General Dynamics F 16 Fighting Falcon1 Dossier

S400Onzichtbaarheid heeft ons altijd gefascineerd. Al in het Nibelungenlied leren we de dwerg Alberik kennen, die een mantel had waardoor hij onzichtbaar werd. Siegfried nam hem die mantel af. Onkwetsbaarheid is een even spannend thema. Ook dat komt in de Nibelungensaga voor. Siegfried werd onkwetsbaar door te baden in het bloed van een draak die hij verslagen had. Bij dat bad was echter een lindeblad op zijn rug blijven kleven en daardoor had hij daar een verwondbare plek.

Uiteraard hadden en hebben vooral de militairen sterke interesse voor zowel onzichtbaarheid als onkwetsbaarheid. Sommigen denken nu dat ze zoiets gevonden hebben: de F-35 van Lockheed Martin.

Onzichtbaar

Nu is uiteraard niets echt onzichtbaar. Zeker geen voorwerp van een kleine dertig ton dat zich met hoge snelheid door lucht beweegt. Men kan detectie nooit echt verhinderen. Men kan ze wel moeilijker maken. Op die manier moet ‘stealth’ worden verstaan. De F-35 is ontworpen om moeilijk zichtbaar te zijn op radar. Het belangrijkste middel dat daartoe ingezet wordt is, naast meerder andere, ‘stealth by shape’. Dat werkt verbluffend goed als het om zeer korte golven gaat, bijvoorbeeld de zogenaamde x-band (rond de vier cm golflengte). Maar hoe lager de frequentie, hoe minder effect. Voor VHF-radar (~ 10 meter golflengte) is een stealth-toestel, ook een F-35, gewoon te zien, net als ieder ander vliegtuig.

Bovendien werkt geometrische stealth niet even goed uit alle richtingen. De F-35 bijvoorbeeld is aan de voorkant uitstekend beschermd tegen x-banddetectie, maar langs bovenaan, onderaan, of langs de zijkanten en achteraan bijna of helemaal niet. Men hoeft dat niet eens te meten, want men kan het uitstekend modelleren. De basis voor de stealth-theorie werd gelegd door de Rus Petr Ufimtsev met zijn publicatie in 1962 1. Dit werk trok enkele jaren later de aandacht in de VS wat leidde tot de ‘stealth-inspanningen’ daar. Ik bedoel maar dat men niet de illusie moet koesteren dat de Russen deze samenhangen niet zien of kennen!

Wat doet de concurrentie?

Vanaf het moment dat in de VS aan de F-22 en later aan de F-35 gewerkt werd, hebben de Russen geometrische ‘stealth’ in hun zeer sterke luchtverdedigingsconcepten opgenomen. Het resultaat daarvan is vandaag duidelijk te zien in de antenneconfiguraties van S300- en S400-batterijen.

Kill chain radar

Links zien we een VHF-antenne 2. Die is in ‘phased array- technologie’ uitgevoerd. Ze hoeft dus niet te bewegen om binnen een hoek van 90º te kunnen observeren. De ‘radarstraal’ beweegt elektronisch heen en weer en op en neer . Rechts daarvan zien we de UHF-antenne, eveneens een phased array en in de achtergrond een X- of S-bandinstallatie.

De Russen hebben blijkbaar een weg gevonden om het klassieke probleem van VHF-radar de slechte signaal/ruisverhouding te doorbreken. Ze kunnen nu in hun computers al die informatie uit verschillenden bronnen samenvoegen. Wij, hier in het Westen, noemen zoiets ‘sensor fusion’ en doen alsof het een geweldige innovatie (fifth generation!) is. De Russen hebben daarvoor geen speciaal duur woord: ze doen het gewoon en het werkt. Ze kunnen dus ieder vliegtuig zien, stealth of niet, en dat honderden kilometers ver. In grotere stationaire installaties gaat dat zelfs tot 1000 km en meer. Niet onbelangrijk daarbij is dat ze niet enkel alle objecten zien, maar ook de ‘stealth-toestellen’ als dusdanig kunnen identificeren om ze eventueel een ‘speciale behandeling’ te geven. Moeilijk is dat niet eens.

Zit nu misschien de mot in de mantel van Alberik? “Helemaal niet”, denkt US-Marine majoor Dan Flatley (ret.), testpiloot en onwrikbare bewonderaar van de F-35: ”adversaries have to build a kill chain”. De F-35 mag dan al niet meer zo onzichtbaar zijn als oorspronkelijk gedacht, hij is nog altijd onkwetsbaar! Bekijken we dat even nader.

 

De ‘kill chain’

Wat daarmee bedoeld wordt is het volgende: Om een tegenstander te kunnen uitschakelen, moeten een aantal voorwaarden tegelijkertijd vervuld zijn. Men moet eerst weten dat de vijand er is. Dan moet men precies weten waar hij is en hoe hij zich beweegt. Vervolgens moet men er iets op af kunnen sturen dat het toestel vernietigt. Flatley zegt: “Dat laatste kunnen ze niet, en daarmee is de ‘kill chain’ gebroken.” Hij kan dat beweren omdat hij – zoals veel Amerikanen en NATO-luchtmachtofficieren – enkel kennis neemt van dat wat de VS kennen en doen. Inderdaad kan men geen VHF-radar in een raket inbouwen, omdat de antenne daarvoor gedwongen te groot moet zijn. De fysica laat hier geen enkele ruimte voor compromis. Maar denk even verder.

De Russische radar kan de stealth-toestellen eenduidig identificeren. Alles wat ze te doen hebben is hun normale afweerraket met x-band radar ‘homing’ zo sturen dat ze de F-35 niet van voor – waar hij een uiterst geringe radarsignatuur heeft – nadert, maar van opzij of van boven. Die tuigen bieden met een reikwijdte van 400 km en een snelheid van mach 6 daarvoor meer dan voldoende marge.

Bovendien is er de mogelijkheid IR-detectie te gebruiken. Daarvoor is de F-35 bijzonder gevoelig, veel gevoeliger dan andere vliegtuigen. Dat ligt aan het stealth-design. Als men een ‘airframe’ ontwerpt, kan men dat vanuit verschillende gezichtspunten optimaliseren. Indien men echter voor ‘stealth by shape’ kiest, zoals bij de F-35, legt dat strenge eisen op die nauwelijks nog ruimte laten om een gunstige aerodynamica te bereiken. Het gevolg is dan ook een hoge luchtweerstand. Dat heeft allerlei nare gevolgen. Men verbruikt veel brandstof, en dat gaat ten koste van de actieradius. Maar men genereert ook veel wrijvingswarmte, en die doet het IR-beeld van een F-35 oplichten als een kerstboom.

kill chain hotf35

Men probeert dat te verhinderen. De zeer hete uitlaatgassen zijn, zoals hier duidelijk te zien, geen overweldigende factor meer. Ze worden gemengd met ‘bypass’ koude lucht en daardoor beduidend afgekoeld. Ook tegen de opwarming van de huid door de wrijvingswarmte kan men maatregelen nemen. Meestal koelt men die door brandstof als koelvloeistof te gebruiken. Alvorens die naar de motor gaat, wordt ze voorbij de heetste plaatsen geleid. Het zal intuïtief duidelijk zijn dat deze mogelijkheid beperkt is. Ze wordt dan ook slechts gebruikt voor zeer kritische plekken, waar door de hoge temperatuur risico bestaat op een gevaarlijke degradatie van de materiaaleigenschappen. In het geheel is en blijft de fuselage bijzonder heet.

Het is dus zonder meer mogelijk een afweerraket met behulp van radar in de buurt te brengen en ze de laatste tientallen kilometers haar doel te laten zoeken met IR-apparatuur. Flatley zegt daar een probleem te zien: een IR-doelapparatuur kan dat niet. Hij vergeet daarbij dat de Amerikaanse ‘sidewinder’ dat – zij het vanop kortere afstand – al in 1958 zeer goed kon en dat de apparatuur ondertussen nog enorm verder ontwikkeld en verbeterd is. Bovendien zijn er tegen een IR-gestuurde raket vrijwel geen werkzame tegenmaatregelen; ook geen ECW- maatregelen. IR-jamming is ooit geprobeerd, maar is ineffectief. Flares hebben een tijd lang gewerkt, maar moderne IR-systemen laten zich daardoor niet meer van de wijs brengen. Daardoor heeft de IR-gestuurde raket, in de praktijk bewezen, de hoogst pk (probability of kill: waarschijnlijkheid dat de tegenstander vernietigd wordt), dubbel zo hoog als die voor een radargestuurde raket. De enige hoop die een piloot dan nog heeft, is dat zijn vliegtuig voldoende wendbaar zal zijn om het projectiel nog te kunnen ontwijken. Die kans is echter net in de F-35 bijzonder klein. Maar wendbaarheid is niet meer belangrijk, menen Flatley en consorten…

De VS hebben voor de observatie vanuit hun jachtvliegtuigen hun geld totaal op radar ingezet. Europa, Rusland en China daarentegen hebben in het laatste decennium enorme vooruitgang gemaakt met IR-apparatuur die ondertussen ver boven de eenvoudige camera uitgegroeid is. Vooral de Russen bezitten ondertussen zeer geavanceerde opto-elektronische systemen. Ook de Eurofighter en de Gripen zijn met dergelijke apparatuur uitgerust.

Saab noemt de Gripen E geen ‘stealth- toestel’, hoewel het met een RCS (radar cross section) van minder dan 0,1 m2 net even ‘stealthy’ is als de Amerikaanse B2-bommenwerper. De radar van de F-35 kan een Gripen E op een afstand van ongeveer 60 km ‘zien’. Op meer dan die afstand detecteert de Gripen (of de Eurofighter) de F-35 opto-elektronisch! De F-35 enthousiasten zien daar geen graten in. “De Eurofighter kan een kampvuur op de maan zien” zeggen ze “maar hij weet niet in welke richting hij moet kijken. Hij kijkt door een rietje” Wel…

kill chain hotf3502

Dit is een beeld, opgenomen met een gewone, commercieel beschikbare, IR-camera in 2012. Het toont een naderend vliegtuig op 42 km afstand. Dat noem ik niet “door een rietje kijken”. Deze foto staat op blz. 6 van een zeer interessante studie “Aircraft Infrared Principles, Signatures, Threats, and Countermeasures” van de US Navy 3. De militaire apparatuur waarover met name de Russen maar ook Saab en Eurofighter vandaag beschikken, is onvergelijkbaar veel performanter. Ze kan zoomen, scannen en ‘tracken’. Die technieken zijn overigens in voornoemde US Navy-studie reeds uitvoerig beschreven. Daarin kunnen geïnteresseerden ook in detail nalezen waarom IR-jamming en flares niet meer effectief zijn.

Conclusie

De mot zit inderdaad in de mantel van Alberik. Nog erger, ook die onkwetsbaarheid is niet zoals we ze ooit gedacht hadden. Dat moet in dit geval een nogal groot lindeblad geweest zijn. Uiteraard zullen er mensen zijn die menen dat ik de bal totaal missla. Die wil ik uitnodigen er eens over na te denken waarom dan wel de VS een dergelijk nerveus theater maken over de mogelijkheid dat Rusland de S-400 aan Syrië, Iran en zelfs onze NAVO-bondgenoot Turkije zou verkopen.

Eigenlijk is dat allemaal niets waar we ons zorgen over horen te maken: we moeten dat ding gewoon niet kopen! Maar dat is – vrees ik – zonder onze luchtmacht en haar medeplichtigen (?) in de politiek gerekend.

Beste lezers,

Na het lezen van deze bijdrage hebben we ons zelf een vraag gesteld die u zich ongetwijfeld ook zal stellen: Wetend dat de capaciteiten die de F-35A, een"Fifth Generation" vliegtuig beter maken voorbijgestreefd zijn en alleen de nadelen van "stealth by shape" overblijven, hoe is het dan mogelijk dat dit vliegtuig op basis van een objectief evaluatiedossier als de beste uit de selectie komt?

 

Uw Dwarsligger

 

sky metoo

1 P. Ya. Ufimtsev, Method of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction, Soviet Radio, Moscow, 1962

2 Het gaat hier om een matrix van zogenaamde Yagi-Uda antennes. Die werden in 1926 in de universiteit Tokyo ontwikkeld.

3 Aircraft Infrared Principles, Signatures, Threats, and Countermeasures

Jack R. White

EO and Special Mission Sensors Division Avionics Department

SEPTEMBER 2012

NAVAL AIR WARFARE CENTER WEAPONS DIVISION POINT MUGU, CA 93042

Er is geen directe link voorhanden. Maar u kunt eenvoudig de titel in Google ingeven en dan kunt u de studie downloaden. Zeer aanbevolen!