Третий путь пятого поколения
Основная концепция истребителей пятого поколения хорошо известна: стелс, сверхманёвренность и крейсерский сверхзвук. Многие помнят и об альтернативном подходе — без применения стелс-технологий, но с мощным радаром и большим запасом дальнобойных ракет «воздух-воздух». К нему относятся ранние проекты в рамках американской программы ATF и советский МиГ 1.44. Но был и третий путь — лёгкого сверхманёвренного истребителя, превосходящего даже тяжёлые машины своего поколения, массового и относительно дешёвого. Об одном из первых воплощений этого подхода, истребителе Northrop P900, его предшественниках и их непростой истории и пойдёт речь.
«Микроистребитель» под влиянием «истребительной мафии»
История концепции малого сверхманёвренного истребителя берёт своё начало ещё в середине 1960-х годов с появлением неофициальной группы единомышленников, известной сейчас как «истребительная мафия». В тот период основными направлениями развития истребительной авиации были наращивание скорости и размеров самолётов, а также использование более тяжёлых и дальнобойных ракет.
Однако некоторые офицеры ВВС и инженеры были в корне не согласны с этим подходом и считали, что будущее за небольшими машинами, способными за счёт высокой манёвренности как успешно вести ближний воздушный бой, так и эффективно применять бомбы и ракеты для поддержки наземных войск. Такой истребитель должен был стать значительно дешевле и проще своих тяжёлых собратьев, что позволяло производить его большей серией и повышало его экспортный потенциал. «Мафии» удалось достичь успеха — именно благодаря этим усилиям был создан истребитель F-16, основа ВВС всего блока НАТО и прочих американских союзников.
«Истребительная мафия» имела много сторонников в большинстве авиационных фирм. Одним из них был работавший в Boeing уже достаточно опытный инженер Бад Нельсон. Свою карьеру он начал в 1952 году, и к 1970 году дослужился до должности руководителя отдельной программы. Он полностью разделял идеи «мафии» и при первой же возможности применил их в новом проекте под своим руководством.
Надо сказать, что задача, поставленная Нельсону, как нельзя лучше соответствовала его идеям. В 1970 в Boeing начались работы над проектом летающего авианосца ААС (Airborne Aircraft Carrier) на базе лайнера Boeing 747. Для него требовался подходящий истребитель, и именно работа над ним стала для Нельсона главной задачей.
Предложенная им концепция сверхмалого и сверхманёвренного (способного выполнять манёвры с перегрузкой до 8,5 G) истребителя с пушечным вооружением MicroFighter разительно отличалась от всех существующих на тот момент проектов и в чём-то была даже радикальнее, чем многие предложения «истребительной мафии». Тем не менее для концепции воздушного авианосца она подходила почти идеально, и Бад Нельсон занялся развитием проекта.
Сверхзвуковой и сверхлёгкий
К 1975 году стало окончательно ясно, что проект ААС продолжения не получит. При этом MicroFighter к тому времени уже серьёзно изменился. Самолёт немного вырос в размерах и потяжелел, получил возможность использовать управляемое вооружение, хотя радара у него по-прежнему не было. Серьёзно поменялась конструкция крыла, несколько изменился фюзеляж. Финальный перед закрытием программы вариант носил внутреннее обозначение Model 985-121.
Военные потеряли интерес к проекту, но Нельсон не собирался сдаваться. В инициативном порядке он начал работу над истребителем Model 985-213, который, по сути, был увеличенным и серьёзно доработанным вариантом Model 985-121. Изначально предполагалось, что он также будет применяться с летающего авианосца, просто один Boeing 747 смог бы нести только четыре истребителя.
Истребитель Model 985-213 внешне походил на своего предшественника, но при пристальном взгляде достаточно сильно от него отличался. Той же осталась лишь компоновка — это был среднеплан по схеме «бесхвостка» с треугольным крылом и вертикальным оперением на законцовках плоскостей. Радикальные изменения коснулись крыла, что объяснялось частичной сменой концепции самолёта. Одним из новых важных требований стал крейсерский сверхзвук на М=1,6 и возможность достигать М=2,2 на форсаже на высоте 10 км. При этом на скоростях М=0,8 истребитель должен был сохранить возможность выполнять манёвры с перегрузкой 8 G.
Предполагалось, что сверхзвук позволит быстро сблизиться с противником и навязать ему манёвренный бой или быстро среагировать на появление врага на большом расстоянии от зоны патрулирования. Казалось бы, требования высокого крейсерского сверхзвука и сверхманёвренности противоречат друг другу, и совместить их не выйдет, но решение пришло из гражданского авиастроения. В рамках программы National Supersonic Transport по созданию сверхзвукового пассажирского самолёта в NASA исследовались различные профили крыла, с одной стороны, подходящие для полёта на высоких скоростях, а с другой, позволяющие уменьшить пробег при взлёте и посадке.
Несколько подходящих решений было найдено, в том числе и без использования крыла изменяемой стреловидности. Разработанное в NASA крыло SCAT 15 представляло собой треугольное крыло малого удлинения со сложным кривым профилем и двойным изгибом в плоскости, перпендикулярной оси фюзеляжа. Такое решение обеспечивало как хорошие скоростные характеристики, так и лучшую подъёмную силу на скоростях М=0,4–0,8. Крыло SCAT 15 применили на Model 985-213. Вдобавок, законцовки крыла были наклонены вниз для увеличения давления под крылом на дозвуковых скоростях.
Ради достижения статической неустойчивости истребителя, что улучшает манёвренность, крыло было значительно смещено вперёд относительно центра тяжести самолёта. Также манёвренность повышалась за счёт использования плоского сопла с одной отклоняемой центральной створкой. Контроль самолёта в полёте осуществлялся полностью с помощью автоматической системы управления, имеющей полный контроль над механизацией крыла, соплом и вертикальным оперением.
Тем не менее самолёт имел на дозвуковых скоростях степень статической неустойчивости около 15%, что в теории позволяло пилоту относительно успешно контролировать самолёт и осуществлять простые манёвры. Именно из-за этого на самолёте осталось гидравлическое управление, а не использовалось электродистанционное. Другой причиной была большая простота обслуживания первого. Тем не менее впоследствии в Boeing планировали испытать ЭДСУ на самолёте.
Значительное внимание при проектировании самолёта было уделено уменьшению веса и размеров. Достигнуто это было за счёт использования новых композитных материалов не только в обшивке, но и в несущей конструкции самолёта. Это позволило уменьшить вес на 18% по сравнению с вариантом использования обычных материалов, потому значительно подросший в размерах Model 985-213 весил 5700 килограмм против 4700 у меньшего Model 985-121.
В итоге по расчётам Model 985-213 при использовании доработанного двигателя General Electric YJ101 (после незначительных доработок этот вариант станет хорошо известным F404) имел крейсерскую скорость без использования форсажа в 1,6 М — аэродинамика позволяла увеличить её до 1,8, но это требовало установки более мощного двигателя, что было невозможно из-за ограниченного места под запасы топлива. На скорости в 0,8 М предполагалось совершать манёвры с перегрузкой 7,5 G. Согласно математическому моделированию воздушных боёв, такие характеристики позволяли Model 985-213 выйти победителем в два манёвра в дуэли с любым существующим американским самолётом, а также уйти манёвром от большинства существующих ракет «воздух-воздух», особенно дальнобойных.
Высокое значение перегрузок требовало особого подхода к размещению пилота. Наиболее правильным подходом была поза полулёжа под углом 65°, позволяющая человеку достаточно легко переносить перегрузки до 8 G. Но при этом было практически невозможно обеспечить пилоту хороший обзор, особенно при взлёте и посадке. Решение было найдено в использовании кресла с изменяемым углом наклона. В большинстве случаев пилот располагался под углом в 50°, но по необходимости он мог или подниматься до 40° или опускаться до 60°.
Такое расположение также позволило серьёзно улучшить аэродинамику кабины и её остекления. Один из минусов подобного решения, меньшая доступность приборов в кабине для пилота, был ре за счёт использования продвинутых многофункциональных дисплеев и контрольных панелей. Также изначально планировали установить внешние камеры для улучшения обзора пилота, но от этого решения отказались, так как на испытаниях было продемонстрировано, что в ходе воздушного боя использовать их было просто неудобно.
Ещё одним необычным решением стало размещение ракетного вооружения. Как показали расчёты, обычная установка ракет под крыло была крайне вредна для аэродинамики самолёта, создавая проблемы как на сверхзвуковой скорости, так и при активном маневрировании. Вариант установки ракет на законцовках крыла (как, например, было сделано на YF-16) также не подходил из-за размещения там оперения самолёта. В итоге было выбрано крайне необычное решение — ракеты разместили в полуутопленном состоянии на гаргроте фюзеляжа. В этом месте они почти никак не влияли на подъёмную силу и создавали минимальные проблемы для аэродинамики. Перед пуском ракета поднималась специальной трапецией — чтобы выхлопные газы не повредили фюзеляж или кабину пилота.
Ценой такого подхода стало то, что самолёт имел в запасе только две ракеты, мог применять лишь ограниченное количество их видов и не имел ни единой возможности использовать бомбы или любое другое вооружение «воздух-земля». В тех редких случаях, когда Model 985-213 потребовалось бы атаковать наземные цели, единственным доступным вооружением была бы 20-мм трёхствольная пушка М197 с вращающимся блоком стволов. Несмотря на то что её скорострельности было явно недостаточно для воздушного боя, установить шестиствольный М61 Vulkan не представлялось возможным из-за его большой массы и слишком сильной отдачи для столь лёгкого самолёта.
Как уже было сказано выше, изначально Model 985-213 разрабатывался как подвесной истребитель, и в ранних вариантах в дополнение к обычному шасси он имел в конструкции специальный стыковочный узел. Но уже в 1976 году все работы над летающими авианосцами были свёрнуты, и далее истребитель разрабатывался как обычный самолёт, базирующийся на обычных аэродромах, а стыковочный узел был убран из конструкции. В том же году концепция была представлена военным под наименованием Light Experimental Supercruiser.
Предполагалось, что такие самолёты можно будет применять как для поддержки перспективных тяжёлых истребителей, так и в роли фронтовых перехватчиков. В целом концепция военным понравилась: небольшая стоимость при крайне высоких ожидаемых характеристиках. Но были, конечно же, и претензии к представленной конструкции. Так, военных не удовлетворило минимальное вооружение самолёта, его низкая универсальность, достаточно плохой обзор из кабины. Исходя из этих требований проект начал претерпевать некоторые изменения.
В первую очередь началось изучение вопроса изменения компоновки самолёта и использования крыла другого типа. Рассматривались варианты применения схемы «утка» со стреловидным крылом и развитым передним оперением, обеспечивающим статическую неустойчивость, что позволило бы использовать точки подвески вооружения под крылом, пусть и ценой некоторого снижения манёвренности и крейсерской скорости.
Исследовался вариант использования другого и более простого профиля крыла для упрощения конструкции самолёта и снижения его цены. Как показали исследования, это привело бы к снижению крейсерской скорости до 1,3 М, а максимальной на форсаже до 1,8 М, что в целом устраивало военных. Также была пересмотрена конструкция воздухозаборника, добавился вертикальный клин для направления потока воздуха на сверхзвуке прямо к двигателю. Было изменено положение пилота в кабине — теперь он сидел под углом всего 30 градусов.
Это привело к увеличению лобовой проекции кабины, но, с другой стороны, позволило улучшить обзор для пилота и за счёт увеличившегося сечения фюзеляжа разместить лучшую авионику. Также отказались от использования плоского сопла с одной отклоняемой створкой, заменив его соплом с газовыми рулями, что позволило управлять вектором тяги более чем в одной плоскости. Всё это привело к росту взлётного веса самолёта до семи с половиной тонн. Работы над различными вариантами Model 985 по концепции Light Experimental Supercruiser велись до 1978 года, когда Бад Нельсон, а затем и часть его команды, перешли из Boeing в Northrop. Вероятнее всего, именно тогда программа Model 985 была перепрофилирована под разработку тяжёлого сверхзвукового перехватчика нового поколения со скоростями до 3 М, и в этом виде она существовала до 1982 года.
А теперь «Нортроп»
Неизвестно, что стало причиной перехода Нельсона в Northrop, но вскоре за ним последовала и значительная часть его команды. На новом месте он, по сути, занялся дальнейшим развитием своей идеи малого сверхманёвренного истребителя нового поколения. Благо на новом месте всё к этому располагало. Фирма Northrop была известна в тот момент именно проектами дешёвых манёвренных истребителей, хорошо подходящих для стран — союзников США. Это и успешный F-5 с его потомками, и чуть менее успешный F-18L, так и оставшийся в тени «старшего брата» F/A-18.
Неудивительно, что для следующего поколения истребителей в Northrop тоже рассчитывали создать самолёт схожей концепции, с одной стороны, достаточно дешёвый и простой в сравнении с полноценными истребителями своего периода, а с другой — почти ничем не уступающий им. И подход Нельсона для решения этой задачи казался почти идеальным.
В 1980 году ВВС США обратились к нескольким фирмам с предложением предварительно проработать проект лёгкого и дешёвого многофункционального истребителя. Причиной такого решения стало понимание, что стоимость полноценного самолёта следующего поколения, разрабатываемого в рамках ATF, будет слишком велика, чтобы сохранить численность ВВС неизменной, не говоря уже о возможности роста. Поэтому желание иметь лёгкую и дешёвую машину, способную дополнить тяжёлые истребители, было вполне обосновано. Новая программа получила наименование Mission Adaptive Fighter. Одним из участников была и фирма Northrop. Руководить проектом и был назначен Бад Нельсон, поскольку он имел значительный опыт в проектировании подобных машин. Внутри Northrop истребитель получил наименование N-353.
Общими очертаниями N-353 походил на предыдущие проекты Нельсона: это был всё тот же среднеплан-бесхвостка с оперением на законцовках треугольного крыла. Но и новых решений в проект было привнесено немало. Так, была поставлена задача добиться максимального снижения ЭПР при сохранении всех высоких лётных характеристик истребителя. Этим объясняется изменение сечения фюзеляжа, ставшего ближе к прямоугольнику со сглаженными углами.
Кроме того, желание увеличить незаметность самолёта послужило причиной изменения воздухозаборника: вместо привычного для проектов Нельсона размещения его под фюзеляжем (так было и на самых ранних вариантах N-353) теперь воздухозаборники специальной конструкции располагались в основании крыла. Как показали исследования, такое решение привело лишь к незначительному снижению потока воздуха, при этом позволив значительно снизить ЭПР истребителя. Кроме того, это позволило немного сократить вес самолёта. Вертикальное оперение ради снижения заметности для радаров было немного наклонено внутрь.
Крыло имело сверхкритический профиль (схожий с использованным на поздних вариантах Model 985, разрабатывавшихся под руководством Нельсона), хорошо подходящий для маневрирования на скоростях в 0,8 М. Самолёт полностью управлялся при помощи ЭДСУ, что позволило сделать истребитель ещё более неустойчивым в полёте и переложить на «плечи» электронной системы контроль за всеми этапами полёта. С неработающими компьютерами N-353 летать теперь не мог, но это было приемлемой ценой для повышения манёвренности.
Интересно, что вся электроника и проводка были установлены специальными легко снимаемыми модулями, а доступ к ним для техников был максимально упрощён. Это позволило производить обслуживание N-353 даже силами плохо подготовленных техников без специального оборудования. В случае выявления проблем было достаточно демонтировать повреждённый элемент и заменить его аналогичным или с запасов, или буквально сняв его с другого самолёта. В Northrop гордились тем, что при необходимости можно полностью переставить ЭДСУ с одного самолёта на другой всего за 10 часов работы подготовленного коллектива.
Серьёзной проблемой N-353 стало размещение вооружения. Установка подкрыльевых точек подвески по-прежнему слишком сильно снижала манёвренность и к тому же повышала заметность самолётов для радаров. Но военным был нужен полноценный многоцелевой самолёт, а не чистый истребитель, поэтому необходимо было обеспечить хоть какие-то варианты вооружения «воздух-земля».
На помощь снова пришли наработки Northrop для различных стелс-самолётов. Всё применяемое вооружение решили разместить в специально отклоняемой пусковой установке в нижней части фюзеляжа. В обычном состоянии она была убрана в фюзеляж и почти не влияла ни на манёвренность, ни на заметность N-353. Если пилот собирался произвести пуск ракеты или задействовать пушку, оружейный отсек выдвигался на время, достаточное для запуска ракеты или стрельбы из пушки.
Конструкция пусковой установки позволяла разместить различные виды вооружения, комбинируя их, как того требовало предстоящее задание. Это могли быть управляемые ракеты «воздух-воздух» и «воздух-земля», неуправляемые ракеты, пушки и пулемёты. Была предусмотрена возможность смены сразу всего отсека, что в случае необходимости позволяло быстро перевооружить самолёт на земле. При наличии подготовленного модуля тренированная группа техников могла выполнить эту операцию всего за 20 минут.
Конструкция отклоняемого плоского сопла также была переработана с использованием опыта Northrop. Площадь отклоняемой створки была увеличена, что позволило использовать поток воздуха для сокращения разбега при взлёте и посадке до 250 при минимальной полезной нагрузке. Также самолёт получил систему охлаждения выхлопа, а при необходимости существовала возможность перенаправить всю реактивную струю в одну из половин сопла для экранирования от систем теплового наведения.
Сильно изменилась и кабина пилота. От обычной приборной панели отказались ради расширения обзора при сохранении положения пилота полулёжа. Теперь два универсальных дисплея выдвигались из бортов кабины после того, как пилот уже сел в неё. Кроме того, большая часть информации дублировалась на нашлемный дисплей нового поколения. Вес, сэкономленный за счёт использования новых материалов и переработки конструкции, использовали для установки более прочного и тяжёлого шасси, позволяющего эксплуатировать N-353 с грунтовых аэродромов. В итоге взлётный вес истребителя почти не отличался от поздних вариантов Model 985 и составлял 7700 килограмм с вооружением и топливом.
Поскольку проект MAF не требовал высоких скоростей, N-353 имел крейсерскую дозвуковую скорость и разгонялся до сверхзвука лишь на форсаже. Это роднило его с четвёртым поколением истребителей. При этом благодаря ещё большей статической неустойчивости самолёта, лучшим органам управления и доработанному плоскому соплу с отклоняемым вектором тяги по расчётам N-353 мог выполнять манёвры с перегрузкой в 10 G, при том главным ограничением была уже прочность конструкции.
Кроме того, благодаря многочисленным решениям по снижению заметности ЭПР самолёта в передней полусфере составляла всего от 0,8 до 1 м², что, конечно, несравнимо с результатами полноценных стелс-самолётов, но результат хороший. Вместе с умопомрачительной манёвренностью пилот N-353 вполне мог рассчитывать на срыв захвата самолёта средствами наведения ракет и истребителей противника, особенно на малых и средних дистанциях. Всё это позволяло противостоять на равных даже самым опасным противникам в воздухе.
С 1981 года начались работы над экспортным вариантом самолёта, получившим обозначение N-356. Во многом это была упрощённая версия N-353. Так, истребитель лишился почти всех решений по снижению заметности (сохранилось лишь плоское сопло), были значительно упрощены форма крыла и его профиль. Исчезли инновационные воздухозаборники в основании крыла, вместо которых использовали вариант, схожий с F-18, с двумя воздухозаборниками под крылом. От отсека/пусковой установки также отказались — вместо неё точки подвески перенесли на законцовки крыла и под фюзеляж.
Другим важным решением было использование обычного киля в хвостовой части самолёта. Также была проведена работа по унификации проекта с F-18L — общими были до 20% всей конструкции и до 70% электроники. Всё это, конечно же, серьёзно понизило ЛТХ самолёта: N-356 мог выполнять манёвры с перегрузкой до 7,5 G, а о значительном снижении ЭПР не было и речи. Потому, если N-353 вполне можно отнести к пятому поколению, то N-356 стал бы, скорее, истребителем поколения 4+. Тем не менее на 1982 год он всё равно превосходил бы все существующие истребители по манёвренности, проигрывая перспективным американским машинам — как и было задумано.
В 1982 году N-353 был представлен военным под обозначением P900. Он в целом соответствовал всем требованиям программы MAF, хотя к проекту и были высказаны некоторые претензии — например, к переусложнённой и дорогой электронной начинке кабины или слишком лёгкой конструкции фюзеляжа, что могло стать серьёзной проблемой при посадке на грунтовые аэродромы. Тогда же экспортный N-356 продемонстрировали некоторым потенциальным зарубежным клиентам, которые высказали интерес к закупке подобных машин. Точно известно о переговорах с Кореей и Канадой — с представителями последней даже обсуждалась возможность лицензионного производства.
Однако в том же году концепция будущего развития ВВС США была серьёзно пересмотрена в пользу ставки не на сверхманёвренность, а на минимальную заметность всех будущих самолётов. Максимально незаметным должен был стать и перспективный лёгкий истребитель, но пока надо было разобраться с более тяжёлой машиной. Программу MAF свернули, а все работы над лёгкими машинами отложили на несколько лет. Без проекта N-353 для Northrop не имело смысла развивать и N-356, потому прекратили работы и над ним.
Конечно же, наработки по N-353 никуда не пропали — они были использованы во многих последующих проектах Northrop. В конце 1980-х именно исходя из концепции максимально лёгкого и дешёвого манёвренного истребителя (конечно же, в стелс-варианте) стартовала программа Multi-Role Fighter, которая в итоге привела к JSF и F-35, по дороге растеряв и идею о максимальной дешевизне, и ставку на максимально возможную манёвренность. Но это уже совсем другая история.
Источники и литература:
- Tony Chong. Flying Wings and Radical Things: Northrops Secret Aerospace Projects and Concepts 1939-1994 — Specialty Press, 2016
- Willard E. Foss, Jr. Trade Studies Relating To A Long Range Mach 2.6 Supercruiser — NASA, 1978
- Light Experimental Supercruiser Conceptual Design — Boeing Defense and Space Group, 1976
- Bud D. Nelson. Design Scope for Student Supersonic Projects — AIAA, 1987
- Colin Widdison. Propulsion/Weapon System Interaction Model — Boeing Defense and Space Group, 1983–1987
- https://secretprojects.co.uk
