Συστήματα Αναγνώρισης Αεροσκαφών (IFF/SSR): Αρχή Λειτουργίας και Στρατιωτικές Εφαρμογές

Μία ανάλυση της τεχνολογίας και των εφαρμογών της που θα παρουσιαστεί σε τέσσερα μέρη. Μέρος Α’: Αρχή λειτουργίας και στρατιωτικές εφαρμογές

 

Τί είναι τα συστήματα αναγνώρισης (IFF/SSR);

Τα συστήματα IFF (Identification Friend or Foe)  είναι ηλεκτρονικά συστήματα τα οποία συνοδεύουν σχεδόν όλα τα στρατιωτικά Radar και έχουν σαν σκοπό να αναγνωρίζουν την ταυτότητα των εναερίων στόχων που εντοπίζονται. Γι’ αυτό τον λόγο,  τα IFF συχνά αποκαλούνται και ως Δευτερεύοντα Radar Επιτήρησης (Secondary Surveillance Radar- SSR) σε αντιδιαστολή με τα κύρια Radar που αποκαλούνται Πρωτεύοντα Radar Επιτήρησης (Primary Surveillance Radar – PSR). Συνήθως, τα PSR και IFF/SSR βρίσκονται συν-εγκατεστημένα, με την κεραία του IFF/SSR να τοποθετείται πάνω ή πίσω από την κεραία του PSR (Εικόνα 1).

 

Γιατί τα Πρωτεύοντα Radar (PSR)  χρειάζονται τα IFF/SSR;

Το «κλασικό» (Πρωτεύων-PSR) Radar ανιχνεύει τα αεροσκάφη μέσω της εκπομπής ηλεκτρομαγνητικών παλμών οι οποίοι ανακλώνται πάνω στην άτρακτο των αεροσκαφών-στόχων και επιστρέφουν στον δέκτη τους για ανάλυση και εντοπισμό. Στην οθόνη του χειριστή του Radar όλα τα αεροσκάφη που εντοπίζονται εμφανίζονται με το ίδιο σύμβολο. Όμως, για τις ανάγκες των αεροπορικών επιχειρήσεων, π.χ. αναχαίτησης ή εμπλοκής με συστήματα αεράμυνας είναι αναγκαίο να αναγνωριστεί εάν το αεροσκάφος-στόχος που απεικονίζεται στην οθόνη είναι φίλιο ή εχθρικό. Ιδιαίτερα σε εναέριους χώρους περιορισμένου μεγέθους, όπως το Αιγαίο, στην περίπτωση γενικευμένων αεροπορικών επιχειρήσεων με πολλούς σχηματισμούς αεροσκαφών ταυτόχρονα στον αέρα και από τις δύο πλευρές είναι σχεδόν αδύνατο για τον Ελεγκτή Αεράμυνας να  αποφανθεί με σιγουριά ποιο αεροσκάφος είναι φίλιο και πιο εχθρικό ώστε να δώσει τις κατάλληλες οδηγίες στους χειριστές. Επομένως, τα συστήματα IFF αποτελούν απαραίτητο συμπλήρωμα των Radar καθώς επιτρέπουν στον Ελεγκτή Αεράμυνας να ταυτοποιεί κάθε αεροπλάνο-στόχο που εντοπίζει το Radar απεικονίζοντας στην οθόνη του ένα κωδικό αναγνώρισης δίπλα στο σύμβολο κάθε στόχου.

Πως λειτουργεί το IFF/SSR;

