Hur Stealth är Stealth? (uppdaterad)

Nu har även svensk press noterat att Kina har kommit en bra bit på vägen i utvecklingen av sin egen F-22, d.v.s. J-20. Ryssarna har tidigare visat upp sin PAK-FA T-50, även kallad "Raptorski". Och visst, vid en första anblick så ser det fullt OK ut. Men Stealth är en svår konstart. Det är inte bara ett frekvensspektrum, utan flera som man måste ta hänsyn till. Dessutom så kan man inte bara fokusera på själva flygplanet. En jaktmaskin (jag antar att J-20 huvuduppgift är att möta hotet från F-35 och liknande hot) är ett system och måste även ha motmedel, beväpning, sensorer och kommunikation.





Radar
På ytan ser det rätt så bra ut. Den största effekten av radarsignaturanpassning når man genom att undvika 90-graders vinklar samt att försöka vinkla bort all inkommanda radarstrålning bort från den sändande radarstationen. Man får dock ta hänsyn till att en radarstråle sprids på fyra olika sätt.

- Rak studs. Genom att ha två fenor och vinkla av dem så undviker man den stora 90-graders vinkel som fenan på de flesta flygplan utgör tillsammans med stabilisatorn. Jämför utvecklingen mellan J-10 och J-20 på ovanstående video. Skrovet är designat med en undersida som är vinklat för att minska radarmålyta mot LV och vinge samt nosvinge ligger i linje med varandra. man har tänkt på "mindre" detaljer som landställsluckor (se bild nedan) som fått en taggadkant för att undvika en rak yta som i vissa vinklar ger stort radareko. Ett frågetecken är kring de stabiliserande fenor man har under bakdelen av skrovet som höjer radarsignaturen snett underifrån och från sidan. Bipolära radarstationer (sändar- och mottagarstation på olika ställen) kommer nog i framtiden att minska effekten av att man vinklar av studsen. Thrust Vectoring (d.v.s. styrning av fpl genom att vrida motorns utlopp) sänker radarsignaturen framifrån oerhört då man slipper roder utslag. Man kan även trimma flgplanet m.h.a. motorns utlopp, vilket innebär att man slipper trimutslag som minskar motstånd (och bränsleförbrukning) samt minskar radarsignatur.

- Diffus studs/Sändareffekt i skrov. Genom att skrovet utsätts för elektromagnetisk strålning så skapas ett elektriskt/magnetsika fält som i sin tur "sänder" ut effekt. Denna effekt är betydligt lägre än den raka studsen, men helt klart möjlig att upptäcka. RAM (Radar Absorberade Material) är en teknik för att minska denna effekt.

- Underliggande struktur. Det här är kanske det som är svårast att skydda sig emot. Det finns framför allt två områden som är mycket känsliga. Radomen, d.v.s. den del av nosen som den egna radarn befinner sig inom. För att min radar ska fungera bra så måste radomen släppa igenom radarstrålar i det frekvensområde som min egen radar fungerar inom. Det gör att den även släpper igenom radarstrålar inom samma frekvensområde från fientliga system. Eftersom en radarantenn oftast är platt så ger den ett bra radareko då den är vinklad åt det håll som fienden befinner sig inom. Ett sätt att lösa detta är att vinkla den egna radarantennen inte helt åt det håll som jag avsöker. Detta sänker effekten på min egen radar då målet inte hamnar centrerat i radarloben, men minskar risken för att jag ska upptäckas. Sedan måste väggen bakom radarantennen förses med RAM-yta på samma sätt som skrovet på flygplanet. Den andra känsliga ytan är huven. Bakom den finns en massa kantiga ytor i kabinen där bl.a. pilotens hjälm utgör en bra radarmålyta. En bra pilothjälm bör med andra ord vara radarabsorberande. Man löser detta genom att förse huven med någon typ av metallskikt som bildar en Faradays bur (titta på bilder på en F-16 som ofta har en mycket gulaktig huv då äldre typer av metallskikt inte var riktigt genomskinliga). Känsliga delar är bl.a. huvbågen och huvkanternas elektriska förbindelse med övriga skrovet. En UAV har därmed en stor fördel framför ett flygplan då den inte behöver en huv och kan då få en betydligt mer Stealthanpassad utformning av skrovet.

