رادارهای نظامی چگونه کار می‌کنند؟

باشگاه خبرنگاران جوان - در نبرد‌های مدرن که تهدیدات هواپایه از پهپاد‌های انتحاری پنهان‌کار تا موشک‌های کروز و بالستیک آسمان را تسخیر کرده‌اند، رادار‌ها به عنوان چشمان پدافند مرز میان بقا و نابودی را تعیین می‌کنند.

وقتی به سیستم‌های پدافندی نگاه می‌کنیم متوجه پای ثابت رادار به عنوان چشمان پدافند در عرصه نبرد‌های مدرن می‌شویم: در میان سکوت سنگین افسران پدافند، تنها حرکت یک خط سبز رنگ روی نمایشگرهاست که مرز میان امنیت و نفوذ را تعیین می‌کند.

در نبرد‌های نظامی مدرن، پیروزی در آسمان بدون تسلط همه‌جانبه بر زمین غیرممکن است و این تسلط، بر دوش سامانه‌هایی قرار دارد که آنها را با نام رادار می‌شناسیم.

این سامانه‌های پیچیده، خط مقدم پدافند هوایی و ستون فقرات هشدار زودهنگام در برابر جنگنده‌ها، پهپاد‌ها و موشک‌های کروز و بالستیک محسوب می‌شوند. با توجه به گسترش تهدیدات هواپایه در نبرد‌های قرن بیست و یکم، درک اینکه این شبکه‌های راداری چگونه آسمان را رصد می‌کنند، برای شناخت معادلات قدرت در جهان امروز ضروری است. در ادامه، به تشریح فناوری رادار و تفاوت‌های بنیادین آن در دو عرصه نظامی و غیرنظامی پرداخته‌ایم.

سازوکار فنی و تخصصی عملکرد رادار‌های زمین‌پایه

کلمه رادار (RADAR) در ادبیات مهندسی نظامی، مخفف عبارت RAdio Detection And Ranging به معنای شناسایی و فاصله‌یابی رادیویی است.

از منظر فنی، رادار یک سیستم الکترومغناطیسی فعال است که با انتشار امواج رادیویی یا مایکروویو به فضا و دریافت بازتاب آنها، داده‌های حیاتی از جمله موقعیت سه‌بعدی، سرعت، جهت حرکت و حتی سطح مقطع راداری اهداف را استخراج می‌کند.

یک سیستم راداری زمین‌پایه در ساختار کلاسیک و مدرن خود از چند بخش اصلی و درهم‌تنیده تشکیل شده است: نوسان‌ساز، فرستنده، آنتن، گیرنده و پردازشگر سیگنال.

در ابتدا، فرستنده رادار پالس‌های قدرتمندی از انرژی الکترومغناطیسی تولید می‌کند. در رادار‌های پیشرفته پدافندی، از شکل‌موج‌های بسیار پیچیده با فرکانس‌های متغیر برای فریب دشمن و افزایش دقت استفاده می‌شود. این انرژی عظیم از طریق یک قطعه کلیدی به نام داپلکسر به آنتن هدایت می‌شود. داپلکسر در واقع نقش یک سوییچ فوق‌سریع را بازی می‌کند که در کسری از میکروثانیه، ارتباط آنتن را بین مدار فرستنده و گیرنده قطع و وصل می‌کند. این کار ضروری است، زیرا اگر توان مگاواتی فرستنده مستقیماً به گیرنده بسیار حساس رادار وارد شود، مدار‌های آن را به خاکستر تبدیل می‌کند.

آنتن رادار زمین‌پایه، این امواج را به صورت یک پرتو بسیار متمرکز (مانند نور یک چراغ‌قوه لیزری) در فضا منتشر می‌کند. هنگامی که این امواج به یک شیء پرنده برخورد می‌کنند، در جهات مختلف پراکنده می‌شوند و بخش بسیار کوچکی از این انرژی الکترومغناطیسی در مسیر معکوس به سمت آنتن بازمی‌گردد که در اصطلاح فیزیک به آن پژواک (Echo) می‌گویند. گیرنده رادار این سیگنالِ به شدت ضعیف‌شده را دریافت کرده و پس از تقویت اولیه، به واحد پردازشگر ارسال می‌کند.

اما در سامانه‌های پدافند هوایی، دانستن فاصله به تنهایی کافی نیست؛ رادار‌های نظامی باید سرعت و مسیر حرکت پرتابه دشمن را نیز در لحظه محاسبه کنند تا موشک‌های رهگیر بتوانند در یک نقطه تقاطع با آن درگیر شوند.

این محاسبات با بهره‌گیری از پدیده فیزیکی اثر داپلر انجام می‌شود. اگر هدف متخاصم به سمت سایت رادار حرکت کند، فرکانس موج بازگشتی فشرده‌تر و بیشتر می‌شود و اگر از رادار دور شود، فرکانس کاهش می‌یابد.

امروزه، رادار‌های آرایه فازی فعال (AESA) استاندارد طلایی و بی‌رقیب رادار‌های زمین‌پایه نظامی هستند. این سامانه‌ها به جای استفاده از یک آنتن چرخان مکانیکی و آسیب‌پذیر، از هزاران ماژول گیرنده/فرستنده کوچک و ثابت تشکیل شده‌اند. این معماری به رادار اجازه می‌دهد تا پرتو‌های الکترومغناطیسی را به صورت کاملاً الکترونیکی و در کسری از هزارم ثانیه در آسمان تغییر جهت دهد و همزمان هزاران هدف در حال مانور را رهگیری کرده و همزمان با چند موشک پدافندی ارتباط برقرار کند.

عملکرد رادار به زبان ساده

برای درک بهتر این مکانیزم پیچیده، تصور کنید در تاریکی مطلقِ یک دره کوهستانی و وسیع ایستاده‌اید و می‌خواهید بدانید دیواره کوه روبه‌رو چقدر از شما فاصله دارد و آیا سنگی در حال ریزش به سمت شما هست یا خیر. شما به دلیل تاریکی نمی‌توانید چیزی ببینید، بنابراین با صدای بلند فریاد می‌زنید. صدای شما در فضا حرکت می‌کند، به دیواره کوه برخورد کرده و به شکل یک پژواک به گوش شما برمی‌گردد.

اگر پژواک خیلی زود به گوشتان برسد، بلافاصله می‌فهمید که صخره به شما نزدیک است و اگر بازگشت صدا چند ثانیه طول بکشد، یعنی مانع دورتر است. رادار نیز دقیقا همین کار را انجام می‌دهد؛ با این تفاوت اساسی که به جای امواج صوتی که بسیار کند هستند و برد کمی دارند، از امواج نامرئی رادیویی استفاده می‌کند که با سرعت نور حرکت می‌کنند.

رادار در واقع به سمت آسمان فریاد می‌کشد (ارسال پالس امواج)، سپس برای کسر کوچکی از ثانیه سکوت کرده و با دقت گوش می‌دهد (دریافت پژواک). سیستم از روی زمان بازگشت این موج نامرئی، فاصله پرنده را می‌فهمد و از روی تغییر لحن و زیر و بمی موج بازگشتی (همان اثر داپلر)، متوجه می‌شود که آیا آن شیء با سرعت در حال نزدیک شدن به ماست یا دارد دور می‌شود.

خط مقدم تمایز؛ تفاوت رادار نظامی و غیرنظامی

یکی از سوالات پرتکراراین است که رادار کنترل ترافیک هوایی یک فرودگاه مسافربری چه تفاوتی با رادار یک سامانه پدافند موشکی دارد؟ پاسخ به این پرسش در مفاهیمی، چون محیط متخاصم، بقاء در میدان نبرد، جنگ الکترونیک و پنهان‌کاری نهفته است.

نخستین تفاوت در میزان همکاری هدف است. در رادار‌های غیرنظامی و تجاری، هواپیما‌های مسافربری دارای دستگاهی به نام ترانسپوندر هستند. وقتی رادار فرودگاه سیگنالی می‌فرستد، ترانسپوندر هواپیما آن را دریافت کرده و یک سیگنال قدرتمندِ حاوی اطلاعات کامل پرواز، ارتفاع و هویت هواپیما مخابره می‌کند. هدف در اینجا کاملاً با رادار همکاری می‌کند.

اما در حوزه نظامی، جنگنده متخاصم نه تنها اطلاعاتی مخابره نمی‌کند، بلکه با استفاده از طراحی هندسی و مواد جاذب امواج (تکنولوژی پنهان‌کاری یا Stealth)، تلاش می‌کند امواج رادار را جذب کرده یا به جهات دیگر منحرف کند تا کمترین پژواکی به رادار زمین‌پایه برنگردد.

رادار نظامی باید آن‌قدر قدرتمند و از نظر پردازش سیگنال پیشرفته باشد که بتواند از ضعیف‌ترین بازتاب‌ها (حتی بازتاب پره‌های موتور جنگنده دشمن) یک تصویر دقیق بسازد.

دومین تفاوت استراتژیک، مقاومت در برابر جنگ الکترونیک (EW) است. رادار‌های تجاری در محیطی ایزوله با فرکانس‌های مشخص و استاندارد بین‌المللی کار می‌کنند. اما رادار نظامی در یک جهنم واقعی از جنگ الکترونیک فعالیت می‌کند. هواگرد‌های دشمن با استفاده از غلاف‌های جنگ الکترونیک، نویز‌های مگاواتی و سیگنال‌های فریب‌دهنده روی فرکانس رادار می‌فرستند تا آن را کور کنند.

به همین دلیل، رادار‌های نظامی زمین‌پایه به قابلیت‌های ضد-ضدالکترونیکی (ECCM) مجهز هستند. آنها می‌توانند در یک ثانیه، فرکانس کاری خود را هزاران بار تغییر دهند تا سیستم‌های جنگ الکترونیک دشمن نتوانند روی فرکانس آنها قفل کرده و اخلال ایجاد کنند.

سومین ویژگی متمایزکننده، بحث تحرک‌پذیری و بقاء است. روشن شدن یک رادار نظامی با توان خروجی بالا، مانند روشن کردن یک پروژکتور قدرتمند در یک دشت تاریک است؛ بلافاصله همه متوجه حضور شما می‌شوند. به محض انتشار امواج، حسگر‌های دشمن موقعیت سایت راداری را کشف کرده و موشک‌های ضد رادار را به سمت آن شلیک می‌کنند. دکترین بقاء ایجاب می‌کند که رادار زمین‌پایه نظامی پس از چند دقیقه اسکن آسمان، در کمتر از ۵ دقیقه جمع‌آوری شده و مکان خود را تغییر دهد (تاکتیک شلیک و فرار). این سطح از تحرک در رادار‌های ثابت هواشناسی یا فرودگاهی اصلاً وجود ندارد.

در نهایت، تفاوت در توانایی تفکیک اهداف است. یک رادار پدافندی زمین‌پایه باید بتواند بازتاب‌های مزاحم سطح زمین مانند انعکاس امواج از کوه‌ها، جنگل‌ها و ساختمان‌ها را فیلتر کند و یک موشک کروز که در ارتفاع ده متری سطح زمین پرواز می‌کند را از پس‌زمینه شلوغ زمین تشخیص دهد؛ عملیاتی به شدت پیچیده که نیازمند الگوریتم‌های پردازشی سنگین است و در رادار‌های غیرنظامی کاربردی ندارد.

رادار‌ها از آنتن‌های چرخان و ساده گذشته، امروز به ابرکامپیوتر‌هایی با توانایی پردازش کوانتومی و هوش مصنوعی تبدیل شده‌اند. آنها دیگر صرفاً حسگر‌های هشداردهنده نیستند و عنصر اصلی تصمیم‌گیری در شبکه‌های یکپارچه پدافند هوایی محسوب می‌شوند.

در نبرد‌های آینده که با پرتابه‌های هایپرسونیک و دسته‌های انبوه پهپاد‌های سوارمی گره خورده است، برتری در میدان نبرد متعلق به ارتشی است که رادار‌های آن بتوانند سریع‌تر ببینند، دقیق‌تر پردازش کنند و در برابر اخلالگران الکترونیکی، کور نشوند.

منبع: فارس