موضوع شامل عن رادار AESA المتقدم مصفوفة المسح الإلكتروني النشط AESA

[ابو مهند الزهراني]

AESA
(Active Electronically Scanned Array)

رادار المصفوفة الممسوحة إلكترونياً بنشاط وهي من الجيل المتقدم من أنظمة الرادار المستخدمة في المقاتلات الحديثة والسفن
وتتميز بالآتي:
السرعة والدقة
بدلاً من تحريك "طبق" الرادار ميكانيكياً
يتم توجيه حزم الرادار إلكترونياً في أجزاء من الثانية
مما يسمح بتتبع أهداف متعددة في وقت واحد

تعدد المهام
يمكن للرادار البحث عن أهداف جوية، ورسم خرائط أرضية، والقيام بمهام الحرب الإلكترونية في آن واحد

صعوبة الكشف
تمنح هذه التقنية الطائرات ميزة "التخفي الإشعاعي" لصعوبة رصد إشاراتها من قبل أنظمة تحذير العدو

الاعتمادية
يتكون الرادار من مئات الوحدات الصغيرة (T/R modules)
فإذا تعطلت بعضها، يستمر الرادار في العمل بكفاءة عالية

لعقود طويلة، كانت إحدى السمات الرئيسية لمعظم الرادارات البرية والبحرية والجوية هي استخدام هوائي متحرك

كانت الحركة الميكانيكية ضرورية
إما لمسح منطقة من التضاريس أو البحر أو السماء، أو لتوجيه الرادار إلى هدف محدد

في حالة الرادارات المحمولة جواً، كان هذا الهوائي المتحرك يُوضع إما داخل قبة رادار

أو داخل قبة دوارة بطيئة الدوران

ورغم أن العديد من الرادارات المحمولة جواً الحديثة لا تزال تستخدم هذا النوع من الهوائيات
فإن التصاميم التي تمثل أحدث التقنيات تستخدم مصفوفات ممسوحة إلكترونياً قادرة على تشكيل وتوجيه حزم الرادار الخاصة بها

تتصل أقسام الإرسال والاستقبال عالية الطاقة في الرادار ذي المسح الميكانيكي بالهوائي
عبر موجهات موجية أو أنظمة تغذية مماثلة تتضمن جزءًا مرنًا يسمح بحركة الهوائي

وتتسبب هذه التقنية في فقدان الإشارة أثناء انتقال خرج جهاز الإرسال إلى الهوائي
وفقدان إضافي أثناء انتقال الإشارة المستقبلة من الهوائي إلى مستقبل الرادار.

يُتيح بناء هوائي على شكل مصفوفة من الوحدات توجيه الشعاع إلكترونيًا

في البداية، كان يتم ذلك بإنشاء مصفوفة مسح ضوئي سلبي متصلة بأنظمة فرعية تقليدية للإرسال والاستقبال
لكن الرادارات التي تستخدم تقنية مصفوفة المسح الإلكتروني السلبي (PESA) كانت لا تزال تعاني من فقدان الإشارة، وتواجه مشاكل الموثوقية المرتبطة عادةً بأجهزة الإرسال عالية الطاقة.

في مصفوفة PESA، تتمثل الوظيفة الأساسية للوحدات في توليد تأخيرات الطور اللازمة لإنشاء الشعاع. أما في مصفوفة المسح الإلكتروني النشط (AESA)
فتتولى كل وحدة إرسال/استقبال (TR) حصتها من وظائف توليد الطاقة والاستقبال، مما يُزيل فقدان الإشارة الناتج عن مسار الإشارات من وإلى الهوائي.

في بعض الحالات، يتم تصميم رادار AESA "من الصفر" كعنصر جديد تمامًا
ولكن هناك مسار بديل يتمثل في استبدال الهوائي وأجزاء الإرسال والاستقبال لرادار موجود بأجهزة AESA جديدة، ولكن مع الاحتفاظ بالأنظمة الفرعية "الخلفية" التي تعالج الإشارات المستلمة.

