Från smygandet av Rafale till smygandet av F-22: analys av smygkoncept inför radar (2023)

Stealth: hur fungerar det eller varför Rafale inte ansågs vara mindre smygande än F-22?

Det är amerikanerna som har bidragit mest till den nuvarande visionen om smyg: att vara osynliga för vilken radar som helst. De gjorde stealth till spjutspetsen för den nya generationen flygplan som dök upp i slutet av 1990-talet och början av 2000-talet. Först med bombplanen F-117 och B-2 Spirit, sedan med F-22 Raptor och slutligen F-35 Ligthning II. För de två sistnämnda flygplanen är stealth i själva verket den enda större egenskapen som skiljer dem från den tidigare generationens stridsflygplan (utöver aktiva antennradarer och sammankoppling)

Men vad betyder egentligen ett "stealth-flygplan"? Är en F-22 eller en F-35 absolut osynlig på någon radar?

Det amerikanska fallet, osynlighet inför eldledning först

För att veta om stealth är effektivt måste man först veta hur det ska fungera. Och för det måste vi komma ihåg hur en radar fungerar: den sänder ut vågpaket med jämna mellanrum medan den "lyssnar" för att veta om ett eller flera vågpaket har reflekterats och skickats tillbaka av ett objekt. Position och hastighet kan sedan bestämmas genom att analysera fasskillnaden mellan den sända vågen och vågen som returneras efter reflektion.

För att kringgå en radar finns det då flera möjliga lösningar. Den amerikanska doktrinen bygger på två principer:

• Geometrin hos enheterna studeras för att sprida radarvågorna i en annan riktning än den infallande riktningen, få vågor eller inga vågor återgår till radarn, vilket förhindrar upptäckten av flygplanet,
• Användningen av en speciell beläggning som absorberar vågorna, så att ingen våg återvänder till radarn.

Idag är de amerikanska enheterna optimerade för vågor med en frekvens mellan 9 och 10 GHz och är relativt effektiva för frekvenser från 6 till 18 GHz. Ovanför detta frekvensområde är amerikanska enheter lika synliga som enheter av samma storlek utan något skydd.

Vad motsvarar dessa frekvenser och vad betyder det?

Dessa frekvenser valdes inte slumpmässigt utan är de frekvenser som används av eldledningsradar (radar som låser sig vid ett mål) och självriktande missilradar (för missiler som styr sig själva istället för att styras av GPS, infraröd eller en brandledningsstation ). Således är bilden av smygande som vi har kraftigt överdriven jämfört med verkligheten, delvis av amerikansk kommunikation. Alla radarer som arbetar i V/UHF-bandet (dvs. från 0,03 till 3GHz) kan detektera en F-22 eller en F-35 (mer information i den här artikeln).

Således upptäcker alla civila flygledningsradarer i världen, åtminstone delvis, smygande flygplan. Ännu värre: dessa frekvenser används i stor utsträckning för telekommunikation, smygande flygplan kommer att reflektera dessa signaler och passiva radarer (en typ av radar som inte sänder vågor utan "lyssnar" ändå för att veta om vågor har reflekterats mot dess riktning av ett främmande föremål) kan ganska upptäcka så kallade smygflygplan.

I den amerikanska logiken är detta inte ett problem eftersom detta frekvensband inte tillåter att med tillräcklig noggrannhet erhålla positionen för objektet som reflekterar vågorna: storleksordningen är 200 m noggrannhet på 300 km avstånd. Det betyder att inget brandledningssystem kan använda denna frekvens. Ändå ger det fortfarande en bra uppskattning av positionen, till exempel tillräckligt för att styra ett annat flygplan för en avlyssning.

Så, användningen av flerskiktsförsvarssystem med ett brett frekvensband som det amerikanska Patriot-systemet eller de ryska s-300 och s-400-systemen kan upptäcka de så kallade stealth-flygplanen även om eldledningen av dessa system inte kommer att vara möjligt, detta görs vid en frekvens på 9-10GHz. Detsamma gäller för stridsflygplan, som ändrar sitt radarläge från 1GHz till 10GHz beroende på om de befinner sig i upptäckts- eller eldledningsfasen. Vi kan då se vikten av att ha en 24-timmars avlyssningsförmåga eller möjligheten att koppla ihop mark- och luftburna sensorer med destruktionsvektorerna för bättre målbeteckning.

Det franska fallet, brandledningen störtade först

Även om Rafale designades nästan samtidigt som F-22 Raptor, är doktrinen som antagits för att undvika brandkontroll mycket annorlunda. Enligt Dassaults ingenjörer är det enklare att implementera ett system som förhindrar effektiv eldkontroll hos fienden, eftersom det inte är möjligt att undvika upptäckt på alla tänkbara frekvenser.

Detta system kallas SPECTRA för "Système de Protection et d'Evitemment des Conduites de Tir du RAfale", tidigare "Système de Protection Electronique Contre Tous les Rayonnements Adverses", som arbetar på en frekvens från 1 till 20GHz. Funktionen av SPECTRA vilar på en princip som skiljer sig från de som framkallades i föregående del för att lura radarerna: om vågen som återvänder till radarn frivilligt ändrades, kommer radarn att härleda en felaktig position för objektet.

Sålunda är SPECTRA baserad på en uppsättning sensorer och störsändare som erbjuder 360° täckning till Rafale. Tanken är att upptäcka varifrån radarvågen kommer och skicka i dess riktning (liksom andra riktningar för att lura passiva radarer) samma signal men ur fas för att lura radarelektroniken. Med andra ord, fienden kommer att tro att han tar emot ekot av den sända vågen, medan det är ett dummyeko som skickas tillbaka av Rafales sändare och kommer att vilseleda fiendens radar om Rafales position och attityd.

För självstyrda missilradarer är tanken densamma. Men dessutom, eftersom den elektriska kraften hos missilerna är svagare än markradarernas, blir det möjligt att mätta deras radar, vilket vanligtvis orsakar en för tidig explosion av enheten, varvid dess elektronik drar slutsatsen att radarn ombord inte har fungerat.

SPECTRA är inget unikt system i världen, så på engelska kallas det DAS förDefensivt hjälpmedelssystem. EuroFighter har Praetorian DASS och F-35 har AN/AAQ37. Ändå är det bara Rafale som förlitar sig så mycket på detta system: SPECTRA väger totalt 250 kg och skulle representera upp till en tredjedel av priset för en ny Rafale. Regelbundet uppdaterad, är det utan tvekan den mest avancerade DAS under flygning idag.

.

Idag tycks dock ren smyg inte längre tillfredsställa amerikanerna, som investerar i elektroniska krigsflygplan, det vill säga flygplan speciellt designade för radarstörning som F-18 Growler, och som tillkännager att den nya generationen av 6:e generationens stridsflygplan (som kallas NGAD i USA), kommer att ha autonoma flygande drönare (jfr Air&Cosmos n°2798 digital den 29 september 2022 – USAF:s kollaborativa stridsflygplan tar form) helt dedikerade till detta uppdrag utöver den grundläggande smygandet av systemen, vilket uppenbarligen inte längre tillräckligt.

Slutligen bör det noteras att radar inte är det enda sättet att detektera, det finns också den infraröda klockan eller IRST (som gör det möjligt att koppla in ett infrarött mål), ett system med ökande prestanda, nästan omöjligt att störa och för vilket det är mycket svårt att vara smygande. Denna typ av detektor, som utrustar Rafale men inte F-22, kommer att bli föremål för en framtida artikel.

För att bättre förstå de olika stealth-strategierna, här är några bilder

F-22 och F-35 strategin

I låg frekvens visas enheten på ett "normalt" sätt. I hög frekvens visas det nästan inte, det är vid gränsen för upplösningen och förhindrar uppförandet av eld.

Det är inte omöjligt att ett avlyssningsuppdrag ändå inleds, eftersom den faktiska positionen är ganska välkänd.

Rafales strategi

I låg frekvens verkar flygplanet demultiplicerat, förvrängt och i positioner som skiljer sig från dess verkliga position (förutsatt att den verkliga positionen är identisk med den för den tidigare F-35).

I hög frekvens uppträder samma fenomen, men förvrängningarna och deras position är olika eftersom de inte emitteras av samma organ i Rafale som i låg frekvens.

Brandkontroll är möjligt men det kommer att ske i fel riktning a priori. Interceptet kan startas, dock är den faktiska positionen relativt känd.

F-18 Growler-strategin

I låg frekvens verkar flygplanet förvrängt, i en oproportionerlig storlek och i en position som skiljer sig från dess faktiska position (förutsatt att den faktiska positionen är identisk med den för den tidigare F-35). I hög frekvens uppträder samma fenomen, men de deformerade och dess position är olika eftersom de inte emitteras av samma organ i F-18 som i låg frekvens.

Brandkontrollen är omöjlig: området är för stort för en korrekt tolkning av programvaran. Avlyssningen kan dock startas, den verkliga positionen är relativt välkänd. Men vi ser intresset med denna metod: detta "moln" kan faktiskt dölja många flygplan...

Lägg till att denna typ av störning är mycket enklare att producera mot radar som bara sänder ut på en enda frekvens, medan det blir mer komplicerat att störa en signal som blandar flera vågor. Detta är skillnaden mellan radar som använder en aktiv elektroniskt skannad antenn (AESA-radar) och de med passiv elektronisk skanning (PESA): i det första fallet består radarn av en mängd små sändare som var och en kan sända samtidigt men på olika frekvenser (fallet med Rafale, amerikanskt flygplan eller framtida versioner av Eurofighter, endast levererat för export hittills), medan det i det andra fallet bara finns en sändare som därför bara kan producera en våg på en frekvens åt gången ( fallet med ryska flygplan som Su-35).