PESA vs AESA Radar: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

ΑΜΥΝΤΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ - 28/11/2021. Συντάκτης: Prodromos Peios

Κατά την διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου, στην Μάχη της Αγγλίας μεταξύ της Luftwaffe και της Royal Air Force, μια νέα εφεύρεση ένα την εμφάνιση της στο παγκόσμιο στρατιωτικό στερέωμα, το ραντάρ. Το ραντάρ από την πρώτη στρατιωτική χρήση του, μέχρι και σήμερα έχει καθορίσει όλες τις μεγάλες πολεμικές συγκρούσεις της ανθρωπότητας, με αποτέλεσμα οι σύγχρονοι στρατοί να ψάχνουν το καταλληλότερο ραντάρ για τις ανάγκες τους. Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσουμε να αναλύσουμε τις είναι δύο από τα υπερσύγχρονα ραντάρ της εποχής μας, το AESA (Active Electronically Scanned Array) και το PESA (Passive Electronically Scanned Array) radar.

Αρχικά δύο λόγια για το ραντάρ: Το ραντάρ είναι ένας Transmitter (πομπός) και Receiver (δέκτης) ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, που στέλνονται από το ραντάρ, ώστε να υπολογιστεί η απόσταση ενός αντικειμένου από το ραντάρ, καθώς επίσης και να καθοριστούν άλλα στοιχεία όπως η θέση του αντικειμένου και το «προφίλ» του στόχου. Στις πιο βασικές τους μορφές, τα συστήματα ραντάρ αποτελούνται από μια κεραία, έναν πομπό ραδιοφώνου και ένα αντικείμενο από το οποίο τα σήματα αναπηδούν. Η κεραία επικοινωνεί με έναν δέκτη, ο οποίος ενισχύει τα κύματα που ανακαλούνται από τα αντικείμενα που χτυπούν και τα εμφανίζει στον χρήστη με ουσιαστικό, τυπικά οπτικό τρόπο.

Η βασική λειτουργία ενός ραντάρ (Πηγή: RADA Technologies)

Ένα από τα πιο προφανή προβλήματα με αυτή τη στοιχειώδη μορφή ραντάρ είναι ότι η κεραία πρέπει να μετακινηθεί φυσικά για να εντοπίσει τις αποκρίσεις σήματος σε διαφορετικές κατευθύνσεις ή περιοχές. Στη δεκαετία του 1960, οι μηχανικοί έκαναν το πρώτο βήμα για την επίλυση αυτού του προβλήματος αναπτύσσοντας την πρώτη κεραία συστοιχίας φάσης ως μέρος ενός συστήματος ραντάρ παθητικής ηλεκτρονικής σαρωμένης συστοιχίας (PESA).

Σε αντίθεση με το αρχικό μοντέλο για συστήματα ραντάρ που διέθετε μία μόνο κεραία, τα συστήματα συστοιχίας φάσεων βασίζονταν σε ένα πλέγμα κεραιών για τη μετάδοση και λήψη σημάτων. Με το παλιό σύστημα μιας μεγάλης κεραίας, ήταν δύσκολο να εστιάσετε και να κατευθύνετε το σήμα που εξέπεμψε. Αντί να μεταδίδεται προς μία κατεύθυνση, το σήμα θα εξέρχονταν προς όλες τις κατευθύνσεις, όπως ο κυματισμός μιας σταγόνας νερού. Αυτό σημαίνει ότι όχι μόνο δεν θα έδινε την τοποθεσία του στόχου, αλλά θα μετέδιδε πληροφορίες που θα ήταν άσχετες με την αποστολή του συστήματος, όπως πχ κτήρια, δάση, κτλ.

Χτίζοντας μια σειρά από μικρότερες κεραίες, οι δέσμες (beams) παρεμβαίνουν μεταξύ τους, κατασκευάζοντας μια ευρεία δέσμη, αλλά και τέμνονται σε μια πολύ στενότερη δέσμη. Χάρη σε αυτή την τεχνολογία, η τακτική εικόνα βελτιώνεται δραματικά, καθώς δίνεται η δυνατότητα στο σύστημα να φιλτράρει την τακτική εικόνα και να μειωθεί η πιθανότητα ενός failure. Επιπλέον, προσθέτοντας μια καθυστέρηση σε ορισμένα από τα σήματα, η κατεύθυνση των κυμάτων μπορεί να ελεγχθεί γρήγορα και με ακρίβεια αλλάζοντας τη θέση της τομής των δεσμών.

PESA Radar:

Το PESA (Passive Electronically Scanned Array) radar λαμβάνει ένα σήμα σε μία συχνότητα και το χωρίζει μεταξύ διαφορετικών στρατηγικά τοποθετημένων κεραιών για να μεγιστοποιήσει την εμβέλεια και τη δύναμή του.

PESA Radar (Πηγή: RADA Technologies)

Το PESA έχει το μεγάλο πλεονέκτημα ότι μπορεί να εντοπίσει στόχους σε μεγάλες αποστάσεις και να καλύψει μια ευρεία περιοχή, χάρη στην συνδεσιμότητα του ενός και μοναδικού transmitter που διαθέτει, ο οποίος και μπορεί να μεταφέρει την τακτική εικόνα χωρίς το ελαφρύ delay το οποίο έχουν τα παραδοσιακά μηχανικά array-phased radars, κάτι που αυξάνει την ταχύτητα του σήματος και κατ’ επέκταση την αποτελεσματικότητα του ραντάρ.

Αν και θεωρείται από τις καινοτόμες τεχνολογίες στον εντοπισμό εχθρικών στόχων, το PESA radar έχει αρκετά και σοβαρά μειονεκτήματα. Καταρχάς είναι πάρα πολύ inaccurate, δεν δίνει πολλά αναγκαία στοιχεία για τον εχθρικό στόχο, πχ υψόμετρο, ταχύτητα, προφίλ πτήσης, κτλ. Έχοντας μόνο μία ακτίνα, το PESA μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα frequency κάθε φορά, ενώ έχει μόλις έναν πομπό/δέκτη, γεγονός που το κάνει πολύ εύκολο να υπάρξει κάποιο failure μέσα στο σύστημα αναμετάδοσης, καθώς οι θερμοκρασίες που ανεβάζει το PESA είναι πολύ υψηλές. Τέλος να πούμε ότι το PESA είναι αρκετά μεγάλο σε μέγεθος και βάρος, και μπορεί να επηρεάσει αρνητικά τις συνολικές επιδώσεις ενός αεροσκάφους.

AESA Radar:

Το AESA Radar είναι το πιο σύγχρονο και ικανό σύστημα ραντάρ στον κόσμο.

AESA Radar (Πηγή: RADA Technologies)

Αντί για έναν μοναδικό πομπό, το AESA διαθέτει πολλούς μικρούς πομπούς/δέκτες, με τον καθένα να έχει το δικό του TRM, δημιουργώντας έτσι μια συνολική τακτική εικόνα από πολλούς μικρούς transmitters, οι οποίοι και δίνουν πλήρη τακτική εικόνα στα ραντάρ AESA, ελαχιστοποιούν τον κίνδυνο κάποιας βλάβης, παράλληλα δίνουν πολλαπλές πληροφορίες στον χειριστή για το προφίλ πτήσης του εχθρικού αεροσκάφους, το υψόμετρο που βρίσκεται, ενώ διαθέτουν μεγαλύτερη αντοχή σε jammers, έχουν πολύ μεγάλη εμβέλεια και μπορούν να εντοπίσουν στόχους επιπέδου UAV. Διαθέτουν επίσης δυνατότητα να εκπέμψουν σε πολλές συχνότητες και το ραντάρ μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί, ακόμα και αν μέρος των TRMs υποστεί κάποια ζημιά.

Το βασικό μειονέκτημα του AESA έχει να κάνει με την γωνία κάλυψης του ραντάρ. Ενώ το PESA προσφέρει πλήρη κάλυψη field of view (FOV) εώς και 360^ο, τα AESA έχουν δυνατότητα μόλις 90^ο-120^ο. Αυτό το μειονέκτημα έχει προβληματίσει τους χειριστές των πλατφόρμων με AESA, όμως συνδυάζοντας τη μηχανική κίνηση με το σύστημα, η περιορισμένη εμβέλεια ραντάρ AESA μπορεί να αυξηθεί σημαντικά, μειώνοντας σημαντικά αυτή την αδυναμία.

THALES / Ecrans du cockpit du Rafale, à Dassault Aviation (HM1) sur la base aérienne d’Istres, le 11/12/2008.

Συμπέρασμα:

Η κύρια διαφορά μεταξύ ενός ραντάρ AESA και PESA είναι ο αριθμός των πομπών. Ένα σύστημα PESA βασίζεται σε έναν μεγάλο πομπό, ενώ τα συστήματα AESA έχουν πολλαπλά TRM. Αυτό επιτρέπει μεγαλύτερη αξιοπιστία, μικρότερο μέγεθος και βάρος και μικρότερο κίνδυνο ανίχνευσης λόγω της χρήσης πολλαπλών συχνοτήτων. Ενώ και τα δύο συστήματα εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται στον στρατό, οι σχετικές διαφορές μεταξύ ενός ραντάρ PESA έναντι ενός ραντάρ AESA πιθανότατα θα εξαρτηθούν από την περίπτωση χρήσης και την εφαρμογή. Τα Ελληνικά Rafale θα φέρουν ραντάρ RBE2 AESA radar της Thales, για το οποίο και θα κάνουμε αφιέρωμα σε επόμενο άρθρο.