تتمثل إحدى المشكلات المحتملة للهوائيات الممسوحة إلكترونيًا في أنها قد تعمل كسطح عاكس، مما يزيد من المقطع العرضي الراداري للطائرة المقاتلة. يتمثل أحد الحلول في إمالة المصفوفة، ولكن نظرًا لانخفاض أداء المصفوفات الممسوحة إلكترونيًا ضد الأهداف البعيدة عن خط الرؤية، فإن أداء الرادار ضد الأهداف القادمة من الأمام مباشرةً سيتأثر سلبًا. بعض الرادارات، مثل CAPTOR-E (الموجود على طائرة يوروفايتر تايفون) وES-05 Mk 5 (الموجود على طائرة JAS 39 غريبن E/F)، مُجهزة بآلية إعادة تموضع تُمكنها من توجيه المصفوفة نحو منطقة الاهتمام، بما في ذلك الزوايا الحادة بعيدًا عن محور الطائرة.

رادارات AN/APG​

كانت أولى الطائرات المقاتلة العملياتية المزودة برادار AESA عبارة عن دفعة من 16 طائرة من طراز F-15C تم نشرها في قاعدة إلمندورف الجوية أواخر عام 1999. وقد زُودت هذه الطائرات برادار Raytheon AN/APG-63(V)2، الذي احتوت هوائياته على أكثر من 1000 وحدة إرسال/استقبال، وقدم أداءً يتناسب بشكل أفضل مع قدرات صاروخ AIM-120 متوسط المدى جو-جو. كما وفر هذا الرادار وظيفة التعرف على الأهداف غير المتعاونة (NCTR).

باستخدام وحدة إرسال/استقبال محسّنة طُوّرت لرادار AN/APG-79، بالإضافة إلى وحدة تزويد طاقة جديدة للمصفوفة، أمكن تصنيع رادار AN/APG-63(V)3 اللاحق أخف وزنًا من رادار (V)2. بدأ تطوير النظام في عام 2008، ويُستخدم رادار (V)3 حاليًا في بعض طائرات F-15 التابعة للقوات الجوية الأمريكية والحرس الوطني الجوي. ومن بين المستخدمين الآخرين المملكة العربية السعودية وسنغافورة. كما سيُستخدم رادار (V)3 في مقاتلات F-15QA التي طلبتها قطر للتسليم في عام 2022.

يعتمد رادار نورثروب غرومان/رايثيون AN/APG-77، المُثبّت على طائرة لوكهيد مارتن F-22، على مصفوفة هوائيات تضم 1500 وحدة إرسال/استقبال، ويستخدم مكونات الحاسوب الخاصة بالطائرة بدلاً من وحدات الاستبدال الخطية (LRUs) المُخصصة والمثبتة على الرادار لمعالجة الإشارات والبيانات. دخل الرادار الخدمة بنمط جو-جو فقط، ولكن تم إدخال نمطي رادار SAR وMTI جو-أرض بواسطة رادار AN/AGP-77(V)1 المُثبّت على طائرات الدفعة الخامسة.

كانت الدفعة الأولى من طائرات إف/إيه-18إي/إف سوبر هورنت مزودة برادار رايثيون متعدد الأوضاع AN/APG-73 ذي المسح الميكانيكي، إلا أن النسخة المطورة (Block 2) من الطائرة قدمت هيكلاً أمامياً محسناً (EFF) مصمماً لاستيعاب رادار رايثيون AN/APG-79، الذي يستخدم مصفوفة AESA مكونة من 1100 وحدة إرسال/استقبال. يعمل رادار AN/APG-79 على نطاق ترددي أوسع من رادار AN/APG-73، ما يمنحه مرونة عالية في التردد. صُممت نسخة AN/APG-79(V)X، التي أُعلن عنها عام 2005، لتكون متوافقة مع طائرتي إف-18سي وإف-18دي، ويمكن استخدامها لتحديث هاتين الطائرتين الأقدم. يتميز هذا الرادار بمدى جو-جو أكبر من مدى رادار AN/APG-65 الأصلي، كما يمكنه تنفيذ مهام جو-جو وجو-أرض في آن واحد.

