vineri, 28 aprilie 2017

Apararea contra rachetelor balistice (II)

Rachete balistice cu raza medie si intermediara


  In 1988 a intrat in vigoare Tratatul Fortelor nucleare intermediare (INF), care prevedea renuntarea la rachetele cu incarcatura nucleara sau conventionala, lansate de la sol si avand raza intre 500 si 5500 km.
Cele doua parti semnatare, URSS si SUA, au dezafectat 1846, respectiv 846   rachete din aceasta categorie, precum si lansatoarele aferente.
In consecinta, numarul statelor care detin rachete cu raza medie si intermediara este destul de limitat :
China ( DF-15 ,DF-16, DF-21 cu raze de actiune intre 600 si 1800 km), India ( Agni I-IV, Shaurya
cu raze intre 700 si 4000 km) , Iran (Shahab 1-3Ashoura, Emad, Hwasong 10cu raze de actiune intre 500 si 4000 km), Israel (Jericho 1-3 cu raza de actiune intre 600 si 4000 km), Pakistan ( Shaheen 1-2, Ghauri 1-3 cu raze de actiune intre 600 si 3000 km), Arabia Saudita (DF 3, DF 21) si Coreea de Nord (Hwasong 7, No-Dong 1, No Dong 2 cu raze de actiune intre 700-2500 km).

Pentru a putea contracara aceasta categorie de rachete, s-au dezvoltat diverse sisteme de aparare .

Sistemul AEGIS naval

 Cel mai performant sistem operational este AEGIS ( gr. scutul lui Zeus si al Atenei), folosit de US Navy, atat in varianta navala , cat si in cea terestra (amplasata in Romania si Polonia).
Sistemul a echipat incepand cu anii '80 distrugatoarele Arleigh Burke si crucisatoarele Ticonderoga, (SUA) precum si distrugatoarele Hobart (Aus), Atago si Kongo (Jpn), Fridtjof Nansen ( Nor), Sejong the great (Coreea de Sud) si fregatele Alvaro de Bazan (E).
Este format din senzori, calculatoare, lansatoare, rachete, tunuri, avand ca scop initial apararea antiaeriana, anti rachete de croaziera, antinava si antisubmarin.


 Treptat s-a dezvoltat sistemul Aegis BMDS (Ballistic missile defense), care a devenit operational in 2006, echipand in prezent 33 nave americane si 4 japoneze.
In exploatare sunt variantele 3.6.1, 4.0.1, urmand a intra si 5.0,  5.1, 5.2
Intru-cat sistemul este de tipul deschis, in viitor se vor moderniza toate navele cu BMDS. americanii avand planificat sa opereze 49 de nave in 2021.

 Rachetele folosite de AEGIS pentru interceptare sunt Standard missile 3 (SM-3) si Standard Missile 2 Block IV (SM2 Block IV) .
SM 3 este destinat distrugerii rachetelor balistice in spatiu extraatmosferic, cand acestea sunt in faza de zbor mijlocie.
Este echipat cu un sistem de lovire directa a tintei tip "hit to kill" .
Racheta SM 3 a evoluat in mai multe variante, 
In prezent se folosesc SM 3 Block IA, SM 3 Block IB, urmand a fi introdus SM 3Block IIA.
SM - 3 este o racheta cu patru trepte .
Primele doua sunt folosite pentru iesirea din atmosfera, fiecare treapta fiind separata dupa arderea combustibilului. 
Treapta a 3a contine pe langa motor, sisteme de control al zborului, ghidare si navigatie, link cu nava si conul de protectie al Kinetic Warhead (KW).
Dupa terminarea combustibilului din treapta a 3a, se separa conul si KW-ul. Acesta identifica tinta si prin sistemul propriu de propulsie asigura corectiile de zbor pe traiectoria dorita.
Treptele 1-3 asigura energia cinetica, iar treapta a 4a ajusteaza directia prin jeturi laterale.

Componente SM-3

                                          
                                                                 

Kinetic Warhead
                                       

ORIENTARE DIRECTIE


Racheta SM 3 a evoluat in mai multe variante.
In prezent se folosesc SM3 Block IA, SM 3 Block IB, urmand a fi introduse SM 3 Block IIA.
In figura de mai jos este prezentata evolutia componentelor in fiecare varianta.
Astfel , KV , care este elementul esential, are un sistem electro-optic de cautare a tintei in IR, iar incepand cu Block 1B,  sistemul functioneaza in doua benzi de culori. Foloseste infrarosu IR dar si ultraviolete  UV, pentru a face diferenta intre tinta si eventualele contramasuri.
Block IIA are un diametru al treptei a 3a mai mare, cu mai mult combustibil si un cap cinetic marit.

SM 3 Block I A    viteza  -  3 km/s              raza -  700 km     pret 10 mil $   IOC   2005  
SM 3 Block I B    viteza  -  3 km/s              raza -  700 km     pret 13 mil $   primul zbor 2010
SM 3 Block II A   viteza  - 4.5 km/s            raza - 2500 km   pret  24 mil $   primul zbor 2015                                  dezvoltata in cooperare cu Japonia

SM 3 Block II B  - viteza 5.5 km/s   anulata 
Viteza este cea din momentul opririi motoarelor treptei 3. (booster out)
Se estimeaza ca pana in 2022 vor fi in dotare in jur de 500 Block I B si 75 Block II A.


Etapele executarii unei interceptari :

- dupa cea a fost detectata tinta de radarul AN/SPY 1, sistemul calculeaza traiectoria de interceptare
- porneste treapta 1 , dupa care treapta a 2a
- cea de a 3a treapta functioneaza  in doua reprize . Inainte de pornirea celei de a 2 a reprize, se ejcteaza conul si urmeaza cea de a 2a repriza de actionare .
- se face identificarea tintei Interceptare
- se separa KW care urmareste si loveste tinta, avand propriul sistem de manevra
Interceptare 
                                         





 In total, sistemul AEGIS BMD a executat 29 interceptari reusite in afara atmosferei , intr-un numar de 36 teste, inclusiv 4 facute de pe nave japoneze si una de pe un sistem terestru (Hawai).
Alte 6 interceptari reusite din 6 teste au fost facute in atmosfera.
Scorul general este 35 reusite din 42 teste.
In 2008 o racheta BMD, a reusit sa doboare un satelit american dezafectat.
Principiul de dezvoltare urmat a fost : counstruiesti un pic, testezi un pic, inveti enorm.
Sistemul este constuit pas cu pas, parcurgand fiecare etapa si testand riguros inainte de urmatoarea etapa.

Prin folosirea sistemului AEGIS BDM, americanii pot contracara rachete balistice cu raza scurta, medie si intermediara in zonele maritime  de conflict, inclusiv acoperind arii terestre foarte mari.
Japonia, care a participat la dezvoltarea programului, inclusiv la testare, isi modifica deja cele sase distrugatoare cu sistem AEGIS, in varianta BDM si a anuntat achizitia a inca doua distrugatoare similare, mai ales datorita amenitarii pericolului Nord coreean.
Se asteapta interes si din partea Spaniei, Australiei, Norvegiei, Coreei de Sud  pentru BDM.
Daca ne uitam totusi la lista tarilor care au rachete balistice cu raza medie si intermediara, Coreea de Nord si Iranul sunt pericole potentiale.
Navele dotate cu AEGIS BDM, pot intercepta, daca sunt suficient de aproape si rachete lansate de pe submarine in timpul fazei de propulsie. 

In SUA se discuta deja despre invitarea europenilor sa participe la costurile programului, sau sa isi construiasca/cumpere nave echipate cu acest sistem.
Trump are ce sa negocieze.
Sistemul chiar e un trump card.



(va urma Aegis terestru - Deveselu)



























marți, 25 aprilie 2017

Apararea contra rachetelor balistice (I)



  Rachetele balistice sunt lansate initial de un motor racheta in trepte, dupa care urmeaza  o traiectorie parabolica spre tinta.
  Sunt clasificate in patru categorii functie de raza de actiune : 

- raza scurta - sub 1000 km (v=1.5 km/s),
- medie - 1000-3000 km (v=3 km/s), 
- intermediara- 3000-5000 km, 
- lunga ( ICBM) -peste 5500 km. (v=7 km/s).

 Rachetele cu raza scurta se numesc tactice, cele cu raza medie si intermediara "de teatru de operatii", iar cele cu raza lunga, strategice.
Rachetele balistice au trei faze de zbor :
- faza de propulsie incepe cu lansarea si dureaza pana la oprirea motorului racheta. 
Depinzand de tipul de racheta si de tipul de combustibil (lichid sau solid), aceasta faza dureaza intre trei pana la cinci minute, zborul fiind in atmosfera (endo atmosferic).
In aceasta faza, jetul rachetei este detectat de senzori, de obicei din satelit.
Desi viteza este inca mica, timpul de interceptie este de 80-120 s.
Pentru a distruge racheta in aceasta faza, ar fi necesare sisteme antiracheta aflate in imediata apropiere a locului de lansare, practic foarte greu de realizat.
- faza mijlocie incepe din momentul opririi motorului, racheta avand o traiectorie ascendenta pana la apogeu, urmata de coborarea catre sol. 
Aceasta este cea mai lunga faza, durand pana la 20 minute la rachetele intercontinentale.'
In aceasta perioada de timp se face separarea incarcaturii si se lanseaza elemente pentru contramasuri.
La toate rachetele cu raza medie sau lunga, traiectoria este si in afara atmosferei (exo atmosferica). Aceasta este faza optima pentru interceptie, dar necesita rachete si  radare puternice.
- faza terminala incepe in momentul in care focosul (focoasele) reintra in atmosfera si se termina la impact sau detonare. 
In aceasta faza se pot folosi pentru interceptie rachete mai mici.
Timpul de coborare este de circa 30 secunde, aria acoperita de sistemul defensiv fiind limitata.  
In imaginea de mai jos sunt prezentate tipurile de sisteme antiracheta folosite de americani, in functie de raza rachetei balistice si faza de interceptie :

- Patriot PAC 3 - pentru faza terminala rachete balistice raza scurta
- Aegis - pentru faza mijlocie rachete balistice cu raza scurta, medie si intermediara
- THHAD - pentru faza terminala de mare inaltime rachete balistice cu raza scurta, medie si intermediara
- GMD - pentru faza mijlocie rachete cu raza lunga


                                                                                                              
                           
Doborarea unei rachete balistice implica patru etape :

- detectia
- identificarea (distinctia intre focos si resturile rachetei dupa separare. sau  contramasuri)
- controlul tragerii (estimarea tintei rachetei si ghidarea interceptorului) 
- distrugerea prin impact sau explozie proxi

Folosirea focoaselor multiple MIRV (Multiple independent entry vehicle), in care fiecare isi urmareste propria tinta, sau MRV (Multiple reentry vehicle) , face si mai complicata distrugerea lor. 
O racheta cu MIRV are posibilitatea de a manevra in spatiu, asigurand astfel lansarea independenta catre tinta a fiecarui focos.
Contramasurile pentru sistemele antiracheta pot consta  in atacarea echipamentelor de lansare si detectie (radare, sateliti) sau prin scurtarea timpului de ardere a motorului racheta, folosirea de materiale anti-radar sau umflarea unor baloane de mascare a focoaselor.
Contramasuri

Interceptarea rachetelor cu raza scurta si medie prezinta diferente fata de cea a rachetelor cu raza mai lunga. 
Cele cu raza scurta zboara numai in atmosfera , iar cele cu raza medie sau intermediara ,  o mica portiune in afara ei,
Rachetele cu raza lunga au majoritatea traiectoriei in afara atmosferei.
In atmosfera resturile rachetei se separa rapid de focos datorita frecarii, in timp ce in spatiul extraatmosferic, toate obiectele zboara cu aceeasi viteza, indiferent de forma, facand astfel dificila identificarea focosului.
Pentru rachetele cu raza scurta , timpul de interceptare este foarte scurt.

