Основы теории радиолокационной малозаметности летательных аппаратов в 1962 году изложил физик Петр Уфимцев. Но первыми теоретические наработки советского ученого на практике использовали американцы, произошло это в конце 60-х годов. Длительное время США были единоличными лидерами в стелс-технологиях. Но в этом веке с ними на равных начали конкурировать Россия и Китай.
Авиационные или наземные РЛС, нацеленные на обнаружение самолетов противника, излучают электромагнитные волны. Отразившись от самолета, волны возвращаются на приемную антенну станции, благодаря чему происходит захват цели на сопровождение. Затем координаты цели вводятся в полетное задание ракеты и осуществляется ее пуск.
У кого ЭПР меньше
Радиолокационная малозаметность летательных аппаратов достигается за счет того, что электромагнитное излучение радаров рассеивается в пространстве либо поглощается защитным покрытием. Разумеется, совсем надеть на самолет шапку-невидимку невозможно. Какая-то часть, незначительная, энергии излучения РЛС возвращается обратно, и на больших расстояниях она воспринимается как электромагнитный шум. Но чем меньше расстояние между РЛС и самолетом-«невидимкой», тем больше вероятность его обнаружения.
О принципе действия поглощающих волновое излучение материалов, которыми покрываются фюзеляж и крыло самолетов, прекрасно известно. Но конкретная рецептура используемых в США, России и Китае покрытий засекречена. Известно, что это полимерные материалы, имеющие для поглощения волновой энергии углеродные включения. Что же касается пропорций компонентов, то это один из важнейших секретов, за которым гоняются разведки. Не случайно после падения в море истребителя F-35, принадлежавшего Силам самообороны Японии, в районе аварии наблюдалась большая надводная и подводная активность.
“ Вторжение в Югославию в 1999 году опозорило «Ночного ястреба» – 27 марта с расстояния 50 километров он был обнаружен устаревшим локатором ЗРК С-125, а затем сбит двумя ракетами ”
При использовании лишь одного радиопоглощающего покрытия без придания самолетам особой стелс-геометрии достигается нерадикальное снижение заметности. Этот принцип применяют для модернизации уже существующих истребителей четвертого поколения, благодаря чему их эффективная площадь рассеяния (ЭПР) снижается до 1–4 квадратных метров. В то время как до нанесения покрытия эта характеристика находится в пределах от 5 до 12 квадратных метров.
ЭПР – это энергетическая характеристика, которую принято выражать в единицах площади. Поэтому очень условно можно принять, что РЛС облучает объект, площадь которого еще более условно соотнести с его ЭПР. Если же не заморачиваться на сложной теории Петра Уфимцева, то надо всего лишь знать, что чем меньше ЭПР объекта, тем сложнее радиолокатору его обнаружить.
Ну а при создании малозаметных самолетов пятого поколения, к которым относятся американские F-22, F-35 и B-2, китайские J-20, J-31, российский Су-57, используется еще и геометрическая борьба с радиолокаторами. Формы самолетов зализаны, нет плоских отражающих поверхностей, радиоволны, условно говоря, соскальзывают с корпуса и крыла, рассеиваясь в пространстве. Не допускается размещение ракет на внешних подвесках, они находятся во внутренних отсеках.
Если же говорить о конкретных значениях ЭПР этих самолетов, то однозначно можно сказать лишь, что они меньше 0,5 квадратного метра, хоть производящая истребители-бомбардировщики F-35 компания Lockheed Martin и настаивает на 0,001 квадратного метра. Все это рекламные сведения. Реальная величина ЭПР, которую можно определить лишь в условиях облучения самолета в безэховой камере, засекречена.
Но при этом необходимо знать, что малозаметность самолета зависит не только от величины ЭПР, но и от целого ряда других характеристик.
1. При увеличении мощности, излучаемой антенной РЛС, увеличивается и расстояние, на котором «невидимка» будет обнаружен.
2. ЭПР зависит от ракурса, с которого РЛС облучает самолет. В ТТХ указываются фронтальные значения этого параметра, которые минимальны. Если же светить сбоку или снизу, то заметность самолета существенно возрастает.
3. Ситуация резко меняется, если передающая и приемная антенны РЛС разнесены в пространстве. Именно так работают российские ЗРК С-300 и С-400. То есть на приемную антенну попадают радиоволны, которые «невидимка» «отбрасывает» по сторонам. В этом случае заметность самолета становится почти такой же, как и у машины четвертого поколения. Из этого следует, что воевать на чужой территории, где развернуты мощные зоны ПВО, для «невидимок» крайне опасно.
