Ein neues Radar für den Eurofighter
"CAPTOR-E" ready für Tranche 3

ESA - Entwicklung

Das AESA-Radar noch als Grafik CAESAR-Einbautest im Serien-Eurofighter Größen- und Modulvergleich zum herkömmlichen Radar. Neu sind die Antenn, die Antennen-Kontrolleinheit sowie die Energieversorgung der Antenne. Die restlichen drei Module aus Trance 1 bleiben weiter in Verwendung

"Electronically Scanned Arrays" (ESA) - oder auf Deutsch - Radargeräte mit elektronischer Strahlschwenkung sind seit Jahrzehnten bekannt und werden auch intensiv genutzt.

Vor allem im Bereich der Luftraumüberwachung sind Antennen, die zumindest auf einer Ebene die Lenkung des Radarsstrahls nicht mit einer Bewegung der Antenne unter zu Hilfenahme eines Motors, sondern mit einer Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Modulen auf der Antennenfläche realisieren, heute schon weit verbreitet. Sowohl landgestützt als auch im maritimen Bereich begann die ESA-Technik vor allem bei großflächigen Antennen.

Das erste Serienkampfflugzeug mit einem phasengesteuerten Radar war Mitte der 70er Jahre der sowjetische Abfangjäger MiG-31. Im Westen reagierte man überrascht und bestürzt auf das SBI-16 Zaslon (NATO-Code: "Flash Dance"), welches als das stärkste Jagdflugzeug-Radar der Welt eingestuft wurde.
Nüchtern betrachtet bot das passive ESA "Flash Dance" zwar einige Vorteile gegenüber den mechanisch geschwenkten Antennen, insgesamt kämpften die passiv elektronisch phasengesteuerten Anlagen (PESA) jedoch mit Reichweitenproblemen.
In der riesigen MiG-31 und auch in boden- oder schiffsgestützten Anlagen konnte dieser Nachteil durch eine entsprechende Baugröße kompensiert werden - Kampfflugzeug mit "normalen" Ausmaßen hatten diese Möglichkeiten nicht.

Erst Mitte der 90er Jahre zog der Westen nach. In der Dassault Rafale wurde das PESA-Radargerät "RBE2" installiert - und das im Wissen, dass die zugrunde liegende Technik eine Einbahnstrasse war. Denn inzwischen wurde schon intensiv an der nächsten Technologiestufe geforscht - dem aktiv elektronisch phasengesteuerten Radar (AESA).

Von PESA zu AESA

Beim der PESA-Technik wird, wie bei der herkömmlichen Bauweise, die hochfrequenten Mikrowellen in einer Traveling-Wave-Tube (TWT) produziert.
Die AESA-Technik geht dem gegenüber einen neuen Weg. AESA-Radare bestehen aus hunderten kleinen Sende-/Empfangsmodulen (T/R-Module), welche jedes für sich die notwendigen Mikrowellen erzeugen.

Bei der PESA-Technik gewinnt man gegenüber der herkömmlichen Antennentechnik einerseits die hohe Geschwindigkeit bei der Strahlschwenkung. Andererseits entfallen die mechanischen Elemente der Antennensteuerung, wodurch sich die Ausfallssicherheit erhöht und die Wartungsaktivitäten für diese Elemente entfallen.

Bei der AESA-Technik kommt noch ein weiterer wichtiger Faktor zum Tragen. Da die einzelnen T/R-Module untereinander unabhängig arbeiten ist der Ausfall einzelner Module ohne merkbaren Leistungsverlust verkraftbar.

Während bei der herkömmlichen Antennentechnik ein Ausfall der TWT oder der Antennensteuerung zu einem 100% Verlust der Radarverfügbarkeit führt, resultiert der Defekt eines T/R-Moduls in einer Leistungsminderung von weniger als 0,1% - der Rest des Radars bleibt funktionsfähig.
Dieser "kontrollierte Leistungsrückgang" führt im Bereich Kampfflugzeug-Radar zu einem vollkommen neuen Wartungs-Syllabus.
Während bei der herkömmlichen Radartechnologie der Ausfall einer Komponente zum vollständigen Funktionsverlust - resultierend in eine Nicht-Verfügbarkeit des gesamten Flugzeuges - und sofort notwendigen Wartungsaktivitäten führt, kann mit der AESA-Technologie die Wiederherstellung der 100% Leistungsfähigkeit des Radars im Zuge der normalen Wartungsperioden erfolgen. Selbst der zwischenzeitliche Funktionsverlust von 5-10% der T/R-Module führt nicht zu einer merkbaren Einschränkung der Leistungsfähigkeit des Radargeräts.

Mit Datum 2006 sind ca. 200 Kampfflugzeuge mit AESA-Radaren an div. Luftwaffen ausgeliefert. Folgende Kampfflugzeugtypen sind bisher zum Teil oder zur Gänze ab Werk oder als Upgrade mit AESA-Radaren ausgestattet: Boeing F-15C, Lockheed Martin F-22, Mitsubishi F-2, Boeing F/A-18E/F, Lockheed Martin F-16E/F (Block 60).
Für folgende Kampfflugzeugtypen ist AESA vorgesehen bzw. in Vorbereitung: Saab JAS-39 Gripen, Dassault Rafael, Eurofighter Typhoon, Lockheed Martin F-35

AESA-Entwicklung für den Eurofighter

1993 begannen Deutschland und Frankreich ein Demonstrator-Programm welches AESA-Technologien und operationelle Vorteile für die Zukunft prüfen sollte. In dieses "AMSAR" (Airborne Multi-Role Solid-State Active Array Radar) genannte Programm stieg 1995 England mit ein.

Als für die Unternehmen im Eurofighter-Programm absehbar wurde, dass an AESA kein Weg vorbei führte, finanzierte das Euroradar-Konsortium 2002 den "CAESAR" (Captor AESA Radar) genannten Demonstrator als möglichen Nachfolger für das ECR-90 Captor des Eurofighter.

Auf bilateraler Basis starteten Deutschland und England 2002 mit einem "CECAR" genannten Programm zur Risikoreduktion im Zug der CAPTOR-E Entwicklung.

Die kombinierten Ziele von CAESAR und CECAR lauten:

• Experimentelle Flugtest zur Demonstration von Durchführbarkeit und Nutzen der Technologie.
• Bestmögliche Nutzung vorhandener Eurofighter Technik
• Sammlung von Daten zur Optimierung der Radar-Modis
• Risikoreduzierung von Entwicklung und Integration in den Eurofighter
• Demonstration der technologischen Kompetenz der im Euroradar-Konsortium vereinten Unternehmen.

Das T/R-Modul

Herz des AESA Radar Systems sind hunderte kleine Sende-/Empfangsmodulen - genannt "T/R-Module" (Transmitter / Receiver), welche gleichzeitig als Signalverstärker sowie zur Phasen- und Amplitudensteuerung eingesetzt werden.
Diese T/R-Module sind so vielseitig und flexibel einsetzbar, dass sie nicht nur für ein spezifisches Radargerät verwendet werden können, sondern angefangen vom bodengestützen Radar über alle Arten luftgestützter Radare bis hin zu Radarsatelliten unverändert zum Einsatz kommen können. Darüber hinaus können sie z.B. auch für ECM/ESM-Anwendungen genutzt werden.
Das dafür entwickelte SMTRM (Standardised Modular Transmit-/Receive-Module) ist ein Platine mit 64,5mm Länge, 13,5mm Breite und 4,5mm Höhe.
Darauf befindet sich ein integrierter Schaltkreis (genannt ASIC) ein Leistungsverstärker auf Gallium-Arsenid (GaAs) Basis, ein Zirkulator, ein Begrenzer auf GaAs-Basis, ein rauscharmer Verstärker auf GaAs-Basis, ein Phasensteuerer auf GaAs-Basis, ein Verstärkerkontroller auf GaAs-Basis.
Das Ganze ist hermetisch versiegelt und weltraumtauglich.

Durch die kompakte Bauweise sind die Leistungverluste bei der Signalverarbeitung extrem gering. Allerdings ist eine Luftkühlung für diese Teile nicht mehr auseichend. Die einzelnen T/R-Module werden daher flüssigkeitsgekühlt.
Gearbeitet werden muss auch noch an den Produktionskosten der Module. Denn bei über EUR 1.000,- pro Bauteil würde alleine die Radarantenne des Eurofighters, welche 1.424 Module enthält, weit über EUR 1,5 Mio. kosten.
Fortschritte im Bezug auf Preis und Leistung verspricht man sich vom Einsatz des Halbleiters Gallium-Nitrid anstatt des derzeit verwendeten Gallium-Arsenid.

CAESAR fliegt

Am 24. Februar 2006 war es schließlich soweit. Eingebaut in die Nase des schon bekannten BAC 1-11 Radar-Testbeds hob zum ersten mal der CAESAR Prototyp in Bournemouth/England vom Boden ab.
Ein Monat und sechs Testflüge später hatte CAESAR ganze 21 Betriebsstunden in der Luft gesammelt und vorher eingeplante sowie Gelegenheitsziele erfasst und verfolgt.
Zum Einsatz kamen dabei bis zu vier Luft/Luft- und bis zu zwei Luft/Boden-Modis pro Flug.

Inzwischen ist der CAESAR Prototyp aber schon wieder raus aus der BAC1-11.
Denn der nächste Test betraf einen "simplen" Kompatibilitätstest. Der CAESAR Prototyp wurde in einen Serien-Eurofighter eingerüstet um zu überprüfen ob alle Montage- und Anschlusspunkte, sowie die Ausmaße von Antenne und Elektronikboxen in die aktuelle Serien-Hardware passen. Darüber hinaus wurde auch gleich ausprobiert ob die Versorgung mit Strom sowie die vorhandene Kühlung für den Betrieb der CAESAR-Komponenten ausreichen. Einmal soweit wurde auch gleich die Funktionalität bestehender CAPTOR-Radarmodis mit dem CAESAR demonstriert sowie zu Testzwecken SAR-Daten (Sythetic Aperture Radar - Digitale Photogrammetrie) erzeugt.

Nächster Schritt wird der Einbau des CAESAR Prototyp in einen Eurofighter Prototyp sein. Noch heuer soll CAESAR an Bord eines Eurofighters abheben und seine Funktion unter Realbedingungen unter Beweis stellen.

CAPTOR-E im Einsatz

Einmal im Einsatz soll CAPTOR-E die Stärken der AESA-Technologie im Eurofighter voll ausspielen.
Herkömmliche Radarantennen müssen im häufig genutzten Track-while-Scan Modus, zwischen der Suche nach neuen Zielen, immer wieder in den Bereich des bereits erfassten Ziels zurückschwenken und dieses neu auffassen.
Ein AESA-Radar bietet hier erhebliche Vorteile. AESA-Radare können mehrere Modis parallel fahren, indem sie den notwendigen Teil der T/R-Module für eine bestimmte Aufgabe verwenden, während der Rest, innerhalb des elektronischen Schwenkbereichs von horizontal und vertikal jeweils 120°, gänzlich andere Aufgaben in unterschiedlichen Richtungen und Entfernungen abwickeln kann.
So kann CAPTOR-E als herkömmliches Luft/Luft- und Luft/Boden-Radar operieren, aber auch als Datenlink fungieren und Radarstörsender neutralisieren.

Derzeit läuft die Vorbereitung der Definitionsphase für die in Tranche 3 des Eurofighters zu realisierenden Verbesserungen.
Gemäß Rahmenvertrag vom 30.01.1998 soll der Trance 3 Vertrag im Jahr 2009 abgeschlossen werden.
CAPTOR-E steht zweifelsohne auf der Liste der für Tranche 3 von Seite der Industrie angebotenen Leistungssteigerungen.

Martin Rosenkranz