технологии стелс что это такое
Стелс-технологии: теория и практика
Возможности и перспективы самолета-невидимки
Борьба за господство в воздухе давно переместилась в область радиоэлектроники. В наши дни воздушный бой представляет собой невидимую схватку электромагнитных лучей на расстоянии в сотни километров. Но по-прежнему действует старое правило боя: эффект неожиданности дает большое преимущество. Технология стелс возвращает к этому основному принципу военных действий.
Чтобы понять принцип работы этой технологии, нужно разобраться в принципах работы радара.
Фюзеляжи летательных аппаратов обычно округлой аэродинамической формы, поэтому радиосигнал отражается от них во все стороны, в том числе и в сторону радара. Радар принимает сигнал. По времени, которое было необходимо для того, чтобы проделать путь от РЛС до самолета, определяется расстояние.
Сочетая эту информацию с направлением, откуда принят сигнал, радиолокатор определяет местоположение объекта. Кроме того, современные радары, например «Ирбис» или «Жук» разработки КРЭТ, могут сортировать цели по размеру и типу: «вертолет», «крылатая ракета», «истребитель».
Таким образом, чем лучше самолет отражает радиоволны, тем на большем расстоянии его можно засечь. Конструкторы стараются снизить эту способность, называемую еще радиолокационной заметностью.
Принцип снижения заметности, или стелс-технология, основан на том, что сигнал от РЛС за счет особенностей корпуса не отражается в сторону радара. Сейчас существуют два основных способа достижения этой цели: фюзеляж самолета выполняется не округлой, а угловатой формы, с прямыми поверхностями и острыми углами, а также корпус покрывается специальным, радиопоглощающим покрытием.
Помимо этого, часто снижают тепловую заметность самолета, размещая сопла двигателей на верхней поверхности аппарата. Также применяются системы охлаждения нагретых участков. Все это в сумме обеспечивает максимальную невидимость от радиолокационных средств противника.
Американский «невидимка», придуманный русским физиком
История стелс-технологии началась в 1966 году, когда специалист по радарам, работавший на заводе «Локхид», наткнулся на статью физика Петра Уфимцева в популярном советском научно-техническом журнале. В статье говорилось о том, что летательные аппараты определенного вида, сделанные из определенных материалов, определенным образом граненные и окрашенные, практически невидимы для радаров. Статья очень заинтересовала американских военных специалистов, и в США решили построить и испытать такой летательный аппарат.
И уже в середине 1970-х годов американские ВВС получили самолет-разведчик SR-71, который отличался необычной формой, был специально окрашен, согласно идеям Уфимцева. Таким образом, SR-71 был первым самолетом, созданным с применением технологий радиолокационной малозаметности.
Несмотря на форму, специальное покрытие, цезий, который добавлялся в топливо для снижения температуры выхлопа, SR-71 легко обнаруживался благодаря потоку разогретых выхлопных газов, а также нагреву корпуса на высоких скоростях.
В начале 1990-х годов США явили миру самолет крайне необычного вида. Были изготовлены две модификации «стелсов»: истребитель-бомбардировщик F-117 и тяжелый стратегический бомбардировщик В-2.
 |
| Бомбардировщик B-2 Spirit of Washington |
| Источник: ВВС США |
Кстати, в создании последнего участвовал сам Петр Уфимцев. Когда в 1980-х годах работы по советскому «стелсу» на уфимцевских идеях были прекращены, обиженный конструктор эмигрировал в США.
Но можно задаться вопросом: если в СССР давно знали секреты подобных технологий, то почему не опередили американцев, создав свой «стелс»?
Как известно, в советское время огромные ресурсы тратились на решение самых современных оборонных задач, и данное направление не было исключением.
Как минимум в двух советских КБ были построены и испытаны самолеты-невидимки разных типов. Авторитетные комиссии пришли к выводам не в пользу «невидимых» технологий.
Во-первых, самолет-невидимка, изготовленный по идеям Уфимцева, из-за своей формы обладает малой скоростью и маневренностью, он плохо приспособлен к боевому маневру.
Во-вторых, самолет можно обнаружить визуально и особыми высокочастотными радарами. Кроме того, при открытии бомболюков и в некоторых режимах полета он виден обычными радарами и после «засечки» может быть легко сбит. Об этом догадались еще в 1999 году сербские специалисты ПВО, когда югославский МиГ-29 сбил американский F-117A в небе над Белградом. Сегодня эксперты в области обороны отмечают, что даже дорогостоящий самолет- невидимка F-35 не является «тайной» для китайских и российских радаров.
В-третьих, стоимость таких самолетов очень высока. Для сравнения: бомбардировщик B-2 стоимостью 1,157 млрд долларов является самым дорогим самолетом в истории авиации.
 |
| Совместный полет трех ПАК ФА во время генеральной репетиции МАКС-2013 26 августа 2013г. |
| Источник: Марина Лысцева/fotografersha.livejournal.com |
Кстати, на ПАК ФА, который сейчас проходит государственные испытания, планируется устанавливать новую РЛС с активной фазированной антенной решеткой (АФАР) разработки КРЭТ. Плоскость антенной решетки расположена под наклоном, что существенно снижает ее вклад в ЭПР самолета, делая его менее заметным.
По мнению же отечественных специалистов, сверхманевренность приобретает все более важное значение в военной авиации. Этому способствует не только развитие радиолокации и появление новых высокочастотных радаров, но и постепенное исчезновение американской «монополии» на истребители пятого поколения. Ведь при встрече двух малозаметных истребителей тактика ведения боя будет возвращаться к прошлому.
Как работает стелс-технология в самолётах
Самолёт-невидимка — это самолёт, который не видим для радаров, сонаров, инфракрасных лучей и других средств обнаружения. Во время Второй мировой войны появились первые радары, а вместе с ними началась разработка стелс-технологии.
Первым самолётом с уменьшенным радиолокационным обнаружением был реактивный Horten Ho 229, который изготовили немцы в 1943 году. Но по-настоящему востребованной стел-технология стала во время Холодной войны.
Фото: scienceabc.сom
Как работает стелс
Чаще всего для обнаружения самолётов используют радар. Радиолокационная станция излучает радиоволны. Если они отражаются от объекта, его изображение выводится на экран. Это похоже на мяч, который бросают в стену, и он отскакивает обратно в руки.
Самолёты-невидимки используют два основных способа противодействия радиолокационному сигналу: поглощение и отклонение.
Поглощение — это когда радиосигнал доходит до самолёта, но почти не возвращается обратно (как будто мяч бросили в желеобразную стену). Достигается это за счет использования радиопоглощающего материала или окрашивания самолета радиопоглощающей краской. Несмотря на то, что технологии создания радиопоглощающего материала уже больше 40 лет, она строго засекречена.
Отклонение работает, когда у самолёта много углов и граней: радиолокационные импульсы отражаются в направлениях, отличных от тех, откуда они приходят. А это значит, что антеннам сложнее поймать отраженный сигнал. Большинство обычных самолётов имеют округлую форму фюзеляжа и скругленные крылья — это необходимо для лучшей аэродинамики. Обычные самолёты — лёгкая мишень для радара, ведь часть радиолокационного сигнала всегда вернется к радару, под каким бы углом сигнал не падал на самолет.
У самолёта-невидимки, наоборот, форма плоская, а контуры острые. Сигнал попадает на него и отражается под большими углами. Это как мяч, который бросили в кривую стену.
Фото: scienceabc.com
Иногда поглощение и отклонение комбинируются: самолёты-невидимки покрывают микроскопическими пирамидами, покрытыми радиоотталкивающими материалами.
Стелс имеет свою цену: угловатая конструкция часто делает самолёты неаэродинамичными. Кроме того, отсутствие вертикального хвоста (который может отражать входящие радиоволны) уменьшает стабильность самолёта. Тем не менее, выгоды от внезапного захвата противника стелс-самолётом перевешивают его недостатки.
Стелс-технологии: можно ли сделать самолет невидимым
Технология Стелс или просто стелс (stealth) – это комплекс мер по снижению заметности объекта в инфракрасной, оптической, радио и других областях спектра. Естественно, что она не делает самолет невидимым в прямом смысле этого слова – в первую очередь перед конструкторами стоит задача обмануть радары противника. Сегодня лидером в данной области, безусловно, являются американцы – они начали исследования на несколько десятилетий раньше других. Огромные средства на создание малозаметных летательных аппаратов тратит Китай, в нашей стране подобные разработки ведутся с 80-х годов. Стать членом элитного «стелс»-клуба стремятся Япония, Южная Корея, Германия и Британия.
Звуковой и видимый диапазон
На заре авиации летчики мало «заморачивались» скрытностью своих боевых машин. Более того, нередко они старались сделать их ярче и заметнее – история «Красного барона» Рихтгофена тому подтверждение. Но повышение могущества противовоздушной обороны убрало лишнюю спесь, и внешний вид самолетов стал гораздо скромнее. Сегодня вертолеты и штурмовики, работающие на малых высотах, обычно имеют светлое «брюшко» и темную «спинку». Для более высотных летательных аппаратов это не имеет особого смысла, поэтому они, как правило, серые или серо-голубые.