4. Все вышесказанное справедливо для РЛС, работающих в сантиметровом диапазоне волн. В дециметровом диапазоне малозаметный самолет таковым не является. Если же в наземных станциях используется метровый диапазон, то нет никакой разницы между обычным и стелс-истребителем или бомбардировщиком.
Но при этом следует учитывать и то, что с увеличением длины волны РЛС уменьшается разрешающая способность локации. То есть уменьшается точность определения координат самолета – азимута, угла места, дальности, скорости полета цели.
Конструкторы Су-57 тем не менее к четырем РЛС сантиметрового диапазона добавили еще две дециметровые, антенны которых расположены в крыле. Это позволяет запускать ракету в «область нахождения цели» с тем, чтобы ракета, подойдя к цели на расстояние захвата ее радаром головки самонаведения (ГСН), совершила прицельную атаку. И такая возможность имеется – среди ракетного оружия Су-57 есть РВВ БД, имеющая дальность 300 километров, которую на Западе называют «Длинной кочергой».
По тепловому следу
Однако конструкторы борются не только с радиолокационной заметностью летательных аппаратов. Есть еще два способа обнаружения самолетов – в видимом спектре и в инфракрасном (тепловом) диапазоне волн. Для этого используются оптико-локационные системы (ОЛС), дальность действия которых достигает 50–60 километров. ОЛС имеют два канала – телевизионный и тепловизионный. Также применяются инфракрасные датчики, фиксирующие запуск противником атакующей ракеты.
Для того чтобы снизить оптическую заметность самолета, существует не так уж и много возможностей. Поверх радиопоглощающего покрытия никто не наносит пленки, создающие сложные оптические эффекты. Потому что радиолокационная маскировка куда важнее. Конструкторы ограничиваются особой покраской машин. Американцы в F-35 используют серый цвет с подтеками. Российские конструкторы нанесли на Су-57 «пиксельную окраску».
Куда большую проблему представляет тепловая заметность самолета. И не только потому, что противник увидит при помощи тепловизорного канала ОЛС приближающийся самолет с большого расстояния и это даст ему возможность заблаговременно подготовиться к воздушному бою. Факел работающих двигателей – это прекрасная мишень для ракет с инфракрасной ГСН.
Фото: google.com
Существует целый ряд методов понижения инфракрасной заметности, которые могут использоваться комплексно. Наиболее простой способ работает в случае полета с крейсерской, то есть дозвуковой или околозвуковой скоростью. Его применение возможно, если используются двухконтурные (турбовентиляторные) реактивные двигатели. Внутренний контур двигателя через сопло «изрыгает» раскаленный газ. По внешнему контуру турбина (вентилятор) гонит холодный атмосферный воздух, создающий дополнительную тягу. Его смешивают на выходе с горячим газом, что дает понижение температуры выхлопа.
Однако при повышении скорости полета, когда двигатель работает с большим расходом топлива, охлаждение за счет перемешивания двух потоков уже сказывается гораздо меньше. Когда же происходит переход на форсажный режим, такой метод теряет всякий смысл.
Американские конструкторы в некоторых самолетах делают сопло плоским, за счет чего увеличивается площадь потока выходящих газов и они быстрее рассеиваются. Однако при этом теряется часть тяги. У этого решения есть и еще один недостаток, снижающий маневренность машины. Плоские сопла используются на истребителе F-22, в связи с чем вектор тяги у него отклоняется только в вертикальной плоскости. Для всеракурсного поворота сопла, как это сделано на наиболее маневренных истребителях ОКБ Сухого, это решение не годится.
В стратегическом бомбардировщике B-2 Spirit, где сверхманевренность лишена какого бы то ни было смысла, плоское сопло к тому же загорожено элементами фюзеляжа от обзора с земли. Что нельзя не признать рациональным, поскольку главную угрозу для этого самолета представляют зенитные ракеты «поверхность-воздух».
Длинный путь от «Черного дрозда» до «Духа»
Американцы, отслеживавшие научные публикации советских ученых, довольно быстро среагировали на книгу Петра Уфимцева «Метод краевых волн в физической теории дифракции». Уже во второй половине 60-х годов компания Lockheed создала стратегический разведывательный самолет SR-71 «Черный дрозд», скоростные показатели которого до сих пор не удалось превзойти ни одному серийному самолету. Его скорость достигала 3,2 М, при кратковременном разгоне допускалось выжимать 3,3 М (3500 км/ч).
Самолет вполне заслуживал называться революционным. Он мог подниматься на высоту 29 тысяч метров. Имел максимальную взлетную массу 77 тонн, при этом 46 тонн приходилось на топливо. В общем, был не дроздом, а настоящим монстром.
При этом в нем были воплощены теоретические наработки Уфимцева. Самолет имел сплющенную форму, наклонное вертикальное оперение, в его конструкции не было ни одного прямого угла. Было нанесено радиопоглощающее покрытие.
Однако первый блин оказался комом. Хотя бы потому, что в конструкции присутствовали плоские элементы значительной площади. Но все окончательно погубила инфракрасная заметность. Из мощного двигателя вырывалась громадная струя раскаленных газов. При этом на скорости, превышавшей 2,5 М, фюзеляж, сделанный из титана, сильно разогревался. «Черный дрозд» эксплуатировался 20 лет. И был снят с вооружения главным образом из-за непомерной стоимости обслуживания.
Следующим «невидимкой» стал ударный околозвуковой самолет Lockheed F-117 «Ночной ястреб». Его эксплуатация началась в 1983 году. Был построен по аэродинамической схеме «летающее крыло», как впоследствии и бомбардировщик В-2. В нем была уже более радикально использована стелс-технология, благодаря чему его ЭПР оценивалась, по различным данным, от 0,025 до 0,1 квадратного метра.
Самолет участвовал в войне в Персидском заливе 1991 года. Но вторжение в Югославию в 1999 году опозорило «Ночного ястреба», поставив под сомнение эффективность локхидовских стелс-технологий. 27 марта с расстояния 50 километров он был обнаружен устаревшим локатором ЗРК С-125, а затем сбит двумя ракетами, первая из которых оторвала двигатель, а вторая добила самолет. 30 апреля тот же ЗРК серьезно повредил еще один самолет.
А в конце прошлого века появился самый дорогой в мире истребитель Lockheed/Boeing F-22 и самый дорогой бомбардировщик Northrop В-2 Spirit («Дух»).
В-2 можно назвать самой сбалансированной из машин пятого поколения. То есть невысокая заметность на уровне ЭПР 0,001–0,1 в нем сочетается с большой полезной нагрузкой – бомбардировщик способен размещать во внутренних отсеках до 27 тонн ракет и бомб при дальности полета 11 тысяч километров. Не случайно каждый самолет обошелся Пентагону в 2,1 миллиарда долларов, а стоимость программы разработки составила 44 миллиарда.
И эта сбалансированность чуть ли не исключение на фоне из семи ныне существующих самолетов-«невидимок» пятого поколения. При разработке F-22 во главу угла были поставлены малозаметность и летные качества. И их разработчики вытянули – этот истребитель стал в США самым малозаметным и маневренным при хороших скоростных качествах. Но малозаметность буквально сожрала объем внутренних отсеков для размещения вооружения. F-22 способен брать шесть ракет «воздух-воздух» средней дальности и две для ближнего боя. При этом конструкторы совсем «забыли» о том, что самолет должен не только завоевывать господство в воздухе, но и наносить удары по наземным целям. Для чего прицепили узлы внешней подвески, которые при их использовании по назначению повышают ЭПР до уровня самолета поколения «4+».
Ну и, наконец, о российском Су-57, который в связи с кризисом решили спустить на тормозах. Хоть самолет и получился хороший. И основная претензия к нему по части чрезмерной радиолокационной заметности абсолютно надуманна. Все используют S-образный воздуховод. У Су-57 он прямой, из-за чего через него отсвечивают для РЛС лопатки турбины. Однако это вполне продуманный компромисс. Благодаря такой конструкции удалось держать во внутренних отсеках до 12 ракет как для воздушного боя, так и для ударов по земле.
Необходимо сказать, что прямой воздуховод – это не такой уж большой порок, если он прикрыт противорадиолокационной решеткой. В тендере на создание F-35, помимо Lockheed Martin, принимала участие и компания Boeing, предложившая прототип Х-32 с прямым воздухозаборником. Так вот ЭПР у обоих прототипов была практически одинаковая. Boeing проиграл лишь потому, что его самолет не был приспособлен для эксплуатации на универсальных десантных кораблях.
Что же касается запредельно разрекламированного F-35, то достаточно сказать, что у него всего лишь четыре узла подвески во внутреннем отсеке. И добавить, что недавно было принято решение, запрещающее модификациям F-35В и F-35С летать на сверхзвуковой скорости больше 80 секунд, поскольку от самолета отваливается радиопоглощающее покрытие. Дальше можно не продолжать.