FFI-FOKUS 2 Forsvarsfaglig tidsskrift utgitt av Forsvarets forskningsinstitutt mars 2003 Varmesøkende missiler det nye terrorvåpenet Foto: Redstone Army Archives
2 Varmesøkende missiler: Terrorvåpen i gale hender motmidler finnes Skulderfyrte varmesøkende missiler representerer en stor trussel mot sivile og militære fly og helikoptre. Missilet kan transporteres og opereres av enkeltpersoner med minimal opplæring, langt fra vei og annen infrastruktur. Våpenet kan treffe sitt mål dag som natt på flere kilometers hold. I gale hender er det et ideelt terrorvåpen som det er vanskelig å beskytte seg mot. Men, det finnes motmidler. Av forsker Harald Hovland, FFI 11. september 2001 skrev terrororganisasjonen al-qaida seg inn i historien med fete typer ved å angripe de fremste økonomiske og militære symbolene i verdens mektigste nasjon, Twin Towers i New York og Pentagon i Washington DC. Under denne tragiske hendelsen ble flyene brukt til å angripe målene. Angrep mot fly og helikoptre fører som regel også til massiv mediedekning, og gjør fly til attraktive terror mål. Så å si alle sikringstiltak søker å hindre adgang for sprengstoff eller bevæp nede personer i flyet før det tar av. At angrep også kan forekomme etter at flyet har tatt av så man senest 28. november i fjor i Kenya, da to SA- 7-missiler ble avfyrt mot et israelsk charterfly rett etter at flyet tok av. I militær sammenheng er angrepstrusselen etter letting også stor. Militære fly kan hovedsakelig møte fem typer trusler i luften: Gevær- og artilleriild, panserbrytende raketter, radarstyrte missiler, operatørstyrte missiler, og varme søkende missiler. IR-styrte missiler Varmesøkende, eller infrarødt (IR) styrte missiler sikter seg inn mot målets infrarøde varmestråling. Alle objekter sender ut varmestråling, og jo høyere temperaturen er, jo mer stråler målet. For å være synlig, må målets utsendte stråling skille seg fra bakgrunnsstrålingen. Vanligvis søker IR-luftmålsmissiler etter mål som lyser kraftigere enn bakgrunnen. Eksempelvis lyser flyets varme motordeler, avgasser og friksjonsoppvarmete skrog kraftig opp på himmelen i IR-området. al-qaida i Kenya. Sivilt og uniformert politi inspiserer utskytningsrøret til et SA-7-missil som ble brukt i angrepet mot et israelsk charterfly i november 2002 (Foto: Scanpix/ AP) IR-søkere er uavhengige av sollys, og kan dermed opereres natt som dag. Det er få andre varmekilder på himmelen, så selv enkle og rimelige missilsøkere er i stand til å finne målet på flere kilometers hold. Et unntak er solen, som med en overflatetemperatur på flere tusen grader lyser kraftig i IR-området, og forårsaker problemer for eldre missiler som SA-7.
Overraskelsesmomentet På 50-tallet skjøt taiwanske jagerfly fløyet av CIA-piloter Sidewinder IR-missiler mot kinesiske MiG jagerfly(1). Plassert godt bak og under flyformasjonene kunne de amerikanske pilotene avfyre missilene og forsvinne usett. Tilbakevendte kinesiske piloter rapporterte at vingmennene deres hadde eksplodert uten forvarsel og uten noen som helst indikasjon på angrep. Dette resulterte i at det kinesiske flyvåpenet satte alle sine jagerfly på bakken, i den tro at et vedlikeholds- eller designproblem forårsaket ødeleggelsen av flyene i stor høyde. Fortsatt er et av de største problemene med IR-missiler at de ikke oppdages i tide. på lang avstand. Det er også et problem å flytte slike systemer rundt ubemerket. Dette gjør radarbaserte systemer best egnet for større krigsorganisasjoner. 3 MANPADS Selv om anekdoten ovenfor omhandler lufttil-luftmissiler, er overraskelsesmomentet enda viktigere med skulderfyrte bakke-til-luftmissiler, MANPADS (Man Portable Air Defence System). Typiske MANPADS veier 10-20 kg og er halvannen til to meter lange. De er enkle i bruk og kan transporteres og opereres av en enkeltperson med minimal trening(2). Missilet kan brukes langt fra vei og annen infrastruktur og kan klargjøres på under halvminuttet. MANPADS er velegnet mot transportfly, mot helikoptre og mot jagerfly. Våpenet er tilgjengelig på svartebørsen, med priser rundt 100 000-500 000 kroner(3). Det kan ligge lagret i en kasse i flere år, uten at ytelsen reduseres nevneverdig. Radarbaserte systemer, derimot, består gjerne av flere større kjøretøyer og opereres av et titalls høyt kvalifiserte personer. Systemprisen er på flere titalls eller hundretalls millioner kroner, og driftskostnadene er betydelige. Systemet sender ut stråling under bruk slik at trening med utstyret raskt vil kunne oppdages MISTRAL 2. Franske MISTRAL er et meget kapabelt missilsystem, kjennetegnet av det spisse nesepartiet og en ekstremt høy maksimalhastighet, over 2.5 ganger lydhastigheten. (Foto: MBDA) Kunnskap redder liv Virkningsgraden av MANPADS (antall nedskutte fly/helikoptre per fyrte missil) har historisk variert betydelig. I tabellen nederst på denne siden sees effekten av SA-7 brukt i kamper mellom 1972 og 1988 (4). Vi ser at virkningsgraden, antall nedskutte fly relativt til antallet fyrte missiler, varierer sterkt fra konflikt til konflikt. Helt til høyre i tabellen har vi stipulert prisen per nedskyting, basert på en stykkpris på missilene på 100 000 kroner. Som vi ser reduseres effekten av et angrep dramatisk ved en god trusselforståelse og -håndtering. Mens bakkebaserte SA-7 har hatt en virkningsgrad på i underkant av 0.15 prosent mot det israelske flyvåpenet, har den i Tabell for SA-7-missilets virkningsgrad Konflikt Nedskutte fly Fyrte missiler Virkningsgrad (%) Ca-pris (Mkr) pr nedskytning Vietnam 1972-74 45 528 7.6 10 Angrep på det israelske flyvåpenet 1973-88 10 6825 0.15 450 Thai-Kambodsjanske trefninger 1980-88 2 58 3.4 20 Sentralamerikanske konflikter 1979-88 4 38 10.5 6.7 Sørafrikanske konflikter 1979-88 9 470 1.9 3.7 Sovjetiske luftstyrker i Afghanistan 47 508 9.3 7.5 Bruk av SA-7 i forskjellige konflikter og virkningen av missilet (4). Tallene for det israelske flyvåpenet inkluderer bare bakkebaserte SA-7; Luft-til-luft-versjonen av missilet stod for en betydelig andel av de totalt 33 israelske flyene som er rapportert skutt ned under Yom Kippur-krigen i oktober 1973.
4 forskjellige sentralamerikanske konflikter hatt en virkningsgrad på over 10 prosent. SA-7 er ellers et første generasjons missil med langt dårligere virkningsgrad enn mer moderne systemer, som Stinger, Mistral og SA-18. Avgjørende betydning Viktigere enn den våpentekniske og økonomiske effekten er imidlertid at MANPADS kan begrense motstanderens militære handlefrihet. Et eksempel på dette er kampene rundt årsskiftet 1990-91 i El Salvador(4). Med 28 nyanskaffede SA-14-missiler, klarte FMLNgeriljaen på kort tid å skyte ned 3 fly med 11 missiler. Konsekvensen ble at det salvadoranske luftforsvaret effektivt ble hindret i å benytte flyangrep på dagtid, og kunne derfor ikke lenger gi nødvendig luftstøtte til hæren. Da dette var et av de få virkelige fortrinnene regjeringshæren hadde, forandret det lille antallet missiler styrkeforholdet betraktelig. Stinger i Afghanistan I Afghanistan fikk Sovjetunionen store problemer med Stingermissiler som USA forsynte Mujahedin med. I følge Steven Zaloga(4) hevdet Mujahedin å ha skutt ned 269 helikoptre/ fly med 340 missiler. Tallene er trolig noe oppskrytt, men estimater for virkningsgraden for Stinger Basic, som senere har blitt spredd rundt i verden, ligger godt i overkant av 30 prosent. I tillegg til at de sovjetiske styrkene mistet et betraktelig antall helikoptre, forandret missilet måten man kunne foreta angrep på. Stingermissilet har antakelig en del av æren for at Sovjetunionen til slutt valgte å trekke seg ut av Afghanistan. Allierte tap under