Kahe radari lugu: meie õhuseire jättis nõukogude ajaga lõplikult hüvasti

Eesti õhuvägi astus meie õhuruumi kaitsmisel 2013. aasta märtsikuus märgiliselt 21. sajandisse, kui Muhus alustas tööd õhuväe uus 3D-radar GM403. Seni Tallinna lähedal Soodevahel töötanud kahest nõukogude päritolu 2D-radarist P-37 kolis üks jäävalt museaalina Ülenurme lennundusmuuseumisse ja teine Ämari lennubaasi.

Artikkel ilmus ajakirjas Sõdur (1/2014)

Eesti õhuväe üks peamine ülesanne on tagada Eesti õhuruumi suveräänsus. Esimene samm õhuruumi turvamisel on ülevaade seal toimuvast. Teisisõnu, õhuturbe alus on õhuseire. Sul võib olla ideaalne hävituslennuvägi ning perfektne õhutõrjeraketivägi, aga kui sul puudub detailne ja usaldusväärne pilt õhuruumist, siis on sellise lennuväe ja raketiväe pidamine vastutustundetu raiskamine.

Vanasti saadi teavet õhuruumis toimuvast mehitatud vaatluspostidelt. Tänapäeval sõltub teabe saamine seiretehnikast. Õhuturve on viimase sajandi jooksul olnud üks oluline teaduse ja tehnika arengu stimulaator.

Märtsikuu alguses suleti Tallinna lennujaama territooriumil paikneva Soodevahe radarposti uksed. Kuu lõpus saime teada Muhu radarposti avamisest. Soodevahel lõpetas tegevuse kaks nõukogude päritolu radarit P-37 ning Muhus hakkas tööle tuliuus GM 403. Kindlasti viitab see sümboolne vahetus nõukogude pärandi asendumisele NATO maailmaga, aga ka tehnika arengule. P-37 esindas 1980. aastate alguse tehnilist taset, GM 403 on aga kolmanda aastatuhande teise kümnendi saadik.

Mis asi on radar?

Põhimõtteliselt on radar üsna lihtne seade. Ta saadab välja kõrgsageduslikke elektromagnetiliste lainete impulsse. Need jõuavad objektini, näiteks lennuki või kopterini, ja peegelduvad sellelt mitmes suunas. Osa neist peegeldub tagasi radari poole. Radari vastuvõtja saab need kätte. Antenni suuna ning raadiolaine objektini ja tagasi liikumise aja järgi saab määrata selle asukoha. Lisaks määravad tänapäevased radarid Doppleri efekti abil ka liikuva objekti kiiruse. Küllap oleme kõik tähele pannud, et kui kihutav auto läheneb, meist möödub ning seejärel eemaldub, siis ka ta müra muutub. See ongi Doppleri efekt. Meile läheneva objekti kiiratud lainete sagedus suureneb ning eemaldumise korral sagedus väheneb¹. Need muutused sõltuvad lähenemise või kaugenemise kiirusest. Seetõttu saab radari kiiratud ja tagasipeegeldunud lainete võrdlemisega määrata lennuvahendi kiiruse.

Radar leiutati siis, kui inimkonnal olid olemas vajalikud teoreetilised teadmised elektromagnetiliste lainete kohta ning kui raadiotehnika oli jõudnud teatud arengutasemele. Oluliselt on seda mõjutanud sõjad ning riikidevaheliste pingete ajad. Esimene radar olevat ehitatud juba 1904. aastal. Intensiivsemalt hakati radaritega tegelema pärast Esimest maailmasõda. Kahe sõja vahel konstrueeriti uusi radareid ja mõeldi nende kasutamise peale juba paljudes riikides. Laiemalt kasutati ja suuremalt arenes seade muidugi Teise maailmasõja käigus. Juba tollal oli vähegi asisem õhutõrje mõeldamatu nende aparaatideta. Sama intensiivne areng jätkus pärast sõda ning kestab siiani.

Tänapäeval kasutatakse terminit radar mitmesuguste seadmete puhul. Nende hulgas on ka selliseid, mis rangelt võttes ei mahukski äsjaesitatud radari ehk aktiivradari kirjelduse alla. Passiivradar aga polegi radar selle sõna otseses tähenduses. Tema tööpõhimõte seisneb objekti saadetud raadiosignaalide registreerimises ning nende analüüsi kaudu teabe saamises objekti kohta.

Radareid jaotatakse veel primaar- ja sekundaarradariteks. Primaarradarid saadavad välja kompava elektromagnetilise laineimpulsi ning võtavad vastu selle peegelduse. Sekundaarradar saadab raadio teel välja n-ö küsimusi ning õhusõiduki transponder vastab neile, st tutvustab ennast. Et märtsikuu meediatähelepanu keskmes olid just aktiivsed primaarradarid, siis vaatlemegi ainult neid.²

Radareid iseloomustab veel esitatava pildi mõõtmelisus. Radar P-37 esitas vaid objekti suuna ja kauguse ning seega oli see nn 2D-radar.³ Uus radar GM 403 suudab anda lisaks veel objekti kõrguse ja kuulub seega 3D-radarite hulka.

Lühiülevaade radari ehitusest⁴

Radar kiirgab signaali atmosfääri antenni kaudu. Enamikul radaritel kasutatakse sama antenni ka tagasipeegeldunud signaali vastuvõtuks. Saadetava signaali moodustab ja võimendab lõplikult enne antenni jõudmist saatja. Peegeldunud signaali saab antennilt vastuvõtja ning kujundab ta edaspidiseks töötluseks sobilikuks. Saatjast tulev ja antenni suunduv signaal on väga võimas. Teiselt poolt aga antennist tulev ning vastuvõtjasse suunduv signaal on võrreldes saadetava signaaliga väga nõrk. Et kaitsta tundlikku vastuvõtjat võimsa saateimpulsi eest ning üldse võimaldada mõlema signaali liikumist samas kanalis, asetatakse antenni ette duplekser. Vastuõetud ja võimendatud signaal saadetakse edasi protsessorisse. Siin võrreldakse väljasaadetud ja vastuvõetud signaale, eraldatakse müra ning tuletatakse andmed peegeldava objekti kohta – kaugus, kõrgus, asimuut, kiirus, aga muugi vajalik.

Väga olulist rolli radaris etendab sünkronisaator. See on radari sisemine kell, mida iseloomustab muutumatu sagedus. Selle signaalidega ajastatakse kogu radarisüsteemi töö. Kõige olulisemad ajastuse juures on saate- ja vastuvõtuperioodide vaheldumine ning saateimpulsi töö.

Lõpuks tuleks kindlasti nimetada tarbijat, kelle kätte signaalide töötlemisel saadud teave lõpuks jõuab. Varem tegutses vahetult radari juures radarioperaator, kes jälgis õhuruumi olukorda tavaliselt ringindikaatori ekraanil ning kandis olukorrast ette kaugemal asuvasse juhtimiskeskusesse. Tänapäeval toimub see tavaliselt kaugemal asuvates juhtimiskeskustes arvuti ekraanidel läbi C2 süsteemi serveri.

Tegelikud on radarid muidugi palju keerukama ehitusega kui siin esitatud põhimõtteline skeem. Kõik need ja paljud muud radarite ehitusplokid koosnevad sadadest ja tuhandetest elektroonilistest elementidest – takistitest, kondensaatoritest, mikrokiipidest ja paljust muust.

P-37 lugu

Radar P-37 (П-37) on konstrueeritud ja toodetud endises Nõukogude Liidus. Need kaks radarit, mis äsja oma töö lõpetasid, olid ehitatud 1980. aastatel. Teadaolevalt ei olnud nad Nõukogude armee, vaid tsiviillennunduse käsutuses ja töötasid lennujuhtimise radaritena. 1998. aastal anti nad Eesti kaitsejõudude käsutusesse ja esialgu olid nad Eesti vabariigi ainsad õhuseirevahendid. Hiljem, kui tegevust alustasid uued radarid, hoiti neid kaht reservis. Seadmetel alustasid õhuseirealast tegevust mitu Eesti ohvitseri, kelle juhtimise all on hiljem tööle asunud uuemad radarid ning kes praegu kuuluvad Eesti õhuväe juhtkonda.

.

Seda tüüpi radarit toodeti kahes variandis sõltuvalt tema kasutamisvaldkonnast – sõjaväe ning tsiviilkasutuse jaoks. Nõukogude Liidu ja tema liitlaste maa-, mere-, õhu- ning õhutõrjeväed kasutasid radari P-37 sõjaväelist varianti õhuseireks, hävitajate sihitamiseks ning õhutõrjerelvade sihtimiseks. Radari tsiviilvarianti kasutas tsiviillennundus nn trassiradarina, nt väljaspool lennuvälju toimuva lennuliikluse jälgimiseks. Tublisti nüüdisajastatud P-38 tsiviillennunduse varianti kasutatakse tänapäevalgi Venemaa tsiviillennunduses, võib-olla mujalgi.

Radari sõjaväevariant oli 1980. aastate lõpus üsna levinud Varssavi pakti riikides. Ka pärast pakti lagunemist kasutati radarit P-37, mh taasühinenud Saksamaal. Neid püüti mitmel moel moderniseerida ning teiste süsteemidega ühildada. Ka Eesti õhuväele kuulunud radareid P-37 ühildati uute seire- ning juhtimissüsteemidega. Tollaste seireohvitseride sõnul jättis see ühendus aga soovida. Tänapäevalgi peaks nende radarite modifitseeritud variante veel kasutuses olema mõningates idapoolsetes NATO liikmesmaades.

Oma ehituselt pole P-37 üks ja ühtne radar. Sellest on terve hulk eri variante ning võib lausa rääkida tervest radarite perekonnast. Sarja viimane radar oli P-37R. Radari P-37 eelkäija oli 1950. aastate lõpus kasutusele võetud radar P-35, millel oli omakorda mitu eri aegadel loodud modifikatsiooni ning mis kõik olid väliselt üsna sarnased radariga P-37.

Radari P-37 esmane väline tunnus on kaks suurt parabool-antenni. Mõlemaid kasutatakse nii impulsside saatmiseks kui ka peegeldunute vastuvõtmiseks. Radari ning tema juurde kuuluvate seadmete transpordiks oli vaja vähemalt kaheksat veokit. Seega oli radar P-37 mobiilne, kuigi tema transpordiks lahti võtmine ja tööks kokkupanemine oli üsna aeganõudev.

Nagu öeldud, tegi radar P-37 läbi arengu. Tema varasemad variandid töötasid elektronlampidel, hilisemates variantides võeti aga üha rohkem kasutusele pooljuhte. Radaris kasutatakse mikrolainegeneraatorina seadet nimega magnetron. Põhimõtteliselt kasutatakse samasugust seadet ka mikrolaineahjus suure võimsuse saavutamiseks. Radari abil kogutud informatsioon esitatakse ringlaotusmonitoril. Radari kogutud info väljundi võis saata ka õhutõrjerelvade juhtimise automaatsesse süsteemi või õhutõrje juhtimiskeskusesse.⁵

Radaril oli viis kanalit ehk see töötab korraga viiel sagedusel vahemikus 2,9–3,3 GHz. Radari tegevusulatus on 460 kilomeetrit. Antenni pöördeaeg on 10 sekundit.

Et P-37 on 2D-radar, siis vajab ta lisaks kõrgusemõõtjat. Tihti kasutati selleks meie radari kaasaegset raadiokõrgusemõõtjat PRW-13 (ПРВ-13).⁶

Et tal polnud kaasas ka sekundaarradarit, siis praktikas nõudis P-37 enda kõrvale lisaseadmeid objektide identifitseerimiseks. Nõukogude sõjavägi kasutas tihti oma ja võõra tuvastussüsteemi 1L22 (наземный радиолокационный запросчик (НРЗ) 1Л22). Tsiviillennunduses töötas radari P-37 kõrval sekundaarradar Koren (Корень). Sama seadet kasutas ka Eesti õhuvägi radari P-37 täiendusena kuni Soodevahe radarposti sulgemiseni.

GM 403 lugu

Märtsi lõpus avatud Muhu radarpostil töötab radar Ground Master 403 ehk GM 403. Radari tootja on kompanii nimega Thales-Raytheon Systems. See on prantslaste firma Thales S. A. ja ameeriklaste Raytheon Company ühisettevõte. Et mõlemad omanikfirmad on maailmatasemel elektroonika ning relvade suurtootjad ja innovaatorid, siis on seda ka tütarfirma Thales Raytheon Systems.

.

Ka radar GM 403 kuulub radariperekonda. Erialakirjanduses räägitakse nn GM 400 perekonnast. Lisaks Eesti–Soome ühisostuga muretsetud radarile GM 403 kuulub siia ka veidi uuem GM 406. Kuigi meie radar on veidi vanem, siis on ometi ta oluline eelis mobiilsus. Prantslaste ja sakslaste äsjaostetud GM 406 paikneb statsionaarselt tornis. Meie GM 403 asub tavaliselt ka tornis, aga vajadusel saab teda kiiresti autole laadida ja mujal tööle panna. GM 400 perekonnaga on „suguluses” ka sama firma väikesem ja veelgi mobiilsem radar GM 200. Selle kuni 200-kilomeetrise tegevusraadiusega taktikalise radari 80% komponentidest on ühised Ground Masteri perekonna suuremate radaritega.

Kokkupakitult on radar GM 403 standardsete mõõtmetega (6,06 × 2,44 × 2,44 meetrit) konteineris, mis kaalub 10 tonni. Konteineris on seda võimalik transportida ka lennukis või helikopteris. Eesti õhuväes transporditakse seda Soomest ostetud soomustatud veokiga Sisu E13 TP 8 × 8. Radarikomplekti kuulub veel generaator, mida transporditakse järelhaagisena. Radar GM 403 võib töötada nii statsionaarselt kupli või radoomi all, maapinnal või veoautole tõstetult. Muhu radarpostil töötab radar ligi 35 meetri kõrguses radaritornis. Selle antenni pöörlemiskiirus on 10 pööret minutis.

Ehituselt on GM 403 täiesti nüüdisaegne elektroonikaseade, kus domineerivad mikrokiibid, fiiberoptilised kaablid ja muud moodsad komponendid. Radar on täiesti digitaalne ning siin etendab riistvara kõrval olulist rolli ka tarkvara.

Radari võimetest rääkides nimetatakse tavaliselt esimesena selle tegevusulatust. GM 403 puhul on see 470 kilomeetrit. Tuleb aga rõhutada, et meie radar on suuteline õhusõidukeid avastama kuni 470 kilomeetri kauguselt. Oluline on siin sõna „kuni”, sest võime sõltub ka objekti omadustest – suurusest, kujust, materjalist jne. Et maakera on kumer ja radarikiired levivad enam-vähem sirgjooneliselt, siis radari võimete piiril – 470 kilomeetri kaugusel – asuv õhusõiduk peab olema vähemalt kümne kilomeetri kõrgusel, et ta pildile satuks.

GM 403 suudab avastada objekte kuni 30 kilomeetri kõrgusel. Sealjuures saab see mõõta nende kõrgust. Seetõttu nimetatakse seda ka 3D-radariks – see suudab määrata objektide asukohti kolmemõõtmelises ruumis ega vaja eraldi abistavat kõrgusemõõtjat. GM 403 suudab avastada ka väga madalalt lendavaid õhusõidukeid. Tõsi küll, seda ei suuda ta teha väga kaugelt.

Radari töösagedus asub vahemikus 2,9–3,3 GHz. Peale lennukite ja kopterite suudab GM 403 avastada ka droone, tiibrakette ning isegi taktikalisi ballistilisi rakette. Iseenesestmõistetav on see, et radar vastab NATO tehnilistele ja sõjalistele nõuetele ning on ühildatav alliansi õhukaitsesüsteemi. Vastavus NATO nõuetele tähendab ka keskkonnasõbralikkust.

Tänapäevase elektroonilise sõja üks oluline operatsioon on takistada vastase radari tööd. Radarivastasteks aktsioonideks on olemas mitu vahendit (electronic countermeasures, ECM). Nende võimalustega arvestatakse ka radariehituses ning nõnda on moodne radar GM 403 varustatud tänapäevaste kaitsemeetmetega (electronic counter countermeasures, ECCM) segajate ning muude takistuste vastu.

Radarisüsteemi kuulub primaarradari kõrval ka eriline seade TSA 3500, mis toimib nii oma ja võõra tuvastussüsteemina (identification friend or foe, IFF) kui ka sekundaarradarina. See on oluline vahend primaarradariga avastatud õhusõidukite identifitseerimisel. Sekundaarradari tööulatus on umbes 470 kilomeetrit.

Eesti ja Soome pole sugugi ainsad riigid, mis on ostnud GM 400 perekonda kuuluvaid radareid. Nii võiks siin nimetada Prantsusmaad, Kanadat, Saksamaad, Marokot, Malaisiat ja Sloveeniat.

P-37 juurest GM 403 juurde

P-37 valmis 1980. aastatel, GM 403 selle sajandi teisel kümnendil. Seega võime rääkida vähemalt 30-aastasest arengust. Inimlikus mõttes on tegu rohkem kui ühe põlvkonnaga. Oleks veider, kui selle aja jooksul poleks radarite tehnoloogia arengus midagi olulist toimunud. Kui tahta väga lühidalt seda edasiminekut kokku võtta, siis võiks rääkida teekonnast elektronlampide maalt integraalskeemide maale. Selle arenguga kaasnes radarite, nagu muugi elektroonika väga võimas digitaliseerumine. Selle tõttu sarnanevad moodsad radarid kompuutritega. Võrreldes rohkem kui põlvkonna taguste eelkäijatega on nende signaalitöötluse võime kasvanud erakordseks.

Objektidelt peegeldunud signaalidelt oskavad tänapäeva radarid üllatavalt suurel hulgal infot välja lugeda. See elektroonikaalane areng on kaasa toonud ka radarite kaitsemeetmete (electronic counter countermeasures, ECCM) ja üldse kogu elektroonilise sõja tehnoloogia hüppelise arengu. Et radarid meenutavad üha rohkem arvuteid, siis on nende arengu üheks oluliseks osaks saanud tarkvara areng.

Mõned konkreetsed tähelepanekud meie kahe radari võrdlusest. Mõlema radari töösagedused kuuluvad samasse vahemikku. Mõlema tegevusraadius on enam-vähem sama.

Uue radari tehniline hooldus on märgatavalt lihtsam ning nõuab vähem tööjõudu vaatamata sellele, et radar on keerukam. Uue radari puhul on oluline seegi, et see suudab ise mõõta kõrgusi ega vaja erinevalt vanast eraldi kõrgusemõõtjat. Samuti on sekundaarradari tuvastusvõimed juba radariga kaasas.

Ka P-37 oli varustatud kaitsemeetmetega segajate ja peibutiste vastu. Aga see oli ikkagi oma aja tasemel. Tänapäeval on radarivastased meetmed tublisti arenenud ning vastavalt sellele on ka meie uus radar varustatud kõige moodsamate kaitsevahenditega.

Last but not least – tänu tehnika jõudsale arengule on kordades vähenenud radari GM 403 kiiratavate impulsside energia. Seega on tõesti põhjust rääkida meie uuest radarist kui rohelisest.

Artikli valmimisele on palju kaasa aidanud kapten Mati Kuppar ning leitnant Kalle Oruaas. Selle eest suurim tänu.

Märkused
¹ See on nõnda nii heli- kui ka raadiolainetega.
² Passiiv- ja sekundaarradarid vääriksid iseseisvat käsitlust. Õhuseires leiavad nad rohket kasutamist ning ka Eesti õhuväele ei ole nad tundmatud.
³ Mõne spetsialisti väite kohaselt sai sellega põhimõtteliselt siiski ka teatud täpsusega objekti kõrgust määrata.
⁴ Selle osa valmimise eest olen tänu võlgu leitnant Kalle Oruaasale.
⁵ Kaabli kaudu kuni 300 meetri kaugusele, raadiotranslastiooni liini (РЛ-30-1М) kaudu kuni 15 km kaugusele.
⁶ Venekeelses kirjanduses on mõnikord nimetatud radarit P-37 raadiokaugusemõõtjaks (Радиодальномер).