Συστήματα Φασικών Στοιχειοκεραιών (Phased Arrays) – Mέρος Β΄

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Από το βιβλίο «Συστήματα Ραντάρ και Ηλεκτρονικού Πολέμου»

Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2018

ISBN: 9789604911196

1. Μετάβαση από τον αναλογικό στον ψηφιακό σχηματισμό λοβών

Ο ψηφιακός σχηματισμός λοβών DBF (digital beamforming) αποτελεί μια επαναστατική τεχνική επαύξησης των δυνατοτήτων των φασικών στοιχειοκεραιών, τόσο των παθητικής σάρωσης (PESA), αλλά ιδιαίτερα των ενεργής σάρωσης (AESA). Αφορά κυρίως στο τμήμα της λήψης, όπου υπάρχουν και τα περισσότερα πλεονεκτήματα, μπορεί όμως να εφαρμοσθεί και στο τμήμα της εκπομπής.[1]

Μερικά από τα επιτυγχανόμενα οφέλη του ψηφιακού σχηματισμού λοβών είναι η δυνατότητα ταυτόχρονης δημιουργίας πολλαπλών λοβών (για την ταχύτερη κάλυψη της έρευνας και την εκτέλεση άλλων λειτουργιών), το μεγαλύτερο δυναμικό εύρος λειτουργίας[2] (λόγω των κατανεμημένων μετατροπέων ADC σε κάθε T/R module), η αυτόματη διακρίβωση της κεραίας για την επίτευξη αποτελεσματικότερης καταπίεσης των πλευρικών λοβών, η βελτίωση του κέρδους της συστοιχίας, κτλ. Επίσης, η τεχνική καθιστά υλοποιήσιμα τα πρωτοποριακά γνωστικά ραντάρ (cognitive radars).

Τυπικά, κατά τον ψηφιακό σχηματισμό λοβών, το λαμβανόμενο σήμα από κάθε στοιχείο λήψης ενισχύεται, υπόκειται σε υποβιβασμό συχνότητας (down-conversion) και ψηφιοποιείται. Στη συνέχεια, τα ψηφιακά σήματα επεξεργάζονται από έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή (digital beamformer), για τον ταυτόχρονο σχηματισμό πολλών λοβών (μέσω κατάλληλης ζύγισης και άθροισης). Στην περίπτωση αυτή, το πλάτος και η φάση των συντελεστών ζύγισης μπορεί να ελέγχονται με υψηλότερη ακρίβεια, συγκριτικά με τις υλοποιήσεις των αναλογικών beamformers.

Για μεγαλύτερη ευελιξία στην εξαγωγή των διαφορών φάσης μεταξύ των σημάτων των καναλιών λήψης, πολλές φορές εφαρμόζεται μορφοποίηση λοβών στο πεδίο της συχνότητας (frequency domain beamforming). Τυπικά, το λαμβανόμενο σήμα διαχωρίζεται σε μικρότερες φασματικές υπομπάντες (frequency bins), είτε μέσω κάποιας τράπεζας φίλτρων είτε συνηθέστερα μέσω της εφαρμογής του μετασχηματισμού FFT (Fast Fourier Transform). Ακολούθως, σε κάθε φασματική υπομπάντα εφαρμόζεται μορφοποίηση λοβών στο πεδίο του χρόνου, μέσω της τεχνικής μεταβαλλόμενης χρονικής καθυστέρησης και άθροισης (time delay & sum),[3] με αποτέλεσμα ένας κύριος λοβός να μπορεί να διακρίνει ταυτόχρονα διαφορετικές συχνότητες προς διαφορετικές κατευθύνσεις στο χώρο.

Ο ψηφιακός σχηματισμός λοβών έχει επίσης το πλεονέκτημα, ότι τα ψηφιακά σήματα μπορούν να επεξεργάζονται παράλληλα, παράγοντας διαφορετικά σήματα εξόδου. Τα λαμβανόμενα σήματα από κάθε κατεύθυνση μπορούν να ολοκληρώνονται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα (αυξάνοντας την ενέργεια αυτών) για την ανίχνευση μακρινών αντικειμένων, ενώ ταυτόχρονα μπορούν να ολοκληρώνονται για μικρότερο χρονικό διάστημα για την ανίχνευση κοντινών αντικειμένων που κινούνται γρήγορα.

Σχήμα 1: Συγκριτικό διάγραμμα κύριων λοβών, ενός στοιχείου ακτινοβολίας (radiation element), μιας υπομάδας στοιχείων (subarray) και δύο ταυτόχρονα ψηφιακά σχηματισμένων λοβών. Με την τρέχουσα τεχνολογία, είναι δυνατός ο πλήρως ψηφιακός σχηματισμός πολλών λοβών ταυτόχρονα, στις μπάντες L και S. Σε υψηλότερες μπάντες απαιτείται η συνδυασμένη εφαρμογή ψηφιακού και αναλογικού beamforming, μέσω υπομάδων στοιχείων, λόγω των διαφόρων τεχνολογικών και οικονομικών περιορισμών.

