Stacja radiolokacyjna P-18PL to jedna z najnowszych konstrukcji spółki PIT-Radwar (wchodzącej w skład Polskiej Grupy Zbrojeniowej). W grudniu zeszłego roku zakończyły się z wynikiem pozytywnym badania kwalifikacyjne, co otworzyło drogę do jego zamówienia przez polskie wojsko i rozpoczęcie produkcji seryjnej. Nowy radar jest pod jednym względem nietypowy. Pracuje on w zakresie fal metrowych, co jest ewenementem w zachodnich konstrukcjach radarowych (Koniec badań radaru dalekiego zasięgu P-18PL).
Zdjęcia: st. sierż. Piotr Gubernat Combat Camera, zespół reporterski Dowództwa Operacyjnego Rodzajów Sił Zbrojnych
Dlaczego pasmo metrowe?
Na szeroko pojętym Zachodzie odejście od tego pasma nastąpiło dawno. Od zarania powstania techniki radiolokacyjnej jej ewolucja szła w kierunku zwiększania częstotliwości pracy radaru, co wynika m.in. z prostej zależności – im stosunek rozmiaru anteny do długości fali jest większy, tym węższa jest charakterystyka wiązki. Co za tym idzie zwiększa się precyzja w określaniu współrzędnych, a także poprawia rozróżnialność celów. Stąd aby te parametry mogły być porównywalne z urządzeniami pracującymi na wyższych częstotliwościach konieczna była budowa proporcjonalnie większych anten. Przykładowo, antena nadawcza pierwszego operacyjnie użytkowanego (od 1938 r.) radaru – brytyjskiego RDF była wielką instalacją umieszczoną na 4 stalowych wieżach wysokości 110 m stojących w odstępach 55 m od siebie. Niewiele mniejsza była konstrukcja anteny odbiorczej, gdzie wykorzystano 4 drewniane wieże wysokości 73 m. Radar ten pracował początkowo na fali 12-metrowej (25 MHz, choć później rozszerzono dostępny zakres do 20-55 MHz czyli 5,45-15 m), co było związane nie z celowym wyborem, a brakiem w tamtym czasie odpowiednich generatorów. Spośród dostępnych lamp elektronowych, odpowiednią mocą dysponowały wówczas jedynie triody, pozwalające na wytworzenie fali o częstotliwości rzędu kilkudziesięciu MHz. Postęp w elektrotechnice pozwolił na szybki wzrost tych wartości i już niemiecki radar Freya, także opracowany przed wojną, pracował na fali długości 1,2 m (250 MHz), zaś do produkcji trafiały już wówczas triody osiągające częstotliwości do 700 MHz. Pojawienie się nowego typu lampy elektronowej – klistronu, a następnie magnetronu wnękowego, pozwoliło na zmniejszenie w radiolokacji długości fali do zakresu decymetrowego i następnie centymetrowego (częstotliwości rzędu 1-10 GHz). Od tego czasu wydawało się, że kierunek rozwoju radarów został ustalony – radary pracujące z wykorzystaniem fal metrowych będą przechodzić do lamusa, a w ich miejsce wejdą precyzyjniejsze radary pracujące w pasmie mikrofalowym – decymetrowym i centymetrowym.
Generalnie w krajach zachodnich tak też się stało. Nielicznymi odstępstwami od tej reguły były duże stacjonarne radary dalekiego zasięgu skonstruowane przez General Electric, jak choćby wyspecjalizowany radar do wykrywania rakiet balistycznych AN/FPS-17 pracujący na fali 1,4-1,7 m (175-215 MHz) czy też przeznaczony do wczesnego wykrywania samolotów AN/FPS-24 wyprodukowany w latach 1958-62 w liczbie 12 sztuk i pracujący na fali 1,27-1,4 m (214-236 MHz). Na tym jednak skończyło się wykorzystywanie tego pasma w amerykańskiej radiolokacji, a kolejne urządzenia które je zastąpiły, wykorzystywały już pasmo decymetrowe.
