Varningssystem för missilinflygning

Den cylindriska kapseln som pekar bakåt, precis ovanför motorerna, är varningsmottagaren för missilinflygning (en del av Praetorian DASS )

Ett varningssystem för missilinflygning (MAW) är en del av flygelektronikpaketet på vissa militära flygplan. En sensor upptäcker attackerande missiler. Dess automatiska varning uppmanar piloten att göra en defensiv manöver och sätta in tillgängliga motåtgärder för att störa missilspårning.

SAM-system utvecklades under andra världskriget och började göra sig gällande på 1950-talet. Som svar utvecklades elektroniska motåtgärder (ECM) och flygtaktik för att övervinna dem. De visade sig vara ganska framgångsrika förutsatt att en tillförlitlig och snabb hotvarning gavs.

Det infraröda letande missilhotet

Analys av flygplansförluster på grund av fiendens aktion sedan 1960-talet visar att minst 70% av alla förluster tillskrevs passiv värmesökning, dvs. infraröda (IR) styrda missiler ^{[ citat behövs ]} . Detta kan vara förvånande med tanke på att radarstyrda SAM- system har längre ingreppsavstånd, är snabbare, har högre manövreringspotential, bär större stridsspetsar och är utrustade med närhetständningar .

Den främsta anledningen till att IR-styrda missiler var så effektiva var att det tog mycket längre tid att utveckla effektiva varningssystem mot dem. De flesta flygplan som sköts ner visste aldrig att missilerna skulle komma. Radarvarningsmottagare å andra sidan bevisade sin effektivitet redan i början av 1970-talet, vilket avsevärt förbättrade flygplanens överlevnadsgrad mot radarhot.

De första luft-till-luft IR-missilerna dök upp på 1950-talet. Tekniken möjliggjorde mer kompakta missilkonstruktioner och gjorde det möjligt att utveckla IR -man-portabla luftförsvarssystem (MANPADS), dvs. axelavfyrade missiler, som blev operativa på 1960-talet.

IR MANPADS är relativt billiga, ganska robusta, lätta att använda och svåra att upptäcka. De kräver inte heller den infrastruktur som ofta förknippas med radarstyrda SAM-utbyggnader som ofta avslöjar deras närvaro.

Stora mängder MANPADS har tillverkats (så många som 700 000 tillverkade sedan 1970). Ett stort antal spred sig under det kalla kriget och omedelbart efter det kalla kriget. Ansenliga kvantiteter är tillgängliga och överkomliga på den svarta marknaden och har hittat sin väg i händerna på "icke-statliga" organisationer eller det så kallade "asymmetriska" hotet. (En uppskattning av Jane's Intelligence Review från februari 2003 visar att denna siffra är så hög som 150 000). En artikel "Proliferation of MANPADS and the Threat to Civil Aviation" av den 13 augusti 2003 av Jane's Terrorism and Insurgency Center uppskattar att svartamarknadspriset för MANPADS som SA- 7 kan vara så lågt som $5 000.

Underrättelser om var MANPADS befinner sig, särskilt i händerna på "icke-statliga" organisationer, är vanligtvis vag och opålitlig. Detta i sin tur gör det svårt att förutse var och när man kan förvänta sig MANPADS-attacker.

2:a och 3:e generationens MANPADS dök upp på 1980-talet och ökade prestandan och effektiviteten hos MANPADS ytterligare tack vare avancerad ny sökarhuvudteknologi, förbättrade raketmotorer och aerodynamiska förfiningar. Deras prestanda förbättrades när det gäller dödlig räckvidd, minsta utskjutningsvinkel, manövreringspotential och alla aspekters ingreppsvinklar (första generationens MANPADS var begränsade till enbart attacker från baksektorn). De blev också mer ECM- resistenta.

MANPADS blev därför ännu mer dödlig specifikt mot mer sårbara plattformar som helikoptrar, lätta flygplan och kommersiella och militära transportflygplan (under inflygningar och avgångar). Den lägre hastigheten på dessa plattformar tvingar dem att tillbringa mer tid inom dödningszonerna på MANPADS jämfört med högpresterande strids- och anfallsflygplan.

Minst 35 MANPADS-attacker på civila flygplan har registrerats. Tjugofyra sköts ner och dödade omkring 500 människor i processen.

Systemkrav för missilinflygningsvarning (MAW).

Skydd av flygplan mot IR-styrda missiler beror i de flesta fall dels på tillförlitlig upptäckt och varning av missiler och dels på tillämpning av effektiv ECM.

Ett undantag från detta är rundstrålande IR-störsändare som inte alls använder sig av missilvarning eftersom de helt enkelt utstrålar modulerad IR-energi så länge de är påslagna. Dessa störsändare har funnits sedan 1970-talet och när de korrekta störningsmoduleringsteknikerna tillämpades, var de någorlunda effektiva mot 1:a generationens amplitudmodulerade MANPADS, som fungerade i nära-IR-bandet (1 till 2 mikrometer (μm) ) . Ankomsten av 2:a och 3:e generationens MANPADS förändrade det. De arbetar i mitten av IR-bandet (3 till 5 μm) och använder mer avancerade moduleringstekniker (till exempel frekvensmodulering). Istället för att störa dessa missiler, blev den rundstrålande IR-sändaren en källa för missilerna att komma hem i.

Funktionskrav

Det är en utmaning att ge snabb varning mot IR MANPADS. De varnar inte om sin närvaro före uppskjutning, de förlitar sig inte på aktiv IR, radarvägledning eller en laserdesignator som eventuellt skulle avge en detekterbar strålning. De är vanligtvis eld-och-glömma och kan låsa på och koppla in ett mål, rusa till målet och förstöra det på några sekunder. De har en liten men synlig radarsignatur och även ett drivmedel som brinner – beroende på plattform, vanligtvis under en mycket kort tid.

MANPADS är relativt kortdistansvapen, typiskt upp till cirka fem kilometer med hjärtat av dödshöljet en till tre kilometer. De tillåter därför mycket liten marginal för fel för att effektivt motverka dem eftersom tiden till anslag (TTI) på ett mål på en kilometer, bara är cirka tre sekunder. TTI för mål på tre och fem kilometer är också relativt kort – endast sju till lite över elva sekunder respektive.

MAW måste ge tillförlitlig och snabb varning för att möjliggöra lämpliga motåtgärdssvar. Nära 100 % sannolikhet för varning (POW) och mycket snabba reaktionstider för att motverka närliggande missiluppskjutningar (i storleksordningen en sekund) är avgörande.

Flygbesättningen kommer bara att lita på systemet om de har stort förtroende för det. MAW måste också ha tillräckligt låga falsklarmfrekvenser (FAR), även när den är upplyst av flera källor (som kan innefatta hot) från olika håll.

Snabba svarstider och låg FAR är i sig motstridiga krav. En acceptabel lösning kräver ett balanserat tillvägagångssätt för att ge det mest framgångsrika slutresultatet utan att kompromissa med POW. Eftersom en längre tid-till-påverkan (TTI)-varning nästan alltid är önskvärd, leder detta till slutsatsen att det finns något i stil med en för låg FAR: alla varningssystem samlar in data och fattar sedan beslut när en viss konfidensnivå nås. Falskt larm representerar beslutsfel, som (förutsatt optimal bearbetning) endast kan reduceras genom att samla in mer information, vilket innebär att det tar mer tid, vilket oundvikligen resulterar i en kortare tid till påverkan. De flesta användare skulle tolerera en ökad FAR (upp till någon punkt där den börjar begränsa operationer) istället för en reducerad TTI, eftersom deras sannolikhet för överlevnad beror ganska direkt på TTI, som representerar den tid under vilken motåtgärder kan sättas in.

Noggrann azimut- och elevation angle of attack (AOA) information kan vara ett annat mycket viktigt krav. DIRCM-system (directional IR counter measure) är beroende av MAW-system för noggrann noggrann initial pekning (cirka två grader) för att säkerställa att DIRCM skaffar och kopplar in inkommande missiler i tid och framgångsrikt.

Exakt AOA är också viktigt för att bestämma utmatningsriktningen för motmåttslocken (bloss). Det är viktigt att undvika situationen där plattformen och de dispenserade lockbetena båda förblir inom det ögonblickliga synfältet (IFoV) för inkommande missiler. I sådana situationer kan missiler mycket väl, när de väl passerar lockbetena, fortfarande träffa plattformen. Detta är särskilt viktigt när separationen mellan lockbetena och plattformen tar för lång tid som är fallet med långsamt flygande flygplan.

Noggrann AOA är vidare viktig där plattformen helst ska manövrera vid utmatning av lockbeten för att öka missavståndet. Detta är mer tillämpligt på snabba jetstrålar där deras höga hastighet tenderar att motverka separationen som orsakas av lockbetets utstötningshastighet. En vändning mot närmande missiler för att etablera/öka vinkeln mellan lockbetet och plattformen är särskilt viktigt i fall där en missil närmar sig bakifrån mellan fem eller sju-sektorerna. Om AOA inte är tillräckligt noggrann kan piloten mycket väl vända åt fel håll och ställa in sig på situationen som beskrivs ovan.

Systemet måste också vara helautomatiserat eftersom den mänskliga reaktionstiden i relevanta fall (kortdistansuppskjutningar) är för lång.

Fysiska krav

Lätta flygplan, helikoptrar och jaktplan har vanligtvis begränsat utrymme och masskapacitet för ytterligare utrustning. Systemet bör inte heller orsaka negativt aerodynamiskt motstånd som kräver minimal fysisk storlek och antal lådor. Strömförbrukningen måste vidare hållas inom kapaciteten för plattformens elsystem.

För att minska installations- och integrationskostnaderna måste de nödvändiga gränssnitten tillhandahållas för att säkerställa kommunikation och samexistens med annan flygelektronik ombord.

Krav på gränssnitt mellan människa och maskin (HMI).

Integrerad display och kontrollfunktioner är önskvärda för att undvika dubbelarbete på instrumentpaneler där utrymmet är begränsat. Om en plattform är utrustad med både radar- och missilvarningssystem bör HMI:t visa båda hoten tydligt och entydigt.

Det integrerade HMI:et måste också indikera systemets driftstatus, servicestatus, funktionssätt, återstående lockmängder etc. Separata kontrollpaneler är motiverade endast för flygsäkerhetsändamål såsom ECM on/off och lockoutkastningsfunktioner.

Kostnadsöverväganden

Att anskaffa EW självskyddssystem har direkta och indirekta kostnadskonsekvenser.

Direkta kostnader innefattar initialpriset på systemet, reservdelar samt testutrustning för att säkerställa att systemens prestanda och tillgänglighet bibehålls under hela deras livscykel.

Att installera och integrera EW-system på flygplan är en annan direkt kostnad

Indirekta kostnader innebär å andra sidan en försämring av flygplanets prestanda till följd av att systemet finns ombord vilket i sin tur påverkar flygplanets driftskostnad negativt.

Det lägsta initiala priset på ett system är därför inte nödvändigtvis den bästa lösningen eftersom alla faktorer måste beaktas. Systemens totala kostnadseffektivitet, dvs pris kontra prestanda, är viktigare för att bestämma vilket system som ska väljas.

Typer av varningssystem för missilinflygning

Tre olika teknologier har använts för MAW-system, dvs system baserade på: Puls-Doppler-radar , Infraröd och Ultraviolett . Varje teknik har sina fördelar och nackdelar som kan sammanfattas enligt följande:

Puls-Doppler-baserad MAW

Fördelar

Kan mäta avstånd och hastighet för annalkande missiler. Den kan därför bestämma tiden till anslag (TTI) och optimera tidpunkten för dispensering av motåtgärd ( flare ).
Beror inte på framdrivningsenheten för missiler som brinner.
Mindre känslig för väderförhållanden.

Nackdelar

I sofistikerade hotmiljöer kan aktiva system avslöja flygplanets närvaro med radarstrålningen från MAW och därmed öka dess sårbarhet.
Detekteringsräckvidden för små missiler med lågt radartvärsnitt som MANPADS är begränsad och kan resultera i marginell varningstid och därav följande sen utmatning av lockbete.
Kan inte mäta riktning tillräckligt noggrant för att styra DIRCM- system.
Mottaglig för falsklarm orsakade av andra RF-källor.
Kan orsaka störningar på markflygledningsradar om arbetsfrekvensen inte väljs noggrant.
Svårare att integrera än passiva system på grund av rumsliga begränsningar.

Infraröd-baserad MAW

Fördelar

Vid bra väderförhållanden tenderar den atmosfäriska överföringen av IR-strålning att vara bättre än den för solblind UV-strålning.
Kan potentiellt uppnå längre detekteringsavstånd på höjd där det inte finns något jordklotter.
Kan potentiellt upptäcka den kinetiska värmen från missiler efter motorutbränning på höjden, men förmodligen inte på låg nivå på grund av hög IR-bakgrundsclutter.
Ger bra AOA-information för att peka en DIRCM och bra beslutsfattande angående riktning och manövrering av lockbete.

Nackdelar

Mycket låg IR-överföring genom flytande vatten och is, vilket förhindrar drift i alla väder. Även några tiotals mikrometer vatten på linsen, eller i atmosfären mellan hotet och sensorn, är tillräckligt för att effektivt blinda både MWIR- och LWIR-sensorer.
Måste konkurrera med enorma mängder naturligt (sol) och konstgjort IR-trassel.
Falsk larmfrekvens och/eller sannolikhet för varning är därför ett stort problem mot mark-till-luft-missiler på grund av hög IR-bakgrundsklotter som kommer från jorden.
Behöver stor datorkraft för att lindra problem med falsklarm som i sin tur driver upp kostnaderna.
Två färgdetektorer används i vissa system för att hjälpa till att dämpa bakgrundsklatter och lägre FAR. Även om det löser vissa problem skapar det andra eftersom det komplicerar systemet ytterligare på grund av kraven på optik, känslighet och extremt höga pixelhastigheter som påverkar kostnaden och tillförlitligheten negativt.
Kan inte tillhandahålla aktuell räckviddsinformation.
Traditionellt har IR-detektorer mycket snäva ögonblickliga synfält för att uppnå tillräckligt bra signal-till-mål-förhållande. Stora detektormatriser krävs därför för att ge 360° azimuttäckning, vilket är en annan kostnadsdrivande faktor.
Kräver kylda detektorer vilket komplicerar logistikstödet under hela livscykeln och resulterar i höga ägandekostnader.
Detektionsräckvidden kan begränsas mot framtida ny teknik för raketmotorer med låg IR/UV-emission.

Ultraviolett-baserad MWS

Fördelar

Fungerar i solblind UV-spektralvåglängdsområde och har därför inga naturliga (sol) falsklarm. UV-baserade MAW-system har därför ett mycket minskat falsklarmproblem att lösa jämfört med IR-baserade system.
Mycket god sannolikhet för varning i bakgrundsmiljöer med hög rörlighet.
Allvädersdrift, eftersom den är ogenomtränglig för solbeklädnad och knappast påverkas av flytande vatten.
Brett ögonblicklig synfält.
Ge mycket bra AOA-information för bra beslutsfattande, manövrering och för att peka DIRCM:er.
Har snabb responstid mot närliggande missiluppskjutningar.
Är ett enklare system än pulsdoppler- och IR-teknik.
Kräver ingen kylning och behöver bara måttlig datorkraft.
Låg livscykelkostnad.

Nackdelar

För att upptäcka missiler som närmar sig måste missilens raketmotor brinna – det kräver de höga effektiva brinntemperaturerna som är förknippade med raketmotorer för fast bränsle.
IR-baserade system är förmodligen bättre på höjden men UV är bättre mot mark-till-luft missiler.
Kan inte tillhandahålla aktuell räckviddsinformation men kan härleda TTI från den snabba ökningen av amplituden för den annalkande missilens signal.
Detektionsräckvidden kan begränsas mot framtida ny teknik för raketmotorer med låg IR/UV-emission.

Implementeringar av MAW-system

Nuvarande tillgängliga MAW-system samt de som är under utveckling representerar alla tre typerna av teknologier. Varje teknik har starka och svaga punkter och ingen ger en perfekt lösning.

Puls-Doppler radarbaserad

Frankrike

MWS - 20 (Damien) ursprungligen från Dassault Electronique (nu Thales )

Israel

EL/M-2160 (ALQ – 199) från ELTA

Japan

J/APQ – 1 * från Mitsubishi Electronic Corporation

Ryssland

LIP MAW (föråldrat system)
Arbalet-D från Phazatron NIIR Corporation

UK

PVS 2000 ursprungligen från GEC Marconi och Plessey Avionics (nu SELEX och Thales) (föråldrat system)

UK och Italien

AMIDS från SELEX och Elettronica (osäker på produktions-/utvecklingsstatus)

USA

AN/ALQ – 127 ursprungligen från Westinghouse (nu Northrop Grumman) (föråldrat system)
AN/ALQ – 153 ursprungligen från Westinghouse (nu Northrop Grumman) (föråldrat system)
AN/ALQ – 154 från AIL (föråldrat system)
AN/ALQ – 156 från BAE Systems EI&S

Infraröd-baserad

Israel

PAWS från Elisra

Frankrike

DDM-SAMIR/DDM-NG från Sagem och MBDA

Tyskland

PIMAWS från BGT (osäker på produktions-/utvecklingsstatus)

Italien

Leonardo MAIR(i drift) https://www.leonardocompany.com/en/products/mair

Tyskland och Frankrike

MIRAS från Hensoldt (Hensoldt Holding GmbH) och Thales

Ryssland

President-S (BKO) från KRET och Scientific-Research Institute Ekran

UK

ELIX-IR från Thales UK (osäker på produktions-/utvecklingsstatus)

USA

AN/AAR 44B från L-3 Cincinnati Electronics
MIMS från Northop Grumman (osäker på produktions-/utvecklingsstatus)
JATAS, under utveckling av Alliant Techsystems (ATK) och BAE Systems under ett USN-kontrakt, med initial operativ driftsättning planerad till slutet av 2015
AN/AAR-56 från Lockheed Martin för F-22 (operativ)
AN/AAQ-37 distribuerat bländarsystem (DAS) från Northrop Grumman för F-35 (I produktion/testning)

USA och Israel

PAWS - 2 från Raytheon och Elisra

Ultraviolett-baserad

Tyskland

AN/AAR 60 eller MILDS (Missile Launch Detection System) från Hensoldt Holding GmbH.

Israel

Guitar – 350 från Rafael (Osäker på produktions-/utvecklingsstatus)

Sverige/Sydafrika

MAW 300 från Saab Avitronics

USA

AN/AAR 47 med uppgraderade AN/AAR-47A(V)2-sensorer.
AN/AAR 54 ursprungligen från Westinghouse (nu Northrop Grumman)
AN/AAR 57 ursprungligen från Sanders (nu BAE Systems EI&S)

Ryssland

101KS-U del av 101KS Atoll elektrooptiska (EO) system för det ryska flygvapnet Su-57 femte generationens flygplan.

Se även

externa länkar