Можно ли сделать объект невидимым для человеческого глаза? Определенные подвижки в этом направлении есть. Связаны они с успехами в создании метаматериалов – сложных молекулярных структур, обладающих очень интересными свойствами. Некоторые из них имеют отрицательный показатель преломления света – он как бы обтекает трехмерный объект, покрытый таким материалом, и заставляет наблюдателя видеть то, что находится позади него. Плащ из подобной ткани сможет сделать человека невидимым не только оптической, но и в инфракрасной части спектра. Причем для его «работы» не нужны источники питания, зеркала, лампы или сложные электронные устройства.
Пока все это находится на стадии разработок, но несколько компаний обещают начать серийное производство невидимых материалов уже в ближайшие годы. До полноценного камуфляжа для самолетов еще очень далеко – пока речь идет о маскировочных костюмах для бойцов спецподразделений и снайперов.
Долгое время, примерно до середины Второй мировой войны, главным способом обнаружения самолетов была акустическая пеленгация. Шум работы авиадвигателя засекали с помощью специальных звуковых локаторов разной величины и конструкции. Некоторые из них имели циклопические размеры. Акустическая пеленгация канула в Лету после появления реактивных самолетов. Они не были тише предшественников – просто значительно выросла их скорость. Сверхзвуковой самолет вы быстрее увидите, чем услышите, но даже если он движется на дозвуковой скорости, времени на реакцию остается совсем мало.
Холодно, теплее, горячо…
Авиационный двигатель не только шумит, но еще и здорово нагревается во время работы. А значит, излучает инфракрасные волны. Это было «головной болью» еще в эпоху поршневых самолетов – раскаленные патрубки и горячие выхлопы из них существенно демаскировали самолеты ночью. Реактивная силовая установка испускает еще больше инфракрасного излучения.
Тепловой след представляет серьезную проблему, ибо на него наводятся значительное количество современных ракет типа «земля-воздух» или «воздух-воздух». Существует несколько способов противодействия данной угрозе:
На боевые вертолеты ставят экранно-выхлопные устройства (ЭВУ), в которых происходит смешивание горячих выхлопных газов с холодным воздухом. Благодаря этому заметность двигателя в инфракрасном диапазоне снижается. По понятным причинам на реактивный самолет нельзя поставить подобное приспособление, и здесь применяют другие методы: экранируют сопло с помощью корпуса или делают его прямоугольным. Последнее решение негативно сказывается на эффективности двигателя, зато реактивная струя прямоугольной формы быстрее рассеивается.
Отстрел ложных тепловых целей сбивает головку наведения ракеты, заставляя ее преследовать более мощный тепловой сигнал. Каждая из ловушек представляет собой пиротехническое устройство, похожее на сигнальную ракету. Они заряжаются в специальные устройства сброса, отстрел производится автоматически.
Постановка активных помех производится за счет генераторов или бортовых лазерных станций. Первые представляют собой инфракрасные лампы с отражателями, а вторые комплектуются системами поиска атакующих ракет и ИК-лазером, который ослепляет их ГСН.
Еще можно добавить, что уменьшение теплового излучения актуально не только для самолетов или вертолетов. ПТРК третьего поколения типа американского «Джавелина» также имеют инфракрасную головку самонаведения, поэтому о снижении теплового следа двигателя придется хорошенько задуматься и танкостроителям.
Как защититься от радиоволн
Исторический экскурс
Еще в 30-е годы прошлого столетия британский инженер Уатт утверждал, что в дальнейшем боевые самолеты будут конструироваться с учетом уменьшения их заметности для радиолокационных станций – тогда на него не обратили внимания. Серьезно озаботились данным вопросом уже после Второй мировой войны: при создании бомбардировщика Б-52 американцы учитывали принципы малозаметности в его конструкции.
В Советском Союзе данная проблема не получила должного внимания, в США разработки малозаметных самолетов поколения начались в середине 60-х годов. Российские источники любят писать о «непризнанном» советском гении – Петре Уфимцеве, на основе работ которого американцы, якобы, и создали технологию Стелс. Согласно легенде, в 1962 году ученый издал книгу с описанием математического аппарата для создания малозаметных самолетов. В СССР на нее не обратили внимания, зато ею заинтересовались в США. На самом деле, книгу Уфимцев действительно изучали американские специалисты, но ничего нового в ней не нашли, ибо сами занимались теми же вопросами. Доказательство советских исследований в области малозаметности просто позволило американцам получить дополнительное финансирование.
Так или иначе, но первое поколение «невидимок» появилось в США, к нему относятся:
Ко второму поколению «невидимок» относятся:
Все вышеперечисленные машины абсолютно не похожи на F-117 или SR-71 – конструкторам удалось совместить малозаметность и достойные летно-технические характеристики. Некоторое ухудшение аэродинамических качеств было компенсировано увеличенной тяговооруженностью двигателя и продвинутой авионикой. Можно добавить, что Су-57 и J-31 пока находятся на этапе испытаний и не выпускаются серийно. Кроме того, созданием собственного малозаметного истребителя пятого поколения занимается Япония, Индия, Южная Корея, Турция, европейские страны.
Основные приемы малозаметности
Несмотря на годы исследований и миллиарды потраченных долларов, количество способов снижения заметности, на самом деле, невелико. Оно достигается за счет частичного поглощения сигнала радара материалами корпуса и отражения его остальной части таким образом, чтобы эхо не возвращалось к антенне радиолокационной станции.
Термин «эффективная площадь рассеивания» является важнейшим для понимания технологии малозаметности. Он показывает способность объекта поглощать электромагнитные волны, а также отражать их в сторону антенны радара. Общая площадь объекта и площадь поверхности, отражающей радиоволны, как правило, не совпадает. Меняя форму самолета и используя разные материалы в его конструкции, можно снизить его заметность аппарата, не уменьшая физические размеры. Также ЭПР определяет дальность обнаружения объекта радиолокатором.
Следует добавить, что добиться поглощения и отражения радиоволн возможно только в сантиметровом диапазоне. С дециметровыми волнами это получается гораздо хуже, а с метровыми – длина которых соизмерима с размерами летательных аппаратов – не получается вовсе. Правда, метровые волны редко используются в радиолокации. Они имеют значительную дальность действия, но низкую точность определения координат цели.
Что мешает скрытности
«Главными врагами» скрытности летательных аппаратов являются:
Любая плоская поверхность, находящаяся под прямым углом к лучу радара, отразит сигнал обратно. Это касается не только элементов планера самолета, но и лопастей винтов или лопаток турбин. И если с лопастями турбовинтовых самолетов и вертолетов ничего поделать нельзя, то уменьшить видимость лопаток компрессора вполне реально.
Типичным решением этой проблемы является использование S-образных воздуховодов. Их изогнутая форма закрывает двигатель и существенно снижает общую заметность самолета. Правда, при этом падает эффективность работы силовой установки. Сложнее уменьшить радиолокационную заметность самолетов сзади: кривое или очень длинное сопло вообще не сочетается с нормальной работой двигателя. Ситуацию спасает только тот факт, что у большинства боевых самолетов лопатки турбины прикрыты сзади форсажной камерой, которая несколько уменьшает их радиозаметность.
Выпуклые поверхности прекрасно отражают луч радара, причем, в отличие от плоскостей, делают это с любых направлений. Типичным примером такой поверхности является передняя кромка крыла. Решение данной проблемы – это использование прямых угловатых конструкций со скошенными краями и законцовками. Они уменьшают заметность самолета или вертолета, правда, при этом страдают аэродинамические качества.
Скрытность летательного аппарата в радиолокационном диапазоне нарушают кромки, стыки и швы. Поэтому их количество пытаются максимально уменьшить: для повышения скрытности создатели бомбардировщика В-2 вовсе отказались от килей и стабилизаторов. Кроме того, кромки «невидимок» делают параллельными друг другу, чтобы уменьшить количество ракурсов, с которых самолет будет максимально заметен. Например, у российского истребителя Су-57 передняя кромка крыла параллельна передней кромке стабилизатора. Аналогичные решения можно увидеть на американских самолетах F-22 и F-35.
Стыки обшивки и крышки делают пилообразными, причем размеры зубцов специально подбирают под длину волны РЛС и делают их параллельными кромкам крыла или стабилизатора.
В конструкции самолетов присутствуют элементы, способные свести на нет все усилия по снижению его заметности. К ним, например, относится кабина пилота или часть, образуемая стыком крыла и фюзеляжа. Они работают по принципу ретрорефлектора или уголкового отражателя. Попав в кабину пилота, луч радара несколько раз отражается от ее стенок и уходит в обратном направлении, значительно демаскируя аппарат. Для устранения этого эффекта фонарь кабины современных самолетов покрывают тонким слоем металла, из-за чего он имеет золотистый или зеленоватый оттенок.
Еще одной проблемой на пути к уменьшению заметности является собственный радар самолета. Он располагается в носовой части машины под головным обтекателем, прозрачным для радиоволн. Даже в выключенном состоянии БРЛС способна полностью демаскировать самолет, потому что ее антенна по понятным причинам имеет прекрасные отражающие свойства. Поэтому в неработающем состоянии тарелку поворачивают вверх, это касается и суперсовременных радаров с фазированной решеткой.
Обязательным требованием для всех «невидимок» является размещение вооружения во внутренних отсеках, а также максимально качественная подгонка, сборка и покраска всех внешних элементов крыла и планера.
Волшебная невидимая краска
Радиопоглощающие покрытия и материалы – это один из главных «секретов успеха» технологии Стелс. Сегодня известно несколько видов РПМ. Толщина подобных материалов высчитывается, исходя из особенностей радиоизлучения.
Так, например, резонансные РПМ имеют толщину в четверть длины волны. Попав в такой материал, излучение отражается от его внешней и внутренней поверхности, после чего происходит его интерференционная нейтрализация.
Нерезонансные покрытия представляют собой крошечные магнитные частицы, распределенные в пластике. Они рассеивают излучение или хаотически отражают его в разных направлениях. Подобные РПМ могут работать с радиоимпульсами разной частоты и длины волны. Существуют толстые многослойные покрытия, совмещающие в себе материалы обоих типов.
Одним из наиболее известных РПМ является iron ball paint – вещество, содержащее микроскопические сферы, покрытые магнитным составом. Оно превращает высокочастотное излучение локаторов в тепло, существенно уменьшая заметность объекта. Подобный материал использовался для покрытия знаменитого самолета-разведчика SR-71 Blackbird.
Кроме того, для снижения ЭПР летательных аппаратов используются специальные композитные пластики, способные поглощать электромагнитное излучение.
Недостатки стелс-технологий
Технологии малозаметности летательных аппаратов на ее нынешнем уровне развития имеет определенные недостатки. Самым главным из них является высокая стоимость «невидимок», причем это относится, как к разработке и постройке самолетов, так и к их обслуживанию.
Каждый «Хромой гоблин» обходился американскому налогоплательщику в 111 млн долларов, что для середины 80-х годов было очень приличной суммой. Общая стоимость программы F-117 составила 6,56 млрд долларов. Еще дороже оказался малозаметный «стратег» B-2 – 2,1 млрд долларов (по состоянию на 1997 год). На всю программу было потрачено 44 млрд долларов. Цена истребителя F-22 Raptor составляла 141 млн долларов, а F-35 обходится бюджету США примерно в 100 млн долларов.
Стоимость перечисленных самолетов действительно впечатляет, однако сказать, какая именно часть из перечисленных сумм пошла на стелс-технологии, довольно трудно. Истребители пятого поколения вряд ли будут стоить меньше 80-100 млн долларов, причем в основном из-за слишком сложной и дорогой электроники, а не стелс-технологий.
Самолеты-«невидимки» нередко критикуют за ухудшения их аэродинамических качеств в угоду малозаметности. Возможно, что подобные нарекания вполне обоснованы для «стелсов» первого поколения, вроде F-117, но для нынешних истребителей типа «Раптора» или Су-57 они звучат не слишком убедительно. Понятно, что ради снижения заметности конструкторам приходится идти на определенные жертвы, но они компенсируются более мощными двигателями, изменяемым вектором тяги и продвинутой электроникой.
Невидимость «стелсов» – это сильное преувеличение, придуманное журналистами. Такие самолеты правильнее называть «малозаметными». Например, советский комплекс С-300 мог видеть F-117A, но на более близких дистанциях. Если же ЗРК оснащен визуальным каналом, то он легко обнаружит «стелс», как и любой другой летательный аппарат. Говорят, что именно такой казус произошел с «Хромым гоблином» в Югославии, когда он был сбит ракетой устаревшего советского комплекса С-125.
Как работает Стелс
На самом деле — это очень простая идея. Но она обросла такими мифами, что в глазах большинства кажется чем-то очень сложным, секретным и загадочным. Как же работает стелс технология на самом деле?
Для начала стоит развеять главный миф, который касается определения. Чаще всего самолеты в конструкции, которых использовалась технология stealth называют «самолеты невидимки», отсюда родилось обывательское и представление о том, что вся суть в невидимости. Это не совсем так.
Как работает самолет невидимка
Так как впервые технология была применена в США, то термин stealth появился в английском языке, но переводится слово стелс как «хитрость», а by stealth — «незаметно для других» или «скрытно».
То есть, ни о какой невидимости речи нет даже в названии, значение слова «стелс» другое. Речь идет просто о скрытности или малой заметности.
Правильно говорить именно так «технология малой заметности» (low observable technology) или «технология снижения заметности в радиолокационном и инфракрасном диапазонах». Потому, что идея была именно в этом, все отлично понимали, что сделать самолет абсолютно невидимым невозможно.
Термин «самолет невидимка» это журналистский штамп, просто звучит круто, но к реальности отношения не имеет.
Как работает стелс технология на самом деле
Все меры, применяемые для уменьшения заметности можно разделить по нескольким направлениям. Это зависит от того, какие именно устройства мы хотим обмануть. Раньше, когда речь шла только о глазах наблюдателя, это был камуфляж. Сегодня, в первую очередь — радар.
Как обмануть радар
Любой объект становится видимым для радиолокационной станции (РЛС) только тогда, когда от него отразится электромагнитная волна и вернется к принимающей антенне.
Точно так же работают и наши глаза, разница только в том, что длинна волны видимого света находится в пределах 450-630 нанометров (0,000000001 метра), а частоты в пределе 690-405 Терагерц (тера — это 1 000 000 000 000, «триллион»).
Радиолокация использует те же электромагнитные волны, только с длинной волны от 0,02 до 0,3 метра с частотой от 1 до 3 Гигагерц (Гига 1 000 000 000 — «миллиард»). То есть, колебания на порядки отличающиеся по частотам и длине волн. Но это все те же волны и подчиняются они тем же законам.
Итак, чтобы обмануть радар, нужно не отражать его излучение. Есть две хитрости. Нужно либо использовать радиопрозрачный (для данного излучения) материал (например, углепластик или дерево) либо радиопоглощающий. Оба варианта возможны и даже применяются на практике очень давно. Но есть и третий, более хитрый подход.
Отражать куда угодно, но только не в направлении антенны радара. Для этого не нужно использовать специальные покрытия, можно обойтись изменением формы объекта.
F-35A. Еще один «невидимка»
Есть еще один очевидный способ — уменьшить размеры объекта, но о нем и рассказать особо нечего. Летальный аппарат меньшего размера, будет менее заметен, чем большего.
Конечно, важно еще и самому не «светится» — не излучать или излучать минимально. Проще всего этого достигнуть, отключив свой собственный радар.
Обмануть «тепловизор»
Второй тип излучения — инфракрасное. Обнаружить и сбить самолет можно используя его тепловой след, да и сам аппарат отличается по температуре от окружающей среды.
Температура газа в турбине двигателя может достигать 1700-1800 градусов Цельсия. А это значит, что обнаружить и атаковать такой летательный аппарат можно с дистанции десятков километров.
Но и противоядие, конечно, нашлось. Оно очевидно — снизить тепловое излучение самолета (или другой техники).
Для снижения заметности в радиолокационном диапазоне используют:
Для снижения ИК заметности обычно используют:
Ясно, что полностью исключить отражение радиоволн нельзя, так же как и превратиться в абсолютно черное тело (в инфракрасном диапазоне). Но это и не нужно. Даже если удастся снизить мощность сигнала вернувшегося к антенне или попавшего на матрицу инфракрасной ракеты, это поможет дольше оставаться не обнаруженным.
Напоминаю, что самолеты невидимки никто и никогда не собирался строить, инженеры всегда хотели создать малозаметный самолет, а не абсолютно невидимый.
Просто, малозаметный самолет или корабль может подобраться ближе, прежде чем его заметят. Его сигнатуру (радиолокационный «отпечаток» отраженного сигнала) будет сложнее отличить от помех. В этом и вся суть стелса (скрытности). Но это все поверхностное и простое объяснение технологии стелс. Дальше интереснее.
История
Но радары совершенствовались, и вот уже появилась возможность наведения ракет на гораздо большей дистанции, чем позволяют глаза. Раньше быть незаметным помогал камуфляж, теперь, пятнистая окраска перестала быть защитой.
Первые попытки
Первым самолетом, где намеренно использовались принципы работы стелс-технологии, был легендарный Lockheed SR-71 Blackbird (Черный дрозд). Так как это был разведчик, малозаметным ему полагалось быть по определению.
SR-71. Наклон хвостового оперения не случаен
Что именно применили в SR-71, какие методы и технологии малой заметности?
Во-первых — материалы. Впервые в авиации было использовано радиопоглощающее покрытие (и в виде ферромагнитной краски и в виде специально созданных для этого проекта материалов обшивки).
Первый радиопоглощающий материал был разработан в Германии во времена Второй мировой. Но применялся он для шноркеля (выхлопной трубы) подводных лодок, чтобы оставаться незаметными для противолодочной авиации союзников.
Также обращает на себя внимание фюзеляж особой формы, которая рассеивает отраженный сигнал и хвостовое оперение, которое было наклонено под углом больше 90 градусов к фюзеляжу.
Идеальным отражателем считается «уголковый», потому, что отражает сигнал строго в обратном направлении. Уголковый отражатель, это такая фигура, где все 3 плоскости перпендикулярны.
Один из самых простых приемов снижения радиолокационной заметности — избегать прямых углов.
Уголковый отражатель, принцип работы
Еще одна хитрость, в топливо SR-71 добавлялись специальные присадки, снижающие температуру выхлопа.
Но в первый раз получилось не очень. Проблема была в сути проекта. Разведчик SR-71 был самым быстрым не только в своем классе, а и вообще в мире.
