Ιπποκράτης Δασκαλάκης: Περί εξοπλισμών και αναδιοργάνωσης των Ενόπλων Δυνάμεων

Posted in DSKC

Η παρουσίαση της σύντομης ανάλυσης που ακολουθεί βασίζεται σε δύο βασικές παραδοχές. Αμφότερες αναφέρονται στον τρόπο αντιμετώπισης της επεκτατικότητας της γειτονικής χώρας, Τουρκίας.

Η πρώτη, πράγματι απαισιόδοξη παραδοχή, αναφέρεται στις γενεσιουργούς αιτίες της τουρκικής πολιτικής, τις οποίες θεωρεί δομικές, βαθύτατα στρατηγικές και όχι παροδικές. Κατά συνέπεια εκτιμάται ότι οι αντίστοιχες προκλήσεις-τριβές θα συνεχιστούν τα επόμενα χρόνια με αυξανόμενο ρυθμό και ένταση (ενδεχόμενες με αυξομειώσεις) αλλά κυρίως με επιμονή στους στόχους της Άγκυρας.

Ευαγγελος Βενέτης*: Οι S-400 και οι ελληνοτουρκικές σχέσεις

Posted in DSKC

Tον περασμένο μήνα η Τουρκία έσπευσε να αγοράσει μεγάλο αριθμό ανταλλακτικών για τα μαχητικά αεροσκάφη F16 Viper. Η κίνηση αυτή ερμηνεύεται ως σπασμωδική κίνηση της Τουρκίας να προλάβει περαιτέρω κυρώσεις των ΗΠΑ στον στρατιωτικό τομέα της Τουρκίας λόγω της κρίσης με τους S-400. Η παρατεταμένη διετής διαφωνία μεταξύ της Τουρκίας και των ΗΠΑ για την κίνηση της Άγκυρας να αγοράσει από τη Ρωσία το βαλλιστικό σύστημα αεράμυνας S-400 σχετίζεται με το κουρδικό ζήτημα και έχει εξελιχθεί σε γάγγραινα για την ΝΑ πτέρυγα του ΝΑΤΟ θέτοντας εν αμφιβόλω την συνέχιση της αμερικανο-τουρκικής αμυντικής συνεργασίας για ορισμένο διάστημα και πιθανόν την συμμετοχή της Τουρκίας στο την στρατιωτική πτέρυγα της Συμμαχίας μεσοπρόθεσμα. Οι εξελίξεις προς αυτήν την κατεύθυνση είναι πρωτόγνωρες για τα δεδομένα της Συμμαχίας.

Αντισυνταγματάρχης (ΤΘ) ΡΑΓΚΟΣ Γεώργιος - Επιμέλεια: Φίλιππος Κοντιζάς: ΕΘΝΟΦΥΛΑΚΗ: Ιστορική Αναδρομη - Νομικό Πλαίσιο - Προτάσεις

Posted in DSKC

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ

ΓΕΝΙΚΑ

Η Εθνοφυλακή (militia) ή Εθνοφρουρά (National Guard) είναι ένας θεσμός ο οποίος έχει μεγάλη διάδοση τόσο σε επίπεδο κρατών, όσο και σε διαχρονική διάρκεια. Πάντοτε, όλα τα κράτη επιδίωκαν την αύξηση αριθμητικά των Ενόπλων τους Δυνάμεων μέσω της στρατολογίας/κινητοποίησης ελαφρά εξοπλισμένων τμημάτων, αποτελούμενων από κατοίκους των πόλεων ή της υπαίθρου. Τα σώματα αυτά διακρίνονταν για τον πληρέστερο ή μη στρατιωτικό χαρακτήρα της οργάνωσής τους. Η πρώτη τους εμφάνιση, ως οργανωμένων στρατιωτικά τμημάτων και σε βαθμό που να παραπέμπει στην σημερινή στρατιωτική μορφή και οργάνωση των αντίστοιχων τμημάτων, μπορεί να θεωρηθεί ότι παρατηρήθηκε κατά την ύστερη Βυζαντινή εποχή. Πράγματι, τόσο λόγω της στρατιωτικής/διοικητικής οργάνωσης της Αυτοκρατορίας σε “Θέματα” (δηλ σε μεγάλες αυτοτελείς περιφέρειες), όσο και στο κοινοτικό αυτοδιοικητικό σύστημα των επιμέρους κοινοτήτων, στην διάταξη μάχης του βυζαντινού στρατού συμπεριλαμβάνονταν “τοπικά” στρατεύματα, ιδίως σε συνοριακές περιοχές, όπως η Καππαδοκία (η αμέσως προς Βορράν της οροσειράς του Ταύρου, περιοχή, που συνόρευε με το Χαλιφάτο της Δαμασκού).

Πράγματι, οι Καππαδόκες γεωργοί ήταν οργανωμένοι σε Τάγματα, αποτελούσαν δε το μείζον τμήμα του κορμού του Πεζικού κατά τις εκστρατείες των αυτοκρατόρων στις συνοριακές περιοχές, αφού οι κεντρική αυτοκρατορική διοίκηση συνεισέφερε συνήθως τις δυνάμεις του βαριά εξοπλισμένου ιππικού. Το ηθικό και η εκπαίδευσή αυτών των τοπικά διαμενόντων και επιστρατευομένων τμημάτων ήταν σε πολύ υψηλό επίπεδο. Ως χαρακτηριστικό παράδειγμα μπορεί να αναφερθεί η εξαίρετη στάση που τήρησαν κατά την μάχη του Μαντζικέρτ, όπου διατήρησαν τις θέσεις τους επί αναπεπταμένου πεδίου, μη παρέχοντος ουδεμία κάλυψη, κατόρθωσαν δε να συμπτυχθούν πλήρως συντεταγμένα, ακόμα και μετά την αιχμαλωσία του Ρωμανού του Δ’, αλλά και την εγκατάλειψή τους από το Αυτοκρατορικό Ιππικό που βρισκόταν σε εφεδρεία.

Στην νεότερη ευρωπαϊκή ιστορία μπορούν να επισημανθούν σπουδαία και σημαντικά παραδείγματα “Εθνοφρουρών/Εθνοφυλακών” , οι οποίες επέδειξαν αξιόλογη πολεμική δράση, επιτυγχάνοντας σημαντικές νίκες οι οποίες σε κάποιες περιπτώσεις ανέτρεψαν την ροή της Ιστορίας. Το χαρακτηριστικότερο τέτοιο παράδειγμα, ήταν οι Ελβετοί χωρικοί, οι οποίοι για πρώτη φορά οργανώθηκαν εκ των ενόντων σε στρατιωτικά τμήματα, προκειμένου ν’ αντιμετωπίσουν τις εισβολές επίδοξων κατακτητών της ορεινής χώρας τους, και συγκεκριμένα των Αψβούργων της Βιέννης (οι οποίοι ετύγχαναν και επικυρίαρχοί τους, κατά τα τότε φεουδαρχικά ειωθότα της Δ Ευρώπης), αλλά και των Δουκών της Βουργουνδίας, οι οποίοι επίσης εποφθαλμιούσαν τα εδάφη των ελβετικών καντονιών. Και ενώ η ήττα των Αψβούργων ήταν μεν αρκούντως σημαντική, και οδήγησε στην αποτίναξη του ελέγχου τους επί των Καντονιών, η αντίστοιχη ήττα των Βουργουνδών ήταν τόσο συντριπτική ώστε οδήγησε στην ίδια την κατάλυση του Δουκάτου της Βουργουνδίας, αφού ο ίδιος ο Βουργουνδός Δούκας σκοτώθηκε επί του πεδίου της Μάχης, όντας δε άτεκνος, το Δουκάτο του απορροφήθηκε από το Βασίλειο της Γαλλίας.

Φυσικά, το διαχρονικά σημαντικότερο παράδειγμα Εθνοφυλακής/Εθνοφρουράς είναι αυτό της Αμερικανικής Εθνοφρουράς, ο θεσμός της οποίας είναι βαθύτατα συνυφασμένος με την ιστορική συνείδηση των αμερικανών πολιτών, αλλά και την καθημερινή κοινωνική πραγματικότητά τους. Η Εθνοφρουρά, είναι από τους παλαιότερους θεσμούς του αμερικανικού κράτους, αφού η πρώτη ίδρυση της ανάγεται στο έτος 16074, οπότε και οι τότε άποικοι οδηγήθηκαν στον σχηματισμό της, προκειμένου να εξασφαλίσουν την αυτοπροστασία τους είτε από τους ιθαγενείς, είτε από πειρατές, είτε από εχθρικές προς την Βρετανία (της οποίας αποτελούσαν πολίτες) δυνάμεις, και ιδίως τους Γάλλους του τότε γαλλικού Καναδά αλλά και τους Ισπανούς. Αυτές οι πολλαπλές απειλές, οι οποίες συνεχίστηκαν και μετά την ίδρυση του αμερικανικού κράτους, οδήγησαν συν τω χρόνω στον μετασχηματισμό της Εθνοφυλακής σε έναν αξιόμαχο καθαρά στρατιωτικό οργανισμό, ο οποίος απετέλεσε ουσιαστικά και τον πυρήνα σχηματισμού του αμερικανικού στρατού, αφού όταν εν τέλει οι άποικοι εξεγέρθηκαν κατά των Βρετανών το 1776, οι πρώτες διαθέσιμες δυνάμεις ήταν αυτές των Εθνοφυλάκων, των επονομαζόμενων “minutemen”, δηλαδή ανθρώπων “του λεπτού”, οι οποίοι ονομάστηκαν έτσι, ακριβώς λόγω της άμεσης ετοιμότητας συγκέντρωσης και ανάληψης δράσης προς αντιμετώπιση κάθε απειλής. Ένα χαρακτηριστικό, που είχε προκύψει κυρίως από τις πολεμικές μεθόδους των ιθαγενών της Αμερικής, οι οποίοι εξαπέλυαν αιφνιδιαστικές προσβολές στους αγροτικούς/ημιαστικούς οικισμούς των αποίκων, γεγονός το οποίο επέβαλε την άμεση ετοιμότητα των κατοίκων. Άλλωστε, ένας από τους λόγους σχηματισμού της Εθνοφυλακής, ήταν και το γεγονός ότι οι Βρετανοί, όντες κυρίως ναυτική πολεμική δύναμη, δεν διατηρούσαν μεγάλες χερσαίες στρατιωτικές δυνάμεις, επικεντρωνόμενοι, ειδικά στις υπερπόντιες κτήσεις τους, στην συγκρότηση ισχυρών ναυτικών μοιρών, με αποσπάσματα πεζοναυτών, προκειμένου να πλήττουν τους εχθρούς τους σε νευραλγικά σημεία (όπως πχ οι πλούσιες ισπανικές κτήσεις της Καραϊβικής).

