Symbióza senzorů a antiraket

V ATM č.8/2006 jsme popsali funkci antiraket při ničení nepřátelských raket systémem protiraketové obrany ve střední fázi letu. Antirakety bez senzorů včasné výstrahy a prostředků navedení by byly "hluché a slepé", nutně potřebují informace pro vhodný manévr a navedení do vstřícného kursu a dosáhly správného bodu tak, aby se dostaly "do cesty" útočícím raketám a jejich bojovým hlavicím. Americké družice včasné výstrahy systému DSP (Defense Support Program) mají využívat infračervené senzory k detekci zářících plamenů raketových motorů a určit přibližnou trakektorii jejich letu (pro zjednodušení je nazývána balistickou dráhou, i když se nejedná o klasickou balistickou dráhu, jelikož část probíhá v atmosféře a část mimo ní v kosmu). Dalšími senzory, jako např. zdokonalený radar včasné výstrahy UEWR (Upgraded Early Warning Radar), X-band radar (XBR) a družice SBIRS-Low by mohly sledovat bojové hlavice uvolněné z raket a poskytovat tyto informace středisku velení a řízení systému protiraketové obrany v Cheyenne Mountain (Kolorado, USA).

Informace ze senzorů pro antirakety s prostředky EKV

Získané informace jsou využívány k výpočtu předpokládaného místa střetu, do kterého mohou být navedeny antirakety, ze kterých jsou vypuštěny prostředky ničení raket kinetickou energií mimo atmosféru (EKV). Prostředek EKV o délce 1,4 m a hmotnosti 55 kg, může fungovat jedině nad atmosférou (ve výšce větší než 130 km nad Zemí) tak, aby dosáhl bodu střetu s využitím vlastních senzorů a řídicích motorů. V menších výškách by v důsledku tření vznikalo teplo, které by jeho infračervené senzory "oslepilo". Dlouhý válec je sluneční clona senzorů, které jsou osazeny kryogenicky chlazenými velkoplošnými detektory, pracující v několika pásmech vlnových délek. Trysky jsou zásobovány palivem z velké nádrže uprostřed. Prostředek EKV ničí bojovou hlavici kinetickou energií.

Charakteristika radaru XBR

Radar kmitočtového pásma X (X-band Radar, XBR) je součástí skupiny pozemních radarů GBR (Ground Based Radar) ve struktuře systému protiraketové obrany USA (USA Missile Defence -- USA MD). GBR je název rozšiřujícího vývojového projektu, který byl odvozen od předchozího programu s názvem NMD-GBR (pozemního radaru pro americkou národní protiraketovou obranu) a má se stát i klíčovým ve vývojovém programu radaru, který má být součástí systému protiraketové obrany bojiště TMD (Theater Missile Defense). První prototyp radaru GBR (označený GBR-P) byl zprovozněn v roce 1998 a již se zapojil do pátých testovacích zkoušek systému americké národní protiraketové obrany. Radarů XBR má být do roku 2011 postaveno celkem 9. Tento 3-D radar je jediním z unikátních senzorů na světě, schopných detekovat velmi malé objekty vzdálené tisíce kilometrů. Radar je konstrukčně odvozen z radaru, využívaného v rámci systému Aegis na bojových lodích. Hlavním rozdílem je, že radar SBX pracuje v kmitočtovém pásmu X, zatímco radar systému Aegis v pásmu S (radar systému Patriot v pásmu C). Radar vyvinula firma Raytheon Integrated Defense Systems pro firmu Boeing, hlavního dodavatele v rámci projektu Agentury MDA. Zabezpečuje přehled, vyhledávání, sledování a rozlišovaní cílů -- raket, výpočet prvků navedení antiraket na tyto cíle v rámci systému protiraketové obrany USA s mimořádnou přesností při jejich ničení. Radar je schopen na základě průběžně měřených údajů určit nejen místo odpálení rakety, ale i její pravděpodobný typ. Je charakteristický obrovským objemem zpracovávaných dat. Může sledovat a poskytovat data několika stovek cílů za minutu a současně zabezpečovat navedení několika antiraket do předpokládaných bodů střetu s  raketou. Stejnou technologii využívá rovněž radar protiraketového systému pro velké výšky THAAD a její převzetí výrazně urychlilo vývoj radaru SBX.

Jak má ten kolos fungovat

Dříve než je radar plně vázán na součinnost s antiraketami, provádí přehled a vyhledávání nebo na základě údajů a podnětů z družicového systému včasné výstrahy SBIRS Low a dalších senzorů (radaru včasné výstrahy) je nasměrován do směru hrozby. Jeho hlavním úkolem je zachytit, velmi přesně sledovat, rozlišovat a rozpoznávat druhy raket a oddělených bojových hlavic a vypočítávat přesné parametry jejich trajektorie a na jejich základě předpovídat pravděpodobné místo dopadu, resp. cíl úderu. V pozdějších fázích má radar rozlišovat a automaticky sledovat cíl(e), přičemž naměřená a neustále aktualizovaná data IFTU (In-Flight Target Update) předávat komunikačnímu systému řízení navedení IFICS (In-Flight Interceptor Communications System) a data TOM (Target Object Map) přímo jednotlivým antiraketám. Tato činnost radaru trvá přibližně 15 až 20 minut a je zahájena poté, co rakety opustí atmosféru Země a zahájí střední fázi letu. V době, kdy se antiraketa GBI (Ground-Based Interceptor) přibližuje k bodu střetu, radar SBX rozlišuje skutečné bojové hlavice od klamných pro zajištění navedení na tu strávnou a její zničení s vysokou pravděpodobností. Radar pokračuje v neustálém přenosu naváděcích dat i poté, co je z antirakety vypuštěn prostředek EKV (Exoatmospheric Kill Vehicle), který pokračuje v letu po stanovené trajektorii do bodu střetu s cílem (bojovou hlavicí). Tím ale úkol radaru SBX nekončí, po střetu vyhodnocuje, zda byla bojová hlavice zničena vyhodnocením četnosti úlomků. Vyhodnocování počtu a velikosti úlomků rakety (bojové hlavice) vyžaduje využívání jediného svazku a signál s vyšším poměrem signál/šum než v běžném režimu sledování, proto je dosah radaru v tomto případě výrazně kratší než v klasickém režimu. Jestliže EKV bojovou hlavici nezničí, nebo jen částečně, radar bezprostředně připraví data pro zajištění navedení druhé antirakety.

TTD a provozní možnosti radaru

Jak již ze samotného názvu vyplývá, X-band radar využívá kmitočtové pásmo "X" (tzn. 8 až 12 GHz, pravděpodobně 10,525 GHz). XBR je obecný název pro pozemní víceúčelové radary, které systém protiraketové obrany zásobují vysoce přesnými údaji o cizích přilétajících raketách. Zorné pole radaru XBR je 50° x 50°, ve kterém je prostor snímán elektronicky, přičemž celá základna, na které anténa stojí, je mechanicky pohyblivá ve vodorovné rovině. Radar s maximálním teoretickým dosahem 6700 km je napájen zdrojem o výkonu větším než 1 MW. Radary XBR využívají velmi pokročilé technologie zpracování signálů, které jim umožňují dosáhnout dosud nevídané extrémní přesnosti a rozlišovací schopnosti (lepší než 15 cm), které radaru dovolují rozpoznávat charakter hrozby s vysokou pravděpodobností, např. rozlišovat skutečné bojové hlavice od klamných. Generálporučík Trey Obering, ředitel Agentury MDA, uvedl, že radar je schopen sledovat objekt velikosti basebalového míčku nad San Franciskem z prostoru Chesapeake Bay (to je vzdálenost asi tak 4700 km). Radar má poskytovat data antiraketám, odpáleným z podzemních sil na Aljašcea v Kalifornii. Důležité je, že radar XBR tato data poskytuje již z počáteční fáze trajektorie rakety a ve střední fázi pak vysoce přesná data v reálném čese středisku velení, řízení, spojení a bojového zabezpečení (BMC3 - Battle Management, Command, Control, and Communications). Předpokládá se, že radar XBR nebude vyzařovat stále, ale jen po nezbytně nutnou dobu, např. útoku rakety, testování, vojenského cvičení, výcviku technických specialistů a operátorů, nebo při zajišťování souvisejících úkolů, jako např. vyhodnocování a sledování úlomků a částí zasažené rakety (bojových hlavic). Předpokládá se i spolupráce s raketoplánem s lidskou posádkou na oběžné dráze, hlavně během jeho setupu do atmosféry. Další zvláštností radaru XBR je jeho extrémní směrovost. V praxi to znamená, že vysílaná elektromagnetická energie je ve formě sérií impulzů soustřeďována do velmi úzkého svazku, přičemž postranní smyčky vyzařovací charakteristiky jsou mimořádně potlačeny. Extrémně úzký svazek je předpokladem nejen k dosažení vysoké přesnosti a rozlišovací schopnosti (rozlišení jednotlivých bojových hlavic), ale i vysoké odolnosti proti elektronickému rušení. Současně to umožňuje dosáhnout vyšší výkonové hustoty signálu v hlavním svazku, resp. v požadovaném směru. Radar, který je schopen dlouhodobě vyzařovat střední efektivní výkon 170 kW, není žádným drobečkem -- jeho plošná anténa má plochu 123 m2 a je tvořena 69 632 vysílacími/přijímacími moduly. Jedná se vlastně o vícerežimové elektronické obvody, které mohou (každý samostatně) vysílat, přijímat a zesilovat radiolokační signály. Právě tyto komponenty patří k nejdražším součástem radaru. Relativně tenká plošná fázovaná anténa s vynikající směrovosti a ziskem dokáže formovat extrémně úzký svazek pro docílení vysoké přesnosti sledování a zaměřování malorozměrných cílů, soustřeďovat do něj vysoký výkon pro docílení značného dosahu radaru. Radar XBR při ozařování cílů na velkých vzdálenostech úzce spolupracuje se zdokonalenými radary včasné výstrahy UEWR (Upgraded Early Warning Radar) pro dosažení vysoké pravděpodobnosti detekce. Jakmile data z radaru UEWR umožní, aby radar XBR zachytil cíl úzkým svazkem, radar XBR soustředí všechen svůj výstupní výkon do jediného svazku. Výhodou radaru není jen schopnost veškerý výkon soustředit do jediného svazku, ale i naopak rozložit jej do několika na sobě nezávislých svazků a tak sledovat několik cílů současně. Jeho maximální dosah na typické bojové hlavice převyšuje 4000 km. Některé moderní bojové hlavice již využívají technologie stealth pro snížení efektivní radiolokační odrazné plochy, která způsobí snížení dosahu radaru přibližně na 2000 km. Za normálních podmínek má být radar napájen z elektrické rozvodné sítě, generátory má využívat jako záložní.

Radar XBR není žádným drobečkem

Až bude radar XBR v plném operačním provozu, jeho obsluhu a provoz má zajišťovat přibližně 30 až 60 vojenských specialistů. Další požadavky na personál budou závislé na konkrétním místu a na existující infrastruktuře. Jak asi bude takový radar XBR vypadat? No, žádný drobeček na trojnožce. Jde vlastně o poměrně rozsáhlý komplex objektů. Samotný radar bude instalován na železobetonové základně společně s dalšími prostředky a objekty zabezpečení -- vlastní malou elektrárnou, operačními sály, komunikačním střediskem, budovami technického vybavení a zázemím pro obsluhu a další. Jen samotný radar zabere plochu 150 x 150 metrů. Za tímto ostře hlídaným a zabezpečeným prostorem mají být ještě další dvě pásma tzv. bezpečnostních zón, vybavená detektory pohyblivých objektů a kamerovým systémem (jejich plocha je závislá na okolním prostředí). Celková zastavěná plocha se odhaduje na přibližně 7 hektarů.

Negativní vlivy vyzařování?

Takový kolos přirozeně vyvolává obavy, že jeho vyzařování, zejména v těsném okolí, bude mít škodlivé účinky na životní prostředí a veškerý živý organismus. Agentura BMDO však ujišťuje, že vyzařování elektromagnetické energie na tomto kmitočtu a uvedeným výkonem nebude mít prakticky žádné negativní vlivy. Úroveň elektromagnetického vyzařování ve vzdálenosti 150 m od ústí antény je údajně srovnatelné s úrovní vyzařování ve vzdálenosti 5 cm od kuchyňské mikrovlnné trouby či ve vzdálenosti 10 cm od amatérské radiostanice. Ve vzdálenosti nad 5 km nemá být ani rušen příjem TV vysílání a nad 10 km rádiového vysílání. Záření údajně prakticky nemá vliv na monitory počítačů a další domácí elektroniku. Provoz radaru si však vyžádá úzkou součinnost s dalšími radary. Koordinace mezi operátory radaru a orgány řízení letového provozu má být zárukou toho, že vyzařovaný hlavní svazek antény nebude ozařovat letouny ve vzduchu, přičemž letouny by neměly být negativně ovlivněny ani při ozáření hlavním svazkem ve vzdálenosti větší než 50 km.

Omezené možnosti radaru

Jedním z nejzávažnějších omezení radaru SBX je, že stejně všech radarů pásma X, je šíření signálu na přímou rádiovou viditelnost. To znamená, že není schopen "dívat se" za horizont v důsledku zakřivení Země. Prostor za obzorem je nazýván "hluchým prostorem" a rakety v tomto prostoru radar SBX "nevidí". Z toho vyplývá snaha o optimální umístění radaru vzhledem k předpokládaným prostorům odpálení raket. Obecně platí - čím blíže je radar SBX k nepřátelským zemím, ze kterých hrozí raketový úder, tím včasnější může poskytovat výstrahu a tím účinněji může systém protiraketové obrany reagovat. A to je důvodem toho, proč se v poslední době začíná hovořit jako o jedné z možností postavit jeden z takových radarů na území České republiky. Současně s tím se Američané snaží najít způsob, jak rychle dostat radary do vhodných míst. Tak se zrodila myšlenka radaru, přemístitelného po moři.

Námořní verze SBX (Birdseye)

Místo výstavby XBR radaru v Shemya na Aljašce Bushova administrativa rozhodla o stavbě námořní verze SBX (Sea-based X-band radar) Birdseye a o modernizaci radaru včasné výstrahy v Shemya. Námořní verze radaru SBX je v porovnání se stabilní pozemní verzí sice méně dokonalá a přesnější, ale zato má obrovskou výhodu -- může být kdykoliv přemísťován podle potřeb do různých částí světa. Celý projekt si vyžádá náklady přibližně 900 miliónů dolarů. Radar, který je větší než fotbalové hřiště, je instalován na samohybné ropné vrtné plošině a nedávno byl z Texasu, kde byl sestaven, přemístěn na Havajské ostrovy. Jeho uvedení do provozu je považováno za významný předěl v operačních schopnostech zejména ve schopnosti čelit případné hrozbě ze Severní Koreje.

Hlavní rozdíly mezi radary XBR a SBX

SBX je hlavně menší, než radar XBR, který měl být předtím podle plánu postaven v Shemya. Anténa radaru SBX o hmotnosti 1800 kg má být menší a mít pouze 50--65% vysílacích/přijímacích modulů (asi 30 000) ve více rozprostřeném uspořádání. To se projevuje i snížením maximálního dosahu detekce z 6700 km na 4800 km. Toto omezení odborníci nepovažují za významné, protože dálkový dosah detekce již 4500 km je v souladu s maximálním výškovým dosahem přibližně 1500 km, což je i maximální výška, které mohou dosáhnout rakety dalekého dosahu na vrcholu své trajektorie. Stejně se jedná o dosah, přímo závislý na střední efektivní odrazné ploše, která u většiny raket není udávána ani známa, proto se počítá s odhadovanou průměrnou hodnotou. Musíme ale předpokládat, že současné raketové technologie, zejména stealth, či mžikových mavévrů ve střední a konečné fázi letu se projeví ve zkrácení maximálního dosahu. Těžko odhadnout o kolik, ale specialisté se domnívají, že přibližně na polovinu původního dosahu. Za těchto okolností se pozemní výkonnější verze radaru s větší plochou antény a více vysílacími/přijímacími prvky zdá být efektivnější, než námořní verze. Navíc vyšší efektivní výkon vyzařovaný větší anténou vytváří předpoklady k dosažení vyššího poměru signál/šum zejména ve vztahu ke specifickým cílům, což se projeví částečným zvýšením dosahu v režimu vyhledávání cílů. Obecně i platí, že čím větší jsou rozměry antény, tím užší svazek je schopná vytvářet a čím užší je hlavní svazek vyzařovací charakteristiky, tím lze dosáhnout vyšší přesnosti zaměřování a rozlišovací schopnosti (tzn. vyšší pravděpodobnosti rozpoznat skutečné hlavice od klamných). Rozdíly v tomto směru však nejsou u radarů XBR a SBX tak podstatné, aby měly zásadní vliv na jejich funkci systému protiraketové obrany. Radar SBX v současné době plní funkci testovacího zařízení a proto má i některé nedostatky. Na rozdíl od plánovaného operačního radaru XBR nemá elektroniku dvojího zálohování a proto je i méně provozně spolehlivý. Není ani vybaven účinnými ochranami proti elektromagnetickému impulzu (EMI) pro případ jaderného výbuchu ve velké výšce a dokonce ani světlovodnými kabely vniřních počítačových sítí, které přirozeně u operačních radarů XBR i SBX budou.

Základnou je plovoucí plošina

Zajímavá fakta se týkají vlastní plovoucí plošiny, původně pojmenované Moss Sirius, nyní Moss 5, nesoucí SBX radar. Jedná se o model plošiny 5. generace CS-50, postavený ve Vyborgu (Rusko) pro norskou společnost Norwegian Moss Arctic company. Ta ji následně prodala americké firmě Boeing, zprostředkovateli pro Agenturu protiraketové obrany. Instalovaný radar byl označen SBX-1. Otázkou je, zda pro následný radar SBX-2 bude obstarán stejný typ ruské plovoucí plošiny. Upravená plovoucí plošina o výtlaku 50 000 tun, šířce 73,15 m a délce 118,87 m, je mimořádně stabilní v silném větru a bouřce. Celková výška plavidla (od kýlu až po vrchol kopule radaru) je 85,34 m a. Přetlakový radom radiolokační antény o hmotnosti 8160 kg, průměru 36,6 m a výšce 31,4 m, odolává větru až do rychlosti 210 km/h. Plavidlo je vybaveno vlastní hnací jednotkou, řídicí věží, obytnými a skladovými prostory, provozními palubami a infrastrukturou pro komplexní zajištění provozu SBX radaru. Schopnost vlastního přesunu má Agentuře protiraketové obrany umožňovat měnit radiolokační postavení z hlediska přizpůsobení radaru budoucí struktuře tzv. "vrstveného" systému protiraketové obrany.

Technické vybavení a obsluha

Bez nadsázky lze říci, že SBX radar, ukrytý pod kopulí na vrcholu plošiny, je největším a nejdokonalejším elektromechanicky řízeným radarem kmitočtového pásma X s plošnou fázovanou anténou a elektronickým snímáním na světě. Pro utajené spojení a přenosy dat mezi plošinou a pozemní částí protiraketového systému slouží prostředky družicového spojení kmitočtového pásma C. Plošina je rovněž vybavena prostředky přenosu dat z radaru do terminálů antirakety a prostředku EKV (antény jsou pod kopulemi vedle hlavního radomu). Obsluhu a provoz celého radiolokačního systému zabezpečuje 75 specialistů a dalších 30 až 40 lidí na pobřeží pro údržbu a ošetřování systému.

Správné místo pro radar SBX

Agentura protiraketové obrany dne 16. září 2003 oznámila své rozhodnutí radar SBX rozvinout v Adaku na Aljašce. Tato západní část Aleutských ostrovů byla vyhodnocena jako ideální místo pro funkci radaru SBX a sběr dat o hrozbě z asijského směru, zejména ze Severní Koreje a Číny. Agentura MDA uvažovala o dalších místech pro radary SBX ve Washingtonu a Kalifornii, ale záhy přišla na to, že tato postavení na americkém kontinentu nedávají pozemním prostředkům protiraketové obrany dostatek času ke spolehlivému zachycení cizích raket (bojových hlavic). První prototyp radaru SBX byl postaven v Brownsvillu (Texas). Po instalaci na plovoucí plošinu prošel námořními zkouškami v Mexickém zálivu a poté pomocí obrovské lodě Blue Marlin přemístěn na svou základnu v Adaku.

zdroje a obrázky: U.S. Department of Defense, Jane's Strategic Missile Systems, odborný a denní tisk, Arms Control Association, Missile Defense Agency

internet: blisty.cz, fas.org, armscontrolwonk.com, Russian Forces, Global Security , Missile Threat, Wikipedia, Murdoc Online, GizMag, Yorkshire campaign for nuclear disarmament, Raytheon, Strategy Page, Analisi difesa.

Vystoupení velitele USECOM gen. Jamese L. Jonese před výborem vojenských služeb amerického Senátu dne 7.3.2006 ZDE

Článek bude publikován spolu s dalšími na totéž téma v záříjovém čísle časopisu ATM - Armády, technika, militaria. V prodeji bude od 4. 9. 2006.