فناوری استیلت و پنهانکاری ادوات نظامی

نوشته شده توسط:

بهنام جباری- کارشناس ارشد الکترونیک

فرامرز دینی-کارشناس الکترونیک و صنایع

بشر همواره به دنبال کسب موفقیت در جنگ‌ها و نبردها بوده است و در این راستا یکی از آرزوهای خود را عدم دید دشمن از مواضع و تجهیزات خود بوده است.در دنیای کنونی که فناوری‌های پیشرفته بر ارتش‌های جهان حکم می‌راند ابزار پنهان‌کاری یا مخفی‌سازی تجهیزات و ادوات نظامی از دید دشمن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.میادین نبرد حتی بخش گسترده‌ای از خاک هر یک از دو طرف مقابل ممکن است زیر پوشش رادارهایی باشد که حرکت هر شیء را زیر نظر دارد و چه بسا به این وسیله عملیات طرف مقابل را بخواند.

فناوری پنهانکار یا مخفی‌ساز برای پرهیز از رؤیت توسط رادارها در طول موج‌های مختلف و در طیف گسترده‌ای از امواج اعم از امواج رادیویی، مادون قرمز، مرئی و صوتی به کار می‌رود. البته تا کنون هیچ هواپیما و تجهیز نظامی ساخته نشده است که تماماً از دید رادارها مخفی باشد اما رادارها با توان بالا قادر هستند تنها آنها را شناسایی کنند.

این فناوری شناسایی هواپیما و شناورها و تجهیزت نظامی را سخت‌تر می‌کند زیرا تنها مقدار کمی از امواج را به فرستنده باز می‌گرداند؛ هواپیماها از آنجایی که در سرعت بالایی حرکت می‌کنند و نسبت به تجهیزات زمینی با موانع کمتری روبرو هستند اولویت نخست برای استفاده از این فناوری برای نفوذ در خاک دشمن را دارند. این هواپیماها توانایی رادارهای متعارف را برای شناسایی و تعقیب مؤثر خود محدود می‌کنند. برای این منظور هواپیماهای رادارگریز باید نسبت به بدنه، موتور و پوشش خود دارای محدودیت‌های خاصی باشند. هواپیما باید تقریباً غیر قابل دید و کاملاً خاموش عمل کند و از آن مهمتر لازم است تا از رادارهای دشمن و سنسورهای مادون قرمز پنهان شود و انرژی الکترومغناطیسی خود را نیز بپوشاند.

برای تبیین موضوع باید این نکته را در نظر داشت که در مبحث پنهانکاری و رادارگریزی هدف چیست رادارگریزی و پنهان کاری از چه منظری مورد انتظار است؟ فلذا ابتدا امر باید دیدی از شناسایی و یا هشدار دهنده نظامی داشته باشیم و بعد از آن به بررسی شیوه پنهانکاری و واقعیت های آن بپردازیم.

سیستم هاى نظامى هشدار دهنده و شناسایى :

مـامـوریـت سـیـسـتـم هـاى هـشـداردهـنـده جـلوگـیـرى از غـافلگیرى تاکتیکى است  و سیستم هاى شناسایى ماموریت پیام رسانى دربـاره انـجـام یـا احـتـمـال انـجـام تـهـاجـم و مـیـزان نـزدیـکـى ، مـحـل اسـتـقـرار، حـجـم و نـوع فـعالیت و سلاح دشمن را به عهده دارند.

• الف . تجهیزات شناسایى استفاده کننده از امواج الکترو مغناطیسى مانند امواج نور مرئى و امـواج نـور غـیـرمـرئى (اشـعـه مـادون قرمز و اشعه لیزر)، امواج رادار و دیگر امواج بى سیمى
• ب . تجهیزات شناسایى شنیدارى براى شناسایى دشمن در زیر آب و بر فراز زمینی
• ج. تـجـهـیـزات شـنـاسـایـى امواج (Geophones) که در زمینه ره گیرى امواج صوتى عبورکننده از لایه هاى خاک و شناسایى نفوذ افراد با تجهیزات دشمن کاربرد دارد.
• د. تجهیزات شناسایى مغناطیسى (Magneometers) که براى شناسایى اجسام بزرگ فـلزى کـه تـحـرکـاتـشـان بـر هـر نـقـطـه اى از میدان مغناطیسى زمین تاثیرگذار است استفاده می شود.
• ه‍ . تـجـهـیـزات شـنـاسـایـى تـشعشعات اتمى : عبارت است از تجهیزات سنجش پرتوهاى حاصل از انفجارهاى اتمى . این تجهیزات در هواپیما، موشک ها و ماهواره ها کاربرد دارند.
• و. تجـهـیـزات شـنـاسـایى شیمیایى : این تجهیزات قابلیت شناسایى بوها و ترشحات حاصل از انسان را که به میزان اندکى در فضا پخش مى شود داراست.
• ز .سامانه هاى دفاع هوایى : رکن اصلى این سامانه ها به کارگیرى رادارها در اندازه ها و اشکال گوناگون ، به کارگیرى تجهیزاتى که هواپیماهاى دوست را از دشمن تـمـیـز مـى دهـد و هـشـدار کـاذب ، بـه ویـژه در حـالت بـه کـارگـیـرى وسـایـل رادارى فـریـبـنـده است.
• ح . سامانه های ضدموشکهاى قاره پیما: این سامانه ها از سامانه هاى پیشین شناسایی موشک های قاره پیما، پیچیده ترند و شـامـل سـامـانـه هـاى هـشـدار و تـعیین هدف هاى خاص آنها مى باشد. این سامانه از شبکه رادارى بـزرگـى تـشـکـیـل مـى شود کـه مـامـوریتش تعیین مسیر درگیر شدن با هدف و بـازشـناسى هدف هاى حقیقى از هدفهاى کاذب و چیرگى بر اقدامات پدافندى الکترونیک است.

پس پر واضح است که برای شناسایی هواپیماهای پنهانکار ممکن است یک یا چندین سیستم شناسایی به طور همزمان فعالیت کنند.

کارشناسان عقیده دارند که کنترل علائم وجودی و کاهش آن باعث افزایش تلفات دشمن نسبت به تلفات به خودی(Exchange Ratio)شده و انهدام اهداف اولیه را بدون تلفات سنگین نیروهای خودی امکان پذیر می سازد. در اوایل دهه1970 و درپی بررسی نتایج نبردهای هوایی در ویتنام آشکار شد که با وجود سیستمهای پدافند هوایی مدرن که با رادار هماهنگ و کنترل میشدند، انجام عملیات ضربتی اگر غیرممکن نباشد، بسیار مشکل خواهد بود. مسأله اساسی این بود که جنگنده های جدید اگرچه بسیار مدرنتر و سریعتر از همتاهای خود در جنگ دوّم جهانی خود بودند، امـّا، نقاط ضعف آنها را با خود به همراه داشتند. از این مهمتر، پیشرفت چشمگیر تسلیحات پدافند هوایی و رادارهای کنترل آتش بود. این تسلیحات در دهة 1960 بسیار تکامل یافته و توان انهدام آنها بالا رفته بود. مکمل این یافته ها، نتایج جنگ رمضان (1973) بود که در آن سیستم پدافند هوایی «موشکهای زمین به هوا و توپهای ضد هوایی با هدایت راداری) ارتشهای عرب تلفات سنگینی بر نیروی هوایی اسرائیل وارد کرده بودند. سیستمهای اخلالگر الکترونیکی(Self-Protection Jamming system)جنگنده های ساخت امریکا که از زمان جنگ ویتنام و به منظور دفاع از خود، روی جنگنده ها نصب شده بودند، به وضوح کارایی پایینی در مقابله با این تهدیدهای جدید ارائه کردند. لذا، کارشناسان به این نتیجه رسیدند که برای بقا جنگنده های ضربتی سرنشیندار باید در مراحل اولیه فاز طراحی، کاهش سطح مقطع راداری(Radar-Cross-Section)و یا به اختصار(RCS) لحاظ شود. این کلاس فکری منشاء پروژه «هیوبلو»(Have Blue)گشت که نهایتاً به هواپیمای ضربتی بسیار موفقF-117 (Lockheed)(شاهین شب) منجر شد.

امروزه به دلیل تأکید زیاد بر مشخصة پنهانکاری و در جهت کاهش سطح مقطع راداری (RCS)جنگنده ها، دم ها را با زاویة کمتر و یا بیشتر از 90 درجه نسبت به افق نصب میکنند. هواپیمایSR-71 اولین هواپیما با این نوع پیکربندی بود. این روش جدید در پیکربندی دم را در هواپیماهای مدرنی مثل F-117A (شاهین شب) و F-22 (پرنده شکاری) میتوان دید.
امروزه، به دلیل تأکید بر مشخصه پنهانکاری در جنگنده ها از یک سو و توان فوق العادة سیستمهای کنترل پرواز دیجیتالی از سوی دیگر، نیاز به این گونه باله ها کاهش چشمگیری یافته و به احتمال زیاد در جنگنده های آینده از آنها استفاده نخواهد شد. کیفیت پرواز یک جنگنده باید به گونه ای باشد که خلبان بتواند در پوش پروازی از حداکثر قابلیت مانور هواپیما با ضریب ایمنی بالا استفاده کند. مشخصاً کیفیت پروازی بالا لازمة دستیابی به حداکثر کارایی است تا در پوش پروازی حداکثر توان مانور بدون ترس از ورود به مناطق ممنوعه(خروج از پرواز تحت کنترل) به دست آید. برای کاهش احتمال دیده شدن یک جنگنده میتوان با کاهش و یا از بین بردن دود اگزوز اقدام کرد. از سوی دیگر با استتار هواپیما و همرنگ کردن آن با محیط اطراف و همچنین کوچکتر کردن آرمها و پرچمهای روی آن می توان احتمال دیده شدن را کمتر کرد.

سطح مقطع راداری(Radar-crass-section)نسبت مستقیم با آشکار سازی (یافته شدن) و احتمال دیده شدن دارد. کاهش سطح مقطع راداری از این راه ها امکانپذیر است:

• عدم استفاده از سطوحی که زاویة قائمه میسازند
•  مخفی کردن صفحة کمپرسور موتور
• استفاده از مواد جاذب امواج رادار  Radar Absorbing Materials -RAM
•   حمل مهمات در داخل بدنه
• کنترل تشعشعات از داخل کابین و حفره های بدنه
• به حداقل رساندن تشعشعات ساطع شده از هواپیما
• استفاده از سیستمهای جنگ الکترونیکی

همانطور که اشاره شد بعد از جنگ جهانی دوم طراحان هواپیما دست به کار شدند تا هواپیمایی بسازند که بتواند از دید رادار پنهان بماند اما این کار برای مدت ها انجام نپذیرفت. یکی از مهمترین دلایل آن ناتوانی طراحان برای تعیین مقدار دقیق بازتابش امواج رادار از سطح هواپیما بود.در قرن نوزدهم «جیمز کلرک مارسول» فیزیکدان اسکاتلندی یک سری فرمول های ریاضی را تکمیل کرد تا مقدار پرتو الکترومغناطیسی که از روی یک شکل هندسی خاص بازتابش می یابد را تعیین کند.

معادلات او بعدها توسط یک دانشمند آلمانی به نام «آرنولد یوهانس سامرفیلد» تصحیح شد اما باز هم برای مدتی طولانی حتی پس از آن که طراحان هواپیما تلاش کردند تا سطح مقطع رادار هواپیمایی مانند u-2و A-12را در اواخر دهه ۱۹۵۰ کاهش دهند.بزرگ ترین مانع بر سر راه آنها، نقص مدل های تئوری برای چگونگی بازتابش رادار از روی یک سطح بود. در دهه ۶۰ یک دانشمند روس به نام «پیوتر اوفینتسف» شروع به تکمیل معادلاتی برای پیشگویی از تابش امواج الکترو مغناطیسی از روی اشکال ساده دو بعدی کرد.نتایج او به طور منظمی گردآوری و سپس به انگلیسی ترجمه و در نهایت برای دانشمندان ایلات متحده فراهم شد. در اوایل دهه ۱۹۷۰ تعداد کمی از دانشمندان، ریاضی دانان و طراحان هواپیمای امریکا دست به کار شدند تا دریابند آیا می توانند با استفاده از این تئوری ها هواپیمایی بسازند که سطح مقطع راداری آن به طور اساسی کاهش یافته باشد یا خیر. بعد از ساخته شدن هواپیماهایی مثل اف22 رپتور اف 35 لایتنینگ2 و سوخو 57 پکفا و… به عنوان هواپیماهای استیلت و اعلام شدن اعدادی مثل 0.00001 متر مربع یا 0.001 و یا 0.01 متر مربع برای این هواپیماها در نوشتار های گوناگون خواندن مظالب فیزیکی و روابط علمی زیر خالی از لطف نخواهد بود.

حال بعد از مقدمات فوق به بررسی علمی کاهش سطح مقطع راداری و روش کاهش این سطح مقطع به صورت علمی میپردازیم:

قبل از اینکه درباره کاهش سطح مقطع راداری یک جسم صحبت کنیم، بهتر است درباره فیزیک پشت سطح مقطع راداری صحبت کنیم. در یک سیستم آنتنی جهت دار، بیشتر توان تشعشعی به صورت مستقیم و در جهت بهره آنتن ارسال می شود: