskich F-15SG i saudyjskich F-15SA.

Także F-15E są wyposażone w radary AESA, ale AN/APG-82(V)1. Jego antena i źródło zasilania pochodzą z APG-63(V)3, ale procesor sygnałów Common Integrted Sensor Processor ponownie pochodzi z APG-79. Ten sam model jest instalowany w nowych F-15EX oraz izraelskich F-15I i japońskich F-15J. Radar jest wyposażony w nowy system chłodzenia, a także filtry częstotliwości Radio Frequency Tunable Filters umożliwiające jednoczesną pracę radaru i systemów walki elektronicznej bez wzajemnych zakłóceń.



Wspomniany już kilkukrotnie Raytheon AN/APG-79 był pierwszym radarem AESA wykorzystującym w modułach nadawczo/odbiorczych azotek galu (GaN). Jest to zaawansowany półprzewodnik, który dzięki efektywnemu wykorzystaniu energii zwiększa zasięg radaru i poprawia zdolność przeszukiwania przestrzeni powietrznej. Przy wykorzystaniu tej samej energii moduły nadawcze emitują ponad dwa razy silniejszy impuls w porównaniu z poprzednikiem. Większa moc oznacza również zdolność wykrywania celów o mniejszej skutecznej powierzchni odbicia. Radar znalazł zastosowanie w F/A-18E/F, a w 2022 roku został wybrany przez US Marine Corps także dla F/A-18C/D. Z kolei wersja APG-79B4 zostanie zainstalowana w bombowcach B-52.

Radar AESA jest również kluczowym elementem odróżniającym F-16 Block 70/72 (i F-16V) od starszych wersji myśliwca. Zastosowano w nim konstrukcję Northropa Grummana – AN/APG-83 Scalable Agile Beam Radar (SABR), który był również oferowany jako rozwiązanie dla B-52 i F/A-18C, ale przegrał z APG-79. SABR wykorzystuje doświadczenia wyniesione z produkcji radarów AN/APG-77 (stosowanych w F-22) i AN/APG-81 (w F-35). Został skonstruowany w taki sposób, aby jego instalacja w F-16 nie wymagała ingerencji w płatowiec. Radar jest mocowany na tych samych punktach mocowania co wcześniejszy radar mechaniczny. Umoż­liwia równoczesne śledzenie dwudziestu celów znajdujących się w dowolnym położeniu względem samolotu (zbliżających się, oddalających się itp.) i odchylonych w elewacji o ±60 stopni. Ponadto umożliwia wykrywanie i śledzenie stałych i ruchomych celów lądowych i morskich, a wysoka rozdzielczość w trybie syntetycznej apertury zapewnia dokładne celowanie.

AN/APG-83 będą zainstalowane w nowych F-16 Block 70/72 zamówionych do tej pory przez Bahrajn, Słowację, Bułgarię, Maroko i Tajwan. Jeśli chodzi o modernizację do standardu F-16V, dotyczy to obecnie samolotów greckich, tajwańskich i singapurskich, ale w kolejce ustawiają się kolejni użytkownicy. Modernizację swoich F-16 planują również polskie Siły Powietrzne. Nie wiadomo jeszcze, jaki będzie pełny zakres modernizacji, ale na pewno będzie ona obejmowała montaż radarów SABR. W tej chwili rozpoczęcie modernizacji jest planowane na 2025 rok.

Wyposażone w SABR zostaną także amerykańskie F-16 służące w jednostkach czynnych, rezerwy i Gwardii Narodowej. Chociaż nie otrzymają one oznaczenia F-16V, ich możliwości będą bardzo zbliżone. Program Post Block Integration Team (PoBIT) obejmuje 608 myśliwców i polega na wprowadzeniu dwudziestu dwóch różnych zmian w myśliwcach wersji Block 40/42 i Block 50/52 wyprodukowanych w latach 1988–2005. Co więcej, radary tego typu już od 2020 roku otrzymują jeszcze starsze F-16C/D Block 30/32 należące do Gwardii Narodowej wykorzystywane w systemie obrony powietrznej Stanów Zjedno­czonych.



Być może najlepszym radio­lokatorem AESA jest jednak AN/APG-81, stosowany w myśliwcach F-35. Jego antena składa się z 1676 modułów TRM, może pracować w trybie aktywnym, pasywnym i jako system walki elektronicznej. Razem ma to dawać pilotowi F-35 szansę na zestrze­lenie przeciwnika, zanim ten zorientuje się, że jest namierzany. Ponadto radar oferuje doskonałą rozdzielczość w trybie powietrze–powierzchnia. AN/APG-81 jest także jednym z sensorów tworzących tak zwaną fuzję danych w F-35, która – razem z systemem syntetycznej apertury, głowicą optoelektroniczną EOTS, systemem wykrywania emisji ESM oraz innymi systemami rozpoznania i walki elektronicznej – daje pilotowi najlepszą na świcie świadomość pola walki. Urządzenie jest ciągle udoskonalane. W samolotach F-35 Block 4 radar ma być jeszcze bardziej odporny na zakłócenia i dysponować większym zasięgiem w trybie pracy z syntetyczna aperturą (SAR), co przełoży się na większe możliwości identyfikacji celów lądowych, tak potrzeb­nych w czasie misji obez­wład­niania i niszczenia obrony przeciw­lotniczej.

Mimo znakomitych osiągów na początku roku pojawiła się zapowiedź wyposażenia F-35, począwszy od siedemnastej serii produkcyjnej, w nową stację radio­lokacyjną AN/APG-85. O tej konstrukcji nie mamy właściwie żadnych informacji. Od czasu opracowania AN/APG-81 technika radarów AESA bardzo się rozwinęła. Można się spodziewać, że radar będzie oparty na półprzewodnikach wykorzystujących azotek galu, dzięki czemu jego zasięg i rozdzielczość znacząco wzrosną. Można też zakładać, że AN/APG-85 będzie miał jeszcze większe możliwości wykorzystania w walce elektronicznej. Innych możliwości możemy się jedynie domyślać, tym bardziej że nawet osiągi dotychczasowego radaru są niejawne.

Radary AESA produkcji europejskiej

Pierwszym europejskim radarem AESA, który wszedł do produkcji seryjnej (w 2013 roku), jest Thales RBE2 AA stosowany w myśliwcach Dassault Rafale. Zastąpił on starszą wersję RBE2 ze skanowaniem pasywnym. Liczba modułów TRM jest niejawna. Radar może pracować równocześnie w kilku trybach powietrze–powietrze i powietrze–powierzch­nia, również w warunkach stosowania zakłóceń przez przeciwnika. Ma też tryb automatycznego tworzenia w czasie rzeczywistym trójwymiarowej mapy powierzchni ziemi w trybie lotu zgodnie z ukształtowaniem terenu. W porównaniu z poprzednikiem RBE2 AA oferuje większe zdolności wykrywania samolotów stealth i pozwala w pełni wykorzystać możliwości pocisków dalekiego zasięgu MBDA Meteor

W przyszłym roku ma się odbyć certyfikacja najnowszej wersji francuskiego myśliwca oznaczona Rafale F4. Zmiany obejmą między innymi zabudowanie radiostacji programowalnej i układu optoelektronicznego, a także instalację nowego systemu sterowania silnikiem M88, wyświetlacza naheł­mowego i zaawan­so­wanego systemu diagnos­tycznego, zaś radar RBE2 AA ma zyskać dwa nowe tryby pracy powietrze–powierzch­nia. Pierwszym będzie lokali­zowanie naziemnych celów ruchomych (Ground Moving Target Indicator), a drugim – tryb syntetycznej apertury ultrawysokiej rozdzielczości (UHR-SAR). W dalszej kolejności planowane jest wyposażenie radaru w ulepszony tryb śledzenia celów o bardzo małej skutecznej powierzchni odbicia, przy czym nie chodzi tu o samoloty stealth, ale o mini- i mikrodrony. W dalszej przyszłości planowane jest opracowanie radaru wykorzys­tującego moduły TRM z azotkiem galu.



Drugim zachodnioeuropejskim lotniczym radarem AESA jest Captor-E stosowany w myśliwcach Eurofighter. Za jego opracowanie odpowiada konsorcjum EuroRADAR, składające się z przed­się­biorstw Leonardo, Hensoldt i Indra. Prace nad tym radarem, oznaczanym również ECRS (European Common Radar System) lub E-Scan, rozpoczęły się w 2010 roku. Captor-E wykorzystuje elektronikę i konstrukcję swojego poprzednika – Captora-M z anteną sterowaną mechanicznie – a zmianie uległa sama antena. Bazujący na brytyjskim radarze Blue Vixen Captor był od początku projektowany z myślą o zastosowaniu w przyszłości anteny AESA. Jak wspomnie­liśmy, antena jest zamon­to­wana na zawiasie i może się dodatkowo odginać na prawo i lewo, zwiększając pole obserwacji o mniej więcej 50% w stosunku do anten całkowicie nieruchomych. Captor-E może przeszukiwać przestrzeń w całej przedniej półsferze samolotu, po 90° w prawo i w lewo od osi podłużnej nosiciela.

Captor-E występuje w trzech wariantach: Mk 0, Mk 1 i Mk 2. Ten pierwszy powstał w odpowiedzi na zapotrzebowanie ze strony Kuwejtu i Kataru. W czasie, gdy te państwa poszukiwały nowych samolotów wielo­zadaniowych, brak radaru AESA, powoli wyrastającego na standard, stawiał Typhoona w gorszej pozycji rynkowej względem konkurentów. Stąd konieczność szybkiego wprowadzenia do produkcji Captora-E. Urządzenie zaliczyło próby wiosną 2018 roku. Captor-E Mk 0, nie licząc zalet właściwych dla wszystkich radarów tej klasy, ma osiągi zbliżone do oryginalnego, mechanicznego Captora-M.

Większe możliwości oferuje dopiero Captor-E Mk 1, w który będą wyposażone samoloty niemieckie i hiszpańskie. Będzie on dysponował większym zasięgiem wykrywania i śledzenia celów oraz większymi możliwościami w trybie powietrze–powierzchnia, w tym trybem SAR bardzo wysokiej rozdzielczości i trybem lokalizowania naziemnych celów ruchomych, wykorzys­tującym rozwią­zania z zakresu uczenia maszynowego. Mk 1 otrzymała nowe moduły TRM oparte na arsenku galu (GaAs) z wielo­kana­łowymi odbior­nikami, umożli­wiające również pracę w szerszym zakresie częstotli­wości. Równocześnie planowana jest dalsza rozbudowa możliwości radaru, głównie przez zmiany w oprogramowaniu, co ma zwiększyć zdolności do przetwarzana sygnałów i w zakresie walki elektronicznej.

Captory-E znajdą się na wyposażeniu niemieckich Euro­fighterów Tranche 4 zamówionych w ramach projektu Quadriga i hiszpańskich myśliwców zamówionych w ramach projektu Halcón. W dalszej kolejności Niemcy chcą zamontować te urządzenia w 110 starszych myśliwcach wersji Tranche 2 i Tranche 3. Także Hiszpanie chcą w nie wyposażyć dziewiętnaście starszych samolotów. Ponieważ prace rozwojowe nad Captorem-E Mk 1 jeszcze się nie zakończyły, początkowo niemieckie i hiszpańskie samoloty będą wyposażone w radary w wersji Mk 0, które stopniowo zostaną doprowadzone do standardu Mk 1. W ramach podziału prac wewnątrz konsorcjum EuroRADAR ustalono, że pracami nad wersją Mk 1 zajmą się szczególnie Hensoldt i Indra, a integratorem z samolotem będzie Airbus. Natomiast Leonardo i BAE Systems opracują wariant Captor-E Mk 2 dla Eurofighterów brytyjskich i włoskich.