Συστήματα Φασικών Στοιχειοκεραιών (Phased Arrays) – Mέρος Α΄

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Από το βιβλίο «Συστήματα Ραντάρ και Ηλεκτρονικού Πολέμου»

Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2018

ISBN: 9789604911196

1. Εισαγωγή

Οι φασικές στοιχειοκεραίες ή κεραίες φασικής μετατόπισης (phased array antenna) ή κεραίες ηλεκτρονικής σάρωσης αποτελούν φυσικές διατάξεις πολλών μικρών / στοιχειωδών κεραιών (διπόλων, σχισμών, κτλ), που μέσω ελέγχου της φάσης και του πλάτους σήματος μεταξύ των μεμονωμένων στοιχείων (ή των ομάδων τους) δημιουργούν, με ηλεκτρονικό τρόπο, λοβούς ακτινοβολίας υψηλής κατευθυντικότητας (κέρδους), σταθερούς ή ταχέως στρεφόμενους μέσα σε μεγάλο γωνιακό εύρος του χώρου. Με τον τρόπο αυτό, επιτυγχάνεται ικανότητα άμεσης απόκρισης στροφής (<1 msec), προς οποιαδήποτε επιθυμητή κατεύθυνση, με υψηλή εκπεμπόμενη ισχύ και χωρίς την απαίτηση μηχανικής σάρωσης.[1] Σε αντίθεση με τις κλασσικές (συμβατικές) κεραίες, η απαιτούμενη συντήρηση σε μια φασική στοιχειοκεραία είναι απλούστερη, λόγω της έως και παντελούς έλλειψης μηχανικά κινούμενων τμημάτων (η στοιχειοκεραία μπορεί να παραμένει διαρκώς σταθερή). Αυτό, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι ακόμη και με καταστροφική βλάβη μέρους των στοιχείων, αυτή συνεχίζει να είναι επιχειρησιακή και να λειτουργεί με μειωμένες επιδόσεις (graceful degradation) χαρακτηρίζει τη μεγάλη αξιοπιστία της φασικής στοιχειοκεραίας. Αντίθετα, τα παραδοσιακά (συμβατικά) συστήματα μηχανικής σάρωσης (τυπικά μιας δέσμης ραντάρ) παρουσιάζουν αργή απόκριση αντιμετώπισης πολλών και ταχέως μεταβαλλόμενων ιχνών αέρος, λειτουργούν σε πολύ συγκεκριμένες συχνότητες ή σε περιορισμένο φασματικό εύρος, συνήθως διεξάγουν μόνο μια ή πολύ λίγες λειτουργίες (απαιτούνται διαφορετικά ραντάρ για διαφορετικές λειτουργίες), ενώ οδηγούνται πολύ ευκολότερα στον κορεσμό των παρεχόμενων δυνατοτήτων αεράμυνας.[2] Το γεγονός επίσης ότι απαιτούν ηλεκτρομηχανικά συστήματα στροφής / κίνησης της κεραίας σημαίνει ότι είναι λιγότερο ευέλικτα, εμφανίζουν μηχανικούς κραδασμούς και σε περίπτωση βλάβης είναι επιρρεπή να βγαίνουν ολοκληρωτικά εκτός λειτουργίας (single point failure).

Σχήμα 1: Τα εναέρια ραντάρ φασικής στοιχειοκεραίας και ιδιαίτερα τα πιο μοντέρνα ενεργά συστήματα AESA (όπως π.χ. τα APG-77, APG-80, APG-81, APG-85, κ.τ.λ.) έχουν δυνατότητα ταυτόχρονης παραγωγής πολλαπλών στενών κύριων λοβών που υποστηρίζουν διαφορετικές λειτουργίες (multimode operation), με διαφορετικές παραμέτρους, όπως συχνότητας, PRF, PW, κ.τ.λ.

Από επιχειρησιακή άποψη, η χρήση συστημάτων φασικών στοιχειοκεραιών ραντάρ επιβάλλεται από τη φύση και την πολυπλοκότητα των μοντέρνων και των αναδυόμενων απειλών. Ενδεικτικά, για τις ναυτικές επιχειρήσεις, οι εκτιμώμενες εναέριες απειλές εναντίον πλοίων επιφανείας μπορεί συνίστανται σε κάποιες από τις ακόλουθες:

• Μαχητικά αεροσκάφη υψηλής ικανότητας ελιγμών, όπως τα F-15, F-16, F-18, τα αντίστοιχα ρωσικά Su-35, κτλ.
• Μαχητικά αεροσκάφη με χαρακτηριστικά stealth, όπως το F-35, αλλά επίσης και stealth κατευθυνόμενα βλήματα, όπως τα Νορβηγικά NSM (Naval Strike Missile) και JSM (Joint Strike Missile), τα Τουρκικά βλήματα SOM-C1/C2, κτλ.
• Πολλά ταυτόχρονα επερχόμενα κατευθυνόμενα βλήματα και βόμβες ανεμοπορίας, που σκοπεύουν στον κορεσμό της αεράμυνας (saturation of air-defense), όπως πχ οι βόμβες AGM-154 JSOW (Joint Standoff Weapon), αλλά και οι μικρότερης εμβέλειας JDAM / Quicksink, κτλ.
• Βλήματα sea-skimmers, high divers, υποηχητικά (subsonic), υπερηχητικά (supersonic) & υπερ-υπερηχητικά (hypersonic), για τα οποία ο χρόνος αποτελεσματικής αντίδρασης είναι από μικρός έως και εξαιρετικά μικρός, όπως πχ τα AGM-65G MAVERICK, AGM-84H/K SLAM-ER, AGM-88 HARM  / AARGM, το stealth υπoηχητικό AGM-158C LRASM (Long Range ASM), το 3M-54 Kalibr (Club), το P-700 Granit (turbojet / ramjet, Mach 1.5 χαμηλά και Mach 2.5 σε μεγάλο ύψος), το ινδικό BrahMos[3] (υπερηχητικό sea skimming που βασίζεται στο ρωσικό P-800M Oniks / Yakhont), το 3M22 Zircon (SS-N-33) με πρόωση scramjet (υπέρ-υπερηχητικό έως Mach 8-9),[4] κτλ.
• Βαλλιστικά βλήματα εναντίον ναυτικών δυνάμεων ASBM (Anti-Ship Ballistic Missiles), όπως πχ το ALBM Kh-47M2 Kinzhal (Dagger) με πρόωση πυραυλοκινητήρα (εκτελεί περίπλοκους ελιγμούς καθ’ όλη τη διάρκεια της πτήσης φθάνοντας ταχύτητες έως Mach 10-12), τα αντίστοιχα κινέζικα DF-21D ή οχήματα ανεμοπορίας HGV (DF-ZF, κτλ), ακόμη και οι τελευταίες εκδόσεις των υπερηχητικών βλημάτων MGM-140 ATACMS / PrSM (Precision Strike Missile), εξοπλισμένων με “multimode seekers”.
• Επιθετικά ελικόπτερα και μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (drones / UAV / UCAV / loitering munition), σχετικά αργά κινούμενα, η έγκαιρη ανίχνευση των οποίων απαιτεί εξαιρετική καταπίεση των παρασιτικών επιστροφών ραντάρ (clutter), αλλά και ειδικές λειτουργίες ανίχνευσης (micro-Doppler, κτλ).
• Βεβαρημένο περιβάλλον ηλεκτρονικών παρεμβολών (jamming), από προηγμένα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου

Κάτω από την ιδιαίτερη φύση και την αυξανόμενη πολυπλοκότητα αντιμετώπισης των ανωτέρω απειλών, την αβεβαιότητα και τις δυσκολίες που οφείλονται στα χαρακτηριστικά του παράκτιου επιχειρησιακού περιβάλλοντος (land clutter, μικρός χρόνος αντίδρασης, αυξημένοι ψευδείς συναγερμοί, κτλ), η ναυτική αεράμυνα οδηγείται σε απαιτήσεις διαθεσιμότητας μεγάλου πλήθους καναλιών βολής, συστημάτων ραντάρ εξαιρετικά μεγάλου εύρους μπάντας συχνοτήτων (bandwidth), ταχείας απόκρισης και άμεσης δυνατότητας πολλαπλών λειτουργιών την ίδια στιγμή (όπως πχ τρισδιάστατη έρευνα χώρου VS, χαμηλή έρευνα ορίζοντα HS, παρακολούθηση στόχων, αναγνώριση στόχων, κατεύθυνση πολλών βλημάτων στον αέρα, damage/kill assessment,[5] κτλ), μεγάλο διαθέσιμο φόρτο κατάλληλων αντιαεροπορικών βλημάτων, αλλά και μέγιστο βαθμό διασύνδεσης / συνέργειας / διαλειτουργικότητας μεταξύ συστημάτων διαφορετικών μονάδων εν πλω, ιπταμένων ραντάρ και συστημάτων αεράμυνας ξηράς (δικτυοκεντρικός πόλεμος).

Οι ανωτέρω απαιτήσεις δεν καλύπτονται επαρκώς από τα παλαιότερα συμβατικά / κλασσικά ναυτικά ραντάρ, όπως πχ τα STIR, WM-25/28, LW/MW-08 και τα αντίστοιχα συστήματα μάχης. Οι λύσεις στα προβλήματα της ναυτικής αεράμυνας βρίσκονται σε μοντέρνα συστήματα MFR (Multi–Function Radars), δηλαδή φασικών στοιχειοκεραιών πολλαπλών λειτουργιών, σε συνδυασμό πάντοτε με τα κατάλληλα αντιαεροπορικά βλήματα (interceptors). Τα εν λόγω συστήματα, μεταξύ των άλλων βοηθούν και στην επιτάχυνση του κύκλου παρατήρησης-προσανατολισμού-απόφασης-δράσης OODA (Observe-Orient–Decide-Act).

Ειδικότερα, τα συστήματα ραντάρ πολλαπλών λειτουργιών (MFR) καταφέρνουν να εξισορροπούν αποτελεσματικότερα τις αντικρουόμενες μεταξύ τους απαιτήσεις της υψηλής ακρίβειας (μικρό κελί ανάλυσης), της αποφυγής τεραστίου μεγέθους κεραιών (για στενούς λοβούς υψηλού κέρδους), της μεγάλης εμβέλειας και της υψηλής ταχύτητας σάρωσης (αποφυγή μηχανικής σάρωσης, η οποία απαιτεί πολύπλοκους και ισχυρούς μηχανισμούς για να μετακινήσει την κεραία γρήγορα και με ακρίβεια, μερικές φορές κάτω από υψηλά φορτία g).

Ηλεκτρονική Υποστήριξη (Electronic Support – ES), Μέρος Α’

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Από το βιβλίο «Συστήματα Ραντάρ και Ηλεκτρονικού Πολέμου»

Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2018

ISBN 9789604911196

Εισαγωγή – Γενικά

Η ηλεκτρονική υποστήριξη ES (Electronic Support), γνωστή από παλαιότερα και ως μέτρα ηλεκτρονικής υποστήριξης ESM  ή ηλεκτρονικά μέτρα υποστήριξης ESM (Electronic Support Measures) αποτελεί πολύ βασικό τομέα του ηλεκτρονικού πολέμου. Παραδοσιακά, περιλαμβάνει παθητικά συστήματα, δραστηριότητες και διαδικασίες έρευνας / επιτήρησης, υποκλοπής, αναγνώρισης και εντοπισμού των εκπομπών του αντιπάλου (ραντάρ, επικοινωνιών, laser, υπέρυθρης ακτινοβολίας, κτλ), καθώς επίσης καταγραφής, ανάλυσης και ταξινόμησης των βασικών παραμέτρων αυτών. Στην περίπτωση των ραντάρ, οι πρωτεύουσες παράμετροι είναι η συχνότητα εκπομπής (RF), το εύρος (διάρκεια) παλμού PW, η συχνότητα επανάληψης παλμών PRF, ο ρυθμός περιστροφής της κεραίας και ο τύπος σάρωσης, ενώ οι δευτερεύουσες παράμετροι είναι ευελιξία συχνότητας (frequency agility), PRF agility, διαμόρφωση κυματομορφής (παλμών), κτλ. Επίσης, σημαντικό στοιχείο που παρέχουν τα συστήματα ES είναι η αζιμουθιακή κατεύθυνση (διόπτευση) του υποκλεπτόμενου ραντάρ. Συνδυάζοντας μεταξύ τους όλα αυτά τα στοιχεία επιτυγχάνεται ο σκοπός που είναι η αναγνώριση της συγκεκριμένης απειλής (τύπου ραντάρ, κτλ), καθώς και η παροχή έγκαιρης προειδοποίησης, ώστε να αναλαμβάνονται οι απαραίτητες εκείνες ενέργειες, ανάλογα με την προτεραιότητα της απειλής. Για παράδειγμα, η υποκλοπή εκπομπής ραντάρ διεύθυνσης βολής πυροβολικού ή κατευθυνόμενων βλημάτων, συνήθως απαιτεί αμεσότερες / ταχύτερες αντιδράσεις απ’ ότι η υποκλοπή ενός κοινού ραντάρ ναυτιλίας ή επιτήρησης. Φαίνεται λοιπόν ότι ακόμη και κάτω από συνθήκες σιγής εκπομπών των φίλιων μέσων, τα ηλεκτρονικά μέσα υποστήριξης (ES) αποτελούν από τους πιο κρίσιμους και αξιόπιστους αισθητήρες για τη σύνθεση της τακτικής εικόνας με παθητικά και μόνο μέσα. Τα συστήματα ES βοηθούν στην αναγνώριση τόσο των φίλιων όσο και των εχθρικών μονάδων, ενώ σε πολλές περιπτώσεις παρέχουν την πρώτη σοβαρή ένδειξη επικείμενης εχθρικής επίθεσης.

Σχήμα 1: Η γενικευμένη ιδέα ενός συστήματος αυτοπροστασίας ηλεκτρονικού πολέμου, μαχητικού αεροσκάφους.

Η εφαρμογή ηλεκτρονικής επίθεσης (Electronic Attack – ΕΑ) και ηλεκτρονικής προστασίας (Electronic Protection – EP) είναι από δύσκολη έως αδύνατη χωρίς την προηγούμενη αποτελεσματική ηλεκτρονική υποστήριξη (ES). Η ηλεκτρονική υποστήριξη μπορεί να παράγει πολύ μεγάλο όγκο πληροφοριών, που παίζουν σημαντικό ρόλο στην ορθή αξιολόγηση του επιχειρησιακού περιβάλλοντος και στην επακόλουθη λήψη αποφάσεων.

Επίσης, όλα τα μοντέρνα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου είναι συνήθως ολοκληρωμένα, δηλαδή συνδυάζουν ταυτόχρονα τις λειτουργίες υποκλοπών, έγκαιρης προειδοποίησης και παρεμβολών. Πάντως, σε ένα πραγματικό περιβάλλον επιχειρήσεων, η αποτελεσματική αξιοποίηση των δυνατοτήτων των συστημάτων εξαρτάται κατά μεγάλο μέρος από τις ικανότητες και το επίπεδο εκπαίδευσης όλων των εμπλεκομένων (χειριστών συστημάτων ραντάρ και ηλεκτρονικού πολέμου, επιχειρησιακών σχεδιαστών αποστολών, κτλ). Η επιτυχημένη διεξαγωγή των εφαρμοζόμενων τεχνικών ηλεκτρονικού πολέμου προϋποθέτει εξειδικευμένο εξοπλισμό, εκπαιδευμένο προσωπικό και κατάλληλη καθοδήγηση στις προτεραιότητες, στο είδος των στόχων, και των επιθυμητών απαιτήσεων συλλογής πληροφοριών, για την αποφυγή σπατάλης χρόνου και προσπαθειών. Οι γνώσεις, η εμπειρία, οι δεξιότητες και οι ικανότητες που αποκτώνται μέσω κατάλληλης εκπαίδευσης και πρακτικής εφαρμογής επιτρέπουν στους χειριστές ραντάρ να εκτιμούν ορθά την τακτική κατάσταση, να εφαρμόζουν αποτελεσματικά τεχνικές ελέγχου εκπομπών (EMCON),[1] να εκμεταλλεύονται την απεικόνιση μη επεξεργασμένης εικόνας (raw video), να αντιλαμβάνονται την παρουσία ηλεκτρονικών επιθέσεων (EA) και να διακρίνουν προσπάθειες παρεμβολής που επηρεάζουν τη λειτουργία του ραντάρ που χειρίζονται. Επίσης, τους επιτρέπουν να ενεργοποιούν κάθε φορά την καταλληλότερη τακτική / τεχνική ηλεκτρονικής προστασίας (EP), ανάλογα με την επίθεση που υφίστανται και να την εφαρμόζουν μόνο για το χρονικό διάστημα που διαρκεί η προσπάθεια παρεμβολής, αποφεύγοντας έτσι την ηθελημένη μείωση της απόδοσης του ραντάρ ή την άσκοπη αποκάλυψη των δυνατοτήτων EP που διαθέτουν. Στο πλαίσιο αυτό, οι εξειδικευμένες ασκήσεις για την αξιολόγηση συστημάτων και τακτικών, καθώς επίσης για τη διεξαγωγή περίπλοκων επιχειρήσεων ηλεκτρονικού πολέμου θεωρείται άκρως απαραίτητη.

Όπλα laser ισχύος HEL (High Energy Lasers)

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Από το βιβλίο «Εισαγωγή στα Ηλεκτροοπτικά Συστήματα»

Εκδόσεις iWrite, 2017

ISBN 978-618-5218-78-2

Εισαγωγή – Ιστορική αναδρομή

Τα όπλα laser ισχύος HEL (High Energy Lasers) αποτελούν μια ενδιαφέρουσα τεχνολογική καινοτομία, η οποία επιδιώκει την καταστροφή ή την εξουδετέρωση συγκεκριμένων τύπων στόχων, που βρίσκονται σε γραμμή οπτικής επαφής, μέσω της εστίασης οπτικής (θερμικής) ενέργειας. Η καταστροφικότητα των όπλων αυτών, βασίζεται στη συγκέντρωση της απαιτούμενης θερμικής ενέργειας στην εξωτερική επιφάνεια του στόχου, για τυπικό χρονικό διάστημα από μερικά δευτερόλεπτα έως και μερικές δεκάδες δευτερόλεπτα. Ουσιαστικά, τα laser ισχύος ενεργούν επί του στόχου ως φλόγιστρο αερίου. Τα περισσότερα από τα όπλα αυτά, μέχρι πρόσφατα βρισκόντουσαν ακόμη σε πειραματικό στάδιο ανάπτυξης, ενώ ανήκουν στη γενικότερη κατηγορία των όπλων κατευθυνόμενης ενέργειας DEW (Directed Energy Weapons).[1] Τα τελευταία, περιλαμβάνουν επίσης τεχνολογίες σχετικά με την παραγωγή δέσμης υψηλής συγκέντρωσης ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, όπως πχ μικροκυματικές λυχνίες HPM (High Power Microwave), αλλά και διατάξεις υψηλής συγκέντρωσης ατομικών ή υπο-ατομικών σωματιδίων (σωματίδια υψηλής ταχύτητας προερχόμενα από κάποιο επιταχυντή).[2] Σκοπός των DEW είναι η εξουδετέρωση/ καταστροφή εγκαταστάσεων και εξοπλισμού του αντιπάλου, όπως κέντρων διοίκησης & ελέγχου (C2), αποστολές καταστολής αεράμυνας SEAD (Suppression of Enemy Air Defense), τεχνητών δορυφόρων, βαλλιστικών πυραύλων, αεροσκαφών, κτλ.

Παραδοσιακά, από την εποχή του ψυχρού πολέμου, η έρευνα για τα συγκεκριμένα όπλα, εγκατεστημένα πάνω σε κινούμενες πλατφόρμες, αφορούσε κυρίως σε laser τεράστιας ισχύος, όπως πχ τα διοξειδίου του άνθρακα (CO₂), τα χημικά (MIRACL, COIL/ABL/ATL, AGIL, κτλ) ή άλλου τύπου δυναμικά laser αερίου (GDL), με τη φιλόδοξη επιδίωξη της έγκαιρης εξουδετέρωσης διηπειρωτικών βαλλιστικών βλημάτων (ICBM) που μεταφέρουν πυρηνικές κεφαλές, σε μεγάλες αποστάσεις.

Συστήματα Αντιμετώπισης Μικρών Drones

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Κίνδυνοι ασφάλειας (security hazards) προερχόμενοι από κακόβουλα drones

Τα τελευταία χρόνια, η χρήση μικρών drones ή sUAS (small Unmanned Aerial Systems) έχει αποκτήσει ιδιαίτερη δημοφιλία, τόσο σε πολιτικές όσο και σε στρατιωτικές εφαρμογές, λόγω του σχετικά χαμηλού κόστους και της δυσκολίας εντοπισμού τους. Από πραγματικά περιστατικά, όπως έχει παρατηρηθεί στην πράξη, κακόβουλα drones έχουν τη δυνατότητα παραβίασης της ιδιωτικής ζωής, να διεξάγουν εναέρια παρακολούθηση και συλλογή δεδομένων, ενώ μπορούν ακόμη και να μεταφέρουν αρκετά επικίνδυνα φορτία, με σκοπό τη ρίψη μιας μικρής βόμβας, την εκτόξευση κάποιας μικρής ρουκέτας ή και την απευθείας πρόσκρουση πάνω σε ευάλωτους στόχους (σε αεροδρόμια, διυλιστήρια, εργοστάσια, φυλακές, κτίρια, πετρελαϊκές εξέδρες, εμπορικά πλοία, κ.τ.λ). Τα μεταφερόμενα φορτία, βάρους έως και μερικών κιλών, μπορεί να είναι από συμβατικά εκρηκτικά, επικίνδυνες χημικές ουσίες, μέχρι και κάποια ραδιολογικά ή βιολογικά υλικά ή ακόμη και κάποιο ελαφρύ πυροβόλο όπλο. Η αποτελεσματική αντιμετώπιση των ταχέως εξελισσόμενων drones, τα οποία μπορούν να επιτίθενται και ως σμήνη (swarm attacks) αποτελεί δύσκολο και υψηλού κόστους έργο. Σήμερα, διατίθενται στην αγορά διάφορα προϊόντα αντιμετώπισης κακόβουλων drones, από πολλές εταιρείες και χώρες που κατασκευάζουν ανάλογο εξοπλισμό, με ποικίλα χαρακτηριστικά και δυνατότητες (drones countermeasures).

Εικ. 1: Οι συνηθέστεροι τύποι μικρών drones λειτουργούν με κατακόρυφες έλικες, τυπικά 4 ή περισσότερες. Ορισμένα drones διαθέτουν σταθερές πτέρυγες (fixed wings) και ομοιάζουν με μικρά αεροσκάφη, τα οποία πετούν ακόμη ψηλότερα, ταχύτερα, για σημαντικά μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, μεταφέροντας βαρύτερα φορτία, όμως μπορεί να χρειάζονται διάδρομο απογείωσης και προσγείωσης ή καταπέλτη εκτόξευσης, ενώ είναι δυσκολότερα στη χρήση. Ορισμένοι υβριδικοί τύποι drones συνδυάζουν πτέρυγες και έλικες, προσφέροντας τα πλεονεκτήματα και των δύο αυτών διαμορφώσεων.

Αντιτορπιλική Προστασία Πλοίων Επιφανείας και Υποβρυχίων

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Από το βιβλίο «Εισαγωγή στην υδροακουστική και στην τεχνολογία Sonar»

Εκδόσεις Παπασωτηρίου, Αθήνα 2019

ISBN 978-960-491-133-2

Εισαγωγή

Ένα σοβαρό πρόβλημα ζωτικής σημασίας, τόσο των πλοίων επιφανείας όσο και των υποβρυχίων αποτελεί ο έγκαιρος εντοπισμός, καθώς επίσης η αποφυγή και η εξουδετέρωση των διαρκώς τεχνολογικά εξελισσόμενων υποβρυχίων όπλων (τορπιλών και ναρκών). Η αποτελεσματική αντιμετώπιση των όπλων αυτών είναι από τη φύση της ένα αρκετά περίπλοκο έργο. Οι μικροί χρόνοι αντίδρασης, το αντίξοο θαλάσσιο περιβάλλον και οι αυξημένες ικανότητες των μοντέρνων υποβρυχίων όπλων συνθέτουν ένα δύσκολο πρόβλημα για την επιτυχή αντιμετώπιση των συγκεκριμένων απειλών.

Όμως, παρά τη σοβαρότητα του προβλήματος, οι τεχνικές και επιχειρησιακές απαιτήσεις, καθώς επίσης και οι τακτικές δράσης για την αντιτορπιλική άμυνα, δεν είναι επαρκώς καθορισμένες με την απαραίτητη σαφήνεια και συνοχή, όπως πχ αυτό αντίστοιχα συμβαίνει με την αντιβληματική άμυνα. Έτσι λοιπόν, δεν υπάρχει επαρκής τυποποίηση για το ποιοι ακριβώς αισθητήρες θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση, την αναγνώριση και την παρακολούθηση της επερχόμενης τορπίλης, ποια είναι η απαιτούμενη ακρίβεια προσδιορισμού της θέσης και της ταχύτητάς της, ποια είναι η εφικτή ακρίβεια από τους διαθέσιμους αισθητήρες, σε ποιες αποστάσεις θα πρέπει να διεξάγεται η αναχαίτιση / εμπλοκή με την επερχόμενη τορπίλη, με ποιο είδος όπλου, πως αυτό θα κατευθύνεται στο στόχο, ποιος ακριβώς είναι ο ρόλος και τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά των soft kill αντιμέτρων (παρεμβολέων, αυτοκινούμενων decoys, κτλ). Οι ανεπαρκείς απαντήσεις που υπάρχουν στα ερωτήματα αυτά, καθιστούν την αντιτορπιλική προστασία των μονάδων αντικείμενο νέων ιδεών και πειραματισμού. Σήμερα, διεξάγονται οι εντατικότερες έρευνες από ποτέ, για την εξεύρεση ακόμη εξυπνότερων και αποτελεσματικότερων τεχνικών αντιμετώπισης των εξελιγμένων ηλεκτρονικών τορπιλών και ναρκών.

Ιστορικά, τα πρώτα αντίμετρα εναντίον των τορπιλών ήταν εντελώς παθητικά, όπως πχ η τοποθέτηση συρμάτινων φραγμάτων γύρω από αγκυροβολημένα πλοία και η κατασκευή στεγανών διαμερισμάτων πλευρικά της γάστρας των πλοίων για την απορρόφηση της ενδεχόμενης έκρηξης. Δεδομένου ότι οι πρώτες τορπίλες είχαν χαμηλή ταχύτητα και έπλεαν κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας, ήταν σχετικά δυνατή η αποφυγή, αλλά και η εξουδετέρωσή τους ακόμη και από μικρά πυροβόλα όπλα μικρού διαμετρήματος. 

Η αντιμετώπιση των ακουστικών τορπιλών και ναρκών, αρχικά στηριζόταν κυρίως στη λήψη μέτρων μείωσης του εκπεμπόμενου αυτοθορύβου και της μαγνητικής υπογραφής εκ μέρους του αμυνόμενου σκάφους / πλατφόρμας, καθώς επίσης και στον έλεγχο της λειτουργίας των συστημάτων sonar (ελαχιστοποίηση των εκπομπών των ενεργητικών συστημάτων και εντοπισμός επερχόμενων τορπιλών με την εκμετάλλευση των παθητικών συστημάτων sonar). Στη συνέχεια, μεταξύ των άλλων ακολούθησε η ανάπτυξη διαφόρων τύπων υλικών αντιμέτρων, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για την εξαπάτηση της επιτιθέμενης τορπίλης, έτσι ώστε να κερδηθεί χρόνος χειρισμού διαφυγής για την επιβίωση του αμυνόμενου. Με τη σημερινή τεχνολογία υπάρχει πλέον η δυνατότητα χρήσης ενεργών αντιμέτρων (soft & hard kill), που θεωρητικά τουλάχιστον παρέχουν στον αμυνόμενο ακόμη και την ευκαιρία της αντεπίθεσης.

Στη συνέχεια, εξετάζονται τα κυριότερα από τα αντιτορπιλικά αντίμετρα / πηγές παρεμβολών (maskers, jammers, decoys, κτλ), όπως επίσης και η πιθανή τους μελλοντική εξέλιξη. 