Η λειτουργεία του IFF βασίζεται στην «επικοινωνία» δύο επιμέρους συστημάτων: Του IFFInterrogator που βρίσκεται στη γη συν-εγκατεστημένο με το επίγειο (ή ναυτικό) Radar και του IFFTransponder  το οποίο βρίσκεται στον αέρα και φέρεται από τα στρατιωτικά αεροσκάφη. Το Interrogator εκπέμπει από το έδαφος μία κωδικοποιημένη παλμοσειρά η οποία περιέχει το αίτημα του σταθμού εδάφους (ερώτηση-Interrogation) για συγκεκριμένες πληροφορίες αναγνώρισης, ενώ το Transponder του αεροσκάφους απαντάει στην ερώτηση αυτόματα (χωρίς παρέμβαση του χειριστή) αποστέλλοντας κωδικοποιημένα τις αιτούμενες πληροφορίες (reply- απάντηση). Το Interrogator του σταθμού Radar εδάφους (ή ναυτικού Radar) λαμβάνοντας την απάντηση του Transponder υπολογίζει την απόσταση του αεροσκάφους μετρώντας τον χρόνο που μεσολαβεί από την αποστολή της παλμοσειράς της ερώτησης μέχρι την λήψη της παλμοσειράς της απάντησης, καθώς και την διόπτευσή του λαμβάνοντας υπόψη τον προσανατολισμό της περιστρεφόμενη κεραία του την στιγμή που έλαβε την απάντηση. Επίσης, αποκωδικοποιώντας το περιεχόμενο της απάντησης, το IFF Interrogator αποκτάει πρόσβαση και στις επιπλέον πληροφορίεςαναγνώρισης που αφορούν το αεροσκάφος τις οποίες αιτήθηκε μέσω της παλμοσειράς της ερώτησης. Η παλμοσειρά της ερώτησης αποστέλλεται από τον Interrogator πάντοτε στην συχνότητα 1030 MHz ενώ η απάντηση του Transponder στην συχνότητα 1090 MHz (Εικόνα 2).

 

Ποιες πληροφορίες-στοιχεία αναγνώρισης του αεροσκάφους αποστέλλονται μέσω του IFF/SSR;

Οι πληροφορίες αναγνώρισης που ζητάει ο Interrogator από το έδαφος και αποστέλλει ο Transponder μέσω κωδικοποιημένων παλμοσειρών ονομάζονται ρυθμοί (Modes) του IFF:

• Mode 1: Κωδικός (διψήφιος) που υποδηλώνει την αποστολή του αεροσκάφους, π.χ. αναχαίτηση, αναγνώριση, βομβαρδισμός κλπ. (Εικόνα 3)
• Mode 2: Είναι ο (τετραψήφιος) σειριακός αριθμός του αεροσκάφους (tail number)
• Mode 3/Α: Είναι ο (τετραψήφιος) κωδικός αναγνώρισης της συγκεκριμένης πτήσης και εισάγεται από τον χειριστή πριν ή αμέσως μετά την απογείωση (Εικόνα 3)
• Mode C: Είναι το ύψος (Flight Level) της πτήσης που προέρχεται από το βαρομετρικό υψομετρικό όργανο του αεροσκάφους και εκφράζεται σε εκατοντάδες πόδια, π.χ. Flight Level  0123 = 12300 πόδια (Ft)

Η πληροφορία του ύψους που παρέχεται από το αεροσκάφος προς τον σταθμό εδάφους είναι ιδιαίτερα σημαντική καθώς, όπως είδαμε παραπάνω, ο Interrogator μπορεί ήδη να προσδιορίσει την διόπτευση και απόσταση του αεροσκάφους στόχου, οπότε με την προσθήκη της πληροφορίας του ύψους ολοκληρώνεται ο ακριβής εντοπισμός του αεροσκάφους στο χώρο ( Διόπτευση – Απόσταση – Ύψος). Η λειτουργία αυτή του IFF ήταν ιδιαίτερα απαραίτητη στα (Πρωτεύοντα) Radar παλαιότερης τεχνολογίας τα οποία δεν είχαν την δυνατότητα υπολογισμού του ύψους των στόχων (3D Operation) με αποτέλεσμα να βασίζονται στα συν-εγκατεστημένα συστήματα IFF για την πληροφορία του ύψους των εντοπιζόμενων αεροσκαφών.

 

Πότε ξεκίνησαν να χρησιμοποιούνται τα συστήματα IFF;

Η επιχειρησιακή αναγκαιότητα για την αναγνώριση των στόχων που εντόπιζαν τα Radar είναι τόσο παλιά όσο και τα ίδια τα Radar. Ήδη από την αρχή επιχειρησιακής χρήσης των Radar για σκοπούς αεράμυνας την δεκαετία του ’30 άρχισαν οι πρώτες προσπάθειες για την κατασκευή συσκευών αναγνώρισης οι οποίες βασίζονταν στην αρχή λειτουργίας ερώτησης-απάντησης μεταξύ Interrogator (στο έδαφος) και Transponder στο αεροσκάφος. Οι πειραματισμοί συνεχίστηκαν με μεγαλύτερη ένταση κατά τη διάρκεια του Β’ΠΠ, ενώ το πρότυπο κωδικοποίησης που περιλαμβάνει τα Mode 1,2,3/A και C παγιώθηκε στα τέλη της δεκαετίας του ’40 στις δυτικές δυνάμεις με το ξεκίνημα του «Ψυχρού» πολέμου με την κωδική ονομασία IFF Mark X (Εικόνα 4). Η εξέλιξη του προτύπου κωδικοποίησης συνεχίστηκε τις επόμενες δεκαετίες με την εισαγωγή των Mode «Ασφαλούς» αναγνώρισης με τα πρότυπα IFF Mark XII  και Mark XIIA, όπως θα δούμε στη συνέχεια.

 

Τι πλεονεκτήματα προσφέρει η συσκευή IFF στο Radar πέραν των πληροφοριών αναγνώρισης;

Σε σχέση με το (Πρωτεύον-PSR) Radar η συσκευή SSR/IFF είναι πολύ απλούστερη και φθηνότερη στην προμήθεια και υποστήριξη. Έχει το μέγεθος ενός μικρού κιβωτίου και η ο πομπός της παρά το γεγονός ότι έχει ισχύ  εκπομπής εκατοντάδες φορές μικρότερη από αυτόν του Radar, επιτρέπει στο IFF να επιτυγχάνει την ίδια ή και μεγαλύτερη εμβέλεια με αυτό (Εικόνα 5).

 

Ο λόγος είναι απλός: Αρκεί η ισχύς του σήματος της ερώτησης από τον πομπό του IFF Interrogator απλά να φτάσει να ενεργοποιήσει τον Transponder του αεροσκάφους αντί να πρέπει να έχει επιπλέον αρκετή ισχύ ώστε να ανακλαστεί στην άτρακτο και να επιστρέψει πίσω στο Radar. (Εικόνα 6).

 

Επίσης, η επεξεργαστική ισχύς που απαιτείται από το IFF είναι πολύ μικρότερη/απλούστερη από αυτή του (Πρωτεύοντος) Radar: Ενώ ο δέκτης του Radar πρέπει να ανιχνεύσει εξαιρετικά ασθενή σήματα/ανακλάσεις και να διαχωρίσει μέσω περίπλοκων τεχνικών επεξεργασίας σήματος αυτά που αντιστοιχούν σε πραγματικά αεροσκάφη από αυτά που αντιστοιχούν σε στοιχεία του περιβάλλοντος (κτίρια , οχήματα, βουνά, καιρικά φαινόμενα κλπ.), αντιθέτως όποιο σήμα/απάντηση λαμβάνει ο Interrogator του IFF, αυτό προέρχεται εξ’ ορισμού από κάποιο αεροσκάφος που φέρει IFF Transponder. Επομένως, η αεροπορική εικόνα που παρέχει το IFF έχει εξαιρετική πιστότητα σε σύγκριση με αυτή του (Πρωτεύοντος) Radar.

Αφού το σύστημα IFF/SSR παρέχει την ακριβή θέση των αεροσκαφών (καθώς και επιπλέον πληροφορίες), μπορεί άραγε να χρησιμοποιηθεί αυτόνομα για τον έλεγχο του εναερίου χώρου χωρίς να συνοδεύεται από συν-εγκατεστημένο (Πρωτεύον) Radar (PSR);

Όντως ένα σύστημα IFF μπορεί να λειτουργήσει αυτόνομα από το συν εγκατεστημένο Πρωτεύον Radar και γι’ αυτό τον λόγο, όπως αναφέρθηκε, συχνά το IFF αναφέρεται και ως «Δευτερεύον-SSR» Radar. Όμως, ειδικά για στρατιωτική σκοπούς μία τέτοια χρήση από την αεράμυνα έχει περιορισμένο ενδιαφέρον διότι βασίζεται στην παραδοχή ότι τα στρατιωτικά αεροσκάφη-στόχοι έχουν ενεργοποιημένους τους Transponders τους ώστε απαντώντας στις ερωτήσεις του Interrogator να αποκαλύπτουν την θέση και την ταυτότητά τους. Αυτό θα μπορούσε να λεχθεί για τα φίλια αεροσκάφη αλλά φυσικά όχι για τα εχθρικά τα οποία δεν έχουν κανένα συμφέρον να το κάνουν. Προφανώς, στην περίπτωση που το πρωτεύον Radar τελεί εκτός λειτουργίας είτε προσωρινά  λόγω βλάβης ή μακροχρόνια λόγω προβλημάτων στην τεχνική του υποστήριξη, τότε αναγκαστικά ο έλεγχος του εναερίου χώρου συνεχίζεται με χρήση μόνο του IFF/SSR με τους επιχειρησιακούς περιορισμούς που αναφέρθηκαν.

Υπάρχουν λοιπόν μειονεκτήματα στην χρήση του IFF;

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το βασικό μειονέκτημα του IFF είναι ότι προσφέρει αποκάλυψη, εντοπισμό και αναγνώριση μόνο όσων αεροσκαφών επιλέγουν να έχουν τον Transponder τους ενεργοποιημένο. Αν ο χειριστής απενεργοποιήσει τον Transponder δηλ. γυρίσει τον διακόπτη MASTER στη θέση STBY (STAND BY) βλέπε Εικόνα 3, τότε αυτός παύει να απαντάει στις ερωτήσεις των Interrogator με αποτέλεσμα το ίχνος IFF του αεροσκάφους να εξαφανίζεται από την οθόνη του Ελεγκτή Αεράμυνας και να παραμένει μόνο το «αδιευκρίνιστο» ίχνος από το Πρωτεύον Radar. Επίσης, είναι προφανές ότι αν και οι εχθρικές δυνάμεις διαθέτουν IFF Interrogator με τα οποία μπορούν να εκπέμψουν τις κυμματομορφές ερώτησης, τότε μπορούν πολύ εύκολα να αποκαλύπτουν και να παρακολουθούν τα φίλια αεροσκάφη μας καθώς τα IFF Transponder μας απαντώντας στα εχθρικά IFF Interrogators προδίδουν ουσιαστικά την θέση τους. Η απουσία «ασφαλούς» αναγνώρισης έγινε ιδιαίτερα αισθητή από τις Αμερικανικές αεροπορικές δυνάμεις κατά τον πόλεμο του Βιετνάμ και συνέβαλε σε έναν βαθμό στις μεγάλες απώλειες στρατιωτικών αεροσκαφών.  Αυτό ακριβώς το πρόβλημα οδήγησε ήδη από την δεκαετία του ’60 στην ανάπτυξη ειδικών λειτουργιών IFF  (Mode) «Ασφαλούς» αναγνώρισης.

Υπάρχουν τρόποι να επιλυθούν τα μειονεκτήματα του IFF ώστε να παρέχεται «ασφαλής» αναγνώριση;

Σε περίοδο στρατιωτικών επιχειρήσεων είναι απαραίτητο το σύστημα IFF να αναγνωρίζει τα φίλια αεροσκάφη χωρίς όμως αυτά να αποκαλύπτουν την θέση τους στα συστήματα IFF του εχθρού. Γι’ αυτό τον σκοπό στα τέσσερα αρχικά Modes του IFF (1,2,3/Α,C) προστέθηκε ήδη από την δεκαετία του ’60 ένα πέμπτο: το Mode 4 (Πρότυπο Mark XII).  Σε αντίθεση με τα προηγούμενα Mode, η παλμοσειρά της ερώτησης στο Mode 4 είναι κρυπτογραφημένη και κυλιόμενη (αλλάζει συνεχώς). Αυτό σημαίνει ότι μόνο οι Transponders των φίλιων αεροσκαφών που φέρουν την κατάλληλη κρυπτό-κλείδα μπορούν να την αποκωδικοποιήσουν. Επομένως, τα φίλια αεροσκάφη μπορούν στο Mode 4 να ξεχωρίσουν αν ερωτώνται από φίλιο IFF Interrogator και μόνο τότε θα απαντήσουν κρυπτογραφημένα αποκαλύπτοντας (μόνο στα φίλια IFF) την θέση και ταυτότητά τους. Προφανώς, όσα αεροσκάφη ερωτώνται κωδικοποιημένα σε Mode 4 και αδυνατούν να δώσουν απάντηση θεωρούνται αυτόματα ως εχθρικά. Όπως είναι φανερό, η διαδικασία «Ασφαλούς» Αναγνώρισης είναι ουσιαστικά η τεχνική υλοποίηση της διαδικασίας αναγνώρισης με την χρήση «Σύνθημα – Παρασύνθημα» που χρησιμοποιείται για την αναγνώριση στρατιωτικού προσωπικού (περιπόλων κλπ.) στο έδαφος. Προφανώς όσο πιο συχνά αλλάζει το «Σύνθημα – Παρασύνθημα» τόσο πιο ασφαλής γίνεται η αναγνώριση.

Πόσο αξιόπιστη είναι η «ασφαλής» αναγνώριση μέσω Mode-4;

Η λειτουργία των IFF σε Mode-4 (Mark XII)  θεωρήθηκε ως αξιόπιστη και αποτέλεσε το Standard-Πρότυπο σε όλες τις συσκευές IFF των χωρών του NATO ήδη από τα τέλη του’60 με αρχές του ’70. Όμως, η αξιοπιστία της αναγνώρισης, ιδιαίτερα σε συνθήκες επιχειρήσεων, δεν ήταν ποτέ 100%. Ανάλογα με την απόσταση του αεροσκάφους, τις συνθήκες ατμοσφαιρικής διάδοσης/καιρικά φαινόμενα και την σωστή συντήρηση/ρύθμιση των Interrogators και Transponders, υπήρχε η πιθανότητα να μην αποκωδικοποιηθεί σωστά η ερώτηση από τον Transponder του φίλιου αεροσκάφους και αυτό να μην απαντήσει με αποτέλεσμα να θεωρηθεί αυτόματα ως εχθρικό. Σύμφωνα με ανεπιβεβαίωτες πληροφορίες τέτοιες τεχνικές αστοχίες είχαν σαν αποτέλεσμα την κατάρριψη τουλ. δύο φίλιων αεροσκαφών (F-18 και Tornado) από αμερικανικές συστοιχίες Patriot κατά τον Πρώτο Πόλεμο του Κόλπου στις αρχές τις δεκαετίας του ’90.

Υπάρχει λύση στο πρόβλημα της εσφαλμένης αναγνώρισης μέσω Mode-4;

Όντως, για να αντιμετωπιστούν τα προβλήματα της αξιόπιστης και ασφαλούς αναγνώρισης του Mode-4, από τα μέσα του ’90 άρχισε να αναπτύσσεται ο αντικαταστάτης του, το Mode-5 (Πρότυπο Mark XIIA).  To Mode-5 χρησιμοποιεί νέες μορφές κωδικοποίησης και νέους τύπους διαμόρφωσης/εκπομπής των παλμοσειρών αναγνώρισης  μέσω των οποίων η αξιοπιστία της ασφαλούς  αναγνώριση προσεγγίζει το 100%. Επιπλέον, μέσω των νέων κυμματομορφών υπάρχει πλέον η δυνατότητα στον Mode-5 Transponder του αεροσκάφους να μεταδίδει κωδικοποιημένα προς τον επίγειο Interrogator του IFF την ακριβή του θέση όπως προκύπτει από τον δέκτη GPS του αεροσκάφους. Με απόφαση του NATO, το Mode-4 αντικαταστάθηκε ολοκληρωτικά από το Mode-5 ήδη από το 2020. Οι κρυπτοσυσκευές που απαιτούνται για την παραγωγή και αποκωδικοποίηση των μηνυμάτων Mode-5 ελέγχονται από υπηρεσίες ασφαλείας των ΗΠΑ (NSA/COMSEC), όπως άλλωστε συνέβαινε παλαιότερα και με το Mode-4. Μετά την εγκατάσταση/ενσωμάτωση του Mode-5 στα Radar απαιτείται η διαδικασία πιστοποίησης η οποία εκτελείται με βάση τις αυστηρές προδιαγραφές/διαδικασίες του γραφείου (Program Office) AIMS , που υπάγεται στο Αμερικανικό ΥΕΘΑ (US DoD) (Εικόνα 7).

 

Συνέχεια στο Μέρος Β’, όπου αναλύονται οι ειδικές στρατιωτικές εφαρμογές των συστημάτων IFF/SSR και παρουσιάζεται η χρήση τους από τις Ελληνικές ΕΔ καθώς και οι τεχνολογικές λύσεις που υιοθετήθηκαν από χώρες εκτός ΝΑΤΟ.