Wersje Mk 1 i Mk 2 mają ten sam interfejs, co pozwala zainstalować dowolny radar na dowolnym Euro­fighterze (instalując ECRS Mk 2, trzeba jednak dodać nową osłonę radaru, tak aby przepuszczała szerszy zakres fal), ale nie licząc źródła zasilania, są to zasadniczo dwie różne konstrukcje. Captor-E Mk 2 ma większą antenę, składającą się ze znacznie większej liczby modułów TRM, te z kolei są już zbudowane w oparciu o półprzewodniki bazujące na azotku galu. Inne są również: mechanizm poruszania anteną (wywodzący się z radaru Raven ES-05 z Gripena E), nowy odbiornik wielo­kanałowy, nowy przetwornik, a także wyposażenie dodatkowe wspierające funkcje anteny w roli narzędzia walki elektronicznej.

Takie rozwiązania zapewniają jeszcze większą stabilizację emitowanej wiązki fal elektromagnetycznych, umożliwiają elas­tycz­niejsze kształtowanie wiązki i pozwalają zoptymalizować polaryzację fal względem wykrywanego celu. Pozwala to na wygenerowanie maksymalnie silnego sygnału w określonym kierunku, co ponownie przekłada się na większe możliwości przeprowadzenia ataku elektronicznego i wydłuża skuteczny zasięg wskazywania celów dla pocisków rakietowych. Wysoka moc generowanego sygnału oznacza także możliwość równoczesnego mocnego zagłuszania wrogiego radaru i obserwacji przestrzeni powietrznej dwoma osobnymi wiązkami. Obie cechy są niezwykle istotne przy wykonywaniu zadań zwalczania obrony przeciwlotniczej, a z myślą o nich Captor-E Mk 2 jest opracowywany. Dodatkowo ta wersja ma się odznaczać wyjątkową czułością w pasywnym trybie pracy.

Ponieważ Captor-E Mk 2 nie ma w zasadzie nic wspólnego z wersjami Mk 0 i Mk 1, brytyjskie i włoskie samoloty muszą poczekać na zakończenie prac rozwojowych i nie będą mogły otrzymać starszych radarów z myślą o ich doprowadzeniu do standardu doce­lowego. Pierwsze próby w locie wersji Mk 2 mają się odbyć w tym roku, a osiągnięcie wstępnej gotowości operacyjnej jest planowane na 2030 rok. Pojawiła się też kwestia zastosowania radaru Mk 2 w niemieckich Euro­fighterach EK, również opraco­wy­wanych z myślą o zwalczaniu obrony przeciw­lot­niczej i walce elektro­nicznej. Takie rozwiązanie jest jednak mało prawdopodobne, ponieważ jednym z wymogów jest zapewnianie zagłuszania radarów w zakresie 360 stopni wokół maszyny, a to jest niemożliwe z radarem umieszczonym w nosie. Dlatego lepszym rozwiązaniem będą zasobniki walki elektronicznej.

Leonardo jest również producentem radaru AESA Raven ES-05, stosowanego w myśliwcach JAS 39E Gripen. Składa się on z 1000 modułów nadawczo-odbior­czych. Antena jest tej samej wielkości co w stosowanym w Gripenie C radiolokatorze PS-05, ale w porównaniu z nim zapewnia zawsze pole obserwacji w zakresie 100° po każdej stronie w bok od kadłuba. Radar oferuje kilkanaście trybów pracy, w tym oczywiście możliwość równoczesnego skanowania przestrzeni powietrznej i powierzchni lądu lub morza. Może również śledzić cele, jednocześnie wykrywając inne obiekty w trybie pasywnym, i dysponuje możliwością śledzenia ruchomych celów lądowych.



Włoski koncern wraz z innymi firmami pracuje również nad radarem nowej generacji dla myśliwca Tempest. Wiadomo o nim równie mało co o amerykańskim AN/APG-85. Według bardzo ogólnych udostępnionych informacji kluczem do osiągnięcia nieosiągalnych dzisiaj parametrów ma być coraz większa miniaturyzacja i pogłębiona digitalizacja oraz zmiana standardowej dotychczas architektury radarów lotniczych. W dzisiejszych radarach AESA odebrane sygnały są przesyłane kablami koncentrycznymi do odbiornika, który zamienia impuls na formę cyfrową zrozumiałą dla komputera analizującego sygnały.

Ze względu na wymiary stosowanych dzisiaj prze­twor­ników nie mogą one się znajdować bezpośrednio w nosie samolotu przy antenie. Muszą być umieszczone nieco w głębi. To właśnie na etapie przesyłu sygnału kablami z modułów nadawczo-odbiorczych do przetwornika powstają największe straty danych. Aby rozwiązać ten problem, Leonardo pracuje nad miniaturyzacją przetworników sygnału tak, aby bezpośrednio zintegrować je z anteną radaru. W ten sposób kable koncentryczne zostaną wyeliminowane. Dalej sygnał już w formie cyfrowej będzie przesyłany do komputera światłowodami, co zminimalizuje ilość utraconych danych.

Drugą zaletą miniaturyzacji prze­twor­ników jest to, że w tej samej objętości można zamontować ich większą liczbę. Dzięki temu na jeden przetwornik będzie przypadało mniej modułów nadawczo-odbiorczych. Oznacza to możliwość przetwarzania większej ilości danych i tworzenia większej liczby grup z pojedynczych modułów nadawczo-odbiorczych, które mogą być kierowane indywidualnie do różnych zadań.

Radary z innych państw

Prace nad radarami AESA trwają również w innych państwach. Oczywiście mamy tu na myśli Rosję i Chiny, ale ich konstrukcjami nie będziemy się tu zajmować ze względu na brak danych lub ich propagandowe skrzywienie. Za to można wspomnieć, że radiolokatory tego typu są opracowywane między innymi w Turcji czy Korei Południowej.

Turecka konstrukcja, nazwana Murad, powstała jako element rodzimej modernizacji F-16C/D Block 30 wypro­du­ko­wanych w Turcji na licencji. Radar, opracowany przez Aselsana, po raz pierwszy zaprezentowano w listopadzie 2022 roku. Murad ma 1000 modułów nadawczo-odbiorczych opartych na azotku galu. Stacja radiolokacyjna jest chłodzona płynem, połączeniem wody i glikolu. Urządzenie zaprojektowano tak, aby instalacja wymagała jak najmniejszej ingerencji w strukturę myśliwca. Będzie ono mocowane do tych samych zaczepów co stary radar mechaniczny AN/APG-68(V)9. Chociaż Murad jest opracowywany specjalnie z myślą o F-16, o czym świadczy jego dopasowanie do konstrukcji myśliwca, znajdzie zastosowanie również w samolotach bezzałogowych Akıncı. Produkcja będzie się odbywać w fabryce Aselsan-Bilkent MikroNano. Nie wiadomo, kiedy Murad będzie gotowy do produkcji seryjnej.



Radar południowo­koreański jest opra­co­wy­wany z myślą o zasto­sowaniu w myśliwcu KF-21 Boramae. Opracowuje go południowokoreańskie przedsiębiorstwo Hanwha Systems przy współpracy Agencji Rozwoju Obronności (ADD) i izraelskiego Elta Systems. Nad oprogramowaniem pracuje także LIG Nex1 przy wsparciu Saaba. Początkowo Koreańczycy liczyli na transfer technologii z USA, ale po odmowie Waszyngtonu zdecydowali się opracować radiolokator samodzielnie. Antena składa się z około 1000 modułów nadawczo-odbiorczych. To właściwie wszystko, co wiadomo o tym radarze. Prace rozwojowe mają się zakończyć w 2026 roku. Prototyp KF-21 wykonał pierwszy lot z radiolokatorem 4 marca tego roku.

Własny radar AESA opracowała również izraelska Elta. ELM-2052 odniósł sukces eksportowy: jest zainstalowany w indyjskich samolotach szturmowych Jaguar zmodernizowanych do standardu DARIN III i myśliwcach Tejas. Może być również dostosowany do innych samolotów dzięki modułowej konstrukcji, w której można zmieniać wielkość anteny. Według producenta radar ma masę od 80 do 180 kilogramów właśnie w zależności od rozmiaru anteny. Może śledzić sześćdziesiąt cztery cele równocześnie i naprowadzać pociski na kilka z nich. Dysponuje kilkunastoma trybami pracy powietrze–powietrze i powietrze–powierzchnia w tym trybem SAR wysokiej rozdzielczości.

Komponenty radiolokatora ELM-2052.
(IAI)

Powyższy przegląd nie wyczerpuje tematu, ale pokazuje, że nad radarami AESA procują nie tylko największe koncerny amerykańskie czy europejskie. Własne urządzenia tej klasy próbują stworzyć również mniejsze państwa. Cechą charakterystyczną jest właściwie brak jakichkolwiek informacji o szcze­gółowych możliwościach tych radarów, niezależnie, czyjej produkcji.

Co przyniesie przyszłość?

Rozwój radarów AESA wiąże się z postępami w czterech obszarach: sztucznej inteligencji, nowych materia­łach, zmianie architektury i efektywności kosztowej.

Radar wykorzystujący sztuczną inteli­gencję, a mówiąc ściślej: techniki kognitywne, będzie „rozumiał”, co obserwuje i sam będzie dostosowywał parametry fal elektromagnetycznych i sposób emisji. Będzie również samo­dzielnie analizował całe otoczenie obserwowanego obiektu. Można sobie wyobrazić, że taki radiolokator, obserwując grupę pojazdów, będzie w stanie samo­dzielnie ocenić, czy ma do czynienia z kolumną pojazdów wojskowych czy zwykłym korkiem ulicznym. Dojdzie do tego, analizując otoczenie wykrytych obiektów, a także prędkość czy specyficzne zachowanie wykrytych pojazdów.



Oprogramowanie kognitywne będzie można wytrenować do rozpoznawania określonych sytuacji i odpowiedniej zmiany zachowania. Przykładowo radar może sam wykryć, że jest zagłuszany, i samo­dzielnie tak zmienić moc transmisji, kształt wiązki i inne parametry, aby zminimalizować skutki zagłuszania. Niezależnie od konkretnych przypadków, zastosowanie uczenia maszynowego ma zmniejszyć obciążenie pracą pilota i zwiększyć efektywność działania radaru, jednak będzie ono skuteczne tylko, jeśli zostanie odpowiednio wytrenowane.

Jeśli chodzi o materiały stosowane w półprzewodnikach w antenach AESA, dzisiaj dominują arsenek gali i azotek galu. Oba odznaczają się wytrzymałością na wysokie tempe­ra­tury, a takie są warunki w pracującym radiolokatorze. Chociaż dzisiaj azotek galu jest jeszcze nowością, już trwają prace nad jego następcą. W laboratoriach analizuje się możliwość wykorzystania sztucznych diamentów, które są znakomitym przewodnikiem ciepła. Moduły TRM zbudowane w ten sposób mogłyby działać w jeszcze wyższych tempe­ra­turach, co przekładałoby się na ich wyższe osiągi i żywotność. Agencja DARPA prowadzi program Near Junction Thermal Transport w celu przetestowania jednoczesnego wykorzystania azotku galu i diamentu w budowie tranzystorów.

Pojęcie zmiany architektury oznacza zmniej­szające się fizyczne gabaryty radarów. W radarach lotniczych ten parametr od zawsze ma dużą wagę, ponieważ radary musiały się mieścić w konkretnych samo­lotach dysponujących określonym udźwigiem, kształtem nosa czy mocą zasilania. W ostatnich dekadach zgodnie z prawem Moore’a liczba tranzystorów w pojedynczym mikro­czipie podwajała się co około dwa lata, jednak w ostatnim czasie ten postęp został zahamowany, ponieważ dzisiejsze układy są już tak małe, że niedługo zostaną ograniczone prawami fizyki.

Zmniejszenie rozmiarów radarów AESA ma dwie konsekwencje. Po pierwsze: w anteny tego typu będzie można wyposażyć znacznie szerszą gamę statków powietrznych, w tym bardzo lekkich i małych, co przełoży się na bezprecedensowe zwiększenie świado­mości sytuacyjnej ogółu sił zbrojnych. Po prostu radary o wysokich osiągach będą obecne na każdym kroku. Po drugie: mniejsze wymiary i masa oznaczają, że pojedyncza platforma będzie mogła mieć zainstalowanych kilka radarów jednocześnie. W większości myśliwców radar jest zainstalowany tylko w nosie i ma pole obserwacji wynoszące około 120 stopni w przedniej półsferze. Miniaturyzacja anten może pozwolić na ich zamontowanie w krawędziach skrzydeł czy różnych miejscach kadłuba, co umożliwi obserwację dookolną, a sztuczna inteligencja będzie pilnowała, aby pilot nie został przeładowany informacjami, i nadawała priorytet wybranym obrazom.



Na koniec kwestia finansowa. Wprowadzenie do produkcji każdego nowego rozwiązania, zwłaszcza w dzie­dzinie uzbrojenia, wiąże się z wyższymi kosztami w porównaniu z rozwiązaniami poprzedniej generacji. Do tego dochodzą wydatki związane z pokryciem kosztów na badania i rozwój nowych technologii. Pod pewnymi względami wzrost ceny przyszłych radarów AESA może jednak być mniejszy dzięki diamentom, których wykorzystanie ma uczynić radary bardziej niezawod­nymi, co zredukuje koszty związane z przeglądami i naprawami. Poza tym wprowadzone w ostatnich latach rozwiązania z dziedziny inżynierii cyfrowej umożliwiają stworzenie wirtualnego modelu całego urządzenia i przetestowanie wszystkich rozwiązań przed stworzeniem fizycznego prototypu. Redukuje to koszty rozwoju i nie wymusza budowania kolejnych prototypów, w których będą usuwane usterki znalezione w poprzednich.

Niniejszy artykuł koncentrował się na radarach lotniczych. Anteny AESA znajdują jednak zastosowanie również na okrętach, instalacjach lądowych, a nawet w kosmosie. Wraz z ich dalszym upowszechnianiem i spadkiem kosztów wejdą zapewne również do sektora prywatnego. A przedstawione możliwe drogi rozwoju sprawiają, że przed nimi jeszcze długa kariera.

Przeczytaj też: F-105 Thunderchief. Wietnamski koń roboczy US Air Force

Bibliografia

Linki do serwisu Amazon są linkami partnerskimi. Konflikty.pl otrzymują prowizję za zakupy dokonane za pośrednictwem tych linków.

Tim Fish, Moving with the times: AESA radar on the rise, key.aero, 14.04.2023.
Jon Lake, An in-depth look at the Eurofighter’s next-gen radar, key.aero, 14.04.2023.
William Melvin, James Scheer, Principles of Modern Radar, Vol. III: Radar Applications, Scitech Publishing, Edison 2014.
Luca Peruzzi, Main AESA Radar Solutions on Both Sides of the Atlantic, European Security & Defence 7/2022.
Thomas Withington. Keeping the Beam Alive, European Security & Defence 2/2023.
Raven ES-05, leonardo.com, 15.04.2023.
ELM-2052 Airborne AESA Fire Control Radar, iai.co.il, 17.04.2023.
Active Electronically Scanned Array (AESA) Radars, northropgrumman.com, 20.04.2023.

US Air Force / Senior Airman Christopher Callaway