Per Guerra Elettronica (Electronic Warfare o EW) si intende l’impiego militare dell’elettronica in cui il fine, in generale, è quello di impedire e ridurre l’uso delle onde elettromagnetiche da parte del nemico e prevenire il contrasto delle proprie emissioni.

La seguente trattazione riguarda i principi elementari sulle onde elettromagnetiche. Non sono richieste grosse conoscenze in fisica o matematica in quanto l’argomento verrà trattato nel modo più chiaro possibile ma è richiesta concentrazione nella lettura. Se il lettore ha già buone basi sull’elettromagnetismo, può saltare questi paragrafi e passare direttamente alla trattazione sulla Guerra Elettronica.

Fondamenti di Elettromagnetismo

La propagazione di una grandezza fisica tramite le onde è un fenomeno che riguarda ogni istante della nostra vita quotidiana. Quando ascoltiamo la musica al computer non stiamo facendo altro che percepire un’onda sonora, ossia una variazione di pressione del fluido che ci circonda (l’aria); non c’è un reale trasporto di materia ma è l’insieme di piccole variazioni delle posizioni di equilibrio degli atomi che ci circondano. In questo caso si parla di onde meccaniche (di cui fanno parte le onde sonore, differenti dalle onde elettromagnetiche), onde che quindi hanno bisogno di un mezzo materiale per propagarsi. La propagazione è quindi l’interazione tra gli atomi che costituiscono il mezzo; analizziamo quindi degli esempi grafici scendendo più nel dettaglio.
L’onda è quindi un fenomeno che sposta energia da un luogo all’altro dello spazio (nel caso delle onde sonore parliamo di energia meccanica), quindi ha una precisa direzione di propagazione.
Fissata la direzione, le particelle del mezzo (l’aria o qualunque altro fluido o materiale) possono oscillare in direzioni diverse rispetto alla direzione di propagazione. Essendo la classificazione delle onde molto ampia, vediamo il caso che riguarda di più la trattazione.

Onda Trasversale

Un’onda trasversale, come quella in figura, è un tipo di onda costituita da oscillazioni che avvengono perpendicolarmente alla direzione del trasferimento di energia. Ipotizzando che l’onda dell’immagine si stia propagando sul piano X, allora le sue oscillazioni avvengono sul piano Y e Z

Onda trasversale. Fonte fisicaondemusica.unimore.it.
Onda trasversale. Fonte fisicaondemusica.unimore.it.

Per dare un’idea migliore della perpendicolarità delle oscillazioni, di seguito è riportato l’esempio di una tipica onda elettromagnetica (che è infatti un’onda trasversale) in cui sull’asse X abbiamo la direzione di propagazione, sull’asse Y il campo elettrico e sull’asse Z il campo magnetico.

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Onda elettromagnetica piana. La direzione di propagazione è posta sul piano X mentre il campo elettrico e magnetico sui piani Y e Z.

Tuttavia nel caso delle onde elettromagnetiche si possono ottenere moti non trasversali; in questo caso si parla di polarizzazione (che non verrà trattata).

Onda Elettromagnetica

Avendo definito quindi la natura oscillatoria dell’onda elettromagnetica, comprendiamo le caratteristiche che la costituiscono.
Le onde elettromagnetiche, a differenza delle onde meccaniche, non hanno necessità della presenza di un mezzo (come l’aria) per propagarsi, poiché le oscillazioni non corrispondono a nessuna variazione degli atomi rispetto alla posizione di equilibrio. Inoltre la loro velocità di propagazione è esattamente la velocità della luce:

velocita-onda-elettromagneticaLe oscillazioni non riguardano la materia ma due grandezze precise, immateriali, il campo elettrico e il campo magnetico rispetto alla loro posizione di equilibrio. È un po’ difficile da immaginare.
Come nel caso del campo elettrico o magnetico, l’onda elettromagnetica è definita da un vettore che ne stabilisce intensità (o modulo), verso e direzione.

Si riporta un esempio di vettore. In figura sono illustrate le caratteristiche principali.
Si riporta un esempio di vettore. In figura sono illustrate le caratteristiche principali.

Per semplicità non si parlerà di come calcolare l’intensità di una onda em (elettromagnetica) ma solo di come stabilire verso e direzione.
Dati i due campi sopra descritti (quello elettrico e magnetico) la direzione e verso di una onda elettromagnetica sono definiti dal prodotto vettoriale tra campo elettrico E e magnetico B. Per capire il concetto graficamente si usa la famosa regola della mano destra: con l’indice indichiamo verso e direzione dal campo elettrico mentre con il medio il campo magnetico. Il loro prodotto vettoriale, in verso e direzione, sarà dato dal pollice.

Regola mano destra.
Regola mano destra per campo elettromagnetico.

Matematicamente corrisponde a questa equazione:

prodotto-vettoriale-campo-elettromagnetico-campo-elettrico-campo-magneticoCome tutte le altre tipologie di onde, anche quelle elettromagnetiche sono caratterizzate da alcune grandezze fisiche di fondamentale importanza per la comprensione dello spettro elettromagnetico che verrà trattato a breve:

  • Periodo T: è il tempo impiegato dall’onda per compiere un’oscillazione e tornare alla condizione iniziale o meglio è il tempo che impiega a sviluppare la forma d’onda periodica. Il periodo T si misura in secondi.
  • Frequenza ƒ: è l’inverso del periodo (T¯¹) e indica il numero di oscillazioni compiuti in unità di tempo (nel nostro caso in un secondo) o le forme d’onda sviluppate in unità di tempo. Quindi quando si legge per esempio 50 Hz significa che in un secondo si sono susseguite 50 oscillazioni. Si misura in Hertz (Hz), ossia sec¯¹. Si può anche definire la pulsazione ω (omega) che corrisponde a 2πƒ.
  • Ampiezza: è il valore massimo dell’oscillazione (è una grandezza definita in modi diversi a seconda dei contesti). È una grandezza adimensionale.
  • Lunghezza d’Onda λ: è la distanza tra due creste o tra due ventri. È come se doveste seguire l’intera onda e misurarne la lunghezza fino al prossimo punto (che sia una cresta o un ventre). Si misura in metri e relativi sottomultipli.
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Disegno che mostra tutte le caratteristiche relative ad un’onda. Disegno di Militarypedia.it.

Tutte queste grandezze appena definite sono di vitale importanza per la comprensione dello spettro elettromagnetico. Con questo termine intendiamo l’intervallo in cui sono classificate le varie onde em, sia in relazione alla lunghezza d’onda λ sia alla frequenza ƒ.

Spettro elettromagnetico in relazione a lunghezza d'onda e frequenza.
Spettro elettromagnetico in relazione a lunghezza d’onda e frequenza. Nel grafico la frequenza è definita con la lettera greca ν (ni).

Schematizzando la classificazione e ponendo attenzione soprattutto alle onde radio e all’intervallo ottico:

Onde Radio Da (Lunghezza d’Onda λ in metri e sottomultipli) A (Lunghezza d’Onda λ in metri e sottomultipli) Da (Frequenza ƒ in Hz e multipli) A (Frequenza ƒ in Hz e multipli)
LFLow Frequency 15-30 km 1000 m 20 kHz 300 kHz
MFMedium Frequency 1000 m 100 m 300 kHz 3 MHz
HFHigh Frequency 100 m 10 m 3 MHz 30 MHz
VHFVery High Frequency 10 m 1 m 30 MHz 300 MHz
UHFUltra High Frequency 1 m 10 cm 300 MHz 3 GHz
SHFSuper High Frequency 10 cm 1 cm 3 GHz 30 GHz
EHFExtra High Frequency 1 cm 1 mm 30 GHz 300 GHz

Si nota facilmente come al diminuire della lunghezza d’onda λ aumenti la frequenza ƒ. Infatti λ è inversamente proporzionale alla ƒ, quindi se uno dei due aumenta, l’altro diminuisce.

Per il seguente schema dell’infrarosso seguiremo una delle varie classificazioni presenti (ne esistono varie):

Intervallo IR Da (Lunghezza d’Onda λ in metri e sottomultipli) A (Lunghezza d’Onda λ in metri e sottomultipli) Intervallo medio di Frequenza ƒ in Hz e multipli
Infrarosso (IR) Estremo 1 mm 40 μm ≈3,6x1014 Hz
Infrarosso (IR) Lontano 40 μm 6 μm ≈3,6x1014 Hz
Infrarosso (IR) Medio 6 μm 1,5 μm ≈3,6x1014 Hz
Infrarosso (IR) Vicino 1,5 μm 0,75 μm ≈3,6x1014 Hz

Si definisce l’infrarosso “estremo” o “vicino” in base alla lontananza o alla vicinanza rispetto all’intervallo del visibile.

Guerra Elettronica

Le attività di guerra elettronica sono suddivise in 2 settori principali in cui sono presenti anche altre attività; i settori sono COM e NON-COM:

  • Settore COM: il termine COM sta per “Comunicazione” e indica l’insieme di sistemi radio e di guerra elettronica contro le comunicazioni.
  • Settore NON-COM: il termine NON-COM sta per “Non comunicazione” e include i sistemi radar terrestri, navali, aerotrasportati, di guida, di navigazione, sistemi all’infrarosso, a laser e di guerra elettronica contro le non-comunicazioni.

Si nota quindi che i due settori non riguardano solo la guerra elettronica ma anche tutte le attività di intelligence, strategiche e tattiche.
Nel caso specifico delle attività di guerra elettronica nei settori COM e NON-COM si dividono a loro volte in 3 gruppi:

  • ESM (Electronic Support Measures): misure elettroniche di sostegno
  • ECM (Electronic Counter Measures): contromisure elettroniche.
  • EPM (Electronic Protection Measures) o ECCM (Electronic Counter-Counter Measures): misure di protezione elettroniche.

Oggi i precedenti tre termini sono spesso denominati in modo diverso e più abbreviato:

  • ES (Eletronic Support)
  • EA (Eletronic Attack)
  • EP (Electronic Protection)

1.ESM (Electronic Support Measures)

Le attività di supporto della guerra elettronica si occupano di effettuare azioni di ricerca, intercettazione, localizzazione, registrazione e analisi delle onde elettromagnetiche.
Dai dati ricavati in seguito alle attività ESM viene fornito l’EOB (Electronic Order of Battle), quadro completo dello scenario del campo di battaglia in relazione alle onde elettromagnetiche. I sistemi ESM sono di tipo passivo, ossia non emettono radiazioni elettromagnetiche, pertanto costituiscono un sistema non facilmente intercettabile.

2.ECM (Electronic Counter Measures)

Per ECM si intendono tutte quelle attività di guerra elettronica finalizzate ad impedire il corretto funzionamento dei sistemi elettronici del nemico. Le contromisure elettroniche si suddividono in misure ECM Distruttive e in ECM Non-Distruttive.

Nel caso di ECM Distruttive si intende attività proiettate alla distruzione fisica dei sistemi elettronici avversari. In generale questa attività è condotta tramite sistemi missilistici o sistemi emettitori laser. Per esempio possiamo includere in questa attività il lancio dei missili AGM-88 Harm, sviluppato appositamente per colpire apparati radar.

Tra le misure ECM Non-Distruttive si deve effettuare un’ulteriore suddivisione in:

Disturbo (Jamming)

Consiste nella trasmissione o riflessione di onde elettromagnetiche in modo da negare le attività dell’avversario. Possiamo immaginare quindi il disturbo come un segnale sovrapposto a quello emesso dal dispositivo.
Le tecniche illustrate di seguito sono spesso simili tra loro, ma la differenza sostanziale è se vengono effettuate nel settore COM o NON-COM.

Rumore (Noise) del segnale.
Rumore (Noise) del segnale. Nella forma d’onda in basso si vorrebbe una forma quadrata (come si vede dai trattini) ma il rumore la distorce.

Nel caso del settore COM di ECM Jamming, il disturbo potrà essere attuato nei seguenti modi:

  • Disturbo selettivo (Spot Jamming): consiste in un disturbo effettuato in specifico intervallo di frequenza ƒ.
  • Disturbo a sbarramento o a raffica (Barrage Jamming): consiste in un disturbo in un intervallo ampio di frequenza ƒ. Richiede però un uso maggiore di potenza in quanto lo spettro da coprire è più vasto.
  • Disturbo a spazzolamento o di spazzata (Sweep Jamming): effettuato in un intervallo di frequenza ƒ coperto in rapida successione. Quindi il disturbo non è focalizzato in precisi valori di ƒ ma in un insieme di valori che vengono disturbati in successione.

Nel settore NON-COM abbiamo invece le seguenti tecniche:

  • Spot Noise: consiste nel mascherare la distanza o la presenza di bersagli contro i radar di puntamento. È una tecnica che può essere utilizzata sia come Self Screening Jammer, ossia quando la stessa piattaforma vuole difendere se stessa, sia come Stand Off Jammer, quando invece si vuole proteggere altre piattaforme.
Tecnica ECM NON-COM utilizzata nella modalità Stand Off Jamming.
Tecnica ECM NON-COM utilizzata nella modalità Stand Off Jamming.
  • Barrage Noise: tecnica utilizzata nel momento in cui il radar utilizza sistemi sofisticati per impedire di essere ingannato (come “l’agilità di frequenza” o lo “Spread Spectrum”). Consiste nel distribuire la potenza di disturbo in un intervallo di frequenza ƒ più ampio.
  • Multiple False Target Generation: tecnica utilizzata contro radar di puntamento e di inseguimento nel momento in cui il sistema ECM è in grado di sintonizzarsi sulla stessa frequenza in uso creando dei falsi bersagli sul PPI (Plan Position Indicator, in pratica il display del radar).

Per dare un’idea sulla presenza e non presenza di disturbo, si noti la differenza nei PPI seguenti:

Presenza di disturbo mostrato su PPI.
Presenza di disturbo mostrato su PPI.

Inganno (Deception)

L’inganno è un’alterazione o riflessione di onde elettromagnetiche in modo tale da negare all’avversario un’interpretazione corretta delle informazioni ricevute.
Si limiterà a trattare le misure di inganno nel caso di aeromobili (e dove possibile fare esempi su altri mezzi), dividendole in sistemi di misura attiva e passiva e, a loro volta, in sistemi a bordo e sistemi fuori bordo. In linea di massima si può affermare che per misura attiva si intende un qualcosa che necessita di potenza per essere azionato o che trasforma una forma di energia in un’altra. Per misura passiva si intende un sistema che non necessita quindi di alimentazione.

  • Misure Passive “a bordo”: sono tutti quei sistemi atti alla riduzione della segnatura radar or IR, come per esempio le vernici speciali o sistemi di raffreddamento o mascheramento degli scarichi dell’impianto propulsivo.
  • Misure Passive “fuori bordo”: sono quei sistemi posizionati al di fuori del velivolo e che possono essere rilasciati da dispenser, come nel caso di chaffs.
  • Misure Attive “a bordo”: sono tutti quei sistemi catalogati come disturbatori, ingannatori o lampade IRCM (Infrared Countermeasure), posizionati sulla o nella struttura del velivolo.
  • Misure Attive “fuori bordo”: sono tutti quei sistemi rilasciabili da dispenser o da sistemi di vario genere. Tra questi si ricordano le flares, gli inganni trainati e spendibili.

Le misure sopra citate verranno trattate in seguito.

3.EPM (Electronic Protective Measures) o ECCM (Electronic Counter-Counter Measures)

È l’insieme di misure di guerra elettronica volte e proteggere il personale, gli equipaggiamenti elettronici e le infrastrutture da ogni tipo di attacco tramite lo spettro elettromagnetico. Sono misure che prevedono l’uso di apparecchiature apposite e procedure da seguire nell’uso di tali apparati.
Nel settore COM si persegue il fine di evitare l’intercettazione o la localizzazione dei propri apparati, di conseguenza delle informazioni trasmesse.
Nel settore NON-COM la misura principale è quella di utilizzare circuiti elettronici tali da evitare attività ECM o ESM dell’avversario.

Dispositivi di Guerra Elettronica

Nel seguente paragrafo verranno trattati in modo esaustivo i vari dispositivi di guerra elettronica nei vari settori di appartenenza. Si parlerà prettamente di dispositivi per aeromobili ma dove possibile ci saranno esempi anche nel campo terrestre e navale.
Le minacce elettroniche per i velivoli provengono da numerosi sistemi. Nel settore NON-COM la minaccia è costituita dai sistemi di difesa aerea che utilizzano il radar come mezzo per la scoperta e sistemi laser e IR per il puntamento ed inseguimento dell’aeromobile. Nel settore COM la minaccia è dovuta essenzialmente a interferenze nelle comunicazioni e nell’intercettazione dei messaggi.
Di seguito verranno trattate le minacce insieme ai relativi sistemi di guerra elettronica.

1. Radar

Il termine radar è un acronimo che sta per RAdio Detecting And Ranging ossia individuazione e misurazione di distanze via radio; è quindi un apparecchio che permette la rilevazione della posizione di un oggetto tramite il confronto di un segnale di riferimento emesso da un trasmettitore e quello riflesso dall’oggetto di cui si vuole determinare la posizione.
Il principio di funzionamento del radar si basa quindi sull’emissione di un’onda elettromagnetica, che, una volta giunta all’oggetto di interesse, verrà riflessa da quest’ultimo e sarà rilevata da un’antenna (ricevitore). Per calcolare la distanza tra radar e oggetto si può quindi utilizzare la seguente relazione:

relazione calcolo distanza radar guerra elettronica electronic warfareIn cui c è la velocità di propagazione dell’onda elettromagnetica (che è uguale alla velocità della luce nel vuoto ossia c = 3 × 108 m/s) mentre t è il tempo trascorso tra la propagazione dell’onda e la ricezione finale dell’onda riflessa. Al denominatore abbiamo 2 poiché si deve considerare che il tempo che calcoliamo è quello tra l’emissione e la ricezione e non quello tra l’emissione e la riflessione dell’onda sull’oggetto. In pratica se non dividessimo il risultato per 2 otterremmo il doppio della distanza.

electronic warfare guerra elettronica onda elettromagnetica calcolo distanza oggetto radar
Distanza percorsa dall’onda elettromagnetica.

In un precedente articolo è stato mostrato un esperimento in cui tramite onde sonore (onde meccaniche) si è individuata la posizione di un oggetto. Il principio di base è lo stesso: un trasmettitore ha emesso onde sonore ad alta frequenza ƒ (campo degli ultrasuoni) e un ricevitore ha rilevato l’onda riflessa dall’oggetto.
La presentazione visiva della rilevazione di un oggetto è effettuata in due modi, la presentazione a modulazione di deflessione (denominata A) e quella a modulazione di intensità (PPI o Plan Position Indicator).
Nel caso a modulazione di deflessione (A) si ha una scansione rettilinea orizzontale in cui l’asse principale x indica la distanza rilevata tra radar e oggetto mentre sull’asse y è presente l’ampiezza dell’impulso (in Volt). È una rappresentazione ormai in disuso.

modulazione di deflessione A radar guerra elettronica
Presentazione a modulazione di deflessione o di tipo A.

Nel caso della presentazione a modulazione di intensità o PPI si ha una visualizzazione notevolmente differente in cui la distanza tra il centro e la traccia ad alta luminosità è la distanza (in relativa scala). La direzione angolare della scansione indica la direzione dell’onda elettromagnetica emessa dal radar.

ppi plan position indicator guerra elettronica
Plan Position Indicator o PPI.

I radar che costituiscono una minaccia diretta verso gli aeromobili sono tutti quegli apparecchi associati ad un sistema d’arma, ossia quelli che ingaggiano e trasferiscono informazioni all’arma cosi da guidarla verso l’obiettivo, mentre possiamo definire minacce indirette tutti quei radar che rilevano obiettivi e allertano tutto il sistema di difesa.
In base alle modalità d’impiego si possono avere numerose tipologie di radar tra cui:

  • Radar di avvistamento
  • Radar di ricerca e acquisizione
  • Radar aerotrasportati
  • Radar di controllo del tiro
  • Radar di controllo e guida di missili
  • Radar di sorveglianza del campo di battaglia
  • Radar di localizzazione di mortai d’artiglieria
  • Radar meteo
  • Radar di supporto alla navigazione
  • Radar per il controllo del traffico aereo
  • Radar per il rilevamento topografico

Nel settore NON-COM della Guerra Elettronica nel campo radar, gli aeromobili presentano un insieme di dispositivi utilizzati per fronteggiare le minacce elettroniche:

  • RWR (Radar Warning Receiver) o Ricevitore di Allarme Radar  – (Misura Attiva “a bordo”)
  • Disturbatori e Ingannatori radar – (Misura Attiva “a bordo”)
  • Decoy – (Misura Attiva “fuori bordo”)
  • Chaff – (Misura Passiva “fuori bordo”)
  • RAM (Radar Absorbent Material) o Materiale radar assorbente – (Misure Passive “a bordo”)

Per Radar Warning Receiver  si intende un sistema in grado di determinare il tipo e la provenienza di onde elettromagnetiche emesse da un radar. Il sistema RWR permette al pilota di individuare l’emissione nemica in modo tale da mettere in atto le contromisure necessarie per eludere la minaccia. Essendo dei sistemi elettronici, gli RWR devono essere aggiornati in quanto vanno considerati come delle “librerie” di informazioni. All’interno del database del RWR sono inseriti parametri caratteristici di radar nemici e amici in modo tale che i parametri rilevati dal sistema, messi in confronto con quelli presenti nella libreria, riconoscono se si tratti di un radar amico o nemico. Se viene rilevata una minaccia, questa viene visualizzata su display con relativi numeri identificativi: le minacce radar possono essere associate a sistemi missilistici o per il controllo del tiro. Si evince quindi che un sistema RWR deve essere molto affidabile e in grado di intercettare tutte le possibili minacce oltre ad evitare eventuali falsi allarmi.
Su alcuni aeromobili italiani (AW-129 e AMX) è presente il sistema ELT-156(X) di Elettronica Spa comprendente una suite di dispositivi tra cui sensori, hardware per il processamento delle informazioni e display per la visualizzazione. Riferendoci all’immagine sottostante (quella dell’intera suite) si notano:

  • 1) 4 Antenne sulla deriva del velivolo (i sensori bianchi) in grado di coprire 360°.
  • 2) 2 RF Head che forniscono il segnale video all’elaboratore (3).
  • 3) Elaboratore a cui viene trasmesso il segnale provenienti dalle antenne e che viene processato e paragonato ai dati relativi alle minacce già note nella libreria. I dati elaborati vengono poi inviati ad un display (4).
  • 4) Display CRT (a tubo catodico) in cui vengono visualizzate le minacce. Sono presenti due modalità di rappresentazione delle minacce, RAW e SYNTHETIC, scelte tramite pannello di controllo.
    Nella modalità RAW le minacce sono visualizzate tramite vettori diretti verso l’origine della minaccia: la lunghezza del vettore indica l’intensità del segnale rilevato; più il vettore è lungo più la minaccia è vicina. Inoltre i vettori possono essere rappresentati in modo differente in base alla minaccia radar.
    Nella modalità SYNTHETIC non sono presenti vettori bensì numeri posti sulla estremità superiore del vettore (dove idealmente si trova la freccia). Ad ogni numero è associato una tipologia di radar differente, quindi un diverso sistema d’arma.
    È inoltre presente la possibilità di rilevare la minaccia anche tramite segnali audio emessi nell’interfono del velivolo.
  • 5) Pannello di controllo del sistema

Per Disturbatore si intende un apparato ECM che genera un disturbo nei ricevitori del radar in modo tale da impedire il riconoscimento di un bersaglio. In generale un disturbatore è costituito da un sistema ricevente, uno di generazione e uno trasmittente. Il sistema ricevente identifica il segnale da disturbare, il generatore viene sintonizzato dal ricevitore sulla frequenza corretta, la cui onda (rumore) è poi emessa dl trasmettitore. Le forme di disturbo generate possono essere classificate nelle categorie citate nel secondo paragrafo (Spot Noise, Barrage Noise, ecc). L’immagine seguente, equivalente a quella del secondo paragrafo, dà l’idea di rumore e segnale.

signal noise rumore segnale guerra elettronica radar
Si immagini che il “signal” sia quello emesso da un radar mentre il “noise” (rumore) venga prodotto dal disturbatore. Il risultato è la composizione dei due.

Per Ingannatore si intende un sistema in grado di fornire al radar nemico informazioni errate fornendo segnali simili a quelli che il ricevitore radar si attende. È un’apparecchiatura che riceve il segnale radar, lo memorizza e lo ritrasmette con le modifiche necessarie nelle grandezze fisiche associate all’onda.

Per Chaff si intende invece una contromisura costituita da “pagliuzze” di materiali differenti che una volta dispersi nell’aria creano un insieme di falsi bersagli al radar nemico, ciò a causa dell’alta riflessione che producono i materiali di cui sono costituiti (es. fibre di vetro).
Il radar nemico continua a visualizzare il velivolo ma all’interno di una “nuvola” di altri bersagli; ne consegue che l’eventuale missile lanciato contro l’aeromobile sarà “confuso” dall’insieme di bersagli che vengono forniti dal sistema radar. Le contromisure chaffs sono progettate in modo tale da essere leggere e rimanere raggruppate in aria per un tempo lungo.

chaff pagliuzze cartuccia guerra elettronica electronic warfare
Fibre di una cartuccia di Chaff. Si noti la dimensione delle pagliuzze.
chaff countermeasure contromisura misura passiva fuori bordo
“Nuvola” di falsi bersagli generata da chaffs. Le numerose riflessione per effetto Doppler prodotte dalle contromisure chaffs non permettono al radar di stabilire l’esatta posizione dell’aeromobile.

Per Decoy (letteralmente “esca”) si intende un sistema il cui fine è attirare su di sé la minaccia in arrivo (es. un missile) o riflettere le onde elettromagnetiche del radar. Si possono suddividere i decoy in due categorie: Towed Decoy e Expandable Decoy.
Il Towed Decoy (letteralmente “esca trainata”) è un sistema lanciato dall’aeromobile e trainato da quest’ultimo tramite un apposito collegamento. L’esca in questione avrà quindi la stessa velocità del velivolo ma dovrà generare segnali per ingannare la minaccia.

towed decoy guerra elettronica electronic warfare esca trainata typhoon eurofighter
Esca trainata (Towed Decoy) da un Eurofighter Typhoon. Si nota il filo che congiunge il velivolo al sistema.

Per Expandable Decoy si intende invece un sistema spendibile lanciato dal velivolo. I sistemi attualmente in uso sono missili che svolgono la stessa funzione del Towed Decoy ma, a differenza di questi ultimi, se scambiati come obiettivo, possono distanziare la minaccia in arrivo dall’aeromobile.

b-52 decoy expandable raythen mald missile guerra elettronic electronic warfare
Raytheon ADM-160 MALD (Miniature Air-Launched Decoy) su piloni di un B-52.

Infine per RAM (Radar Absorbent Material) si intende l’uso di materiali tali da diminuire il Radar Cross Section o RCS di cui si è discusso in questo articolo sulla spiegazione e il calcolo di quest’ultimo. Per materiali assorbenti si considerano tutti quei materiali tali da coprire parti metalliche che produrrebbero scattering (letteralmente “diffusione”). La diffusione è un fenomeno fisico tale da far deviare la traiettoria di particelle e onde; nel caso di aeromobili lo scattering è causato dalle superfici, come per esempio i bordi di attacco delle prese dinamiche. In fase di progettazione quindi si deve tener conto di questo fattore che si ripercuote quindi sul RCS. Nel caso dei velivoli di 5° generazione (es. F-35) il carico bellico è stato incorporato all’interno del velivolo proprio per evitare di aumentare il Radar Cross Section causato da missili o bombe agganciate sui piloni alari.

material absorbent radar rcs materiale assorbente guerra elettronica electronic warfare stealth technology
Disegno esemplificativo dell’importanza dei materiali radar assorbenti (RAM).

2. Laser

Per non appesantire la trattazione si omette la spiegazione sul funzionamento di un dispositivo laser ma si rimanda a queste slides.
Il termine Laser è un acronimo che sta per Light Amplification Stimulated Emission of Radiation ossia “luce amplificata per mezzo di emissione stimolata di radiazioni” ed è associato a tutti quei dispositivi che generano fasci di luce coerente. I settori del campo militare in cui il laser è utilizzato vanno dalle comunicazioni, alla misurazione delle distanze, all’illuminazione di bersagli fino al danneggiamento diretti di apparecchiature e missili.

laser rangefinder telemetro laser tank kmdb t-54 t-55 t-62 type-59 laser
Telemetro Laser della KMDB equipaggiato su numerosi carri tra cui T-54/55, T-62 o Type-59.

Nel campo delle comunicazioni il laser è utilizzato per inviare informazioni tra satelliti, tra satelliti e velivoli, tra stazioni di terra o persino tra sottomarini e navi; insomma la comunicazione laser è molto utilizzata.
Per quanto attiene l’utilizzo del laser nella misurazione delle distanze, il dispositivo associato a tale operazione è il telemetro laser o laser rangefinder. Il funzionamento è praticamente lo stesso che è stato espresso prima nel caso del radar: la riflessione di un impulso di luce causato da un’emissione iniziale è utilizzata per il calcolo della distanza. La relazione per la misurazione della distanza è equivalente a quella vista precedentemente:

relazione calcolo distanza radar guerra elettronica electronic warfareIn cui c indica la velocità della luce nell’atmosfera mentre t è il tempo trascorso tra l’emissione del fascio di luce fino alla ricezione del fascio riflesso. La divisione per 2 è dovuta allo stesso motivo che è stato spiegato nella sezione del radar: il tempo trascorso tra emissione e ricezione è il tempo trascorso dal fascio che, emesso dal dispositivo, ha raggiunto l’obiettivo e, riflesso, è tornato al telemetro; pertanto la distanza d va divisa per 2.

Nel campo della illuminazione di obiettivi si parla di Designatori Laser: il compito del fascio di luce è quello di illuminare il bersaglio per permettere ad un missile, bomba o, in generale, un proiettile, dotati di ricevitori laser, di colpire l’obiettivo. In particolare, prendendo in considerazione le bombe, si parla di LGB ossia Laser Guided Bombs come per esempio la GBU-12. In generale per LGB si intende una bomba di tipo General Purpose (GP) su cui viene aggiunto un kit sull’ogiva (sulla parte anteriore) che permette la rilevazione del fascio laser. Il sensore quindi guida la bomba verso l’obiettivo, effettuando correzioni tramite le alette.

GBU-12 Paveway II. Questa bomba di tipo LGB è costituita da un corpo centrale sulla cui ogiva è presente un kit per convertirla in LGB.

Oltre a bombe a guida laser sono presenti anche missili laser guidati; in questo caso si può anche parlare di Beam Riding. In tal caso, il missile lanciato ad un vettore aereo o terrestre, “segue” il fascio laser emesso da apposito sistema fino al raggiungimento dell’obiettivo.

Nel settore NON-COM della Guerra Elettronica nel campo Laser, le contromisure adottate contro questa minaccia sono principalmente:

  • Ricevitori di Allarme Laser (RALM o LWR ossia Laser Warning Receiver) – (Misura Attiva “a bordo”)
  • Chaff ottiche – (Misura Passiva “fuori bordo”)
  • Cortine fumogene – (Misure Passiva “fuori bordo”)

Per Ricevitore di Allarme Laser si intende un sistema posizionato sul veicolo o velivolo in grado di rilevare fasci laser puntati verso il mezzo. Non sono sistemi provvisti di contromisure, bensì sono associati ad altre sistemi (come i lanciatori di fumogeni). Nel momento in cui il sistema LWR rileva una minaccia, può attuare in totale autonomia il lancio di fumogeni (nel caso di veicoli) o flare/chaff (nel caso di velivoli). Come nel caso dei sistemi RWR, il sistema di allarme laser è in grado di fornire anche la provenienza dell’emissione e, se presente nella libreria del dispositivo, il tipo di minaccia rilevato (paragonando l’emissione con quella presente nel database). La visualizzazione della minaccia avviene tramite appositi display, spesso in comune con quelli del RWR (esempio il sistema ELT-156 trattato nella sezione radar).

lwr ricevitore allarme laser warning receiver c1 ariete tank italian mbt carro armato
Ricevitore di Allarme Laser (LWR) del C1 Ariete.

Per Cortine fumogene si intende invece uno schermo di fumo causato da proiettili sparati o lanciati da appositi sistemi (esempio il caso dei lanciatori presenti sui veicoli) in grado di assorbire il fascio di luce. È lo stesso effetto che avviene con la luce emessa dalla macchina quando si guida nella nebbia. Le cortine sono anche usate per ingannare i sistemi IR che verranno trattati in seguito.

Sono anche presenti sistemi più sofisticati che si basano sull’utilizzo di un dispositivo laser di potenza maggiore rispetto a quelli illuminatori (in un certo senso un contro-laser), in grado di rilevare la minaccia tramite appositi sensori (se presenti). Il dispositivo quindi emette un fascio laser direzionato in un punto sicuro rispetto alla struttura o al mezzo da proteggere così da ingannare la minaccia in arrivo, per esempio un missile, direzionandolo verso la seconda emissione laser; in questo caso si può quindi parlare di Laser Jammer. Un esempio molto comune di laser jammer è il sistema Shtora-1 equipaggiato sui T-90A.

3. Sistemi IR (Infrared o Infrarosso)

Come evidenziato alla fine del paragrafo sui fondamenti dell’elettromagnetismo, l’infrarosso o IR è un preciso intervallo nello spettro elettromagnetico, avente frequenza ƒ più bassa ma lunghezza d’onda λ più elevata rispetto il visibile. La radiazione all’infrarosso non è rilevabile dall’occhio umano in quanto non appartiene alle frequenze del visibile.
La radiazione IR è generata dalle vibrazione degli atomi di qualunque materiale con una temperatura superiore allo zero termico (273° K o 0°C), la cui intensità, definita emissività, è misurata in Watt su cm² (W/cm²).
Dalle legge di Stefan Boltzmann e di Wien (che non verranno enunciate) consegue che tanto più è alta la temperatura di un corpo (esempio scarico di motore di un veicolo o velivolo) tanto più è elevata l’emissività e tanto più alta è la temperatura quanto più piccola è la lunghezza d’onda λ caratteristica nell’infrarosso.

La principale minaccia nel settore IR per gli aeromobili è costituita da missili a ricerca di calore o IR. Questi sistemi d’arma sfruttano l’emissività associata al bersaglio per acquisirlo e inseguirlo; in questo caso si parla quindi Homing Passivo poiché si dirigono verso il bersaglio seguendo l’emissività di quest’ultimo.
Tale minaccia è una delle più pericolose in quanto, data la natura del sistema, non può essere rilevata prima dell’ingaggio ma solo dopo il lancio del missile, dando quindi un breve tempo a disposizione per poter reagire.

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9K38 Igla con cui i combattenti curdi hanno abbattuto un AH-1W Cobra in Turchia.

Il missile IR si basa su un sensore (seeker) posizionato sull’ogiva, il quale fornisce i segnali di correzione al sistema propulsivo del missile: una volta lanciato il missile, questo si direziona verso le possibili fonti di emissione tra cui l’ugello di scarico del motore, le stesse scie prodotte dallo scarico ma anche dal velivolo stesso che è soggetto all’aumento della temperatura in relazione al numero di Mach.
La struttura di un missile IR può essere schematizzata come in figura: sull’ogiva è presente una “cupola” o IR Dome, trasparente agli intervalli della radiazione infrarossa, che offre una protezione aerodinamica agli stadi successivi; a seguire si trova il sistema ottico, costituito da un insieme di lenti che convogliano i segnali IR sul rilevatore. Lo stadio successivo è costituito dal reticolo che rappresenta l’elemento che modula il segnale di ingresso (quello provenienti dalle lenti) con le logiche di inseguimento (verrà trattato a breve). Infine è presente il rilevatore (detector), dispositivo che tramuta i segnali IR in segnali elettrici così da poterli elaborare e guidare il sistema propulsivo. È inoltre presente un giroscopio, necessario al movimento del sistema ottico. Va infine fatto presente che il rilevatore (detector) necessita di un sistema di raffreddamento apposito.

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Struttura di un missile a ricerca di calore (IR).

Lo sviluppo di nuovi materiali e la logica del funzionamento del sensore hanno portato nel corso degli anni allo sviluppo di missili IR sempre più sofisticati. Come nel caso di veicoli o velivoli, anche per i missili a ricerca di calore si può parlare di generazioni:

  • 1° generazione: rilevatore (detector) non raffreddato che lavora nell’intervallo IR Vicino e reticoli di tipo Spin Scan.
  • 2° generazione: rilevatore raffreddato e reticoli di tipo Conical Scan
  • 3° generazione: rilevatore raffreddato, reticolo Spin o Conical Scan e dispositivo IRCCM (Infrared Counter Counter Measure, ossia tecniche di discriminazione per eventuali contromisure adottate).
  • 4° generazione: sensori con tecniche avanzate come Imaging o Focal Plane Array.

Si analizzano ora le varie tipologie di reticoli:

Spin Scan

Questa tipologia di reticolo è costituto da un settore di 180° in cui sono presenti degli spicchi opachi alla radiazione IR, alternati ad altri trasparenti (la differenza tra opacità o trasparenza sta nella possibilità di trasmettere o meno la radiazione IR al rilevatore posizionato a seguire). Nella seconda parte del semicerchio si ha una semi-trasparenza alla radiazione IR: il risultato è che la rotazione del reticolo ad una certa velocità (quindi ad una certa frequenza ƒ o meglio ad una certa pulsazione ω) crea sul rilevatore un segnale alternato come quello mostrato sul piano cartesiano nella figura seguente. Il segnale rilevato è poi confrontato con un segnale di riferimento in merito alla posizione del reticolo, ricavando così gli aggiustamenti da effettuare per guidare il missile sull’obiettivo.

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Reticolo di tipo Spin Scan

Conical Scan

Il seeker di tipo Conical Scan è costituto da un reticolo fisso mentre l’asse dello specchio ruota intorno a quello del reticolo, causando un movimento circolare della sorgente infrarossa sulla parte esterna del reticolo. Nel momento in cui il bersaglio è centrato rispetto al centro della scansione, il segnale d’uscita è simile a quello fornito dallo Spin Scan.

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Reticolo di tipo Conical Scan.

Imaging IR

Oltre a Spin Scan e Conical Scan sono anche presenti altre tipologie di reticoli come Rosette Scan o Seeker senza reticolo che concettualmente si avvicinano ai due già visti. Oggi invece è sempre più comune la tipologia Imaging IR: questo tipo di sistema permette di ricostruire l’immagine dell’emissione infrarossa: in base alla creazione dell’immagine IR, i sensori si dividono in Scanning Array e Staring Array, in generale definiti Focal Plane Array, in cui la differenza sostanziale tra di essi è il differente uso dei rilevatori di cui sono composti.
Questa tipologia di sensori sono molto difficili da sviluppare e altrettanto da ingannare: le contromisure adottate contro missili IR (principalmente flares) sono spesso discriminate dal sistema a ricerca di calore, pertanto oggi è importante non tanto ingannare le logiche di tracciamento del sensore (che funzionavano con seeker Spin Scan o Conical Scan) bensì effettuare il disturbo dell’immagine stessa. È inoltre importante ricordare che il post-processing dei segnali provenienti dai sensori non è sempre lo stesso, dipende dalla frequenza, quindi dalla lunghezza d’onda di lavoro: se un sensore lavora ad un certo intervallo di lunghezza d’onda, evidenzierà, per esempio, l’energia emessa, mentre in altri intervalli di lavoro potrà evidenziare l’energia riflessa dal corpo.

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Imaging IR.

Nel settore NON-COM della Guerra Elettronica nel campo IR i dispositivi di protezione si dividono in:

  • Avvisatore di Allarme Missile (Missile Warning System o MWS) – (Misura Attiva “a bordo”)
    Suddiviso in:
    1. Ricevitore di Allerta Missile (Missile Warning Receiver o MWR)
    2. Allerta di Avvicinamento del Missile (Missile Approach Warning o MAW)
  • Flares – (Misura Attiva “fuori bordo”)
    Suddivise in:
    1. Spettrali
    2. Covert
    3. Piroforiche
    4. Aerodinamiche e Cinematiche
  • Soppressore IR – (Misura Passiva “fuori bordo”)
  • Cortina Fumogena (già discussa sopra) – (Misure Passiva “fuori bordo”)
  • Disturbatore IR – (Misura Attiva “fuori bordo”)
  • Direct Energy Weapon – (Misura Attiva)

Per Avvisatore di Allarme Missile o MWS si intende un sistema costituito da due sottosistemi che forniscono informazioni solo dopo che il missile è stato lanciato e, generalmente, non è in grado di effettuare l’identificazione della minaccia in arrivo.
Il sottosistema Ricevitore di Allerta Missile o MWR è composto da sensori sensibili alla radiazioni IR e UV (Ultravioletto) dai quali viene rilevato il lancio di un missile (fase di Boost) e le successivi fasi di volo. I sistemi tradizionali MWR non forniscono l’esatta posizione ma solo l’approssimativa direzione di provenienza mentre i più moderni possiedono algoritmi definiti Direction Finder (DF).
Il secondo sottosistema è l’Allerta di Avvicinamento del Missile o MAW che si avvale di un radar per rilevare ed inseguire il missile in arrivo sull’aeromobile; è inoltre in grado di stabilire la velocità e la posizione della minaccia. Come nel caso del MWR, il MAW non è in grado di definire la minaccia in arrivo pertanto le contromisure da attuare devono essere tali da contrastare qualunque tipo di minaccia.
Oggi questi sottosistemi sono impiegati anche su veicoli ma in un sistema definito APS (Active Protection System).

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Mangusta AW-129 equipaggiato con missile Spike. Si nota il sistema MWR (Missile Warning Receiver) posizionato lateralmente. Foto di Claudio Toselli.

La principale contromisura contro la minaccia dei missili a guida infrarossa è costituita dalle Flares, speciali cartucce che risiedono nello stesso dispenser utilizzato anche per lanciare chaff. La flare consiste in un artifizio pirotecnico che viene eiettato dall’aeromobile (ma anche da una nave tramite appositi lanciatori) e fornisce un segnale IR tale da ingannare la logica di inseguimento del missile a ricerca di calore (si sprigionano temperature che arrivano fino a 2000° K). La flare è caratterizzata da un insieme di parametri come l’intensità di energia emessa, la banda IR corrispondente, il tempo necessario a bruciare a data intensità (Rise Time) e quello relativo al tempo di azione (Burn Time, praticamente per quanto tempo brucia).

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Lancio di flares da parte di SU-30.

Con il miglioramento dei seeker IR e l’utilizzo di tecniche IRCCM da parte dei sensori del missile, sono state sviluppate flares di vario genere:

  • Spettrali: le tecniche IRCCM sono in grado di discriminare le differenti bande IR del velivolo e delle flares, eliminando le seconde e continuando ad inseguire l’aeromobile. Questa tipologia di flare è tale da produrre una banda IR simile a quella del velivolo e non differente (come accadeva nelle flares tradizionali).
  • Covert: sono flares che mantengono le loro proprietà nella banda IR ma, data la loro composizione chimica, non producono emissioni elevate nella banda del visibile (da qui il termine “covert”). L’emissione non è attivata dalla combustione del materiale ma da un’ossidazione.
  • Piroforiche: sono flares che impiega liquidi combustibili che bruciano in un’area più estesa. La differenza sostanziale rispetto alle altre tipologie è che emettono dei precisi valori nella banda IR, specifici per ingannare minacce di 2° e 3° generazione.
  • Aerodinamiche e Cinematiche: la separazione repentina tra velivolo e flares comporta una elevata possibilità di discriminazione da parte delle tecniche IRCCM del missile, da cui l’impossibilità di ingannare il sensore del missile. Le flares aerodinamiche sono tali da impiegare accorgimenti progettuali in modo da contrastare l’effetto della resistenza aerodinamica e quindi procedono per un certo periodo insieme al velivolo. Le flares cinematiche sono invece artifizi che vengono espulsi nella direzione del velivolo.

Per Soppressore IR si intende un sistema in grado di “coprire” le emissioni di calore emesse da parti specifiche di un veicolo o un velivolo. Nel caso di aeromobili le parti più critiche sono gli ugelli del motore, motivo per cui vengono posizionate delle strutture che ne modificano il flusso uscente oppure, in fase di progettazione, si possono attuare degli accorgimenti (esempio miscelare il gas di scarico con aria relativamente più fredda). Nel campo dei veicoli terrestri, soprattutto negli ultimi anni, sono stati sviluppati dei sistemi in grado di ridurre la traccia IR, come per esempio la tecnologia Adaptiv della BAE Systems.

Per Disturbatore IR si intende una contromisura permanente e posizionata sull’aeromobile in grado di confondere il seeker del missile tramite emissione di bande di IR direttamente dal mezzo.
Sono invece in fase di sviluppo numerosi sistemi distruttivi di tipo DIRCM (Direct InfraRed CounterMeasure) in grado di indirizzare un fascio laser verso il seeker del missile in arrivo, degradando i sensori e le varie componenti così da renderlo inefficace.

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Sistema AN/ALQ-144 IR Jammer equipaggiato su AW-129 Mangusta. A destra il sistema di soppressione IR del motore.

Fonti ed Immagini:
Elementi di Fisica – Elettromagnetismo; Autori: Mazzoldi, Nigro, Voci
Sinossi a Guerra Elettronica dell’Aviazione dell’Esercito Italiano – Documento non classificato, ad uso addestrativo
http://fisicaondemusica.unimore.it/Onde_trasversali_e_longitudinali.html
http://fisicaondemusica.unimore.it/Onde_elettromagnetiche.html
https://it.wikipedia.org/wiki/Onda_trasversale
http://www.physast.uga.edu
http://www.science.unitn.it/~mostre/Laser/ondele.html
https://it.wikipedia.org/wiki/Radar_jamming
http://www.aereimilitari.org/Approfondimenti/DocumentiTecnici/Contromisure-Infrarosso.htm
http://www.radartutorial.eu/12.scopes/sc15.en.html
http://www.radartutorial.eu/01.basics/Distance-determination.en.html
http://www.radartutorial.eu/12.scopes/sc05.en.html
https://fas.org/man/dod-101/sys/ac/equip/an-apr-39.htm
http://digilander.libero.it/nibbio14/pages/avionica.html#CnF

Have you ever seen a picture of a fighter plane towing a radar decoy? Here it is


http://defense-update.com/products/d/dhy322LASERcm.htm
http://nibbio14.altervista.org/rwr.php

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Salvavicinanza rispetto all’intervallo del visibile.

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