Dit najaar zal de eerste SMART-L MM/N radar van Thales worden opgeleverd voor de Koninklijke Marine. Met deze nieuwe Nederlandse radars kunnen de fregatten ballistische raketten straks tot op 2.000 km afstand ontdekken. Marineschepen.nl sprak met één van de mannen achter dit digitale radarwonder: Jan Struik.
Zr.Ms. Evertsen met de grote zwarte SMART-L radar. (Foto: Van Dongen AV/ Thales)
De verdediging tegen ballistische raketten staat al vele jaren hoog op de prioriteitenlijst in Nederland, bij de NAVO en in de Verenigde Staten. Dat is de afgelopen maanden er niet minder om geworden door de ontwikkelingen in Noord-Korea. Het communistische regime voerde de afgelopen jaren het tempo van de ontwikkeling van kernraketten flink op, het aantal tests nam snel toe en belangrijker nog, Noord-Korea lijkt steeds beter in staat om de kernkop klein genoeg te maken voor een ballistische raket met enorme afstanden. Toen Kim Jung-Un het Amerikaanse eiland in de Indische Oceaan Guam dreigde aan te vallen, een ballistische raket over Japan schoot en een test met een waterstofbom deed, werd de dreiging wel erg concreet. Overigens lagen de Amerikaanse westkust en Europa toen al binnen bereik van de Noord-Koreaanse ballistische raketten.
De dreiging van ballistische raketten, al dan niet voorzien van kernwapens, is echter niet nieuw en niet alleen Noord-Korea beschikt over die wapens. Het merendeel is in handen van Rusland en de VS, maar ook steeds meer andere landen of groeperingen hebben een dergelijk wapen of dreigen er over te beschikken.
Als de komende maanden in Hengelo de laatste hand gelegd wordt aan de SMART-L MM/N , komt een belangrijke stap in de verdediging tegen deze massavernietigingswapens dichterbij. Want de SMART-L MM/N is de enige maritieme radar bedoeld voor ballistische raketten naast de Amerikaanse SPY-1 radar.
(De nieuwe radar werd tot voor kort SMART-L EWC en SMART-L ELR genoemd. Er is nu één naam voor de nieuwe radar: SMART-L Multi Mission (SMART-L MM), de marineversie krijgt een /N van 'naval' achter de naam.)
Een Noord-Koreaanse ballistische raket. (Foto: Stefan Krasowki, creative commons)
Grote delen van de wereld zijn binnen bereik van Noord-Koreaanse raketten.
Mega-verrekijker
Ballistische raketten worden vanaf land of vanuit onder water varende onderzeeboten gelanceerd. Zij kunnen gigantische bereiken hebben en halen ontzettend hoge snelheden. Om die enorme afstanden te kunnen overbruggen, vliegen deze raketten voor een deel van hun reis in de ruimte. Iedere raket kan één of meerdere kernkoppen meenemen.
Verdediging tegen deze raketten is erg lastig. Er zijn maar weinig systemen die een ballistische raket kunnen detecteren en uitschakelen. Bijvoorbeeld THAAD, een systeem dat ballistische raketten die weer terugkeren in de atmosfeer op vrij korte afstand kan uitschakelen. Een ander voorbeeld is het eveneens Amerikaanse AEGIS met de SM-3, dat op grote afstand ballistische raketten kan uitschakelen in de ruimte. In tegenstelling tot THAAD is AEGIS bedoeld voor marineschepen, al is er sinds kort ook een land-variant.
AEGIS gebruikt voor detectie van de raketten de Amerikaanse SPY-1C radar, een vrij oud maar bewezen radarsysteem. Vanaf dit najaar komt daar echter de SMART-L MM/N bij.
Deze nieuwe Nederlandse radar (ondanks dat Thales een Frans concern is, is de radar in Nederland bedacht en gemaakt) is echter vrij revolutionair. Veel deskundigen staan versteld van deze nieuwe radar, die al in de testfase bewees in staat te zijn om een satelliet op 2.000 km afstand te kunnen detecteren en volgen.
De SMART-L MM/N is een active phased array radar en volledig bestuurd door software, dit in tegen stelling tot de 15 jaar oude voorganger SMART-L. Deze nieuwe radar is in staat om een haarscherp beeld te presenteren van missiles op enorme afstanden en van vliegtuigen en raketten voor de reguliere luchtverdediging.
Jan Struik begon ooit bij Hollandse Signaalapparaten en bleef er werken toen het bedrijf werd overgenomen door het Franse Thales. Struik werkte aan o.a. de systemen voor M-fregatten en de LCF'en. Dat ging niet alleen om radars maar ook om de samenwerking tussen radar, lanceerinrichting, software en raketten. Struik houdt zich nu 15 jaar bezig met Ballistic Missile Defense. (Foto: Thales)
Kerst 1997
Om meer over deze radar te weten te komen, sprak ik met Jan Struik, system architect bij Thales in Hengelo. Hij werkt al geruime tijd voor Thales en maakte de ontwikkelingen van meerdere systemen van dichtbij mee.
Samen met Gerrit Dedden is hij een van de mannen die al jaren nauw bij de SMART-L MM/N betrokken is. Nadat in 1991 de handtekening was gezet, werd door het toenmalige Hollandse Signaalapparaten samen met Duitsland jarenlang gewerkt aan de ontwikkeling van de SMART-L die bedoeld was om op grote afstanden vliegtuigen en raketten te detecteren. Ruim zes jaar nadat de handtekening was gezet, was het Gerrit Dedden die tussen Kerstmis en Oudjaar 1997 thuis ineens een geniale ingeving kreeg. De destijds 40 jarige radarexpert zei tegen zijn vrouw dat hij even wat moest uitrekenen en ging naar zijn kamer.
Dedden rekende daar uit hoe hij het bereik van de SMART-L kon verdubbelen zonder extra vermogen toe te voegen, daarmee was de radar mogelijk geschikt voor detectie van ballistische raketten. Dat briljante moment was uiteindelijk de basis van de SMART-L MM/N , die twintig jaar later eindelijk af is, in het jaar dat Dedden met pensioen gaat.
Jan Struik: "We legden het idee voor aan Duitsland en Nederland en samen met de VS werd de Concept Validation Phase studie opgestart.
Het jaar 2001 liep op zijn einde toen de studie werd afgerond. De APAR en SMART-L radars moesten volgens de studie in samenwerking met de in ontwikkeling zijnde Amerikaanse raket SM-2 block IVA, ballistische raketten opsporen en uitschakelen, in de lagere regionen van de baan van de raket. Dus na terugkeer in de atmosfeer. Maar een week voor Kerst kreeg Jan Struik een telefoontje uit Amerika: de ontwikkeling van de SM-2 block IVA werd stopgezet. "Toen hadden we echt een probleem. We hadden net een hele studie afgerond, met een keurig concept en allerlei analyses. Het zag er allemaal goed uit met APAR en de SMART-L, maar nu ontbrak de missile."
Toch was niet alles verloren. "De uitkomst van die eerste studie was het Extended Long Range-principe," zegt Jan Struik, dat voortkwam uit de ideeën van Dedden.
Weergave van de radarbundel van het testmodel van de SMART-L MM/N vanuit Hengelo. De witte icoontjes zijn satellieten. De bundel heeft een bereik van 2.000 km. (Foto: @generaalverkerk/ Thales)
Verder kijken zonder meer vermogen
Een normale radar zendt een puls uit en de radar luistert. De puls kaatst ondertussen tegen een object, en wordt weer opgevangen door de radar. Het Extended Long Range-principe (ELR) gaat niet uit van één puls maar een groep van pulsen en de radar luistert relatief lang. De echo's die terugkomen bij de radar worden razendsnel uitvoerig geanalyseerd. Snel bewegende objecten hebben een ander effect op de terugkerende radarbeelden dan langzaam bewegende objecten, zo kunnen dus langzame objecten (bijv. vogels) worden onderscheiden van snelle (bijv. raketten).
Jan Struik: "De verbetering van de gevoeligheid door de ELR golfvorm staat gelijk aan het toevoegen van vijftien transmitter cabinetten [zendkasten]." "Extra hardware bouwen was natuurlijk wel goed geweest voor Thales, maar vijftien van die transmitter cabinetten raak je niet eens kwijt op een LCF", zegt Struik. Normaal staat er één transmitter cabinet op een LCF.
Vergelijk het met een situatie waarin je 's nachts in een donker weiland verder wil kunnen kijken dan met een kleine zaklamp. Je kunt een enorme schijnwerper neerzetten, dan kan je gegarandeerd verder zien. Maar als het lukt om de gevoeligheid van de ontvanger (in dit voorbeeld je ogen) te vergroten, heb je die grote schijnwerper niet nodig.
Het toevoegen van vermogen is een beproefde methode van de Amerikanen. 'Past het niet meer op een schip? Dan zetten we een radar met gigantisch vermogen op een boorplatform.' Zolang je genoeg geld en middelen hebt werkt dat. "Alleen het is wat eleganter als je het op een andere manier kan oplossen", zegt Jan Struik. "En ELR-golven zijn ook veel kosteneffectiever dan meer vermogen."
Het bereik van de SMART-L kon hier niet alleen door worden verdubbeld naar 800 km, uiteindelijk zelfs tot 2.000 km, al kwam dat later pas.
Het testmodel van de SMART-L MM/N op de toren in Hengelo. (Foto: Thales)
Een compleet nieuwe radar
Zonder bijpassende raket, gingen de studies naar het aanpassen van de radar verder. In 2006 kwam dat tot een voorlopig hoogtepunt: de test nabij Hawaï. "De SMART-L was inmiddels op de fregatten in gebruik genomen voor luchtverdediging en we hadden onderzocht hoe we die SMART-L radars konden aanpassen voor BMD. Wij mochten tijdens die BMD-test van de Amerikanen ergens liggen met ons schip en meekijken. Daar hebben we bewezen dat we met een de nieuwe golfvorm van een aangepaste SMART-L ballistische raketten konden detecteren en volgen. Dat was een dermate groot succes dat men verder wilde."
Het is inmiddels een bekend verhaal dat de Amerikanen destijds versteld stonden van de prestaties van de Nederlandse radar. Struik: "Amerikaanse experts zeiden dat Nederland, lees Thales, in radarontwikkeling zes jaar voorliep op hen."
Dat is nogal wat en klinkt haast ongeloofwaardig, maar Struik kan zich er wel iets bij voorstellen: "De Amerikaanse marine is zo groot, ze hebben meer dan 50 schepen met AEGIS. Als je daar 1 bitje wil veranderen, dan moet je honderden miljoenen investeren om dat op al die schepen aan te passen. Vooruitgang is daardoor heel moeilijk. Ze zijn nu bezig met de omschakeling van de SPY-1 naar de nieuwe SPY-6 radar. Als je ziet hoeveel miljarden dat ze daar aan denken uit te geven, nog voordat zij ook maar een nieuwe radar hebben, en dat vergelijkt met wat dat in Nederland kost. Daar zit gewoon een factor 10 tussen aan geld."
"Wij zijn kleinschalig en samen met de marine zijn we veel slagvaardiger dan de US Navy plus de industrie-molochen en de hele organisatie die ze eromheen bedacht hebben. Wij hadden drie jaar nadat we opdracht hadden gekregen tot bouw van de SMART-L MM/N al een werkende radar op de toren staan die op 2.000 km afstand satellieten volgde. De Amerikanen die kwamen kijken waren stomverbaasd. We waren twee, misschien drie keer sneller dan zij."
Dat Nederland op gebied van radars zo'n goede positie heeft, zegt echter niets over de belangrijke bijdrage van de VS in de ontwikkeling van de SMART-L MM/N . "De Amerikanen zijn bijna altijd betrokken geweest, omdat ze toch koploper zijn in maritieme BMD. Zij hebben enorm veel ervaring en daar kunnen we veel van leren," zegt Struik.
Variant 3C
Na de tests in 2006 bij Hawaï brak een nieuwe fase aan. Het idee ontstond toen om de aanpassingen van de SMART-L te richten op de ruimte, in plaats van op de lagere regionen van BMD. Vele nieuwe studies, samen met o.a. Duitsland en de VS, werden opgestart. Struik: "We wilden verder kijken dan 1000 km, we wilden echt naar de 2000 km toe. We onderzochten onder andere of de informatie die we voor de SM-3 konden leveren met de SMART-L MM/N wel nauwkeurig genoeg zou zijn. Dat was zo, de SMART-L MM/N , en SM-3, bleek een goede match. " Overigens speelt ook de APAR hier een belangrijke rol in, want die moet ervoor zorgen dat de missile de informatie over het doel krijgt.
Een andere vraag was of de SMART-L aangepast kon worden, zoals in den beginne de bedoeling was, of dat er een geheel nieuwe radar gebouwd moest worden. Struik: "Op een gegeven moment hadden we iets van 6 varianten. Van variant 1A tot 3D. Wat je maar kon bedenken, hadden we bedacht. Variant 1A was de huidige SMART-L met extra computers. Maar dan zit je toch met een maximaal bereik van 1000 km, verder kon ie niet."
"Duitsland wilde ook meedoen en we gingen in samenspraak met hen kijken naar een nieuwe radar. Met o.a. meer vermogen en meer flexibiliteit. Uiteindelijk na veel analyse is gekozen voor variant 3C. Die wordt nu gebouwd en staat op de toren."
Variant 3C is eigenlijk een compleet nieuwe radar. Alleen de vorm, de kleur en de fundatie is hetzelfde als de oude SMART-L. De oude SMART-L is weliswaar een multibeamradar, dus die met enkele bundels tegelijk het luchtruim afzoekt, het blijft een klassieke radar. De nieuwe SMART-L MM-/N is een active phased array (AESA), die door middel van meer dan 1.000 zenders/ontvangers op enorme afstanden kleine doelen kan detecteren, heel snel kan schakelen tussen verschillende zoek en volgbundels en daarbij verschillende golfvormen kan toepassen.
De oude SMART-L stuurde de ontvangen informatie naar beneden, maar de nieuwe radar zit zelf vol met computers: "De nieuwe radar krijgt ongeveer een spindel DVD's aan informatie per seconde binnen. De antenna gaat zelf al pre-processing doen en geeft de informatie dan door naar beneden voor verdere analyse." Beneden staan supersnelle pc's die de gigantische hoeveelheden informatie razendsnel verwerken. "Die 19 inch rack pc's van nu zijn zo snel dat ze het op hun sloffen aankunnen."
Omdat de nieuwe antenne zoveel elektronica bevat, moet hij ook onderhouden kunnen worden. De radar is toegankelijk vanuit het schip: "Als je door een luik kruipt kom je in de radar en daar is een wandelgangetje voor onderhoud. Daar is over nagedacht, want dan kun je op zee in een beschermde omgeving aan de radar werken."
Beelden van de At Sea Demonstration 2015
Nieuwe mogelijkheden
Momenteel wordt de SMART-L MM/N afgebouwd en zal de komende jaren worden geplaatst op de Nederlandse fregatten. Dat is niet zomaar iets. In de gewone luchtverdedigingsrol zal men in de commandocentrales van de schepen wel merken dat de nieuwe radar veel sneller (stealth) vliegtuigen en raketten kan ontdekken, maar het verschil zit 'm in BMD.
Struik: "BMD is space. Het CMS softwarepakket op de fregatten, Guardion, en de bemanning moeten dus ingericht worden op het detecteren van objecten in de ruimte. BMD doe je niet zomaar even, dat is echt topsport. Innovatief en op de rand van het technisch kunnen van nu. Zowel voor de radar, maar ook voor de organisatie, communicatie en de missile die een object dat sneller dan 10.000 km per uur één op één moet raken in de ruimte."
"Een ander groot verschil met luchtverdediging is dat een schip de verdediging tegen vliegtuigen en raketten in de atmosfeer zelfstandig kan doen. Bij BMD ben je nooit en te nimmer een stand-alone-schip. Je bent altijd onder bewaking bij NATO, sterker nog, je geeft je schip ten dienste aan NATO. Dus Ramstein [NAVO-BMD centrum in Duitsland, JK] bepaalt wat er met het schip gebeurt. Niet jij, niet de commandant, nee Ramstein. Je moet een planning optuigen met het shootership [schip dat op de ballistische raket gaat vuren, JK] en het sensorship [schip dat de ballistische raket ontdekt en volgt, JK]. Je moet bepalen of de data die je kan aanleveren van voldoende kwaliteit is. Die kwaliteit is heel sterk afhankelijk van wat het type doel is. De ene ballistic missile is totaal anders dan de andere door vorm, snelheid, etc. Daar moet je ook een uitspraak over doen. Dat is allemaal de taak van het CMS, in dit geval Guardion."
"Dan moet je communiceren met het shootership. Stel dat het een Amerikaans schip is. Dat gaat via Ramstein. Die linkberichten moeten nog geïmplementeerd worden. Daar zijn we met de VS nu mee bezig. Dat is een behoorlijk nieuwe en complexe ontwikkeling."
Wat ook complex is: na lancering gaat de ballistische raket opsplitsen. De booster gaat er af, luiken, tussenringen, worden afgestoten. Misschien heb je nog objecten voor misleiding, zoals ballonnen. Kortom er zijn tig objecten die je radar allemaal ziet en het CMS mag gaan bepalen welk object moeten we aanvallen?"
De SM-3 raketten zijn prijzig, tussen de 10 en 20 miljoen per stuk. Struik: "Dus je moet redelijk zeker weten waar je je raket op richt. Op het voorste object? Nee, kan ook het middelste of achterste zijn. En wanneer?" Voor die keuzes gemaakt kunnen worden, moet in heel korte tijd heel veel informatie worden verzameld en geanalyseerd.
Hier wordt nu pas serieus over nagedacht. "Eerder kon dat niet. We hebben er wel eerder naar gekeken, maar we hadden toen zelf nog geen objecten gevolgd in de ruimte."
De economische crisis zorgde ervoor dat de komst van de SMART-L MM/N uiteindelijk met vijf jaar werd vertraagd. Dat blijkt achteraf een zegen te zijn. Struik: "Ik denk dat iedereen er blij mee is. Want in die vijf jaar zijn we volwassen geworden. Van de At Sea Demonstration in 2015 hebben we gi-gan-tisch geleerd. Daardoor en door de nieuwe radar op de toren in Hengelo kregen we de ervaring. We tracken een satelliet, we zien verschijnselen optreden en dan leer je echt."
Tijdens de At Sea Demonstration spoorde en volgde Zr.Ms. De Zeven Provinciën met een experimentele opstelling een ballistische oefenraket in de ruimte, en sloeg tegelijkertijd op zeeniveau een luchtaanval op zeeniveau af met eigen raketten. De Verenigde Staten had dat in november 2014 voor het eerst gedaan, Nederland deed dat elf maanden later. Dat was voor velen een verrassing en die prestatie opende deuren, waardoor Thales en de marine in oktober 2017 opnieuw aan een grenzen verleggende oefening deelnemen: Formidable Shield 2017.
"Dat wordt heel spannend omdat we met deze oefening op het randje van de mogelijkheden zitten van de tijdelijk gemodificeerde SMART-L. Maar hoe het ook afloopt, ook hier zullen we weer veel leren", zegt Struik.
"Dus die vijf jaar vertraging was heel goed voor Thales en voor de marine. De marine krijgt straks een volwassen product."