Det man måste tänka på är att denna anpassning måste vara gjord i alla vinklar. Viktigast är dock framifrån (mot andra jaktflygplan) samt nedifrån (mot luftvärn). Här kan man se en viss skillnad mellan J-22/F-22 och PAK-FA. De två första verkar vara väl anpassade underifrån, medan PAK-FA tydligt har ett arv från Su-27 serien. Det kan i och för sig vara så att ryssarna som är realister har insett att så fort man hänger last under flygplanet så påverkas radarsignaturen så pass kraftigt där så att det inte är värt ansträngningarna att förbättra den).

Notera att ombyggnationer under utvecklingen av flygplanet kan kraftigt förändra radarsignaturen. F-35 lär ha fått problem under senare delen av sitt utvecklingsprogram.

RAM är mycket viktigt för att få en låg radarsignatur i alla riktningar. Tekniken bygger på att man i "färgen" på flygplanet blandar i metall som i stället för att reflektera radarstrålar omvandlar energin till värme. Hur detta påverkar flygplanets IR-signatur kan vara en utmaning. Även USA har haft problem med denna teknik. I början av B2-programmet gick det rykten om att RAM-färgen inte tålde regn. F-22 lär ha samma typ av problem.

Observera att anpassning av radarsignatur är mycket känslig för de frekvensband som används att belysa flygplanet. Normalt anser man att det största hotet är andra flygplan. Beroende på atmosfärens transparens i olika frekvensområden och storleken på ett flygplans radarantenn så används oftast 10 cm (X-bandet) våglängd. Det ger en hyffsad lodbredd som i sin tur avgör noggrannheten. Men sökradar från markstationer kan ha helt andra frekvensområden. Milimeterradar som har mycket kort räckvidd, men används bl.a. på attackhelikoptrar är mycket okänslig för Stealth-anpassning. Radarstationer med mycket lång våglängd likaså. Se bara på de nya radarstationer som ryssarna bygger upp.

Observera också att mycket små detaljer kan vara avgörande. Titta bara på storleken på en radarreflektor till en segelbåt. 4 kvadratmeters radarmålyta är större än många stridsflygplan framifrån!

IR
Ett flygplans IR-signatur kommer inte enbart från motorns utlopp som många tror. Äldre generationens IR-robotar gick enbart på detta högtemperaturspektrum. Nyare generationens s.k. flerfärgsrobotar går även på den s.k. skaltemperaturen i LWIR(Long Wavelength Infra Red) området. Denna uppstår dels beroende på flygplanets elektronik samt motorns närhet till skrovet. Men framför allt så uppstår den p.g.a. friktion mot luften. Ju högre fart, ju högre skaltemperatur. Faktum är att i en Viggen kunde man ta av sig handsken och känna på insidan av skrovet hur varm den blev av att flyga i överljud. I många fall blir skrovet lika varmt som en värmelampa, vilket kan innebära att man måste ha isolering på insidan av skrovet för att inte piloten ska bli för varm. Den senaste generationens IR-robotar bygger på bildalstrande teknik, vilket gör att de är mycket okänsliga för störning i form av facklor. Här måste man som pilot fundera på i vilka temperaturer man flyger, då man en kall dag utan moln kan i IR-bandet ses på lika långt håll som med Rr. Då IR är mycket svårt att störa så gäller det att anpassa sin uppdragsprofil.

