Traducción: Iñaki Etchegaray
Los radares de barrido electrónico navales están disponibles desde hace más de 20 años con el AEGIS americano. Ahora están en servicio en las escoltas europeas y deberán ser patrón de los futuros navíos y otros medios. Pero lo que hace estos sistemas caros tan atractivos para la guerra naval?
La parte más crítica de un sistema de guerra antiaérea (AAW) naval es contener ataques de saturación. Estos ataques incluyen aeronaves y misiles antinavio venido de varías direcciones coordinadamente, para vencer las defensas. El enganche de cada blanco por los sistema AAW requiere acompañamiento preciso para que el sistema de control de tiro sea suplido con informaciones adecuadas.
Las antenas convencionales de radar hacen este acompañamiento relacionando los ecos sucesivos de cada blanco. Esta información es hecha en el modo TWS "track-while-scan" y es hecha con cuántos blancos el ordenador del sistema permitir. Cuanto mayor la razón de barrido del radar, mayor la cantidad de información del blanco. La razón de datos es proporcional la rotación de la antena.
La calidad de los datos necesaria pasa a ser alta y necesitando de una rotación muy alta. Blancos en alta velocidad y alta agilidad pasan a ser prácticamente imposibles de enganche. Para blancos la larga distancia, la energía reflejada debe ser grande y para esto la rotación debe ser más lenta. Aumentando la rotación el alcance disminuye. No es posible compatibilizar largo alcance y buena capacidad de control de tiro con antena giratoria.
La respuesta es usar antenas separadas para cada función. Los radares de vigilancia hacen detección de largo alcance y pasa los datos para el radar de acompañamiento para rastreo de alta calidad y operación de control de tiro (iluminación de blanco). Esta solución es adecuada para escenario con blanco único o pocos blancos e inadecuado para escenario de saturación. La capacidad multitargets es igual al número de radares de iluminación y generalmente instalados en pequeño numero (2 por escolta leve y 4 para escoltas pesados).
Un nuevo sistema para operar en un escenario de saturación obviamente no podría ser giratorio. Para tenerse un gran razón de datos el haz de radar debe cambiar de blancos casi instantáneamente lo que es imposible para antena mecánica. Esto sería posible se la antena fuera apuntada electrónicamente con varios transmisores independientes.
El comienzo físico de los radares de barrido electrónico es relativamente simple. Primero tenemos una antena plana compuesta de transmisores regularmente espaciados (phased array o arreglo en fase), todos emitiendo la misma señal. El patrón de cada señal es sinusoidal con amplitud máxima y única. La interferencia entre ellos puede ser grande y esto es intencional y aceptado.
Con la interferencia constructiva la energía electromagnética es máxima cuando están en fase. La región donde forma esta fase puede ser usada para formar un plano dimensional virtual. El vector del lóbulo principal del pulso transmitido es siempre perpendicular al plan del campo electromagnético generado por el transmisor.
Cuando todos los transmisores están en la misma fase (como en la antena mecánica), el plan del campo electromagnético es paralelo a lo de la antena, y el lóbulo principal será apuntado directo para frente. Cambiando la orden de transmisión, o alterando la fase, con un pulso inmediatamente el frente y otros más para atrás, el plano electromagnético gira y el lobulo principal es apuntado hacia otra dirección. Por ser hecho electrónicamente, el giro es prácticamente instantáneo.
Principio de funcionamiento de los radares de arreglo en fase.
Las antenas de radar mecánicas usan este principio con varías guías de ondas, cada una como elemento transmisor independiente. Cambiando la fase es posible alterar la dirección vertical para obtener datos de altitud, pero el barrido horizontal depende de la rotación de la antena. Un ejemplo es el APY-1/3 de lo Y-3 Sentry y la mayoría de los radares 3D de la US Navy como el SPS-48 . Esta medida es un paso provisional debido al alto coste y al nivel inmaduro de tecnología. Con la disminución de los costes pasó a ser más viable el uso de múltiples elementos para barrido horizontal y vertical.
La capacidad de obtener una gran razón de datos de un gran número de blancos la gran distancia no es la única ventaja de las antenas de barrido electrónica. Debido a cambio del haz casi instantáneo, un único radar puede hacer varios funciones simultáneamente. Por ejemplo, vigilancia de inmediatamente alcance, acompañamiento de blancos sospechosos con baja razón de acompañamiento, acompañamiento de blancos enemigos con alta razón de datos e iluminación de blancos. Estas funciones necesitarían de una cooperación sin fallo de varios radares de barrido mecánica. El resultado puede ser la disminución del número de sensores.
Durante la detección de un blanco en potencia, un radar de barrido mecánico espera algunos retornos para correlacionar, por lo menos dos, y extraer el curso y velocidad, para reiniciar un nuevo proceso de acompañamiento.
Dependiendo de la tasa de actualización, es gasto en tiempo valioso en la detección de blancos enemigos. Si el blanco consigue negar algunos barridos durante el acompañamiento, como bajar en el horizonte o la aparición de obstáculos, el acompañamiento tendrá que ser reiniciado con nuevos atrasos.
Algunos radares tiene memoria de acompañamiento para disminuir este problemas, y se pierden el acompañamiento, ellos mantiene la búsqueda en la dirección esperado para intentar readquirir el blanco, pero sólo funciona por poco tiempo. Realizando enmascaramiento del terreno, interferencia o "beaming", los blancos enemigos pasan a tener buena oportunidad de que se aproximen sin que sean acompañados y enganchados.
Los radares de barrido electrónico pueden iniciar el acompañamiento inmediatamente con la detección del blanco reposicionando el haz de radar inmediatamente en vez de esperar una barrida. A pesar de que también pudieran ser entorpecidos por las mismas técnicas de quiebra de acompañamiento, ellos pueden contener más fácilmente. Por ejemplo, para el haz principal puede ser instruído para aumentar su tiempo barriendo el punto donde la amenaza fue detectada, disminuyendo tiempo de barrido de otros blanco menos amenazadores, para el caso de reaparecezca y ser rápidamente detectado.
Los radares convencionales crean lóbulos secundarios además del lobulo principal. Estos lobulos son altamente indeseables por que sean útiles para el reconocimiento electrónico enemigo y fuente de vulnerabilidad de interferencia. Los radares de barrido electrónico producen pequeños lóbulos laterales y son menos vulnerables de explorar.
Las antenas convencionales son vulnerables la vibración y difíciles de mantener y operar. Los radares de barrido electrónico tiene pocas partes moviles y no vibran. Son más fáciles de estabilizar en relación al movimiento del navío. Las antenas convencionales tiene mecanismos complicados de estabilización que son difíciles de mantener.
Los radares convencionales tiene varias fuentes de fallo. Si el servomotor de la antena falla el radar se para. Si el estabilizador fallo, la unidad de acompañamiento se degrada. Si la antena tiene fallos en la forma deja de tener utilidad. Los radares de barrido electrónico fallan, pero tiene construcción modular y pueden fallar en algunos módulos sin problemas, aún por fragmentos de un misil anti-radar, pero continúa con capacidad reducida.
Las antenas de barrido mecánico son proyectadas con un conjunto de requerimientos operacionales que direccionan especificaciones técnicas. El radar irá a transmitir un pulso con cierta energía y frecuencia, un cierto PRF y con un haz de cierto rango. El tamaño y forma de la antena depende de este requerimientos y girará a cierta velocidad. El hardware tendrá que ser alterado si el adversario usr una nueva técnica de interferencia o lo retorno de la costa o mar fuere mayor que el esperado, o la razón de datos fuere mayor que el necesario, o si el uso operacional mostrar que estas especificaciones son inadecuadas.
Los radares de barrido electrónico tiene limitaciones físicas como potencia de transmisión, cobertura de barrido pero son muy flexibles en los límites operacionales. Sus características técnicas son direccionadas por software y el hardware puede ser modificado para ajustarse al ambiente. Un sistema controlado por software también aumenta la flexibilidad táctica de su empleo operacional. El haz puede ser alterado en el campo para adaptarse la situación táctica en vez de considerar los datos de inteligencia.
Las antenas formadas con varios módulos transmisores en un único receptor son llamados Passive Electronic-scan Arrays. El próximo paso son módulos transmisiones/receptores (TRM) y llamados Active Electronic-scan Arrays (AESA). Los radares AESA necesitan de mucho más integración de electrónicos y son más caros de desarrollar.
Lo beneficio claramente justifica los costes y complejidad. En vez de formar un único haz y apuntarlo, la presencia de varios TRM permite formar varios haces independientes y cada uno con una tarea. En vez de tener un único haz con tareas divididas en el tiempo como vigilancia, acompañamiento, control de tiro etc, y saltar de un blanco para otro, es posible considerar un haz constante para cada blanco y otras tareas siendo realizadas por otros haces. Esta capacidad multifuncional abre otra capacidades como transmitir dos señales o más complemente diferentes y usar como interferidor potente. Un radar AESA usan menos potencia y cada TRM tiene un pequeño pulso electromagnético con los haces siendo formados con la intersección de los pulsos.
Otras ventajas ahora más entendidas son la redundancia, resiste más a daños de batalla, tiene menos piezas de reposición, bajo coste de los TRM y coste ciclo de vida. Los radares convencionales tiene limitación de potencia, y el TRM no y pueden se múltiples. El bajo voltaje también hace más bajo para mantener. Los costes llegan la mitad de un radar convencional con menos tripulación y menos tamaño para economía.
Capacidades de un radar naval multifuncional con tecnologia de arreglo en fase.
El principio de los radares de arreglo en fase (phased arrays) está en uso desde la Segunda Guerra Mundial. Los mayores avances en la teoría y tecnología fueron conseguidos en las décadas de 50 y 60. El uso operacional ocurrió en la década de 60 y 70. Esto ocurrió debido a tecnología de controladores de fase computación para control.
Aunque la mayoría de los radares de arreglo en fase tenga la apariencia del SPY-1, no todos son así. Otros ejemplos son los radares de alerta de misiles americanos con tamaño de edificio de 10 pisos, o radares OTH como el Jindalle australiano y RIAS francés este último con antena circular omnidirecional.
Las antenas de arreglo en fase también tiene otras aplicaciones como equipar cazas, radares de búsqueda en tierra, comunicaciones por satélite e interferencia electrónica. En 2003 la QinetQ británica inició la prueba de radares de arreglo en fase en misiles para mejorar la capacidad de contra contramedidas electrónicas (ECCM).
Sistemas de Armas
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