Elektronikai hadviselés a XX. században 2. rész

A radar működéséről

A rádióhullámok szilárd testről, például fémfelületről való visszaverődését, illetve fókuszálhatóságát 1886 körül Heinrich Hertz már felfedezte, de ennek a jelentősége csupán a XX. század közepén vált nagy fontosságúvá. Ha ugyanis alkalmas (forgásparaboloid fém) tükörrel jól fókuszálható, akkor egy sugárzó (pl. dipól) energiáját távoli fémtárgyra irányítva, a jel egy kis hányada a tárgyról visszaverődhet, s nagyon érzékeny elektronikai eszközök segítségével detektálható. így a visszavert jel kiértékelésével a tárgy létezése és tulajdonságai felderíthetők. A gyakorlatban számos korai, kezdetleges megoldás után a légtér megfigyelése, egy céltárgy felderítése céljára már igen korán az impulzus-módszer terjedt el. Természetesen manapság  már igen sokféle ismert, illetve titkos működésű radartípus létezik.

A kezdeti időkben talán a leggyakrabban alkalmazott impulzus módszer esetén egy igen nagy (kW, MW) teljesítményű, nagyfrekvenciás (a MHz-es, GHz-es tartományba eső) rezgést kellően rövid (pl. mikroszekundum) időtartamra kapuzva  (meghatározott hosszúságú impulzusként) egy alkalmas kivitelű antenna keskeny nyalábban a cél felé kisugároz. Ezt követően a céltárgyról az impulzus visszaverődik, és - némi időkéséssel, mintegy visszhang gyanánt -visszaérkezik. A jel az eredeti, vagy egy másik alkalmas antennával érzékelhető. A parányi jelet roppant kis zajú erősítővel kellő szintre felerősítve, megmérhetjük a kibocsátott és a visszavert jel közötti idő-különbséget, amely kellő információval szolgál a céltárgy távolságáról, illetve közvetve a térbeli helyzetéről.

A kellően nyalábolt jel pontos kisugárzási iránya az antennakonstrukció saját mechanikai tulajdonságai révén számunkra ismert. Az antenna pontos, valamely földrajzi irányhoz (pl. az északi irányhoz) viszonyított helyzete úgyszintén. A telepítéskor ugyanis az antennát betájolják, így sugárzási iránya az égtájakhoz viszonyított tér-koordináta rendszerben két jellemző szög segítségével megadható, az antenna skálázott (elektronikus) mozgató szereiről leolvasható. Ha pedig a céltárgy mozog (pl. manőverez), de mi az antenna segítségével követjük annak mozgását, ezek a szögek értelemszerűen változni fognak.

A vízszintes síkban és az északi irányhoz képest értelmezett jobbsodrású szög megállapodás szerűen az oldalszög, vagy Béta nevet kapta. A függőleges síkban a vízszinteshez képest értelmezett emelkedési szög a magassági szög így az e nevet kapta. (Használatosak még más elnevezések is, pl. az azimut, illetve a látószög, eleváció stb.)

A légvédelmi radarok nagy része esetében a feladatok között műszaki okokból többnyire alkalmas munkamegosztás jött létre, és a cél felderítése és a cél leküzdése - mint két külön feladat - számos esetben régóta szétvált. Villámgyors rendszereknél ilyen munkamegosztás nemigen képzelhető el, de gyakori, hogy az észlelés és a válaszlépés között csupán 2...6 s telik el. Ilyen lehet pl. a HARM radarromboló ellenrakéta leküzdése egy még fürgébb ellenrakétával, már 12 km távolságból is (ld. orosz Pantsir lánctalpas rendszer).

A hagyományos felállásban többnyire két eszközt használnak együtt. A távolról, pl. néhány 100 km-ről közeledő céltárgy, tipikusan valamilyen repülő szerkezet (vadászgép, robotrepülő, bombázó, szárnyas rakéta, radarromboló rakéta stb.) felderítésére már igen korai időszakban szükség lehet annak jelentős sebessége, így a befogására, leküzdésére rendelkezésre álló rövid idő folytán. Ha késlekedünk, először is a céltárgy kijut abból távolsági és/vagy magassági a tartományból, amelyben képesek vagyunk leküzdeni. Másrészt a céltárgy többnyire válaszlépéseket tesz, amint észleli, hogy egy számára veszélyesnek tűnő radar hatósugarába került. Gyakorta szó szerint másodpercekről van szó, és ha a válaszlépés megtörtént, igencsak szedhetjük az irhánkat, ha tudjuk...

A minél precízebb felderítés és a radarok fizikai mérete, konstrukciója valamint az alkalmazható frekvenciák igen szorosan összefüggnek egymással. A technika fejődése során a kezdeti lassú, nagyon pontatlan elektroncsöves rendszereket lassan felváltották a félvezetős analóg, majd digitális rendszerek. Már a II. világháború vége felé és azt követően feltűntek a különleges, nagy-frekvenciás vákuumtechnikai termékek (haladóhullámú cső, klisztron, magnetron), amelyek szigorúan őrzött hadititkot képeztek, bár alkalmazásuk az ’50-es években lényegében általánossá vált, lásd mikrohullámú sütő. A kellően megbízható, military minőségű, egyre gyorsabb, egyre nagyobb teljesítményű félvezetők alkalmazása utóbb ezeket fokozatosan kiszorította. Megjelentek az emeletes, ormótlan Yagi antennacsoportokat végképp leváltó különleges elemi dipólrács-csoportok. Ezek egyre nagyobb üzemi frekvenciájú, egyre jobb minőségű, 0,1...0,5 mrad felbontású antennák, amelyekkel a 10-20 km távolságban értelmezett néhány méter távolságmérési hiba elérése már nem probléma. Sőt, ezek a dipólrácsok már különleges üzemmódokra is képesek, pl. egy antennamezőt több kisebb területre bontva lehetőség van egyidejűleg többféle irányban, többféle méréstechnikával megfigyeléseket végezni. Egy repülőgép fedélzeti radarja esetében az egyik részmező figyelheti a földközeli (földhátterű) repülő eszközöket, míg egy másik mező a felső légtérben megjelent cél leküzdését irányítja stb.

Mindezt annak fényében kell tekintenünk, hogy a II. világháború elején a távolságmérési pontosság jó, ha elérte a 100 m-es nagyságrendet. Természetesen a szöghiba is hasonlóan nagy volt. A háború évei során ezek az értékek jelentősen javultak, ami szorosan összefüggött az alkalmazott üzemi frekvenciák rohamos növekedésével.

Távolfelderítés

Távoli, vagyis egy légvédelmi üteg tűzvezetésének hatótávolságán kívüli, messzi céltárgyak felderítésére ún. távolfelderítő radarok használatosak. Feladatuk a céltárgy minél nagyobb távolságról, tipikusan néhány száz km-ről történő észlelése, ami a nagyfrekvenciás sugárzás elnyelődési sajátosságai folytán többnyire csak kellően alacsony működési frekvencia mellett érhető el. Ha ez a frekvencia valóban elegendően alacsony, a kisugárzott, fókuszált jel mintegy ráhajolhat, rásimulhat a Föld görbült felületére és lényegében az optikai látóhatár mögé is beláthatunk. Sőt, alkalmanként még a talaj, a növényzet stb. sem jelent terjedési akadályt.

Ezen radarok hátránya - a kisfrekvenciás viselkedésből eredően - a csekély mérési pontosság és lassúság, amelyet a megfelelő látótávolság ellensúlyozhat. Az ilyen eszközök a szokásos televíziós sávokba eső alacsony működési frekvencia és a sugárzott jel kellő fókuszálhatósága miatt is eléggé terjedelmesek. A radarok érzékelési terét a természeti és az épített környezet rendkívül jelentősen befolyásolja.

A távolfelderítő radarok indikátor-képernyője térképszerű. Régebben kerek ernyőjű (lent jobbra), hosszú után-világítású képcsövet alkalmaztak kijelzésre (csak ilyen létezett nagyobb méretben), újabban pedig már a manapság szokásos, lapos képernyőket használják.

A korai távolfelderítő radarok terjedelmes antennával szerelt berendezések. A lenti ábrán egy ilyen, nálunk is még nemrég használatos, P-18 típusú, szovjet gyártmányú, a világ számos országába exportált radart láthatunk, amelynek egy példánya - adatlappal együtt — megtekinthető a Zsámbéki Légvédelmi Múzeumban, vagy Kecelen. Jól megfigyelhető az emeletes, forgatható, szükség esetén jelentősen megemelhető antennaszerkezet, a két hosszú, kimerevített vízszintes rúdra telepített, összesen 16 darab yagi antenna. A hasonlóság a régebbi televízió antennákkal nem a véletlen műve.

A távolfelderítő radar a 360°-os vízszintes síkban végez letapogatást, amely úgy érhető el, hogy az antennát a függőleges tengelye mentén fogatják, a bemutatott típus estében 0,3...6 fordulat/perc sebességgel. A letapogatott jel az indikátor képernyőjén jelenik meg, ahol a környező letapogatott területekről visszaverődő jel látható, mintegy térképszerűen. A térkép/képernyő optikai középpontjában a radar telepítési helye van. A középponttal koncentrikus, többnyire elektronikus előállítású, kör és sugaras alakú rajzolatok pedig kijelölik a lehetséges észlelési távolságon belüli léptékeket és szögeket, pl. 50 vagy 100 km-ként növekedő léptékben, 45°-os szögenként. így egy pillantás alatt meg lehet becsülni, hogy mely irányból érkezik céltárgy és az pillanatnyilag kb. milyen messze van tőlünk. A valóságos irányhoz természetesen a rendszert a telepítés során pontosan be kell tájolni.

A távolfelderítő radar feladata sokrétű lehet. Az észlelt és előfeldolgozott jelet, az indikátor képét számos helyre el lehet vezetni kábelen vagy valamely más hírközlési módszer (pl. mikrohullámú átjátszó) segítségével. Amennyiben a távolfelderítő radar egy légvédelmi üteg részét képezi, akkor a jelét az üteg tűzvezetését irányító parancsnok is megkapja egy kihelyezett indikátoron.

Radarháború

A II. világháború utáni különféle hadszínterek (Korea, Vietnam, Afganisztán stb.) kellő gyakorlótérként szolgáltak a radartechnika és a radarokkal kapcsolatos ellenintézkedések továbbfejlesztésére. A szövetségesek már a második világháború során, pl. Budapest bombázásakor is használtak a repülőgépekből kidobott alumíniumfólia csíkokat. A szél által szétszórt, lehulló fémcsíkok a radar képernyőjén nagy zavarfoltot okozva gátolták a felderítés munkáját.
Évekkel később az elektronika fejlődésével, például a koreai, vietnami háború idején új módszerek kerültek előtérbe. A támadások során a repülőraj egyik gépére függesztett zavarókonténer vobleres vevőjével pásztázták a várható radarfrekvenciákat, majd a bemért frekvencián, nagy energiával, széles sávú zajjal szembesugározták a földi radarokat (lent baloldalon), megvakítva a képernyőket. A radarkezelők ez ellen a radarsugár jobbra, majd balra történő kibillentésével védekeztek, mondván, hogy ahonnan a legerősebb zavarójel érkezik, ott a zavarógép, és persze először azt kell lelőni.

Később intelligensebb voblerek fel-használásával a pontos radarfrekvencián lemásolták a radar impulzusait. Ennek alapján a felderítő radarral szembe visszasugároztak az eredeti impulzushoz hasonló, de véletlenszerű késleltetésekkel ellátott zavarj el-köteget. A radar képernyőjén megjelenő jelek rendkívül hasonlítottak a cél jelére, csupán a sokféle késleltetés miatt a képernyő tele lett céljellel (fent jobbra). A radarkezelők ekkor egy pillanatra kikapcsolták a radart, és amelyik jel a visszakapcsolás után legelőször megjelent, az volt az igazi céljel, a hamarosan megjelenő késleltetett másolatok pedig a zavaró jelek.

A módszerek és a radarok egyre inkább fejlődtek. Egy modem radarban a radar fizikai felépítésével, zavarelhárító áramköreivel és használatának sajátos szabályaival lehet küzdeni az ellenfél hasonlóan intelligens technikája és módszerei ellen. Amíg azonban a radarok egyre inkább zavarállóak, pontosabbak, okosabbak lettek, a radarfelderítés ellen is újabb eszközök álltak szolgálatba.

Már a vietnami háború idején megkezdődött az ún. radarromboló rakéták bevetése. Amikor a vietnami elvtársak meglátták, hogy a cél kettévált, hanyatt-homlok hagyták el a vezérlőkabint és bújtak be a beton fedezékekbe, -hangzott el egy oktatáson, majd az előadó így folytatta: —A robbanás után pedig nekiálltak a rostává lyukasztott antennákat az őserdőben nagy gyakorlattal kikalapálni, forrasztgatni...

Ezek akkoriban még egyszerű ellenrakéta-fegyverek voltak, amelyek a radar keresősugarát használták fel a cél megtalálására. Persze az első szomorú tapasztalatok után megint bejött az antenna elfordításának és kikapcsolásának az ötlete. Amikor tehát a radarromboló rakétát sikerült kissé kitéríteni oldalra, kikapcsolták a radart. A rakéta pedig célt tévesztve, biztonságos távolságban robbant. Ehhez persze kellő tapasztalat, és nem kevés lélekjelenlét is szükséges volt.

Napjainkban is használatos a Highspeed Anti-Radiation Missile, azaz HARM, a nagysebességű radarromboló rakéta, amely az intelligens bombák késői utódának is tekinthető, noha működési elve voltaképp levegő-föld rakéta. A HARM a balkáni háborúban gyakorta szerephez jutott, és a segítségével a NATO légierő számos szerb rakétaüteget semmisített meg. A képen az AGM-88 radarromboló rakétát láthatjuk, amit 1984-ben rendszeresítettek. Forrás: Wikipédia.

Egy - az interneten olvasható - magyar haditechnikai tanulmány szerint az 1999-es szerbiai bombázások idején a HARM-ból több mint 1000 darabot használtak fel - 710 darabot amerikai, 277 darabot német és 115 darabot olasz gépek - holott ennél jóval kevesebb radarberendezés volt a szerbek birtokában. A túlzott felhasználásra több magyarázat is van. Az egyik kézenfekvő ok a szerb csapatok nem szokványos, „partizán típusú”, becsapós, trükkös hadviselése, amelynek során gyakorta egyáltalán nem az történt, mint amire az ellenfél számított. Ezt már a II. világháború során a németeknek is volt módjukban megtapasztalni.

Ha a HARM-ot hordozó repülőgép rádióelektronikai felderítő rendszere radarsugárzást, a gépet érő „megvilágítást” észlel, a rakéta automatikusan felkészül, szuperérzékeny vevőjével beméri, meghatározza a sugárforrás helyét, majd elindul a radar irányába, éppen a felderítő radarsugarat használva irányjelzőként. Legnagyobb sebessége tetemes, 340 m/s, és hatótávolsága sem csekély, 90 km. A radarhoz közelítve, a megfelelő távolságban robban. Ennek során 25 000 db acélrepesszel, vagy 12 845 db wolfrámrepesszel teríti be a célterületet.

A fürge HARM-nak a felkészüléshez és a célra induláshoz - a szerb légvédelmi tüzérek harci tapasztalatai szerint - mintegy húsz másodpercre van szüksége. Ez túlságosan is rövid idő egy céltárgyként megjelölt repülőgépnek a tűzvezető radarral történő beméréséhez, majd légvédelmi rakétával való leküzdéséhez, nem is beszélve a menekülésről. Viszont a HARM ellen bevetett számos trükk többnyire bejött. 

Sipos Gyula okl. IC-szakmérnök