Les différents standards du Rafale
Des évolutions constantes : du standard F1 au F5
Depuis les premières livraisons du Standard F1 en 2000, le Rafale évolue au rythme des progrès informatiques et technologiques. 20 ans d’une croissance constante des systèmes : SNA, guerre électronique, IHM …
C’est dans les années 70 que l’ordinateur s’intègre aux avions pour la première fois. Nombre de capteurs restant analogiques, une centralisation unique reste nécessaire pour gérer tout juste quelques fonctions qui relient toute une série de convertisseurs analogiques / numériques. Le numérique évoluant, les sous-systèmes démultiplient les échanges de données et obligent à développer le multiplexage : faire passer plusieurs messages via un seul support.
Spécialisation des systèmes
Dans les années 80, si les systèmes évoluent, les possibilités d’emport de charges évoluent souvent bien plus vite et obligent souvent à spécialiser les systèmes et les appareils.
Prenons l’exemple du Mirage 2000 :
- Si le Mirage 2000N est spécialisé dans la pénétration longue distance avec frappe nucléaire, le Mirage 2000D, dispose lui d’une navigation triple couloirs lui permettant de délivrer de l’armement en mode suivi de terrain et en aveugle, de pouvoir tirer de biais de l’armement classique ou de précision (guidage laser). A l’inverse, ses capacités air-air se limitent à de la détection courte portée pour son autodéfense (Missile Magic II), de la navigation et du rassemblement sur ravitailleur. Tout deux disposants d’une spécialité : le suivi de terrain sur fichier numérisé et radar.
- Le Mirage 2000 C (RDM) dispose d’un panel plus large. Les performances sont plus homogènes : modes air-air (recherche longue portée, PSIC, PSID, tir canon), modes air-sol (découpe du terrain, percée, anticollision, etc.) mode approche, ou diverses fonctions d’affinage doppler.
- Le Mirage 2000C (RDI), spécialisé dans le domaine air-air et en particulier dans sa capacité look-down, shot-down, devait jongler dans l’usage de ses fonctions air-sol pour délivrer des GBU, Mk-82 et autres LGTR.
Le Mirage 2000-5 optimise la polyvalence
La “spécialisation” des premiers Mirage 2000 s’imposent d’autant plus qu’une conduite de tir nécessite la réalisation de nombreux traitements informatiques :
- Recherche et détection (possibilités différentes en fonction des distances, de la taille et de la trajectoire éventuelle de l’objectif)
- Désignation (radar, laser, mémorisation des coordonnées, etc.)
- Acquisition et poursuite (cible mobile ou fixe)
- Identification (données IFF)
- Guidage vers la cible (calcul des trajectoires, optimisation des évitements de menaces, etc.)
- Tir de la munition et guidage selon le cas (Liaison Avion Missile pour le MICA par exemple, illumination pour le S-530D à l’époque, guidage laser, etc.)
A noter que les données de navigation alimentent le SNA (Système de navigation et d’Attaque) via un Module d’Insertion Paramètres : points de passage, points décalés, trajectoires, menaces, etc.
En cela, le Mirage 2000-5 Mk2 fait entrer l’avion dans l’ère de la polyvalence. Ces capacités sont optimisées grâce à l’architecture EMTI(*), de nouveaux écrans de visualisation, ainsi qu’un radar RDY développant de nouvelles conduites de tir. La version “-9” équipant les Emirats Arabes Unis apporte encore plus de performances (portée radar, conduite de tir Black Shaheen, cibles mobiles, mode air-mer, etc.).
(*) Ensemble Modulaire de Traitement de l’Information.
De la polyvalence à la capacité “omnirole”
Dans les années 90, le développement du Rafale se poursuit dans l’optique de le rendre compatible dans tous les domaines, et même mieux, de le rendre omnirôles, ouvrant la possibilité de lui faire faire de multiples fonctions simultanément.
Pour faire face à un étalement des coûts et donner au Rafale la capacité à évoluer dans le temps, l’appareil progresse au rythme de différents “standards”.
Ainsi, entre 2000 et 2014, 3 standards majeurs multiplient ses capacités :
- Constitué au départ du Mica EM, du Magic II et d’un canon à capacité air-air, les emports sont désormais décuplés : Mica EM, Mica IR, SBU-38/54 et 64, GBU-12/22/24/49, SCALP, Exocet, ASMP, Reco NG …
- La conduite de tir canon air-air augmente d’une capacité air-sol,
- Le radar progresse de “simples” fonctions air-air à de multiples possibilités air-sol et air-surface,
- La fonction Suivi De Terrain dans un premier temps basée sur la lecture d’un fichier, s’ouvre à la lecture des données radar,
- Le “plug and play” fait son apparition, permettant par exemple la détection automatique d’une antenne AESA,
- Le Tableau Armement Munition, anciennement nécessitant le codage manuel des munitions, reconnaît désormais automatiquement les munitions emportées par l’appareil,
- etc.
Mais pour en arriver là, et stocker ou échanger plus de données informatiques, les progrès informatiques participent grandement :
- Le Mirage F1 disposait par exemple d’une capacité à traiter 0.35 Mips (Millions d’instructions par seconde) et de 400 ko de mémoire vive,
- Le Mirage 2000-5, lui, permet d’analyser 1.4 Mips à travers 2 Mb de RAM
- Le Rafale : de 14 à 65 Mips et de 20Mo à 64Mo de RAM (Du Standard F1 au F2). Les données du F3 me sont inconnues … encore plus les perspectives du F-3R …
Le traitement des données
Le volume croissant des données à traiter bénéficie dès les années 70 de la technologie dite du “multiplexage” : méthode qui consiste à faire passer plusieurs informations via un même support (câble, fibre, etc.).
Développé dans les années 70 afin de standardiser les besoins et réduire les coûts, le Bus MIL-STD-1553B (Stanag 3838) permet de traiter l’échange des données entre différents systèmes. D’un débit de 1Mbps, celui-ci s’évère rapidement trop limité, obligeant à en installer plusieurs pour gérer les flux de données. Le F-16 est le premier à en bénéficier.
Le premier standard du Rafale dispose quant à lui du Bus STANAG 3910 : Bus série asynchrone. Il est composé de 2 bus : un premier de 20 Megabits/seconde, compatible fibre optique et un second de 1Mbps de débit qui est un 1553B. Différentes catégories de messages y transitent : urgences telles qu’alarmes (3ms), capteurs (20 à 160ms), données non urgentes et transferts de fichiers. La technologie profite également à la longueur des messages : 130 octets dans un bus, jusqu’à 2100 octets dans un 3910.
Le Rafale F1 dispose alors des capacités suivantes : Mémoire à 20Mb et 20Mo/s de transfert de données.
Avec le standard F2, le Rafale devient polyvalent
Le Rafale F2 se voit alors associer l’EMTI en 2003 (Ensemble Modulaire de Traitement de l’Information). Egalement appelé MDPU (Modular Data Processing Unit) il accomplit la fusion des données multi-capteurs. 19 modules le composent, disposant pour chacun d’entre eux d’une puissance de calcul 50 fois supérieure aux appareils de génération précédente. L’architecture modulaire permet une intégration aisée de nouveaux équipements. Pierre angulaire de l’évolutivité du Rafale, l’EMTI organise un potentiel de croissance définit dés l’origine.
L’EMTI regroupe l’ensemble des capteurs. Les gains sont notables : -25% en masse, -50% en volume, -60% de conso électrique et -25% en coûts. Le SCI est le réseau qui relie les modules EMTI : débit 200Mo/s.
En 2003, 1 module EMTI “Rafale F2” dispose de 64 Mo de RAM. La cadence des processeurs, de type PPC 740, est de 200 Mhz.
En 2006, 1 module EMTI “Rafale F2” dispose de 256 Mo de RAM. La cadence des processeurs, de type PPC 750, est de 733 Mhz.
2000 à 2006 : le STANDARD F1
Seule la Marine fut concernée par le Standard F1. Elle place ces appareils sous cocon en 2008 en vue de les moderniser, et les 10 appareils livrés à ce standard sont mis à jour et renvoyés dans l’Aéronavale à partir de 2014.
- Canon ai-air 30 mm.
- Missile air-air MICA à guidage Electro-Magnétique.
- Missile air-air MAGIC II à courte portée Infra-Rouge.
- Fonctions radar air-air.
- Liaison avion-missile (MICA).
- SPECTRA.
- Vol en TBA sur mer.
- Ravitaillement en vol.
- …
2006 à 2009 : le STANDARD F2
- Missile air-air MICA à guidage Infra-Rouge.
- Missile SCALP EG.
- Armement Air Sol Modulaire (AASM).
- Liaison de données L16 (échanges avec AWACS, porte avions et autres Rafale).
- Fonctions radar air-sol et air-mer.
- Optronique Secteur Frontal.
- Compléments SPECTRA.
- Vol en TBA sur fichier de données mémorisé.
- …
A partir de 2009 : le STANDARD F3
- Intégration des missile EXOCET et ASMP-A.
- Nacelle Reco-NG.
- Fonctions radar air-surface.
- Compléments SPECTRA.
- Vol en Suivi de Terrain Radar.
- Enregistreur de vol numérique.
- Rétrofit Rover et VHF-FM.
- …
Le STANDARD F3.2
- Conduite de tir air-sol canon.
- Modes radar plus complets.
- Fonctions SPECTRA supplémentaires.
- Premières capacités de tir armements à guidage laser.
- …
2013 : le STANDARD F3.3 et 3.3′
- Améliorations Liaison 16.
- Intégration GBU-24 et mise à jour conduite de tir des armements guidés laser.
- Compatibilité AESA (plug & play).
- …
2014 à 2018 : le STANDARD F3.4+
- Améliorations des conduites de tir air-air
- Optimisation de l’interface homme-machine
- Renforcement du mode suivi de terrain lors de transitions radar / fichier numérique
- Système d’avertissement de position inusuelle (réticule “attitude”)
- Gestion de l’énergie de freinage détresse (alarme de dépassement)
- Format MGRS (Standard OTAN des coordonnées géographiques) Military Grid Reference System utilisé par les unités terrestres (Forward Air Controllers)
- Affichage possible des données de navigation sur la pages de CME
- …
Le STANDARD F3-O4T (2012 – 2018)
- RBE2 AESA (Active Electronically Scanned Array)
- Détecteur de Départ de Missiles – Nouvelle Génération
- OSF-IT (Optronique Secteur Frontal – Improved Technology)
- Résolution des écrans cockpit augmentée
- HUD disposant d’une meilleure transparence
- Nouvel IFF (identification à plus longue distance)
- …
Ce standard intermédiaire a pour objectif de traiter les obsolescences de la 4e tranche de production. Le standard “F3-O4T” correspond aux appareils de la Tranche 4.
A partir de décembre 2018 : le STANDARD F3-R (Signé le 10 janvier 2014)
- Nacelle de désignation laser nouvelle génération (PDL NG) : Talios.
- Intégration de la SBU-54 (AASM Laser).
- Intégration de la GBU-16 de 450 kg à guidage laser.
- Mise en service du missile Meteor.
- IFF Mode 5 et transpondeur mode S.
- Amélioration GPS + résilience au brouillage GPS.
- Améliorations de la Liaison 16 (capacité “free text” pour permettre aux équipages d’échanger entre appareils) (déjà existant sur Mirage 2000D et -5F).
- Evolution du SPECTRA.
- Mises à jour de certaines conduites de tir air-sol (AASM sur cibles mobiles).
- Nouvelles capacités du pod RECO NG.
- Mise en place de la fonction “Automatic Ground Collision Avoidance System” (AGCAS sur le F-35).
- Amélioration des fonctions contre-mesures du RBE2.
- Possibilité de réaliser des réglages de l’armement à partir du cockpit.
- Diagnostic accéléré et plus précis des pannes.
- Accélération de la boucle décisionnelle et préservation de l’interopérabilité.
5 ans de développement
Les essais du F3-R débutent en avril 2014 sur bancs d’intégration et juillet 2014 pour les essais en vol (Rafale B301 et C101). La première revue d’aptitude à l’utilisation s’effectue en décembre 2014 (F3-R1 avec conduites de tir du missile Meteor, RBE2 AESA et L16 en configuration “patrouille élargie”). En mai 2018 : Defens’Aero fait le point sur l’arrivée du Standard F3-R dans les forces : reportage. Octobre 2018 : la DGA annonce la qualification du Standard F3-R, pour une entrée en service en 2019.
Décembre 2018, le CEAM et la Marine mettent en œuvre leurs premiers Rafale F3-R. Début 2021, 50% de la flotte Rafale bénéficie du standard F3R. Mars 2021 : Armée de l’Air et Marine nationale déclarent le standard F3R opérationnel. L’ensemble des Rafale est à jour en février 2022, de même que le standard F3-R constitue la base des versions exportations.
Seules quelques heures sont nécessaires à la “mise à jour” F3 vers F3R.
A partir de 2023 : les STANDARD F4.1 puis F4.2 et F4.3 (projet signé en janvier 2019) – Rafale Block 4
Armée de l’Air et Marine Nationale prévoient de mettre à jour l’intégralité de la flotte Rafale française. Néanmoins, si l’intégralité de la flotte de Rafale F3-R, pourra évoluer au standard F4.1, seuls les appareils neufs bénéficieront du standard F4.2. En effet, à ce jour, le budget prévisionnel du ministère des armées français, ne prévoit pas le rétrofit “hardware” qui serait nécessaire au F4.2.
Le F4 dispose des premières briques visant à optimiser le combat collaboratif. Un système de localisation 3D permet aux pilotes d’une même patrouille de déterminer passivement la position d’une cible, et de la partager à d’autres acteurs de la mission. Les Rafale exploitent alors essentiellement 2 capteurs : la liaison 16 et SPECTRA.
Les Standards F4 échelonnent diverses implémentations.
Avionique
- Optimisations du radar RBE2 AESA : Ground Moving Target Indicator (GMTI) pour la détection et poursuite 3D des cibles mobiles au sol, cartographie ultra haute résolution (mode SAR) et entrelaçage des modes renforcés.
- SPECTRA : extensions en détection et brouillage vers les bandes basses et hautes pour s’affranchir des méthodes de triangulation.
- Helmet Mounted Display System (HMDS) : les pilotes s’équipent désormais d’un viseur de casque. Il s’agit du Scorpion développé par Thales, permettant à la fois la désignation d’objectifs au sol et en vol.
- Ecrans latéraux (VTL) plus larges dans le cockpit : Leur taille passe à 15,88 x 15,88 cm et remplacent les modèles tactiles d’origine. Ces nouveaux écrans disposent d’une bien meilleur résolution et de meilleurs capacités de traitement. Elles permettent notamment d’être manipulées de la même manière que les smartphones, avec une prise en compte du “double appui” ainsi que des fonctions agrandissement et rétrécissement avec 2 doigts. Une tablette tactile de genou complète le dispositif.
- L’Optronique Secteur Frontal profite de l’intégration de voies TV et IR de nouvelle génération. Elle permettra, entre autre, la détection de cibles furtives.
- Aide à l’appontage (Rafale M) : guidage en affichage tête haute de la trajectoire en dernier virage en approche du porte avions.
- Nouvelle capacité SPECTRA : brouilleur autonome numérique. Il complète les chaînes de détection et de brouillage et permettra de neutraliser un plus grand nombre de menaces simultanément.
- MCO amélioré : nouveau système de pronostic et d’aide au diagnostic (maintenance prédictive).
- Nouveau calculateur moteur.
Connectivité
La connectivité du Rafale adoptera plusieurs niveaux d’emplois : l’un de niveau OTAN et l’autre au niveau France, préservant ainsi les intérêts de la nation et en particulier son principe de dissuasion nucléaire. Elle passe principalement par des serveurs de communication spécifiques et des liaisons satellite IMMARSAT. Les évolutions sont également multiples :
- Radios numériques logicielles “CONTACT” : COmmunications Numériques TACTiques et de Théatre). Nouvelle liaison de données tactiques (LdT) : directionnelle, partage d’information en inter-patrouille, forme d’onde 3 dimensions (F03D).
- Intégration L16 block upgrade 2.
- Architecture réseau renforcée contre les attaques cyber.
- Connectivité améliorée pour les évolutions du Rafale (Capoeira).
- Satcom chiffré et sécurisé (antenne et modem spécifiques).
- Tragedac (développement de la mise en réseau des Rafale).
Principal atout de cet apport réseau, il permet de compliquer la tâche d’éventuels opposants en multipliant les acteurs possibles :
- celui qui décide du tir,
- l’appareil qui largue la munition,
- celui qui la guide,
- celui qui observe l’impact.
Armement
- Nouvelle munition air-sol avec nouvelles configurations d’emports : jusqu’à 3 AASM 1000 kg.
- Mica NG (entrée en service en 2027).
- Liaison Avion Missile (LAM) par un tiers : La LAM s’exploite généralement pour les engagements air-air à longue distance. Elle permet au missile de recevoir régulièrement des informations concernant sa cible, jusqu’à accrochage de son propre autodirecteur. La nouveauté consiste ici à permettre à un équipier en retrait de désigner les objectifs, libérant ainsi l’avion tireur des contraintes de désignation. Pour des missiles comme le Meteor ou le Mica, cette technique permet d’augmenter leur probabilité de destruction.
- Configuration à 8 missiles air-air.
- Leurres électromagnétiques actifs.
Un standard en vue du SCAF
Le premier vol d’un appareil d’essais au Standard F4 se déroule en septembre 2020. Du 26 au 29 avril 2021, la DGA réalise une première campagne d’essais du Rafale au standard F4.1 à Istres. Cette campagne de revue d’aptitude à l’utilisation (RAU) mobilise de nombreux moyens aériens : 8 Rafale dont 2 Rafale Marine, 2 Mirage 2000 et 2 Alphajet. Le début des expérimentations du standard F4.1 débutent fin 2022. La DGA présente officiellement le F4 au public pendant le salon du Bourget 2023.
Rafale “MLU” (Mid Life Update) : en route vers les Standards F5 (2035 ?) et F6 (2040 ?)
En juin 2022, face aux retards et points de désaccords entre Dassault et Airbus sur le programme SCAF/NGF, le sénateur Christian Cambon rappelle que “en tout état de cause, […] nous poursuivons les développements du Rafale, notamment le standard F5 prévu à l’horizon 2035”. La préparation du F5 débute en 2023, alors que le Rafale devrait voler jusqu’à au moins 2060.
Le programme F5 prévoit le développement de différents axes :
- Armement / emports :
- Intégration du remplaçant du missile hypersonique ASMP-A : l’ASN4G.
- Accroissement des capacités SEAD / DEAD.
- Successeurs aux SCALP et EXOCET.
- Rénovation du missile Meteor.
- Nouvelle nacelle TR (Targeting and Recce) par la fusion des pod Reco-Ng et Talios.
- Endurance :
- Utilisation de réservoirs conformes.
- Réacteur M88 de 9 tonnes de poussée.
- Avionique :
- RBE2 XG à technologie GaN (nitrure de gallium).
- Capteurs et effecteurs déportés (Remote Carrier).
- Optimisation de SPECTRA et adjonction d’un système d’attaque électronique via le RBE2 XG.
- Modifications ciblées de la cellule pour améliorer la SER (Surface Equivalente Radar) passive sous certains angles.
- Intégration du SCAF en réseau avec le Rafale (évolution de Tragedac ?).
- Accroissement du nombre d’émetteurs/récepteurs et nouvelles “antennes multi spectral intégrées à la peau de l’avion” : la même antenne devra assurer plusieurs fonctions alternativement ou concomitamment : détection radar, guerre électronique.
Drone de combat collaboratif
En octobre 2024, le Ministère des Armées confirme le développement d’un drone de combat collaboratif. Ce dispositif viendra compléter les capacités du Rafale F5. Il incorporera des technologies de furtivité, de contrôle autonome (avec l’humain dans la boucle) et d’emport en soute. Egalement, il disposera d’une grande polyvalence afin d’évoluer en fonction des menaces futures. Il bénéficiera des acquis du programme nEUROn, premier démonstrateur technologique européen de drone de combat furtif.
