A TÖBB CÉLCSATORNÁS LÉGVÉDELMI RAKÉTAARCHITEKTÚRÁK KEKSZ ERNŐ A TÖBB CÉLCSATORNÁS LÉGVÉDELMI RAKÉTAARCHITEKTÚRÁK ALKALMAZÁSI KORLÁTAINAK VIZSGÁLATA INSPECTION THE LIMITED CAPABILITY OF MULTI-CHANNELS ANTI AIRCRAFT AIR-MISSILE SYSTEMS A Magyar Honvédség egyik fontos feladata a közeljövőben a nemzeti légvédelem korszerűsítése. A több célcsatornás légvédelmi rakétarendszerek alkalmazása lehetővé teszi a légvédelmi rendszer hatékonyságának növelését, bár ennek a rendszernek is vannak korlátozó tényezői. A rendszer alkalmazási lehetőségének korlátját a fázisvezérelt antennarácsok egyik működési sajátossága a másodlagos főnyaláb megjelenése behatárolja. Emiatt a harci alkalmazásuk csak különböző típusú rendszerek együttes alkalmazásával valósítható meg. The important task in the Hungarian Army modernization of air-defence system. The multi-channels anti aircraft air-missile systems improve the increase the efficiency of airdefence system, but this system have limitations factor. The multi-channels anti aircraft air-missile systems have phased array. One of the limitations come from the grating lobe. Therefore the system can use with different kind of antiaircraft systems. Bevezető A nemzeti légvédelem korszerűsítésének egyik területét a nagymagasságon, TMBD képességekkel rendelkező több célcsatornás légvédelmi rakéta architektúra lehetséges alkalmazása jelenti. A több célcsatornás architektúra egyik meghatározó eleme a fázisvezérelt antennarács, amely működési sajátosságaiból adódóan korlátozott alkalmazást tesz lehetővé. A másodlagos főnyaláb megjelenése következtében a harci alkalmazás ezért csak különböző típusú rendszerek együttes alkalmazásával valósítható meg. 145
VÉDELMI ELEKTRONIKA Az elmúlt évek konfliktus helyzeteinek elemzése alapján megállapítható a légierő és légvédelmi csapatok kulcsfontosságú szerepe. A konfliktusok elemzése során a katonai vezetők felismertek olyan törvényszerűségeket, elveket, amelyek hozzájárultak a győzelem kivívásához. 1 A levont konzekvencia alapján kitűnik, az első és legfontosabb feladat a légi fölény megszerzése, a légtér biztosítása, a szárazföldi csapatok légi támogatása és légvédelme. Ezen hadműveletek eredményes végrehajtása bonyolult feladatok elé állítja a légierő és légvédelem csapatait. A 2001. szeptember 11-i terrortámadás óta új elemek jelentek meg a nemzetközi terrorizmusban valamint az ellene folyó harcban is. A terroristák módszerei kiszélesedtek, a légtérből indított terrortámadások komoly veszélyeket jelentenek a nagyobb földi létesítményekre, ezzel félelmet keltve a társadalomban. Ezek a tények bonyolult és nehéz feladatok elé állítja a légtérellenőrzést, a légierőt és a légvédelmet egyaránt. A Magyar Honvédségnél rendszeresített légvédelmi eszközökkel napról, napra nagyobb kihívást jelent a légvédelmi csapatok számára a kor követelményszintnek megfelelő hatékonysággal biztosítani a légtér megbízható oltalmazását. A haderőreform célkitűzései között kiemelt helyen szerepel a légvédelem korszerűsítése. A kialakításra kerülő új korszerű légvédelmi rendszerben a vadászrepülők mellett elengedhetetlenül szükséges a földi telepítésű légvédelmi rakéta eszközök, valamint ezek tűzvezető eszközeinek modernizálása. Az új rendszerben a légvédelmi rakéta eszközök bázisát egyértelműen az új generációs több célcsatornás légvédelmi rakéta komplexumokkal szükséges megoldani. Mivel a Magyar Honvédség jelenleg nem rendelkezik földi telepítésű több célcsatornás légvédelmi rakéta komplexummal, ezért nem rendelkezünk ilyen irányú tudásanyaggal és tapasztalatokkal ezen a területen. Szükséges megvizsgálni és kidolgozni a több célcsatornás komplexumok magyarországi alkalmazásának alapelveit és lehetőségeit, szem előtt tartva a NATO tagságból adódó speciális követelményeket is. A fent leírt események, valamint a Magyar Honvédség jelenlegi helyzete aktuálissá teszi a felmerült problémákra a megoldás keresését; a tudo- 1 Dr. Ruttai László Horváth Mihály: A földi telepítésű légvédelem alapjai p. 8 146
A TÖBB CÉLCSATORNÁS LÉGVÉDELMI RAKÉTAARCHITEKTÚRÁK mány jelenlegi eredményeinek és a tudományos kutatás módszereinek minél szélesebb körű alkalmazásával. Ehhez fontos és elengedhetetlen feladat a több célcsatornás légvédelmi rakétakomplexumok működési sajátosságainak, tűzvezetésének és alkalmazását befolyásoló tényezőinek részletes elemzése. A vizsgálatoknál a légvédelem jelenlegi helyzetéből kell kiindulnunk, szem előtt tartva a több célcsatornás és hagyományos légvédelmi rakéta eszközök együttes alkalmazásának lehetőségeit, a NATO légvédelmi rendszerével együttműködve. A több célcsatornás légvédelmi rakétakomplexumok specifikusan képesek egy időben több ellenséges légi cél ellen harctevékenységet folytatni. Ez azt jelenti, hogy a komplexum egy időben több ellenséges légi cél követését, megsemmisítését, célonként egy vagy több rakéta rávezetésével biztosítja. Ha összehasonlítjuk a hagyományos egy cél és két vagy három rakétacsatornás komplexumokkal, akkor belátható hogy a több célcsatornás komplexumok lényegesen jobb hatásfokkal rendelkeznek. Így elvileg egy hat célcsatornás komplexummal hat hagyományos, egy célcsatornás komplexumot lehet kiváltani, ez minimum hatszor kevesebb kezelőszemélyzetet és hatod annyi energia felhasználást jelent! A több célcsatornás rendszerek cél felderítési és célkövetési sajátosságai A több célcsatornás légvédelmi architektúrák olyan mérő és irányító elemmel ez egy többrendeltetésű rádiólokátor állomás kell rendelkeznie, amely egyszerre alkalmas a célok kutatására, felderítésére, elfogására, felismerésére és követésére, valamint a célcsatornák számának megfelelő számú rakéta irányítására. 147
VÉDELMI ELEKTRONIKA Ezen feladat végrehajtása során a több célcsatornás komplexumok bonyolultabb célkövetési algoritmusokat használnak, ezért nélkülözhetetlen a korszerű számítástechnikai eszközök alkalmazása. A cél paraméterek egyidejű mérése a hagyományos térletapogatású antennarendszerekkel már nem valósítható meg. A célok méréséhez a karakterisztikák maximumait (vagy minimumait) kell a célokra irányítani, ehhez több tonnás antenna szerkezeteknek kell a helyzetét változtatni a másodperc tört része alatt. A fázisvezérelt antennák képesek a másodperc tört része alatt az antenna fő sugárzási irányát megváltoztatni az antennaszerkezet mechanikai elmozdítása nélkül. A fázisvezérelt antennarácsokat tartalmazó berendezések alkalmasak gyorsan, nagy pontossággal különböző irányú céltárgyak paramétereik meghatározására és követésére. A légvédelmi rakétakomplexumokban történő alkalmazásuk esetén, a célok felderítésén és követésén túl képesek a légvédelmi rakéták követésére, valamint a célba juttatáshoz szükséges vezérlés megvalósítására is. A fázisvezérelt antennák működéséből következik, hogy tetszőleges nyaláb élességi szög is kialakítható, ez pedig megkönnyíti a felderítés, illetve a célkövetés által támasztott követelmények megvalósítását. A nyaláb élességi szög meghatározásához vizsgáljunk meg egy fázisvezérelt antennasort. A távoltéri térerősség a következő összefüggéssel határozható meg: N sin 1 s sin E 2 1 sin 1 ssin 2 Ahol: N a sugárzó elemek száma 1 - az első elem táplálási fázisa - az elemi sugárzók elektromos távolsága Nx x -el határoz- s az elemi sugárzók mechanikai távolsága sin Nx Az összefüggés sin x alakú, amely jó közelítéssel az ható meg. Ha figyelembe vesszük azt a tényt, hogy egy antenna rácsban több ezer sugárzót is elhelyeznek, akkor az összefüggés alapján egyér- 148
A TÖBB CÉLCSATORNÁS LÉGVÉDELMI RAKÉTAARCHITEKTÚRÁK telmű a térerősség-maximum irányának az elemszámtól való függése. A nyaláb élességet a következő összefüggés határozza meg: N E sin ( 1 s sin ) ( ) 2 E 1 max( ) N sin ( 1 s sin ) 2 Az összefüggésből megállapítható a nyalábélesség elemszámtól való függése. Ezért nagyobb elemszámhoz élesebb nyaláb tartozik. A fázisvezérelt antennarácsok másik fontos tulajdonsága, hogy a fő sugárzási iránytól való eltérés esetén megváltozik a nyaláb élességi szöge. A nyaláb élesség viszont alapvetően az antennarácsban szereplő elemek számától függ. Nyalábélesség n db számú elemi sugárzó esetén Nyalábélesség 2n db számú elemi sugárzó Nyalábélesség változása a lengetés folyamán Fontos feladat tehát, hogy a cél követés és rakétarávezetés során a megfelelő felbontóképesség és jelfeldolgozás eléréséhez ezt a megfelelő nyaláb élességi szöge biztosítsa. Ha tehát a nyaláb lengetés során állan- 149
VÉDELMI ELEKTRONIKA dó nyaláb élesség szükséges, ehhez változtatni kell az antennarácsban a sugárzó elemek számát. A fázisvezérelt antennarács előnyös tulajdonsága, hogy bármikor könnyen megváltoztatható a nyalábélességi szög, ezáltal lehetőség nyílik más nyaláb élességet alkalmazni felderítésnél, valamint célkövetés illetve rávezetés esetén. A nyaláb élességet azonban meghatározza az elemek száma és a sugárzási irány. Az antennarács a sérüléseket nehezen viseli, mivel sérült antennarészek esetén nehezen kontrollálhatók a sugárzás paraméterei. Ezért különösen fontos feladat a fázisvezérelt antennarács sértetlenségének biztosítása. A fázisvezérelt antennarácsok számos előnyös paramétere mellett van egy hátrányos tulajdonsága is; ez a Grating lobe vagyis a másodlagos főnyaláb kialakulásának lehetősége. Vizsgáljuk meg a fázisvezérelt antennák nyalábját meghatározó matematikai összefüggést. A fázisvezérelt antennarács egy sora által képzett sugár nyalábot a következő összefüggés határozza meg: N s sin k 2 ahol: N antennarács elemi sugárzóinak száma - az elemi sugárzók táplálási fázis különbsége - az elemi sugárzók elektromos távolsága s az elemi sugárzók mechanikai távolsága - a karakterisztika iránya az antennarácshoz képest k= 1, 2, Látható hogy az egyenletnek k= 1, 2, stb. értékeknél is van megoldása! Ez azt jelenti, hogy ezeknél az értékeknél megjelenik még egy, úgynevezett másodlagos főnyaláb. Ugyanis a fősugárzási irány max arcsin s ssin m sin g 2k vagyis ahol: m elsődleges főnyaláb g másodlagos főnyaláb összefüggéssel adható meg. 150
A TÖBB CÉLCSATORNÁS LÉGVÉDELMI RAKÉTAARCHITEKTÚRÁK A másodlagos főnyaláb megjelenése miatt a vevő kimenetén nem lehet eldönteni, hogy melyik nyalábbal mértük a célt, vagyis gyakorlatilag nem valósítható meg a cél egzakt mérése. A megoldás 2 g kereséséhez helyettesítsük be a összefüggést a fenti összefüggésbe; ahol - m hullámhossz. 2 ssin m sin g 2k Így: ; abban az esetben sin m sin g ha k=1 mivel s látható, hogy a két nyaláb a hullámhossz és az elemek távolságának függvénye. s 1 2 2 s s 2 2 A fenti összefüggésből következik, hogy amennyiben az antenna rács elemeinek távolságát a hullámhossz felére vagy annál kisebb távolságra helyezik el egymáshoz képest, akkor nem jelenik meg a Grating lobe, vagyis nem alakul ki másodlagos főnyaláb az antennanyaláb mozgatása során. Lehetőségünk van a nyalábot az antennára merőleges irányhoz képest 90-os szögben, azaz 180-os térészben mozgatni. Ezt a feltételt azonban meglehetősen nehéz teljesíteni, hiszen ezek a lokátorok GHz-es tartományban működnek, ami azt jelenti, hogy a hullámhossz cm-es 151
VÉDELMI ELEKTRONIKA tartományba esik és az esetek többségében az antenna rács elemeit nem lehet ilyen közel építeni egymáshoz. Gyakorlati kompromisszum az elemek távolságát s 0,7 értékre választani, ekkor az antennára merőleges irányhoz képest 60 vagyis összesen 120-os nyalábmozgatás lehetséges anélkül hogy kialakulna a Grating lobe, vagyis nem jelenik meg a másodlagos főnyaláb. A fázisvezérelt antennarácsok tervezése és gyártása során többnyire ezt az elvet követik. A több célcsatornás komplexumok antennarendszereit általában nem mozgatják mechanikusan a telepítés után, mivel az amúgy is bonyolult antennanyaláb vezérlés és célkövetési algoritmus nehézkessé teszi az antenna rendszer mozgatását. Ebből adódóan a több célcsatornás légvédelmi rakétakomplexumok mindegyike csak korlátozott zónában alkalmazható az adott harcrendi változat esetén. Ez azt jelenti, hogy a fő lőirányhoz képest 60-os szögben képes az ellenséges légi eszközök felderítésére, követésére és a rakéták irányítására. Ez a tény több problémát is felvet a harci alkalmazás során. 037 L03 017 L25 0032 L38 12 0058 H14 017 L25 B MEZ A Információs blokk 152
A TÖBB CÉLCSATORNÁS LÉGVÉDELMI RAKÉTAARCHITEKTÚRÁK 120º A több célcsatornás légvédelmi rakétakomplexumok a fő lőirányban 120-os szektorban képesek a harctevékenység végrehajtására, vagyis a hátsó irányból 240-os szögben védtelen. Ezekből az irányokból nem képes önmaga oltalmazására. Szükséges tehát a több célcsatornás komplexumok kisegítő oltalmazásáról gondoskodni. A harcrend kialakítása Amennyiben körkörös oltalmazást kell megvalósítani úgy a védendő objektum kiterjedésétől függően a feladat elméletileg minimum 3 feladat függvényében esetleg 4-6 több célcsatornás komplexum alkalmazásával megoldható. A három komplexumot úgy kell elhelyezni, hogy a komplexumok fő tüzelési irányai egymáshoz képest 120-os szöget zárjanak be. Az eszközök helyének meghatározásánál biztosítani kell, hogy a légi ellenség feladat végrehajtás terepszakaszának távolsága kisebb legyen a légvédelmi eszköz oltalmazási szektorának távoli határánál. 153
VÉDELMI ELEKTRONIKA 120º 12 0º 120º Oltalmazandó objektum KUB Elhelyezési vázlat szektoros harcrend esetén Ugyanakkor meg kell vizsgálni a kölcsönös oltalmazás lehetőségét is. Az oltalmazott objektum vagy terület kiterjedése meghatározza az alkalmazandó több célcsatornás berendezések számát és egymáshoz képesti távolságát olyan számvetéssel, hogy biztosított legyen a kölcsönös oltalmazás. Ebben az esetben a több célcsatornás komplexumok kielégítően biztosítják a kölcsönös oltalmazást, így nem szükséges hagyományos légvédelmi eszközök alkalmazás. 154 Több célcsatornás eszközök együttes alkalmazása hagyományos légvédelmi eszközökkel Amennyiben az adott feladat végrehajtása szektoros, vagy vonalas harcrend kialakítását követeli meg, ebben az esetben feltétlenül gondoskodni kell a több célcsatornás légvédelmi eszközök kisegítő oltalmazásáról. Ebben az esetben értelem szerűen úgy kell elhelyezni a több célcsatornás légvédelmi eszközöket, hogy a fő lőirányuk a légi ellenség várható légitámadásának irányába essen. Emellett gondoskodni kell a komple-
A TÖBB CÉLCSATORNÁS LÉGVÉDELMI RAKÉTAARCHITEKTÚRÁK xumok oltalmazásáról a hátsó irányból. Erre a feladatra célszerű a közepes vagy kis hatótávolságú légvédelmi rakétakomplexumokat alkalmazása. Ezeknek az eszközöknek az elhelyezését és mennyiségét a harcrend kiterjedése, az eszközök oltalmazási paraméterei, valamint tűzsűrűség határozza meg. Ezeknek az eszközöknek emellett illeszkedni kell az automatikus tűzvezető rendszerhez, valamint megfelelő zavarvédettséggel kell rendelkezniük. Természetesen lehetséges több típusú eszköz együttes alkalmazása is, ha teljesítik a fent leírt követelményeket. KUB 120º 120º 120º KUB A Magyar Honvédségnél jelenleg rendszeresített légvédelmi eszközöket figyelembe véve, ilyen feladat megoldására tökéletesen alkalmas például egy KUB üteg. A KUB komplexumok modernizálást követően alkalmasak a NATO jelenlegi rendszerében a feladatok végrehajtására. Az átalakítást követően a komplexumok rendelkeznek mindazon paraméterekkel, melyek szükségesek ahhoz, hogy több célcsatornás légvédelmi eszközökkel közös harcrendet alakítsanak ki. A KUB üteg az oltalmazáson túlmenően képes a több célcsatornás eszköz kismagasságú támogatására is. A több célcsatornás komlexumok alkalmasak rakéta elhárítási feladatok megoldására is. Ezek az eszközök a föld-föld típusú rakéták várható támadás irányának meghatározása után, lehetővé teszik a föld-föld típusú harcászati rakéták elfogását és megsemmisítését. Miután különböző típusú rakéták tartozna egy irányítási rendszerhez, ez lehetőséget biztosít különböző repülési paraméterű céltárgyak elfogására és megsemmisítésére. A különböző típusú rakétákat különböző 155
VÉDELMI ELEKTRONIKA méretetek és repülési paraméterek jellemeznek, melyek különböző aerodinamikai tulajdonságokkal társulnak. Ez kiszélesíti az alkalmazási lehetőségeket. A rakéta eszközök elleni alkalmazáshoz feltétlenül szükséges a központi automatizált irányítórendszerhez történő kapcsolódás a felderítés kezdeti paramétereinek meghatározása céljából. Természetesen a több célcsatornás komplexumok kisegítő oltalmazásáról ebben az esetben is gondoskodni kell. 156 Összefoglalás Összegezve az elvégzett elemzések tapasztalatait, megállapítható, hogy a több célcsatornás légvédelmi rakéta rendszerekkel célszerű olyan harcrend kialakítása, amelyben nem csak több célcsatornás berendezések helyezkednek el. A több célcsatornás rendszerek alkalmazásának tehát alapfeltétele a légvédelmi rendszer más légvédelmi komplexummal történő együttes alkalmazása. Létezik olyan elvi harcrend kialakítási megoldás is, mely csak több célcsatornás légvédelmi rakétakomplexumokat tartalmaz, ám ez meglehetősen drága és nem minden esetben kivitelezhető megoldás. A Magyar Honvédségben kialakításra kerülő új légvédelmi rendszerben, melynek bázisát a több célcsatornás légvédelmi rakétakomplexumok kell hogy képezzék, továbbra is szükség van a hagyományos légvédelmi
A TÖBB CÉLCSATORNÁS LÉGVÉDELMI RAKÉTAARCHITEKTÚRÁK eszközökre. A Magyar Honvédségnél rendszeresített eszközök alkalmasak a több célcsatornás berendezésekkel való együttműködésre, illetve közös harcrendben történő alkalmazásra. 157
VÉDELMI ELEKTRONIKA Felhasznált irodalom 1. Dr. Ruttai László Horváth Mihály: A földi telepítésű légvédelem alapjai 2. Field Manual 44-100 US army Air Defense operations. Washington DC: Headquaters of the Army, 1995 3. Rad und Kettenfahrzenge der Bundeswehr in den 90er Jahren, 4. Truppenpraxis, 1996/9 5. Dr. Mészáros Gyula Dr. Szekeres István: Az Öböl-háború kulisszatitkai (A légierő harci alkalmazása az Öböl-háborúban) 1993 HV 158