System ostrzegania o zbliżaniu się rakiety - Missile approach warning system

Cylindryczna gondola skierowana do tyłu, tuż nad silnikami, to odbiornik ostrzeżenia o zbliżaniu się pocisku (część Praetorian DASS )

Ostrzeżenie podejściem pocisk System (MAW) stanowi część awioniki pakietu na niektórych samolotów wojskowych. Czujnik wykrywa atakujących pocisków. Jego automatyczne ostrzeżenie sygnalizuje pilotowi wykonanie manewru obronnego i zastosowanie dostępnych środków zaradczych, aby zakłócić śledzenie pocisków.

Systemy kierowane ziemia-powietrze (SAM) zostały opracowane podczas II wojny światowej i zaczęły być odczuwalne w latach 50. XX wieku. W odpowiedzi opracowano elektroniczne środki zaradcze (ECM) i taktykę latania, aby je przezwyciężyć. Okazały się one całkiem skuteczne, pod warunkiem, że udzielono rzetelnego i terminowego ostrzeżenia o zagrożeniu.

Zagrożenie rakietowe na podczerwień

Analiza strat samolotów spowodowanych działaniami wroga od lat 60. pokazuje, że co najmniej 70% wszystkich strat przypisywano pasywnemu poszukiwaniu ciepła, tj . pociskom kierowanym na podczerwień (IR) . Może to być zaskakujące, biorąc pod uwagę, że naprowadzane radarowo systemy SAM mają większy zasięg działania, są szybsze, mają większy potencjał manewrowy, przenoszą większe głowice bojowe i są wyposażone w zapalniki zbliżeniowe .

Głównym powodem, dla którego pociski kierowane IR były tak skuteczne, było to, że opracowanie skutecznych systemów ostrzegania przed nimi zajęło znacznie więcej czasu. Większość zestrzelonych samolotów nigdy nie wiedziała, że nadlatują pociski. Z drugiej strony, odbiorniki ostrzegające o radarach udowodniły swoją skuteczność już na początku lat 70., co znacznie poprawiło przeżywalność samolotów przed zagrożeniami radarowymi.

Pierwsze pociski IR powietrze-powietrze pojawiły się w latach 50. XX wieku. Technologia ta pozwoliła na bardziej zwarte konstrukcje pocisków i umożliwiła opracowanie przenośnych systemów obrony przeciwlotniczej IR (MANPADS), czyli rakiet odpalanych na ramieniu, które weszły do użytku w latach 60. XX wieku.

MANPADY IR są stosunkowo tanie, dość wytrzymałe, łatwe w obsłudze i trudne do wykrycia. Nie wymagają również infrastruktury często związanej z wdrożeniami SAM sterowanymi radarem, co często ujawnia ich obecność.

Wyprodukowano ogromne ilości MANPADS (ponad 700 000 wyprodukowanych od 1970 roku według CSIS „Transnational Threats Update” Volume 1. No 10. 2003). W okresie zimnej wojny i bezpośrednio po zimnej wojnie rozmnożyły się duże liczby. Znaczące ilości są dostępne i przystępne cenowo na czarnym rynku i trafiły w ręce organizacji „niepaństwowych” lub tak zwanego zagrożenia „asymetrycznego”. (Szacunki Jane's Intelligence Review z lutego 2003 r. podają, że liczba ta sięga 150 000). Artykuł „Proliferation of MANPADS and the Threat to Civil Aviation” z 13 sierpnia 2003 r. autorstwa Jane's Terrorism and Insurgency Center szacuje, że czarnorynkowa cena MANPADS, takich jak SA-7, może wynosić zaledwie 5000 USD.

Informacje dotyczące miejsca pobytu MANPADS, zwłaszcza w rękach organizacji „niepaństwowych”, są zwykle niejasne i niewiarygodne. To z kolei utrudnia przewidywanie, gdzie i kiedy spodziewać się ataków MANPADS.

MANPADS drugiej i trzeciej generacji pojawiły się w latach 80. XX wieku i jeszcze bardziej zwiększyły wydajność i skuteczność MANPADS dzięki zaawansowanej nowej technologii głowicy naprowadzającej, ulepszonym silnikom rakietowym i udoskonaleniom aerodynamicznym. Poprawiły się ich osiągi pod względem zabójczego zasięgu, minimalnego kąta startu, potencjału manewrowego i wszystkich kątów ostrzału (Pancerz przeciwlotniczy pierwszej generacji był ograniczony tylko do ataków w tylnym sektorze). Stały się również bardziej odporne na ECM .

W związku z tym MANPADS stały się jeszcze bardziej śmiercionośne, szczególnie w przypadku bardziej wrażliwych platform, takich jak helikoptery, lekkie samoloty oraz komercyjne i wojskowe samoloty transportowe (podczas podejść i odlotów). Niższa prędkość tych platform zmusza je do spędzania więcej czasu w strefach zabicia MANPADS w porównaniu z wysokowydajnymi myśliwcami i samolotami szturmowymi.

Zarejestrowano co najmniej 35 ataków MANPADS na samoloty cywilne. Dwadzieścia cztery zostały zastrzelone, zabijając w tym czasie około 500 osób.

Wymagania systemowe systemu ostrzegania o zbliżaniu się rakiety (MAW)

Ochrona samolotów przed pociskami kierowanymi na podczerwień zależy w większości przypadków po pierwsze od niezawodnego wykrywania i ostrzegania o pociskach, a po drugie od zastosowania skutecznego ŚKE.

Wyjątkiem są dookólne zakłócacze podczerwieni, które w ogóle nie wykorzystują ostrzeżenia o pociskach, ponieważ emitują po prostu modulowaną energię podczerwieni tak długo, jak są włączone. Te zagłuszacze istnieją od lat 70. XX wieku, a kiedy zastosowano prawidłowe techniki modulacji zagłuszania, były dość skuteczne przeciwko modulowanym amplitudzie radiostacji MANPADS pierwszej generacji, które działały w paśmie bliskiej podczerwieni (1 do 2 mikrometrów (μm)). Zmieniło to pojawienie się MANPADów drugiej i trzeciej generacji. Działają w paśmie średniej podczerwieni (od 3 do 5 μm) i wykorzystują bardziej zaawansowane techniki modulacji (np. modulację częstotliwości). Zamiast zakłócać te pociski, dookólny zakłócacz podczerwieni stał się źródłem dla pocisków.

Wymagania funkcjonalne

Zapewnienie na czas ostrzeżenia przed IR MANPADS jest wyzwaniem. Nie ostrzegają o swojej obecności przed startem, nie opierają się na aktywnej podczerwieni, naprowadzaniu radarowym lub wskaźniku laserowym, który prawdopodobnie emitowałby wykrywalne promieniowanie. Zazwyczaj strzelają i zapominają i mogą namierzyć i zaatakować cel, przyspieszyć do celu i zniszczyć go w ciągu kilku sekund. Posiadają małą, ale widoczną sygnaturę radarową, a także paliwo, które pali się – w zależności od platformy, zazwyczaj przez bardzo krótki czas.

MANPADS to broń stosunkowo krótkiego zasięgu, zwykle do około pięciu kilometrów, a serce zabicia obejmuje od jednego do trzech kilometrów. W związku z tym pozwalają na bardzo mały margines błędu, aby skutecznie je zwalczać, ponieważ czas uderzenia (TTI) na cel w odległości jednego kilometra wynosi tylko około trzech sekund. TTI dla celów na trzech i pięciu kilometrach jest również stosunkowo krótki – odpowiednio od siedmiu do nieco ponad jedenastu sekund.

MAW musi zapewnić wiarygodne i terminowe ostrzeżenie, aby umożliwić odpowiednie reakcje na środki zaradcze. Niezbędne jest prawie 100% prawdopodobieństwo ostrzeżenia (POW) i bardzo szybkie czasy reakcji na wystrzelenie pobliskich rakiet (rzędu jednej sekundy).

Załoga lotnicza będzie polegać na systemie tylko wtedy, gdy będzie miała do niego duże zaufanie. MAW musi również mieć wystarczająco niski współczynnik fałszywych alarmów (FAR), nawet gdy jest oświetlony przez wiele źródeł (które mogą obejmować zagrożenia) z różnych kierunków.

Krótkie czasy reakcji i niski FAR są z natury sprzecznymi wymaganiami. Akceptowalne rozwiązanie wymaga zrównoważonego podejścia, aby zapewnić najbardziej pomyślny wynik końcowy bez narażania POW. Ponieważ ostrzeżenie o dłuższym czasie do wystąpienia wpływu (TTI) jest prawie zawsze pożądane, prowadzi to do wniosku, że istnieje coś takiego jak zbyt niski FAR: wszystkie systemy ostrzegania gromadzą dane, a następnie podejmują decyzje, gdy osiągnięty zostanie pewien poziom zaufania. Fałszywe alarmy reprezentują błędy decyzyjne, które (przy założeniu optymalnego przetwarzania) można zredukować jedynie poprzez zebranie większej ilości informacji, co oznacza poświęcenie większej ilości czasu, co nieuchronnie skutkuje skróceniem czasu do oddziaływania. Większość użytkowników tolerowałaby zwiększony FAR (do pewnego momentu, w którym zaczyna ograniczać operacje) zamiast zmniejszonego TTI, ponieważ ich prawdopodobieństwo przetrwania zależy bezpośrednio od TTI, który reprezentuje czas, w którym można wdrożyć środki zaradcze.

Dokładne informacje o azymucie i kącie natarcia (AOA) mogą być kolejnym bardzo ważnym wymogiem. Kierunkowe systemy przeciwdziałania na podczerwień (DIRCM) zależą od systemów MAW w celu zapewnienia wystarczająco dokładnego początkowego nakierowania (około dwóch stopni), aby zapewnić, że DIRCM wychwytuje i atakuje nadlatujące pociski w odpowiednim czasie i z powodzeniem.

Dokładne AOA jest również ważne przy decydowaniu o kierunku dozowania wabików przeciwdziałających (rozbłysków). Należy unikać sytuacji, w której zarówno platforma, jak i wabiki pozostają w chwilowym polu widzenia (IFoV) nadlatujących pocisków. W takich sytuacjach pociski mogą bardzo dobrze, po przejściu przez wabiki, nadal uderzać w platformę. Ma to szczególne znaczenie tam, gdzie oddzielenie wabików od platformy trwa zbyt długo, jak ma to miejsce w przypadku samolotów wolno latających.

Dokładne AOA jest ponadto ważne, gdy platforma powinna najlepiej manewrować podczas dozowania wabików, aby zwiększyć odległość chybienia. Jest to bardziej odpowiednie dla szybkich odrzutowców, gdzie ich duża prędkość ma tendencję do niwelowania separacji spowodowanej prędkością wyrzutu wabika. Skręt w kierunku zbliżających się pocisków w celu ustalenia/zwiększenia kąta między wabikiem a platformą jest szczególnie ważny w przypadkach, gdy pocisk zbliża się od tyłu między sektorami o godzinie piątej lub siódmej. Jeśli kąt natarcia nie jest wystarczająco dokładny, pilot może skręcić w złym kierunku i ustawić się w sytuacji opisanej powyżej.

System musi być również w pełni zautomatyzowany, ponieważ czas reakcji człowieka w odpowiednich przypadkach (starty z bliskiej odległości) jest zbyt długi.

Fizyczne wymagania

Lekkie samoloty, śmigłowce i myśliwce mają zwykle ograniczoną przestrzeń i masę na dodatkowe wyposażenie. System nie powinien również powodować niekorzystnego oporu aerodynamicznego, który wymaga minimalnej wielkości fizycznej i liczby pudeł. Pobór mocy musi ponadto być utrzymywany w granicach mocy systemu elektrycznego platformy.

Aby zmniejszyć koszty instalacji i integracji, należy zapewnić niezbędne interfejsy zapewniające komunikację i współistnienie z innymi pokładowymi awionikami.

Wymagania dotyczące interfejsu człowiek-maszyna (HMI)

Zintegrowane funkcje wyświetlania i sterowania są pożądane, aby uniknąć powielania na tablicach rozdzielczych, gdzie przestrzeń jest ograniczona. Jeżeli platforma jest wyposażona zarówno w radary, jak i systemy ostrzegania o pociskach, HMI powinien wyświetlać oba zagrożenia w sposób jasny i jednoznaczny.

Zintegrowany interfejs HMI musi również wskazywać stan operacyjny systemu, stan zdatności do użytku, tryb działania, pozostałe ilości wabika itp. Oddzielne panele sterowania są uzasadnione tylko ze względu na bezpieczeństwo lotu, takie jak włączanie/wyłączanie ECM i funkcje odrzucania wabika.

Względy kosztowe

Zamawianie systemów samoochrony EW ma bezpośrednie i pośrednie konsekwencje kosztowe.

Koszty bezpośrednie obejmują początkową cenę systemu, części zamiennych oraz sprzętu testowego, aby zapewnić utrzymanie wydajności i dostępności systemów przez cały cykl ich życia.

Instalacja i integracja systemów EW na samolotach to kolejny bezpośredni koszt

Z drugiej strony koszt pośredni obejmuje pogorszenie osiągów statku powietrznego w wyniku posiadania systemu na pokładzie, co z kolei ma negatywny wpływ na koszty operacyjne statku powietrznego.

Dlatego najniższa cena początkowa systemu niekoniecznie zapewnia najlepsze rozwiązanie, ponieważ należy wziąć pod uwagę wszystkie czynniki. Ogólna opłacalność systemów, tj. cena w porównaniu z wydajnością, jest ważniejsza przy podejmowaniu decyzji, który system wybrać.

Rodzaje systemów ostrzegania o zbliżaniu się pocisków rakietowych

W systemach MAW zastosowano trzy różne technologie, tj. systemy oparte na: radarze impulsowo-dopplerowskim , podczerwieni i ultrafiolecie . Każda technologia ma swoje zalety i wady, które można podsumować następująco:

MAW oparty na pulsacji Dopplera

Zalety

Potrafi mierzyć odległość i prędkość zbliżających się pocisków. Dzięki temu może określić czas do uderzenia (TTI) i zoptymalizować czas dozowania środków zaradczych ( pochodni ).
Nie zależy od silnika pocisków, aby się palił.
Mniej wrażliwy na warunki atmosferyczne.

Niedogodności

W wyrafinowanych środowiskach zagrożenia aktywne systemy mogą wykryć obecność samolotu za pomocą promieniowania radarowego MAW, a tym samym zwiększyć jego podatność.
Zasięg wykrywania małych pocisków rakietowych o małym przekroju radaru, takich jak MANPADS, jest ograniczony i może skutkować marginalnym czasem ostrzeżenia, a w konsekwencji późnym rozmieszczeniem wabika.
Nie można zmierzyć kierunku wystarczająco dokładnie, aby kierować systemami DIRCM .
Podatny na fałszywe alarmy wywołane przez inne źródła RF.
Może powodować zakłócenia działania naziemnych radarów kontroli ruchu lotniczego, jeśli częstotliwość pracy nie jest starannie dobrana.
Trudniejsze do zintegrowania niż systemy pasywne ze względu na ograniczenia przestrzenne.

MAW na podczerwień

Zalety

W dobrych warunkach pogodowych przepuszczalność atmosferyczna promieniowania podczerwonego jest zwykle lepsza niż promieniowania UV oślepiającego promieniowanie słoneczne.
Potencjalnie może osiągnąć dłuższe zasięgi wykrywania na wysokości, na której nie ma zakłóceń w ziemi.
Potencjalnie może wykryć ciepło kinetyczne pocisków po spaleniu silnika na wysokości, ale prawdopodobnie nie na niskim poziomie ze względu na duże zakłócenia tła w podczerwieni.
Zapewnia dobre informacje AOA do wskazywania DIRCM i podejmowania dobrych decyzji dotyczących kierunku rozprowadzania i manewrowania wabika.

Niedogodności

Bardzo niska transmisja IR przez ciekłą wodę i lód, co uniemożliwia pracę w każdych warunkach pogodowych. Nawet kilkadziesiąt mikrometrów wody na soczewce lub w atmosferze między zagrożeniem a czujnikiem wystarczy, aby skutecznie oślepić zarówno czujniki MWIR, jak i LWIR.
Musi konkurować z ogromnymi ilościami naturalnego (słońca) i sztucznego bałaganu IR.
Wskaźnik fałszywych alarmów i/lub prawdopodobieństwo ostrzeżenia jest zatem ogromnym problemem w przypadku pocisków ziemia-powietrze ze względu na duże zakłócenia tła w podczerwieni pochodzące z Ziemi.
Potrzebuje ogromnej mocy obliczeniowej, aby złagodzić problem z fałszywymi alarmami, co z kolei zwiększa koszty.
W niektórych systemach stosowane są dwa detektory kolorów, które pomagają w tłumieniu bałaganu w tle i obniżaniu FAR. Mimo że rozwiązuje niektóre problemy, stwarza inne, ponieważ dodatkowo komplikuje system ze względu na wymagania dotyczące optyki, czułości i wyjątkowo wysokiej liczby pikseli, co ma negatywny wpływ na koszty i niezawodność.
Nie można podać rzeczywistych informacji o zasięgu.
Tradycyjnie detektory IR mają bardzo wąskie chwilowe pola widzenia, aby osiągnąć wystarczająco dobry stosunek sygnału do celu. W związku z tym wymagane są duże układy detektorów, aby zapewnić pokrycie azymutu 360°, co jest kolejnym czynnikiem generującym koszty.
Wymaga chłodzonych detektorów, co komplikuje obsługę logistyczną cyklu życia i skutkuje wysokimi kosztami posiadania.
Zasięg wykrywania może być ograniczony w przypadku przyszłych silników rakietowych o niskiej emisji IR/UV nowej technologii.

MWS na bazie promieniowania ultrafioletowego

Zalety

Działa w obszarze spektralnym promieniowania UV, który jest ślepy na promieniowanie słoneczne i dlatego nie ma naturalnych fałszywych alarmów (słońca). Systemy MAW oparte na UV mają zatem znacznie mniej fałszywych alarmów do rozwiązania w porównaniu z systemami opartymi na podczerwieni.
Bardzo dobre prawdopodobieństwo ostrzeżenia w środowiskach o dużym bałaganie w tle.
Działanie w każdych warunkach pogodowych, ponieważ jest odporny na bałagan słoneczny i prawie nie ma na niego wpływu woda w stanie ciekłym.
Szerokie chwilowe pole widzenia.
Zapewnij bardzo dobre informacje AOA dla dobrego podejmowania decyzji dotyczących dozowania wabika, manewrowania i wskazywania DIRCM.
Ma szybki czas reakcji na pobliskie wystrzelenia pocisków.
Jest prostszym systemem niż technologie impulsowego Dopplera i IR.
Nie wymaga chłodzenia i potrzebuje jedynie umiarkowanej mocy obliczeniowej.
Niski koszt cyklu życia.

Niedogodności

Aby wykryć zbliżające się pociski, silnik rakietowy pocisku musi się palić – wymaga to wysokiej efektywnej temperatury spalania, która jest charakterystyczna dla silników rakietowych na paliwo stałe.
Systemy oparte na podczerwieni są prawdopodobnie lepsze na wysokości, ale UV jest lepsze w walce z pociskami ziemia-powietrze.
Nie może dostarczyć informacji o rzeczywistym zasięgu, ale może wyznaczyć TTI z gwałtownego wzrostu amplitudy sygnału zbliżającego się pocisku.
Zasięg wykrywania może być ograniczony w przypadku przyszłych silników rakietowych o niskiej emisji IR/UV nowej technologii.

Wdrożenia systemów MAW

Obecnie dostępne systemy MAW, jak również te będące w fazie rozwoju, reprezentują wszystkie trzy rodzaje technologii. Każda technologia ma mocne i słabe punkty i żadna nie zapewnia idealnego rozwiązania.

Oparty na radarze impulsowym Dopplera

Francja

MWS - 20 (Damien) pierwotnie z Dassault Electronique (obecnie Thales )

Izrael

EL/M-2160 (ALQ – 199) od ELTA

Japonia

J/APQ – 1 * od Mitsubishi Electronic Corporation

Rosja

LIP MAW (przestarzały system)
Arbalet-D firmy Phazatron NIIR Corporation

Wielka Brytania

PVS 2000 pierwotnie od GEC Marconi i Plessey Avionics (obecnie SELEX i Thales) (przestarzały system)

Wielka Brytania i Włochy

AMIDS firmy SELEX i Elettronica (niepewny status produkcji/rozwoju)

USA

AN/ALQ – 127 pierwotnie z Westinghouse (obecnie Northrop Grumman) (przestarzały system)
AN/ALQ – 153 pierwotnie z Westinghouse (obecnie Northrop Grumman) (przestarzały system)
AN/ALQ – 154 z AIL (przestarzały system)
AN/ALQ – 156 od BAE Systems EI&S

Na podczerwień

Izrael

ŁAPY od Elisra

Francja

DDM-SAMIR/DDM-NG firmy Sagem i MBDA

Niemcy

PIMAWS z BGT (niepewny status produkcji/rozwoju)

Włochy

Leonardo MAIR (działa) https://www.leonardocompany.com/en/products/mair

Niemcy i Francja

MIRAS firmy Hensoldt (Hensoldt Holding GmbH) i Thales

Rosja

Prezes-S (BKO) z KRET i Instytutu Naukowo-Badawczego Ekran

Wielka Brytania

ELIX-IR z Thales UK (niepewny status produkcji/rozwoju)

USA

AN/AAR 44B z L-3 Cincinnati Electronics
MIMS firmy Northop Grumman (niepewny status produkcji/rozwoju)
JATAS, opracowywany przez Alliant Techsystems (ATK) i BAE Systems na podstawie umowy USN, z wstępnym wdrożeniem operacyjnym zaplanowanym na koniec 2015 r.
AN/AAR-56 firmy Lockheed Martin do F-22 (operacyjny)
System apertury rozproszonej AN/AAQ-37 (DAS) firmy Northrop Grumman dla F-35 (w produkcji/testach)

USA i Izrael

Łapy - 2 od Raytheona i Elisra

Oparty na ultrafiolecie

Niemcy

AN/AAR 60 lub MILDS (system wykrywania wystrzeliwania rakiet) firmy Hensoldt Holding GmbH.

Izrael

Gitara – 350 od Rafaela (Niepewny status produkcji/rozwoju)

Szwecja/RPA

MAW 300 od Saab Avitronics

USA

AN/AAR 47 z ulepszonymi czujnikami AN/AAR-47A(V)2.
AN/AAR 54 pierwotnie z Westinghouse (obecnie Northrop Grumman)
AN/AAR 57 pierwotnie od Sanders (obecnie BAE Systems EI&S)

Rosja

101KS-U część systemu elektrooptycznego (EO) 101KS Atoll dla samolotów piątej generacji Su-57 rosyjskich sił powietrznych.

Languages

In other projects