Η επιλογή αυτή άφηνε τους αποίκους εκτεθειμένους στις εχθρικές επιθέσεις, αλλά από την άλλη μεριά τους επέτρεπε να οργανώσουν τα δικά τους στρατιωτικά τμήματα. Η Εθνοφρουρά σήμερα, έχει εξελιχθεί σε έναν παράλληλο στρατιωτικό μηχανισμό, ικανό να χρησιμοποιηθεί σε πληθώρα αποστολών, ακόμη και εκτός αμερικανικού εδάφους. Διαθέτει δύο κλάδους, χερσαίο και αεροπορικό, έχει δε συμβάλει τα μέγιστα στην λειτουργία του αμερικανικού κράτους, αφού πέραν των όποιων πολεμικών αποστολών, έχει συνδράμει πλείστες φορές στην αντιμετώπιση φυσικών καταστροφών (δασικές πυρκαϊές, πλημμύρες, καταστροφές από ανεμοστροβίλους). Ακόμη μια συνεισφορά της, είναι αυτή σε περιπτώσεις έκρυθμων εσωτερικών καταστάσεων, από πλευράς αντιμετώπισης οχλοκρατικών εκδηλώσεων, και τήρησης της δημίσιας τάξης. Ουσιαστικά, αποτελεί τον ένοπλο βραχίονα της κάθε Πολιτείας, ευρισκόμενη υπό τις διαταγές του Κυβερνήτη, ο οποίος δύναται να την ενεργοποιεί όταν παραστεί η όποια ανάγκη. Χαρακτηριστικό αυτού, είναι η μόλις προ ημερών αποστολή Εθνοφρουρών για επιτήρηση των συνόρων ΗΠΑ-Μεξικού, και περιορισμό της λαθρομετανάστευσης. Η ενέργεια αυτή έλαβε χώρα κατόπιν προφορικής επιθυμίας του Αμερικανού Προέδρου κ Τράμπ, για ανάπτυξη μέχρι και 4000 Εθνοφρουρών στα σύνορα. Οι πρώτες Πολιτείες που ανταποκρίθηκαν ήταν η Καλιφόρνια, η οποία συμφώνησε να αναπτύξει 400 Εθνοφρουρούς, η Αριζόνα 225 και το Τέξας άλλους χίλιους και πλέον.

Η Εθνοφρουρά, αν και ως θεσμός υπάγεται κατ’ αρχήν στους Κυβερνήτες των Πολιτειών, σε ομοσπονδιακό επίπεδο εμπίπτει στις αρμοδιότητες του Υπουργείου Άμυνας, όπου λειτουργεί και αρμόδια Διεύθυνση, η οποία επιβλέπει και συντονίζει το έργο των επιμέρους πολιτειακών Εθνοφυλακών. Χαρακτηριστικό της σημασίας που αποδίδει το Πολιτειακό και Στρατιωτικό Σύστημα των ΗΠΑ, είναι το γεγονός ότι ο επικεφαλής της Διεύθυνσης Εθνοφρουράς του Αμερικανικού ΥΠΕΘΑ είναι αντιστράτηγος (“four star general”), ο οποίος μάλιστα μετέχει του αμερικανικού ΣΑΓΕ (Joint Chiefs of Staff). Τέλος, αξίζει ν’ αναφερθεί ότι οι αμερικανικές ΕΔ, επιθυμώντας να τιμήσουν την ιστορική μνήμη των προγόνων τους, ονόμασαν ήδη από δεκαετίες, τους βαλλιστικούς πυραύλους που αποτελούν το κύριο όπλο πυρηνικής αποτροπής, με την ονομασία “Minutemen”, θέλοντας να τιμήσουν την ετοιμότητα των αντίστοιχων Εθνοφρουρών της περιόδου της αμερικανικής επανάστασης, αλλά και να υποδηλώσουν την υψηλή ετοιμότητα ανταπόκρισης προς υπεράσπιση της Πατρίδος. 

PDF

Επιμέλεια: Αντισμήναρχος (Μ) Κωνσταντίνος Ζηκίδης - Αναδημοσίευση από το Army Recognition: Turkey uses laser weapon technology to shoot down Chinese UAV Wing Loong II in Libya

Posted in DSKC

Αν και είδηση περί της φημολογούμενης κατάρριψης UAV από σύστημα laser τουρκικής σχεδίασης και κατασκευής δεν φαίνεται να επιβεβαιώνεται μέχρι στιγμής και παρά την μάλλον φιλοτουρκική στάση του αρθρογράφου (και της ιστοσελίδας, εν γένει), μπορούμε να εξάγουμε τα ακόλουθα συμπεράσματα:
- Πριν εμείς αντιληφθούμε τη σημασία των UAV και ιδίως των UCAV (παρά το γεγονός ότι υπάρχουν ήδη κάποιες εγχώριες προτάσεις που θα μπορούσαν να υποστηριχθούν και να εξελιχθούν), οι σύμμαχοι εξ Ανατολών παρουσιάζουν παγκόσμια πρωτοπορία στην αναχαίτισή τους. Πέραν των UAV/UCAV που έχουν ήδη αναπτύξει...
- Η σημασία της είδησης δεν έγκειται μόνο στην κατασκευή ενός όπλου laser με δυνατότητα εκπομπής μεγάλης ισχύος (50 kW) και διάρκειας (χωρίς μεγάλες διακοπές για την άντληση ισχύος) αλλά και στο οπτοηλεκτρονικό σύστημα εγκλωβισμού και ελέγχου της δέσμης (που "κλειδώνει" τον στόχο, επιλέγει ένα ευαίσθητο σημείο του και διατηρεί την δέσμη πάνω σε αυτό έως την καταστροφή του στόχου), καθώς και στο τεθωρακισμένο όχημα, επίσης τουρκικής σχεδίασης και κατασκευής.
- Τίποτα δεν γίνεται από την μία μέρα στην άλλη. Σημαντικά αποτελέσματα προκύπτουν μετά από πολλά χρόνια συντεταγμένης έρευνας και ανάπτυξης, με κατάλληλη καθοδήγηση και σοβαρή χρηματοδότηση. Μετά όμως από μία τέτοια συντονισμένη προσπάθεια, μπορείς να ξεπεράσεις ακόμα και τις Υπερδυνάμεις έστω και σε κάποιον συγκεκριμένο-περιορισμένο τομέα.
- Για να μην ανοίξουμε την κουβέντα περί θέσεων εργασίας υψηλού επιπέδου, καθώς και περί δυνατοτήτων εξαγωγών των συστημάτων που εξέλιξαν, με ανάλογο κέρδος για τις εμπλεκόμενες εταιρείες και κατ' επέκτασιν για το κράτος (μέσω φορολογίας)... 
Ας ελπίσουμε ότι η Παναγία, την Κοίμηση της οποίας πρόκειται να εορτάσουμε, θα μας δώσει φώτιση, πριν είναι πολύ αργά...
Χρόνια πολλά σε όλους.
Αντισμήναρχος (Μ) Κωνσταντίνος Ζηκίδης

Turkey uses laser weapon technology to shoot down Chinese UAV Wing Loong II in Libya
weapons defence industry military technology UK

Really important news often goes unnoticed. They occur, no one notices them, but the events mentioned in this news often have consequences that later, having developed to a large scale, make observers gasp - and it’s good, if only out of surprise. Alexander Timokhin explains.

On August 4, 2019, one of these events occurred, mentioned in such news, but not noticed by anyone. For the first time, a combat vehicle armed with a combat laser destroyed another combat vehicle on the battlefield. In a real war, on a real battlefield. And no one noticed.

Turkey is not sufficiently recognized in the ranks of the countries-innovators in military affairs. But it seems that they will be able to surprise the population of the planet in this century. The Turks took a powerful start as an industrial force, and any participant in military tenders in the Islamic world knows what strength they have already gained. The fact that it is the Turks who build skyscrapers in Russia is also no secret. Recently, there have been rumors about Turkish plans to build a springboard aircraft carrier, similar in “ideology” to Vikramaditye or Kuznetsov. The Turks participated in the F-35 program precisely as a manufacturer of components and plan to create their own combat aircraft.

But with combat lasers, it turned out differently. Turkey, concerned about achieving military superiority in the region, as well as gaining qualitative advantages in military power over Greece and Russia (and, apparently, also over Israel), has long and seriously invested in innovative weapon systems, including weapons on new technical principles. In the early 2010s, the Turkish company Savtag demonstrated experimental samples of plants of different capacities, starting from 1.25 kW, and then up to 50 kW. The systems were created in conjunction with Tubitak, a state research institute. The Turks showed these systems as technology demonstrators and did not particularly hide the fact that they plan to use these developments as weapons.

However, they managed to put all the observers on the wrong track - reports from both the Turkish Ministry of Defense press releases and the specialized press hinted that Turkish laser weapons would be primarily produced for the Navy, and in general, repeats American work. Nobody was particularly interested then. Well, the Turks ... Well, they want lasers ... So what?

In 2015, Tubitak announced that experimental lasers successfully hit targets. Then it became known that the program was funded - it turned out that the Turks were pouring a lot of money into laser weapons - in 2015 alone, 450 million US dollars were spent on the program. For a country that has access to all Western technologies and already saves a lot of money on R&D, this was a very impressive amount. And, one must understand that other years did not differ much from 2015 either. Nevertheless, experts of most countries of the world Turkish progress, as they say, slammed.

In the same year, it became known that the Aselsan holding, the largest Turkish military-industrial corporation, took the Turkish laser weapons program “under the wing”. On July 7, 2018, the company issued a press release stating that it had successfully tested a combat laser capable of hitting small-sized UAVs from 500 meters, as well as destroying explosive devices from 200 meters. The compact laser gun was installed on the Turkish Otokar Cobra armored car, and, most importantly, was equipped with a guidance system that allows you to continuously hold the laser marker on target.

Laser power cannot be compared with any kinetic ammunition. It is insignificant. A projectile from a 76-mm cannon gives the target such energy that the laser can tell the target only by heating a single point for a very long time and continuously. And this is exactly what the specialists in optoelectronic systems from Aselsan achieved. Their gun could “cling” to a specific point on the target and “warm” it until it was completely destroyed. Even if the target was moving.

And that all changed. In a press release, Aselsan emphasized that she was able to achieve reliable target tracking, continuous laser operation and an extremely low shooting cost. The latter is obvious. Where a conventional cannon spends a projectile that doesn’t have to hit the target at all, a low-power laser gun requires only diesel fuel for the generator. The company showed a photo of a machine armed with a laser, and a video presentation showing the results of firing at metal plates. Sensation, however, did not happen, and the news in the world was met quite calmly. No less calmly, the Turks continued to work on laser weapons. They knew that the most interesting press releases about their products were yet to come.

The ongoing war in Libya did not go as Recep Tayyip Erdogan would have liked: the Islamists on whom he put are losing. This problem did not arise yesterday, and the Turks have been opposing the Libyan National Army of Khalifa Haftar for quite some time. The latter has the support of a wide variety of countries and forces - from Saudi Arabia and the USA to Russia and France. Haftar employs Russian mercenaries and pilot mercenaries Eric Prince, the founder of Blackwater, MiG-23s are being brought from Haftar to Russia, specially repaired for his Air Force, and from the UAE are the “Shell” air defense system for protection against airstrikes. And Haftar is slowly but surely winning.

And Erdogan again, as elsewhere, set the wrong horse. As in Syria, as in Egypt, in Libya, those forces that Turkey regarded as friendly and relied on failed. True, in Libya, the Turks are still counting on something. Turkey continues to support the so-called “government” and its friendly Misurat groups. Turkey supplied and is delivering heavy weapons to these groups, sending advisers and instructors. Seeing that this was not enough, the Turks began to transfer to Libya the militants previously employed in the Idlib province in Syria. We will not delve into the course of this distant war from us, another is important to us.

The synthesis of the need for Turkey to stop Haftar, on the one hand, and advanced high-tech weapons, which have no world analogues without discounts, on the other, should have happened sooner or later. And he happened.

For operators of the UAE-owned UAV Wing Loong II, a Chinese-made aircraft, this was an ordinary reconnaissance and combat mission. Their drone armed with an anti-tank missile barraged over the Misurata area, conducting reconnaissance in the interests of Haftar’s troops and looking for targets that could be destroyed by a direct attack. The war in Libya has long taken the form of a bizarre mixture of the actions of irregular formations and weapons, created on the basis of the most advanced technologies, and UAVs were one of the symbols of such a mixture. The departure, however, ended with the UAV being shot down. And soon the world flew around the photo.

The details immediately became known. The Turkish installation, which shot down the UAV, is mounted on the chassis of an off-road armored car. Like the earlier Aselsan model, it is equipped with a Turkish-made optoelectronic guidance system. The system allows you to accurately inspect the target for firing, to select a vulnerable point, and then hold the laser marker on this point until the target is completely destroyed. Also, as with the previously demonstrated laser gun, a continuous radiation mode is provided, without long interruptions to the "pumping" of the laser. The power of the gun is 50 kW. This is so far the most powerful combat laser in the Turkish ground combat vehicle.

An important point is not an experimental setup. This is a fully functional combat vehicle armed with a laser gun. And she had just been tested in battle, and not at all against the "commercial" drone with E-bay. Such a gun could well bring down an unarmored helicopter, and easily. And Turkey can build such weapons in large quantities without any problems - now. And this is a tactical weapon, it does not need any special transportation conditions, a laser-armed combat vehicle has the same level of mobility as any other armored car of the same type. Ordinary soldiers, including conscripts, may well use these weapons. And the cost of firing this gun in the literal sense of the word is equal to the price of diesel fuel spent during the shooting. Let's just say, an unarmored helicopter takes about twenty-five rubles, approximately.

Will this episode be the start of a "laser weapon race"? Let's make a prediction: no, it won't. The epoch-making news, as they say, did not thunder. Well, who are the Turks in the world of war industry, right? The Turks will continue to improve their weapons, and no one will pay attention to them. And so it will be until, in some other war, Turkish laser guns on armored personnel carriers and tanks massively burn optoelectronic sights to enemy vehicles, burn engines for unarmored vehicles, shoot down helicopters and UAVs, and disable aircraft on the ground with long-distance, mowing infantry without noise and external unmasking signs. And then it’s all startled ...

The interesting thing in this whole story is how essentially newcomers to the laser theme occupy that niche in which the "grandees" of laser business, such as Russia and the USA, do not even think to climb. They occupy successfully and very quickly, building already practically serial military equipment faster than their competitors in the world read news about it - literally. This is all the more surprising because both Russia and the United States are superior to the Turks in laser technology and, in theory, should “attack with the threat of loss of advantage” - work ahead of the curve. There is something touched, and incomparable with Turkish, and there is some experience, we still have from Afghanistan. And a much more complex set for much more complex tasks, “Relight”, is already in operation in Russia. And the United States has a “working” ship installation. In a single, however, instance.

But ground-based combat vehicles with tactical-level lasers are not being built and used in Russia or the United States. This is done by the Turks, and the transition of the quantity of their work to the quality of technology as a whole to a new level is a matter of the very near future. They will grow the faster the greater their combat experience. As well as not far off the “acquaintance” of the enemies of Turkey with what a combat laser is in its own skin - in the most literal sense of this expression. In the future laser arms race, the Turks have already claimed a prize for themselves, and it is not a fact that this place will not be the first in the end.

Γεώργιος-Κωνσταντίνος Γαϊτανάκης, Ανδρέας Βλασταράς, Νικόλαος Βάσσος, Γεώργιος Λημναίος και Κωνσταντίνος Χ. Ζηκίδης: συστήματα έρευνας και ιχνηλάτησης υπέρυθρης ακτινοβολίας (IRST) ως μία προσέγγιση εναντίον δυσδιάκριτων (Stealth) στόχων

Posted in DSKC

 
Σύνοψη
Εδώ και πάνω από μισό αιώνα, το ραντάρ αποτελεί αδιαμφισβήτητα τον πιο σημαντικό αισθητήρα στο πεδίο της μάχης, ιδίως στον αεροπορικό τομέα. Τα συστήματα ραντάρ ανέκαθεν ανταγωνίζονταν τα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου, τα οποία προσπαθούν να παρεμποδίσουν την ανίχνευση και την ιχνηλάτηση με τη χρήση διαφόρων τεχνικών παρεμβολής. Εντούτοις, η εμφάνιση της τεχνολογίας stealth ή χαμηλής παρατηρησιμότητας (low observable) από τα τέλη της δεκαετίας του ’80 αποτέλεσε μία κρίσιμη αλλαγή, ως μία έμπρακτη αμφισβήτηση της κυριαρχίας του ραντάρ. Έτσι, επανεξετάστηκαν άλλες περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, σε μια προσπάθεια να υποκατασταθεί ή να συμπληρωθεί το ραντάρ. Ως εκ τούτου, η εκμετάλλευση της υπέρυθρης ακτινοβολίας φαίνεται να είναι μια βιώσιμη προσέγγιση. Ακόμη κι αν έχουν καταβληθεί σημαντικές προσπάθειες για την ελαχιστοποίηση της υπέρυθρης υπογραφής των μαχητικών αεροσκαφών, είναι αδύνατον να καταστεί εντελώς αόρατο στο υπέρυθρο φάσμα ένα ταχέως κινούμενο αεριωθούμενο αεροσκάφος, προωθούμενο από θερμά καυσαέρια. Τα συστήματα έρευνας και ιχνηλάτησης υπέρυθρης ακτινοβολίας (συστήματα InfraRed Search & Track ή IRST) προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα ραντάρ, όπως παθητική λειτουργία, αντοχή στην παρεμβολή και, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, μεγάλες αποστάσεις αποκάλυψης. Από την άλλη, δεν υπάρχει άμεση μέτρηση της απόστασης του στόχου, όπως στην περίπτωση του ραντάρ. Η εργασία αυτή ξεκινά με μία αναφορά στις στρατιωτικές εφαρμογές της υπέρυθρης ακτινοβολίας, ακολουθούμενη από μία συνοπτική παρουσίαση επί των σύγχρονων συστημάτων IRST. Στη συνέχεια προτείνεται μία προσέγγιση στην εκτίμηση της απόστασης αποκάλυψης ενός αεριωθούμενου μαχητικού από ένα σύστημα IRST. Η προσέγγιση βασίζεται στη μοντελοποίηση ενός τυπικού στροβιλοανεμιστήρα (Turbofan) κινητήρα και ενός σύγχρονου συστήματος IRST. Κατά την προσομοίωση, εξετάστηκαν διάφορες καιρικές συνθήκες και διαφορετικά οπτικά πεδία (Field Of View). Αποδεικνύεται ότι, υπό ευνοϊκές συνθήκες, η απόσταση αποκάλυψης ενός αεροκινητήρα χωρίς χρήση μετάκαυσης, σε οπίσθια θέαση, βρίσκεται στην τάξη των 100 km ή ακόμα περισσότερο, ξεπερνώντας έτσι την αναμενόμενη επίδοση ενός τυπικού ραντάρ αεροσκάφους εναντίον δυσδιάκριτου στόχου (Stealth).

1 Εισαγωγή

Η υπέρυθρη ακτινοβολία (Infrared radiation – IR) είναι μη ορατή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, με μήκη κύματος μεγαλύτερα από αυτό του ερυθρού φωτός, η οποία τυπικά καλύπτει το φάσμα από τα 300 GHz (μήκος κύματος 1 mm ή 1000 μm) έως τα 430 THz (0,7 μm). Κάθε αντικείμενο με θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, κυρίως στο υπέρυθρο φάσμα. Αντικείμενα σε υψηλότερες θερμοκρασίες εκπέμπουν επίσης και ορατό φως, όπως στην περίπτωση του λαμπτήρα πυρακτώσεως. Η φασματική πυκνότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα μέλαν σώμα σε θερμική ισορροπία δίδεται από τον νόμο του Planck [1].

Καθώς η υπέρυθρη ακτινοβολία διαδίδεται μέσω της ατμόσφαιρας, απορροφάται από υδρατμούς, διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα, οξείδιο του αζώτου κ.λπ. Ως εκ τούτου, μόνο συγκεκριμένα “παράθυρα” (οι υποπεριοχές των 3-5 και 8-12 μm) επιτρέπουν ικανοποιητική διάδοση. Στην Εικόνα 1 απεικονίζεται η μεταδοτικότητα (transmittance) της ατμόσφαιρας σε 1 ναυτικό μίλι στο επίπεδο της θαλάσσης [2]. Η μεταδοτικότητα γενικώς βελτιώνεται καθώς αυξάνει το υψόμετρο.

Όσον αφορά την περίπτωση ενός αεροπλάνου, αυτό παρουσιάζει μία περίπλοκη θερμική υπογραφή, η οποία προέρχεται από τα ακόλουθα τμήματα:

  • Τα θερμά τμήματα του κινητήρα (κεντρικό τμήμα του κινητήρα, οπίσθια όψη του στροβίλου, σώμα και εσωτερική επιφάνεια των πτερυγίων ελέγχου του ακροφυσίου εξαγωγής).
  • Τα καυσαέρια του κινητήρα (εκπομπές από την καύση του καυσίμου, κυρίως διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμοί).
  • Την δομή του αεροσκάφους, που περιλαμβάνει όλες τις εξωτερικές επιφάνειες των πτερύγων, της ατράκτου, της καλύπτρας κ.λπ., καθώς και ηλιακές και επίγειες αντανακλάσεις και το κρουστικό κύμα Mach (αεροδυναμική θέρμανση).

Επομένως, κάθε όχημα που πετάει στον αέρα εκπέμπει αναπόφευκτα θερμική ακτινοβολία, η οποία μπορεί να ανιχνευθεί, εάν παρουσιάζει επαρκή αντίθεση με το ψυχρό υπόβαθρο.

Η πιο συνηθισμένη διάταξη που εκμεταλλεύεται αυτό το χαρακτηριστικό εναντίον ενός στόχου αέρος είναι ο πύραυλος υπέρυθρης αναζήτησης, ο οποίος ανιχνεύει τη θερμότητα και έχει ιστορία πάνω από μισό αιώνα. Εκτός από την καθοδήγηση με βάση της θερμότητα, τα Συστήματα Έρευνας και Ιχνηλάτησης Υπέρυθρης Ακτινοβολίας (InfraRed Search & Track ή IRST, όπως θα αναφέρονται στη συνέχεια) έχουν χρησιμοποιηθεί από τα τέλη της δεκαετίας του ’50 για ανίχνευση και στόχευση, στο πεδίο αέρος-αέρος. Τα συστήματα IRST, ως παθητικοί αισθητήρες, παρέχουν σημαντικά πλεονεκτήματα, καθώς δεν προειδοποιούν τον αντίπαλο. Επιπλέον, δεν μπορούν να παρεμβληθούν τόσο εύκολα όσο το ραντάρ. Προσφέρουν επίσης καλύτερη γωνιακή ανάλυση σε σχέση με το ραντάρ, αλλά δεν μπορούν να μετρήσουν απευθείας την απόσταση.

Εικόνα 1

Εικόνα 1: Η μεταδοτικότητα (transmittance) IR της ατμόσφαιρας στο επίπεδο της θαλάσσης για διάστημα 1 ναυτικού μιλίου [2]. Τα πιο χρήσιμα «παράθυρα» είναι το μεσαίου κύματος (mid-wave IR – MWIR) με μήκος κύματος 3-5 μm και το μακρού κύματος (long wave IR – LWIR) με μήκος κύματος 8-12 μm.

Στο σύγχρονο πεδίο μάχης που διεξάγεται σε αέρα, θάλασσα και ξηρά, εκτός από τα μαχητικά αεροσκάφη, η τεχνολογία IRST χρησιμοποιείται σε ναυτικά συστήματα αεράμυνας, καθώς και σε συστήματα προστασίας των αρμάτων μάχης (Active Protection Systems – APS). Με την αξιοποίηση της συγχώνευσης δεδομένων (data fusion) στα σύγχρονα συστήματα μάχης, καθίσταται δυνατή η επίτευξη σημαντικών βελτιώσεων στην αποτελεσματικότητα τους, με τον συνδυασμό, τη διασύνδεση και τη συσχέτιση δεδομένων από πολλούς αισθητήρες και πηγές, όπως το ραντάρ και το σύστημα IRST (απόσταση – γωνιακή ακρίβεια) [3].

Από την άλλη πλευρά, τα συστήματα υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι πιο ευαίσθητα από τα ραντάρ σε αντίξοες καιρικές συνθήκες. Ως εκ τούτου, λαμβάνοντας υπόψη την πρόοδο της τεχνολογίας ραντάρ, τα συστήματα IRST εγκαταλείφθηκαν στις Η.Π.Α. πριν από 15-20 χρόνια, με το αξιοσέβαστο F-14D Tomcat να αποτελεί το τελευταίο μαχητικό εξοπλισμένο με IRST.

Τα αεροσκάφη (Α/Φ) χαμηλής παρατηρησιμότητας ή Stealth, πέραν της μειωμένης ραδιοδιατομής τους (Radar Cross Section – RCS), κάνουν χρήση τεχνικών που ελαττώνουν επίσης την θερμική τους υπογραφή. Τέτοιες τεχνικές είναι η χρήση κινητήρων χωρίς μετακαυστήρα (όπως στην περίπτωση του F-117 και του B-2), η χρήση στροβιλοανεμιστήρων κινητήρων (turbofan) με μεγάλο λόγο παράκαμψης (όπου η ροή παράκαμψης χρησιμοποιείται για να ψύξει τα καυσαέρια) και η τοποθέτηση των ακροφυσίων εξαγωγής στην άνω πλευρά, σε μία προσπάθεια απόκρυψης των θερμών καυσαερίων από κάτω (όπως στην περίπτωση του Β-2). Μερικά Α/Φ χρησιμοποιούν το καύσιμό τους ως ψυκτικό υγρό, μεταφέροντας πλεονάζουσα θερμότητα σε αυτό, όπως π.χ. το F-35. Παρ’ όλες αυτές τις προσπάθειες, είναι απλά αδύνατο να εξαφανιστεί στο υπέρυθρο φάσμα μία πηγή θερμότητας όπως ένα Α/Φ που πετά με μεγάλη ταχύτητα. Για τον λόγο αυτό, διαφαίνεται ότι τα συστήματα IRST αποτελούν μία προσέγγιση με προοπτικές εναντίον δυσδιάκριτων στόχων (“stealth”).

Εν αντιθέσει με τις Η.Π.Α., οι Ρώσοι δεν εγκατέλειψαν ποτέ το IRST, εξοπλίζοντας τα περισσότερα μαχητικά τους με τέτοια συστήματα, από τη δεκαετία του ’60. Οι Κινέζοι, οι οποίοι προοδεύουν γρήγορα στη σχεδίαση χαμηλής παρατηρησιμότητας, εξοπλίζουν το Chengdu J-20 και το Shenyang FC-31 με προηγμένα ηλεκτρο-οπτικά συστήματα, τα οποία εμφανίζουν ομοιότητες με τα αντίστοιχα του F-35. Επιπλέον, τις τελευταίες δεκαετίες, όλα τα σύγχρονα ευρωπαϊκά μαχητικά (Rafale, Eurofighter Typhoon, Gripen NG, τα οποία ανεπίσημα αναφέρονται και ως «euro-canards», καθώς διαθέτουν όλα ριναία πηδάλια ή canards) διαθέτουν συστήματα IRST τελευταίας γενιάς, με αυξημένες δυνατότητες. Μετά από αυτές τις εξελίξεις, οι οποίες μπορεί να θέσουν σε κίνδυνο το αμερικανικό πλεονέκτημα της τεχνολογίας χαμηλής παρατηρησιμότητας, οι Αμερικανοί πρόσφατα ανακάλυψαν εκ νέου τα συστήματα IRST, προσπαθώντας να καλύψουν την απόσταση από την Ευρώπη και τη Ρωσία.

Στην επόμενη ενότητα, παρουσιάζονται στρατιωτικές εφαρμογές της υπέρυθρης ακτινοβολίας και τα σύγχρονα συστήματα IRST. Στην 3η ενότητα, παρουσιάζεται το μαθηματικό μοντέλο ενός σύγχρονου IRST, με σκοπό την εκτίμηση της απόστασης αποκάλυψης ενός μοντέλου στροβιλοανεμιστήρα, υπό διάφορες καιρικές συνθήκες και πεδία θέασης. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης είναι εύλογα, ενώ υπό συγκεκριμένες συνθήκες δείχνουν εξαιρετικές επιδόσεις.

2 Ιστορικό Υπόβαθρο και Σύγχρονες Τάσεις

Όπως αναφέρθηκε, μία από τις πρώτες στρατιωτικές εφαρμογές που βασιζόταν στην υπέρυθρη ακτινοβολία ήταν ο πύραυλος υπέρυθρης αναζήτησης (“heat seeker”). Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι ο AIM-9 Sidewinder. Η ανάπτυξη ξεκίνησε αμέσως μετά τον 2ο Παγκόσμιο Πόλεμο, το 1946. Δέκα χρόνια αργότερα, ο AIM-9A/B είχε τεθεί σε παραγωγή. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε από το Αμερικανικό Ναυτικό. Υπερέχοντας σε επιδόσεις από τον αντίστοιχο πύραυλο της Αμερικανικής Αεροπορίας, τον AIM-4 Falcon, τελικά χρησιμοποιήθηκε και στα μαχητικά της Αμερικανικής Αεροπορίας. Τα αρχικά μοντέλα (έως την έκδοση AIM-9J) χρησιμοποιούσαν αισθητήρα PbS στη ζώνη βραχέως κύματος (short-wave IR – SWIR, 1,9-2,6 μm), ενώ τα επόμενα μοντέλα (από τον AIM-9L έως τον AIM-9P) ήταν εξοπλισμένα με αισθητήρα InSb (MWIR, 4 μm), επιτρέποντας εμπλοκές ολικής θέασης (“all aspect”), δηλαδή επίθεση από όλες τις κατευθύνσεις, όχι μόνο από το οπίσθιο μέρος.

Με κάθε νέα έκδοση του ΑΙΜ-9, υπήρχαν βελτιώσεις που αφορούσαν κυρίως την εμβέλεια του πυραύλου και το σύστημα καθοδήγησης, καθώς η πιο προηγμένη τεχνολογία αισθητήρων επέτρεπε μεγαλύτερες αποστάσεις ανίχνευσης, ενώ ήταν πιο αποτελεσματική στην απόρριψη των αντιμέτρων υπερύθρων (InfraRed Counter Measures – IRCM), όπως οι θερμοβολίδες (flares). Η πιο πρόσφατη έκδοση είναι ο AIM-9X Block II, ο οποίος χρησιμοποιεί αισθητήρα διάταξης εστιακού επιπέδου (Focal Plane Array), στη ζώνη MWIR. Ο AIM-9X μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως όπλο επιφανείας-αέρος, εκτός από αέρος-αέρος. Άλλοι πύραυλοι αέρος-αέρος υπέρυθρης αναζήτησης είναι ο βρετανικός ASRAAM, ο IRIS-T (προέκυψε από ένα πολυεθνικό πρόγραμμα με επικεφαλής τη Γερμανία, στο οποίο συμμετείχε και η Ελλάδα), ο γαλλικός MICA IR (πύραυλος μέσης εμβελείας, με data link, αισθητήρα δύο ζωνών και κατευθυνόμενη ώση) και ο ρωσικός R-73. Αρκετοί σύγχρονοι πύραυλοι διαθέτουν δύο αισθητήρες, καλύπτοντας και τη ζώνη LWIR πέραν της συνήθους MWIR, ώστε να είναι σε θέση να ξεχωρίσουν τον στόχο από θερμοβολίδες ή άλλα “δολώματα”, χρησιμοποιώντας στοιχεία HgCdTe (Mercury Cadmium Telluride).

Μία παρεμφερής οικογένεια πυραύλων είναι τα φορητά αντιαεροπορικά συστήματα, γνωστά και ως MANPADS (Man-Portable Air-Defence Systems), τα οποία είναι πύραυλοι εδάφους-αέρος που εκτοξεύονται από φορητούς εκτοξευτήρες εναντίον χαμηλά ιπτάμενων στόχων (έως 10.000 ft), όπως ελικόπτερα. Οι περισσότεροι εξ αυτών των πυραύλων χρησιμοποιούν υπέρυθρη αναζήτηση, με συστήματα καθοδήγησης παρόμοια με αυτά των πυραύλων αέρος-αέρος που περιεγράφησαν ανωτέρω, συμπεριλαμβανομένης της διάταξης εστιακού επιπέδου για τα συστήματα τελευταίας γενεάς. Παραδείγματα της κατηγορίας αυτής είναι ο αμερικανικός Stinger (οι τελευταίες εκδόσεις του εκμεταλλεύονται επίσης και την υπεριώδη ακτινοβολία – UV), ο γαλλικός Mistral και τα ρωσικά συστήματα Igla και Strela. Η μέγιστη εμβέλεια των πυραύλων αυτών είναι της τάξης των 4 ναυτικών μιλίων.

Μία ακόμα οικογένεια ηλεκτρο-οπτικών συστημάτων είναι τα συστήματα FLIR (Forward Looking IR). Αυτά είναι συνήθως πιο περίπλοκες κάμερες θερμικής απεικόνισης, στη ζώνη MWIR, για χρήση κυρίως αέρος-εδάφους. Παρέχουν υπέρυθρη εικόνα που χρησιμοποιείται για σκοπούς ναυτιλίας, επιτήρησης, αναγνώρισης και στόχευσης, κατά τη διάρκεια ημέρας ή νύχτας. Παραδείγματα συστημάτων που περιλαμβάνουν υποσύστημα FLIR είναι το σύστημα LANTIRN (αποτελούμενο από τα ατρακτίδια ναυτιλίας AN/AAQ-13 και στόχευσης AN/AAQ-14), τα ατρακτίδια AN/AAQ-33 Sniper Advanced Targeting Pod, AN/ASQ-228 Advanced Targeting FLIR (ATFLIR), AN/AAQ-28(V) LITENING, το γαλλικό Damocles, καθώς και το TADS/PNVS (Target Acquisition and Designation Sights, Pilot Night Vision System) των επιθετικών ελικοπτέρων AH-64 Apache. Τα περισσότερα από τα παραπάνω συστήματα είναι επίσης εξοπλισμένα με κάμερες υψηλής ανάλυσης ορατού φάσματος, διάταξη laser για αποστασιομέτρηση, καθώς και διάταξη κατάδειξης laser για σκοπούς στόχευσης. Πολλά ελικόπτερα είναι εφοδιασμένα με συστήματα FLIR, προκειμένου να εκτελούν παρακολούθηση ημέρα και νύχτα.

Εικόνα 2

Εικόνα 2: Ένα Phantom F-4B με την κεφαλή του υπέρυθρου αισθητήρα AAA-4, τοποθετημένη κάτω από το ραντάρ. Λόγω των βελτιώσεων στους AIM-9 Sidewinder και της περιορισμένης χρησιμότητάς του, ο αισθητήρας αυτός δεν διατηρήθηκε σε επόμενες εκδόσεις του F-4 [4].

Τα συστήματα IRST είναι συσκευές που δεν παρέχουν εικόνα αλλά χρησιμοποιούνται για σκοπούς ανίχνευσης και στόχευσης αέρος-αέρος. Αρχικά εκμεταλλεύονταν τη ζώνη LWIR, ενώ μεταγενέστερα LWIR ή MWIR. Τα πρώτα συστήματα IRST εμφανίσθηκαν γύρω στο τέλος της δεκαετίας του ’50 – αρχές δεκαετίας του ’60, σε αμερικανικά Α/Φ αναχαίτισης, όπως τα F-101 Voodoo, F-102 Delta Dagger και F-106 Delta Dart. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης στο F-8E Crusader, το F-4 Phantom (βλ. Εικόνα 2) και στα σουηδικά J-35A και J-35F-2 Draken. Αυτά ήταν απλοί αισθητήρες υπέρυθρης ακτινοβολίας, που πραγματοποιούσαν οριζόντια σάρωση και παρείχαν στοιχεία σε μια οθόνη κάτω από την κύρια οθόνη ραντάρ. Οποιοδήποτε υπέρυθρο σήμα λαμβανόταν από τον αισθητήρα, θα δημιουργούσε μία ένδειξη στην οθόνη, επιτρέποντας στον Ιπτάμενο να θέσει χειροκίνητα το ραντάρ στη σχετική γωνία, προσπαθώντας να ανιχνεύσει τον στόχο από το ραντάρ. Αυτά τα πρωτόγονα συστήματα είχαν περιορισμένη χρησιμότητα και εγκαταλείφθηκαν όταν εμφανίστηκαν πιο προηγμένα συστήματα ραντάρ.

Εικόνα 3

Εικόνα 3: Ένα F-14D Super Tomcat του U.S. Navy ετοιμάζεται να συνδεθεί με ένα Α/Φ εναέριου ανεφοδιασμού, με προτεταμένο το ακροσωλήνιο λήψης καυσίμου. Κάτω από τον κώνο του ραντάρ, διακρίνονται τα δύο ηλεκτρο-οπτικά συστήματα, το AN/AXX-1 Television Camera Set (TCS) και το IRST AN/AAS-42 (με τον σκουρόχρωμο θόλο). Το Α/Φ απεσύρθη από την ενεργό υπηρεσία το 2006. Μέχρι την έλευση του F-35, το F-14D ήταν το τελευταίο αμερικανικό μαχητικό εξοπλισμένο με IRST.

Στην δεκαετία του ’90 αναπτύχθηκε το IRST AN/AAS-42, ένας προηγμένος αισθητήρας γραμμικής διάταξης σάρωσης (Scanned Linear Array), στη ζώνη LWIR (αν και αρχικά υπήρχε και ανάλογη διάταξη στη ζώνη MWIR). Χρησιμοποιήθηκε στο Α/Φ F-14D Tomcat (γνωστό και ως Super Tomcat). Ήταν τοποθετημένο κάτω από το ραντάρ και διέθετε έξι διαφορετικές λειτουργίες, παρόμοιες με το ραντάρ AN/APG-71. Σύμφωνα με την αμυντική επιθεώρηση Jane’s, ένα ειδικό πλαίσιο το οποίο ήταν αδρανειακά σταθεροποιημένο στους 3 άξονες επέτρεπε στο σύστημα να ερευνά με ακρίβεια πολλαπλούς όγκους σάρωσης, είτε αυτόματα, είτε υπό τον έλεγχο του πιλότου. Αυτός ήταν ένας αρκετά ικανός αισθητήρας IRST, «σχεδιασμένος να επιτρέπει την πολλαπλή παρακολούθηση στόχων που εκπέμπουν θερμική ενέργεια σε εξαιρετικά μεγάλες αποστάσεις για την επαύξηση της πληροφορίας που παρέχεται από συμβατικά τακτικά ραντάρ». Νεότερες εκδόσεις αυτού του αισθητήρα τοποθετήθηκαν στη συνέχεια σε μαχητικά εξαγωγής, όπως το F-15SG Eagle που παρήγγειλε η Σιγκαπούρη, ως μέρος του συστήματος αισθητήρων «TIGER Eyes».

Όμως, το F-14D απεσύρθη από το USN το 2006. Την ίδια εποχή, η USAF ήταν απρόθυμη να υιοθετήσει έναν αισθητήρα IRST, αποφασίζοντας να μην χρηματοδοτήσει την ανάπτυξη του AIRST (Advanced IRST), το οποίο θα εξόπλιζε το F-22 Raptor. Δεδομένου ότι τότε δεν υπήρχε άλλο ανάλογο σύστημα στο αμερικανικό οπλοστάσιο, η απόφαση αυτή άφησε για μερικά χρόνια τις ΗΠΑ χωρίς κάποιο μαχητικό που να διαθέτει IRST.

Η κατάσταση αυτή πλέον αλλάζει και οι ΗΠΑ φαίνεται ότι επαν-ανακαλύπτουν το IRST:

  • Το F-35 είναι εξοπλισμένο με δύο ηλεκτρο-οπτικά συστήματα, το Κατανεμημένο Σύστημα Διαφράγματος (Distributed Aperture System – DAS) AN/AAQ-37 και το Ηλεκτρο-οπτικό σύστημα σκόπευσης (Electro-Optical Targeting System – EOTS) AN/AAQ-40. Το DAS είναι ένα σύστημα που λειτουργεί σε δύο ζώνες (MWIR και LWIR) και περιλαμβάνει 6 υπέρυθρους αισθητήρες γύρω από το αεροπλάνο για σφαιρική κάλυψη, παρέχοντας εικόνα ημέρα και νύχτα, ενώ παράλληλα δρα ως ένα σύστημα αποκάλυψης πυραύλου (Missile Approach Warning System) καθώς και ως IRST. Το EOTS συνδυάζει λειτουργία FLIR και IRST, κυρίως για σκοπούς αέρος-εδάφους, ενώ μοιράζεται πολλές κοινές βαθμίδες με το Sniper Advanced Targeting Pod, αν και είναι τοποθετημένο εσωτερικά και όχι ως ατρακτίδιο. Ένα αναβαθμισμένο EOTS έχει προταθεί να αντικαταστήσει το υφιστάμενο σε νεότερες εκδόσεις του F-35, το οποίο θα διαθέτει διάφορες βελτιώσεις, συμπεριλαμβανομένης της λειτουργίας στη ζώνη SWIR.
  • Το 2015, το USN ενέκρινε την παραγωγή χαμηλού ρυθμού του συστήματος αισθητήρα IRST21, με σκοπό να εξοπλίσει τα F/A-18 Super Hornet με IRST. Ο αισθητήρας IRST21 βασίζεται στο παλαιότερο IRST AN/AAS-42 και τοποθετείται στην εμπρόσθια πλευρά της κεντρικής εξωτερικής δεξαμενής καυσίμου του F/A-18E/F. Ο IRST21 είναι και ο κύριος αισθητήρας του Legion Pod, ενός συστήματος αισθητήρα πολλαπλών λειτουργιών, το οποίο υποστηρίζει συνεργατικές επιχειρήσεις σκόπευσης. Το 2017, το Legion Pod επιλέχθηκε για τα F-15C των ΗΠΑ.
  • Παράλληλα, παρουσιάστηκε το IRST OpenPod, ως μία μελλοντική λύση που παρέχει στόχευση, επικοινωνίες, LIDAR και άλλες επιλογές. Το OpenPod αποτελεί εξέλιξη του ατρακτιδίου LITENING, με την ενσωμάτωση τεχνολογίας IRST που αναπτύχθηκε στην Ευρώπη για το PIRATE και το SkyWard.
Εικόνα 4

Εικόνα 4: Ένα F-16 εξοπλισμένο με το σύστημα αισθητήρα Legion Pod. Η εγκατάσταση και οι σχετικές πτητικές δοκιμές έχουν ολοκληρωθεί για το F-16 (εικόνα από την ιστοσελίδα του κατασκευαστή).

Όσον αφορά την Ευρώπη, όλα τα σύγχρονα Ευρωπαϊκά μαχητικά διαθέτουν εξελιγμένα συστήματα IRST, ως ακολούθως (με την σειρά που εμφανίσθηκαν):

  • Το γαλλικό Rafale διαθέτει το OSF (Optronique Secteur Frontal ή Front Sector Optronics – FSO), το οποίο περιλαμβάνει IRST/FLIR δύο ζωνών, κάμερα TV και αποστασιόμετρο laser, για επιτήρηση και στόχευση αέρος-αέρος και αέρος-εδάφους. Αποτέλεσε το πρώτο δυτικό σύστημα IR δύο ζωνών (MWIR και LWIR). Όμως, στο τρέχον στάνταρ του Rafale (F3), το OSF διατηρεί μόνο το υποσύστημα TV/Laser, καθώς το υποσύστημα IR θεωρείται απαρχαιωμένο (obsolete) και πρόκειται να αντικατασταθεί με ένα αναβαθμισμένο στο επόμενο στάνταρ F4.
  • Το Eurofighter Typhoon χρησιμοποιεί το Passive InfraRed Airborne Track Equipment (PIRATE) της κοινοπραξίας EuroFirst, ένα σύστημα IRST/FLIR διπλής ζώνης, το οποίο μπορεί να αποκαλύψει και να ιχνηλατήσει στόχους αέρος και εδάφους και να παράσχει απεικόνιση FLIR για πτήση σε χαμηλά ύψη και ναυτιλία παντός καιρού για επιχειρήσεις ημέρα και νύχτα. Αναφέρεται επίσης ότι εκτελεί παθητική αποστασιομέτρηση.
  • Το JAS 39E/F Gripen NG διαθέτει το SkyWard το οποίο βασίζεται στην εμπειρία που αποκτήθηκε από το PIRATE του Eurofighter Typhoon. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιεί έναν αισθητήρα διάταξης εστιακού επιπέδου (Focal Plane Array) στη ζώνη LWIR (με την δυνατότητα διπλής ζώνης ως ενδεχόμενη αναβάθμιση) και έχει αναφερθεί ότι είναι “ικανό να ανιχνεύει δυσδιάκριτους στόχους (χαμηλού RCS) σε αποστάσεις συμβατές με την εξαπόλυση πυραύλου πέραν του οπτικού πεδίου (Beyond Visual Range)”. Το SkyWard υποστηρίζεται ότι παρουσιάζει αντι-στελθ ικανότητες, καθώς “ορισμένες βαφές απορρόφησης υπέρυθρης ακτινοβολίας προκαλούν μεγαλύτερη τριβή από τις συνήθεις επιφάνειες και αυτό προκαλεί αεροδυναμική τριβή την οποία μπορεί να ανιχνεύσει το IRST”, σύμφωνα με εκπροσώπους της εταιρείας [5]. Μπορεί επίσης να εκτελέσει “κινητική αποστασιομέτρηση” (kinetic ranging), όπου το φέρον Α/Φ πραγματοποιεί έναν συγκεκριμένο ελιγμό και η απόσταση του στόχου υπολογίζεται από την μεταβολή της γωνίας αζιμουθίου του στόχου. Η απόσταση του στόχου μπορεί να εκτιμηθεί και με τη βοήθεια ενός άλλου Gripen μέσω τριγωνισμού, με ανταλλαγή δεδομένων μέσω του ασύρματου δικτύου TAU-Link (Tactical Air Unit data link).
Εικόνα 5

Εικόνα 5: Το 101KS-V IRST του Sukhoi Su-57 (παλαιότερα γνωστό ως T-50 ή PAK-FA) φαίνεται μπροστά και δεξιά από την καλύπτρα (εικόνα από την ιστοσελίδα της κατασκευάστριας UAC).

Στην Ρωσία, τα μαχητικά τους, όπως το MiG-23, το Su-27 και το MiG-31, εξοπλίζονται με IRST από την δεκαετία του ’60. Τα συστήματα IRST χρησιμοποιούνται στα ρωσικά μαχητικά ως αντιστάθμισμα έναντι των πιο εξελιγμένων ραντάρ των δυτικών μαχητικών. Με τον τρόπο αυτό, θα ήταν δυνατή η πρόσκτηση εχθρικού Α/Φ από τα ρωσικά μαχητικά σε επαρκείς αποστάσεις, χωρίς να προειδοποιείται το εχθρικό Α/Φ. Σύγχρονα ρωσικά συστήματα IRST είναι το OLS-27/30/35 για την οικογένεια του Flanker και το OLS-29 για την οικογένεια Mig-29/35. Επίσης, το 101KS-V (OLS-50M) είναι ένα εξελιγμένο IRST που αναπτύσσεται ως μέρος του ηλεκτρο-οπτικού συστήματος 101KS Atoll για το μαχητικό 5ης γενεάς Su-57. Το IRST 101KS-V αναφέρεται ότι βασίζεται στην τεχνολογία υπέρυθρου φωτοφωρατή κβαντικού φρέατος (Quantum Well Infrared Photodetector – QWIP), η οποία λειτουργεί σε πολύ ευρύτερο φασματικό εύρος ζώνης, το οποίο περιλαμβάνει την ζώνη πολύ μακρού κύματος 15 μm, ώστε να ανιχνεύει πολύ ψυχρούς στόχους.

Η Κίνα κινείται ταχέως στον τομέα των μαχητικών 5ης γενεάς για να καλύψει την απόσταση, αναπτύσσοντας το Chengdu J-20 και το Shenyang FC-31, κατ’ αναλογία με τον συνδυασμό F-22 και F-35. Το ηλεκτρο-οπτικό σύστημα στόχευσης EOTS-89 και το IRST EORD-31 αναπτύσσονται για τα J-20 και J-31. Διαφημιστικά φυλλάδια αναφέρουν αποστάσεις αποκάλυψης 150 km για το B-2 και 110 km για το F-22. Αμφότερα τα J-20 και FC-31, αναφέρεται ότι διαθέτουν επίσης κατανεμημένο σύστημα διαφράγματος παρόμοιο με το DAS του F-35. 

3 Μοντελοποίηση του Κινητήρα, των Καιρικών Συνθηκών και του Αισθητήρα IRST

Λαμβάνοντας υπόψη τα ανωτέρω, ανακύπτει το ακόλουθο ερώτημα: ποια είναι η μέγιστη απόσταση από την οποία μπορεί να ανιχνευθεί ένα δυσδιάκριτο μαχητικό τεχνολογίας στελθ από έναν αισθητήρα IRST; Επιπλέον, ποιες είναι οι πιο σημαντικές παράμετροι που επηρεάζουν την απόσταση αυτή;

Με σκοπό την απάντηση των ερωτημάτων αυτών, έγιναν τα ακόλουθα βήματα:

  • Μοντελοποίηση του κινητήρα του Α/Φ – στόχου, με βάση τα χαρακτηριστικά ενός τυπικού στροβιλοανεμιστήρα (turbofan), όπως ο κινητήρας F135 του F-35.
  • Ανάλυση των καιρικών συνθηκών και της ατμοσφαιρικής μεταδοτικότητας, χρησιμοποιώντας τον κώδικα MODTRAN.
  • Ανάλυση του αισθητήρα IRST, δηλαδή του φωτοανιχνευτή (detector), του οπτικού συστήματος κ.λπ., χρησιμοποιώντας χαρακτηριστικά και παραμέτρους που προσιδιάζουν στα συστήματα PIRATE ή SkyWard.
  • Εκτίμηση της μέγιστης απόστασης αποκάλυψης με βάση τη διαφορά ραδιομετρικής έντασης (radiant intensity) μεταξύ του στόχου και του υποβάθρου.

Ο στροβιλοανεμιστήρας είναι σήμερα ο πιο κοινός τύπος αεροκινητήρα, προσφέροντας περισσότερη ώση και χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου σε σχέση με παλαιότερους στοβιλωθητές κινητήρες (turbojet), στις συνήθεις συνθήκες πτήσης (υψηλή υποηχητική έως χαμηλή υπερηχητική ταχύτητα). Υπάρχουν διάφορες αναλύσεις πάνω στη λειτουργία ενός στροβιλοανεμιστήρα, όπως π.χ. [6] [7]. Ο λόγος παράκαμψης (bypass ratio), δηλαδή ο λόγος της ροής μάζας αέρα που παρακάμπτει τον θάλαμο καύσης του κινητήρα προς τη ροή μάζας αέρα που διέρχεται από τον θάλαμο καύσης, για ένα μαχητικό αεροσκάφος είναι μικρότερος από 1:1, π.χ. 0,36:1 για τον κινητήρα Pratt & Whitney F100, που προωθεί το F-16 και το F-15, ή 0,57:1 για τον F135-PW-100 του Α/Φ F-35Α CTOL (συμβατικής απογείωσης και προσγείωσης). Τα μαχητικά αεροσκάφη χρησιμοποιούν κινητήρες με χαμηλούς λόγους παράκαμψης, πράγμα το οποίο αποτελεί έναν συμβιβασμό μεταξύ της οικονομίας καυσίμου και των απαιτήσεων μάχης, όπως ο υψηλός λόγος ισχύος προς βάρος, η υπερηχητική απόδοση και η δυνατότητα χρήσης μετακαυστήρα. Επιπλέον, η ροή αέρα παράκαμψης ψύχει τα καυσαέρια, μειώνοντας τη συνολική υπέρυθρη υπογραφή του αεροσκάφους.

Όμως, η θερμοκρασία των καυσαερίων δεν είναι πολύ σημαντική σε μεγάλες αποστάσεις, επειδή τα κύρια συστατικά τους, το διοξείδιο του άνθρακα και οι υδρατμοί, παίζουν σημαντικό ρόλο και στην απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Με άλλα λόγια, η ακτινοβολία των καυσαερίων εκπέμπεται σε διακριτές συχνότητες, οι οποίες εξασθενούν πολύ καθώς η απόσταση μεταξύ του στόχου και του IRST αυξάνεται [8]. Εκτιμάται ότι, σε μεγάλες αποστάσεις, η ακτινοβολία των καυσαερίων που προσπίπτει στον αισθητήρα του IRST συνεισφέρει στην ανίχνευση του στόχου λιγότερο από 5%. Σε μικρές όμως αποστάσεις, η εκπεμπόμενη ακτινοβολία δεν έχει ακόμα εξασθενήσει, οπότε τα καυσαέρια αποτελούν την κύρια πηγή ακτινοβολίας για τους πυραύλους υπέρυθρης αναζήτησης. Για παράδειγμα, οι αισθητήρες των MANPADS ή των πυραύλων αέρος-αέρος εμφανίζουν την βέλτιστη απόδοση στο μήκος κύματος των 4,35 μm, το οποίο αντιστοιχεί στην ακτινοβολία που εκπέμπεται από το διοξείδιο του άνθρακα [8].

Στην παρούσα προσέγγιση, το τελευταίο στάδιο του στροβίλου και η εσωτερική επιφάνεια του ακροφυσίου εξαγωγής αποτελούν τις κύριες πηγές ακτινοβολίας. Ο κινητήρας θεωρείται ότι λειτουργεί σε ξηρή ώση (χωρίς χρήση μετακαυστήρα). Όσον αφορά το F-35, η επιφάνεια του ακροφυσίου του κινητήρα F135 εκτιμάται σε 0,32-0,72 m². Για την προσομοίωση, το άνοιγμα του ακροφυσίου θεωρήθηκε ότι είναι 0,51 m². 

3.1 Νόμος του Beer

Σύμφωνα με τον νόμο του Beer (ή νόμο Beer-Lambert):

Τύπος_1α

όπου t είναι η μεταδοτικότητα (transmittance), α είναι ο συντελεστής του μοντέλου καιρού (ή συντελεστής απόσβεσης), που εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή και R είναι η απόσταση του στόχου από τον αισθητήρα. Εκτός από τις καιρικές συνθήκες, ο συντελεστής εξαρτάται από το “ατμοσφαιρικό παράθυρο” όπου ο αισθητήρας επιδεικνύει τη καλύτερη απόδοση. Για την προσομοίωση, εξετάζεται η περίπτωση IRST που λειτουργεί στην περιοχή MWIR, δηλαδή στο ατμοσφαιρικό παράθυρο 3-5 μm. Όσον αφορά τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, εξετάστηκαν οι ακόλουθες περιπτώσεις:

  • συνθήκες ξηρασίας (α = 0,05),
  • καθαρή ατμόσφαιρα (α = 0,1),
  • ελαφρά σκόνη ή ομίχλη (α = 0,4),
  • βροχόπτωση (α = 0,8),
  • έντονη βροχόπτωση (α = 1,2). 

3.2 Η Ουράνια Ακτινοβολία (Sky Radiation)

Η ουράνια ακτινοβολία αποτελεί έναν σημαντικό παράγοντα για την προσομοίωση, λαμβάνοντας υπόψη ότι και αυτή καταφθάνει στον αισθητήρα ως θόρυβος, μειώνοντας την αντίθεση (contrast) μεταξύ του στόχου και του υποβάθρου. Το γνωστό μοντέλο MODTRAN (MODerate resolution atmospheric TRANsmission) χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση του μοντέλου καιρικών συνθηκών. Ο κώδικας MODTRAN υπολογίζει την ατμοσφαιρική φασματική μεταδοτικότητα και τις εκπομπές, σε ευθεία γραμμή. Χρησιμοποιήθηκαν οι ακόλουθες παράμετροι – ρυθμίσεις:

  • Χειμώνας μεσαίου γεωγραφικού πλάτους
  • Ύψος: 10 Km (λίγο περισσότερο από 30.000 ft)
  • Ηλιακή ζενίθια γωνία: 90o
  • Ορατότητα: 10 Km
  • Τύπος αερολυμάτων (aerosol mode): αγροτικής προέλευσης (rural) 

Εικόνα 6: Στο ανωτέρω διάγραμμα, το οποίο προκύπτει από τον κώδικα MODTRAN, ως τιμή ουράνιας ακτινοβολίας μπορεί να θεωρηθεί η εξής: Ε = 2·10-5 W/cm2/micron/sr. Αυτή είναι μία συντηρητική προσέγγιση, καθώς στο παράθυρο 3-4,6 μm, η ουράνια ακτινοβολία είναι μικρότερη από την τιμή αυτή.

 

3.3 Απαιτήσεις Συστήματος

Ακολουθώντας μία προσέγγιση παρόμοια με αυτή του ραντάρ για ανίχνευση σήματος μέσα σε θόρυβο, υπάρχουν συγκεκριμένες απαιτήσεις που αφορούν την απόδοση ενός IRST. Πιο συγκεκριμένα, η πιθανότητα εντοπισμού (Pd) του στόχου θα πρέπει να είναι υψηλότερη από 95% και ο ρυθμός εσφαλμένων συναγερμών (FAR – False Alarm Rate) θα πρέπει να είναι μία φορά ανά ώρα [10]:

Από το διάγραμμα της πιθανότητας εντοπισμού για δεδομένες τιμές FAR (π.χ. εικ. 4.160 του [10]), μπορεί κανείς να βρει τον απαιτούμενο λόγο σήματος προς θόρυβο SNR (Signal to Noise Ratio). Η τιμή SNR που ικανοποιεί τις προαναφερθείσες απαιτήσεις είναι 5,8.

 

Εικόνα 7: Ανίχνευση στόχου σε περιβάλλον θορύβου [10].

3.4 Το Μοντέλο IRST

Ένας σύγχρονος αισθητήρας IRST θα περιελάμβανε μία διάταξη 640×512 φωρατών (detectors), ενώ σύμφωνα με το [11], η επόμενη γενιά θα έχει μία διάταξη μεγέθους 1024×1024. Υποθέτουμε ότι έχουμε μία τυπική διάταξη 640×512. Το πλαίσιο (frame) που μπορεί να δει ένα IRST εξαρτάται από το οπτικό πεδίο (field of view). Οι ακόλουθες τρεις περιπτώσεις οπτικού πεδίου εξετάστηκαν στην προσομοίωση, οι οποίες είναι αυτές που αναφέρονται για το IRST SkyWard [12]:

  • Ευρύ οπτικό πεδίο (WFOV – Wide Field Of View): 30o × 24o
  • Μεσαίο οπτικό πεδίο (MFOV – Medium Field Of View): 16o × 12.8o
  • Στενό οπτικό πεδίο (NFOV – Narrow Field Of View): 8o × 6,4o

Όσο πιο ευρύ είναι το οπτικό πεδίο, τόσο ευκολότερο είναι να κοιτάξει κανείς προς την κατεύθυνση του στόχου αλλά τόσο περισσότερη ουράνια ακτινοβολία (δηλαδή θόρυβος) θα βρίσκεται εντός του πλαισίου, μειώνοντας την αντίθεση. Από την άλλη πλευρά, ένα στενό οπτικό πεδίο θα παρέχει μια καλή αντίθεση, λόγω της λιγότερης ουράνιας ακτινοβολίας που εισέρχεται στο πλαίσιο, επιτρέποντας την ανίχνευση ενός στόχου από μακριά, υπό την προϋπόθεση όμως ότι ο αισθητήρας κοιτάζει προς τον στόχο. Επομένως, δεν υπάρχει μια τέλεια λύση αλλά μόνο ένας συμβιβασμός στο θέμα αυτό.

Κάθε πλαίσιο χωρίζεται σε εικονοστοιχεία (pixels), ανάλογα με την διάσταση της διάταξης του αισθητήρα. Ένας αισθητήρας με διάταξη 640×512 σημαίνει ότι αυτός είναι ο αριθμός των διακριτών στοιχείων οριζόντια και κάθετα. Όσο αυξάνει ο αριθμός των εικονοστοιχείων, το μέγεθος του καθενός μειώνεται, καθώς και η ουράνια ακτινοβολία που εισέρχεται στο αντίστοιχο στοιχείο ανίχνευσης. Στην προσομοίωση, η ακτινοβολία του στόχου θεωρείται ότι προσπίπτει σε ένα εικονοστοιχείο και όχι σε ένα σύνολο εικονοστοιχείων ή στην ενδιάμεση επιφάνεια. Με τον τρόπο αυτό, η συνολική ακτινοβολία του στόχου μπορεί να αξιοποιηθεί για σκοπούς ανίχνευσης. Επομένως, μία πιο πυκνή διάταξη (με περισσότερα εικονοστοιχεία) σημαίνει ότι λιγότερη ουράνια ακτινοβολία εισέρχεται σε κάθε εικονοστοιχείο, συμπεριλαμβανομένου και του εικονοστοιχείου της ανίχνευσης.

Σύμφωνα με το [13], σε ένα σύγχρονο IRST, το βήμα μεταξύ των εικονοστοιχείων (δηλαδή η απόσταση μεταξύ δύο παρακείμενων εικονοστοιχείων) είναι περίπου 16 μm. Υποθέτοντας ότι το μέγεθος κάθε εικονοστοιχείου είναι περίπου 15,52 μm (97% του βήματος), ο βαθμός κάλυψης της διάταξης εκτιμάται σε 0,94 (94%) [14], η οποία είναι μία ρεαλιστική προσέγγιση, αν και συντηρητική.

3.5 Εκτίμηση της Απόστασης Αποκάλυψης

Ακολουθώντας τη συλλογιστική του [15], η μέγιστη απόσταση R, στην οποία μπορεί να ανιχνευθεί ο στόχος, εκτιμάται σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο:

όπου:

  • D0 είναι το ενεργό διάφραγμα (effective aperture) ή ενεργό διαμέτρημα (effective calibre) του οπτικού συστήματος. Εάν υποθέσουμε ότι το D0 είναι κυκλικό (και συνήθως είναι), τότε η διάμετρος d0 σχετίζεται με την εστιακή απόσταση (focal length) f και τον αριθμό διαφράγματος ανοίγματος ή αριθμό F# (f-number) του οπτικού συστήματος σύμφωνα με την εξίσωση:

Στην προσομοίωση, χρησιμοποιήθηκαν οι ακόλουθες τρεις τιμές του d0, που αντιστοιχούν στις τρεις διαφορετικές περιπτώσεις οπτικού πεδίου (ευρύ, μεσαίο, στενό):

dw = 15,16 mm, dm = 28,4 mm, dn = 56,8 mm.

  • t είναι ο συντελεστής μεταδοτικότητας (transmittance coefficient) της ατμόσφαιρας, όπως στην εξ. 1 (νόμος του Beer). Εξαρτάται από την απόσταση του στόχου και τις καιρικές συνθήκες [9].
  • t0 είναι ο συντελεστής μεταδοτικότητας του ιδίου του οπτικού συστήματος. Για παράδειγμα, το PIRATE έχει 90 ανακλαστικές επιφάνειες που καθορίζουν τη συνολική εξασθένηση της εισερχόμενης ακτινοβολίας [16]. Έτσι, το t0 αντιστοιχεί στην περαιτέρω εξασθένηση της ακτινοβολίας του στόχου εντός του οπτικού συστήματος. Υποθέτοντας μία ενδιάμεση τιμή για το t0, τέθηκε t0= 0,78, αν και στα σύγχρονα οπτικά συστήματα επιτυγχάνονται ακόμα καλύτεροι (υψηλότεροι) συντελεστές μεταδοτικότητας.
  • D* είναι η ειδική ανιχνευσιμότητα (specific detectivity ή spectral detectability), ένα χαρακτηριστικό των επιδόσεων για κάθε τεχνολογία φωρατή. Σύμφωνα με το [18], για το PIRATE, μία μέγιστη τιμή του D* θεωρείται ότι είναι 1,5·1011 cm⋅√Hz /W για το MWIR. Στην προσομοίωση, υποτέθηκε ότι το D* είναι ίσο με 1,4·1011 cm⋅√Hz /W για τους φωρατές. Μία εμπεριστατωμένη ανάλυση σχετικά με το D* παρέχεται στο [17].
  • F# είναι ο αριθμός F# (f-number), δηλαδή ο λόγος της εστιακής απόστασης του οπτικού συστήματος προς την διάμετρο της διάταξης των φωρατών, όπως φαίνεται στην εξ. 5. Ο αριθμός F# και το μήκος κύματος σχετίζονται με το μέγεθος του οπτικού σημείου περιορισμένης διάθλασης, ως ακολούθως:

όπου d είναι το μέγεθος του φωρατή και λ είναι το μέσο μήκος κύματος. Στην προσομοίωση, d = 15,52 μm και λ = 4,95 μm, οπότε ο αριθμός F# είναι περίπου 1,29.

  • Η γωνία ω αναπαριστά το στιγμιαίο οπτικό πεδίο (IFOV – instantaneous field of view) ή τη γωνιακή ανάλυση του φωρατή. Για μικρές τιμές, το IFOV προσεγγίζεται ως ακολούθως:

με d το μέγεθος του φωρατή και f την εστιακή απόσταση. Εάν ο ανωτέρω τύπος εφαρμοστεί στην συνολική διάταξη, τότε γίνεται:

Η οριζόντια διάσταση της διάταξης, για 640 φωρατές με βήμα 16 μm θα είναι 640×16 μm = 10,24 mm. Για τους 512 φωρατές, η κάθετη διάσταση της διάταξης θα είναι 512×16 μm = 8,192 mm. Οπότε, η (διαγώνια) διάσταση της διάταξης θα είναι (10,242 + 8,1922)1/2 mm = 13,1136mm. Το οπτικό πεδίο (FOV) δεν είναι σταθερό και εξαρτάται από την λειτουργία. Για παράδειγμα, για ευρύ οπτικό πεδίο, το FOV είναι 30° × 24°. Οπότε, η μέση γωνιακή ανάλυση είναι (302 + 242)1/2 = 38,41o ή 670,38 mrad. Έτσι, η εστιακή απόσταση για ευρύ οπτικό πεδίο (WFOV) από την εξ. 8 θα είναι f = 13,1136 mm / 0,67038 rad ή f = 19,56 mm. Σύμφωνα με την εξ. 7, το IFOV θα είναι 0,7934 mrad ή 0,0454°. Οι σχετικές παράμετροι μπορούν να υπολογισθούν με τον ίδιο τρόπο για MFOV και NFOV.

Δf είναι το ισοδύναμο εύρος ζώνης θορύβου του συστήματος, το οποίο μπορεί να εκφρασθεί ως ακολούθως [15]:

όπου td είναι ο χρόνος δειγματοληψίας ή χρόνος παραμονής (dwell time). Για μία συχνότητα δειγματοληψίας 3 Hz, ο χρόνος παραμονής είναι 0,3333 sec και Δf είναι 1,5 Hz.

  • Η τιμή του SNR έχει υπολογισθεί ανωτέρω (στην ενότητα 3.3) και θα πρέπει να είναι ίση με 5,8.
  • Jt είναι η εκπεμπόμενη ένταση του στόχου και του υποβάθρου, ενώ Jb είναι εκπεμπόμενη ένταση του υποβάθρου, στην περιοχή μήκους κύματος υπό εξέταση (3-5 μm). Αυτά υπολογίζονται ως ακολούθως, ξεκινώντας από το Jt [15]:

10.pngόπου:

σ = 5,67032 x 10-12 W · cm-2 · K-4 είναι η σταθερά Stefan-Boltzmann.

εt είναι ο συντελεστής εκπομπής του στόχου. Στην προσομοίωση: εt = 0,90

At είναι η επιφάνεια του στόχου, π.χ., το ακροφύσιο του F135. Στην προσομοίωση: At = 0,51 m2

Tt είναι η θερμοκρασία του στόχου. Η θερμοκρασία της εσωτερικής επιφάνειας του Α/Κ εκτιμάται σε Tt = 1.000 oK

nΔλ είναι ο συντελεστής εύρους ζώνης και υποδεικνύει ποιο ποσοστό της συνολικής εκπομπής του στόχου εκπέμπεται εντός του εύρους ζώνης υπό εξέταση. Στην προσομοίωση, θεωρείται ότι nΔλ = 0,31

Ο στόχος θεωρείται ότι είναι Λαμπερτιανή επιφάνεια (Lambertian surface), οπότε η ένταση της ακτινοβολίας διαιρείται με π.

  • Σχετικά τώρα με την ένταση ακτινοβολίας του υποβάθρου , έχουμε:

όπου:

σ = 5,67032 x 10-12 W · cm-2 · K-4 είναι η σταθερά Stefan-Boltzmann.

εb είναι ο συντελεστής εκπομπής του στόχου. Στην προσομοίωση: εb = 0,90

ω·R2 είναι η επιφάνεια που καλύπτει το στιγμιαίο οπτικό πεδίο (IFOV) κατά τη στιγμή της ανίχνευσης, σε m2. Προφανώς, εξαρτάται από την απόσταση του στόχου από τον αισθητήρα. Επιπρόσθετα, το IFOV αλλάζει με τις τρεις διαφορετικές λειτουργίες στενού-μεσαίου-ευρέως πεδίου. Η ένταση ακτινοβολίας υποβάθρου λαμβάνεται από την περιοχή που καλύπτει το IFOV μείον την επιφάνεια του στόχου: ω·R2 At.

Tb είναι η θερμοκρασία περιβάλλοντος στα 30.000 ft. Θεωρείται ότι Tb = 230 oK, σύμφωνα με τους επίσημους πίνακες των ΗΠΑ “U.S. Standard Atmosphere Heights and Temperatures”.

n’Δλ είναι συντελεστής εύρους ζώνης και υποδεικνύει ποιο ποσοστό της συνολικής εκπομπής του στόχου εκπέμπεται εντός του εύρους ζώνης υπό εξέταση. Ακολουθώντας μία ανάλογη προσέγγιση ως ανωτέρω, υποτίθεται ότι n’Δλ = 0,31.

4 Αποτελέσματα Προσομοίωσης

Σύμφωνα με το [19], μία μέτρηση της ικανότητας του IRST να ανιχνεύει έναν σημειακό στόχο είναι η αξιολόγηση του λόγου:

όπου λ είναι το μήκος κύματος, F# ο αριθμός F# (f-number) και d η γραμμική διάσταση του εικονοστοιχείου φωρατή. Αυτός ο λόγος θα πρέπει να είναι μικρότερος από 0,5 για ένα σύστημα κατάλληλο για ανίχνευση. Για την παρούσα προσομοίωση, ο λόγος αυτός υπολογίσθηκε σε 0,41, αποδεικνύοντας ότι πρόκειται για ένα κατάλληλο σύστημα, όσον αφορά τις βασικές ποιοτικές απαιτήσεις.

Λαμβάνοντας υπόψη τα ανωτέρω μοντέλα και την ανάλογη συλλογιστική, τα αποτελέσματα για συγκεκριμένες καιρικές συνθήκες και οπτικά πεδία απεικονίζονται στον Πίνακα 1.

matrix

Πίνακας 1: Αποτελέσματα προσομοίωσης απόστασης αποκάλυψης IRST (σε km), σε μεγάλο ύψος. Ο κινητήρας του στόχου είναι σε ξηρή ώση (χωρίς μετάκαυση) και το IRST είναι πίσω από το Α/Φ – στόχο.

Από τα ανωτέρω αποτελέσματα, καθίσταται προφανές ότι, σε καλές καιρικές συνθήκες, ένας στόχος (π.χ. ένα F-35, όπως στην υπόψη περίπτωση) μπορεί να ανιχνευθεί σε αρκετά μεγάλη απόσταση, της τάξης των 100 km, ή ακόμα περισσότερο σε συνθήκες ξηρασίας. Ανάλογες αποστάσεις αποκάλυψης έχουν αναφερθεί για υπάρχοντα συστήματα σε πραγματικές δοκιμές [20], υποδεικνύοντας την αληθοφάνεια της προτεινόμενης προσέγγισης.

Καθώς οι καιρικές συνθήκες επιδεινώνονται, η απόδοση του IRST χειροτερεύει. Σε έντονη βροχόπτωση ή χιόνι, η απόσταση αποκάλυψης του IRST καθίσταται πολύ μικρή. Όμως, στις περισσότερες περιπτώσεις, η απόσταση αποκάλυψης του IRST είναι καλύτερη από την αναμενόμενη απόσταση αποκάλυψης ενός δυσδιάκριτου αεροσκάφους (στελθ) από ένα ραντάρ ενός τακτικού Α/Φ [21].

Το οπτικό πεδίο επηρεάζει σημαντικά την επίδοση. Καθώς το οπτικό πεδίο γίνεται πιο ευρύ, η αντίθεση μεταξύ του στόχου και του υποβάθρου μειώνεται και η απόδοση επιδεινώνεται. Από την άλλη, για στενό οπτικό πεδίο, η απόδοση είναι πολύ πιο καλή. Όμως, είναι πιο δύσκολο να χρησιμοποιήσει κανείς την στενή θέαση για έρευνα.

Σημειώνεται ότι η προτεινόμενη προσέγγιση λαμβάνει υπόψη μόνο τα θερμά στοιχεία του κινητήρα, όπως αυτά φαίνονται από πίσω, και όχι την αεροδυναμική τριβή. Ως μελλοντική εργασία, θα εξεταστεί το φαινόμενο της αεροδυναμικής τριβής των χειλέων προσβολής και των εισαγωγών του κινητήρα ως προς την ανίχνευση του IRST. 

5 Συμπέρασμα

Τα συστήματα IRST παρέχουν μία εναλλακτική δυνατότητα ανίχνευσης εχθρικών Α/Φ. Παρέχουν συγκεκριμένα πλεονεκτήματα εν συγκρίσει με τα τυπικά τακτικά ραντάρ Α/Φ, όπως συγκεκαλυμμένη λειτουργία, ανοσία στην παρεμβολή και υψηλότερη γωνιακή ανάλυση. Σε μερικές περιπτώσεις, τα συστήματα IRST προσφέρουν επίσης πολύ μεγάλες αποστάσεις ανίχνευσης, ανταγωνιζόμενα τα συμβατικά ραντάρ. Από την άλλη, δεν μπορούν να μετρήσουν άμεσα την απόσταση, όπως τα ραντάρ. Όμως τα σύγχρονα IRST χρησιμοποιούν έμμεσες μεθόδους αποστασιομέτρησης, με παθητική μέτρηση της απόστασης.

Η ανάπτυξη των οπλικών συστημάτων, ιδίως των δυσδιάκριτων απειλών (στελθ), οδήγησαν στην ανανέωση του ενδιαφέροντος στα συστήματα IRST, τα οποία πλέον προσφέρουν πιο εξελιγμένη τεχνολογία αισθητήρων και καλύτερη επεξεργασία σήματος, σε σχέση με το παρελθόν. Οι ΗΠΑ φαίνονται να επανα-ανακαλύπτουν το IRST, προσπαθώντας να καλύψουν το χαμένο έδαφος σε σχέση με την Ευρώπη, τη Ρωσία και την Κίνα, παρά το γεγονός ότι είχαν αξιοποιήσει συστήματα IRST σχεδόν πριν από μισό αιώνα.

Με σκοπό την εξέταση των ενδεχόμενων επιχειρησιακών πλεονεκτημάτων ενός σύγχρονου συστήματος IRST για την ανίχνευση δυσδιάκριτων Α/Φ, η εργασία αυτή εξετάζει ένα μοντέλο κινητήρα που βασίζεται στον Pratt&Whitney F135 του F-35, ένα μοντέλο IRST με χαρακτηριστικά τελευταίας γενιάς, καθώς και μία μεθοδολογία εκτίμησης της μέγιστης απόστασης αποκάλυψης. Η προτεινόμενη μέθοδος εξετάστηκε σε ορισμένες περιπτώσεις, που αντιστοιχούν σε διαφορετικές παραμέτρους καιρικών συνθηκών και οπτικών πεδίων των αισθητήρων.

Οι αποστάσεις αποκάλυψης που υπολογίσθηκαν είναι αρκετά κοντά σε τιμές που αναφέρθηκαν σε πραγματικές δοκιμές, αποδεικνύοντας την εγκυρότητα της προτεινόμενης προσέγγισης. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η απόσταση αποκάλυψης επηρεάζεται από αρκετές παραμέτρους, κυρίως τις καιρικές συνθήκες και το οπτικό πεδίο. Όμως, στις περισσότερες περιπτώσεις, η απόδοση του IRST είναι αρκετά καλή, επιτρέποντας την αποκάλυψη στόχου σε επιχειρησιακά σημαντικές αποστάσεις, ανεξάρτητα από το εάν ο στόχος είναι στελθ ή όχι. Επομένως, το IRST αποδεικνύεται ότι είναι ένας πολύτιμος αισθητήρας, ο οποίος επαυξάνει σημαντικά την επίγνωση της επιχειρησιακής κατάστασης, ειδικά σε σχέση με δυσδιάκριτες απειλές, εναντίον των οποίων τα συμβατικά τακτικά ραντάρ είναι σχεδόν άχρηστα.

Αναφορές

[1] Max Planck, The theory of heat radiation, P. Blakiston’s Son & Co, Philadelphia, 1914.

[2] Electronic Warfare and Radar Systems – Engineering Handbook, NAWCWD TP 8347 4th Ed., Naval Air Warfare Center Weapons Division, Point Mugu, California, 2013.

[3] G.-K. Gaitanakis, K. C. Zikidis and G. P. Kladis, Multi-sensor Data Fusion for 3D Target Tracking: A Synergy of Radar and IRST (InfraRed Search & Track), presented at the Int’l Scientific Conference «eRA-12», Piraeus University of Applied Sciences (PUAS), Attica, Greece, 24-25 October 2017.

[4] Peter E. Davies, US Marine Corps F-4 Phantom II Units of the Vietnam War, Osprey Publishing, Oxford, UK, 2012.

[5] Bill Sweetman, Gripen Sensors Claim Counter-Stealth Performance, Aviation Week & Space Technology, Mar 17, 2014. http://aviationweek.com/awin/gripen-sensors-claim-counter-stealth-performance

[6] Philip Hill and‎ Carl Peterson, Mechanics and Thermodynamics of Propulsion (2nd Edition), Pearson, 1991.

[7] Thomas W. Wild and Michael J Kroes, Aircraft Powerplants, 8th Edition, McGraw-Hill Education, 2013.

[8] A. Rao and S.P. Mahulikar, Aircraft Powerplant and Plume Infrared Signature Modelling and Analysis, 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 10 – 13 January 2005, Reno, Nevada, USA.

[9] Björn Hässler, Atmospheric Transmission Models for Infrared Wavelengths, Master thesis, Linkoping University, (1998).

[10] Stephen B. Campana, ed., Passive Electro-Optical Systems, The Infrared and Electro-Optical Systems Handbook – Volume 5, Infrared Information Analysis Center, Michigan, and SPIE Optical Engineering Press, 1993.

[11] Ian Moir and Allan Seabridge, Military Avionics Systems, Wiley press, 2006.

[12] Leonardo Airborne and Space Systems, SkyWard IRST Technical Characteristics. http://www.leonardocompany.com/en/-/skyward-1

[13] USAF Scientific Advisory Board, New world vistas: Air and space power for the 21st century : munitions volume, University of Michigan Library, 1996.

[14] D. Knežević, A. Redjimi, K. Mišković, D. Vasiljević, Z. Nikolić and J. Babić, Minimum resolvable temperature difference model, simulation, measurement and analysis, Optical and Quantum Electronics, 48(332), (2016).

[15] Hanping Wu and Xinjian Yi, Operating Distance Equation and Its Equivalent Test for Infrared Search System with Full Orientation, International Journal of Infrared and Millimeter Waves, 24(12), (2003), 2059–2068.

[16] Luigi Enrico Guzzetti, Livio Busnelli, EF2000 PIRATE Test flights campaign, Proc. of SPIE 7109, (2008).

[17] Paul R . Norton, Handbook of Optics, Third Edition, II(15), (2009).

[18] P. V. Coates, The Fusion of an IR Search and Track With Existing Sensors To Provide a Tracking System for Low Observability Targets, AGARD, AG-337, (1996), 32 – 47.

[19] B. Sozzi, E. Fossati, G. Barani, N. Santini, A. Ondini, G. Colombi and C. Quaranta, Simulator of IRST system with ATR embedded functions, Proc. SPIE 7660, Infrared Technology and Applications XXXVI, 766003, (2010).

[20] Ingmar A. Andersson, Leif Haglund, SAAB IRST: the system and flight trials, SPIE 4820, Infrared Technology and Applications XXVIII, (2003).

[21] P. Touzopoulos, D. Boviatsis and K.C. Zikidis, 3D Modelling of Potential Targets for the purpose of Radar Cross Section (RCS) Prediction, Proceedings of the 6th International Conference on Military Technologies (ICMT2017), Brno, Czech Republic, (2017), 636 – 642. https://ieeexplore.ieee.org/document/7988835