جنگنده‌های پنهانکار چگونه از دید رادارها مخفی می‌مانند؟

از دوره نینجاهای ژاپنی تا همین امروز پنهان ماندن از دید دشمن یکی از مهمترین عناصر برتری در جنگ بوده است. در نبردهای بسیاری زبده‌ترین نیروها از طریق حرکات سریع یا مخفی شدن در پوشش شب وارد حریم دشمن شده و پس از وارد کردن ضربات مهلک بی سر و صدا از مهلکه گریخته اند.

در عصر حاضر هم فناوری پنهانکاری در قالب دور ماندن از رادارهای تیزبین دشمن مزیتی قابل توجه به شمار می رود تا جایی که اغلب جنگنده ها، بمب افکن ها و حتی پهپادهای جدید بر اساس اصول، فناوری ها و تکنیک های پنهانکاری طراحی می شوند که در ادامه به بررسی آنها پرداخته ایم.

رادار چیست؟

رادار مخفف عبارت انگلیسی Radio detecting and ranging به معنی شناسایی و اندازه گیری فاصله با امواج رادیویی است. رادارها شامل مجموعه ای ابزارهای الکترونیکی، مکانیکی و رادیویی بوده و همانطور که از نام آنها پیداست، در مشاهده، تشخیص موقعیت اجسام و شناسایی برخی ویژگی آن از طریق امواج الکترومغناطیسی کاربرد دارند. خاستگاه این ابزار صنایع نظامی است اما امروزه در دستگاه های کوچک و بزرگ به چشم می خورند.

رادار چگونه کار می کند؟

فناوری‌های به کار رفته در رادارها تفاوت هایی با هم دارد اما همه آنها دارای بخش های فرستنده، گیرنده و یک یا چند آنتن هستند. در این دستگاه ها قطعات نوسان ساز مثل «مگنترون» امواج رادیویی را تولید کرده و با سرعتی بالغ بر هزاران کیلومتر بر ساعت به جهت مختلف منتشر می کند.

آنتن رادار به لطف ابزاری به نام داپلکسر هم بعنوان گیرنده و هم بعنوان فرستنده عمل می کنند در نتیجه امواج ارسالی پس از برخورد با اجسام مختلف به سمت آن بازگشته و برای تعیین موقعیت، ابعاد و مسیر حرکت اشیاء به کار می روند.

تجهیزات دریافتی رادار بازتاب های غیرمفید از زمین، ساختمان ها و غیره را فیلتر کرده و تنها موارد مهم را به نمایش می گذارند. سایز اشیا روی نمایشگر رادار در قالب RCS یا سطح مقطع راداری (Radar Cross Section) به نمایش در می آید. RCS در واقع نشانگر میزان قابل شناسایی بودن یک شی توسط رادار است و هرچه مقدار آن بیشتر باشد رادار گریزی شی کمتر است.

پنهانکاری چیست؟

فرض کنید در فاصله ۱۲ متری شما یک گنجشک قرار گرفته، طبیعتا به راحتی قادر به مشاهده پرنده و حرکات آن خواهید بود اما شناسایی یک حشره ریز از این فاصله برای چشم انسان بسیار دشوار است.

هواپیماهای معمولی برای رادارها حکم یک گنجشک در فاصله نزدیک را دارد که به خاطر RCS بالا به سادگی قابل شناسایی است. جنگنده پنهانکار یا رادار گریز اما با تکیه بر فناوری های پیچیده سطح مقطع خود برای رادارها، سنسورهای فروسرخ و اپتیکال را آنقدر کاهش می دهد که می توان آنرا به حشره در فاصله ۱۲ متری تشبیه کرد.

بنابرین پنهانکاری به معنی نامرئی شدن کامل از دید رادارها و حسگرها نیست بلکه آنقدر زمان در اختیار خلبان یا کاپیتان قرار می دهد که عملیات را تمام کرده و به سوی آشیانه بازگردد. این فناوری از طریق جلوگیری از انعکاس امواج به سوی منبع کار می کند. مدل های مدرن جنگنده پنهانکار معمولا از دو روش برای دستیابی به این مهم بهره می برند:

• جذب امواج رادیویی
• انحراف امواج رادیویی

علاوه بر این دو مورد پارامتر هایی دیگری مانند موتورهای با حداقل صدا، سیستم های کاهش دمای موتور و بخار خروجی و همچنین نگهداری سلاح‌ها در بدنه هواپیما سطح پنهانکاری را به شدت افزایش می دهد. برای مثال می توان به اف-۲۲ اشاره کرد که اختفای آن مدیون سوپر کامپیوتر «کری»، اگزوزهای دندانه دار موتور، دم اریب و شکل خاص بال هایش است.

پیاده سازی این سیستم ها در کنار هم بسیار پیچیده و هزینه‌بر است، به همین خاطر تولید جنگنده پنهانکار با RCS پایین نشانه ای از پیشرفت فناوری های نظامی کشورها محسوب می شود.

جذب امواج رادیویی

برای نخستین بار آلمانی ها طی جنگ جهانی دوم انعکاس باند رادار برخی قطعات زیردریایی را با استفاده از موادی خاص کاهش دادند. در این روش با پیاده سازی پوششی از ماده جاذب رادار (RAM) روی بدنه شی امواج الکترومغناطیسی رسیده به آن جذب شده و با شدتی بسیار کمتر به سوی رادار منبع باز می گردند، در نتیجه شناسایی به سختی صورت می گیرد.

متداول ترین راهکار برای جذب امواج رادیویی روش هیبرید مواد مغناطیسی و دی الکتریکی برای اتلاف میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی امواج، از طریق پوشش‌های با ضخامت کم است. در این روش امواج رادیویی پس از برخورد به بدنه از طریق دیفیوژن جذب می شوند. دلیل این جذب تبدیل انرژی رادار به گرما و پراکنده سازی آن از طریق بدنه است.

مواد جاذب معمولا از پوشش نازک کامپوزیت های دی الکتریک روی یک زیر لایه رسانای الکتریکی ساخته می شوند. هرچند حدود چهار دهه از ابداع این روش می گذرد اما کشورهای بزرگ تمایلی به افشای مواد تشکیل دهنده RAM نداشته و آن را به ندرت به اشتراک می گذارند. از مواد رایج می توان به کاربید سیلیسیوم، مواد مگنتیت، پلیمرهای رسانا و نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن و الیاف کربنی اشاره کرد که یک محقق تبریزی به نام « کریم اصولی» با استفاده از آن از تولید امواج جاذب راداری خبر داده بود. همچنین برخی نیز استفاده از نانوکامپوزیت پلی آنیلین، نانواکسید آهن و نانواکسید تیتانیوم برای تولید RAM را ممکن می دانند.

برای به حداکثر رساندن میزان جذب امواج رادیویی، لایه رویی در برخی موارد دارای ساختارهای هرمی میکروسکوپی است. این مساله باعث می شود به مرور انرژی موج کاسته شده و با توان کمتری به سوی منبع برگردد. با توجه به ضخامت اندک این مواد استحکام آنها به ویژه در شرایط ویژه مثل سرعت های بالا و شرایط آب و هوایی نامتعادل اهمیت ویژه ای دارد.

انحراف امواج رادیویی

تا کنون از خود پرسیده‌اید چرا در طراحی جت های جنگنده بر خلاف هواپیماهای معمولی از گوشه های تیز و زاویه های تند استفاده می شود؟ دلیل استفاده از این ساختار تلاش برای انحراف امواج رادیویی به جهات مختلف به جای بازتاب آنها به سوی منبع است.

طراحان برای رسیدن به این هدف از سطوح تخت با زاویه های تند یا منحنی های فضایی بهره می برند که امواج رادیویی را در مسیر خود به جریان انداخته و از بازگشت آن به سمت منبع جلوگیری می کنند. از نمونه های این ساختار می توان به «اف-۱۱۷ نایت‌هاوک» و حتی کشتی های جنگی پنهانکار اشاره کرد. در بمب افکن B-2 اسپیریت و اف-۲۲ رپتور در کنار سطوح زاویه دار از منحنی های فضایی هم استفاده شده است.

در نتیجه این طراحی سطح های با زاویه قائمه در حال جایگزینی با سطوح کم شیب و منحنی است. برای مثال ظاهرا طراحی بمب افکن جدید B-21 به گونه ای است که اساسا لوله های اگزوز آن دیده نمی شود.

همانطور که گفتیم نامرئی شدن جنگ افزارها و به ویژه های پرنده های جنگی ناممکن است اما پیاده سازی پوشش RAM در کنار تکنیک های انحراف و موارد دیگر می تواند رادار گریزی را تا سطح زیادی افزایش دهد.

فناوری های ضد پنهانکاری

از سال ۱۹۹۱ و زمانی که یانکی ها با جنگنده پنهانکار اف-۱۱۷ بغداد را با آن ساختارهای دفاعی مستحکم، به آسانی آماج حملات خود قرار دادند، توجه کشورهای دیگر به توسعه رادارهای ضد پنهانکاری جلب شد. مدتی بعد و با شکار یک اف-۱۱۷ در صربستان افسانه جنگنده های نامرئی برای همیشه نقش بر آب شد.

هرچند توسعه رادارهای ضد پنهانکار در گذشته سرعت چندانی نداشت اما پیشرفت فناوری در سال های اخیر دست متخصصان را در این زمینه بازگذاشته است. از برجسته ترین دستاوردها در این زمینه می توان به آرایه اسکن الکتریکی فعال (AESA)، رادارهای چند بانده، همدوس غیرفعال و رادار های فرا افق (OTH) اشاره کرد.

روسیه و چین به عنوان مهمترین رقبای ایالات متحده آرایه های چشمگیری از رادارهای باند بلند VHF را توسعه داده اند که در برخی شرایط قادر به شناسایی پیشرفته ترین جنگنده ها است. چین حتی مدعی تولید رادارهای کوانتومی شده که به جای ارسال امواج الکترومغناطیس، دو موج مرکب از فوتون‌ها را منتشر کرده و تا کیلومترها به آسانی هر جنبنده ای را در آسمان شناسایی می کند.

به باور بسیاری اف-۳۵ پیشرفته ترین جنگنده چندمنظوره حال حاضر دنیا است اما حتی خلبان های این پرنده فوق مدرن هم اذعان می کنند که تنها جت نامرئی دنیا متعلق به «واندر وومن» است. اگر اف-۳۵ کاملا از چشم رادارها پنهان نمی ماند پس تکلیف بقیه مدل ها معلوم است، با این حال شناسایی جنگنده پنهانکار یک چیز است و توانایی رهگیری و شکار آن یک چیز دیگر.