Stelt avion je napravljen da protivniku oteža da ga pronađe i dovoljno precizno prati radarom da bi raketa uopšte mogla da ga napadne. Kineski istraživači sada ispituju sasvim drugi put, laser koji ne traži snažan radarski odraz već nekoliko fotona svetlosti vraćenih sa površine aviona. Njihov računarski model daje rezultat koji privlači pažnju: F-35C mogao bi noću da bude detektovan sa 61,5 kilometara.
Sistem je dovoljno mali da nije zamišljen za veliki zemaljski radar ili avion za rano upozoravanje i kontrolu. Autori ga projektuju kao senzor koji bi mogao da stane direktno u raketu vazduh-vazduh i preuzme praćenje tokom završnog dela napada. Upravo tu postaje zanimljiv, jer klasična radarska nevidljivost više nije jedini problem koji F-35 mora da rešava.
Rad je pripremio tim Kineskog instituta za istraživanje raketa vazduh-vazduh, ustanove AVIC-a osnovane 1961. godine koja se bavi razvojem i proizvodnjom raketa, sistema za lansiranje i vazduhoplovne elektrooptike. Studija je 18. septembra objavljena u kineskom stručnom časopisu Aero Weaponry i za sada predstavlja matematičku simulaciju, ne rezultat letačkog ispitivanja gotove rakete. Sama institucija ima dugogodišnje iskustvo upravo u oblastima vođenja, lasera, infracrvenih senzora i vazduhoplovnog naoružanja.
Dovoljno je manje od deset vraćenih fotona
Osnovna ideja lidara vrlo je jednostavna. Sistem šalje laserski impuls prema cilju, zatim meri svetlost koja se odbije i vrati do prijemnika, slično radaru koji umesto svetlosti koristi radio-talase. Najveći izazov na desetinama kilometara jeste činjenica da se do senzora vraća gotovo nezamislivo mali deo emitovane energije.
Kineski model koristi detektor pojedinačnih fotona sposoban da registruje izuzetno slab povratni signal. Proračun pokazuje da je za pouzdano uspostavljanje praćenja potreban odnos signala i šuma od približno 8,8 dB, odnosno najmanje oko 9,4 detektovana fotona iz povratnog impulsa. Drugim rečima, čitav sistem pokušava da iz ogromne količine atmosferskog i optičkog šuma prepozna jednocifren broj fotona koji su se odbili od aviona.
Takva osetljivost je razlog što se tehnologija pojedinačnih fotona poslednjih godina razvija za lidare, kvantne senzore i veoma udaljena optička merenja. Kineski stručni radovi već obrađuju InGaAs/InP lavinske fotodiode, superprovodne detektore i sisteme za lidar na 1.064 nm, pa ovo istraživanje ne nastaje iz potpuno izolovane ideje. Raketa bi samo bila ekstremno ograničena platforma na kojoj sve to mora da stane u nekoliko desetina centimetara prostora.
Laser od samo jednog milidžula i optika od 100 mm
Autori nisu računali sa ogromnim laserskim uređajem. Simulirani sistem koristi impulse energije svega jednog milidžula i prijemnu optiku prečnika 100 milimetara, dimenzije koje već liče na nešto što bi moglo da se ugradi u telo rakete. U proračun su uključeni propustljivost atmosfere, pozadinsko svetlo neba, atmosfersko rasipanje, tamni šum senzora i vreme tokom kojeg detektor nakon registracije fotona privremeno ne može da primi sledeći signal.
Izabrana talasna dužina je 1.064 nanometra, odnosno bliski infracrveni deo spektra. Autori navode da su postojeće stelt letelice mnogo ozbiljnije optimizovane protiv radarskog i infracrvenog otkrivanja nego protiv aktivnog laserskog osmatranja na ovoj talasnoj dužini. To ne znači da površina F-35 automatski vraća snažan laserski signal, već da geometrija i premazi projektovani za smanjivanje radarskog odraza ne rešavaju na isti način optičku detekciju.
F-35 pritom već sam koristi laser kao deo sopstvenog elektrooptičkog sistema EOTS. Razlika je u nameni, jer EOTS laser služi za obeležavanje i merenje ciljeva, dok kineski koncept pokušava da od veoma slabog povratnog laserskog signala napravi senzor za navođenje rakete. Aktivna optika u vazdušnoj borbi nije nova ideja, ali detekcija pojedinačnih fotona otvara mnogo veće udaljenosti nego raniji sistemi.
Noć gotovo udvostručuje domet
Najveća razlika u rezultatima pojavljuje se između dnevnih i noćnih uslova. Tokom dana model daje maksimalnu detekciju F-35C na 27,7 kilometara, dok se noću taj domet povećava na 61,5 kilometara. Razlog nije promena aviona, već dramatično manji nivo pozadinskog svetla koji omogućava prijemniku da lakše izdvoji nekoliko fotona vraćenih sa cilja.
Na udaljenosti od 27,7 kilometara sistem prema proračunu više ne bi samo registrovao prisustvo aviona. Model daje tačnost po dubini od približno 20 centimetara i poprečnu rezoluciju oko 50 centimetara, što bi senzoru omogućilo mnogo preciznije određivanje položaja i obrisa cilja. Takva informacija u završnici napada raketi vredi mnogo više od prostog podatka da se nešto nalazi unutar širokog sektora prostora.
Tu se vidi prava namena sistema. Lidar nije zamišljen da sedi u nosu rakete i sam pretražuje stotine kvadratnih kilometara neba, već da nakon približavanja dobije dovoljno precizan položaj cilja da preuzme završno praćenje. Radar, avion koji lansira raketu, drugi lovac, zemaljski senzor ili avion za rano upozoravanje mogu prethodno da obezbede približne koordinate.
Uzak laserski snop je istovremeno prednost i najveći problem
Radar može da osmatra veliki sektor neba jer njegov snop može brzo da se elektronski pomera i pokriva znatan prostor. Laserski snop je mnogo uži, pa promašaj pravca od svega nekoliko stepeni na desetine kilometara znači da svetlost uopšte neće pogoditi avion. Sistem koji može da registruje devet fotona ne vredi mnogo ukoliko laser nikada ne osvetli mesto na kojem se cilj nalazi.
Upravo je to glavna tehnička rezerva prema kineskim rezultatima. Jedan vojni analitičar citiran nakon objavljivanja studije ocenio je da tako uzak snop teško može da obavlja posao radara za rano otkrivanje, već je mnogo bliži izuzetno sposobnom daljinomeru i senzoru za završno praćenje. Kineski istraživači sami najavljuju dalji rad na optimizaciji fotonskih parametara i preciznijem otkrivanju stelt ciljeva.
Praktična raketa bi verovatno morala da kombinuje više kanala. Datalink bi je doveo prema poslednjoj poznatoj poziciji cilja, radar ili infracrveni senzor suzio bi zonu pretrage, a lidar bi se uključio kada geometrija postane dovoljno precizna. Takva višesenzorska glava mnogo bolje odgovara stvarnoj vazdušnoj borbi nego ideja rakete koja od trenutka lansiranja pokušava da pronađe F-35 samo laserom.
Stelt nije nevidljivost
F-35, kao ni bilo šta drugo na ovom svetu, ne može biti napravljen da bude fizički nevidljiv. Njegov oblik, materijali, unutrašnji smeštaj naoružanja i obrada površina zapravo smanjuju verovatnoću da protivnički radarski sistem dobije kvalitetan odraz sa dovoljne udaljenosti. Optički, infracrveni, pasivni radio-frekventni i laserski sistemi posmatraju potpuno drugačije osobine istog aviona.
Kineski pristup dobro pokazuje gde ide savremeno otkrivanje stelt letelica. Umesto traženja jednog “anti-stelt radara” koji rešava čitav problem, različiti senzori mogu da daju nepotpune podatke koji se zatim spajaju u jednu sliku. Dugački radarski talasi mogu nagovestiti prisustvo cilja, drugi radar suziti sektor, pasivni senzori pratiti emisije, a infracrveni ili laserski sistem pokušati da obezbedi dovoljno precizan položaj za raketu.
F-35 sa druge strane poseduje sopstveni radar APG-81, sistem elektronskog ratovanja ASQ-239, elektrooptički EOTS i distribuirani infracrveni sistem DAS, pa ni njegova posada ne zavisi od jednog senzora. Borba između stelt aviona i sistema za njegovo otkrivanje već odavno nije duel jednog radara protiv jednog premaza. Ona postaje takmičenje čitavih povezanih mreža senzora, računara i oružja.
Raketa prvo mora da preživi put do tih 60 kilometara
Brojka od 61,5 kilometara zvuči impresivno dok se ne postavi pitanje kako je raketa stigla dovoljno blizu da lidar uopšte može da radi. F-35 je sam napravljen da protivnika otkrije i napadne mnogo pre ulaska u klasičnu blisku borbu, a AIM-120D pripada kategoriji raketa vazduh-vazduh velikog dometa. Kineski nosač lidara bi tokom većeg dela leta i dalje zavisio od spoljnog navođenja, sopstvenog radara ili drugog senzora.
Brzina cilja dodatno komplikuje završnicu. Avion koji leti približno 1.200 milja na sat prelazi više od pola kilometra svake sekunde, dok raketa i cilj istovremeno menjaju visinu, pravac i međusobni ugao. Laserski sistem mora da pronađe pravi sektor, registruje nekoliko fotona i neprekidno pomera veoma uzak snop dovoljno brzo da ne izgubi cilj.
Atmosfera može dodatno da promeni rezultat. Oblaci, vlaga, aerosoli, prašina i različiti uglovi prema površini aviona utiču na slabljenje i rasipanje svetlosti, pa maksimalni domet iz simulacije nije univerzalna brojka koja važi u svim vremenskim uslovima. Rezultat od 61,5 kilometara predstavlja performansu matematičkog modela pod definisanim noćnim uslovima, ne potvrđen domet operativnog oružja.
Kina već ulaže u laserske sisteme za avijaciju
Studija nije jedini znak kineskog interesovanja za vazduhoplovne laserske tehnologije, a ni za smerove u kojima ide razvoj radar. Kineski institut 303 prikazao je kontejnerski laserski sistem namenjen ugradnji na avion, dok se laserska oprema pojavljuje i u materijalima povezanim sa kineskim borbenim platformama šeste generacije. Različiti projekti imaju različite namene, od senzora do potencijalnog usmerenog energetskog oružja.
Kineski institut za rakete vazduh-vazduh posebno je važan detalj u celoj priči. Njegov zvanični opis navodi da se bavi kompletnim razvojem raketa, navođenjem, infracrvenom i laserskom tehnologijom, obradom signala i serijskom proizvodnjom vazduhoplovnog naoružanja. Rad zato nije nastao na univerzitetu bez neposredne veze sa raketnom industrijom, već u organizaciji čiji je osnovni posao upravo razvoj takvih sistema.
Najvažniji korak ipak tek nedostaje. Kineski tim mora da pokaže da mali lidar može da preživi lansiranje, vibracije, zagrevanje i velika ubrzanja rakete, a zatim u stvarnoj atmosferi pronađe i prati brzo pokretan cilj sa desetinama kilometara. Ukoliko to uspe, problem za stelt avion neće biti jedan čudesni senzor, već još jedan novi par očiju dodat postojećoj mreži radara, infracrvenih sistema i raketa.