Zupełnie inaczej rzecz się miała na wschodzie. Po II wojnie światowej w ZSRR przemysł radiowy był mniej rozwinięty niż w krajach zachodnich i wdrożenie do masowej produkcji radarów pracujących na krótszych falach nie było od razu możliwe. W związku z tym zapadła decyzja dalszego rozwoju radarów wykorzystujących fale metrowe, czym miał się zająć Zakład nr 197 im. Lenina w Gorkim (obecnie Nitiel – Niżegorodskij Tielewizionnyj Zawod im. W.I. Lenina w Niżnym Nowogrodzie) wraz z powstałym przy nim Specjalnym Biurem Konstrukcyjnym (obecnie NNIIRT – Niżegorodskij Nauczno-Issledowatielskij Institut Radiotiechniki). Ich pierwszym zadaniem było opracowanie modernizacji radaru P-3 pracującego na fali ok. 4-metrowej (72 MHz). Pomimo swoich wad związanych z mniejszą dokładnością, radary pracujące w zakresie metrowym miały w tamtym czasie przynajmniej dwie zalety. Po pierwsze były one prostsze, bardziej niezawodne i znacznie tańsze w produkcji. To ostatnie miało szczególnie duże znaczenie w przypadku tak dużego państwa jak ZSRR. Zapewnienie ciągłego pola radiolokacyjnego wzdłuż granic i, nawet nad jedynie częścią, terytorium kraju, wymagało wyprodukowania tysięcy stacji radiolokacyjnych, co stanowiło niebagatelny koszt. Po drugie fale w zakresie metrowym są w mniejszym stopniu tłumione w atmosferze niż decymetrowe i centymetrowe, stąd dobrze nadają się do użycia w radarach dalekiego zasięgu, których zadaniem jest wykrycie, a nie precyzyjne śledzenie celu. W tamtym czasie, kiedy za podstawowe zagrożenie uznawano bombowce strategiczne przenoszące bomby jądrowe, ich odpowiednio wczesne wykrycie miało kluczowe znaczenie dla obrony przed ewentualnym atakiem. W efekcie, po wdrożonym do produkcji w 1948 r. radaru P-3A, opracowywano kolejne konstrukcje stanowiące jego linię rozwojową: P-8 produkowany w latach 1951-55, P-10 (1954-60), a następnie P-12 (1957-78) i w końcu P-18 (1971-91). Radary tych typów znalazły zastosowanie praktycznie we wszystkich rodzajach wojsk – w wojskach lądowych, obrony powietrznej, jak też w lotnictwie. Takie rozpowszechnienie wpłynęło na bardzo dużą skalę produkcji. Rekordowym był pod tym względem produkowany w wielu odmianach przez przeszło 20 lat P-12, których powstało 6396 szt. (z czego 1188 szt. wyeksportowano). Na drugim miejscu znalazł się P-18, których powstało ponad 4000 szt. i stał się on radarem najliczniej eksportowanym – poza ZSRR trafiło ich aż 1218 szt.
Dzięki zastosowaniu hydraulicznie składanej anteny, rozwinięcie i zwinięcie P-18PL możliwe jest w czasie krótszym niż 30 minut
Poprzednik P-18PL
Opracowany na przełomie lat 60. i 70., pracujący w pasmie metrowym (1,75-2 m; 150-170 MHz) P-18 był szeroko eksportowany. Do Polski pierwsze radiolokatory tego typu, znane u nas pod kryptonimem Laura, trafiły w 1976 roku. Dostawy dalszych egzemplarzy trwały do końca lat 80. czyniąc go najbardziej rozpowszechnionym importowanym typem radaru w Wojsku Polskim. Na początku 1990 roku znajdowały się one w jednostkach radiotechnicznych wojsk lądowych oraz, w będących ich zasadniczym użytkownikiem, Wojskach Obrony Powietrznej Kraju. W tych ostatnich służyły zarówno w Wojskach Radiotechnicznych, jak też w Wojskach Rakietowych i Artylerii. I to właśnie rakietowcy byli ich głównym użytkownikiem – w dywizjonach rakietowych znajdowały się 42 egzemplarze, gdzie stanowiły źródło informacji radiolokacyjnej w 21 dywizjonach uzbrojonych w zestawy S-125M Newa-M oraz, wraz z radiowysokościomierzami PRW-13, w 21 dywizjonach z zestawami S-75M Wołchow.
O ile w kolejnych latach sprzęt produkcji radzieckiej był z Wojsk Radiotechnicznych stopniowo wycofywany i sukcesywnie zastępowany radiolokatorami polskiej produkcji, o tyle radary P-18 pozostały podstawowym źródłem rozpoznania dla dywizjonów rakietowych, przezbrojonych w międzyczasie w zmodernizowane zestawy S-125SC Newa-SC. Taka sytuacja spowodowała, że w pewnym momencie rozpoczęto myśleć o następcy starzejących się coraz bardziej radzieckich urządzeń. Należy także dodać, że pracujące w zakresie metrowym radiolokatory wykazały jeszcze dodatkową zaletę, której ich konstruktorzy zapewne nie przewidywali. Fale radiowe tej długości mają inną charakterystykę rozpraszania niż fale w zakresie mikrofalowym, co powoduje że stosowane obecnie techniki zmniejszonej wykrywalności radarowej (stealth) mają wobec nich niewielką skuteczność. Paradoksalnie więc okazało się, że opracowywane od połowy lat 70. metody zmniejszania wykrywalności samolotów przez środki radiolokacyjne, nie chronią ich przed wykryciem za pomocą radarów pracujących w zakresach, na Zachodzie porzuconych ze względu na ich gorsze parametry.
Stacja radiolokacyjna P-18PL rozwinięta w terenie. W realnej pracy bojowej możliwe jest odsunięcie wozu wskaźnikowego na odległość kilkuset metrów od wozu antenowego zwiększając bezpieczeństwo obsługi w przypadku ataku na radar
Opracowanie nowego radaru
Wymienione wyżej przyczyny spowodowały, że Wojska Obrony Przeciwlotniczej Sił Powietrznych wykazały zainteresowanie pozyskaniem następcy radaru P-18, pracującego w tym samym paśmie, z tym że oczywiście dostosowanego do wymagań współczesnego pola walki oraz wykorzystującego wszystkie możliwości współczesnej techniki radiolokacyjnej i elektroniki. Podobnie jak pierwowzór, nowa konstrukcja miała być mobilnym radarem wstępnego poszukiwania, tyle że wyposażonym w aktywną antenę z elektronicznym sterowaniem wiązką (AESA). Można powiedzieć, że w jakimś stopniu oczekiwania szły w kierunku opracowania polskiego odpowiednika, przyjętej do uzbrojenia w 2003 roku i stanowiącej kolejne ogniwo rozwoju radarów metrowych NNIIRT, rosyjskiej stacji radiolokacyjnej 1Ł119 Niebo-SWU.
Te początkowe założenia stały się podstawą do stworzenia konsorcjum w składzie PIT-Radwar S.A. (lider, ówcześnie noszący nazwę Bumar Elektronika S.A.) oraz Wojskowa Akademia Techniczna, które miało zająć się opracowaniem prototypu pracującego w paśmie metrowym radaru wstępnego wskazywania celów dla zestawów rakietowych OP, z elektronicznie sterowaną w dwóch płaszczyznach wiązką, który otrzymał robocze oznaczenie P-18PL.
W celu zapewnienia środków na opracowanie nowego radaru minister obrony narodowej 9 maja 2012 roku zgłosił go do konkursu nr 3/2012 Narodowego Centrum Badań i Rozwoju na wykonanie projektów w zakresie badań naukowych lub prac rozwojowych na rzecz obronności i bezpieczeństwa państwa. Zawarta 19 grudnia 2012 r. z NCBiR umowa umowa nr DOBR/0042/R/ID1/2012/13 pierwotnie przewidywała termin zakończenia prac w dniu 18 grudnia 2016 roku. Jedna brak w momencie uruchomienia projektu wstępnych założeń taktyczno-technicznych, spowodował niezatwierdzenie przez MON opracowanych przez wykonawcę założeń taktyczno-technicznych oraz programów badań wstępnych i badań kwalifikacyjnych. Brak w momencie uruchomienia projektu wstępnych założeń taktyczno-technicznych (WZTT), spowodował niezatwierdzenie przez MON opracowanych przez wykonawcę założeń taktyczno-technicznych (ZTT) oraz programów badań wstępnych i badań kwalifikacyjnych. W związku z tym, w celu dostosowania umowy do wymagań formalnoprawnych, w okresie 21 listopada 2014 roku – 1 czerwca 2016 roku miał miejsce jego krytyczny przegląd, w trakcie którego, jak wyjaśniał w kwietniu 2017 roku sekretarz stanu w MON Bartosz Kownacki, przedstawiciele Ministerstwa Obrony Narodowej sformułowali rekomendacje, mające na celu dostosowanie P-18PL do potrzeb Sił Zbrojnych RP.
Nie wpłynęło to znacząco na same prace nad prototypem, który ukończony został w 2017 roku, choć jego poszczególne elementy składowe powstawały już od 2015 roku. Dalsze prace rozwojowe doprowadziły do osiągnięcia przez P-18PL docelowego kształtu w roku 2019. Pozwoliło to na rozpoczęcie etapu badań wstępnych (zakładowych), mających na celu sprawdzenie, zgodnie z przygotowanym programem, zasadniczych charakterystyk radaru ujętych w założeniach taktyczno-technicznych oraz ocenę możliwości przedstawienia prototypu do badań kwalifikacyjnych. Pozytywne zakończenie badań zakładowych w 2020 roku było podstawą do przystąpienia do ostatniej fazy projektu czyli odbycia badań kwalifikacyjnych przeprowadzonych przez komisję powołaną przez szefa Inspektoratu Uzbrojenia (obecnie Agencja Uzbrojenia). W tym etapie następuje formalne potwierdzenie wszystkich wymagań zawartych w ZTT, a dodatkowo sprawdzenie poprawności wykonania przedstawionej dokumentacji technicznej prototypu oraz ocena wpływu zastosowanych w prototypie rozwiązań na uruchomienie produkcji. Ostatecznie badania kwalifikacyjne zakończyły się z wynikiem pozytywnym w grudniu 2022 roku, o czym 23 grudnia 2022 roku poinformował rzecznik Agencji Uzbrojenia.
Aktualnie jest już przygotowana dokumentacja do produkcji seryjnej, w której uwzględniono doświadczenia z eksploatacji prototypu. Jedyne co pozostaje to złożenie przez Agencję Uzbrojenia zamówienia na pierwszą partię wdrożeniową, co zgodnie z wcześniejszymi informacjami powinno nastąpić do końca bieżącego roku.
Wóz antenowy WA-18 na podwoziu Jelcz P882 gdzie znajdują się: system antenowy, procesor systemu wykrywania i śledzenia obiektów, układ kontrolno-sterujący oraz układ zasilania / Zdjęcia: Archiwum MILMAG z MSPO 2023
Możliwości P-18PL
P-18PL to pracujący w paśmie metrowym (VHF) mobilny, trójwspółrzędny radar dalekiego zasięgu, przeznaczony do wykrywania i śledzenia zarówno klasycznych statków powietrznych, w tym obiektów typu stealth, jak też taktycznych pocisków balistycznych. Między innymi dzięki zastosowaniu hydraulicznie składanej anteny czas rozwinięcia stacji do pracy jest bardzo krótki – wymagania mówiły o 30 minutach, w praktyce w trakcie prób osiągano czasy znacznie krótsze. P-18PL powstawał jako radar wczesnego wykrywania dla zestawów rakietowych obrony powietrznej, jednak w efekcie powstało urządzenie o parametrach pozwalających na znacznie szersze wykorzystanie niż pierwotnie zakładano.
Jak informuje producent radar może pełnić następujące funkcje:
- radar dalekiego zasięgu wstępnego wykrywania obiektów powietrznych oraz obrony przed pociskami balistycznymi i hipersonicznymi,
- radar wykrywania i wskazywania celów dla zestawów obrony powietrznej średniego i krótkiego zasięgu,
- radar kontroli przestrzeni powietrznej krótkiego, średniego lub dalekiego zasięgu,
- radar wsparcia działań własnego lotnictwa.
Wypełnianie tak wielu różnych zadań jest możliwe dzięki przygotowaniu zestawu różnych trybów pracy, pozwalających elastycznie dopasować parametry do wykonywanej misji, w tym w zakresie zasięgu, pułapu wykrywania czy czasu odnowy informacji radiolokacyjnej. Ponieważ już na etapie wstępnych założeń nowy radar miał stać się środkiem wykrywania celów dla zestawów rakietowych obrony powietrznej średniego zasięgu Wisła, dysponującej także zdolnością zwalczania rakiet balistycznych, to jednym z początkowych wymagań stało się przystosowanie go do wykrywania celów tego typu. Zamawiający uznał także, że w tym celu radar powinien mieć zasięg maksymalny 900 km, a nie 600 km jak pierwotnie proponowali konstruktorzy. W tym trybie pracy bardzo dużego zasięgu cele są wykrywane w maksymalnej odległości 900 km na pułapie do 160 km. W trybie dalekiego zasięgu wartości te zmniejszają się odpowiednio do 600 i 120 km. Przy wstępnym wykrywaniu stosowane jest przeszukiwanie przestrzeni z obrotem anteny w zakresie 360º, zaś w elewacji cyfrowo formowane są wiązki odbiorcze zapewniające pokrycie 25º w trybie przeszukiwania i 45º w trybie śledzenia. Radar może także pracować w trybie sektorowym, kiedy przy nieruchomej antenie przeszukiwanie przestrzeni w azymucie 90º dokonywane jest jedynie elektronicznie. Taki tryb pracy jest przewidziany głównie do wykrywaniu celów w trakcie obrony przed taktycznymi pociskami balistycznymi, kiedy ważna jest możliwość szybkiego skierowania wiązki w wybraną część przestrzeni, aby skutecznie śledzić tak szybkie obiekty. Żeby skrócić czas przeszukiwania całego sektora zmniejsza się wówczas zasięg instrumentalny radaru.
W zależności od typu celu stosowane są różne kanały wykrywania. Radar automatycznie dobiera do charakterystyki wykrytego celu jedną z dostępnych metod obróbki sygnału. W ten sposób w zależności od tego czy mamy do czynienia z klasycznym celem aerodynamicznym, pociskiem balistycznym, czy innego typu obiektem, wykrywanie i śledzenie dokonywane jest w torze dającym najlepsze wyniki.
W trakcie prac nad radarem pojawiła się również kwestia wykrywania śmigłowców w zawisie. Przy zastosowanym w podstawowym trybie wykrywania selekcji celów ruchomych typu MTD, tego typu obiekty są po kilku opromieniowaniach eliminowane jako echa stałe. Spowodowało to konieczność opracowania dodatkowego kanału wykrywania przystosowanego do tego typu celów.
W trakcie prób radar wykazał duże możliwości wykrywania celów o małej skutecznej powierzchni odbicia. Wykrywane były nawet np. pociski artyleryjskie mające SPO na poziomie 0,001 czy nawet 0,0001 m², co pokazuje jego zdolności w zakresie wykrywania coraz groźniejszych celów jakimi są niewielkie bezzałogowe statki powietrzne.
Widok od przodu na system antenowy P-18PL z widocznymi 84 antenami oraz umieszczoną poniżej anteną interrogatora IDZ-50
Opis części składowych
Radar P-18PL składa się trzech jednostek:
- wozu antenowego WA-18 umieszczonego na podwoziu Jelcz P882. W jego skład wchodzi: system antenowy, procesor systemu wykrywania i śledzenia obiektów, układ kontrolno-sterujący oraz układ zasilania,
- wozu wskaźnikowego WW-18 umieszczonego na podwoziu Jelcz P662 gdzie umieszczone są stanowiska pracy operatorów wraz z systemem zobrazowania informacji radiolokacyjnej oraz środki łączności,
- jednostki zasilania JZ-18 na przyczepie dwuosiowej zawierającej dwa zespoły prądotwórcze (główny i zapasowy) służące do zasilania wozu antenowego lub całego zestawu jednostek radaru.
Widok systemu antenowego P-18PL od tyłu z dobrze widocznym harmonijkowymi elementami nośnymi pozwalającymi na szybkie składanie anteny
Wóz antenowy WA-18
Zasadniczym elementem WA-18 jest antena zbudowana jako szyk aktywnych elementów (AESA) złożony z 84 modułów nadawczo-odbiorczych z krótkimi antenami Yagi-Uda ułożonych w 14 kolumn i 6 wierszy. Jest to układ identyczny jak we wspomnianym wcześniej rosyjskim radarze 1Ł119, choć w pewnym zakresie jest to zbieg okoliczności. Otóż 14 kolumn okazało się maksymalną wartością, jaką dało się zastosować, żeby antena po złożeniu zajmowała nie więcej niż 4,0 m wysokości i 2,5 m szerokości, czyli aby mogła się zmieścić na zastosowanym dla zespołu antenowego podwoziu Jelcz P882. Po rozłożeniu antena ma rozmiary 14 x 6 m, co przekłada się na formowanie wiązki nadawczej o szerokości 6º w azymucie i 12º w elewacji. Dzięki zastosowaniu zaawansowanej obróbki sygnału pozwala to na osiągnięcie dokładności pomiaru współrzędnych celu z dokładnością 30 m w odległości i 0,3º w azymucie, co jest dokładnością zbliżoną lub porównywalną do radarów pracujących w pasmach mikrofalowych.
Radar wyposażono w system identyfikacji swój-obcy (IFF) z interrogatorem dalekiego zasięgu IDZ-50 pracującego w standardzie Mark XIIA Mod 5 i Mod S.
Na wozie antenowym umieszczony został również system komputerowy odpowiedzialny za przetwarzanie sygnału w celu wykrywania obiektów powietrznych, wyznaczania ich położenia oraz śledzenia i klasyfikacji. Znalazł się na nim także system nawigacji umożliwiający precyzyjne zorientowanie radaru względem północy oraz dowiązanie topogeodezyjne, a także systemy zasilania, systemy diagnostyczne, napęd anteny oraz układ hydrauliczny rozwijania i zwijania radaru.
Zbliżenie na antenę typu Yagi-Ude, których 64 sztuki składają się na kompletną antenę P-18PL
Wóz wskaźnikowy WW-18
Informacja o wykrytych i śledzonych obiektach ich klasyfikacji oraz identyfikacji przesyłana jest do wozu wskaźnikowego, gdzie w opancerzonym kontenerze umieszczono stanowiska operatorów. Kontener ten zapewnia obsłudze ochronę przed ostrzałem z broni małokalibrowej i odłamkami oraz przed bronią masowego rażenia. Dwaj operatorzy z wnętrza kontenera nadzorują pracę radaru, sterują parametrami jego pracy oraz kontrolują poprawność funkcjonowania urządzeń. Jedno ze stanowisk operatorskich może być wyniesione poza kontener, np. na stanowisko dowodzenia pododdziału radiotechnicznego czy do kabiny dowodzenia zestawu przeciwlotniczego. Zapewnia to pojedynczy kabel światłowodowy o długości do 1 km.
Dodatkowo wyświetlana jest informacja na temat obecności sygnałów zakłócających pozwalająca na wyznaczenie siły sygnału zakłócającego, pasma częstotliwości oraz kierunku z którego przychodzi sygnał.
W wozie wskaźnikowym umieszczono również środki łączności pozwalające na przesyłanie informacji do systemów dowodzenia ugrupowania oraz odbieranie rozkazów i powiadomień. Radar jest przygotowany do wymiany informacji z systemami używanymi w jednostkach obrony powietrznej oraz ośrodkami dowodzenia operacjami powietrznymi. Może się ona odbywać drogą radiową lub z wykorzystaniem linii kablowych. Otwarta architektura oprogramowania umożliwia dostosowanie radaru w przyszłości do nowych protokołów komunikacyjnych pojawiających się wraz z rozwojem systemów dowodzenia.
Ponieważ wóz wskaźnikowy może być odsunięty od wozu antenowego i jednostki zasilania na odległość kilkuset metrów, został on wyposażony we własny zespół prądotwórczy co pozwala mu na działanie niezależnie od jednostki zasilającej.
Wóz wskaźnikowy WW-18, gdzie w opancerzonym kontenerze, zapewniającym obsłudze ochronę przed ostrzałem z broni małokalibrowej, odłamkami oraz przed bronią masowego rażenia, znajdują się stanowiska operatorów
Jednostka zasilania JZ-18
Zapewnia ona zasilanie radaru za pomocą dwóch zespołów prądotwórczych. Do zasilania całego zestawu wystarczy jeden z nich, drugi pełni rolę rezerwowego na wypadek awarii pierwszego. P-18PL może być także zasilany ze źródeł zewnętrznych spełniających wymagania typowego przyłącza energetycznego elektrycznej sieci przemysłowej.
Jednostka zasilania JZ-18 wyposażona jest w dwa zespoły prądotwórcze. Do zasilania zestawu wystarczy jeden z nich, drugi pełni rolę rezerwowego