Sistemele de rachete de apărare punctuală (PDMS)-Forumul Securitatii Maritime
1. Introducere în sistemele de rachete de apărare punctuală
Sistemele de rachete de apărare punctuală (PDMS) sunt create pentru a proteja activele valoroase și critice împotriva amenințărilor aeriene, precum rachetele balistice, rachetele aer-sol, rachetele de croazieră și dronele. Un PDMS include senzori și un sistem de interceptare a rachetelor. Senzorii radar pot fi multifuncționali sau dedicați urmăririi țintelor. Pe baza discriminării radarului, sistemul de comandă și control (C2) emite ordine de angajare și lansează racheta dintr-un sistem de lansare verticală, fie naval, fie terestru. Sistemul de interceptare se bazează pe ghidarea la bord și pe radarele PDMS pentru interceptarea precisă a amenințării.
Mai multe țări dezvoltă PDMS pentru a se proteja împotriva diferitelor amenințări aeriene. Un PDMS este necesar pentru protejarea instalațiilor fixe importante, cum ar fi rafinăriile de petrol și centralele electrice, deoarece radarele cu rază lungă nu sunt suficiente. Astfel, aceste sisteme sunt esențiale pentru contracararea amenințărilor aeriene din partea adversarilor.
1.1. Definire și scop
Necesitatea sistemelor de rachete de apărare punctuală (PDMS) pentru protejarea activelor critice, precum navele, aeroporturile și centrele de comandă împotriva atacurilor cu rachete, este larg recunoscută. Acest capitol abordează contextul istoric, necesitatea, obiectivele și domeniul de aplicare al studiului PDMS. Un sistem de apărare antirachetă constă din trei componente principale: senzori, interceptori și sisteme de comandă și control (Fontana și Di Lauro, 2022).
Senzorii detectează amenințările pentru a le urmări, prezice traiectoria și controla interceptorii. Interceptorii sunt elementele destinate distrugerii acestor amenințări. Sistemele actuale de apărare antirachetă utilizează alte rachete drept interceptori. De obicei, interceptorii nu sunt echipați cu focos exploziv, ci se bazează pe energia cinetică pentru a neutraliza o amenințare. Acești interceptori sunt denumiți interceptori cinetici și au, în general, viteze mai mari decât amenințările pe care încearcă să le intercepteze. Pentru a realiza interceptarea, sistemul de senzori trebuie să detecteze inițial amenințarea. Odată detectată, sistemul de comandă și control lansează un interceptor. Interceptorul necesită timp pentru a ajunge la amenințare, astfel că distanța pe care trebuie să o parcurgă înainte de a neutraliza amenințarea este semnificativă. Urmărirea și predicția traiectoriei amenințării sunt esențiale, având în vedere manevrabilitatea limitată a interceptorilor. După lansare, un interceptor poate efectua doar corecții minore de curs, subliniind importanța unui calcul precis al traiectoriei amenințării. Rachetele pot fi detectate în diverse faze ale zborului lor. Un scenariu tipic de apărare antirachetă implică detectarea, urmărirea și interceptarea unei rachete amenințătoare de către un sistem de apărare antirachetă.
Amenințările posedă de obicei avantaje față de sistemele de apărare. Succesul interceptării este maxim atunci când sunt îndeplinite anumite condiții. Interceptarea trebuie realizată cât mai devreme posibil. O lovitură între punctele de lansare și impact are șanse mai mari de reușită dacă distanța dintre aceste puncte este minimă. De asemenea, intercepția trebuie efectuată sub un unghi abrupt și trebuie să fie eficientă chiar și în prezența manevrei sau a contramăsurilor.
1.2. Evoluția istorică
Apărarea antirachetă își are originea în Războiul Rece, când amenințarea nucleară sovietică a devenit evidentă. SUA a creat Triada pentru a descuraja această agresiune, dar investițiile sovietice în sisteme anti-descurajare au determinat SUA să contemple o apărare mai profundă. S-au planificat interceptări împotriva bombardierelor și submarinelor SLBM, precum și împotriva ICBM-urilor.
În 1963, președintele Kennedy a propus protejarea SUA cu sisteme ABM nucleare, ducând la Tratatul ABM din 1972. În anii 1970, SUA s-au concentrat pe cercetarea sistemelor spațiale, abandonând în mare parte planurile terestre. Totuși, cercetarea privind sistemele hit-to-kill a continuat în anii 1980.
2. Componentele PDMS
PDMS sunt concepute pentru a proteja active valoroase, precum nave, aerodromuri sau noduri de comandă. Un PDMS include senzori, rețele de coordonare, unități de comandă și control și lansatoare de rachete interceptoare. Detectarea și urmărirea rachetelor se face prin radare bidimensionale, iar uneori radare 3D și senzori electro-optici sunt folosiți pentru distanțe mai mari. După detectare, datele sunt trimise unității de comandă care calculează coordonarea angajamentului. PDMS poate funcționa autonom sau manual, gestionat de operatori (Fontana și Di Lauro, 2022).
2.1. Interceptori de rachete
În continuare putem analiza interceptoarele de rachete utilizate în sistemele de rachete de apărare punctuală (PDMS). Interceptoarele de rachete PDMS sunt clasificate în două categorii în funcție de metoda de angajare a țintei: ghidare semi-activă și ghidare inerțială. În cazul ghidării semi-active, informațiile despre cursul și viteza țintei sunt aduse la bordul interceptorului folosind proprii senzori după lansare. În cazul ghidării inerțiale, traiectoria de zbor preprogramată este urmată de interceptor, utilizând doar datele inițiale ale țintei (Fontana și Di Lauro, 2022).
2.2. Radare
Sistemele radar sunt esențiale pentru PDMS moderne, detectând și urmărind amenințările. Aceste sisteme furnizează informații critice rachetelor interceptoare și sistemului de control al focului. Radarele se clasifică după felul undelor (continue, pulsate, semi-active) și frecvențele utilizate (ultra-înaltă, super-înaltă, extrem de înaltă). Majoritatea PDMS-urilor folosesc radare RF active, semi-active și pasive, operând pe frecvențe super-înalte și foarte înalte (Fontana și Di Lauro, 2022).
Radarele de control al focului (FCR) se bazează pe ghidarea activă și semi-activă a rachetelor, urmărind amenințările cu radare active sau externe. Rachetele se îndreaptă spre țintă prin energia reflectată. Unele PDMS utilizează sisteme IR/EO semi-active, care urmăresc amenințările și ghidează rachetele prin energie IR reflectată.
2.3. Sisteme de control al focului
Sistemele de rachete de apărare punctuală (PDMS) pot folosi urmărirea pasivă pentru ținte aeriene detectate la distanțe mari sau urmărirea activă pentru amenințări ascunse, cum ar fi rachetele de croazieră (Shin, 2012). Sistemele radar active oferă conștientizare situatională și capacitatea de a urmări mai multe ținte, dar necesită procesare complexă a semnalului. În contrast, sistemele infraroșu (IR) sunt mai simple, dar pot fi ineficiente pentru țintele care zboară jos în medii complexe (Fontana și Di Lauro, 2022).
Proiectarea PDMS implică alegerea senzorilor, trackerelor, legilor de ghidare și configurațiilor de rachete pentru performanță optimă, având în vedere minimizarea ratărilor și maximizarea interceptărilor reușite. Orientările cooperative pot îmbunătăți performanța sistemului în anumite condiții.
3. Tipuri de sisteme de rachete de apărare punctuală
Sistemele de apărare punctuală pot fi clasificate în funcție de tipurile de interceptori, baza urmăririi și iluminării țintei și metodele de lansare a interceptoarelor. Patru tipuri de PDMS se găsesc în general în literatură, inclusiv PDMS bazat pe arme, PDMS bazat pe rachete, PDMS bazat pe senzori pasivi și PDMS bazat pe senzori activi (Fontana și Di Lauro, 2022).
PDMS bazat pe arme folosește proiectile de mare viteză pentru a intercepta amenințările. În ciuda probabilității sale relativ scăzute de ucidere, sistemele bazate pe arme au avantaje precum secțiunea transversală radar mică, costul redus și dependența minimă de sprijinul extern. Sistemele C-RAM și Phalanx folosite de armata americană sunt exemple de PDMS pe bază de arme utilizate pe scară largă. PDMS bazat pe rachete folosește rachete ghidate care pot fi clasificate ca rachete ghidate de comandă sau rachete autoghidate. Rachetele ghidate de comandă depind de radarul de la sol pentru a ilumina ținta. Deși oferă o probabilitate mai mare de ucidere, ele sunt puternic dependente de sprijinul extern și interferează cu spațiul aerian atunci când sunt utilizate împotriva amenințărilor aeriene. Pe de altă parte, rachetele autoghidate folosesc căutătorii de la bord pentru a detecta, urmări și intercepta ținte.
3.1. PDMS terestru
PDMS cu opțiuni de implementare terestră oferă protecție împotriva amenințărilor aeriene cu rază scurtă și medie pentru active critice. Acestea pot fi sisteme independente cu propriile radare și C2 sau pot folosi radare existente pentru apărare punctuală. Soluția I-Derby exemplifică prima opțiune, iar PDMS integrat în radarele ELM-2288 exemplifică a doua opțiune.
Sistemul de rachete I-Derby este operațional din 2007, cu lansări din aer și de la sol. Rachetele pot fi lansate cu lansatoare de șine și canistre, utilizând trackere electro-optice pentru angajarea țintelor. Sistemul protejează împotriva amenințărilor aeriene pe o rază de 100 km, folosind ghidare radar a platformei de lansare și poate integra radare moștenite pentru detectare și urmărire (Fontana și Di Lauro, 2022).
3.2. PDMS naval
PDMS-urile navale sunt mai mici și mai ușoare decât cele terestre, montate pe nave pentru a proteja personalul civil sau militar. Acestea au o distanță de urmărire a rachetelor de peste 60 km și sunt utilizate în principal pentru apărarea împotriva amenințărilor aeriene. Sistemele pot fi autonome, având radar propriu, centru de control și lansatoare, sau integrate cu alte sisteme ale navei.
Cea mai simplă configurație de PDMS naval este un sistem autonom cu radar fix sau rotativ, în funcție de design. Acestea sunt instalate pe nave mai ușoare pentru a oferi protecție împotriva amenințărilor aeriene, având o rază de urmărire de peste 60 km și limitându-se la 1,5 km atunci când se angajează rachete.
4. Eficacitate operațională și studii de caz
PDMS (Point Defence Missile Systems) sunt sisteme de apărare aeriană montate la sol și pe turn, integrate cu senzori, funcții de comandă și control, angajare și control al focului pe o singură platformă. Acestea oferă apărare aeriană zi și noapte împotriva aeronavelor, elicopterelor, UAV-urilor și munițiilor ghidate de precizie (PGM).
Studiile asupra PDMS includ progresul tehnologic, eficiența operațională și tendințele emergente. Progresul în senzorii PDMS, tehnologia rachetelor și subsistemele asociate este discutat, precum și eficacitatea lor împotriva diferitelor amenințări aeriene, analizând strategii diverse de apărare aeriană.
Sisteme PDMS pot funcționa autonom sau într-un mediu de apărare aeriană în rețea, folosind date de țintă partajate și informații C2 (comandă și control). Radarul de supraveghere multifuncțional urmărește țintele aeriene și le predă radarului de control al focului pentru ghidare și urmărire finală.
PDMS poate lansa rachete cu rază scurtă (5 km) până la lungă (70 km), suplimentând sistemele SHORAD și SSA. Progresele recente în tehnologia rachetelor și integrarea rețelelor multi-senzori au îmbunătățit capacitățile PDMS de contracarare a amenințărilor aeriene.
4.1. Sisteme de succes
Sistemul de apărare antirachetă israelian Iron Dome poate intercepta rachete, artilerie și mortiere cu rază scurtă de acțiune, costul per interceptor fiind între 65.000 și 130.000 de dolari. Rachetele din Gaza sunt lansate continuu, iar 85% dintre rachetele Iron Dome sunt trase după o interceptare eșuată. Un studiu a arătat că renunțarea la ținte cu valoare scăzută pentru interceptările mai importante îmbunătățește performanța. Schemele de ținte aleatorii duc la timpi mai lungi de interceptare, iar alocările fixe ale interceptorilor nu sunt eficiente. Cu 3 interceptori pe țintă, aproape toate rachetele ar fi interceptate, dar acest lucru poate duce la alocări greșite în prezența mai multor ținte. Prioritizarea țintelor rămase este cea mai eficientă metodă (J. Pella, 2018).
Sistemul Aegis PDMS vizează rachete anti-navă, balistice și amenințări aeriene. O singură amenințare detectată de un radar este gestionată printr-un interceptor specific, iar un radar suplimentar preia dacă prima interceptare eșuează. Majoritatea testelor au fost realizate fără date externe. Schemele de atribuire aleatorie a țintelor funcționează bine, dar urmărirea cooperativă necesită mulți senzori și interceptori disponibili pentru a fi eficientă.
4.2. Probleme și restricții
PDMS prezintă o aderență specifică în ceea ce privește abordarea armelor. Lanțurile de ucidere costă bani și necesită timp; numărul de interceptări în fiecare segment al fiecărui lanț este planificat pe platformele de lansare PDMS, având în vedere zonele defensive pe care aceste planuri le apără. Astfel, rachetele țintă trebuie alese cu mare atenție, iar scenariile de eșec sunt analizate pentru fiecare posibilă defecțiune a acestor rachete (Fontana și Di Lauro, 2022). Dificultățile generale împiedică această selecție ilicită în prezent.
Pulverizările frontale împotriva țintelor LEO implică radare PDMS cu lățime de bandă proprie, care limitează sever distanțele de așteptare și unghiurile de elevație. Chiar și așa, utilizarea PDMS în acest context ar fi atractivă dacă nu ar fi pentru limitările actuale legate de cheltuielile lansatoarelor PDMS și calculele demonstrând probabilități de succes scăzute.
Unul dintre sistemele PDMS rudimentare a fost aplicat în cel mai simplu mod (J. Pella, 2018). Situația incoerentă a experimentelor pentru amenințările hipersonice PDMS face ca estimările să fie secrete la nivel global. Amenințările hibride care vizează funcții critice implică combinații de avioane, arme standoff și drone. Utilizarea forței brute PDMS împotriva acestor amenințări produce rareori rezultate eficiente. Ca alternativă, fiecare categorie de investiții în sisteme aeriene, terestre sau spațiale sugerează că amenințările hipersonice PDMS sunt vulnerabile.
Atenuarea balistică devine din ce în ce mai complexă și se extinde în spațiu.
5. Tendințe și inovații viitoare așteptate
Recent, sistemele de rachete de apărare punctuală (PDMS) au devenit un subiect de interes din cauza amenințării aeriene crescânde asupra instalațiilor și activelor importante. PDMS oferă protecție împotriva diverselor tipuri de amenințări, cum ar fi rachetele de croazieră, obuzele de artilerie și aeronavele. PDMS este un sistem autonom de apărare aeriană bazat pe rachete, conceput pentru protejarea activelor esențiale împotriva multiplelor amenințări aeriene nețintite. Sistemul efectuează întreg procesul de la detectarea amenințărilor până la neutralizarea acestora, utilizând senzori de la bord pentru urmărire și ghidare în timpul zborului. Acesta poate completa sistemele existente de apărare aeriană, oferind o linie finală de apărare într-o structură stratificată. PDMS este proiectat pentru protecție la 360 de grade împotriva amenințărilor aeriene. Principalele subsisteme ale proiectului PDMS includ radarele de supraveghere și urmărire, radarele de control al focului (FCR), senzorii electro-optici, sistemul de comandă și control, și rachetele lansate vertical cu sisteme de ghidare adecvate. Sistemul de rachete PDMS se bazează pe o arhitectură centrată pe rețea, fiind capabil să funcționeze atât în mod autonom, cât și la distanță. În modul autonom, sistemul efectuează angajarea țintei independent. În modul controlat de la distanță, doar radarele de detecție și urmărire acționează în mod independent, iar angajarea țintelor se face printr-un sistem extern de comandă și control. Un PDMS poate detecta și urmări o amenințare de la o distanță de peste 25 km, în funcție de tipul de amenințare, și poate lansa o rachetă împotriva acesteia la distanțe de peste 10 km (Fontana și Di Lauro, 2022).
CUM FUNCȚIONEAZĂ SISTEMUL DE APĂRARE ANTIAERIANĂ ȘI ANTIRACHETĂ PATRIOT
Referinţe:
Fontana, S. și Di Lauro, F. “O privire de ansamblu asupra senzorilor pentru apărarea antirachetă cu rază lungă de acțiune”. (2022). ncbi.nlm.nih.gov
J. Pella, P. “Căutarea continuă a apărării antirachetă: când obiectivele înalte se confruntă cu realitatea”. (2018). [PDF]
Pugacewicz, T. “Rolurile de apărare antirachetă în strategia SUA post-Război Rece”. (2017). [PDF]
Shin, H. S. “Studiu privind ghidarea rachetelor cooperative pentru apărarea aeriană a zonei”. (2012). [PDF]
Park Sung-hwan “Un studiu privind proiectarea sistemului de propulsie pentru operarea navelor”. (2013). [PDF]
Forumul Securității Maritime