في عام 2014، أعلنت شركة رايثيون عن رادار AN/APG-79(V)4، وهو نسخة ذات مصفوفة AESA أصغر قطرًا متوافقة مع مقدمة طائرات F-18 القديمة، مع احتفاظها بالجزء الخلفي المُثبت لرادار المواصفات الكاملة. اختُتمت اختبارات الطيران في عام 2015، وفي عام 2019، فازت الشركة بعقد لتركيب رادار (V)4 على طائرات F/A-18C/D المقاتلة التابعة لسلاح مشاة البحرية الأمريكية.

طُوّرت طائرات إف-16 إي (ذات المقعد الواحد) وإف-16 إف (ذات المقعدين) من طراز ديزرت فالكون لصالح دولة الإمارات العربية المتحدة، وهي مُجهزة برادار نورثروب غرومان إيه إن/إيه بي جي-80 إيه إي إس إيه. ووفقًا لشركة نورثروب غرومان، يتميز هذا الرادار بمدى كشف أكبر بكثير وموثوقية أعلى بمرتين مقارنةً بالرادارات ذات المسح الميكانيكي.

يُعدّ رادار نورثروب غرومان AN/APG-81 ثنائي الوضع، المُصمّم للطائرة إف-35، جزءًا من منظومة استشعار متكاملة تشمل نظام نورثروب/لوكهيد للاستهداف الكهروضوئي (EOTS). يحتوي نظام الترددات الراديوية المتكامل/مصفوفة الأنف متعددة الوظائف على 1200 وحدة إرسال/استقبال، ويعمل كفتحة متعددة الوظائف (MFA) تُؤدّي وظائف الرادار التقليدية جو-جو وجو-أرض، بالإضافة إلى مجموعة كاملة من وظائف الحرب الإلكترونية. ويُرجّح أن يكون هذا الأخير أول مثال على رادار مُثبّت على طائرة مقاتلة مُزوّد بوظيفة الهجوم الإلكتروني.

أدى التحديث الجذري لرادار AN/APG-63 إلى ظهور تصميم يعتمد على مصفوفة المسح الإلكتروني النشط (AESA)، عُرف في الأصل باسم AN/APG-63(V)4، ثم أُعيد تسميته لاحقًا إلى AN/APG-82. ومن المتوقع أن يحل هذا الرادار محل رادار AN/APG-70 الحالي في طائرات F-15E التابعة لسلاح الجو الأمريكي، حيث يجمع بين هوائي ومصدر طاقة AN/APG-63(V)3 مع جهاز استقبال/مُثير راداري ومعالج استشعار متكامل مشترك، يعتمد على مكونات مشابهة لتلك المستخدمة في AN/APG-79. وتهدف مرشحات التردد القابلة للضبط الجديدة للرادار إلى تمكين الطائرة من تشغيل أنظمة الرادار والحرب الإلكترونية في آنٍ واحد، كما يُفترض أن يسمح الرادار بالتشغيل المتزامن تقريبًا لبعض أنماط رادار جو-جو وجو-أرض.

AN: تشير إلى "Army-Navy" (الجيش والبحرية)
وهو بادئة قياسية لجميع الأنظمة الإلكترونية العسكرية الأمريكية

A: تعني "Airborne" (محمول جواً)، أي أن الجهاز مثبت على طائرة.

P: تعني "Radar" (رادار)
G: تعني "Fire Control" (التحكم في النيران) أو "Search and Directing" (البحث والتوجيه)

ببساطة
AN/APG تعني رادار التحكم في النيران المحمول جواً.

