Εκτίμηση ραδιοδιατομής (RCS) του πυραύλου επιφανείας-επιφανείας ATMACA

Παναγιώτης Τουζόπουλος* και Κωνσταντίνος Χ. Ζηκίδης**

* Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών

“Δεν είναι απαραίτητο να αλλάξεις. Η επιβίωση δεν είναι  υποχρεωτική.”

Αποδίδεται στον W. Edwards Deming

 

Η δυνατότητα εκτέλεσης πρώτου πλήγματος είναι κρίσιμης σημασίας στο σύγχρονο πεδίο μάχης. Καθοριστικός παράγοντας μπορεί να αποδειχθεί η ραδιοδιατομή ενός οπλικού συστήματος (αεροσκάφος, πλοίο, πύραυλος κ.α.), η οποία καθορίζει την απόσταση που το οπλικό σύστημα θα εντοπιστεί από τα εχθρικά ραντάρ. Αν το οπλικό σύστημα του επιτιθέμενου εντοπιστεί πολύ αργά, θα υπάρχει ελάχιστος χρόνος αντίδρασης από τον αμυνόμενο και πιθανόν να μην μπορέσει να εξουδετερώσει την απειλή.

Η μέση ραδιοδιατομή ενός στόχου είναι μια διαβαθμισμένη πληροφορία. Στην παρούσα προσέγγιση προτείνεται μια μέθοδος, η οποία περιλαμβάνει την τρισδιάστατη μοντελοποίηση ενός στόχου και στην συνέχεια την χρήση της μεθόδου της Φυσικής Οπτικής, για την εκτίμηση της ραδιοδιατομής του στόχου. Η εν λόγω προσέγγιση εφαρμόζεται στον πύραυλο τουρκικής ανάπτυξης και κατασκευής ATMACA, με σκοπό την εκτίμηση της ραδιοδιατομής του.

 

1      ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Τα σύγχρονα οπλικά συστήματα τύπου stealth είναι σχεδιασμένα για να μην εντοπίζονται σε μεγάλες αποστάσεις από το εχθρικό σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης και να μειώνουν στο ελάχιστο τον χρόνο αντίδρασης του αμυνόμενου. Το σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης μπορεί να περιλαμβάνει ραντάρ (radar), υπέρυθρες (infrared – IR), sonar κ.α. Η τεχνολογία stealth μπορεί να χρησιμοποιηθεί από πλήθος οπλικών συστημάτων όπως αεροσκάφη, πλοία, πυραύλους και άρματα μάχης. Η σημασία της παραπάνω τεχνολογίας είναι καθοριστική καθώς δίνει την δυνατότητα στον επιτιθέμενο να πετύχει ισχυρό πρώτο πλήγμα και να επιφέρει μεγάλες απώλειες στον αμυνόμενο. Οι πρώτες προσπάθειες για ελαχιστοποίηση της απόστασης εντοπισμού από την εχθρική αεράμυνα έγιναν με χρήση ειδικών βαφών ανάλογα με την μορφολογία του εδάφους και μείωση του θορύβου. Σύγχρονες λύσεις είναι ο σχεδιασμός της γεωμετρίας του οπλικού συστήματος με γνώμονα την ελαχιστοποίηση της προβαλλόμενης, προς τα εχθρικά ραντάρ, διατομής, καθώς και επιλογή γεωμετρικών σχημάτων τα οποία ανακλούν την προσπίπτουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία προς τυχαίες κατευθύνσεις. Επίσης χρησιμοποιούνται ειδικά υλικά τα οποία απορροφούν την προσπίπτουσα ακτινοβολία καθώς και ηλεκτρονικά μέσα.

