Krótka historia F-16

Ponad trzydzieści lat temu w USA rozpisano konkurs na lekki samolot myśliwski, którego żywiołem miała być manewrowa walka powietrzna z zachowaniem zdolności do zwalczania celów naziemnych. Spośród kilku firm, które stanęły do walki o kontrakt, zwyciężył Lockheed Martin ze swoim F-16 Fighting Falcon. Przez wszystkie następne lata samolot był intensywnie rozwijany i modernizowany. Już w 1980 r. rozpoczęto wielonarodowy i wielostopniowy program modernizacji samolotu F-16. Ze względu na złożoność programu MSIP (Multinational Staged Improvement Program), podzielono go na trzy etapy.

W pierwszym etapie (MSIP I) stworzono samoloty F-16A/B Block 15, które otrzymały tylko niezbędne zmiany strukturalne dla przyszłych potrzeb (1981 r.). W etapie drugim (MSIP II) początkowo powstały F-16C/D Block 25 (1984 r.), a następnie F-16C/D Block 30/32 (1986 r.). W etapie MSIP III powstały F-16C/D Block 40/42 (1988 r.) wyspecjalizowane w uderzeniach na obiekty naziemne w dzień i w nocy w trudnych warunkach atmosferycznych, a zwieńczeniem tego etapu były samoloty F-16C/D Block 50/52, tym razem przede wszystkim wyspecjalizowane w ogniowym przełamywaniu naziemnej, zintegrowanej obrony powietrznej (1991 r.) Samolot F-16C/D Block 60 powstał specjalnie na zamówienie Zjednoczonych Emiratów Arabskich. Radary instalowane w samolotach F-16 omówię w kontekście historii rozwoju tego samolotu.

AN/APG-66

AN/APG-66(V)2

Budowę pierwszego F-16A podjęto w grudniu 1975 r. Pierwotnie zamierzano zainstalować na nim prosty radiolokator pracujący jedynie w relacji powietrze – powietrze, przystosowany do wykrywania celów powietrznych z małych odległości. Ostatecznie wybrano jednak radar firmy Westinghouse (obecnie Northrop Grumman) AN/APG-66, opracowany specjalnie dla potrzeb F-16. Zaprojektowano go jako prosty, wielofunkcyjny radar impulsowo-dopplerowski, z możliwością wykrywania i śledzenia celów nie tylko na średnich i dużych wysokościach, ale także na tle ziemi. W stacji zastosowano średnią częstotliwość powtarzania impulsów (10 – 15 kHz), zapewniając w miarę precyzyjne informacje o odległości w różnych rodzajach (trybach) pracy oraz zobrazowanie celów ruchomych na tle ziemi, chociaż w pierwszych wersjach radaru jego możliwości w tym zakresie były ograniczone. W trybie wykrywania celów powietrznych w dużych odległościach radar przeszukiwał sektor 40° w azymucie i 20° w elewacji. Zasięg wykrywania zależał oczywiście od skutecznej powierzchni odbicia celu. Dla bombowców strategicznych zasięg ten sięgał 75 km powyżej i na wysokości lotu myśliwca, a 55 km na tle ziemi. Dla dużych samolotów taktycznych zasięg ten wynosił odpowiednio 50 i 35 km. Dla samolotów taktycznych średniej wielkości zasięg wynosił ok. 40 km powyżej i na wysokości lotu myśliwca oraz ok. 30 km na tle ziemi. Dla niewielkich samolotów myśliwskich zasięg wynosił odpowiednio 25 – 30 km i 15 – 20 km.

Kątowy sektor skanowania mógł być rozszerzony do 120° w poziomie i 40° w pionie, wówczas zasięg radaru zmniejszał się dwukrotnie. Ponadto radar mógł być przełączany na zakres bliskiej walki powietrznej, częstotliwość powtarzania zwiększała się, redukując zasięg do ok. 20 km, ale wzrastała szybkość przeszukiwania przestrzeni powietrznej: po 40° w każdej z płaszczyzn lub 80° w azymucie i 20° w elewacji (w zależności od rodzaju manewrów, wykonywanych przez cel). W czasie poszukiwania celów radar wybierał najgroźniejszy z nich według założonego programu i automatycznie inicjował jego śledzenie, ale ze wskaźnika znikały informacje o innych wykrytych celach (nie było rodzaju pracy TWS - Track-While-Scan).