 

[ابو مهند الزهراني]

عندما كُشف النقاب عنها لأول مرة
مثّلت أنظمة المصفوفة الممسوحة إلكترونيًا النشطة (AESA) قفزة نوعية في تكنولوجيا الرادار

ولكن مع ازدياد تطور أنظمة الحرب الإلكترونية وازدياد أهميتها في الحفاظ على التفوق العسكري

فماذا يخبئ المستقبل لأنظمة AESA؟
دعونا نستكشف كيف تعمل هذه التكنولوجيا المذهلة وكيف يُمكن توقع تطورها في المستقبل القريب.

ما هو جهاز AESA؟​

تُعتبر المصفوفات الممسوحة إلكترونياً النشطة نظاماً للمصفوفات الطورية
وهي تتكون من مجموعة من الهوائيات التي تُشكّل حزمة من الموجات الراديوية
التي يمكن توجيهها في اتجاهات مختلفة دون تحريك الهوائيات نفسها فعلياً.
ويُستخدم هذا النوع من التقنية بشكل أساسي في أنظمة الرادار.

يمكن تتبع تطور تقنية ASEA إلى أوائل الستينيات مع تطوير رادار المصفوفة الممسوحة إلكترونيًا السلبي (PESA)
وهو نظام إلكتروني يعمل بتقنية الحالة الصلبة، ويستقبل إشارة من مصدر واحد
ويستخدم وحدات تغيير الطور لتأخير أجزاء معينة من الإشارة بشكل انتقائي، مع السماح لأجزاء أخرى بالانتقال دون تأخير.

ويمكن أن ينتج عن إرسال الإشارة بهذه الطريقة إشارات ذات أشكال مختلفة
مما يؤدي فعليًا إلى توجيه حزمة الإشارة في اتجاهات مختلفة. ويُشار إلى هذه العملية أحيانًا باسم توجيه الحزمة.

طُوّرت أنظمة الرادار المحسّن إلكترونياً (AESA) الأولى في ثمانينيات القرن الماضي
وتميزت بالعديد من المزايا مقارنةً بأنظمة الرادار المحسّن إلكترونياً (PESA) الأقدم.

فعلى عكس نظام PESA الذي يستخدم وحدة إرسال/استقبال واحدة، يستخدم نظام AESA العديد من وحدات الإرسال/الاستقبال المتصلة بعناصر الهوائي، مما يُمكّنه من إنتاج حزم رادار متعددة ومتزامنة بترددات مختلفة.

تُستخدم أنظمة AESA حاليًا على العديد من المنصات العسكرية المختلفة
بما في ذلك الطائرات العسكرية والطائرات بدون طيار، لتوفير وعي ظرفي فائق.

أهم 4 مزايا لتقنية AESA

1. مقاومة التشويش الإلكتروني
من أهم مزايا نظام الرادار ذي المصفوفة النشطة إلكترونيًا (AESA) مقاومته العالية لتقنيات التشويش الإلكتروني.
عادةً ما يتم التشويش على الرادار عن طريق تحديد التردد الذي يبث به رادار العدو، ثم إرسال إشارة على نفس التردد لتضليله.
مع مرور الوقت، طور المهندسون طريقة لمواجهة هذا النوع من التشويش
من خلال تصميم أنظمة رادار قادرة على تغيير ترددها مع كل نبضة.

ولكن مع تطور الرادار، تطورت تقنيات التشويش أيضًا
فبالإضافة إلى تغيير الترددات، تستطيع أنظمة AESA توزيع الترددات عبر نطاق واسع
حتى ضمن النبضات الفردية
وهي تقنية رادار تُعرف باسم "التردد المتغير.
هذا المزيج من الخصائص يجعل التشويش على نظام AESA أصعب بكثير من أنواع الرادار الأخرى.

2. انخفاض الاعتراض​

تتميز أنظمة الرادار الإلكتروني النشط (AESA) بانخفاض احتمالية اعتراضها
من قِبل أجهزة استقبال الإنذار الراداري المعادية (RWR).
يسمح جهاز RWR للطائرة أو المركبة بتحديد لحظة اصطدام شعاع راداري من مصدر خارجي بها.

وبذلك
يمكنه أيضًا تحديد نقطة انطلاق الشعاع، وبالتالي موقع العدو

تُعد أنظمة AESA فعالة للغاية في التغلب على أجهزة RWR.
نظرًا لأن "النبضات" المذكورة أعلاه تتغير تردداتها بسرعة كبيرة، وبتسلسل عشوائي تمامًا
يصبح من الصعب جدًا على جهاز RWR Radar warning receiver استقبال الإنذار الراداري

تحديد ما إذا كان شعاع رادار AESA إشارة رادار فعلية
أم مجرد جزء من إشارات الراديو "الضوضاء البيضاء" المحيطة الموجودة في جميع أنحاء العالم.

3. زيادة الموثوقية
ومن المزايا الأخرى لاستخدام أنظمة AESA أن كل وحدة تعمل بشكل مستقل
لذا فإن أي عطل في وحدة واحدة لن يؤثر بشكل كبير على أداء النظام ككل.
كما يمكن استخدام تقنية AESA لإنشاء روابط بيانات عالية النطاق الترددي بين الطائرات والأنظمة الأخرى المجهزة بها.

4. إمكانية الوضع المتعدد
تدعم تقنية الرادار هذه أيضًا أوضاعًا متعددة تسمح للنظام بالقيام بمجموعة واسعة من المهام، بما في ذلك:

1. رسم شعاع حقيقي
2. رسم الخرائط باستخدام رادار الفتحة التركيبية (SAR)
3. البحث على سطح البحر
4. تحديد وتتبع الأهداف المتحركة على الأرض
5. البحث والتتبع جواً

التحديات​

كما هو الحال مع معظم التقنيات، يواجه المصنّعون بعض التحديات أثناء تطوير تقنية رادار AESA.
وتشمل أبرز هذه التحديات الطاقة والتبريد والوزن والسعر.

لحسن الحظ، تحققت بالفعل تطورات (وما زالت مستمرة) مع استمرار تحسن التكنولوجيا.

فعلى سبيل المثال
انخفض وزن هذه الرادارات بأكثر من النصف خلال السنوات القليلة الماضية، إلى جانب انخفاض حجمها.
وهذا يسمح بتركيب رادار AESA في مناطق أخرى غير مقدمة الطائرة.
وسيتمكن الرادار من التوجيه في اتجاهات متعددة، مما يوفر رؤية أوسع.

مستقبل AESA​

كما ذكرنا بإيجاز، مع تطور تقنية الرادار ذي المسح الإلكتروني النشط (AESA)
أصبحت أصغر حجماً وأقل تكلفة. وقد مكّن هذا العديد من الدول من دمج هذه التقنية في الأنظمة القديمة على الأرض وفي البحر والجو.

في عام 2016، تصدّرت شركة رايثيون عناوين الأخبار في عالم تكنولوجيا الدفاع بإطلاقها ترقية نظام باتريوت™ للدفاع الجوي والصاروخي، القائمة على تقنية نيتريد الغاليوم (GaN)، وذلك خلال معرض جمعية الجيش الأمريكي الشتوي. ومنذ ذلك الحين، أكمل النظام بنجاح 1000 ساعة تشغيل. وبربط نظامين من هذه الأنظمة المطوّرة في اتجاهين متعاكسين، يُمكنهما تغطية نطاق كامل بزاوية 360 درجة.

تُضيف دول العالم رادارات AESA إلى طائراتها وسفنها العسكرية، ويتسابق المقاولون في جميع أنحاء العالم لتلبية هذا الطلب. تعاقدت الهند مؤخرًا مع شركة إسرائيلية لتزويد أسطولها من طائرات جاغوار المقاتلة بأنظمة رادار AESA جديدة. ورغم قدم هذه الطائرات، فإن دمج قدرات رادار AESA سيُمكّنها، إلى جانب الطائرات القديمة الأخرى، من الحفاظ على أهميتها في عالم تزداد فيه أهمية الحرب الإلكترونية. باختصار: بدون رادار AESA، تصبح الجيوش التقليدية الحديثة متقادمة. لم يعد الأمر اختياريًا، وسيزداد انتشاره مع مرور الوقت.

ما هي مزايا رادار AESA؟​

يُنظر إلى التحول نحو تقنية رادار AESA في القوات الجوية الحديثة على أنه استجابة لاحتياجات عملياتية حقيقية.
وبالمقارنة مع الأنظمة القديمة، يوفر رادار AESA سلسلة من المزايا التكتيكية واللوجستية
التي تؤثر بشكل مباشر على فعالية المهمة وقدرتها على البقاء.

ما هي مصفوفة المسح الإلكتروني النشط أو AESA؟​

هي نظام مصفوفة طورية يمكن فيه توجيه حزمة الإشارات إلكترونيًا في أي اتجاه
دون تحريك الهوائي فعليًا.

يتكون الهوائي من مصفوفة من مصفوفة من الهوائيات الصغيرة، لكل منها تغذية منفصلة.

يتم توجيه الحزمة إلكترونيًا عن طريق التحكم في طور الموجات الراديوية المرسلة والمستقبلة
بواسطة كل عنصر من عناصر الإشعاع المتعددة في الهوائي.

تتيح طبيعة المسح التي يتم التحكم فيها رقميًا لمصفوفة المسح الإلكتروني النشط (AESA)
مسح أي اتجاه بسرعة مقارنةً بالرادار الذي يتم مسحه ميكانيكيًا
والذي يكون مداه محدودًا بالاتجاه الذي يواجهه ومدى سرعة دوران محركاته
تُستخدم مصفوفات المسح الإلكتروني النشط (AESA) بشكل أساسي في الرادارات
حيث توفر قدرات لا مثيل لها في الكشف والاستهداف والتتبع والحماية الذاتية

في مصفوفات المسح الإلكتروني النشط
يمتلك كل عنصر وحدة إرسال/استقبال خاصة به، مما يجعل هذا النظام أكثر موثوقية
إذ أن تعطل عنصر واحد لا يؤثر على عمل النظام.


يُعدّ كلٌّ من الجيل الخامس (5G) والرادارات من التطبيقات الرئيسية للمصفوفات الممسوحة إلكترونيًا النشطة.

تستخدم تقنية الجيل الخامس تقنية توجيه الحزمة التي تعمل باستخدام تقنية AESA لزيادة الإنتاجية وتقديم معدلات البيانات العالية المطلوبة.

لا تحتاج الرادارات التي تستخدم تقنية AESA إلى توجيه ميكانيكي، كما أنها تحتوي على أجزاء متحركة أقل، مما يزيد من عمرها الافتراضي ويقلل من تكاليف صيانتها. إضافةً إلى المزايا المادية، فإن رادارات AESA أقل عرضةً للتشويش الإلكتروني. تستخدم الرادارات التقليدية نفس التردد لبث الإشارات، وهو ما يحدده المشوشون ويرسلون إشارةً بنفس التردد لتضليل مستقبل الرادار. أما رادارات AESA فتستخدم تقنية تُسمى "التردد المتغير"، حيث تُرسل الإشارات عبر نطاق واسع من الطيف، مما يُصعّب على المشوشين التشويش على نظام AESA. تتميز رادارات AESA أيضًا بانخفاض معدل اعتراضها، نظرًا لعدم وجود تردد تكرار نبضي ثابت، مما يقلل من بصمة الرادار الهوائي، وبالتالي يُصعّب تتبعه. لذلك، تُستخدم هذه الرادارات غالبًا في بناء رادارات على طائرات القوات الجوية.