 Ο υπολογισμός της απόστασης στην οποία θα εντοπιστεί ένα εχθρικό οπλικό σύστημα είναι ζωτικής σημασίας για τον αμυντικό σχεδιασμό κάθε χώρας. Λόγω των ελάχιστων διαθέσιμων πληροφοριών για τα συστήματα ενδιαφέροντος δεν είναι γνωστά τα χαρακτηριστικά ενός στόχου, όπως η ραδιοδιατομή, τα οποία θα επέτρεπαν στον αμυνόμενο μια ασφαλή εκτίμηση για την απόσταση αποκάλυψης από το υφιστάμενο σύστημα επιτήρησης. Στην παρούσα εργασία προτείνεται μια μεθοδολογία η οποία περιλαμβάνει την τρισδιάστατη μοντελοποίηση των στόχων ενδιαφέροντος με βάση πληροφορίες από ανοιχτές πηγές (φωτογραφίες, βίντεο κ.α.). Ακόμα και με ελάχιστα στοιχεία, για συστήματα τα οποία βρίσκονται υπό ανάπτυξη, μπορεί να γίνει μια εκτίμηση για την ραδιοδιατομή του στόχου. Μετά την σχεδίαση του μοντέλου, γίνεται εισαγωγή του στο πρόγραμμα POFACETS 4.1 [1], το οποίο λειτουργεί σε περιβάλλον MATLAB. Στην συνέχεια μετά την αρχικοποίηση των παραμέτρων από τον χρήστη υπολογίζεται η ραδιοδιατομή του στόχου με την προσεγγιστική μέθοδο της Φυσικής Οπτικής η οποία επιτρέπει την εξέταση μεγάλων γεωμετρικά στόχων με σχετικά μικρή επεξεργαστική ισχύ.

Τρισδιάστατη Μοντελοποίηση Στόχων με σκοπό την εκτίμηση της Ραδιοδιατομής τους

Με βάση δισδιάστατες εικόνες και ανοικτές πηγές

Ανθυποσμηναγού (ΜΑ) Παναγιώτη Τουζόπουλου, Ανθυποσμηναγού (ΜΗ) Δημητρίου Μποβιάτση και Αντισμηνάρχου (ΜΗ) Κωνσταντίνου Ζηκίδη

Σχολή Ικάρων, Τμήμα Αεροπορικών Επιστημών, Αεροπορική Βάση Δεκελείας

[Τίτλος πρωτοτύπου: Panagiotis Touzopoulos, Dimitrios Boviatsis and Konstantinos C. Zikidis, «3D Modelling of Potential Targets for the purpose of Radar Cross Section (RCS) Prediction».

Δημοσιεύτηκε στο: Proceedings of the 6th International Conference on Military Technologies (ICMT2017), Brno, Czech Republic, 31 May-2 June 2017, pp. 636-642 

Σύνδεσμος: http://ieeexplore.ieee.org/document/7988835/

Δημοσιεύεται με την άδεια των συντακτών]

Ι. Εισαγωγή

Είναι μάλλον δύσκολο να φτάσει κανείς σε λύσεις “κλειστής μορφής” για τις Εξισώσεις Μάξγουελ σε πραγματικά προβλήματα, εκτός εάν τα εξεταζόμενα φυσικά αντικείμενα έχουν εξαιρετικά απλό σχήμα. Στις περισσότερες περιπτώσεις πρέπει να χρησιμοποιηθούν υπολογιστικά αποδοτικές προσεγγίσεις των Εξισώσεων Μάξγουελ, μία διαδικασία που είναι κοινώς γνωστή ως «Υπολογιστικός Ηλεκτρομαγνητισμός» (Computational Electromagnetics).

Από πλευράς Υπολογιστικού Ηλεκτρομαγνητισμού, οι μέθοδοι για την πρόβλεψη της ραδιοδιατομής ή RCS – Radar Cross Section ενός φυσικού αντικειμένου διακρίνονται σε ακριβείς και προσεγγιστικές. Οι ακριβείς μέθοδοι τείνουν να είναι αρκετά πολύπλοκες, ενώ οι προσεγγιστικές μέθοδοι συνήθως αποδίδουν αποδεκτά αποτελέσματα με σημαντικά μικρότερες υπολογιστικές απαιτήσεις.

