هواپیما رادار گریز

هواپیماهای رادارگریز – تکنولوژی و روش‌های ردیابی

هواپیماهای رادارگریز چگونه کار می‌کنند و چطور می‌توان آنها را ردیابی کرد؟

تشخیص و ردیابی هواپیما، موشک یا هر نوع وسیله پرنده نظامی دیگر که به یک مکان نزدیک می‌شود، یکی از مهم‌ترین راه‌های دفاع در برابر تهاجمات نظامی است. که این روزها بیشتر به صورت هوایی انجام می‌شود. از طرفی، مقابله با ردیابی شدن یا به اصطلاح ضد رادار بودن، یکی از راه‌های مقابله با این سامانه‌های دفاعی است. در این مطلب، قصد داریم به فیزیک رادار و تکنولوژی‌های ضد رادار، بپردازیم و توضیح دهیم که دقیقاً این هواپیما ها و جنگنده‌ها و موشک‌های امروزی چه دارند. که از آن‌ها به عنوان ضد رادار نام برده می‌شود و چگونه می‌توان با این تکنولوژی ضد رادار مقابله کرد.

هواپیماهای رادارگریز
نمونه‌ای از هواپیماهای رادارگریز پیشرفته

ردیابی اجسام پرنده: اصول و روش‌ها

در گذشته، ردیابی با دید مستقیم توسط دیدبان‌ها و با دوربین انجام می‌شد. که محدود به شرایط آب و هوایی خوب، روز و فاصله بسیار کم بود. برای ردیابی اجسام پرنده از فواصل بسیار بیشتر و حتی در شب، رادار یکی از اولین و مهم‌ترین ابداعات بشری بوده است.

نحوه کار رادار: رادارها با ارسال امواج (از طریق دیش متمرکزکننده یا آنتن‌های همه‌جهته) و سپس دریافت بازتاب این امواج از اجسام کار می‌کنند.

اندازه‌گیری فاصله: در بسیاری از رادارها، با محاسبه زمان رفت و برگشت نور و با استفاده از سرعت امواج (تقریباً سرعت نور)، فاصله جسمی که امواج را بازتاب کرده، به دست می‌آید.

اندازه‌گیری سرعت (پدیده دوپلر): در رادارهای جدیدتر، می‌توان سرعت هدف را نیز از روی تغییر فرکانس امواج دریافتی نسبت به امواج ارسالی که به دلیل پدیده دوپلراتفاق می‌افتد، اندازه‌گیری کرد. پدیده دوپلر به تغییر فرکانس امواج ارسالی یا بازتابی از یک هدف متحرک، با توجه به سرعت آن نسبت به ما اشاره دارد. وقتی متحرکی به ما نزدیک می‌شود، فرکانس امواج بازتابی افزایش می‌یابد و وقتی دور می‌شود، فرکانس کاهش پیدا می‌کند. این تغییر فرکانس با سرعت جسم ،رابطه مستقیمی دارد و سرعت شعاعی (سرعت در راستای دید) را می‌دهد.

فرکانس رادارها: رادارها فرکانس‌های مختلفی دارند. رادارهای کوچک روی هواپیماها یا موشک‌ها فرکانس بیشتر و برد کمتری دارند، در حالی که رادارهای بزرگ زمینی فرکانس کمتر (طول موج بیشتر) با برد بیشتری دارند.

سایر روش‌های ردیابی:

امواج مادون قرمز: همه اجسام به دلیل حرارت (موتور یا اصطکاک بدنه با هوا) امواج مادون قرمز ،ساطع می‌کنند .که با دوربین‌ها و سنسورهای مادون قرمز قابل ردیابی هستند.

ردیابی صدا یا ارتعاشات: ردیابی صدا یا ارتعاشات ایجاد شده توسط حرکت جسم در هوا یا زمین.

ردیابی امواج رادیویی: ردیابی امواج رادیویی که خود جسم پرنده برای ارتباطات یا مکانیابی ارسال می‌کند.

اصلی‌ترین و مهم‌ترین و پرکاربردترین روش ردیابی اجسام پرنده، همان رادار است.

تکنولوژی‌های رادارگریزی: کاهش سطح مقطع راداری (RCS)

برای اینکه یک جسم پرنده توسط رادار ردیابی نشود، باید کاری کرد که امواج راداری از آن بازتاب نکنند و به سمت گیرنده رادار برنگردند. پارامتری به نام سطح مقطع راداری (RCS) تعریف می‌شود .که میزان قابل ردیابی بودن یک وسیله با رادار را تعیین می‌کند. واحد آن متر مربع است، اما برابر با سطح مقطع، واقعی فیزیکی هواپیما نیست، بلکه برابر با سطح مقطع یک کره، کاملاً بازتاب‌دهنده است .که بازتابی با همان شدت، بازتاب جسم مورد نظر ایجاد کند. این سطح مقطع راداری علاوه بر ابعاد و شکل ظاهری جسم، به پارامترها و تکنولوژی‌های دیگری که برای ضد رادار شدن استفاده می‌شود، بستگی دارد. همه روش‌های زیر، برای کاهش سطح مقطع راداری یک هواپیما یا موشک استفاده می‌شوند.

استفاده از مواد جاذب رادار (RAM)

مواد جاذب امپدانس موج: موادی که امواج را جذب کرده و انرژی‌شان را هدر می‌دهند. فلزات امپدانس موج پایینی دارند و اغلب امواج را بازتاب می‌کنند. برای رادارگریزی، از موادی استفاده می‌شود. که امپدانس موجی مشابه هوا دارند و به تدریج انرژی موج را جذب می‌کنند. این مواد شامل فوم‌ها و پلیمرهای کربنی، فریت‌ها (اکسیدهای آهن) و متامتریال‌ها (مواد مهندسی شده با خواص غیرطبیعی) هستند.

رنگ‌های جاذب توپ آهنی: در این رنگ‌ها، ذرات کروی آهنی در ابعاد میکرومتر به صورت یکنواخت پراکنده شده‌اند که به صورت مستقل ارتعاش کرده و انرژی امواج را به گرما تبدیل می‌کنند و مانع بازتاب می‌شوند.

فوم‌های جاذب: این فوم‌ها با بازتاب‌های مکرر امواج بین زوائد خود، انرژی موج را تضعیف و کاملاً جذب می‌کنند.

مواد جاذب رادار
نمونه‌ای از مواد جاذب امواج راداری

صفحات سالیزبری یا جاذب‌های جاومان: از لایه‌هایی از مواد استفاده می‌کنند که بخشی از موج را بازتاب و بخشی را عبور می‌دهند. با تنظیم ضخامت لایه‌ها، بازتاب‌های مختلف، طوری فازشان تغییر می‌کند که با تداخل مخرب، یکدیگر را خنثی کرده و سطح تقریباً بازتابی نداشته باشد. انواع پیشرفته‌تر این تکنولوژی می‌توانند فرکانس‌های متعددی را جذب کنند.

رزوناتور حلقه شکافدار: نوعی متامتریال که روی سطحشان، حلقه‌هایی از یک ماده رسانا با یک شکاف کوچک، ساخته می‌شود. این حلقه‌ها مانند مدار تشدیدکننده LC عمل می‌کنند و امواج رادار با فرکانس خاصی را جذب کرده و انرژی را به دلیل مقاومت و اتلاف ، هدر می‌دهند. این مواد را می‌توان در ضخامت‌های بسیار نازک ساخت.

شکل و طراحی بدنه:

کاهش سطح مقطع و زوایای سطوح: طراحی هواپیماهای ضد رادار به گونه‌ای است که سطح مقطع بصری و راداری آن‌ها تا حد امکان کاهش یابد. سطوح آن‌ها به نحوی طراحی می‌شود .که تا جای ممکن سطح عمود بر راستای امواج دریافتی نداشته باشند و امواج را به سمتی غیر از راستای موج تابیده شده بازتاب کنند.

جزئیات و فرکانس: کوچک‌ترین جزئیات در طراحی شکل و ابعاد می‌تواند روی بازتاب تأثیر بگذارد. امواج رادار با فرکانس زیاد توسط اجزا و زوائد کوچک بهتر بازتاب می‌شوند، در حالی که امواج با طول موج بیشتر و فرکانس پایین‌تر توسط اجزای بزرگتر ،هواپیما بهتر بازتاب می‌شوند. لبه‌های تیز می‌توانند امواج را پخش کنند که اگر در مکان مناسب قرار گیرند، مقدار کمتری به رادار برمی‌گردد.

ورودی موتور: ورودی کمپرسور موتور هواپیما بازتاب زیادی دارد. در جنگنده‌ها و بمب‌افکن‌های جدید، موتور در داخل بدنه قرار داده می‌شود و کانال‌های S-شکل یا منحنی جلوی ورودی موتور قرار می‌گیرند تا ورودی کمپرسور از دید رادار پنهان بماند.

تکامل طراحی: در ابتدا به دلیل محدودیت کامپیوترها از سطوح صاف با زوایای تند، استفاده می‌شد. اما اکنون با پیشرفت قدرت پردازش و شبیه‌سازی کامپیوتری، می‌توان سطوح خمیده را طراحی کرد که کمترین بازتاب را به سمت رادار داشته باشند.

تکنولوژی رادارگریزی
مقایسه سطح مقطع راداری در هواپیماهای معمولی و رادارگریز

روش‌های آزمایشی/آینده‌نگر

خنثی‌سازی فعال رادار: با دریافت و تحلیل امواج راداری و تولید موجی با فاز کاملاً مخالف، امواج دریافتی را خنثی می‌کند تا هیچ بازتابی وجود نداشته باشد. این روش نیاز به قدرت محاسباتی و تکنولوژی بسیار بالایی دارد و هنوز عملیاتی نیست.

سپر پلاسما: پلاسما (گاز یونیزه شده) می‌تواند امواج را در طیف گسترده‌ای از فرکانس‌ها جذب کرده و انرژی‌شان را به گرما تبدیل کند. تولید پلاسما انرژی زیادی می‌برد و می‌تواند ارتباط هواپیما با محیط بیرون را مختل کند. این اتفاق در موشک‌های هایپرسونیک خودبه‌خود رخ می‌دهد اما برای هواپیماها هنوز در مرحله پیشنهاد است.

جنگ الکترونیک:

اختلال در رادار: با ارسال امواج با پهنای باند زیاد و همان فرکانس رادار، آن را گیج می‌کند تا نتواند امواج بازتابی از هدف را تشخیص دهد.

فریب رادار: با دریافت و تحلیل امواج راداری و ارسال مجدد آن‌ها با تغییرات دقیق، رادار را وادار به تشخیص اشتباه فاصله یا سرعت هدف می‌کند.

طعمه و فریب (Decoy): ارسال پهبادهای کوچک، که امواج رادیویی شبیه بازتاب یک هواپیمای بزرگ را ارسال می‌کنند تا رادار آن‌ها را اشتباه بگیرد.

جنگ الکترونیک
سیستم‌های جنگ الکترونیک پیشرفته

پنهان‌کاری مادون قرمز:

پنهان کردن بخش‌های داغ: برای جلوگیری از ردیابی توسط دوربین‌های مادون قرمز، بخش‌های داغ هواپیما مانند گاز خروجی اگزوز به سمت بالا هدایت می‌شوند یا با هوای بیرون مخلوط می‌شوند، تا دماشان کاهش یابد. موتور هواپیما نیز در داخل بدنه قرار داده می‌شود. هیچ کدام از این روش‌ها نمی‌تواند کاملاً جسم را نامرئی کند، اما برد شناسایی دوربین‌های مادون قرمز را کوتاه می‌کند.

نتایج چشمگیر: هواپیماهایی مانند بمب‌افکن B-2، جنگنده F-35 یا سوخو-57 با ترکیب این تکنولوژی‌ها توانسته‌اند سطح مقطع راداری خود را به شدت کاهش دهند. در حالی که بدون این سیستم‌ها RCS آن‌ها حدود ۱۰ تا ۴۰ متر مربع می‌شد، با این تکنولوژی‌ها به حدود ۱ سانتی‌متر مربع (در ابعاد یک تیله یا یک زنبور) رسیده است. به عنوان مثال، بمب‌افکن B-2 با شکل بال کامل و حذف بدنه اصلی و باله‌ها و دم عمودی، RCS خود را به حداقل رسانده است. جنس بدنه آن از مواد مرکب کربن گرافیتی است که بازتاب راداری کمتری دارد و سطح آن با مواد جاذب رادار پوشیده شده است. موتورهای توربوفن آن کاملاً در وسط بدنه مخفی شده و ورودی S-شکل هوا، توربین موتور را از دید رادار پنهان می‌کند.

استفاده از امواج راداری با فرکانس پایین و طول موج زیاد:

مزایا: از آنجایی که بسیاری از تکنولوژی‌های رادارگریز برای مقابله با امواج با فرکانس بالاتر طراحی شده‌اند، امواج راداری با فرکانس پایین‌تر (طول موج بیشتر) می‌توانند به راحتی توسط قطعات بزرگ‌تر هواپیما یا کل آن، بازتاب شده و شناسایی شوند. رادارهای قدیمی‌تر با فرکانس‌های پایین (VHF) می‌توانند هواپیماهای رادارگریز جدید را از فاصله زیاد تشخیص دهند. همچنین، این امواج توسط لایه یونوسفر زمین بازتاب می‌شوند و بردشان بسیار زیاد می‌شود، به طوری که اهدافی که پشت انحنای زمین هستند، نیز قابل شناسایی می‌شوند.

معایب: دقت این رادارها پایین است و تنها می‌توانند به صورت حدودی وجود یک هدف را تشخیص دهند، اما نمی‌توانند نقطه‌یابی دقیق برای هدف قرار دادن آن با موشک انجام دهند.

رادارهای با فرستنده و گیرنده جداگانه (Bistatic/Multistatic Radars):

اکثر سیستم‌های رادارگریز بر اساس این اصل کار می‌کنند، که امواج را به سمتی که از آن آمده‌اند بازتاب ندهند، بلکه آن‌ها را جذب یا در جهات دیگر پخش کنند. اگر فرستنده و گیرنده رادار در مکان‌های متفاوتی قرار گیرند، می‌توانند امواجی که توسط هواپیما در جهات مختلف پخش شده‌اند را دریافت کرده و هواپیما را شناسایی کنند.

سیستم رادار
نمونه‌ای از سیستم‌های راداری پیشرفته

رادارهای غیرفعال (Passive Radars):

هوا پر از امواج الکترومغناطیس طبیعی (کانال‌های رادیویی، تلویزیونی، مخابراتی) با نظم مشخص است. عبور یک هواپیما از میان این امواج، اختلالی ایجاد می‌کند که رادارهای غیرفعال می‌توانند آن را ردیابی کرده و هدف را تشخیص دهند.

پیشرفت دوربین‌ها و سنسورهای مادون قرمز:

تکنولوژی دوربین‌ها و سنسورهای مادون قرمز ،بسیار پیشرفت کرده و می‌توانند کوچک‌ترین حرارت ایجاد شده توسط هواپیماها را از فاصله چند ده کیلومتری با دقت بالا ردیابی کنند. با این حال، کارکرد آن‌ها بسیار وابسته به شرایط آب و هوایی بد، بارانی، برفی یا رطوبت بالا است.

سنسورهای مادون قرمز
سنسورهای مادون قرمز پیشرفته برای ردیابی حرارتی

ترکیب داده‌ها و هوش مصنوعی:

امروزه، با استفاده از ترکیب داده‌های همه سنسورها (مانند رادار، مادون قرمز، صوتی، و حتی ماهواره‌ای) و پردازش آن‌ها با کامپیوتر و مخصوصاً هوش مصنوعی، اهداف را شناسایی می‌کنند. یک سیگنال ضعیف رادار که به تنهایی قابل استفاده نیست، با داده‌های سنسورهای دیگر ترکیب می‌شود تا مکان و سرعت دقیق هدف شناسایی شود.

رادارهای کوانتومی:

این ایده که هنوز به صورت عملیاتی در نیامده (به جز ادعای چین)، از فوتون‌های درهم تنیده برای ردیابی هدف استفاده می‌کند. با مقایسه فوتون برگشتی از هدف (حتی با انرژی کم) با فوتونی که نگه داشته شده بود، می‌توان هدف را از میان نویزهای محیطی، تشخیص داد. اگر این رادارها عملیاتی شوند، نقش بسزایی در خنثی کردن تمام تکنولوژی‌های ضد راداری خواهند داشت.

روش‌های جزئی دیگر:

استفاده از لیزرهای مادون قرمز به جای امواج رادیویی با دقت بسیار بالا.

دریافت امواج ارسال شده توسط خود وسیله (برای ارتباطات یا مکانیابی).

تشخیص از روی اختلالاتی که عبور هواپیما در جو اطراف خود یا لایه یونوسفر ایجاد می‌کند.

استفاده از ماهواره‌ها که امواجی را ارسال می‌کنند یا گیرنده‌های مادون قرمز دارند. بسیاری از سامانه‌های ضد راداری برای رادارهای زمینی طراحی شده‌اند و سطح رویی آن‌ها در برابر رادارها نامرئی نیست.

نتیجه‌گیری:

در دنیای پر از درگیری امروز، این تکنولوژی‌ها مدام در حال پیشرفت هستند و هر فناوری جدیدی، با فناوری متقابلی روبرو می‌شود. جالب اینجاست که گاهی این تکنولوژی‌ها پس از ابداع برای کاربردهای نظامی، کاربردهای غیرنظامی نیز پیدا می‌کنند و وارد زندگی روزمره ما می‌شوند. بسیاری از تکنولوژی‌هایی که امروز استفاده می‌کنیم، اولین بار برای کاربردهای نظامی طراحی و ساخته شده‌اند.

دیدگاه بگذارید