Кстати, рекорд 3 529,56 км/час не побит и сегодня.
Поэтому слишком сильно изменить его форму было нельзя, иначе пострадала бы аэродинамика. А его потрясающая скорость считалась лучшей защитой, чем незаметность.
Но теперь на практике стало понятно, как работает технология стелс. Хорошо работает.
Первый Stealth
Второй попыткой стал Lockheed F-117 «Nighthawk» (разработанный той же компанией «Локхид Мартин»). Хоть в его названии и присутствует буква F, что обычно означает Fighter (истребитель), это был 100% фронтовой бомбардировщик.
В этот раз во главу угла была поставлена не скорость, а именно максимальная незаметность. Так началась целая новая эпоха «чистых» самолетов по технологии стелс.
В первую очередь в глаза бросается граненая форма бомбардировщика. Плоские грани отражают волны куда угодно, только не в направлении радара. Каждый может приложить линейку и, помня правило «угол падения равен угла отражения», проверить самостоятельно.
Как достигается малая заметность? Геометрия!
Тот же стелс-прием, только в меньших масштабах — пилообразные стыки кабины, и всего, что может открываться/закрываться. Это сделано по той же причине, рассеять сигнал который отразится от этой кромки.
Никаких лишних деталей, которые могли бы образовать угол в 90 градусов, нет. Все вооружение спрятано во внутреннем отсеке, внешний подвесок нет.
Воздухозаборники защищены решетками спереди и расположены над крылом, чтобы наземные РЛС не могли «заглянуть» в компрессор двигателя, лопатки которого прекрасно отражают радиоволны, а менять их форму или материал нельзя.
F-117A. Первый настоящий «Стелс»
Тоже самое сзади, сопла двигателя находятся над крылом. И дополнительно прикрыты керамическими плитками, чтобы снизить нагрев. Но главная инновация — плоские сопла двигателя. Такая форма позволяет выхлопным газам охлаждаться гораздо быстрее, чем если бы сопло было круглой формы.
Конечно, не забыли и про ферромагнитную краску. Даже остекление кабины имело металлизированное покрытие, чтобы исключить отражение от внутренних частей кабины пилота.
Считается, что всеми этими приемами эффективную площадь рассеивания (ЭПР) удалось снизить до 0,025 квадратных метров.
ЭПР — это величина, показывающая площадь которая действительно отражает сигнал. Объект с ЭПР 2 квадратный метра будет иметь такую же заметность, для РЛС, как и кусок металла такой же площади. Стоит иметь в виду, что ЭПР с разных направлений будет разная. Обычно указывается минимальная, при «взгляде спереди».
Вершина технологии
Следующим шагом стало создание стратегического бомбардировщика «невидимки». За дело взялась компания «Нортроп» (команда Локхид проиграла конкурс).
В этот раз самолет вообще не имел хвостового оперения, это было первое в мире настоящее летающее крыло. Все возможные инструменты и приемы малой заметности были использованы:
Размещение двигателей над крылом и плоские сопла. Специальная форма крыла, «чистые» обводы (без малейших выступающих частей, включая антенны, заклепки, решетки), крупные детали обшивки (чтобы снизить количество стыков), пилообразные стыки, плавное сопряжение с двигателями и «фюзеляжем» (и чтобы никаких прямых углов).
Гладкие формы B-2 и решетки, стыки, антенны F-15
Впервые для снижения радиолокационной заметности были применены S-образные воздухозаборники, поэтому никаких решеток спереди на двигателях нет.
Зато сзади лопатки турбины прикрывает более хитрое устройство — радар-блокер. Естественно, были использованы радиопоглощающие материалы в конструкции, и такое же покрытие в виде краски, и даже спец-напыление для остекления кабины.
Радиопоглощающее покрытие берегут, ходят только в бахилах
Единственное из признаков стелс-технологии не было — это наклонного хвостового оперения, ведь его тоже не было.
В случае с B-2 удалось обойтись без пугающих граненых поверхностей, крыло выглядит именно как крыло. Дело в том, что со времен 117-ого информационные технологии шагнули вперед и теперь появилась возможность расчета плавных криволинейных поверхностей (кривых второго порядка).
Современные «самолеты невидимки»
Программу F-117 окончательно закрыли в 2008 году, а основное финансирование прекратили еще раньше, перебросив на проект истребителей пятого поколения — ATF. Проверив на практике, как работает технология стелс на бомбардировщиках, взялись за истербители.
Прототипы. YF-22 от Lockheed/Boeing и YF-23 от Nortrop. На этом фото хорошо видна параллельность граней крыла и хвостового оперения
Истребитель, это не бомбардировщик, жертвовать летными характеристиками нельзя. Нужно быть быстрым, маневренным и малозаметным одновременно.
В этот раз в конкурентной борьбе участвовали сборные команды Lockheed + Boeing + General Dynamics с прототипов YF-22 и Northrop + McDonnell Douglas — YF-23. Инженеры из Локхид все таки выиграли первый приз и контракт на постройку 382 самолетов.
F-22 Raptor. Плоские сопла двигателя
Правда, построено было гораздо меньше, всего 187 (не включая опытные экземпляры).
Для обеспечения малой заметности были использованы все известные стелс методы но без ущерба для аэродинамики:
Если посмотреть сверху на оба прототипа, заметно, что кромки крыла и хвостового оперения параллельны друг-другу. Тоже самое, при взгляде спереди, вертикальное хвостовое оперение параллельно линиям воздухозаборников. Все это служит той же задаче — снизить радиолокационную сигнатуру, отразив сигнал в сторону.
F-22 спереди, параллельность линий хвостового оперения и воздухозаборников
Если бы кромки были не параллельны, волна, отразившаяся от крыла и от хвостового оперения радиоволна, имела бы разное направление и часть сигнала могла бы вернуться обратно к антенне РЛС.
В общем, весь большой набор стелс-хитростей был использован. А в дополнение к уже описным трюкам добавился «беспереплетный» фонарь (на F-22) и большое количество используемых неметаллических материалов (углепластик, керамика и т. д.). По разным данным доля композитных материалов в конструкции составляет то ли 40% то ли 60%.
Не так просто дело обстояло с «младшим» истребителем F-35. Он проектировался сразу в трех модификациях. Одна из которых вертикального взлета и посадки.
Для чего нужно было поворачивать сопло единственного двигателя вниз, для создания тяги. А это, в свою очередь, не позволило использовать плоское сопло (потери в котором выше, чем в круглом). И беспереплеточного фонаря на F-35 тоже нет. Тем не менее весь остальной набор присутствует.
F-35, видны все признаки «самолета невидимки»
Сопло то круглое, но все же имеет зигзагообразный контур, и это сделано не для красоты.
Приемы снижения заметности
Конструкционные решения — стелс-формы:
Инженерные хитрости:
Использования материалов и покрытий:
Снижение инфракрасной заметности
Не только США, не только самолеты
У Су-57 пока есть не все элементы малой заметности (старые двигатели)
Американцы, безусловно, были первыми, но это совершенно не означает, что в других странах стелс-технологиям не уделяют внимания.
Свои собственные «невидимки» с разным успехом делают в России: ПАК-ФА/Су-57 и в Китае: J-20 и J-31. Китайцы, ожидаемо работают быстрее и уже поставили в свои войска эскадрилью, если не две.
Ведут разработки такие страны как:
У всех них много общего
Во многих проектах используются только некоторые элементы технологий. Так, например, у французского «Рафаль» 25% массы и 30% площади — композитные материалы (экономия массы и, одновременно, снижение ЭПР), криволинейные воздухозаборники, впрыск в сопло смеси снижающей ИК-излучение и, конечно, элегантные формы с минимумом лишнего на поверхности.
Французский Rafale и S-образные воздухозаборники
Используют элементы стелс технологий в европейском Eurofighter Typhoon, в американском палубном F-18 Hornet и шведском JAS 39 Gripen.
Японский малозаметный прототип — X-2. Родственник всех предыдущих
Разрабатываются и уже приняты на вооружение крылатые ракеты с технологией стелс и даже бомбы малой заметности.
Малозаметная крылатая ракета AGM-158 рядом с малозаметным F-35
И не только в авиации можно встретить технологии снижения радиолокационной заметности. Ее можно встретить и на флоте, частично на наземной технике (в основном стараются снизить тепловую сигнатуру).
Шведский корвет «невидимка» класса «Висбю»
И, несмотря на все вышесказанное, все еще остаются люди заявляющие, что стелс — не работает и самолеты невидимки на самом деле видно. Технология работает, еще как работает, это ведь просто физика и чуть-чуть геометрия.
Конечно, это довольно закрытая и секретная тема, никто не сообщает настоящие значения эффективной площади рассеивания своих самолетов, а чтобы скрыть настоящее значение используются линзы Люнеберга значительно увеличивающие ЭПР, мало что известно и радиопоглощающем покрытии…
Множество споров возникает вокруг скрытности в связи с работой радара, тысячи мнений о качестве стелс-краски и целесообразности использования пластиковых деталей.
Почва для образования мифов о технологии стелс более чем питательная. Но факт остается фактом — тысячи ученых и инженеров по всему миру тратят свое время на то, чтобы еще немного уменьшить заметность военной техники. Неужели они бы занимались бессмысленной работой столько лет?