Οι πιο κοινές μέθοδοι πρόβλεψης ραδιοδιατομής για τυχαίους τρισδιάστατους στόχους είναι, μεταξύ άλλων: η δημοφιλής Μέθοδος Ροπών, η Μέθοδος Πεπερασμένων Διαφορών, η προσέγγιση Γεωμετρικής Οπτικής και η προσέγγιση Φυσικής Οπτικής. Η Μέθοδος Ροπών και η Μέθοδος Πεπερασμένων Διαφορών είναι (μαθηματικά) ακριβείς μέθοδοι, που αποδίδουν ακριβή αποτελέσματα αλλά είναι απαιτητικές σε υπολογιστικούς πόρους. Η Γεωμετρική Οπτική και η Φυσική Οπτική είναι προσεγγιστικές μέθοδοι. Αν και εύκολη στην εφαρμογή, η Γεωμετρική Οπτική έχει σοβαρότατους περιορισμούς, πχ στην περίπτωση επίπεδων ή κυλινδρικών επιφανειών, όπου απλούστατα δεν δίνει κανένα αποτέλεσμα.

Περί της ραδιοδιατομής του F-35 – Συμπληρωματικά στοιχεία

 

γράφει ο Γ. Κασσωτάκης

1. Μεταβολή της απόστασης αποκάλυψης στόχου σε συνάρτηση με το RCS

Πίνακας 2

Σκοπός του Πίνακα 2 του άρθρου που προηγήθηκε είναι να καταδείξει ότι η μείωση της απόστασης αποκάλυψης ενός στόχου δεν μειώνεται γραμμικά με την μείωση του RCS του (δηλ. μείωση του RCS στο ήμισυ δεν σημαίνει μείωση στο ήμισυ της απόστασης αποκάλυψης). Αντίθετα, η μείωση της απόστασης αποκάλυψης είναι ανάλογη με την τέταρτη ρίζα του RCS, όπως προκύπτει από την εξίσωση του ραντάρ. Οπότε, μείωση του RCS στο μισό (3 db) σημαίνει μείωση της απόστασης αποκάλυψης στο 84% (σε σχέση με την αρχική), μείωση του RCS στο 1/10 (10 db) σημαίνει μείωση της απόστασης στο 56% και τέλος μείωση του RCS στο 1/10000 (40 db) του αρχικού σημαίνει μείωση της απόστασης στο 10% (1/10) της αρχικής αφού τέταρτη ρίζα του 10.000 = 10 και εξ ου και στο παράδειγμα του πίνακα 2 τα 200 ΝΜ για RCS 1 τ.μ. υποδεκαπλασιάζονται στα 20 ΝΜ για μείωση του RCS στο 1/10000 τ.μ.

Για όσους ενδιαφέρονται πως προκύπτει η εξίσωση του ραντάρ:

μπορούν να δουν στον παρακάτω σύνδεσμο

http://www.radartutorial.eu/01.basics/The%20radar%20Range%20Equation.en.html 

Τον συγκεκριμένο ιστότοπο http://www.radartutorial.eu τον συστήνω σε όσους ενδιαφέρονται να ενημερωθούν για τη θεωρία λειτουργίας και την τεχνολογία των συστημάτων ραντάρ.

2. Ακτίνες αποκάλυψης ραντάρ έγκαιρης προειδοποίησης

Οι τιμές του Πίνακα 2 (δηλ. αποκάλυψη στόχου RCS 1 τ.μ. στα 200 ΝΜ) είναι μεν ενδεικτικές αλλά πάντως δεν είναι εντελώς τυχαίες. Ως τάξη μεγέθους είναι αρκετά κοντά στις προδιαγραφές του ΝΑΤΟ για τα υπάρχοντα ραντάρ έρευνας έγκαιρης προειδοποίησης (Early Warning) που λειτουργούν στις μπάντες L και S (είναι οι ίδιες). Ειδικότερα είναι τιμές που αφορούν την αποκάλυψη στόχου σε καθαρή περιοχή (Detection in the Clear), που σημαίνει σε μεγάλο ύψος, σε περιοχή χωρίς CLUTTER και χωρίς παρουσία ατμοσφαιρικών ανωμαλιών (ducting, super-refraction κλπ). Θα λέγαμε δηλ. απόδοση υπό ιδανικές συνθήκες.