Τεχνικές και επιχειρησιακές σκέψεις για μία σύγχρονη ναυτική αεράμυνα

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Εισαγωγή

Η πολυπλοκότητα και οι προκλήσεις των σύγχρονων ναυτικών επιχειρήσεων επιβάλλουν στα σημερινά και μελλοντικά πολεμικά πλοία επιφανείας κάποιες ιδιαίτερες δυνατότητες όσον αφορά στις απαιτήσεις μέσων, τεχνολογικού εξοπλισμού, αλλά και των δεξιοτήτων / ικανοτήτων προσωπικού, σε βαθμό που καθιστούν πολλές από τις υφιστάμενες μονάδες (φρεγάτες, αντιτορπιλικά, κτλ.) εντελώς παρωχημένες για να ανταπεξέλθουν ή ακόμη και απλά να επιβιώσουν σε ένα βεβαρημένο επιχειρησιακό περιβάλλον αντιαεροπορικού – αντιβληματικού πολέμου. Η ναυτική αεράμυνα, ως μία από τις κύριες συνιστώσες του ναυτικού πολέμου, αποτελεί ένα σύνθετο πρόβλημα πολλών παραγόντων, όσον αφορά στη σχεδίαση και στη χρήση των όπλων και αισθητήρων, με τρόπο που αποσκοπεί στην αποτροπή και στον περιορισμό της αποτελεσματικότητας ή ακόμη και στην πλήρη εξουδετέρωση της απειλής.

Η Απειλή

Ενδεικτικά και μόνον, για το οποιοδήποτε πολεμικό ναυτικό, οι εκτιμώμενες εναέριες απειλές εναντίον πλοίων επιφανείας συνίστανται σε κάποιες από τις ακόλουθες:

• Μαχητικά αεροσκάφη υψηλής ικανότητας ελιγμών, όπως τα F-15, F-16, F-18, τα αντίστοιχα ρωσικά Su-35, κτλ.
• Μαχητικά αεροσκάφη με χαρακτηριστικάstealth, όπως το F-35, αλλά επίσης και stealth κατευθυνόμενα βλήματα, όπως τα Νορβηγικά NSM (Naval Strike Missile) και JSM (Joint Strike Missile), τα Τουρκικά βλήματα SOM-C1/C2, κτλ.
• Πολλά ταυτόχρονα επερχόμενα κατευθυνόμενα βλήματα και βόμβες ανεμοπορίας, που σκοπεύουν στον κορεσμό της αεράμυνας (saturationofair-defense), όπως πχ οι βόμβες AGM-154 JSOW (Joint Standoff Weapon), αλλά και οι μικρότερης εμβέλειας JDAM / Quicksink, κτλ.
• Βλήματα sea-skimmers, high divers, υποηχητικά (subsonic), υπερηχητικά (supersonic) & υπερ-υπερηχητικά (hypersonic), για τα οποία ο χρόνος αποτελεσματικής αντίδρασης είναι από μικρός έως και εξαιρετικά μικρός, όπως πχ τα AGM-65G MAVERICK, AGM-84H/K SLAM-ER, AGM-88 HARM / AARGM, το stealth υπoηχητικό AGM-158C LRASM (Long Range ASM), το 3M-54 Kalibr (Club), το P-700 Granit (turbojet / ramjet, Mach 1.5 χαμηλά και Mach 2.5 σε μεγάλο ύψος), το ινδικό BrahMos (υπερηχητικό sea skimming που βασίζεται στο ρωσικό P-800M Oniks / Yakhont), το 3M22 Zircon (SS-N-33) με πρόωση scramjet (υπέρ-υπερηχητικό έως Mach 8-9), κτλ.
• Βαλλιστικά βλήματα εναντίον ναυτικών δυνάμεων ASBM (Anti-Ship Ballistic Missiles), όπως πχ το ALBM Kh-47M2 Kinzhal (Dagger) με πρόωση πυραυλοκινητήρα (εκτελεί περίπλοκους ελιγμούς καθ’ όλη τη διάρκεια της πτήσης φθάνοντας ταχύτητες έως Mach 10-12), τα αντίστοιχα κινέζικα DF-21D ή οχήματα ανεμοπορίας HGV (DF-ZF, κτλ), ακόμη και οι τελευταίες εκδόσεις των υπερηχητικών βλημάτων MGM-140 ATACMS / PrSM (Precision Strike Missile), εξοπλισμένων με “multimode seekers”.
• Επιθετικά ελικόπτερα και μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (drones / UAV / UCAV / loitering munition), σχετικά αργά κινούμενα, η έγκαιρη ανίχνευση των οποίων απαιτεί εξαιρετική καταπίεση των παρασιτικών επιστροφών ραντάρ (clutter), αλλά και ειδικές λειτουργίες ανίχνευσης (micro-Doppler, κτλ).
• Βεβαρημένο περιβάλλον ηλεκτρονικών παρεμβολών (jamming), από προηγμένα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου.

Σχ.1: Οι πύραυλοι εναντίον πλοίων επιφανείας, της κατηγορίας hypersonic,[1] δηλαδή ταχύτητας > Mach 5 (~2 km/sec και άνω), θεωρητικά συμπιέζουν κατά πολύ τον διατιθέμενο χρόνο αντίδρασης του ανθρώπου χειριστή, μέσα στον κύκλο λήψης απόφασης OODA (Observe–Orient–Decide–Act), με απώτερο στόχο τη διάσπασή του.

Σχ. 2: Το αμερικανικό ναυτικό απασχολείται εδώ και πολύ καιρό με το θέμα της επιβιωσιμότητας των ομάδων μάχης αεροπλανοφόρων, από την απειλή ενδεχόμενων επιθέσεων κορεσμού με υποηχητικά (subsonic), υπερηχητικά (supersonic) και υπερ-υπερηχητικά (hypersonic) κατευθυνόμενα βλήματα της Ρωσίας και της Κίνας.