W rodzajach pracy zwalczania celów naziemnych (powietrze –ziemia), początkowo radar dokonywał pomiaru odległości skośnej (pochyłej) do punktu upadku danej broni na ziemię. Komputer systemu kierowania ogniem obliczał punkt upadku bomb, niekierowanych pocisków rakietowych lub pocisków z działka na ziemię, czerpiąc informacje z komputera danych aerodynamicznych (prędkość, wysokość) i z platformy bezwładnościowej (kąt pochylenia samolotu). Informacje te były następnie uaktualniane pomiarem odległości z radaru. Dzięki temu F-16 był w stanie bardzo celnie bombardować, pod warunkiem wzrokowego kontaktu pilota z celem. AN/APG-66 umożliwiał lokowanie bomb niekierowanych w kole o średnicy 30 m. Pierwsze wersje radaru nie wykonywały natomiast mapy terenu. Warto wspomnieć, że na wniosek europejskich użytkowników, jeszcze przed wprowadzeniem do seryjnej eksploatacji, radar został zmodyfikowany. Dostosowano go do pracy nad morzem, eliminując echa od fal. Zmiany dotyczyły oprogramowania stacji.

W 1986 r. podjęto decyzję o przebudowie 270 samolotów F-16A/B Block 15 na wersję myśliwca przechwytującego obrony powietrznej (OP), przeznaczoną dla Gwardii Narodowej USA. Aby zwiększyć możliwości F-16A/B ADF (Air Defense Fighter) w zwalczaniu jak największej ilości pocisków manewrujących, postanowiono wyposażyć je w pociski kierowane radiolokacyjnie, które mogłyby być odpalane z przedniej półsfery celu z dużej odległości. W efekcie powstał radar AN/APG-66(V)1. Oprócz zdolności zwalczania małowymiarowych celów powietrznych na tle ziemi, radar ten mógł też emitować ciągłą wiązkę podświetlającą dla pocisków rakietowych AIM-7F Sparrow oraz uaktualniać dane o celu dla pocisków AIM-120 AMRAAM po ich odpaleniu.

Narodziny nowej generacji samolotów radzieckich skłoniło użytkowników F16A/B do ich modernizacji. Holandia była pierwszym krajem, który w 1985 r. zaproponował modernizację, która min. zakładała poprawę możliwości bojowych w zakresie zwalczania celów powietrznych poprzez unowocześnienie radaru i wprowadzenie możliwości atakowania celów powietrznych poza zasięgiem ich widzialności (BVR – Beyond Visual Range). Prace nad modernizacją, nazwaną Mid-Life Update – MLU (unowocześnienie w toku eksploatacji) dały w efekcie wersję samolotu F-16A/B MLU. Samolot otrzymał zmodernizowany radar AN/APG-66(V)2, wyposażony w szybszy procesor i większą pamięć operacyjną. Umożliwiło to wprowadzenie częściowego skanowania fazowego, a to z kolei śledzenie wielu celów powietrznych w szerszym zakresie kątów. Zasięg wykrywania celów powietrznych zwiększył się o 25%. Radiolokator mógł teraz śledzić do 10 celów powietrznych nie przerywając skanowania (Track While Scan), a do sześciu z nich jednocześnie mogły być przygotowane dane do strzelania pociskami AMRAAM. Jednocześnie można było odpalić dwa pociski tego typu do dwóch różnych celów, a natychmiast po zakończeniu sekwencji naprowadzenia – kolejne dwa, gdyż przygotowanie danych do strzelania następnymi pociskami następowało niejako w tle, w czasie naprowadzania poprzednich pocisków. Tryb wyostrzania wiązki dopplerowskiej (DBS - Doppler Beam Sharpening) umożliwiał też łatwe wykrywanie celów wolno poruszających się (np. śmigłowców), a także wykrywanie celów lecących pod kątem kursowym zbliżonym do 90°, nie występowało więc charakterystyczne dla radarów dopplerowskich zanikanie celów lecących prostopadle do myśliwca. W zmodernizowanych radarach wprowadzono też Raid Assesment Mode, umożliwiając rozdzielenie poszczególnych samolotów lecących w grupie blisko siebie, z dużej odległości.