IR signaturen sänker man för skrovet genom att i första hand anpassa färg och skrovmateriel. För motorn och utblås så sker anpassningen genom att vinkla alla munstycken bakåt samt att blanda in kall luft med den varma. J-20 ser ut att ha en mycket konventionell motor som knappast är IR-anpassad. Men jag misstänker att det rör sig om en standard-motor som man använder under utprovningen på samma sätt som t.ex. Eurofighter fick vänta på sin seriemotor. Ett högt By-Pass förhållande ger ett kallare utblås, men kräver att man utnyttjar EBK för att få bra fart och då stiger temperaturen markant! I små motorer så har man för att få bra dragkraft höjt utloppsfarten markant. I äldre generationens motorer som RM8 så hade man underljud på utloppsfarten och fick då höja temperaturen i utloppet (ljudhastigheten är beroende av temperaturen). Modernare motorer som RM12 har ett konvergent-divergent utlopp där man kan ha överljud. Man har även modernare materiel i utloppet som tål högre temperatur (men som även är känsliga). D.v.s. små motorer som man trimmat mycket kan vara betydligt varmare än stora motorer som kan nöja sig med att ibland arbeta i en kallare arbetstemperatur. J-20 verkar ha mycket prestanda och kan då vid behov nyttja det till att sänka IR-signaturen. Det vore rätt så intressant att ha ett läge på gasen som inte bara heter ekonomi, utan även signaturanpassning.

Notera att s.k. Super Cruise, d.v.s. förmågan att flyga överljud utan att använda EBK därmed inte bara är bra för bränsleförbrukningen utan också för IR-signaturen!

Ryssarna är duktiga på IR-teknik, vilket visas av bl.a. deras IR-robotar. Man fick även koll på vikten av anpassning under kriget i Afghanistan där hotet var IR-robotar som Stinger. Kineserna har i många år nöjt sig med att kopiera rysk teknik, men J-20 ser ut att vara en övergång till mer västerländskt tänkande. Frågan är om de har lyckats med att ta tillvara det bästa av två världar?

Men alla tre flygplanen har två motorer. Detta ger både fördelar och nackdelar. Fördel eftersom de då har mycket dragkraft och vid behovkan operera i ett kallare läge. Nackdel då två motorer givetvis ger mer värme än en.

I fredstid flyger vi sällan med riktig last hängd. Det ger att flygplanet är betydligt lättare och får lägre luftmotstånd. Det ger att vi kan flyga med lägre gaspådrag och får lägre IR-signatur. I krig kommer den med andra ord vara betydligt högre.

Ljud
En motor bullrar. Överljudsflygning innebär att man får till en ljudbang, men fördelen är att ljudet kommer fram efter att man passerat målet. Men eftersom det ökar bränsleförbrukning brukar man nöja sig med underljudsflygning under stora delar av ett uppdrag.

På civila motorer brukar man anpassa motorns ljud genom att vecka utloppet. Det är sällan man gör det lika markant på militära motorer, då det ur taktisk synpunkt inte är lika viktigt. Dock så får man kanske tänka miljösynpunkt då många flottiljer ligger i närheten av de storstäder de ska skydda. I Kina och Ryssland så tvivlar jag dock på att denna aspket har lika stor betydelse som t.ex. i Sverige och Norge där man bl.a. funderar på att flytta banan på Bodö som konsekvens av den bullrigare F-35.

Visuell
Den visuella signaturen är dels beroende av storlek, men även av färg. Den klassiske Röde baronens målning lär nog aldrig dyka upp mer igen. Eftersom den taktik som används idag i Afghanistan bygger på medelhög höjd så är alla flygplan grå. Det är också en färg som är bättre anpassad på marken där ett flygplan i öken kan bli mycket hett, vilket försvårar uppstart av elektroniksystemen. Tyvärr innebär det nog döden för den exotiska svenska kamouflagemålningen som vi hade på våra Attack/Spaningsviggen (även på vissa Jaktviggen för att förvilla motståndaren). Man kan även använda sig av kontraster. T.ex. har de ungerska Gripenflygplanen en huv målad på undersidan av noskroppen, vilket i luftstrid kan ge motståndaren svårigheter att avgöra om man svänger vänster eller höger. Detta kan vara avgörande för att komma till bekämpning med kanon och IR-robot. Dock så ger effekten av högpresterande IR-robotar och HMD att denna effekt minskar. Hur mycket man än Stelthanpassar sitt fordon så kommer man förr eller senare in på visuellt upptäcktsavstånd. Då är det den visuella signaturen som är avgörande. Detta gäller anske särskilt under Internationella Operationer samt i ettt icke-krigsscenario där man ska hålla incidentberedskap och först måste visuellt identifiera ett flygplan innan man får göra en insats.


J-20 är ett ganska så stort flygplan och har därmed stor visuell signatur. Jag skulle dessutom vilja analysera dessa motorer. Bl.a. Mig-29 utvecklar kraftig rök bakom sig och kan då upptäckas på mycket långa håll. Kombinationen av HMD och högpresterande robot kan därmed vara farlig då vare sig Stealth eller elektronisk störning fyller funktion i WVR (Within Visual Range) luftstrid.

Motmedel
Genom att använda störning så kan man dölja sitt flygplans radarsignatur. Dock så vet fienden om att när störningen kommer så finns det stor sannolikhet för en attack. USA hanterade i mina ögon delvis störningstaktiken felaktigt under första Gulfkriget när man sände in sina F-117 över Bagdad med bakgrundsstörning från Prowler. Så fort koalitionen störde så sköt irakierna blint iluften och hoppades på att träffa med något.

Störning kan delas in i två grova typer.

- Bakgrundsstörning. Något annat flygplan eller mark-/sjöbaserad plattform stör. Är oftast bredbandig. En markstation kan ha mycket hög effekt och därför kunna täcka flera frekvensband bra. Detta kan minska en radars upptäcktsavstånd från 100-tals kilometer till 10-tals. Ett icke-stealthigt flygplan kan då med störning synas på samma avstånd som ett stealthigt utan störning. Givetvis ger Stealth ytterligare en fördel, men vinsten blir inte lika stor som i störfri miljö.

- Egenstörning. Detta är en effktivare form av störning där det egna flygplanet känner av vilka frekvenser det belyses med och kan anpassa störningen. Motståndaren kan då få svårigheter att låsa på. men störningen avslöjar att man finns i luften och i vilken riktning man finns. Om flera system låser in på störbäringen kan man kryss-pejla fram positionen på det flygplan som stör. Det finns även signalsökande robotar som kan avföras mot en störkälla. Ett Stealth-flygplan bör därför använda egenstörning endast i absloluta nödfall.

Ett problem för många piloter är att vi övar allt för sällan med riktig störning då det påverkar flygsäkerheten och även stör civila system. Därför så blir vår taktik delvis felaktig. I ett riktigt krigsscenario kommer alla att flyga omkring mer blinda än vad vi göri fredsövningar.

AESA-teknikerna innebär en mycket större flexibilitet hos en radar. Man kan lättare byta sändarfrekvens då man inte är beroende av en magnetron och vågledarör. Det innebär också en hel del intressanta möjligheter till anpassning mot störning och t.o.m. att härma andra flygplans radarsignatur så att man dyker upp som "vänlig" på deras identifieringssystem.

Sensorer
För att ett Stealth-flygplan ska vara osynligt måste det ha passiva sensorer. Dels i form av IR och optiska sensorer, men även passiv radar/radarvarnare som kan detektera mål på betydligt längre håll än en aktiv radar. Vikten av datalänkar (möjliggör att t.ex. markburen radar eller en AWACS skickar mål till ett radartyst flygplan är givetvis mycket stor. Nackdelen med detta är att ju längre håll man låser på ett mål från t.ex. AWACS eller marken, ju sämre upplösning/följning får man på målet i framför allt höjdledd. Det finns därmed svårigheter att skjuta en radarjaktrobot på långa håll baserat på enbart länkinformation. Men om man kan använda datalänk för att leda in en passiv IR-sensor så kan man gå helt tyst in mot ett mål. IR-sensorers prestanda påverkas dock kraftigt av väder i form av moln och nederbörd.

Just i sensorområdet tror jag att kineserna fortfarande har en svaghet. Ryssarna ligger långt fram när det gäller sensorer. Man har bra IR-sensorer och även tagit fram AESA-moduler i nya material som kräver mindre ström och kylning. AESA:s svaghet är annars just behovet av ström och kylning. Detta tar effekt från motorn och tvingar den att gå i en ännu hetare operationsområde och påverkar IR-signaturen. Kylluften från AESA-radarn påverkar givetvis också IR-signatur.

Sensorerna måste uptäcka en fiende (icke-Stealth) på längre håll än vad han upptäcker mig. Annars försvinner effekten av Stealth. För F-35 som är i första hand en attack-maskin så är den viktigaste egenskapen att penetrra ett luftförsvar. En pilot med goda nerver kan kanske göra det med en helt tyst radar och koncenterera sig på att komma fram till rätt avstånd för att göra verkan mot ett markmål. Mendå gäller det att lita på att ens Stealthanpasning fungerar och lyssna på de passiva sensorerna så att man undviker att komma in på avstånd från luftvärn och annan jakt där deras sensorer kan detektera även ett Stealth-anpassat flygplan.

Vapen
Alla vapen som hänger på ett Stealth-flygplan ökar radarsignaturen markant. precis som för själva flygplanet måste man dessutom ta hänsyn till sensorernas radarsignatur, t.ex. en radarjaktrobots radar. Detta gäller även vapenbalkar, då dessa likt fenan utgör 90-gradiga vinklar på vingarna. Eftersom vapnen sitter på undersidan så är det dessutom radarsignaturen mot luftvärn som man måsta ha i åtanke. F-22/F-35 har löst detta genom att ha interna vapenlastutrymmen. Men dessa rymmer en mycket liten vapenmängd. Framför allt så ryms inga större attackrobotar eller extratankar. Det innebär för F-35 del en stor nackdel då man får det svårt att skjuta attackrobotar på långa håll samt att man får kortare räckvidd. En mycket viktig faktor för ett Stealth-flygplan blir därmed motorns bränsleekonomi. Undviker man att behöva bära extratankar för att nå långt långt så vinner man mycket i radarsignatur. I norge så planerar man en utveckling av sina Penguin sjömålsrobotar för F-35 där stor vikt läggs på radarsignaturanpassningen.

Det gäller också att ha vapen som går att avfyra på avstånd så att man kan dra nytta av sin låga signatur. D.v.s. skjuta innan man själv blir upptäckt.

Ett stort fel som vi gör i fredstid är att vi allt för sällan flyger med riktig last hängd. Därmed så anpassar vi oss till flygning med en lägre radarsignatur.

Kommunikation
Kommunikation är till för att bygga upp omvärldsuppfattningen. Det gör att du förutom dina egna sensorer kan utnyttja information från andra plattformar. Fördelen är att du kan använda en passiv sensor eller avslagen sensor och i stället bara ta emot data.

Tal är en mycket viktig möjlighet till kommunikation, då det går att uttrycka många typer av meddelanden. Men det tar tid och är ganska så lätt att störa ut. Ur Stealth-synpunkt är talkommunikation inte särskilt bra (om man inte har en mycket riktad antenn för t.ex. satellitkommunikation). Det finns tekniker med frekvenshopp för att sprida ut kommunikationen på flera frekvensband och därmed få den att se ut som vitt brus. AWACS brukar skicka ledning via s.k. Broadcast, d.v.s. att mottagarna bara lyssnar. Riktad ledning brukar dock kräva att mottagaren kvitterar ett meddelande och då kommer hans radio att avslöja sin position.

Att skicka meddelanden via datalänkar går att göra betydligt effektivare. Kortare kommunikation gör att den är lättare att dölja i det naturliga bakgrundsbruset. Men ofta så kräver datakommunikation någon typ av handskakning, vilket går att detektera. man kan synkronisera via mycket noggranna klockor, t.ex. i from av GPS som bygger på atomur och då behövs inte handskakningen. genom att ha mycket noggran koll på var mina kamrater ligger så kan riktade antenner användas, vilket försvårar möjlighet till avlyssning. Det pågår bl.a. studier med att skicka datakommunikation m.h.a. laser. Riktade antenner kräver LOS - Line Of Sight och är då inte särskilt effektivt på låg höjd (även vanlig radiotrafik har problem med LOS, men ju lägre frekvens destå bättre utbredning på låg höjd). Men kan man nyttja satelliter som kommunikationsknytpunkter så går det att komma undan dessa begränsningar.

Liksom sensorer så misstänker jag att Kina ligger något efter i detta teknikområde. Men med tanke på hur många elektronikföretag som bedriver utveckling i Kina så tror jag att de mycket snart är ikapp och förbi. manär även likt ryssarna duktiga på "maskirovka", d.v.s. vilseledande kommunikation där viktiga meddelanden kan döljas i helt öppen kommunikation.

Sammanfattning
Ett flygplan kan inte kallas för Stealth om inte alla aspekter är anpassade ur Stealth-synpunkt. Man måste ha balans mellan vapenräckvidd, sensorräckvidd och upptäcktsavstånd beroende på Stealth signaturanpassning. Det flygvapen som idag har störst erfarenhet är USA som är inne på 3:e generationen Stealth. F-117 och B2/F-22 är de första två. F-35 borde ha dragit nytta av erfarenheter från F-22.

Den första generationens Stelth-flygplan (F-117) var enligt vad jag hört inte särskilt trevlig att flyga, då den stealthanpassade flygkroppen och vingarna inte var aerodynamiskt effektiva. Moderna styrsystem har förbättrat detta betydligt och F-22 och B-2 har betydligt bättre flygegenskaper. Om Ryssland och Kina har effektiv spionorganisation (vilket de har) så kan de undvika de amerikanska misstagen och direkt hoppa på generation 2/3.

Jag tror att J-20 för Kina är ett första försök att ta fram ett signaturanpassat flygplan och inte en "riktig" Stealth-maskin som även kräver sensorer, kommunikation och vapen som är anpassad för Stealth. Men det visar på att Kina har ambitioner och att man upplever konkurrens från USA och Ryssland. Med de resurser som man har till förfogande så lär det inte dröja länge innan man är ikapp.

Men allt detta är mycket dyrt! Inte ens USA har råd att fortsätta utveckla sin F-22. I stället har man tagit fram en Stealth-version av sin F-15, kallad Silent Eagle. Bra för exportmarknaden, men även bra som komplement till F-22 utifall man skulle vilja expandera sitt luftförsvar. F-22 är idag ett bra jaktflygplan, men saknar helt interoperabla datalänkar! Man har gjort experiment med att utveckla datalänkar till stridsledningen, men om dessa nu har stoppats i samband med produktionsstoppet av F-22 är osäkert. Detta gör att den kommer få mycket svårt att agera tillsammans med stridsledning (AWACS och NORAD) samt med andra jaktflygplan. Ensam är stark heter det, men det gäller inte i luftförsvaret. Det ska bli intressant att se om Kina har råd och vilja att fortsätta hela vägen i sin utveckling. I väst brukar vi prata om hotet från Kina, men jag tror faktiskt mer på att kineserna känner sig hotade av den aktuella expansionen av de ryska luftstridskrafterna. Ett Kallt Krig mellan Ryssland och Kina är kanske på gång, nu när USA börjar dra ner på sin närvaro i Europa?





Frågan är om Kina kommer att hitta internationella samarbetspartners? Ett intressant område är i så fall Pakistan som säkerligen är mycket intresserad, då Indien har uttryckt samarbetsplaner med Ryssland om ett 5:e generationens stridsflygplan, troligtvis baserad på PAK-FA T-50.

Hur står sig då Gripen jämfört med dessa flygplan avseende Stealth? Tyvärr så är det ett mycket sekretessbelagt område, men om man bara tittar på storleken på flygplanet så finns det helt enkelt inte så mycket att upptäcka. Den har med andra ord en visuell signatur som är betydligt lägre än de flesta andra flygplan och får då automatiskt lägre signatur i alla andra frekvensområden.

Frågan är vad dessa Stealth-flygplan kommer att kosta i drift? F-22 kostar 44.000$/flygtimme. Gripen kostar mindre i svenska kronor/flygtimme, d.v.s. mer än en faktor 10 skiljer Gripen och F-22 åt. Vad F-35 hamnar på vete gudarna (och möjligtvis Norge). Vilka länder har råd att ligga i framkant när det gäller Stealth? Men som med platta TV-apparater så sjunker tekniken i pris och om några år kanske det som idag är spjutspetsteknik är allmänt överkomligt även för "fattiga" länder som Sverige!

Se även Wiseman.