Apararea impotriva rachetelor strategice (ICBM Intercontinental ballistic missile)

Exista doua sisteme defensive : cel american Ground Based Midcourse Defense (GMD)  si cel rusesc, A 135.
Primul test de interceptare reusita a unei rachete strategice, a fost facuta de rusi in 1961 in poligonul Sary Shagan din Kazasthan.
Primul sistem american a fost Nike Hercules, urmat de Nike Zeus care folosea focoase nucleare anti-racheta. 
Rusii au dezvoltat incepand cu 1960 sistemul A 35 urmat de  A 135 pentru apararea Moscovei , folosind rachete  A 350 Galosh cu focos nuclear .
In 1972 s-a semnat Tratatul rachetelor anti-balistice , prin care SUA si URSS s-au obligat sa detina doar maxim doua locatii fiecare, cu sisteme anti rachete balistice si cate cel mult 100 interceptori. 
Ulterior partile au hotarat limitarea la cate un site fiecare.
Americanii au folosit sistemul Safeguard Program, derivat din Zeus, pentru a apara o baza de lansare rachete balistice. A fost dezactivat dupa doar patru luni de functionare, in 1976. 
In  1983 Ronald Reagan a anuntat debutul Initiativei Defensive strategice, celebrul "Star wars" .
Nu s-a reusit dezvoltarea unui sistem defensiv eficient, fiind incercate diverse sisteme, inclusiv lasere. 
Oricum, efectul propagandistic contra URSS  a avut un mare succes, mult mai mare decat au avut armele dezvoltate.
Tratatul a ramas in vigoare pana in 2002, cand SUA s-au retras unilateral.

SUA -Sistemul  GMD (Ground based midcourse defense)
 Programul GMD inceput in 2002 si este destinat distrugerii rachetelor cu raza lunga in spatiu.
Sunt amplasate 36 interceptoare in Alaska si 4 in California , fiind planificata amplasarea a inca 4 anul acesta.
Primele sisteme au fost amplasate in 2007,

                                       


 Fiecare interceptor este format dintr-un EKV "exoatmosferic kill vehicle" lansat de o racheta purtatoare cu trei trepte, GBI (Ground based interceptor)

Interceptorul EKV, dupa ce este lansat in spatiu, se ghideaza autonom in cautarea tintei si o distruge prin impact (hit to kill).
 Actualul vehicul produs de Raytheon poate distruge o singura tinta , avand astfel limitari in cazul focoaselor multiple.
 A fost imbunatatit de mai multe ori, in prezent fiind testat REKV (Redesigned EKV).
In paralel se dezvolta Multi object kill vehicle MOKV , destinat distrugerii tintelor multiple. 
A fost testat in 2016 si se doreste intrarea in exploatare in 2030.


GBI 

EKV


MOKV


Alte componente sunt sistemul de comanda , radare de sol  avansate  X band si AN/TPY-2, sateliti....
Sistemul a efectuat un numar de 17 teste de interceptare cu o reusita de 53% ( 9 teste) pana in 2014.
Programul a costat in 15 ani peste 40 mld $ si rezultatele sunt foarte criticate de specialisti.
Sistemul nu este eficace inca in cazul existentei de contramasuri ale rachetelor ICBM. si a focoaselor multiple.

RUSIA  - sistemul A 135

Sistemul A 135 ce apara Moscova, este format dintr-un radar   PESA  DON-2N  si 68 interceptoare  cu raza scurta (80 km) 53T6 (SH-08 Gazelle) , Fiecare racheta are un focos termonuclear de 10kt , fiind similara cu racheta americana  SPRINT .
 Au mai existat 16 intererceptoare 51T6 (Gorgon) cu raza lunga, tot cu focos nuclear, care au fost dezactivate.
Rusii au testat in anii '60 efectul exploziilor in atmosfera si spatiu prin Proiectul K, detonand focoase nucleare la altitudini intre 80 si 300 km.

Racheta 53T6  Gazelle


Radar DON 2


In cateva documente datand din 1985 publicate de rusi, era estimat ca sistemul poate distruge 1-2 rachete strategice cu focoase multiple, iar sistemul mai vechi A 35 doar o racheta ICBM ,
Interesant este ca americanii in 1968 planificau necesarul de 66 focoase pentru a "trece" de A 35.
In 1989 estimarea era de 200 focoase contra A 135.
Aceste date arata  functionarea spiralei  inarmarii cu ICBM,
Existenta unor sisteme defensive, duce la cresterea disproportionata a celor ofensive.
Escaladarea  a fost evitata  prin limitarea armelor anti rachete balistice in tratatul din 1972.
In prezent sistemul este modernizat in A 235 , despre care sunt putine date.

China

Desi nu are inca un sistem  antiracheta balistica ICBM functional, China a efectuat trei teste de distrugere tinte folosind tehnologia "hit to kill", inclusiv dobororea unui satelit propriu dezactivat.
Datele despre performantele tehnice sunt foarte limitate.
Oricum se pare ca sunt pe langa americani, singurii care dezvolta astfel de sistem.




Amenintari

Urmatoarele tari au in arsenal rachete cu raza lunga ICBM : SUA, Rusia, UK,  China, India, Israel si Coreea de Nord.
Racheta coreeana KN 08 este inca in dezvoltare , cu trei teste esuate.
La ultima parada a fost prezentat un transportor asemanator cu Topol rusesc si se banuieste ca ar fi o noua racheta posibil ICBM. (daca nu este doar o macheta).


Amenintarea rachetelor nord coreene este una foarte serioasa , chiar daca rachetele ICBM  sunt inca in faza de dezvotare. 
Una din marile probleme ale unui eventual conflict, o constituie pericolul in care este Seul , oras cu o populatie de peste 10 mil locuitori , aflat la doar 50 km de zona demilitarizata .
Tunurile Koksan cu un calibru de 170 mm si bataie de 40-60 km, eventual folosind  proiectile chimice si rachetele Grad. pot lovi direct capitala,
Coreea de Sud are 20 radare de detectare a focului Arthur-k  ( raza 30-40 km), 12 AN/TPQ 36  ( raza 18-24 km.) si acum isi dezvolta un radar propriu cu raza 60 km.
"Tara cu un singur gras" practica astfel asa zisul "terorism de proximitate".
Iranul este inca departe de a realiza rachete ICBM, in schimb, ca si Coreea de N, a facut progrese in dezvoltarea celor cu raza medie si posibil intermediara.

Concluzii

Apararea contra rachetelor balistice strategice, este vorba americanilor, chiar"rocket science".
Sa distrugi prin impact obiecte care se deplaseaza cu viteze de pana la 7-8 km/s nu e asa simplu. 
Se mai spune  ca e ca si cum ai lovi un glont cu alt glont.
In prezent nu exista nici un sistem functional si performant care sa poata intercepta si distruge ICBM, asigurand o aparare sigura si fiabila.
Chiar daca de zeci de ani se incearca diverse variante, solutiile par a fi inca departe de concretizare.
Aceasta situatie asigura in continuare echilibrul intre marile puteri nucleare prin doctrina anihilarii reciproce MAD . asa zisul echilibru a lui Nash , prin care nici un "jucator" nu doreste schimbarea strategiei.
Aparitia Coreei de Nord si a Iranului, cu pretentii de a folosi ICBM cu focoase nucleare, nu face decat sa complice situatia globala, rezolvarea acestei amenintari fiind greu de anticipat.

luni, 17 aprilie 2017

Apararea antiracheta de croaziera


  Prima racheta de croaziera  devenita operationala in 1944 , a fost V-1, celebra Vergeltungswaffe-1 "arma de razbunare" nr. 1  a lui Hitler. 
Daca englezii reuseau sa contracareze  V -1 cu artilerie AA, baloane de baraj, avioane Spitfire, Hawker Tempest, Mosquito , Mustang, folosind chiar un Vickers Wellington dotat cu radar pentru ghidarea "Diver patrols, sau agenti dubli pentru a dezinforma nemtii asupra zonelor de impact,  acum situatia s-a complicat datorita avansului tehnologic.
In prezent racheta de croaziera este una din armele redutabile in conflictele moderne. 
Este o arma care zboara autonom , in principal pe o traiectorie orizontala, de la lansare pana la impact.
Este folosita pentru a lovi cu precizie  tinte terestre sau navale, atat cu focoase conventionale cat si nucleare. Raza de actiune este intre cateva zeci de km si 3000 km pentru  KH 55SM (incarcatura termonucleara de 200 kt TNT) . Viteza rachetelor poate fi subsonica, supersonica sau hipersonica si pot fi lansate de la sol, din aer , de pe nave sau chiar submarine  aflate in imersie.
In general, rachetele de croaziera subsonice sunt propulsate de motoare turboreactoare, iar cele supersonice si hipersonice,  cu motoare racheta combinate cu statoreactor
Dintre rachetele cu tinte terestre , cele mai cunoscute sunt cele din familia Tomahawk, lansate de pe nave sau submarine ale USNavy. Incepand cu 1991, peste 2000 rachete au fost lansate in diverse atacuri aeriene.


Sistemele de ghidare ale rachetelor de croaziera sunt foarte precise , asigurand o mare acuratete  de doar cativa metri.  De obiciei sunt formate din : sistem de navigatie inertiala (INS), GPS, TERCOM (Terrain Contour Matching), in care sunt comparate datele altimetrului de bord cu cele dintr-o harta a terenului pre-incarcata in calculatorul de bord. sau folosind DSMAC (Digitized Scene Mapping Arrea Correlator). Pentru a realiza si utiliza astfel de harti, este nevoie de o tehnologie avansata , pe care nu o au decat cateva state.
Rachetele de croaziera sunt de mici dimensiuni in comparatie cu avioanele, aripa are o suprafata mica, la fel  si ampenajele.
In general sunt folosite la inceputul unui conflict armat, fiind lansate pentru atacarea infrastructurii si a obiectivelor militare importante.
Apararea contra rachetelor de croaziera, in special a celor destinate tintelor terestre are mai multe componente :

In primul rand s-a incercat neproliferarea acestei arme , fiind semnate mai multe tratate si conventii. 
Astfel, un numar de 35 state au aderat la Missile Technology Control Regime (MTCR) incepand cu 1987, instituind un control al exporturilor de rachete cu sarcina utila de peste 500 kg si raza mai mare de 300 km. Romania s-a angajat voluntar sa respecte tratatul , fara a fi membra. Prin Wassenwar Arrangement (1996), in care este si Romania semnatara, sunt controlate o lista tehnologii care pot fi folosite in fabricarea de rachete. Cu toate aceastea , tari ca Iranul, Corea de Nord, Israel, Pakistan au dezvoltat constructia de rachete .

 Rachetele anti-nava propulsate de motoare aeroreactoare si care zboara la inaltime mica  sunt tot rachete  de croaziera si au o raza de actiune de la cativa zeci de km , pana la 5-700 km.

Cateva din rachetele de croaziera cu raza mare pentru atac la sol : 
SUA - Tomahawk Block IV (1700 km), AGM 86 (1100 km), AGM 129   (3700 km)
Rusia -  KH 55SM (3000 km), 3M14 Kalibr (2500 km), RK 55 (3000 km)
China - DH 10 (1500 km)
Coreea de sud - Hyunmo 3 ( 1500 km)
Iran - Meshkat (2000 km), Soumar ( 2500 km)  
Taiwan - Yun Feng  (1000 km)
Turcia SOM  ( 300 km)
Pakistan - Babur (750 km)
Cu exceptia Iranului si Chinei  care au cumparat si probabil copiat KH 55 si a  UK, care a cumparat Toamahawk , alte exporturi nu au fost derulate la aceasta clasa. Dupa destramarea URSS, Belarus si Ukraina au renuntat la ele. 

Atacurile preventive sunt una din optiunile de contracarare a folosirii rachetelor de croaziera. Se executa impotriva lansatoarelor, depozitelor, bazelor militare, avioanelor sau navelor care le pot opera, inclusiv submarine. Astfel de atacuri nu pot garanta distrugerea totala, depinzand mult si de informatiile culese despre aceste obiective.
Exprimat in alti termeni, trebuie sa dobori arcasul nu sageata.
Una din marile temeri este posibilitatea ca rachete de croaziera sa fie lansate de pe nave comerciale, unde pot fi ascunse de teroristi in containere.

O alta metoda de aparare este cea pasiva, constand in construirea de adaposturi, bunkere, dispersare si pastrarea posibilelor tinte cat mai departe de coaste sau linia frontului.

Apararea activa este varianta ramasa in caz de atac cu rachete de croaziera. Actiunile specifice sunt detectia, urmarirea si distrugerea rachetelor.

Rachetele de croaziera sunt foarte greu de detectat datorita dimensiunilor mici, care le asigura o amprenta radar RCS mica, evaluata la sub 0.5 m2 pentru Tomahawk. Cu o anvergura in jur de 3 m si ampenaje mici, zburand la altitudini sub 30 m, reprezinta o tinta greu detectabila pe radare.
In plus, cele pentru tintele terestre zboara urmarind relieful , semnalul pe radar fiind ascuns intre diverse semnale ecou din apropierea solului. Curbura pamantului ascunde practic rachetele ce zboara jos, fiind detectate la distante sub 40 km , valoare dependenta de inaltimea de zbor, inaltimea antenei si sensibilitatea radarului.
Se pare ca nici radarele tip SAR  montate pe satelitii militari nu au performantele necesare detectarii eficiente a rachetelor de croaziera. Cei geostationari sunt la o altitudine prea mare, iar cei de pe orbite joase sunt in permanenta miscare fata de zona supravegheata. Satelitii pot avea doar un rol secundar in detectie.
Metoda cea mai sigura este detectia aeriana, senzorii "vazand" tinta din alte unghiuri decat cei terestri, care o "vad" doar din fata. In plus, senzorii aerieni supravegheaza o suprafata mult mai mare.
O problema comuna pentru toate tipurile de senzori este filtrarea distorsiunilor cauzate de sol, in final solutia optima fiind radare care "privesc" in jos. combinate cu senzori in infrarosu.
Astfel de sisteme sunt montate pe avioane tip AWACS (Airborne Early Warning and control), cum ar fi Boeing E 3 Sentry , Northrop Grumman E 2 Hawkey , Beriev A 50, EL/W 2090 (India produs de Israel), KJ 2000 (China).... Folosirea radarului doppler montat pe astfel de platforme, permite detectia rachetelor de croaziera ce zboara la joasa inaltime.
Problema utilizarii acestor avioane o constituie costurile ridicate de operare.
O alta varianta sunt platforme de mare altitudine gen dirijabile, sau aerostate ancorate la sol cum este JLENS,folosit in zona Washington .
Nici radarele EWR cu raza dincolo de orizont nu sunt suficient de precise pentru a detecta rachetele de croaziera.
Noua racheta de croaziera americana, AGM 158 JSSM , este si mai greu observabila, avand caracteristici stealth,
                                                           

Distrugerea rachetei dupa ce a fost detectata se poate face in mai multe moduri.

  Daca a fost observata de la mare altitudine, se folosesc avioane de vanatoare care o pot dustruge folosind rachete aer-aer AAM, prin tactica numita look down/shoot down . 
Majoritatea avioanelor de lupta generatia a 4a au la bord radare care le permit indeplinirea acestui tip de misiune. 
Aceasta solutie este realizabila in cazul existentei permanent in zona a unui AWACS si a unor avioane de vanatoare in patrulare, un sistem de comunicare informatii eficient, bineinteles cu niste costuri pe masura, situatia fiind si mai critica in cazul unei salve de rachete. sau a rachetelor supersonice.
Este folosita de gruparile navale cu portavioane.

  Un caz celebru de razboi asimetric cauzat de rachete de croaziera in anii '80, a fost rapunsul exagerat al  sovieticilor la aparitia rachetei AGM 86B, lansata de pe avioanele B 52. Dintr-o supraevaluare a amenintarii, rusii au amplasat un mare numar de sisteme S 300 si au construit circa 500 de avioane MIG 31 pentru apararea teritoriului. Gurile rele spun ca acest efort financiar a contribuit si el  la colapsul URSS. MIG -ul 31 , acopera cu radarul propriu arii extinse de supraveghere, poate accelera la viteze de aproape  M 3 si in acelasi timp este un bun interceptor, inclusiv contra rachetelor de croaziera. Dar costa !

Datorita problemelor de detectie prezentate mai sus, apararea unor zone extinse este cvasi imposibila, iar varianta ramasa este cea de aparare individuala a unor obiective militare de maxima importanta.

In domeniul marinei militare, apararea multi strat impotriva rachetelor de croaziera anti-nava, este specifica fregatelor, distrugatoarelor si crucisatoarelor moderne. 
Cel mai cunoscut sistem, este cel defensiv al navelor  echipate cu sistemul american tip AEGIS
Daca o racheta de croaziera este detectata din aer poate fi atacata din timp de pe nave cu rachete SAM cu raza medie/lunga : SM 2 sau SM 6  , la o distanta de 100 - 400 km . 

 O nava care nu beneficiaza de un AWACS in zona, pentru detectia rachetelor de croaziera la distanta, trebuie sa se descurce cu ce are la bord. In primul rand este vorba de radare , de preferinta de tip AESA/PESA. Acestea au posibilitatea de a detecta o racheta anti nava ce zboara la inaltime mica deasupra apei (circa 5 m), la distante de circa 20 - 30 km, inaltimea antenei avand un factor determinant. 
 Un sistem integrat de aparare este format din radare, rachete SAM si tun cu tragere rapida .  Sistemul trebuie sa aiba in afara de detectie si functiile de urmarire, iluminare pentru tinte multiple, in scopul directionarii rachetelor defensive si a controlului tragerii tunurilor rapide
.
Sistemul de pe Arleigh Burke


Dupa detectie, se  lanseaza rachetele SAM cu raza scurta (20 km). gen Sea Sparrow (ESSM), sau cu raza foarte scurta (9 km) RIM 116 (RAM) si in final, la distanta mica , se foloseste CIWS (Close in Weapon System), tunul rotativ cu tevi multiple si tragere rapida Phalanx . Se estimeaza ca un sistem CIWS, care are raza in jur de 4 km, poate distruge o racheta de croaziera la circa 500 m de nava, ceea ce ar putea fi cam tarziu. 
Pe langa de sitemul american, pe navele altor state exista diverse combinatii de radare, rachete cu raza medie, scurta, foarte scurta si CIWS (Kashtan , Goalkeeper, Meroka, Oerlikon Millenium, Sea Zenith, Type 730).
Daca detectia se face la circa 30 km, timpul de zbor ramas al rachetei pentru a atinge tinta este de aproximativ 120 secunde pentru rachetele  subsonice si 40 secunde pentru o racheta cu viteza de M 2.5. Sistemul defensiv are si el nevoie de cateva secunde pana sa lanseze primele rachete SAM. 
Pentru fiecare tinta se lanseaza cel putin 2 rachete de interceptare, care trebuie sa loveasca direct tinta pentru a o distruge la impact.
Daca nu au fost distruse de primele rachete SAM cu raza scurta, se folosesc cele cu raza foarte scurta, cu raza 9 km, care au la dispozitie 35 secunde pentru rachetele subsonice, respectiv 12 secunde pentru cele supersonice.(SeaRam). In final, ultimul nivel de aparare este CIWS, al carui tun are o raza de circa 4 000 m, deci timp disponibil  16 secunde, respectiv 4 secunde.
Daca atacul este in salva, exista un grad de saturatie ,la care sistemul nu mai poate face fata.
In concluzie, prevenirea este mult mai eficace decat apararea.

Rachetele de croaziera cu tinte pe uscat sunt si mai greu de detectat datorita influentei reliefului . Traiectoria de zbor poate evita zonele cu radare sau rachete SAM


La fel ca si in cazul navelor, apararea se face numai pentru obiective individuale, nefiind posibila acoperirea unei suprafete mari. 

Pentru aparare americanii folosesc Patriot  , sistem folosit si  impotriva rachetelor balistice.
Rusii , pe langa sistemele stratificate S 300, S 400 , folosesc acum Pantsir  , sistem cu rachete si tun cu tragere rapida tip CIWS.
                                                                 Pantsir

Indiferent de performantele radarelor, rachetele de croaziera ce zboara jos deasupra solului, nu pot fi detectate la distante mai mari 25-30 km.
Calculele sunt la fel ca cele facute pentru apararea unei nave, cu deosebirea ca distanta de detectie e mai mica.
Intru-cat Patriot si gama S 300 -400  folosesc rachete cu raza scurta, sansele de distrugerea a unei salve de rachete sunt destul de mici.
Rusii au adaugat si Pantsir , specializat pentru  raza scurta si foarte scurta , care are si misiunea de a apara toate sistemele  S 300-400.
Americanii nu au dezvoltat sisteme terestre similare, folosind in prezent pentru apararea Washingtonului, un sistem integrat norvegian NASAMS , care foloseste rachete tip aer aer AIM 120 AMRAAM, modificate pentru a fi lansate de la sol si un sistem de radare raspandite tip Sentinel .

Folosirea de catre rusi si americani a rachetelor  in Siria , a aratat performantele  in materie de rachete de croaziera ale ambelor parti.


Dupa ultimul atac cu Toamahawk al bazei aeriene de la Shayrat , au aparut multe discutii referitoare la eficienta sistemelor de aparare rusesti, mult laudatele  S 300 si S 400.
Rusii au deplasat un S 300 la baza navala din Tartus si un S 400 la Hmeimim , langa Latakia.

                                      
Din amplasarea bazelor rusesti, se poate deduce ca rachetele Tomahawk nu puteau fi detectate de rusi, distanta Shayrat Tartus (100 km) fiind mult peste raza de detectie  de 25-30 km a sistemului S 300, iar S 400 este la o distanta si mai mare.

Apararea anti-rachete de croaziera este o misiune dificila, care poate fi realizata printr-o retea de senzori si un sistem integrat de control al focului, dezvoltat in prezent de americani.

Informatiile de la sistemele de senzori de pe toate tipurile de platforme  grupate in Global Information Grid, asigura datele necesare pentru o aparare eficienta, denumita aparare in retea.
Se ajunge astfel la un nou tip de lupta, in care informatia devine esentiala , cu F 35 in rol principal.
Este posibil ca aceste noi sisteme sa poata face mai eficace apararea anti-rachete de croaziera.













vineri, 7 aprilie 2017

Turboeactoarele avioanelor de lupta (V)


PROIECTARE, DEZVOLTARE, FIABILITATE

  Proiectarea, dezvoltarea, fabricarea, operarea si intretinerea motoarelor turboreactoare sunt activitati complexe ce necesita eforturi si resurse uriase pe care si le pot permite un numar redus de tari.
 Proiectarea unui motor performant si fiabil necesita integrarea cunostintelor din mai multe discpline : aerodinamica, termodinamica, mecanica fluidelor, rezistenta materialelor, metalurgie, materiale compozite, automatica, combustibili, teoria arderii, etc. 
Un program pentru introducera unui nou motor turboreactor pentru avioane de lupta , datorita complexitatii activitatilor se intinde pe o perioada de 8-15 ani si costa cateva miliarde de dolari.
Turboreactoarele avioanelor de lupta sunt dezvoltate conform cerintelor impuse de fortele aeriene prin caiete de sarcini. 
Sunt doua tipuri de motoare : cele noi, proiectate de la zero si cele derivate din motoare existente.
Motoarele noi sunt extrem de putine si sunt destinate de obicei unei noi generatii de avioane.

SUA

In figura 1 este prezentata schema de managemnt a dezvoltarii unui motor pentru departamentul apararii SUA.   
       
In continuare sunt prezentate cateva evolutii in dezvoltarea motoarelor pentru avioanele de generatiile 4 si 5.

In 1967 US Navy si USAF au lansat o cerere de oferta pentru motoare necesare echiparii avioanlor F 14, F 15, F 16. Programul a fost denumit ATEGG (Advanced Turbine Engine Gas Generator)
Cerinta principala a beneficiarilor a fost realizarea unui motor cu tractiune de cel putin 60 kN si cu un raport tractiune / greutate cat mai bun . 
A fost ales motorul PW (Pratt&Whitney) F 100-100 , care a fost proiectat si realizat in 4 ani , efectuand primul zbor in 1972. Programul de dezvoltare prevedea realizarea unui motor pentru testare, fiind acceptat in urma parcurgerii unui program de 150 ore de zbor. In principal se urmarea realizarea performantelor si mai putin aspectele de fiabilitate. Motorul era inovator , foarte puternic, cel mai avansat pentru acea perioada, dar a inceput sa prezinte probleme de fiabilitate. La unghiuri mari de atac, aparea fenomenul de pompaj al compresorului , iar la actionarea postcombustiei de multe ori exista o ardere necontrolata , cauzand crestera temperaturii in turbina si deteriorarea acesteia. Cel mai grav aspect l-a constituit resursa intre reparatii TBO (Time before overhaul) , care se pare era de doar 100 ore .
US Navy  a renuntat la achizitie , iar USAF a avut dispute cu PW . Acestia au rezolvat o parte din probleme in varianta F100-PW-200 care a inceput sa echipeze F 16.  USAF, tot nemultumiti, au introdus incepand cu 1984 programul Alternative Fighter Engine (AFE), folosind ca parghie, sistemul sfant al concurentei. GE a livrat motorul F 110 pentru F 16 C/D bllock 30/32, iar , sub presiune, PW a rezolvat restul de probleme, varianta F 100-PW-220, fiind introdusa din 1986 pe F 15 si F 16. Au urmat F 100-PW-229 in 1989 si F-100-PW-229EEP livrat din 2009.
Un motor nou, F 100 , proiectat in 1970, a fost dezvoltat continuu in variante derivate , fiind produse 7200 motoare ce au acumulat 24 milioane ore de zbor. Este in final considerat unul din cele mai fiabile motoare. Varianta 229EEP ajunge la un TBO de 6000 cicli de  zbor ( echivalentul a 2200 ore de zbor) sau 10 ani.
In paralel GE , pornind de la motorul nou F 101,  ce a fost realizat pentru bombardierul B1, in 1970, a dezvoltat varianteele lui F 110, ce echipeaza o parte din F 15 si F 16, fiind montat in trecut si pe F 14 Alt motor produs de GE, F 404  doteaza F 18, fiind  derivat din YJ 101. proiectat pentru prototipul YF 17 care nu a mai intrat in fabricatie.
Practic toate avioanele de generatia a 4a americane, zboara cu derivate a trei motoare proiectate in 1970, dar imbunatatite permanent.
Cum s-au derulat aceste programe ?

In primul rand s-au schimbat treptat cerintele beneficiarilor prin caietele de sarcini si s-au introdus : un echilibru intre performante si fiabilitate, criterii de alegere materiale, teste anduranta extinse, rezistenta la ingerare corpuri straine, testarea limitelor, testarea deteriorarilor , etc

Orice proiect trece prin 4 etape consecutive  de aprobare de catre beneficiar  : studiile despre concept, demonstrarea conceptului prin definirea proiectului si estimarea riscului in detaliu pentru fiecare subsistem  ( etape care dureaza 3-5 ani) , dupa care se trece la proiectarea in detaliu, realizarea si testarea prototipurilor in paralel cu verificarea proceselor de fabricatie si in final inceperea productiei (circa 5-7 ani).
O alta transformare majora a fost imbunatatirea continua a programelor de proiectare , realizandu-se inclusiv o estimare cu acuratete mare a viitoarelor carcteristici si performante,
                       
Evolutia tehnologica a motoarelor 


Testarea motoarelor se facea in anii '70 in 150 ore de zbor ale unui prototip, nefiind pus accentul pe fiabilitate , eventualele probleme urmand sa fie rezolvate iterativ, pe baza experientei in exploatare. S-a dovedit ca odata cu crestera spectaculoasa a performantelor de tractiune, scade fiabilitatea datorita solicitarii mai mari a pieselor, in special datorita temperaturilor mai ridicate.
Treptat au fost introduse proceduri noi, pentru o verificare mult mai amanuntita a turboreactoarelor.
Chiar daca peogramele de simulare a curgerii gazodinamice in motor, proiectarea in CAD/CAM si folosirea calculului de rezistenta cu element finit au crescut predictibilitatea comportarii motorului, sunt necesare teste riguroase de verificare practica a estimarilor teoretice,
De exemplu, pentru un nou tip de motor , se folosesc cel putin 12 motoare care sunt testate pe 5 bancuri de proba circa 10 000 ore de functionare in diverse tipuri de teste. Patru din aceste motoare sunt destinate testelor de anduranta. Suplimentar, cateva motoare sunt folosite in testele in zbor.

  Banc testare motor
                                         



 Motorul F119 produs de PW, este turboreactorul cel mai performant aflat in exploatare. echipand avioanele F 22. A fost dezvoltat la inceputul anilor '80 si a devenit operational in 2005.
Prin dezvoltarea acestui nou motor, s-au construit motoarele din gama F 135, care echipeaza avioanele F 35.
In prezent exista derularea USAF programul ADVENT , pentru urmatorul motor ce va echipa generatia a 6a de avioane de lupta, un turboreactor cu ciclu variabil.

Europa
In Europa se produce motorul EJ 200 ce doteaza Eurofighter de catre un consortiu format di RR (UK), MTU (Germania), Avio (Italia) si ITP 9Spania si UK). Proiectul a inceput initial in 1984 in UK si motoarele au intrat in exploatare in 2003.
Franta produce motorul M88-2 care echipeaza Rafale. program inceput in 1983.

Rusia
In Rusia exista doua familii de motoare ce echipeaza avioanele de generatia a 4a , MIG 29 si SU 27  si  variantele lor ulterioare.
RD 33 a fost proiectat de Klimov incepand cu 1968 si a intrat in productie in 1981, fiind ulterior dezvoltat in RD 33 seria 3, RD 93MK.
AL 31 a fost proiectat de Lyulka (acum Saturn) si a intrat in exploatare incepand cu 1981, avand variante modernizate . AL31F3. FP,FN.FM1,FM2,FU, AL41F1S si AL41F1( PAK FA T-50).

Desi sunt motoare performante, una din probleme lor o constituie lipsa de fiabilitate si necesitatea efectuarii la intervale scurte a reparatiilor.
La toate motoarele , reparatiile sunt de fapt reparatii capitale, efectuate intr-o fabrica specializata si care presupun demontarea completa, inspectia, schimbarea componentelor cu viata limitata, montaj si testare.

Comparatie intre RD 33 (MIG 29) si F 100-229 (F 16)

RD 33 are resursa totala 1500 ore si TBO 400 ore, pe cand F 100-229 are TBO 1700 ore  cu resursa totala 6000 ore.
Pentru o perioada de exploatare de 12 ani , in care se zboara in total 1700 ore , motorul american nu va intra in reparatie , iar cel rusesc va avea nevoie de 3 reparatii si va trebui inlocuit de unul nou care va avea si el nevoie de o reparatie.

Comparatie F 16 vs Mig 29

Intr-o perioada de exploatare de 30 ani, un MIG 29 are nevoie de 3 randuri de motoare noi si un numar de 18 reparatii ale lor, pe cand motorul de pe F 16 are nevoie de o singura reparatie,
Datele de mai sus sunt calculate de polonezi , care opereaza ambele aparate , pe baza experientei acumulate. Costurile sunt pe masura, tinand cont ca numai o reparatie pentru RD 33 costa 650 000 $.

De ce au resursa mai mica motoarele rusesti ?

Sunt mai multe cauze , dintre care :
-in  doctrina de aparare sovietica, avioanele de lupta trebuiau sa zbore deasupra propriului teritoriu, sa fie ieftine , performante si usor de exploatat. In acest sens , motoarele trebuiau reparate numai in fabrici, cei din exploatare fiind in general putin instruiti. asigurandu-se permanent un numar mare de motoare de rezerva disponibile. Oricum costurile nu prea contau si toata lumea avea de lucru. Proiectantii urmareau performantele maxime, sacrificand fiabilitatea, acestea fiind oricum cerintele beneficiarului . Sistemul nu deranja pe nimeni . 
- in plus , determinarea TBO are un aspect tehnic si un aspect administrativ. Cel din urma tine cont de nivelul tehnic al personalului din exploatare, cat si de interesele economice ale furnizorului , care este interesat sa faca cat mai des reparatii
Un bun exemplu este faptul ca nemtii , printr-o intretinere corecta a motoarelor de pe MIG 29 din dotare, au reusit sa creasca TBO de la 350. la 700 ore. Se pare ca la variantele mai noi RD 33 si AL 31, a fost crescuta viata totala spre 4000 ore si TBO a ajuns  intre 750 si 1200 ore. Oricum rusii au inceput foarte tarziu aceste actiuni de imbunatatiri, care dureaza si foarte mult de pus in aplicare.
- sistemul cu intreprinderi de stat, fara concurenta nu este performant
- calitatea subfurnizorilor este greu de gestionat intr-o economie aflata intr-o stare precara
- ramanere in urma fata de noile tehnologii , mai ales in domeniul si tehnologia materialelor rezistente la temperaturi mari
- lipsa unui sistem eficient de exploatare a motoarelor, inclusiv scolarizare si formare a personalului, piese de schimb, logistica 
- prin faptul ca rusii  produc putine motoare pentru avioane civile, si acelea de calitate slaba, nu beneficiaza de transfer de know how sau din cercetarea facuta pentru acestea 

Pin comparatie si americanii au avut probleme de acest gen, dar sistemul lor le-a rezolvat rapid , inclusiv prin actiunile militarilor , care au stiut exact ce sa ceara furnizorilor si s-au implicat in toate etapele dezvoltarii. Americanii a trebuit sa introduca concurenta intre furnizori pentru a avea calitate, competitia intre PW si GE pentru motoarele F15, F16, fiind denumita Marele razboi al motoarelor.
In plus, puternica industrie americana, in colaborare stransa cu englezii de la RR si canadienii, produce motoare civile si nu in ultimul rand, beneficiaza de afluxul de cercetatori si ingineri din toata lumea care emigreaza in SUA. Finantarea puternica a cercetarii, permite un progres continuu in domeniu.
Motoarele americane sunt construite din module care pot fi reparate sau inlocuite in exploatare de tehnicieni ai beneficiarilor bine pregatiti, nefiind necesare trimiteri dese la furnizor.
Daca americanii au produs motoare de noua generatie pentru F 22 si F 35 si acum lucreaza la motoarele pentru avioanele de generatia 6, rusii inca lucreaza la derivatele motoarelor de generatia a 4a.
Pana la urma, de fapt se vad diferentele intre doua moduri de organizare a societatii .

Proiectarea si dezvoltarea turboreactoarelor pentru avioane de lupta  se dovedesc a fi dificile , intinse pe perioade mari de timp si fiind mari consumatoare de resurse umane si materiale. Numarul de tari care isi permite asa ceva este foarte limitat ; SUA, UK, Franta, Rusia si mai nou China care face eforturi uriase sa se dezvolte.
In ultimii aproape 50 de ani numarul motoarelor noi pentru avioane de lupta intrate in exploatare este de circa 8 :  SUA 4, Rusia 2, UK 1, Franta 1, restul fiind variante derivate. 
Aparitia unor noi tipuri de avioane de lupta de o noua generatie , este dependenta de performantele motoarelor.