Gulfkrigen Også vestlige styrker har fått erfare effekten av MANPADS. I løpet av Gulfkrigen i 1991 antas det at SA-16 alene sto for over halvparten av nedskytingene av allierte fly/helikoptre. Totalt sto IR-missiler for tre fjerdedeler av de amerikanske tapene, og en enda høyere alliert tapsandel. To hovedårsaker er at de radarstyrte systemene ble styrt gjennom et sentralisert nettverk som delvis ble satt ut av funksjon, samt at utskytningsplattformene kunne spores opp av anti-radarmissiler når de siktet seg inn mot sine mål. De små og passive IR-styrte missilene var derimot lokalt styrt og kunne ikke så lett lokaliseres før det var for sent. Leksen man fikk fra Gulfen førte til at man unngikk å fly lavere enn 15 000 fot under Kosovokrisen, utenfor MANPADS-rekkevidden. Dette ga de allierte problemer med å skille ekte mål fra falske. Serbernes utstrakte bruk av narremidler var meget effektiv og ble kombinert med smart bruk av de radarstyrte missilsystemene. I følge amerikanske offiserer ble ikke det serbiske luftvernet militært sett betydelig svekket selv etter 78 dagers intens luftkampanje. MANPADS-trusselen, hovedsakelig SA- 18, bidro nok også i stor grad til at man ikke satte inn angrepshelikoptre i dette området. Ideelt våpen Totalt sett ser vi at MANPADS er et velegnet gerilja- og terrorvåpen. De er økonomisk og praktisk tilgjengelige selv for mindre grupperinger. MANPADS er enkle og fleksible ved transport og i bruk, vanskelige å oppdage og kan utplasseres så å si over alt. De har en virkningsgrad som gjør dem til en reell fare. De kan påvirke handlingsmønsteret til en i utgangspunktet overlegen fiende, og det er vanskelig, om ikke umulig å eliminere den trusselen de representerer. En er nødt til å forholde seg til MANPADS siden det er grunn til å tro at de fleste terrororganisasjoner er i bestittelse av dem (5). Militært sett finnes det som vi skal se flere beskyttelsesteknikker, men mange av disse er uegnet for sivil luftfart. EK som motmiddel Det finnes hovedsakelig tre typer IR-motmidler: Narrebluss (også kalt flares), rundstrålende IR-jammere og rettede IR-jammere. I tillegg til disse tre rene motmidlene kommer signaturkontroll, mer populært kjent som kamuflasje eller stealth. Vi skal her bare kort nevne de viktigste IR-stealth -teknikkene: Skjerme viktige varmekilder, kjøle ned varme avgasser og velge maling med gunstige IR-egenskaper. Avfyring av narrebluss. Avfyring av narrebluss fra helikopter. (Foto: Eivind Engebretsen/FFI)
Narrebluss Narrebluss er kraftige varmekilder som skytes ut fra fly/helikoptre for å tiltrekke seg missilene. Standard narrebluss består av en magnesium-teflon-viton (MTV)-blanding. De brenner ved høy temperatur (rundt 2000 C), bremses opp kraftig og faller bakover og nedover grunnet luftmotstanden og gravitasjonen. Missilprodusentenes svar er å bygge inn mekanismer i missilsøkerne som skiller motmidlene fra målene. Noen søkere snevrer inn synsfeltet når målet er oppdaget. Andre filtrerer bort mål med unormal bevegelse. En tredje type reagerer på målets strålingsintensitet eller variasjoner i denne. En fjerde type ser på intensitetsforholdet i ulike spektrale bånd (forskjellige farger), en brukbar indikator for målets temperatur, og ignorerer unormalt varme objekter. Med nye avbildende missilsøkere vil også målets form, struktur, tekstur og andre romlige egenskaper kunne utnyttes. En kombinasjon er naturligvis også mulig; teknikkvalget er avhengig av plass-, vekt- og fremfor alt økonomiske hensyn. Dødelig katt og mus-lek Fagfeltet er kjennetegnet av en betinget dynamisk utvikling. Således har missilforbedringene blitt møtt med nye narreblusstyper. Aerodynamisk utforming eller modifiserte utskytningsretninger har forbedret bevegelsesegenskapene, kjemiske eller mekaniske utforminger har endret intensiteten eller det spektrale intensitetsforholdet, arealet, røykstripens form og lengde eller brenntid. Arbeid er gjort for å gjøre narrebluss usynlige for det 5 Teknisk virkemåte I de første fungerende IR-styrte missilsøkerne fokuseres innkommende lys ned på en retikkel. En retikkel er en roterende skive med vekselvis gjennomsiktige og ugjennomsiktige felter på seg. På baksiden av retikkelen registrerer en detektor signalet som dannes når lyset fra målet passerer de gjennomsiktige feltene på retikkelen. Det resulterende signalet dekodes og gir informasjon om avviket fra siktelinjen mot målet. I nyere retikkelsøkere er den tradisjonelle spin-scan -teknikken med en roterende retikkel erstattet av en teknikk kalt con-scan, der et skråstilt, roterende speil beveger avbildningen av målet i sirkel rundt på en fast retikkel. målet relativt til missilets siktelinje. Man introduserte også tofarge-detektorer som er i stand til å skille mellom ekte mål og meget varme kilder, som narrebluss og solen. Begge disse teknikkene ble introdusert for å møte nyutviklede motmidler. Stinger POST kom få år senere med en såkalt rosette scan søker(4). POST-versjonen etterfulgte Basic-versjonen som ble benyttet i Afghanistan, men søkerne i disse to missilene er fundamentalt forskjellige. Stinger POST er en missilsøker med en scannende punktdetektor som i prinsippet er i stand til å observere individuelle mål i en klynge, og kan kalles den første semiavbildende bakke-tilluft missilsøkeren. Med etterfølgeren, Stinger RMP(4) innførte man betydelig økt fleksibilitet ved mulighet for å modifiseres missilets programvare når nye motmidler dukket opp, i stedet for å erstatte elektronikken (6). Avbildende søkere ble introdusert i MANPADS i 1994 med Toshiba Type 91 Kin-SAM(2). Missilet skal ikke være eksportert til andre land. Missilet bruker en tofarge (synlig og IR), høyoppløselig stirrende søker. Missiler med avbildende søkere vil etter hvert bli utbredt, da nøkkelkomponentene, avbildende IR-detektorer og tilhørende elektronikk nå er lett tilgjengelig. Med SA-18 introduserte man for første gang optisk detektorskanning i missilene (4), der en eller flere detektorer (stripe- eller punktdetektorer) skanner synsfeltet for å bestemme vinkelen/posisjonen til Fokuserende optikk Roterende retikkel Detektor Prinsippskisse av en enkel spin-scan retikkelsøker.
6 blotte øyet, så motparten ikke blir oppmerksom på målets posisjon eller eksistens. Andre grunner for bruk av stealth -narrebluss kan være at bruken av konvensjonelle narrebluss kan misforstås som en fiendtlig handling, eksempelvis våpenbruk. Brennende magnesium som lander på bakken representerer naturligvis også en brannfare og bør unngås. Narreblussets korte effektive brenntid er et problem, selv om sekvenser med flere bluss kan øke tidsvinduet noe. Preventiv bruk er dermed vanskelig, med mindre man er i en utsatt stilling i kun kort tid. Narrebluss brukes derfor hovedsakelig reaktivt. Det er vanskelig å manuelt oppdage missilangrep i luft-til-luftsituasjoner selv om man iakttar motstanderen, og nesten umulig i bakke-til-luft-situasjoner, da missilangrepet kan komme når som helst, og hvor som helst fra. Automatisk varsling med dedikerte missilvarslere øker plattformens overlevelsesevne dramatisk, og blir derfor vanligere. Økonomisk er narrebluss gunstige. Selv om missilvarslingen representerer en ekstra kostnad, håndterer vanligvis missilvarslings- og dispensersystemet også trusselen på radarsiden (chaff). Brannfaren reduserer imidlertid den sivile anvendeligheten av utstyret. Jamming Støysignaler som sendes ut av målet for å forvirre missilet eller lure det til å sikte seg inn mot et falskt mål. For at jammingen skal være effektiv, må den være tilpasset den aktuelle trusselen. Home-on-jam er en teknikk der missilet identifiserer utsendt jamming og som sikter seg inn mot jammekilden. På den måten vil jammeren kunne virke som et fyrtårn. Rundstrålende IR-jammer I de tidligste retikkelsøkerene genererer IRstrålingen fra målet en kode. Koden inneholder informasjon om målets orientering relativt til missilsøkerens siktelinje. En fundamental antagelse i slike missilsøkere ( kodesøkere ) er at variasjonen i målets utstråling ikke påvirker retikkelkoden betydelig. Dette utnyttes i rundstrålende IR-jammere, der en pulset IR-kilde forvrenger kildens naturlige kode. Normalt sett kreves det forskjellige koder for å lure forskjellige missiler, og det er hovedsakelig eldre missiler som er følsomme overfor slik jamming. Rundstrålende IR-jammere er ikke avhengige av missilvarsling, da de kontinuerlig lyser i alle retninger. Selv med et betydelig energiforbruk er jammesignalet i missilet begrenset. Denne typen IR-jammer er velegnet for bruk mot kodesøkere, men lite effektiv mot skannende missilsøkere som ikke er avhengig av et jevnt signal. For sistnevnte representerer jammeren en ekstra lyskilde, som kan gi missilet økt rekkevidde. En stor andel av operasjonelle MANPADS har imidlertid fortsatt kodesøkere, så rundstrålende IR-jammere har fortsatt en misjon. Rettet IR-jammer. Britisk EH101 Merlin helikopter påmontert NEMESIS DIRCM jammer. En missilvarsler sees rett nedenfor vindusviskeren, jammeren er plassert under sidedøren. (Foto: Jonas Moen/FFI) Rettet IR-jammer Ideen bak rettede IR-jammere (Directive IR Countermeasures, DIRCM) er at man ved å fokusere all den utsendte energien direkte mot målet kan generere et jammesignal som overgår signalet fra målet med mange størrelsesordener. Dette muliggjør strølyseffekter, der et signal genereres også når søkeren ser i andre retninger. Dermed kan man generere falske mål også i skannende søkere. Med nye, laserbaserte DIRCM-systemer vil man også kunne blende missilsøkeren, en mulig strategi for også å jamme nyere, avbildende missilsøkere. Med nye høykvalitets laserbaserte
jammekilder kan man selv med beskjedne utgangseffekter produsere så sterke strålingstettheter på målet at systemet kan takle eksisterende så vel som fremtidige missiltrusler. Det er heller ingen praktiske kapasitetsproblemer for slike systemer, som i prinsippet kan opereres kontinuerlig. Lysstrålens direktivitet gjør også at man ikke på en uønsket måte øker flyet/helikopterets IR-signatur sett fra andre retninger. Brannfaren reduserer utbredelsen av narrebluss i den sivile sektoren, og man vil først se DIRCM-systemer på statlige VIP-fly og -helikoptre, deretter på privatfly i luksusklassen, primært i risikoområder som Midt-Østen. Det er mindre trolig at slike systemer vil få en betydelig utbredelse på kommersielle rutefly. Til det er trusselen for spesifikk i forhold til kostnadsnivået, selv om flere sivile fly er blitt skutt ned av IR-styrte missiler. Unntak er flyselskaper som israelske El Al og Arkia som har en meget spesiell risikoprofil, og som ventelig vil kunne få statsstøtte til anskaffelsen. 7 Dyrt å anskaffe Dagens DIRCM-systemer, med høypresisjonsoptikk og kompliserte lasersystemer skal kunne oppdage, lokalisere, følge og belyse et mål med en nøyaktighet på rundt 10 cm eller bedre på en kilometers hold. Da skal atmosfærisk turbulens, plattformvibrasjon og missilets bevegelse kompenseres for. Dette er kostbart. Eksempelvis kostet det første operative DIRCM-systemet, NEMESIS, i overkant av 4 000 000 US$ per enhet(7) for de amerikanske spesialstyrkene (US SOCOM). Israelske Rafael planlegger å kunne levere DIRCMsystemer for det sivile markedet innen april 2003, til en pris på 1.5-2 millioner US$. Flere nyvinninger innen områdene sensorer, adaptiv optikk og laserkilder er på vei som kan redusere prisen i betydelig grad, men beskyttelsessystemet vil i overskuelig fremtid fortsatt representere en betydelig andel av totalkostnaden for et typisk fly eller helikopter. Disse systemene er dessuten ikke lett tilgjengelige ennå; Kun USA og enkelte andre land har, eller er i nærheten av å ha slike systemer tilgjengelig ennå. There is nothing so exhilarating as to be shot at, without result Winston Churchill, 1895 DIRCM nå? Det er dessuten usikkert om teknologien er moden nok og gir forbedringer som forsvarer de økonomiske, vektmessige og volummessige kostnadene ennå, og om såkalte homeon-jam -teknikker kan brukes til å sikte seg inn mot jammekilden. Slike teknikker vil sannsynligvis dukke opp i fremtidige missilmodeller. En forventet videreutvikling av DIRCM vil derfor inkludere tauet DIRCM for å skille kilden fra den operative plattformen. VIP-transport med beskyttelse. President Bush etter en tur med Air Force One. (Foto: Reuters/Larry Downing) Hva bør man velge? For tiden er narrebluss den generelt gunstigste beskyttelsesmetoden for militære fly og helikoptre. For optimal ytelse bør plattformene ha et system for automatisk missilvarsling, med god romlig dekningsgrad, høy deteksjonssannsynlighet og lav falsk alarmrate. Dette gir en langt høyere grad av pålitelighet og beskyttelse enn manuell oppdagelse av innkommende missiler, ikke minst fordi missilene generelt vil oppdages tidligere. Laserbaserte direktive IR-jammere er imidlertid på vei mot en teknologisk modenhet som gjør dem velegnet som primærforsvar av militære og sivile fly og helikoptre mot IRstyrte missiler, og forventes å få et betydelig militært innpass innen 5-10 år. Det forventes at DIRCM også vil finne innpass i nisjer innen sivil luftfart, hovedsakelig innen VIP-transport og transport i høyrisikoområder. Prisen på slike systemer må imidlertid reduseres dramatisk dersom teknologien skal få noe mer enn en militær utbredelse.
w w w. F F I. n o Forsvarets forskningsinstitutt, Instituttveien 20, Postboks 25, 2027 Kjeller, telefon 63 80 70 00 Artikkelforfatter Harald Hovland (f. 1969) cand. scient. i fysikk fra UiO (1993). FOKUS nr 2 mars 2003 design/produksjon FFI opplag 2000 ISSN 1503-4402 Referanser 1 - William Taylor, Understanding the Infrared Threat, Journal of Electronic Defense, februar 1999. 2 - Jane s Land Based Air Defence 2002-2003. http://www.janes.com/. 3 - Sandra I Erwin U.S. Warplanes Vulnerable To Shoulder-Fired Missiles, National Defense, Desember 2001. 4 - Steven J Zaloga, Air-Defense Missiles: Recent Trends in the Threat, Journal of Electronic Defense, November 1998. 5 - Thomas B Hunter, The proliferation of MAN- PADS, Jane s Intelligence Review, september 2001. 6 - Federation of American Scientists (FAS) hjemmesider: http://www.fas.org/man/dod-101/sys/ land/stinger.htm. 7 - United States General Accounting Office (Den amerikanske riksrevisjonen) Report to the Secretary of Defense: ELECTRONIC WARFARE: DOD Should Select Most Cost-Effective Infrared Countermeasures System, april 1998. Rapporten er tilgjengelig på internett: http://www.gao.gov/ archive/1998/ns98002.pdf Han har vært forsker ved Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) siden 1993, og har jobbet innen fagfeltene lasere og elektronisk krigføring ved avdeling for elektronikk. Der har han fra juni 1997 vært delprosjektleder ved prosjektene EK for Luftforsvaret og EK for Luftforsvaret II. Prosjektene tar for seg missiltruslene som Luftforsvarets fly og helikoptre kan møte, og hvordan de best kan beskyttes mot disse truslene. De respektive delprosjektene omhandler mer spesifikt trusselen fra varmesøkende missiler og beskyttelse mot denne trusselen. Kontaktinformasjon Forsvarets forskningsinstitutt Postboks 25, 2027 Kjeller E-post: ffi@ffi.no Telefon: 63 80 70 00 Militært nummer 505 70 00 FFIs hjemmesider: http://www.ffi.no E-post til Fokus: fokus@ffi.no