Глаза человека-невидимки - это один из первых известных "ляпов" в истории научной фантастики. Невидимка полностью прозрачен, но глаз человека видит за счёт преломления, отражения, а, в конечном итоге, поглощения световой волны сетчаткой глаза, колбочки и палочки которой определяют яркость и отвечают за распознавание цветов. Как итог, невидимка должен быть слеп, ведь и его глаза полностью прозрачны. К счастью для читателя, Герберт Уэллс о такой детали не задумывался, да и не была она столь очевидна в конце 19-го века.
С появлением технологий "стелс" в авиации, парадокс "глаз невидимки", отчасти, воплотился в реальность. РЛС, для самолёта, основное средство наблюдения за обстановкой в воздухе на средних и дальних дистанциях и в ночное время, для поиска целей на земле, полёта с огибанием рельефа и тому подобного, но его же излучение демаскирует аппарат, в том числе и покрытый радиопоглощающим материалом. Датчики предупреждения об облучении и средства пеленгации радаров появились ещё в 1940-е годы, и почти сразу их начали применять в авиации.
При дотошном подходе к понижению радиолокационной заметности, нет места не только включённой РЛС, но и просто её наличию на самолёте, так как антенну радиолокатора за радиопоглощающими покрытиями прятать бессмысленно*,
- так было до относительно недавнего времени, подробнее во второй части статьи
то уже она сама станет демаскирующим отражающим элементом. На знаковом, первом и самом знаменитом, стелсе F-117A "Nighthawk" радара не было, а антенны систем связи конструкторы либо прятали на "загривке", за кабиной пилота, либо делали выдвижными.
Впрочем, "Ночной ястреб" был не только первым стелсом, но сразу же и и последним настолько тщательно исполненным. Появившийся в 1980-е годы стратегический бомбардировщик B-2, несмотря на использование радиопоглощающих покрытий и схожих форм, нёс и многофункциональную РЛС AN/APQ-181 фирмы Raytheon (Рэйтеон, до 1991-го Хьюз/Hughes), с электронным сканированием. И эта РЛС была одним из первых подходов к техническому решению парадокса "глаз невидимки". Фирма Рэйтеон, тогда ещё Хьюз, создавала AN/APQ-181 специально для B-2, с учётом требований малозаметности.
Чтобы им соответствовать, РЛС автоматически и случайным образом меняет частоты, понижает до минимума мощность сигнала в режимах, где полная не требуется, и имеет широкую полосу пропускания на каждой из частот. Достаточно глупо было бы создавать бомбардировщик, способный преодолевать ПВО на малых высотах, при этом, сигналя на все окрестности лучом РЛС*, на полной мощности в режиме картографирования и/или огибания рельефа. Технология именовалась LPI или LPIR - Low Probability of Intercept Radar/радар с пониженной вероятностью перехвата [сигнала].
- полное наименование РЛС - AN/APQ-181 Radar System; радиолокационный комплекс сантиметрового диапазона состоит из двух отдельных и весьма увесистых РЛС, каждая по 955 кг, с 260 кг антеннами
LPI, в том или ином виде, применяется на всех современных самолётах с РЛС с антеннами с электронным сканированием и уже не выделяется как некая отдельная технология*.
- upd. уже при работе над второй частью статьи я заметил, что LPIR часто упоминается только как технология использования сверхширокополосных шумоподобных сигналов в РЛС или, как минимум, ассоциируется с этой технологией
- подробнее во второй части:
Секреты невидимости.
Чтобы понять все нюансы парадокса и особенности методов его разрешения, а также поскольку нынешние "невидимки" добрались до стадии противостояния себе подобным, нельзя обойти и тему того "как оно, ваще, работает?".
То, что обычно называют "технологиями стелс", применительно к авиации, это сочетание, в различных пропорциях, нескольких методов понижения радиолокационной заметности.
Самая очевидная - применение радиопоглощающих покрытий. F-117A, можно сказать, был "обклеен" лентами и листами радиопоглощающего материала. В случае с B-2 "Spirit", речь идёт не только о наклейке покрытий, также радиопоглощающий слой скрыт в ячеистой структуре под обшивкой "Духа", часть которой выполнена из радиопрозрачных композитных материалов. К моменту принятия на вооружение самолётов 5-го поколения, появились и методы напыления радиопоглощающего слоя, что позволило применять его на сверхзвуковых машинах, для элементов их конструкций сложных форм, а наносить на детали как в собранном виде, так и перед сборкой.
Самая заметная и наиболее эффективная - формирование отражения радиолуча от конструкции самолёта. На примере F-117A этот метод виден наиболее наглядно, но применяется он на всех самолётах, которые принято называть стелсами. Грубо описывая принцип его работы, луч локатора, отразившись от поверхностей самолёта, не должен вернуться обратно на антенну РЛС. Внешне, необходимые для этого формы могут выглядеть довольно необычно, вроде пилообразных кромок поверхностей на F-117A или воздухозаборников с резко выраженными углами на всех истребителях 5-го поколения, включая прототипы. У машин 5-го поколения, в основном, расчёт строится на уменьшении площади эффективной поверхности рассеивания, в первую очередь, на носовых курсовых углах, но и другие направления не игнорируются конструкторами.
Естественно, внешняя подвеска оружия или топлива в эту концепцию никак не вписывается, даже узлы такой подвески - это отличные, в плохом смысле слова, отражатели. Внутренние отсеки вооружения - общая черта всех стелсов, а заодно и истребителей 5-го поколения. Столь же обязательным образом, все истребители 5-го поколения визуально заметно делятся на "верх" и "низ", а отвечающий за это острый "шов" требуется, чтобы минимизировать поверхности направленные прямо на потенциальный вражеский радиолокатор. И нет, это не сварочный шов, такая форма придана цельным деталям. Собственно, все поверхности стелсов ориентированы так, чтобы избежать прямого отражения или переотражения сигнала.
В конструкции отечественного Су-57 видна ещё одна "фишка", присущая истребителям 5-го поколения (и не только) - искривлённые воздухозаборники, которые скрывают как поверхность лопаток компрессора реактивного двигателя, так и его тепло, снижая заметность самолёта в тепловом диапазоне излучений и при отражении радиолуча. На фото выше, можно заметить наплывы на фюзеляже уходящие вглубь воздухозаборника, при столь разном, внешне, исполнении, функционал одинаков.
Наиболее явные внешние отличия старых и новых "стелсов" приходятся на расчёт заметности в метровом и дециметровом диапазонах, в которых работают РЛС дальнего обнаружения. Минимизация отражений в метровом диапазоне требует либо весьма габаритного поглотителя, что практически неприменим в авиации, либо банального уменьшения длины и общих габаритов самолёта. Для дозвуковых B-2 и F-117A можно было выбрать форму летающего крыла, один из наиболее компактных вариантов компоновки самолёта, да и, вообще, издеваться над аэродинамикой как конструкторам заблагорассудится. Именно поэтому они выглядят так непривычно, для людей привыкших к формам обычных самолётов, а не потому что их с розуэльского НЛО срисовывали.
Но истребители 5-го поколения - это сверхзвуковые и сверхманёвренные машины, для которых малозаметность только один из значимых, для боевого применения, факторов. Жертвовать динамическими качествами или способностью к обнаружению цели, ради малозаметности, на этом этапе развития авиации, уже никто не желает.
Сворачивание производства ранних стелсов, что произошло в США, ироничным образом, в разгар их пиар-кампании, во второй половине 1990-х годов, было связано с развитием радиолокации. Не только ростом мощности, чувствительности и разрешающей способности антенн, но и продолжающимся развитием алгоритмов расшифровки сигналов и перспективным применением сетецентрической организации радаров ПВО, что позволяет создавать многопозиционные радиолокационные комплексы, с множеством приёмников и передатчиков на больших расстояниях друг от друга, но работающих как единое целое.
Развитие алгоритмов обработки информации, рано или поздно вернёт, или уже вернуло "в дело" РЛС метрового диапазона, с использованием различных принципов накопления информации, например, методом синтезирования апертуры.
Продолжая эту тенденцию в будущее, несложно было догадаться, что у специализированных невидимок этого будущего не будет. Так или иначе, потребуется подавление системы ПВО, и оно должно быть комплексным, с участием тех же истребителей 5-го поколения.
Как выглядит невидимка?
С поправкой на угловатость, уплощённость и внутренние отсеки вооружений, внешне, истребители 5-го поколения довольно схожи с истребителями 4-го.
В сантиметровом диапазоне, однако, сравнивая истребители 5-го и 4-го поколений, даже с модернизированными с использованием радиопоглощающих покрытий и композитных материалов, заметность их различается на порядки. Без шуток, разница может быть более чем стократной, у самолётов сопоставимых габаритов.
Наиболее часто применяемые, для описания радиолокационной заметности, термины - это эффективная поверхность рассеивания (ЭПР) или эффективная отражающая поверхность (ЭОП). Говоря без усложнений, это те поверхности самолёта, что отражают луч радиолокатора обратно на его антенну. Соответственно, измеряются они в квадратных метрах. Далее мы будем использовать термин ЭПР, так как он, по смыслу, подразумевает и переотражения луча.
При обсуждении такой характеристики как ЭПР нужно иметь ввиду, что его значение зависит от ракурса облучения. У всё того же хорошо известного "Ночного ястреба" F-117A, расчётное значение ЭПР, без учёта покрытий, в зависимости от ракурса, может меняться от 0,001 до 0,9 квадратных метров, при усреднённом значении, для облучения из передней полусферы (0-45 градусов по курсу), равном 0,02 квадратных метра. На практике, видимая на диаграмме неравномерность отражений, даже в пиковых значениях, означает слабый точечный источник на больших дистанциях. При расчётах без учёта радиопоглощающих покрытий, как на диаграмме выше. В то время как 4-е поколение
даёт сильное и равномерное отражение, с пиками для отдельных деталей конструкции. И эта ситуация не меняется при использовании радиопоглощающих материалов, например, на диаграмме для F-14, левая часть показывает характеристики отражения с учётом виртуального радиопоглощающего слоя.
Показатели ЭПР у условного 4-го поколения могут достигать 10-25 квадратных метров для "чистого" металла; с применением композитных материалов, радиопоглощающих покрытий и доработок направленных на уменьшение заметности, снижаясь до считанных квадратных метров (без учёта подвесного вооружения) у современных "нестелсовых" истребителей.
Важно иметь ввиду, при обращении к такой характеристике как ЭПР, что речь никогда не идёт обо всём самолёте, только о ракурсах облучения, показатели по которым усредняются. То есть, не вся расчётная модель F-117A (без покрытия) фонит как 0,02 квадратных метра фольги (прямоугольник 10см на 20см), а только курсовой (носовой) облучаемый сектор.
Посчитай меня, если сможешь!
Получение значения ЭПР - это один из самых противоречивых моментов в любом анализе, от профессионального, до любительского, современной авиации.
Реальные показатели ЭПР самолётов засекречены, причём это касается не только стелсов или 5-го поколения, поскольку точные характеристики отражённого сигнала могут быть использованы при распознавании цели радиолокационной станцией.
Откуда, при этом, берутся сведения об ЭПР того же F-117A, ещё и у вероятного противника? Строится расчётная модель отражений, за основу которой берётся 3D-модель самолёта, что в свою очередь может создаваться даже на основе фото- и видеоматериалов. Параметры радиопоглощающих покрытий могут не учитываться или учитываться условно, или, в свою очередь, моделируются на основе доступных сведений.
Такую работу может проделать, по сути, кто угодно, и точность расчёта будет соответствующей, то есть, какой-угодно.
- кому нужны красивые таблички и циферки, подходите:
- ЭПР указывается в квадратных метрах
На данный момент, наверняка, обсчитан по фото и видео ещё и серийный Су-57, как минимум, есть любительские моды с 3d-модельками под него в компьютерных играх. Главное, имея дело с такими расчётами, помнить, как они получены, и относиться к ним соответственно.
продолжение следует...