Βιβλιοπαρουσίαση: «Εισαγωγή στην Υδροακουστική και στην Τεχνολογία sonar», του Υποναυάρχου ε.α. Γεωργίου Σάγου ΠΝ, M.Sc. Electrical Engineering & M.Sc. Engineering Acoustics

Κυκλοφόρησε πρόσφατα από τις εκδόσεις Παπασωτηρίου το βιβλίο «Εισαγωγή στην Υδροακουστική και στην Τεχνολογία sonar» του κ. Γεωργίου Σάγου.

Στο βιβλίο αυτό παρουσιάζονται τα βασικά υδροακουστικά χαρακτηριστικά του θαλάσσιου περιβάλλοντος καθώς επίσης και οι θεμελιώδεις αρχές λειτουργίας και σχεδίασης των συστημάτων sonar, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως για την ανίχνευση / εντοπισμό, ταξινόμηση / αναγνώριση και παρακολούθηση υποβρυχίων, τορπιλών, ναρκών και άλλων αντικειμένων ενδιαφέροντος μέσα στα υποθαλάσσιο περιβάλλον. Παρόμοια συστήματα συναντώνται σε πολλές ακόμη εφαρμογές, όπως στην ακουστική χαρτογράφηση /τομογραφία του βυθού, στις υποβρύχιες επικοινωνίες & τηλεμετρία, στη ναυτιλία, κτλ. Το βιβλίο μπορεί να αποτελέσει χρήσιμη πηγή ενημέρωσης όσων ενδιαφέρονται για τα ανωτέρω αντικείμενα, να καλύψει τις ανάγκες των επιχειρησιακών χρηστών συστημάτων sonar, καθώς επίσης και των μελετητών της υποβρύχιας διάδοσης του ήχου, σε επίπεδο κυρίως στρατιωτικών, αλλά και ωκεανογραφικών, βιομηχανικών και λοιπών εφαρμογών, με κεντρικούς μαθησιακούς στόχους:

• την κατανόηση των υδροακουστικών χαρακτηριστικών του θαλάσσιου περιβάλλοντος και των βασικών αρχών της υποβρύχιας διάδοσης του ήχου, καθώς επίσης της ακολουθούμενης μεθοδολογίας πρόγνωσης των αποστάσεων και πιθανοτήτων ηχητικού εντοπισμού.
• την κατανόηση των βασικών αρχών της ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων (digital signal processing), στις οποίες στηρίζεται η σχεδίαση των μοντέρνων συστημάτων sonar.
• την κατανόηση των βασικών αρχών λειτουργίας, των χαρακτηριστικών, δυνατοτήτων και περιορισμών, για την αποδοτικότερη και αποτελεσματικότερη επιχειρησιακή εκμετάλλευση των διαφόρων τύπων sonar, ανάλογα με τη συγκεκριμένη εφαρμογή.
• την εκτίμηση των πιθανών μελλοντικών εξελίξεων της εμπλεκόμενης τεχνολογίας.

Ο κ. Γεώργιος Σάγος είναι Υποναύαρχος (ε.α.) του Πολεμικού Ναυτικού. Εισήχθη πρώτος στη Σχολή Ναυτικών Δοκίμων (ΣΝΔ) το 1981, από την οποία απεφοίτησε με άριστα, ως μάχιμος Αξιωματικός του Πολεμικού Ναυτικού, το 1985. Το 1992 απέκτησε τους τίτλους σπουδών Master of Science in Electrical Engineering και Master of Science in Engineering Acoustics, από το Naval Postgraduate School (NPS) των ΗΠΑ, με εξειδικεύσεις στην ψηφιακή επεξεργασία σήματος (Digital Signal Processing) και στην υποβρύχια ακουστική (Underwater Acoustics). Οι τίτλοι σπουδών του κ. Σάγου στο διάσημο NPS, σε συνδυασμό με τη μακρά του υπηρεσία στο Πολεμικό Ναυτικό, τόσο σε επιχειρησιακές θέσεις όσο και σε θέσεις που σχετίζονται άμεσα με την εφαρμογή της τεχνολογίας στον ναυτικό πόλεμο, αποτελούν τις καλύτερες εγγυήσεις για την ποιότητα του βιβλίου.

Με δεδομένη, όπως έχει κατά καιρούς αναφερθεί στο παρόν ιστολόγιο, την καταθλιπτική ένδεια της τεχνικής βιβλιογραφίας στη χώρα μας, ειδικά σε αντικείμενα που σχετίζονται με στρατιωτικές εφαρμογές,  το βιβλίο του κυρίου Σάγου αποτελεί ένα ιδιαίτερα σημαντικό και ευπρόσδεκτο γεγονός.

Βιβλιοπαρουσίαση: «Εισαγωγή στα Ηλεκτροοπτικά Συστήματα», του Υποναυάρχου ε.α. Γεωργίου Σάγου ΠΝ, M.Sc. Electrical Engineering & M.Sc. Engineering Acoustics

Η τεχνική βιβλιογραφία στη χώρα μας πάσχει θλιβερά, όπως θλιβερή είναι και η ανυπαρξία τεχνικών βιβλιοπωλείων. Αυτά τα δύο στοιχεία αποτελούν έναν ασφαλή δείκτη της τεχνικής μας υπανάπτυξης.

Σε άρθρο του ιστολογίου σχετικά με την ΠΑ, είχε γίνει αναφορά στην ένδεια της ελληνικής βιβλιογραφίας σχετικά με τον Ηλεκτρονικό Πόλεμο, ενώ χαρακτηριστικά είχε γραφεί ότι: