UVÁDĚNÉ PARAMETRY RADARU (GBR -- P)

Podle „oficiálních“ technických informací MO ČR je:

• střední výkon 170 až 200 kW
• impulsní (špičkový výkon) v rozmezí (0,8 -- 4,5) MW
• šířka svazku 0,18°
• kmitočtové pásmo X (vlnová délka 3 cm)
• geometrická plocha antény 123 m² a odhadnutá efektivní plocha antény bude 105 m², což odpovídá kruhu o průměru cca 11 m [5] .

PŘÍPUSTNÉ HODNOTY OZÁŘENÍ OSOB

Podle „Nařízení vlády č.480/2000 Sb.“ je maximální přípustná hodnota výkonové hustoty dopadající na lidské tělo rovna 10W/m² při době expozice delší než 6 minut. Při expozici kratší než 6 min. je hodnota výkonové hustoty nepřímo úměrná době expozice a roste až do hodnoty 10 000 W/m², která je mezní hodnotou a nesmí být překročena při jakkoliv krátké expozici, t.zn. i během ozáření časově libovolně krátkým impulsem [1] .

Vzhledem k vysokému impulsnímu výkonu radaru a soustředění energie do úzkého svazku, lze předpokládat vysoké výkonové hustoty ve směru hlavního svazku.

Odhad výpočtu výkonové hustoty v oblasti střední (Fresnelovy) zóny záření je uveden v následujícím příkladu:

Příklad 1:

Rozhraní „střední a vzdálené zóny (R_z)“ záření antény radaru je podle [5] dáno vztahem

takže pro parametry:

dostáváme hodnotu R_z = 8060 m

Výkonová hustota na vzdálenosti R_z bude vyjádřena jako poměr vysokofrekvenčního výkonu v apertuře antény k ploše průřezu svazku ve vzdálenosti R_z .

Plocha průřezu hlavního svazku S_č ve vzdálenosti R_z je:

Impulsní výkonová hustota ve vzdálenosti 8060 m je:

Střední výkonová hustota ve vzdálenosti 8060 m:

Pozn.: V blízké a střední zóně neplatí jednoduchý vztah pro pokles výkonové hustoty S₁=P_vys..G / 4π R², podle kterého klesá hustota výkonu s druhou mocninou vzdálenosti. Znalost rozložení hustoty výkonu v blízké a střední zóně by vyžadovala podrobnou znalost vyzařovacích vlastností antény .

Dílčí závěr:

Z výše uvedených výpočtů vyplývá, že k překročení limitní výkonové hustoty 10 kW/m² bude v objemu hlavního svazku docházet přibližně do vzdálenosti 8 km, což je podle norem ČR nepřípustné v  jakkoliv krátkém časovém intervalu [1] .

Uvedené zjištění je v souladu s výrokem gen. Oberinga, který se vyjádřil, že „velmi by byl ohrožen zářením např. rogalista ve vzdálenosti 8 km od radaru“.

Příklad 2: Americká strana uvádí, že spodní polohový úhel vyzařování radaru bude mechanickým zařízením omezen na +2°.

Je známo, že na kótě 862,3 (Praha) je umístěn na věži meteorologický radar ŘLP, jehož anténa má nadmořskou výšku 916 m. Radar XBR má být umístěn na kótě 718,8 u obce Míšov ve vzdálenosti d = 5750 m, takže úhel skrytu ve směru na anténu meteorologického radaru bude ε = 1,96° a hlavní svazek radaru XBR bude probíhat pouze 5 až 10 m nad anténou radaru ŘLP ČR, kde v určitých intervalech pracují specialisté při technické údržbě.

Okolí věže je vojenským prostorem s dělostřeleckou střelnicí a cvičným leteckým bombardováním. Za hranicí vojenského prostoru končí bezletová zóna pro civilní letouny.

Jaké důsledky může mít odraz hlavního svazku od vzdušných objektů ukazují další příklady.

Vliv atmosféry na šíření elektromagnetických vln

V atmosféře mohou vlivem mimořádných okolností vzniknout vrstvy, jejichž vlastnosti se značně liší od standardních podmínek. Dosáhne-li gradient indexu lomu hodnoty 16 . 10^-8 na 1 metr [6] , vzniká zakřivení právě rovné zakřivení povrchu zemského a vlnění se pak šíří podél zemského povrchu bez omezení. Takový případ je častý nad plochami, kde spodní vrstvy jsou prosyceny vlhkostí, jež však jen poměrně pomalu přechází do ostatní atmosféry (např. mlha v horských údolích nebo nad vodními plochami). Tyto vrstvy jsou poměrně tenké, jejich výška se měří obvykle jen v desítkách metrů.

Je-li gradient indexu lomu dostatečný, není ohýbán podél země jen paprsek vodorovný, ale též paprsky vyzářené pod malými úhly až do jistého kritického úhlu (chová se tedy podobně, jako kdyby na horní části vrstvy docházelo k totální reflexi). Výkon, který takto vnikne do abnormální vrstvy, nemůže ji již opustit a šíří se v ní dál, po případě postupnými odrazy od země. (viz obr.1). Proto takovou vrstvu nazýváme „atmosférickým vlnovodným kanálem“. Tímto vlnovodem se výkon šíří s malými ztrátami (cca 0,01dB/km) [6] . Analogie se skutečným vlnovodem je velmi silná. Podle své výšky má vskutku abnormální vrstva podobně jako skutečný vlnovod svou mezní frekvenci. Zvětšení dosahu podél zemského povrchu, a to dokonce za horizont, není pochopitelně pro radary na závadu, v našem případě je ale velkým problémem. Při výskytu tohoto jevu dochází k přenosu vysoké hodnoty výkonu na velké vzdálenosti (desítky a více kilometrů) a vzniknou místa na zemském povrchu, která mohou být ozařována energií s výkonovou hustotou převyšující mezní hodnotu 10 000 W/m².

Obr. 1

Podobným jevem je t.zv. „superrefrakce“, kdy se elektromagnetické vlny šíří na velké vzdálenosti mezi dvěma vrstvami atmosféry. Tento jev je vysoce nebezpečný pro letový provoz ve vzdušném prostoru.

Vliv odrazů od meteorologických útvarů

Meteorologické útvary, zvláště přeháňky a bouřky mají výrazná jádra s vyšší odrazivostí, a vyznačují se časovou nestálostí [2, 3] . Bouřkové oblaky se tvoří již od malých výšek až do výšek velkých. Jádra oblačnosti složené z krup mají velmi dobrou odrazivost. Obzvláště nepříznivý případ nastává tehdy, když kroupy mají průměr cca 1,5 cm (polovinu vlnové délky) a vytvářejí půlvlnný rezonátor. Vzhledem k tomu, že dochází také k rozptylu a difuzi záření, je však odhad výkonové hustoty odrazů vázán na řadu konkrétních faktorů a nemůže být zobecněn. Vyšší hodnoty odražené energie lze očekávat asi pouze v blízkosti meteorologických útvarů.

Vliv odrazu elektromagnetické energie od nízkoletícího letounu

Pro lepší názornost je níže uveden příklad, kdy ve vzdálenosti R (m) od radaru proletí letoun s efektivní odrazovou plochou σ_M (m2) , na výšce h (m) . Na obr.2 je uvedena situace, kdy je vzdušný cíl ozařován pod polohovým úhlem ε. Úhel β je t.zv. „bistatický úhel“.

Účinná odrazná plocha je pro bistatický úhel v těsném okolí π (180⁰) zvětšena o t.zv. „dopředný“ odraz (rozptyl), který může mnohonásobně zvětšit účinnou odraznou plochu cíle. Ke zvětšení „bistatické účinné odrazné plochy“ může docházet také v některých oblastech v případě hladkých a vodivých objektů se složitou strukturou (např. letadel) v intervalu bistatických úhlů 5°<β<180°.

Díky zvětšení „bistatické účinné odrazné plochy“ bude docházet i k obrovskému navýšení elektromagnetické energie odražené od cíle a dopadající na zemský povrch.

Příklad 3: Určení mezní vzdálenosti cíle od terénní vyvýšeniny při které je vrchol terénní vyvýšeniny ozařován elmgn. energií o výkonové hustotě 10 000 W/m² (viz obr.2).

Vzdálenost cíle	R = 15 000 m
Výška cíle (h = R . sin ε)	h ≈ 560 m
Monostatická odrazová plocha cíle	σM = 30 m2
Impulsní hustota elmgn. energie dopadající na povrch země	S2i = 10 000 W/m2
Mezní vzdálenost cíle od terénní vyvýšeniny	d (m) = ?

obr.2

Bistatická účinná odrazná plocha (pro úhel β v okolí 180⁰) [4] daná dopředným rozptylem je dána vztahem:

kde σ_M je monostatická odrazná plocha cíle pro stejnou λ = 3 . 10^-2 m

Zvětšení účinné odrazné plochy - v daném případě pro bistatický úhel v okolí 180⁰:

Výpočet impulsní výkonové hustoty ve vzdálenosti R od radaru:

Impulsní hustota elmgn. energie odražené a dopadající na povrch země:

Mezní vzdálenost cíle od terénní vyvýšeniny, při které impulsní výkonová hustota dosahuje hodnotu S_2i = 10 000 W/m² je d = √ (S_1i σ_B180 / 4π S_2i) ≈ 500 m

Z výše uvedeného příkladu vyplývá, že osoby na vrcholech terénních vyvýšenin mohou být reálně ohroženy elektromagnetickou energií odraženou od letounů, které se přiblíží natolik, že dojde k dosažení nebo překročení mezní impulsní výkonové hustoty. K těmto situacím může v okolí radaru docházet.

Příklad 4: Určení mezní vzdálenosti „d“ cíle č.2 od cíle č.1 při které je cíl č. 2 ozařován mezní impulsní výkonovou hustotou elektromagnetické energie 10 000 W/m² (viz obr. 3).

Monostatická odrazná plocha cíle (letounu č.1)	σM = 30 m2
Vzdálenost cíle č.1	R (m)
Vzdálenost mezi letouny	d = ?

obr.3

Výpočet mezní vzdálenosti „d“ je proveden analogicky s příkladem - 3.

Přibližné hodnoty mezních, vzájemných vzdáleností cílů při dané vzdálenosti cíle č.1 jsou uvedeny v Tab.1 . V tabulce jsou uvedeny mezní vzdálenosti pro případ, kdy cíl č.1 má monostatickou odrazovou plochu 30 m² .

Vzdálenost (R) cíle č.1 (m)	Mezní vzdálenost (d) cíle č.2 od cíle č.1 (m)
	Cíl č.1 (σM = 30 m2)
15 000	500
20 000	400
30 000	250
40 000	200
50 000	150

Z výše uvedeného příkladu vyplývá, že následkem dopředných odrazů od letounů mohou být nebezpečně ozařovány i jiné letouny. Tyto situace by mohly nastávat

přibližně do vzdálenosti 50 km od radaru. Jev dopředných odrazů je velmi nebezpečný a nevyzpytatelný i tím, že i v intervalu bistatických úhlů 5°<β<180° existují situace, kdy pro určitý tvar letounu a specifickou hodnotu bistatického úhlu může dojít k obrovskému navýšení odražené elektromagnetické energie. Nebezpečí ozáření letounu elektromagnetickou energií odraženou od jiného letounu by mohlo hrozit např. při křížení drah letounů, kdy mohou být dle normy ICAO letové hladiny s rozestupem 300 m, nově i jen 150 m. Poznámka agentury BMDO, že ozařovány radarem mohou být letouny na vzdálenostech větších než 50 km od radaru [8] , je tedy zcela namístě. Problémy by mohly nastat i při nařízeném přiblížení hotovostního stíhače k dopravnímu letounu v rámci pomocné akce.

ZÁVĚRY PRO BEZPEČNOST OSOB A LETECKÉHO PROVOZU

Do vzdálenosti cca 8000 m od radaru převyšuje impulsní výkonová hustota elektromagnetické energie mezní hodnotu 10 000 W/m² (viz př. 1). Případné i sebekratší ozáření letounu ve vzdálenosti menší než 8000 m by znamenalo, že záření projde mnoha okénky dovnitř kabiny letounu (vzhledem k malé vlnové délce λ = 3 cm) a překročí povolenou mez ozařování osob. Navíc by se kabina mohla chovat jako blíže nespecifikovaný rezonátor, který by se stal sekundárním zdrojem záření.

Bezletová zóna stanovená pro vojenské letouny (4,5 km) není v textu hodnocena -- bylo by třeba specifikovat ochranu kabiny vojenských letounů proti průniku elektromagnetického záření.

Do vzdálenosti cca 50 km od radaru může docházet k odrazu elektromagnetických vln od letadla směrem k zemskému povrchu nebo na druhé letadlo v prodloužení osy ozařování pod tzv. „bistatickým úhlem“ v těsném okolí 180°. V tomto případě dochází k obrovskému navýšení efektivní odrazové plochy cíle (na hodnotu bistatické odrazové plochy) a výkonové hustoty odražené elektromagnetické energie a hrozí nebezpečné ozáření osob na zemi a průnik nadlimitního záření do kabin letounů. Každý průlet letounů na malých výškách v okolí radaru je tedy vysoce nebezpečný a nebezpečný může být ve specifických situacích i průlet letounů na větších výškách (v případě bistatických úhlů v intervalu 5°<β<180°) . Oficiálně uváděná hranice bezletové zóny 8,6 km pro civilní letadla [9] neposkytuje dostatečnou ochranu osob na zemi a na palubě letounu proti elektromagnetickému záření. Problém neřeší ani bezletová zóna určená pro „Vojenský újezd Brdy“.

Závěr americké agentury BMDO (organizací zabývající se problematikou proti raketové obrany) je podobný - agentura BMDO, která ale nespecifikuje přesně důvody, pouze případ „změkčuje“ - uvádí, že je nutná spolupráce mezi operátory radaru XBR a orgány řízení letového provozu tak, aby nedošlo k ozařování letounů hlavním svazkem do vzdálenosti

50 km [8] . Hranice bezletových zón jsou tedy stanoveny nedostatečně a měly by být rozšířeny minimálně na 50 km, pokud chceme zabezpečit ochranu zdraví osob na zemi a na palubě letounu. Současně by byla také zajištěna bezpečnost letounů s výbušným nákladem (oficiálně stanovená bezletová zóna je v tomto případě do 13,5 km). Dodržování 50 km bezletové zóny může být ale při hustotě letového provozu v okolí Prahy velkým problémem a nejeví se jako reálné. Spolupráce operátorů radaru XBR s orgány řízení letového provozu by byla při velké hustotě letového provozu pouze nebezpečnou improvizací -- selhání lidského faktoru nelze vyloučit. V případě letů letadel aeroklubů by byla úloha pracovníků ŘLP obzvláště složitá. Praxe ukazuje, že všechny bezletové zóny, předepsané režimy letu a pod. byly v minulosti porušovány a nejinak tomu bude i v budoucnosti. Při každém narušení 50 km bezletové zóny by hrozilo vysoké riziko nebezpečného ozáření osob.

MOŽNÉ DŮSLEDKY ZVÝŠENÍ VÝKONOVÉ ÚROVNĚ VYZAŘOVÁNÍ

Radary kategorie XBR se odlišují nejen vyzářenými výkony ale také rozměry antény [5] :

• GRP-P má aktivní průměr antény cca D = 11 m
• SBX-1 má aktivní průměr antény cca D = 18 m
• XBR- může mít aktivní průměr antény cca D = 25 m

V případě, že by armáda USA použila sestavu antény s aktivním průměrem D = 25 m, došlo ke zvýšení zisku antény, zúžení vyzařovacího svazku a následkem toho i ke zvýšení energetického toku vyzařovaného radarem a rozšíření nebezpečné zóny pro osoby na zemi a na palubě letounu . Rozhraní střední a vzdálené zóny záření radaru by se v tomto případě posunulo až na vzdálenost R_z ≈ 42 000 m. Do vzdálenosti asi 70 až 80 km by hrozilo nebezpečné ozáření zemského povrchu a v případě přiblížení se dvou letounů nebezpečné ozáření druhého letounu následkem dopředného odrazu elektromagnetické energie. Hranice bezletové zóny by musela být v tomto případě posunuta na vzdálenost 70 -- 80 km.

Analýza [5] z 9/2007 vycházela z tehdy dostupných parametrů

• střední výkon v apertuře 170 kW
• počet zářičů - 81 000
• střední výkon jednoho T/R modulu 2,1 W
• zisk antény cca G_dB = 68 dB (G = 6,3 . 10⁶)
• šířka svazku θ(3dB) = 0,08°

a současně upozornila, že skutečné hodnoty výkonů zůstávají nejasné.

Dnes jsou již známé informace o výkonech na modul 16 až 40 W ve vlnovém  pásmu 3 cm, ale jaký bude skutečně impulsní výkon radaru Brdy zůstává - pod záminkou utajování -- vládou stále nezodpovězeno.

související informace

deset let stará smlouva mezi USA a Rayethonem o vývoji a dodávkách T/R modulů - 1997 - 6-10W peak power MMIC ZDE

ZÁVĚRY

Při expozici elektromagnetickým zářením kratším než 6 minut je referenční hodnota výkonové hustoty nepřímo úměrná době expozice a roste s poklesem doby expozice až do hodnoty 10 000 W/m², která je mezní referenční hodnotou a nesmí být překročena při jakkoliv krátké expozici [1] .

Výše uvedené výpočty a odhady jsou přibližné, přesto ale umožňují přijmout níže uvedené závěry:

Mezní hodnota impulsní výkonové hustoty 10 000 W/m², kterou je nutno bezpodmínečně respektovat, by mohla být překročena v následujících případech:

• Při difrakci vlny -- lomu na hraně směrem dolů, na odvrácenou stranu blízkého ozařovaného okolního terénu nebo objektu.
• Při výskytu „atmosférického vlnovodného kanálu“. K výskytu tohoto jevu na území ČR dochází, v praxi by to znamenalo, že ve vzdálenostech desítek až stovek kilometrů mohou vzniknout místa, které budou ozařována nadlimitní výkonovou hustotou ohrožující zdraví osob. Výskyty „atmosférických vlnovodných kanálů“ se tedy netýkají pouze občanů brdských obcí, ale stávají se doslova problémem všech občanů (i občanů sousedních států). Posledním známým případem podobným efektu atmosférického vlnovodu bylo asi deset dnů trvající inverzní počasí před koncem roku 2007. V této době občané ČR mohli přijímat TV signály vysílačů ze vzdáleností stovek kilometrů. Americká strana se problematikou atmosférického vlnovodu nemusí příliš zabývat, anténa radaru na malém ostrově v Pacifiku směřuje většinou na moře.
• Při superrefrakci. Jevem podobným atmosférickému vlnovodu je t.zv. „superrefrakce“, kdy se elektromagnetické vlny šíří s minimálními ztrátami na velké vzdálenosti mezi dvěmi vrstvami atmosféry. Tento jev je vysoce nebezpečný pro letový provoz.
• V případě, kdy zemský povrch by byl ozařován elektromagnetickou energií odraženou od nízkoletících cílů následkem velice intenzivního t.zv. „dopředného odrazu (rozptylu)“. Do vzdálenosti cca 50 km od radaru může docházet k odrazu elektromagnetických vln směrem k zemskému povrchu nebo na druhé letadlo. Každý průlet letounů v okolí radaru do 50 km je potencionálně vysoce nebezpečný. Oficiálně uváděná hranice bezletové zóny 8,6 km pro civilní letadla neposkytuje dostatečnou ochranu proti elektromagnetickému záření osobám na zemi a na palubě letounu.
• Problém neřeší ani bezletová zóna určená pro Vojenský újezd Brdy. Kritériem stanovení bezletové zóny musí být bezpečnost osob na palubě letounu, bezpečnost osob na zemi a bezpečnost letounu. Oficiální bezletová zóna je stanovena chybně a je v podmínkách ČR nebezpečná. Bezletová zóna by měla být rozšířena na 50 km. Stanovení 50 km zóny se shoduje se závěrem americké agentury BMDO [8] . Dodržování 50 km hranice bezletové zóny je ale v podmínkách hustého provozu v okolí Prahy velmi problematické, nejeví se jako reálné, hrozí selhání lidského faktoru.

Každé technické opatření směřující ke zvýšení výkonové úrovně vyzařování radaru by znamenalo rozšíření ohrožené zóny. Pokud není v základních technických údajích radaru jednoznačně uveden současně s výkonem radaru zisk antény, opakovací kmitočet a délka impulsu - jsou takové údaje neseriózní. Mlhavost těchto informací by mohla umožnit výrobci radaru poměrně snadno provést rekonstrukci anténního systému, zkvalitnit parametry radaru a tím podstatně zvýšit výkonovou hustotu elektromagnetického záření, což je v podmínkách ČR naprosto nepřijatelné.

Výše uvedená rizika nejsou zanedbatelná. Geografické, meteorologické podmínky, hustota osídlení a hustota letového provozu v ČR jsou s podmínkami malého ostrova v Pacifiku nesrovnatelné. Riziko nadlimitního ozáření se netýká pouze občanů brdských obcí. Ti, kteří budou rozhodovat o instalaci radaru XBR v Brdech (poslanci parlamentu) si zaslouží mít co nejpřesnější, komplexní informace. Nelze souhlasit se závěry dokumentu MO [7] , který odmítá škodlivé účinky radaru. V dokumentu MO jsou zásadní chyby -- autoři nerespektují blízkou a střední zónu záření, vlivy nehomogenity atmosféry, meteorologických útvarů, dopředné odrazy od vzdušných cílů a vůbec neuvažují mezní impulsní hustotu elektromagnetické energie 10 000 W/m². Výsledkem jsou potom nekorektní hodnoty výkonových hustot a vůči občanům nezodpovědné závěry. Navazující, „Hodnotící zpráva měření radiolokační stanice EBR na atolu Kwajalein“ ze dne 3. 10. 2007 [10] (která byla zveřejněna na www.army.cz teprve 13. 12. 2007) ukazuje, že autoři zprávy nejsou po odborné stránce (morální a právní aspekty zprávy jsou nad rámec mé studie) na výši tak závažného úkolu, jakým je ochrana zdraví občanů - této problematiky se nedotkli ani z 25 %. Autoři např. vůbec neprováděli měření hustoty elektromagnetické energie ve směru hlavního svazku ve vzdálené zóně záření (nacházející se nad mořem), ačkoliv o toto mohli (a měli) americkou stranu požádat. Naměřené hodnoty měli porovnat s hodnotami vypočtenými v předběžné studii. Tímto měřením měli také ověřit uváděné hranice bezletové zóny. Ve zprávě není např. vůbec uvedena číselně jmenovitá maximální hodnota impulsního výkonu radaru. Z textu zprávy vyplývá, že autoři chtějí hodnotit zdravotní stav populace pouze v okolí vojenského újezdu v Brdech, což je zásadní omyl, zdravotní rizika se dotýkají všech občanů.

Níže uvedené zprávy ministerstva obrany [7] [10] jsou nedostatečné, vyskytují se v nich zásadní věcné a metodické chyby a nemohou být východiskem pro seriózní rozhodování o umístění radaru na stanoviště v Brdech. Řešením by bylo zpracování nové studie - týmem složeným z nezávislých odborníků v oboru radiolokace a pracovního lékařství.

Podle mého názoru je plánované umístění radaru na kótě 718,8 z důvodu výše uvedených rizik nevhodné.

Použitá literatura: