Radiolokační odrazná plocha bojového letounu
Vojenské letectvo je považováno za hlavní údernou sílu každé moderní armády. Překonání protivzdušné obrany a úspěšné provedení bojového úkolu v cizím vzdušném prostoru patří k jeho základním úkolům. Letoun, který je ozařován radarem, je však viditelný na obrovské vzdálenosti a může být snadno sledován a ve vhodném okamžiku sestřelen. Jak tedy utajit přítomnost letounu a vytvořit mu podmínky pro přežití ve vzdušném boji. Jednou z možností je uskutečnit let tak nízko nad terénem, v tzv. radiolokačním stínu, kde signály radaru, které se šíří přímočaře, neproniknou. K tomu byla přijata a úspěšně prováděna taktika letu v přízemní výšce, tzv. kopírování terénu.
Tato taktika si objektivně vynutila vývoj a zavádění speciálních radarů, schopných pokrýt i přízemní a malé výšky (radary k vyhledávání nízkoletících cílů). Uschování letounu využitím terénních nerovností není naprosto spolehlivá a proto jedním z moderních trendů rozvoje bojových letounů je docílit co nejmenší radiolokační odrazné plochy (anglicky RCS - Radar Cross Section), která se podílí na odrazu radiolokačních signálů a je výrazným příznakem přítomnosti cizího objektu ve vzdušném prostoru. Viditelnost či neviditelnost objektu radarem je relativním pojmem. Stejný objekt (např. letoun) může být pro jeden radar sice neviditelný (resp. téměř neviditelný), ale pro jiný prostředek, pracující na odlišném principu, na jiném kmitočtu, vyšším výkonem nebo sledující objekt z jiného směru může být naopak snadno zjistitelný. Navíc velice záleží na efektivním využívání všech předností daného průzkumného prostředku. Své zde sehrávají nejen technické a provozními možnostmi, ale značnou měrou i lidský faktor, tzn. vycvičenost a zkušenost technických obsluh a specialistů a jejich schopnosti vyznat se ve složitých situacích a adekvátně jednat.
Radar dosud představuje nejúčinnější a nejspolehlivější prostředek průzkumu vzdušných cílů. Proto je hlavní důraz u letounů typu "stealth" kladen na podstatné snížení efektivní radiolokační odrazné plochy, která způsobuje podstatné snížení dosahu vyhledávacího (přehledového) radaru protivníka.
Tuto hodnotu výrazně ovlivňují: - vhodná aerodynamická konstrukce a čistota všech přechodů (hlavně spodní část draku, motorové gondoly, sací otvory, vnější antény, senzory přístrojů a řízení letu apod.) - použití vnějších nátěrových hmot typu RAM (Radar Absorbent Material) tj. materiálů pohlcujících dopadající, elektromagnetickou energii vlnových délek používané radiolokační techniky na všech kritick ých místech draku letounu, - použití obdobných nátěrových hmot RAM pod potahem (tzv. lapače nebo pasti), tj. konstrukčních útvarů zdvojeného kónického tvaru s materiálem typu RAM pod kritickými místy potahu, která nelze řešit předchozími opatřeními.
Pro názornost a snazší pochopení problému v celé šíři přikládám obrázek, na kterém jsou vyznačeny hlavní prvky na bojovém letounu, které mají významný vliv na celkovou radiolokační odraznou plochu. Není jich málo, co myslíte? A co je na celé věci nejtěžší, že tato plocha se nedá vypočítat, orientačně se dá pouze změřit. Proto k prvním testovacím zkouškám modelu patří jeho ozařování na různých kmitočtech z různých směrů. Ty se pak využívají ke konstrukčním úpravám.
Realizací těchto komplexních opatření lze snížit efektivní radiolokační odraznou plochu až o 30 dB (v kmitočtovém pásmu od 1 do 18 GHz). V současné době se řada firem zabývá možnostmi dosažení větší širokopásmovosti a účinnosti materiálů RAM. Vyvíjeny jsou různé způsoby aktivního snižování odrazné plochy. Jde o velice rychlé elektronické soustavy, které přijímají, zaměřují a analyzují radiolokační signály, dopadající na povrch objektu a bezprostředně generují shodný signál, který vysílají do odpovídajících směrů vysílačů, avšak s opačnou fází. Důsledkem současného příjmu odraženého signálu a generovaného signálu s opačnou fází přijímačem průzkumného radiolokátoru je signál nulový. Teoreticky je pro něj cíl tedy neviditelný. Soustava již byla prakticky ověřena v případě ozařování jedním radiolokátorem. Otázkou je účinnost této soustavy v případech multiradarového ozařování (tzn. současného ozařování cíle několika radiolokátory na různých kmitočtech současně z několika směrů a sloučení získaných dat), tzn. v situacích, které jsou charakteristické pro každou bojovou činnost.
Radiolokační odrazná plocha představuje takovou plochu, od které se odrážejí dopadající signály, vyzářené do prostoru vysílačem a přijímané přijímačem radaru. Čím větší plocha cíle, tím snáze a lépe je cíl zjistitelný na velké vzdálenosti. Jestliže je cíl v prostoru zjištěn a sledován jeho pohyb, je možné na něj navádět i PLŘS. Radiolokační odrazná plocha je vždy relativní a její velikost závisí na vlastnostech a chování cíle, režimu a parametrech radaru a podmínkách prostředí. Pro tyto podmínky a při uvažování ztrát odborníci uvádějí ještě přesnější a výstižnější pojem “střední efektivní radiolokační odrazná plocha cíle”. Ale nebojte se, nezahrnu Vás matematikou ani fyzikou. Prosím odborníky, ať mi prominou, rád bych vysvětlil populární formou podstatu tohoto tajemného pojmu, který většin a z nás sice již někde v souvislosti s bojovými letouny slyšela, ale nepokoušela se ani v nejmenším pochopit. Jiní se na ní dívají s nedůvěrou, bojoví stratégové by byli nejšťastnější, kdyby byla nulová, aby jejich letouny v akci nebylo možné radarem zjistit. Snaha o snížení radiolokační odrazné plochy vedla k sestrojení a používání tzv. “neviditelných” letounů (stealth). Nutno poznamenat, že skutečně neviditelný letoun se zatím nepodařilo vyvinout a postavit. Zde je na místě otázka: proč? Takže po krátkém úvodu do problematiky k podstatě věci.
Radiolokační odrazná plocha letounu závisí na profilu, resp. štíhlosti trupu a křídel a jeho polozevzhledem ke spojnici radar-letoun, poměru délky vlny vysílaného signálu k rozměrům cíle, polarizaci vysílacích a přijímacích antén, na čistotě a hladkosti povrchu (potahu) letounu a jeho celkovém uspořádání. Detaily, jejichž rozměry jsou dělitelem vlnové délky dopadajícího signálu se dostávají do tz v. rezonance a zpětně je vyzářeno maximum energie. Jestliže jsou odražené signály od detailních prvků ve fázi, pak se jakoby sečtou a výsledkem je podstatně intenzivnější signál, než například odraz světla od zrcadla. Tím se vysvětluje, proč konstruktéři při návrhu co nejvíce skrytého bojového letounu před radarem tak úzkostlivě lpí na detailech. Uvědomují si, že negativní součet stovek detailů hraje v jejich neprospěch. Výchozí myšlenkou je sestrojit co nejmenší letoun, který bude mít sám o sobě malou plochu. Jenže malý letoun bude i méně výkonný a unese málo elektroniky, paliva i zbraní. Další v pořadí důležitosti jsou použité materiály, spíše jejich elektromagnetické vlastnosti, zejména nízká odrazivost signálů v širokém spektru kmitočtů nebo velmi dobrá pohltivost. Jestliže se povede n ajít materiál těchto kvalit, nemusí odpovídat kritériím na tuhost, stálost, pevnost, či ohebnost. Největší nevýhodou je, že elektromagnetické vlastnosti veškerých materiálů nejsou širokopásmové. Co to znamená? Že na jednom kmitočtu jsou vyhovující, na jiném naprosto nevhodné. Radarů je však mnoho a pracují na různých kmitočtech, řádově od MHz do GHz.
Nelze ani předpokládat, že letoun bude ozařován pouze zepředu, ale z boku, zespodu a určitě i zezadu. A už se situace komplikuje – detail z čelního pohledu neodráží téměř žádnou energii, ale z boku rezonuje a sčítá se s jiným detailem. S ohledem na to, že se předpokládá let bojového letounu přímo k rdaru, hlavní pozornost je soustřeďována na snížení čelní radiolokační odrazné plochy, která u běžných bojových letounů dosahuje asi 0,5 až 1 m2. To se ale týká nevyzbrojeného letounu. Pokud na letoun navěsíme mnoho zbraní, je zcela logické, že se plocha podstatně zvýší. Čím více zbraní, palivových nádrží, kontejnerů se speciálním vybavením, tím je plocha větší a tím snáze ho radar protivníka objeví.
Řešením může být uložení výzbroje uvnitř trupu, jako např. u letounu F-22 RAPTOR. Jenže rakety uvnitř trupu jsou na úkor objemu paliva, senzorů, či elektroniky. Východiskem je zvětšení rozměrů, nebo ústupek od štíhlosti. A jsme zase na začátku – větší celková plocha. Snad největším problémem jsou al e části, které jsou zatím u pilotovaného letounu nezbytné, to co dělá letoun letounem, jako motor s výstupními tryskami, aerodynamicky řešená křídla pro docílení co největšího vztlaku, ocasní plochy pro dobrou stabilitu, klapky, směrovka a křidélka, vstupní otvory sacího kanálu vzduchu, kabina s co možná nejlepším výhledem, radar... .
Sestrojit bojový letoun výborných aerodynamických vlastností, vybavený senzory, komunikačními prostředky, bohatě vyzbrojený výzbrojí a současně s minimální radiolokační odraznou plochou je prostě kumšt. Nejen soudobé, ale i perspektivní typy letounů, jsou ve určitým kompromisem těchto často protichů dných hledisek. Lze předpokládat, že radar zůstane i v příštích několika desetiletích hlavním prostředkem průzkumu vzdušných cílů a přehledu vzdušné situace. Proto velikost radiolokační odrazné plochy, resp. viditelnost či neviditelnost bojového letounu, bude vždy ovlivňovat jeho konstrukci i celkov é systémové řešení.
Pro názornost a snazší pochopení problému v celé šíři je přiloženo schéma, na kterém jsou vyznačeny hlavní prvky na bojovém letounu, které mají významný vliv na celkovou radiolokační odraznou plochu. Není jich málo, co myslíte? A co je na celé věci nejtěžší, že tato plocha se nedá vypočítat, orientačně se dá pouze změřit. Proto k prvním testovacím zkouškám modelu patří jeho ozařování na různých kmitočtech z různých směrů. Ty se pak využívají ke konstrukčním úpravám.
Schéma:
Obrazová příloha:
