Early Warning Radar allt viktigare

Skriven av

Det gäller att upptäcka fiendens förehavanden innan de upptäcker dig. Och går inte det, måste man åtminstone kunna slå tillbaka över fiendens eget territorium.

Det är syftet med EWR, Early Warning Radar som används för att upptäcka ballistiska robotar innan de hunnit fram till västvärlden så att motmedel i form av antirobotrobotar kan sättas in så tidigt som möjligt.

Här är det skräckscenario USA arbetar med. Fiendeland skickar upp en robot. När den når över radarhorisonten sett från någon EWR-station ytterst på USA-vänligt territorium går meddelande om bäring, riktning mm till NMDs stridsledningscentral BMC2 som initierar motangrepp med en antirobotrobot. Under tiden fortsätter radarerna att spåra angreppet och tar reda på om roboten delar sig i flera stridsspetsar. En robot stiger upp och ger sig iväg mot den anfallande roboten. Meddelande kan också komma från någon amerikansk IR-spårande satellit (SBIRS).

Syfte

Det står helt klart när man läser amerikanska militära utredningar att USAs EWR är till för att upptäcka robotangrepp mot USA. Och när man ser radarernas täckningsområde är det helt klart vem som är Fi, fast det inte sägs rent ut. Systemet ska medge upptäckt, spårning och klassificering av små objekt nära horisonten. Systemet ska kunna söka efter olika typer av robotar, kunna skilja fientliga objekt såsom stridsspetsar från andra, ofarliga objekt och kunna lämna över detta data till andra enheter via ett kommunikationssystem. Detta kallas för NMD, National Missile Defence. NMD drivs av amerikanska flygvapnet US Air Force.

De stora Phased Array-stationerna befinner sig i Clear AFB i Alaska, Beale AFB i Kalifornien, Cape Cod AFB i Massachusetts. Dessa har 240 graders täckning. De följande, Thule AFB på Grönalnd och Fylingdales i England har 360 graders täckning. Radarn Cobra Dane i Alaska har inget sökområde utmärkt i bilden. Kunde USA ställa en station i Tjeckien (grön) skulle sökområdet kunna sträcka sig långt in över arabvärlden (och Ukraina och Ryssland).

Radarn Cobra Dane på ön Shemya i Alaska har bara en yta, men den står mycket nära Novaja Zemlja och är avsedd att se uppskjutningar därifrån.

Det finns ett problem med interkontinentala robotar: de är i stort sett omöjliga att detektera i tid från marken. För att få nog med handlingstid måste en robot detekteras när den skjuts upp (boost phase), eftersom flamman inte direkt kan döljas, men robottillverkarna försöker motarbeta denna möjlighet genom att bränna så kort tid som möjligt. Möjligheterna för upptäckt från marken är till exempel radar som sveper långt in över fiendens territorium. Några exempel är phased-array-radarerna i Thule på Grönland och Fylingdale i Skottland på ungefär 450 megahertz, som sveper långt in över Ryssland, så kallade Early Warning Radars (EWR).

Ofarliga objekt, vad är det? Fast alla konventioner förbjuder MIRV, Multiple Independent Reentry Vehicles (en robot med flera oberoende stridsspetsar) kan man räkna med att MIRV står högst på alla robotuppskjutares önskelista.

Om man ska anfalla är det naturligtvis bäst om man kan nöja sig med att bara skjuta upp en enda robot, för den gör minst väsen av sig. Men den kan också bli nedskjuten och sen kan fienden slå tillbaka hundrafalt. Om roboten delar sig uppe på toppen av den ballistiska banan och släpper ut massor av del-robotar kan fienden försöka skjuta ned dem alla, sannolikt utan att lyckas. Alla delar behöver inte vara äkta stridsspetsar, bara de ser ut så på radar. De kan lika gärna vara metalliserade ballonger. Om man har 100 del-robotar och fienden skjuter ned 90 % av dem, vilket är duktigt, kan man ända komma undan och träffa fienden med en äkta stridsspets. Det är därför USAs EWR måste kunna skilja på farliga och ofarliga objekt. Andra ofarliga objekt kan vara kända satelliter i omloppsbana, eller flygplan, till exempel.

En robot fyras av från en ubåt i u-läge. På grund av sådana hot duger det inte bara att titta in över Ryssland. Man måste spana av världshaven också.

Historik

Det första EWR-systemet var det brittiska Chain Home som byggdes upp under Andra världskriget och sände på metervågor. Chain Home var ett system av kustradarstationer med fasta antenner som använde krysspejling från minst två stationer för att spåra tyskt flyg. Alltihop rörde sig på mellan 20-30 MHz och sände från antennmattor upphängda i 75 meter höga torn. Trots att systemet var primitivt, bara orkade cirka 200 kilometer och hade många fel, fungerade det förvånansvärt bra och hjälpte till under Battle of Britain.

Fasta antenner

Efter andra världskriget kom Kalla kriget och sovjetiska bombflygplan och interkontinentala robotar var ett faktum. NORAD (North American Aerospace Defense Command) grundades 1958 för att med hjälp av radar bevaka USAs och Kanadas territorium från det håll man inte bevakat förr, över Arktis. Från att ha använt små, roterande antenner med i sammanhanget ganska kort räckvidd (480 kilometer) övergick man efter Kalla kriget till långdistansradar. EWR når cirka 5500 kilometer och använder sig av långa våglängder, sisådär 70 centimeter, varför antennerna blir tämligen stora och det enklaste var sannolikt att bygga fasta antenner på marken.

Den här bilden visar hur Thulebasen på Grönland såg ut före UEWR-uppgraderingen. Det är fasta antenner som står på marken och strålen sveps i sidled genom att antennreflektorn bestrålas genom ett helt batteri matarhorn. Radioenergin växlas från horn till horn av en mekanisk, roterande vågledarväxel som ser ut som en jättestor kyrkorgel byggd av en sinnessjuk orgelbyggare. Ryssland är bortåt i bild.

Domer med roterande antenner

Efter de markfasta antennerna, som inte kunde riktas särskilt bra eller snabbt, kom de roterande långdistansantennerna. De var tvungna att monteras inuti radomer, stora bollar av radargenomsläppligt material, för att inte påverkas av vind och regn.

Bilden visar visserligen Echelon-stationen vid Menwith Hill i England (som används för att snoka på kommunikationssatelliter), men utseendet skiljer sig inte så mycket från en EWR-station med roterande antenner.

Roterande radar kräver massor av underhåll och det är generellt svårt att överföra radioenergi på en vridbar vågledare. Halvledartekniken och de nya högeffekts- högfrekvenstransistorerna medförde nästa kvantsprång inom radartekniken.

Phased Array

Stationen Clear AFB i Alaska

Från cirka 1980 till början av 2000-talet uppgraderade USA sina långdistansradarer till Phased Array-system. Radarantennen rör sig inte längre, utan sveps på elektronisk väg. Med ett sådant förfarande kan en radarstation skapa många delstrålar för samtidig avsökning av horisonten och målföljning. I princip skulle en enda radar kunna spåra tusentals mål samtidigt genom att hoppa hit och dit med strålarna. Av dopplerinformationen får man samtidigt reda på hur fort föremålet rör sig.

Vi är tillbaka vid markfasta antenner.

På senare tid har NORAD fått börja göra nytta. Efter larm från NORADs radarer den 18 februari 2009 skickade USA och Kanada upp fyra stridsflygplan för att visuellt verifiera två ryska TU-95 bombplan (Bear) 190 kilometer nordöst om Tuktoyuktuk i Kanadas Northwest Territories. Man använde sig av två CF-18 Hornet från 4 Wing Cold Lake i Alberta i Kanada, såväl som två stycken F-15 Eagle från NORAD i Alaska. Ryssarna höll sig hela tiden i internationellt luftrum och kom aldrig in över USAs eller Kanadas luftrum, men incidenten visar att de stora radarerna inte bara är medaljbehängda gossars dyrbara leksaker, utan att de faktiskt fyller en viktig funktion.

Sverige inte sämre

Det inte bara USA som kan bygga Phased Array-radar. Ericsson är också ganska duktiga. Den flygburna spaningsradarn Erieye och radarn för Gripen är i sin senaste version av typen Phased Array. Erieye påstås kunna följa cirka 3000 mål samtidigt.

Rymdskrot

Med sin räckvidd på drygt 5600 km är PAWS-stationerna tillräckligt kraftfulla för att kunna se satelliter och andra objekt i omloppsbana kring Jorden och används också för att hålla ordning på rymdskräp som driver omkring och kan vara till skada för amerikansk och annan rymdfart. Varje gång någon dumdristig nation spränger en satellit i omloppsbana, eller det osannolika händer att två satelliter krockar (som det hände i februari 2009), eller ett raketsteg sprängs istället för att störta i havet helt och hållet, fylls olika omloppsbanor på med metallfragment.

USA håller ordning på alla bitar större än en mutter, som går i omloppsbana runt Jorden.

Stationer

Stationen vid Cape Cod

EWR-stationerna har lokal personal som tittar på radarbilderna hela tiden, och programvara som utvärderar läget. Samtidigt går data in till ett centralt stridsledningssystem i USA som sköter hela luftrummet i anslutning till USA, och i och med Fylingdales, numera även Europas.

En officer vid radarstationen vid Cape Cod tittar på en PAVE PAWS radarskärm. Radarn ska upptäcka robotar som avfyrats från ubåtar på Atlanten. Som du ser sträcker sig området ända från norra Nordamerika och ned över Atlanten till halva Sydamerika. Som du också antagligen ser verkar hårdvaran uråldrig. De bilder som finns att se från datorcentralerna till EWR-radarn är så uråldriga att det inte kan vara sant. Jag visar dem inte här.

Fylingdales i England

På hedarna vid York i norra England står denna tresidiga pyramid med 360 graders täckningsområde.

Här kommer några mycket sällsynta bilder inifrån den engelska stationen. Den första bilden visar kommandocentralen under ett besök av ett antal anti-radar-aktivister. Lägg märke till den röda pärmen som står intill den något gulaktiga, urmodiga radarskärmen till höger.

På nästa bild har en operatör tagit sagda röda pärm i knät istället, men det är uppenbarligen samma central vi ser.

Bilden nedan visar en vy från bakom radarväggen. Du ser lutningen på 20 grader. De grå enheterna på väggen är förmodligen radarenheterna. Röret nedtill kommer sannolikt med kylvatten. PAWS-stationerna har ofta en hel sjö med kylvatten att ta till.

Och slutligen, bilden nedan är en bild från en okänd amerikansk central. Bilden måste vara urgammal med tanke på utrustningens antikvärde. Ta den för vad den är.

Jordens krökning och vad man gör åt det

Nackdelen är att EWR-radarerna på grund av Jordens krökning måste stå nära fiendeland och kan nås av till exempel kryssningsrobotar. De är ju inte direkt “tysta” av sig. En annan möjlighet är därför Over The Horizon-radarer (OTH) som kan studsa radarstrålning på jonosfärens E-skikt och se runt Jordens krökning. De ser inte raketen som sådan, utan radarvågen studsar på den joniserade kanal som flamman drar genom atmosfären när raketen stiger i Mach 5. Både USA och Ryssland har gjort mer eller mindre lyckade försök med OTH-radar (jämför den ryska “hackspetten”) på kortvågen. Antennerna för denna typ av radar är så stora att de går under namnet “junkyard radar”.

I övrigt måste man använda satelliter (SBIRS) eller det ej ännu drifttagna ABL-planet för att se flammorna.

Ryssland gillar det inte

och har aldrig gillat att andra länders radar når in över ryskt territorium. Uppgraderingarna av Thulebasen och Fylingdales har väckt protester.

USA har en utökning av sitt EWR-system på gång, nämligen de radarer man vill placera i Tjeckien, för att hålla koll på Iran, Irak och Nordkorea med flera, som nu börjar få ICBM-kapacitet. Antennerna måste stå någonstans på Balkan eftersom det är den del av Europa som ligger närmast arabvärlden. Strålen kommer då att stryka över Turkiet, Ukraina, och ofrånkomligen över en del av Ryssland. Ukraina är dock med på noterna och har till och med erbjudit NATO radardata från sitt lands radarer. Naturligtvis gillar inte Ryssland det heller. Radarerna i Baltikum som ingår i den så kallade BaltNet-kedjan har också väckt den stora grannens vrede eftersom de också ser långt in över ryskt område.

Ryssland har föreslagit att USA ska använda radarbasen Qabala i Azerbajdzjan i stället för att installera radar i Tjeckien, men bilder därifrån visade att basen var en gammal relik som skulle bli väldigt dyr att renovera.

Teknisk lösning

En PAVE PAWS-radar består av ett 32 meter högt tresidigt hus. På väggarna sitter en platt matris med strålande element (individuella antenn- och sändarmoduler) som sänder och tar emot radarsignaler. Utrustningen som generar HF-effekten och analyserar den reflekterade signalen finns inuti huset. Väggarna på vilka matriserna sitter är 31 meter breda och lutar 20 grader inåt. Matrisens aktiva del är 22,1 meter i diameter. Varje modul är ansluten till en halvledarbestyckad sändare/mottagare som lämnar 325 watts uteffekt och innehåller en lågbrusig mottagare för förstärkning av den reflekterade signalen. Radiosignalen som utsänds från hela matrisen blir till en smal radiostråle med 2,2 graders lobbredd.

En fördel med att använda drygt tusen moduler är att systemet blir redundant. Skulle en magnetron paja i en gammaldags roterade radar blev den helt död. Skulle tio procent av modulerna paja i en PAWS skulle det förmodligen bara betyda minskad noggrannhet, tills modulerna kunde bytas ut.

På grund av risken för att bestråla personer och föremål på marken är antennen begränsad så att den inte kan stråla ned på marken. Givetvis har olika antigrupper slagits med försvaret i många år angående strålningsriskerna, men ingen har kunnat bevisa att sidoloberna har någon skadlig effekt på människor som befinner sig utanför det avspärrade området. Rapporter om cancerfall i områden intill EWR-antennerna har tidvis haglat, men det finns ändå inga säkra bevis för att radarstrålningen kan vara boven.

Radarn har två arbetssätt.

Bevakning

När radarn letar efter objekt används ungefär hälften av resurserna för att skapa vad man kallar ett bevakningsstaket. Detta innebär att radarn söker mellan 3 och 10 grader över horisonten och 240 grader i sidled (för radarer med två sidor). Radarstrålen flyttar sig inom detta område enligt ett förprogrammerat mönster och hoppar från ett ställe till nästa på ett tiotal mikrosekunder. I detta läge sänder radarns båda ytor samtidigt. I normala fall används 11 procent av radarns resurser för bevakning, men under “utökad sökning” utan spårning ökas intermittensen till 18 %.

Spårning

Vid spårning av objekt allokeras resten av radarns resurser mot enskilda objekt eller grupper av objekt. Detta tar i normalfallet upp 7 % av tillgängliga resurser av de 18 % intermittens som används vid kombinerad bevakning och spårning. Radarn sänder alltså i detta fall pulser under 18 % av tiden. Den maximala intermittens som kan användas vid kombinerad bevakning och spårning är 25 %. Då börjar det tryta med effekten för om en radaryta går med 25 % intermittens reduceras den andra ytan till 11 %.

Clear, Alaska

Snabbdata för en typisk PAVE PAWS-station

Toppeffekt: 1792 aktiva moduler om 325 watt: 582,4 kW
Intermittensfaktor: 25 % (11% sökning, 14% spårning)
Medeluteffekt: 145,6 kW
Effektiv antennförstärkning: 37,92 dB
Lobbredd vid -3 dB: 2,2 grader
Den aktiva ytans diameter: 22,1 meter
Frekvensområde: 420 – 450 MHz (mitt på 70 cm-amatörbandet)
Räckvidd: 5560 km
Väggytans lutning: 20 grader
Antal ytor: 2 (3 vid Fylingdale)

Förkortningar

Militären bara älskar förkortningar. Här är de vanligaste som du kan stöta på när du läser om Early Warning Radar.

AEW: Airborne Early Warning (mer eller mindre synonymt med AWACS)
BMC2: Battle Management, Command and Control: stridsledningcentral
BMEWS: Ballistic Missile Early Warning System
CCC eller C3: Command, Control and Communications
DOD: Department of Defence, Försvarsdepartementet
EWR: Early Warning Radar
EWS: Early Warning System
GBI: Ground-Based Interceptor
ICBM: Intercontinental Ballistic Missile
IFICS: In-Flight Interceptor Communications System Data Terminal, markstation som kommunicerar med antirobotrobotar och lämnar över data till BMC2
NMD: National Missile Defence, namnet på hela UEWR-programmet
OTH: Over-the-Horizon radar, kortvågsradar som går runt jordens krökning
PAVE: okänd militär förkortning, betyder förmodligen ingenting
PAWS: Phased Array Warning System
SBIRS: Space Based Infrared System (satellit som söker missiler)
SLBM: Sea-launched ballistic missile
UEWR: Upgraded Early Warning Radar (syftar på det amerikanska uppgraderingsprogrammet då man bytte roterande radartantenner till phased array)
XBR: X-Band Radar

Så går du vidare

NORADS webbplats: http://www.norad.mil

Noradchefen bloggar om incidenter på: www.noradnorthcom.blogspot.com

http://www.fas.org/spp/starwars/program/uewr.htm

http://www.fas.org/spp/index.html

http://en.wikipedia.org/wiki/RAF_Fylingdales

Rymdskräp: orbitaldebris.jsc.nasa.gov/measure/radar.html

Märken på artiklar:

Lämna en kommentar

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *