Zamjetljivost plovila na površini mora (II. dio)

U Hrvatskom vojniku 84 objavljen je prvi dio članka o zamjetljivosti plovila na površini mora. U ovom broju pročitajte drugi završni dio članka

Minimaliziranje optičke i infracrvene zamjetljivosti, nadvodne akustične i hidroakustične zamjetljivosti, podvodnog električnog potencijala i magnetne zamjetljivosti, radarske površine i aktivnog odašiljanja signala, bili su temeljni projektni zahtjevi za izgradnju korvete Visby, prvog najnevidljivijeg broda u sastavu flote neke ratne mornarice.
Primjenom strukturnih sendvič ploča, s jezgrom od PVC pjene obložene laminatima izrađenim od poliesternih smola ojačanih ugljičnim vlaknima (Fibre Reinforced Plastics, FRP), za izgradnju trupa, potom posebnim oblikovanjem trupa i nadgrađa, te postavljanjem apsorpcijskih tvoriva na kritičnim mjestima postignuta je vrlo niska zamjetljivost broda.
Korveta klase Visby oslanjat će se u svojim djelovanjima poglavito na:
• motrenje nadmorskog i podmorskog okruženja brodskim pasivnim senzorima (Electronic Support Measures, ESM),
• podatke o ciljevima koje su otkrili radari na letjelicama i obali, te ih odašilju brodu radiolinkom,
• obavještajnim podacima (prikupljenim SIGNIT-om, Signals Intelligence),
što sve smanjuje potrebu odašiljanja kompromitirajućih signala s broda na najmanju mjeru.

iako korveta nije potpuno nevidljiva, vrlo ju je teško otkriti. Neprijatelj može uočiti Visby na maloj udaljenosti, kada je prekasno, jer bi do tada njezin zapovjednik i posada, čiji je moto “mi vidimo njih prije nego oni nas”, imali dosta vremena za poduzimanje odgovarajućih aktivnosti prema neprijatelju. Prema objavljenim podacima, “normalni” domet radarske detekcije Visbya na valovitom moru je oko 13 km, te oko 22 km na mirnom moru, bez ometanja radara, a ukoliko se korveta štiti ometanjem neprijateljskog radara, domet detekcije se smanjuje na 8 km po valovitom moru i 11 km na mirnom moru. Za usporedbu, konvencionalni brod slične veličine radar će otkriti u normalnom okolišu (u tzv. standardnoj atmosferi) na udaljenosti oko 50 km, ili na oko 25 km ako brod štite ometači radra. Spomenute daljine otkrivanja korvete Visby na mirnom i valovitom moru razlikuju se za otprilike 40%, što ukazuje na velik utjecaj trećeg čimbenika – meteoroloških uvjeta na putu radar-motreni objekt.

Meteorološki uvjeti i detektabilnost plovila
U lancu radar – medij – plovilo na performanse radara i plovila može utjecati čovjek, no medij je podložan samo prirodnim djelovanjima (u mirnodopskim okolnostima bez namjernih elektromagnetskih “zagađivanja”), koja se događaju nekontrolirano u vremenu i po mjestu, načinu i intenzitetu. Mnoge činjenice o prostiranju elektromagnetnih valova kroz atmosferu: standardnu, kišovitu, maglovitu ili snježnu, poznate su i dokazivane tijekom niza desetljeća. Poznate su i neke meteorološke anomalije koje mogu povoljno ili nepovoljno utjecati na prostiranje radarskih valova.

Godišnji ciklusi meteroloških okolnosti na različitim morima diljem svijeta bitno se razlikuju: između toplih i hladnih mora, vlažnog i suhog nadmorskog zraka, intenzivnih kiša i slabih padalina, olujnih vjetrova i mirnijih mora itd., što na različite načine utječe na učinkovitost senzora na obalama raznih mora. Operater ne može kontrolirati put između radara i plovila i okolnosti na njemu, ali bi trebao biti upoznan s utjecajima uobičajenih meteoroloških događanja na domete detekcije njegova radara. To bi mu pomoglo pri izboru optimalnog režima funkcioniranja radara za određene trenutačne uvjete u atmosferi. Operater bi također trebao usvojiti činjenice da njegov radar nije moćan u nekim okolnostima, kao što je to u čistoj atmosferi, ili da će, možda, u nekim vremenskim uvjetima otkrivati plovila na mnogo većim ili, pak, na manjim udaljenostima od uobičajenih. Širenjem elektromagnetnog vala, odnosno zračenog snopa energije na putu radar-plovilo, smanjuje se njegov intenzitet zbog: 1. “razvodnjavanja” energije snopa zahvaćanjem sve veće plohe, 2. apsorpcijom energije u zraku i padalinama, 3. raspršivanjem i refleksijom energije od čestica padalina.

“Razvodnjavanje” je čista matematika, to je neizbježno i u vakuumu, dok se apsorpcijom energije u atmosferi smanjuje domet radara gušenjem zračenog signala u smjeru radar-plovilo i potom radarski odraz u smjeru plovilo-radar. Na temelju višegodišnjih meteoroloških mjerenja i srednjih statističkih podataka, može se prognozirati učinkovitost radarskog motrenja na određenoj mikrolokaciji. Takve prognoze bi trebali kreirati zajedno radarski stručnjaci i meteorolozi. Primjerice, vjetrovi i rezultirajuća valovitost mora bitno utječu na vjerojatnost otkrivanja malih plovila na manjim udaljenostima od radara, pa meteorološki podaci o prosječnoj pojavnosti specifičnih vjetrova, o njihovom smjeru i jačini čine dobru osnovu za izradu prognoza radarskog motrenja s određenih obalnih radarskih položaja.

Morski i atmosferski clutter
Refleksija radarske energije od morskih valova (Sea clutter) i raspršenih čestica vode uvelike ograničava mogućnosti detekcije odraza od manjih plovila na valovitom moru. Odrazi od morske površine ovise o visini valova, brzini vjetra, vremenskom trajanju i veličini područja preko kojega vjetar puše, o smjeru valova u odnosu na radarski snop, o tome jesu li valovi u fazi uspona ili smirivanja, te o eventualnoj prisutnosti površinskih zagađivača, koji mogu utjecati na površinsku napetost. Stanje mora izravno je povezano s intenzitetom površinskog cluttera. Primjerice, pri promjeni stanja mora od 1 do stanja 5, clutter se poveća za 300 do 400 puta. Intenzitet cluttera ovisi i o parametrima radara: frekvenciji, polarizaciji, upadnom kutu crte radar-morska mikropovršina, te veličini radarske ćelije. Samo mali dio raspršene energije vraća se natrag prema radaru, u kojemu ometa i sprječava detekciju plovila prekrivenih clutterom. Šumni krug cluttera širi se od središta zaslona radara prema većim daljinama. Polumjer kruga razmjeran je visini radarske antene iznad morske površine, pa primjerice, s visine od 50 m radar vidi “šumni” krug cluttera polumjera oko 3 km, a sa 600 m polumjer se povećava na oko 30 km. Plovila u tim krugovima, “zaštićena” clutterom, mogu ploviti nezamjećena radarom, posebice stealth plovila ili ribarske i sportske brodice. Radarski odrazi brodova duljih od 35 metara općenito su veći od tipičnog morskog cluttera, te ako plove valovitim područjem, moguće ih je detektirati “brisanjem” šumnog clutter-kruga, i to smanjivanjem osjetljivosti radarskog prijamnika na tome području. Dakle, operateri moraju biti vrlo oprezni u takvim okolnostima velikog mora, te eventualno posegnuti za dodatnim infracrvenim sustavima motrenja koji na tim daljinama i u takvim uvjetima mogu biti dosta učinkoviti. Radarski odrazi od kapljica kiše (atmosferski clutter) maskiraju odraze od objekata koji se nalaze u volumenu prostora obuhvaćenog kišom, što se uz jaču kišu izrazitije manifestira. Plovilo u kiši se gubi, postaje manje zamjetljivo, a situacija na zaslonu postaje konfuzna zbog pojave lažnih odraza. Ukoliko se plovilo nalazi iza kišnog volumena, negativno djelovanje na učinkovitost radarskog motrenja je dvostruko: fronta kišnog volumena stvara atmosferski clutter s lažnim odrazima, a prolaskom radarskog vala kroz volumen kiše do plovila i natrag apsorbira se elektromagnetna energija mnogo više negoli pri prostiranju kroz čistu atmosferu. Primjerice, apsorpcija elektromegnetne energije kroz vrlo jaku kišu (40 mm/h) iznosi oko 1 dB/km, što smanjuje snagu radarskog signala (frekvencije 9000 MHz) na poziciji plovila udaljenog 20 km za 100 puta u odnosu na standardnu atmosferu, potom kiša guši i odraze na putu natrag od plovila do radara za 100 puta. Rezultat tolikih gubitaka kroz kišu može se manifestirati višekratnim smanjenjem dometa detekcije plovila određene veličine, što ovisi o duljini prevaljenog puta radarskog signala kroz padaline te o intenzitetu kiše.

“Površinskim tunelom” do dalekog plovila
Uz standardnu atmosferu i uobičajena godišnja meteorološka događanja, u razmjerno niskom sloju zraka iznad morske površine javljaju se i neke anomalije koju mogu djelovati pozitivno, ali i negativno na domet radarskog motrenja. Tako fenomen “površinskog tunela” pruža mogućnost detekcije plovila na mnogo većim udaljenostima od daljine određene radarskom jednadžbom za objekt određene radarske površine. U normalnoj ili standardnoj atmosferi, radarski horizont izračunava se pomoću jednostavne formule D = 4,1 x (Hr + Hp)1/2, gdje je D daljina horizonta u kilometrima, Hr visina radara i Hp visina plovila iznad morske površine u metrima. U standardnoj atmosferi temperatura i vlažnost zraka postupno se smanjuju s povećanjem visine iznad površine mora. Ukoliko, pak, sadržaj vodene pare opada brže s visinom negoli u normalnoj atmosferi i istodobno se temperatura zraka povećava s visinom (temperaturna inverzija), nastaju uvjeti tzv. superrefrakcije, kada se elektromagnetni valovi jače savijaju prema površini, prateći u prostiranju zakrivljenost zemaljske kugle. U tim uvjetima formira se “površinski tunel” ili “radio kanal” uz površinu mora, koji djeluje kao valovod elektromagnetnih valova, kroz kojega se oni prostiru do mnogo većih udaljenosti (do nekoliko puta) negoli u normalnoj atmosferi. Tunel nastaje kada su viši slojevi zraka vrlo suhi i topli u usporedbi sa zrakom na samoj površini mora. To se događa, primjerice, pri gibanju toplog i suhog zraka s područja iznad zagrijanog zemljišta na hladnije površine vodenih masa, gdje se u nižim slojevima uz površinu mora zračne mase hlade i postaju vlažnije, dok viši slojevi ostaju suhi i topliji. Superrefrakcija obično nastaje za lijepog i toplog vremena, tijekom ljetnih mjeseci na toplim morima, među koja se ubraja i Jadransko more. Površinski tuneli su najčešće visoki od 10 do 20 metara, a nikad viši od 150 do 200 metara. Povećani dometi prostiranja u površinskim tunelima vrlo su zanimljivi u mnogim primjenama, pa su mnoge obalne zemlje višeg tehničkog standarda provodile istraživanja svih okolnosti njihova nastajanja. No, neki uvjeti u atmosferi, ne tako česti, mogu utjecati i na smanjenje dometa prostiranja elektromagnetnih valova uz površinu mora, kada radar ne može detektirati ni veliko plovilo unutar radarskog horizonta. Naime, u takvim uvjetima putanje širenja elektromagnetnih valova povijaju se od površine prema većim visinama, odnosno događa se tzv. subrefakcija. To se događa u uvjetima magle iznad pvršine mora, koja obično nastaje kada se vlažan i topao zrak giba iznad vrlo hladne vode ili kada temperatura zraka vrlo brzo opada s povećanjem visine.

Provjera učinkovitosti motrenja u najtežim uvjetima
Nastaju li takvi uvjeti na Jadranu, gdje, kada i koliko traju, pitanja su na koja mogu općenito odgovoriti meteorolozi, no konačni odgovori mogu se dobiti samo sinkroniziranim, multidisciplinarnim ispitivanjima na vjerojatnim područjima nastanka takvih anomalija uzduž Jadrana. Podaci o učestalosti oborina na Jadranu, praćenje pojavnosti vjetrova, njihova smjera i intenziteta te rezultirajućih valovitosti mora i druga meteorološka višegodišnja praćenja stanja atmosfere i mora na Jadranu, objavljena su u raznim stručnim publikacijama meteorološke struke u Hrvatskoj. Jadransko more je karakteristično po intenzivnoj ciklonalnoj aktivnosti, osobito u zimskom razdoblju, iznad kojega pušu vjetrovi različitih smjerova i intenziteta. Najčešće površinske valove na Jadranu uzrokuju bura i jugo tijekom jeseni i zime, te sjeverozapadni vjetar u ljetnom razdoblju. Visine valova na Jadranskom moru mnogo su veće po jugu nego buri pri istoj brzini i trajanju vjetra.

S obzirom na učestalost, trajanje i rezultirajuću valovitost površine mora, jugo je dominantan vjetar na Jadranu i stoga najzanimljiviji pri prognoziranju djelotvornosti obalne radarske mreže motrenja plovnih objekata tijekom godine. Učestalost pojavljivanja juga povećava se od sjevernog prema južnom dijelu Jadrana. Najčešće puše na južnom dijelu Jadrana gdje postiže i najveće brzine. Jugo puše po nekoliko dana ujednačenom brzinom od oko 36 km/sat, a često postiže i olujni karakter uz brzine oko 100 km/sat. Jugo također često prati umjerena do jaka ili pljuskovita kiša. Jako jugo pobuđuje velike valove na otvorenom moru, djelujući iz južnog kvadranta, dok sve bliže obali puše iz jugoistočnog kvadranta.
Na temelju poznatih činjenica o jugu na Jadranu i statističkih podataka o učestalosti njegove pojave, može se s visokom razinom vjerojatnosti prognozirati razdoblja dobre, slabije i najslabije učinkovitosti pojedinog obalnog radara na određenom mikro području.

Iz ostalih raspoloživih podataka za buru, maestral i druga stanja u atmosferi koja su relevantna za prostiranje elektromagnetnih valova, mogu se izraditi godišnje radarske prognoze i posebne prognoze vezane za niz različitih uvjeta, stupnjevanih i vremenski koordiniranih. Takve su spoznaje bitne pri upravljanju i nadziranju pomorske situacije na prostranstvima hrvatskoga mora. Vrijednosti dometa određenog radara izračunane radarskom jednadžbom nemoguće je provjeriti eksperimentalno u stvarnim uvjetima s nekom očekivanom točnošću. Teško je odrediti precizno sve bitne čimbenike koji bi trebali biti uključeni u radarsku jednadžbu, a još problematičnije je ustanoviti set nadziranih, realističnih eksperimentalnih uvjeta u kojima bi se provjeravali proračuni dometa radara.

Zbog toga i nije vrijedno truda inzistirati na visokoj preciznosti određenih parametara u radarskoj jednadžbi. No, ukoliko kupac zahtijeva određeni domet radara, proizvođač ga mora osigurati, i to najčešće dodavanjem faktora sigurnosti na domet izračunan za povoljne uvjete. Jasno, veći faktor sigurnosti povećava cijenu radara, što nije uvijek preporučljivo, posebice kada se radi o natječaju s više ponuđača. U slučaju uspostavljanja mreže “more” s radarima, u koje je “instaliran” faktor sigurnosti, trebalo bi sustavnim ispitivanjima u svim mogućim prirodnim okolnostima na mikrolokacijama svakog radara provjeriti i dokazati deklarirana postignuća proizvođača. Naime, projektanti pri razvoju radara pretpostavili su prosječne svjetske normative za visine valova, brzine vjetrova, intenzitete padalina i slično, koji se vjerojatno bitno razlikuju od različitih lokacija.

Vili KEZIĆ