Conociendo el radar de los SU-30 de Venezuela

El Radar del Flanker. Sistema de Control de Armas WCS-VEP (N001 Myech) Por JC65/Julio 2016 Antecedentes: En plena guerra fría, a comienzos de la década de los 80s, la URSS presentaba el diseño del SU-27 Flanker como respuesta a la supremacía impuesta por el F-15 Eagle, por lo que se propuso que el nuevo caza superara, o al menos igualara cada una de las características del caza norteamericano. Esto por supuesto incluía la aviónica, en especial el complejo de radio-localización y control de armas, a veces simplificadamente llamado Radar. Así se planteo que el mismo fuera al menos tan capaz como el APG-63 de la casa Hughes, que con su moderno diseño con antena plana de matriz de fase, capacidad de rastreo por debajo del horizonte, dos diferentes PRF (frecuencia de repetición de pulsos), seguimiento simultaneo a múltiples objetivos y un supuesto alcance de 200 Kms, representaba un objetivo bien difícil de alcanzar para la época. Así la casa diseñadora NIIP con Viktor Grishin a la cabeza del equipo, comenzaron a buscar soluciones viables para alcanzar el reto, y el diseño original, MYECH incluía una antena de barrido electrónico en la vertical y mecánico en el azimuth, pero esto probó ser demasiado para la tecnología del momento, en especial para su previsible producción en masa. Al final, en el año 1982, se debió recurrir a un diseño de antena cedido por la casa rival Phazotron, que era usado por el caza Mig-23 en su radar Saphir. N019 Phazoton Este consistía en un arreglo Twist-Cassegrain, o antena de espejo con inversión de polarización, que si bien presentaba una alta ganancia y agilidad de direccionamiento, superior al de las antenas parabólicas y comparable a las antenas planas de arreglo de fase, no podía competir con estas últimas en cuanto a pureza del haz emitido, pues presenta grandes lóbulos secundarios indeseados. Aún así, para Marzo de 1983, cuando el diseño fue completado, el resultado no era convincente pues el alcance real se limitaba a 140 Kms contra aviones tipo “bombarderos”. Y sobre todo la disponibilidad del sistema era tan baja como 5 horas de uso promedio entre fallas (MTBF), con el tiempo mejoras de detalles y producción elevaron esta cifra a 200 horas, comparable a equipos similares de occidente. A pesar de que el SU-27 entró en servicio en el año 1986, el N001 no fue aceptado para el servicio hasta 1991, quedando su producción a cargo de la planta Novator ubicada en Khmelnitskiy, Ucrania. Anatomía del N001 El complejo de armas incluye algo más que el radar, pero este es su base, y resulta interesante desglosar como esta compuesto (y funciona) el mismo Su funcionamiento es en forma simplificada el siguiente: Se tiene un sintetizador o generador de frecuencias (Oscilador maestro) que genera la señal a emitir a una frecuencia y forma de onda muy precisa, esta se pasa a una unidad transmisora, que la amplifica mediante un dispositivo llamado TWT (travelling wave tube), el cual no es mas que un tubo de vacío que se alimenta de la mencionada señal por un lado, y de una fuente de alto voltaje por otro, produciendo una réplica de la señal pero a gran potencia (en este caso 1000 W promedio). Esta pasa a la antena que la convierte en las microondas que surcaran el espacio en búsqueda de un objetivo. Lo anterior es el camino de transmisión (TX), en recepción (RX) empezamos por la antena que recoge la débil señal que ha rebotado en el objetivo, y la pasa a un amplificador de bajo ruido (LNA), en este caso de estado sólido, es decir un grupo de transistores, que amplifican la señal a un nivel manejable por el resto de la circuitería. Luego el receptor digital de 2 canales la toma, la baja a una frecuencia de mejor manejo por el sistema y se pasa por los filtros doppler, que se encargan, entre otras cosas, de separar la señal válida del resto de señales que se consideran como ruido. Finalmente se convierte esta señal análoga a su equivalente digital, es decir el lenguaje de 1s y 0s que pueden manejar las computadoras modernas. Aquí se debe resaltar el motivo para que este módulo sea doble, y es la necesidad de procesamiento monopulso para poder “trackear” objetivos en forma eficiente. Primero se aplica monopulso en un plano, y luego en el complementario. Ya en forma digital el computador Baget 55-04 cumple su función DSP (procesamiento digital de señal), lo cual esencialmente consiste en aplicar operaciones matemáticas (transformada rápida de Fourier o FFT) a la señal digital. Con esto se pasa del dominio real del tiempo, al dominio algo más abstracto, pero más útil, de las frecuencias, de forma que se pueda extraer la información de valor contenida en ella. El baget, está basado en la arquitectura 40486 con coprocesador matemático, ya pasados al olvido en los computadores personales, pero aún ampliamente usado tanto en este como en otros equipos militares. Este coloca la información depurada en el bus de datos para que sea usada por los otros bloques del WCS, en particular del computador de abordo BTsVM-900 que hará los cálculos para presentar la información al piloto, planificar el uso de armas, y todas las funciones necesarias de “alto nivel”. Otros bloques indicados son necesarios para la correcta sincronización del bus de datos, del sistema de alta frecuencia (cuando transmitir y cuando recibir), y direccionar la antena. Y precisamente la antena, es una de las partes que más interrogantes genera entre los aficionados al tema, pues no tiene las formas que suelen presentar otros modelos occidentales de mayor difusión, y si se quiere de mayor lógica o simplicidad de funcionamiento. Como ya se indicó se usó una arquitectura de Twist-Cassegrain, mas algo diferente a los arreglos del mismo tipo usados en Europa, en los radares Cyrano y Agave de Francia, Fox de Inglaterra o PS-46 Sueco. Lo Soviéticos maduraron el concepto de antena doble espejo con inversión de la polarización de señal en la superficie del espejo plano (en vez del parabólico) y el feeder o alimentador de microondas fuera del eje central. Para entender su funcionamiento debemos recurrir al siguiente esquema: La señal generada en el trasmisor es conducida por una guía de onda hasta el feeder, el cual NO está en el eje central de la antena como sucede en otros modelos Europeos. De allí se esparce en dirección al reflector paraboloide, el cual es esencialmente dieléctrico (plástico), pero con una malla metálica en forma de ranuras verticales. Como la microonda está polarizada horizontalmente encuentra que este paraboloide actúa como un espejo reflejándola de vuelta al espejo plano. Pero antes se encuentra con una malla que cambia su polaridad en 45º, para rebotar en el espejo plano y volver a pasar por la malla y rotarla otros 45º. Es decir ya va con polarización vertical. Como está ahora polarizada verticalmente, se encuentra que el espejo paraboloide es transparente para su paso. Un símil útil para entender esto es el de una moneda y una ranura. Si se intenta introducir la moneda horizontalmente en una ranura vertical, esta rebota, pero si la tomamos y rotamos 90º para coincidir con la orientación de la ranura, pasará fácilmente. En recepción el funcionamiento es idéntico pero a la inversa. Obviamente el detalle que posibilita esta solución es la malla con capacidad de cambiar la polarización, que se denomina ”meanderline” o malla de meandro, término extraído de la hidrografía por la forma de los conductores en la misma y su principio de funcionamiento (el cual se escapa del alcance de este breve artículo) La orientación mecánica de la antena se logra haciendo mover al espejo plano solamente, lo cual es muy simple y permite gran rapidez y buena cobertura (aprox +-60º). Dejando al feeder sin necesidad de juntas móviles (con sus inconvenientes y grandes pérdidas). El detalle del feeder descentrado favorece las operaciones de escaneo y seguimiento (trackeo) de objetivos a expensas del alcance máximo horizontal. Nótese que esto hace que la posición “normal” de la antena sea apuntando levemente hacia arriba, lo cual es frecuente en aviones cazas, pues en combate cerrado los objetivos se concentran en dicho sector. Capturas de un video de NIIP. Antena espejo plano y el feeder sin el reflector paraboloide Su gran defecto es la generación profusa.de lóbulos secundarios, dada la naturaleza paraboloide de su espejo principal. En todo caso esta solución es más eficiente que las antenas parabólicas, y más económica que las antenas planas de arreglo de fase, con su complicado entramado “H” de guía de ondas. PERFOMANCE: Las características oficiales del WCS como se monta en el actual SU-30mk2, son ofrecidas por la casa NIIP en su página web, y son las siguientes: Que podemos resumir de la siguiente manera comparativa con otros radares presentes en Latinoamérica: - Control de armas. Capacidad de controlar y dirigir (datalink e iluminación) los misiles A-A de la familia R-27, R-73 y RVV-AE, y los A-S X-31, X-39 y X-59. Bombas de caída libre y cañón interno. Es decir de origen Ruso. Los Mig-29 Peruanos sometidos a upgrade (N019) tienen similar capacidad. - Frecuencia de repetición de pulsos (PRF) alta, media y baja. La mayoría de los radares modernos solo tiene modos de PRF alto y medio. El alto es especialmente útil contra objetivos que se aproximan rápidamente, el medio para objetivos que se alejan, y el bajo posibilita búsquedas a extra larga distancia. Solo los F-16C y D (APG-68) Chilenos comparten esta bondad. - Múltiples modos A-A. Estos son comunes a todos los radares de caza modernos. Sobresale en este caso la posibilidad de simbiosis entre el radar y los sistemas de puntería de casco (igual capacidad tienen los F-16 Chilenos, Mig-29 Peruanos, Kfir Colombiano y F-5 de Brasil) y del sistema de localización óptica (OLS) (solo los Mig Peruanos) - Capacidad de trackear 10 objetivos y atacar a 2 simultáneamente y cobertura angular de +-60º. Son cifras comunes a otros radares, solo el APG-68 lo supera con 16 objetivos. - Detección de objetivo de 3 mts cuadrados de RCS a 150 Kms. Esta cifra es única en el subcontinente, y es producto de la combinación de un potente trasmisor (1 KW vs 0.6 KW en el APG-68) y una antena grande y consecuentemente de alta ganancia (37 dB) - Múltiples modos aire-tierra y aire-mar. Con los modos comunes a todo radar moderno, incluyendo SAR, DBS, RBM, etc. Resaltando los alcances, no igualados en Latinoamérica: 350 Kms para un portaviones y 250 Kms para buques medios. EVOLUCIÓN: El N001 nació para satisfacer la necesidad del Su-27, caza de superioridad aérea a operar dentro del territorio enemigo, y como tal era potente, robusto y autónomo. Pero limitado a cumplir solo funciones aire-aire. Contaba con un computador TS-100, que lo limitaba en diversas formas. La primera modernización llegó con la necesidad de usar un nuevo armamento, el misil de guía activa RVV-AE, en los SU-27 activos. Luego cuando se instala en los SU-30Mk destinados a la exportación a China, esta exige que el avión cumpla con misiones aire-superficie, por lo que se procede a crear la versión N001-VE, el cual incorpora los procesadores de la serie Baget para habilitar los modos A-T y A-M. Con el SU-30Mk2, se da un nuevo paso, y el complejo recibe el nombre N001-VEP, incorporando nuevos modos y más memoria en los procesadores y posibilidad de uso de nuevas armas, sobre todo del tipo anti-buques. Una modernización ofrecida, pero no adquirida por cliente alguno, incluye la sustitución de la antena cassegrain, por una de escaneo electrónico en ambos planos y de peso ligero, gracias al uso de una matriz de elementos desfasadores pasivos reflectivos. Esta opción llamada PERO PANDA ofrecería mucha mayor agilidad en el direccionamiento de la señal, posibilitando el trackeo simultaneo de mas objetivos, intercalar en el tiempo distintos modos de operación y un mayor alcance en modos A-A. A un nivel más modesto, tanto el diseñador Ruso NIIP, como el fabricante Ucraniano Novator, ofrecen mejoras de detalle, para mantener operativos los sistemas existentes, mejorando su mantenibilidad. En resumen, el WCS actual N001-VEP representa un sistema maduro y probado, capaz de satisfacer las necesidades de aviones de superioridad aérea y ataque a larga distancia en fuerzas aéreas de tamaño medio, aún sin la sofisticación de los más modernos recientes radares de escaneo electrónico, incluyendo los de tipo activo (AESA).