W celu zapewnienia łatwiejszego prowadzenia nawigacji nad terenem przeciwnika, gdy nie ma możliwości jej korygowania przy użyciu TACAN-a ze względu na dużą odległość od naziemnych elementów systemu, na F-16A/B MLU wprowadzono nowy rodzaj pracy radaru - Digital Terrain System – DTS, umożliwiający wykonywanie dokładnej, cyfrowej mapy terenu. Ciekawą cechą DTS było zastosowanie bazy danych z wprowadzonym cyfrowym zobrazowaniem terenu w rejonie działań samolotu. Porównanie tworzonej mapy z tą wprowadzoną do bazy danych umożliwiało precyzyjne umiejscowienie samolotu w przestrzeni, co pozwalało na skorygowanie inercjalnego systemu nawigacyjnego. Tak więc nawet przy niedostępności GPS możliwe było precyzyjne nawigowanie samolotem. Radar AN/APG-66(V)2 umożliwiał też wykonywanie automatycznych lotów zgodnie z rzeźbą terenu na małych wysokościach, nawet do 60 m, przy czym DTS wspomagał wówczas pracę radaru, ostrzegając o przeszkodach terenowych.

AN/APG-68

AN/APG-68(V)

W wyniku zrealizowanego w 1984 r. etapu MSIP II powstał F-16C/D Block 25. Główną różnicą w stosunku do wersji poprzednich było zastosowanie nowego, impulsowo-dopplerowskiego radaru AN/APG-68, o maksymalnym zasięgu wykrywania zwiększonym do 160 km (samolot bombowy) i 80 – 100 km (samolot taktyczny średniej wielkości). Niemal wszystkie wartości charakteryzujące zasięg APG-68 zostały w stosunku do APG-66 zwiększone dwukrotnie. Pole widzenia stacji również zostało znacznie powiększone. Z nowych rodzajów pracy w relacji powietrze – powietrze godny uwagi jest TWS - Track Wile Scan, z możliwością jednoczesnego śledzenia do 10 celów, bez konieczności przechodzenia do trybu STT, czyli śledzenia pojedynczego celu. Wprowadzono też Raid Assessment Mode, umożliwiający rozdzielenie ech od pojedynczych samolotów lecących w zwartej grupie. Było to bardzo istotne, bowiem po przejściu radaru w tryb śledzenia celu (jednego lub kilku), mogło się okazać, że śledzony cel to w istocie grupa, która przez rozdzielenie się doprowadza do zerwania śledzenia, a co najmniej umożliwia skryte podejście „zgubionego” celu, który w wyniku nagłego zaskoczenia zamienia atakującego w obiekt własnego ataku.

Przede wszystkim jednak nowy radar umożliwiał współpracę z pociskami AIM-120 AMRAAM, dającymi możliwość wykonania skutecznego ataku ze średnich odległości (do 50 km). Znacznemu rozszerzeniu uległy też funkcje radaru związane ze zwalczaniem celów naziemnych. Wykonywał on mapę terenu, a ponadto miał zdolność śledzenia celów naziemnych, zarówno kontrastowych celów nieruchomych, jak i celów poruszających się, nawet z niewielką prędkością. Tę ostatnią funkcję zrealizowano w rodzaju pracy DBS (Doppler Beam Sharpening Mode). W czasie obserwacji celów naziemnych istniała możliwość „zamrożenia” obrazu na wskaźniku, by umożliwić pilotowi jego przeanalizowanie i wybranie celu.

Od 1987 r., samoloty F-16C/D Block 30 otrzymały możliwość odpalania do czterech pocisków AIM-120 AMRAAM do czterech różnych celów, dwa odpalane jednocześnie, a dwa kolejne – po krótkiej przerwie, po zrealizowaniu procedury MCU czyli Mid Course Update dla poprzedniej pary. Umożliwiała to zmodernizowana stacja radiolokacyjna AN/APG-68(V).

Począwszy od grudnia 1988 r. do USAF zaczęły trafiać samoloty F-16C i F-16D Block 40, zbudowane według pełnego programu modernizacyjnego MSIP (w fazie MSIP III). Samoloty Block 40 stanowiły nową jakość w rodzinie „szesnastek”, gdyż były w pełni przystosowane do atakowania celów powietrznych i naziemnych w każdych warunkach atmosferycznych w dzień i w nocy. Radar AN/APG-68(V) umożliwiał odpalanie pocisków AIM-120 AMRAAM do czterech celów jednocześnie (po dwa w dwóch salwach, w krótkim odstępie czasowym). Takie radary pojawiły się już na F-16C/D Block 30B, ale to właśnie samoloty Block 40 jako pierwsze wyposażono w pociski AIM-120 i jako pierwsze mogły wykorzystać nowe możliwości.

Samolot F-16C/D Block 52 (czyli polski „JASTRZĄB”) otrzymał ulepszoną pokładową stację radiolokacyjną AN/APG-68(V)9. Zmiany, jakich dokonano w jej konstrukcji poprawiają zdolność działania urządzenia w obecności zakłóceń pasywnych i aktywnych. W porównaniu z poprzednimi wersjami, AN/APG-68(V)9 posiada też zwiększony o około 1/3 zasięg wykrywania celów powietrznych, przeszukuje większy sektor przestrzeni, a także ma poprawione możliwości śledzenia pojedynczego celu. Rozdzielczość obrazu w trybie pracy SAR (z syntetyczną aperturą) wynosi zdecydowanie poniżej jednego metra. Zwiększono także zasięg wykrywania celów morskich oraz zwiększono rozdzielczość map terenu. Radar po raz pierwszy umożliwia walkę z kilkoma celami powietrznymi lecącymi w ciasnym ugrupowaniu. Z radarem sprzężono pokładowy termolokacyjny układ celowniczo – nawigacyjny IFTS o zasięgu wykrycia i śledzenia zbliżonym do zasięgu radaru. To rozwiązanie w istotny sposób podniosło odporność samolotu na zakłócenia naturalne i organizowane całego systemu obserwacyjno – celowniczego.

Opis techniczny radarów AN/APG-68(V)

rozmieszczenie HUD i MFD

Produkowany przez Northrop Grumman Corporation AN/APG-68(V) jest koherentnym, cyfrowym, wielofunkcyjnym radarem impulsowo-dopplerowskim, wywodzącym się od AN/APG-66(V)2, wprowadzonym do służby na F-16 od wersji Block 30/40. Radar ma elektronicznie sterowaną antenę, blok MLPRF (Modular Low-Power Radar Frequency) posiadający, jak nazwa wskazuje, modułową konstrukcję dla ułatwienia obsługi technicznej i modernizacji oraz chłodzony powietrzem nadajnik DMT (Dual Mode Transmitter), pozwalający radarowi pracować na niskiej, średniej i wysokiej częstotliwości powtarzania. Ta elastyczność i uniwersalność umożliwia optymalizowanie pracy radaru w relacjach powietrze – powietrze, powietrze – ziemia, śledzenia celów i wykonywania map terenu.

MFD

Radar spełnia wszelkie wymagania dotyczące przewagi powietrznej we wszelkich warunkach meteorologicznych oraz uderzeń na cele naziemne. Zobrazowując sytuację radiolokacyjną na wskaźniku przeziernym (HUD – Hud-Up Display,) i na wyświetlaczach w kokpicie (MFD – Multi Function Displays), zapewnia łatwą obsługę bez odrywania rąk od przepustnicy i drążka sterowego (HOTAS – Hands On Throtle And Stick) i wzroku od otaczającej przestrzeni, co jest szczególnie ważne w samolocie jednoosobowym.

Płaska antena radaru jest osadzona na przegubach azymutalnym i elewacyjnym, pozwalających stabilizować jej położenie w czasie manewrowania. Kluczową cechą jest zastosowanie nadajnika z lampą o fali bieżącej, zdolnej pracować z małą mocą impulsową przy wysokiej częstotliwości powtarzania oraz dużą mocą impulsową przy średniej częstotliwości powtarzania. Procesor radaru zawiera w jednym bloku programowalny procesor sygnałowy i procesor danych.

HUD

Radar AN/APG-68(V) może działać w 25-ciu rodzajach (trybach, lub po angielsku - modach) pracy w relacjach powietrze – powietrze i powietrze – ziemia. Rodzaje pracy powietrze – powietrze umożliwiają wykrywanie, śledzenie i atakowanie celów we wszystkich położeniach i na wszystkich wysokościach, nawet w obecności silnych zakłóceń biernych (odbić od ziemi). Rodzaje pracy powietrze – ziemia zapewniają sporządzanie szczegółowych map terenu, wykrywanie, określanie współrzędnych i śledzenie celów naziemnych, są także stosowane do nawigacji.

Radar stosuje niską częstotliwość powtarzania w czasie pracy w relacji powietrze – ziemia, a średnią i wysoką częstotliwość powtarzania dla przechwytywania celów powietrznych z dużej odległości. Praca w trybie wykrywania celów w prędkości przy wysokiej częstotliwości powtarzania (Velocity Search Mode), zwiększa maksymalną odległość wykrywania celów o dużej prędkości, podczas gdy praca w trybie RWS (Range While Search – pomiar odległości w trakcie skanowania) na optymalizowanej, średniej częstotliwości powtarzania, jest stosowana w czasie następnego skanowania po wykryciu celu dla potwierdzenia wykrycia i uzyskania dokładniejszych danych o odległości i jego położeniu przestrzennym. W przypadku potwierdzenia wykrycia, cel jest zobrazowany we współrzędnych odległość – azymut. W obu trybach pilot może opcjonalnie ograniczyć obszar przeszukiwania lub zażądać informacji o wysokości wybranego celu.

W trybie TWS (Track While Scan) radar AN/APG-68(V) może śledzić do 10 celów jednocześnie, oceniać względne zagrożenie i wybierać cele stanowiące największe zagrożenie dla myśliwca. Możliwe jest również śledzenie jednego celu w trybie STT (Single Target Track) oraz odzyskiwanie zerwanych tras na skutek silnych zakłóceń biernych. W trybie SAM (Situation Awereness Mode) jeden lub dwa wybrane przez pilota cele są nieprzerwanie śledzone, podczas gdy radar przeszukuje wybrany przez pilota sektor przestrzeni. Urządzenie wykorzystuje techniki dopplerowskie o wysokiej rozdzielczości dla rozróżnienia indywidualnych celów w dużej odległości, lecących w ciasnej grupie (Raid Mode).

Tryby pracy przewidziane do manewrowej walki powietrznej (ACM – Air Combat Manoeuvring) są wybierane automatycznie po naciśnięciu przez pilota przycisku „dog fight” na dźwigni przepustnicy. Początkowo radar skanuje obszar o rozmiarach kątowych 20° na 30° i inicjuje śledzenie pierwszego wykrytego celu w odległości mniejszej niż 10 mil morskich. Pilot ma również opcję wyboru obszaru skanowania 10° na 60° w pionie, sterowania kursorem na wskaźniku przeziernym tak, żeby umieścić go na celu i zainicjować śledzenie ręcznie, uwalniając przełącznik na drążku sterowym (side stick controller) lub automatycznie „otrzymywać” cele w obszarze ograniczonym polem widzenia anteny. Automatyczne pozyskiwanie informacji o celach pozwala skrócić czas reakcji w czasie walki powietrznej.

W rodzajach pracy powietrze – ziemia radar może wykonywać mapy terenu rzeczywistą wiązką antenową, „wyostrzając” cele przy zastosowaniu metody monoimpulsowej, rozszerzona odmiana tego trybu pracy jest optymalizowana dla obserwacji celów morskich. Do dyspozycji są również dwa tryby dopplerowskiego wyostrzania wiązki, zapewniające poprawę rozróżnialności w azymucie 6:1 i 64:1. W trybie look-down radar, stosując próg prędkości, potrafi odróżnić poruszające się cele naziemne (pojazdy) od celów stacjonarnych. Warto też wspomnieć o tzw. Beacon Modes, czyli rodzajach pracy dedykowanych nawigowaniu statku powietrznego, przy wykorzystaniu naziemnych środków radionawigacyjnych.

Radar jest obiektem ciągłego procesu modernizacji oraz, co warto podkreślić, poprawiania niezawodności. Wczesne wersje radaru (APG-68(V)1 do (V)4 na F-16 Block 30/40) charakteryzowały się średnim czasem między uszkodzeniami (MTBF – Mean Time Between Failures) 160 godzin. Wartość ta została zwiększona do 264 godzin w APG-68(V)5 instalowanych w F-16 Block 50 dla USAF i (V)7 i (V)8 w samolotach przeznaczonych na eksport oraz 390 godzin w (V)9 instalowanych w F-16 Block 50/52. Urządzenie jest uważane za najbardziej niezawodne wśród wszystkich radarów produkowanych w USA.

Oceniając parametry i możliwości różnych wariantów radaru AN/AGP-68(V) należy podkreślić, że zdecydowana większość samolotów F-16 będących aktualnie w służbie to Block 30 (około 700), z mniejszą ilością Block 40 i Block 50 (400 i 250 odpowiednio wg danych z roku 2001). Aktualnie „wiodącym” radarem w US Air Force jest AN/APG-68(V)5, który zapewnia pilotowi podwójną (zdwojoną) świadomość sytuacyjną (SAM – Situational Awereness Mode), monoimpulsowe mapowanie terenu, dokładniejsze śledzenie celów z dużej odległości oraz ulepszone pozyskiwanie informacji o celach w czasie manewrowej walki powietrznej.

W maju 2000 r. wprowadzono do eksploatacji na nowo budowanych F-16 Block 50/52 radar AN/APG-68(V)9. Nowy radar ma wspomniany wcześniej, wydłużony średni czas między uszkodzeniami (MTBF) oraz szereg ulepszeń w porównaniu do (V)5, a mianowicie:

Podstawowe parametry radarów AN/APG-68(V)
Zakres częstotliwości 8 -12,5 GHz
Nadajnik lampa o fali bieżącej (LFB) o zróżnicowanej mocy impulsowej
Antena planarna (płaska) o wymiarach 740 x 480 mm
Maksymalny zasięg wykrywania powietrze – powietrze : 296 km, (160 mil morskich) powietrze – ziemia: 148 km (80 mil morskich)
Zakresy odległości 10, 20, 40, 80, 160 mil morskich
Zakresy skanowania w azymucie 20°, 50°, 60°, 120°
Pokrycie w kącie elewacji 1, 2, 3 lub 4 linie (metoda przeszukiwania liniowego)
Liczba bloków/jednostek 4 bloki wymienialne w warunkach polowych (LRU – Line Replaceble Units), wszystkie umiejscowione w dziobie samolotu
Średni czas naprawy w war. polowych 30 minut
Niezawodność 264/390 godzin MTBF ((V)5/(V)9)
Masa 164 kg (AN/APG-68(V)9)

AN/APG-80 ABR

Najnowocześniejszym radarem dla F-16 jest AN/APG-80 ABR, instalowany na samolocie F-16 Block 60+ zbudowanym na zamówienie Zjednoczonych Emiratów Arabskich. Skrót ABR oznacza Agile Beam Radar, czyli dosłownie radar ze zwinną (czytaj: bezinercyjną) wiązką antenową. Zastosowano w nim, po raz pierwszy w F-16, szerokopasmowy, aktywny, elektronicznie fazowany szyk antenowy AESA (Active Electronically Scanned Array). W porównaniu z wcześniej omówionymi, radar ten zapewnia min: