Картина с бегающим по круглому экрану "лучиком", который оставляет позади точки-метки самолётов, как отображение работы радара, давно стала привычна широкой публике. Пусть даже так показывали в кино и те РЛС, что, физически, не могли иметь кругового обзора.
Например, экран радара в самолёте Тома Кукуруза из оригинального фильма Топ Ган, в угоду привычкам зрителей, показывает оператору нечто похожее, по содержанию, на "синий экран смерти Виндоус", вместо тактической обстановки.
Реальный тактический информационный дисплей F-14A, действительно, круглый, но на этом сходство с киношным заканчивается. Собственно, он и круглый, скорее всего, из-за способности AWG-9 получать и обрабатывать информацию от самолётов дальнего радиолокационного обнаружения и управления и авианосцев, привязывая картинку как к ним, так и к иным выбранным оператором точкам/объектам, курсу самолёта и т.д.
И проблема такой привычки восприятия не в том, что "в кино всё врут", а в том, что из-за неё многие люди считают радиолокацию чем-то застывшим во времени. И, подходя к теме "невидимок" пятого поколения, ровно также представляют себе и их, и процесс их обнаружения. Отразился ли "лучик" от цели, появилась на чьём-то экране заветная "точка" или нет. Хотя на примере "Томкэта", построенного ещё в те времена, когда динозавры охотились на мамонтов (в начале 1970-х), уже видно, что самолёт может видеть объекты и чужими "глазами".
Глаза и радары.
Самой простой частью тех процедур, что нужно пройти радио-невидимке на пути к обретению хоть какого-то зрения, будет экранирование тех его органов, что работают в оптическом и инфракрасном спектрах электромагнитных волн. Самолёт радио-невидимка, привычно называемый стелсом, не прозрачный, он отражает радиоволны, несмотря на радиопоглощающие покрытия, просто не допускает их "возвращения" на антенну облучившей его РЛС. Потому и многие решения применяемые на стелсах, оказываются совсем не очевидными.
Например, некоторые приборы, работающие в инфракрасном спектре электромагнитных волн, можно закрыть... решёткой или сеткой, ячейки которой подбираются под те длины волн, которые нужно контролируемо отразить, почти не мешая работе аппаратуры.
- воздухозаборники также закрыты решетчатыми экранами
- в 2000-е годы F-117A получали современное радиопоглощающее покрытие, поэтому на поздних фото некоторые старые элементы экранирования могут отсутствовать
Чувствительные и точные оптико-локационные станции или отдельные оптические и теплопеленгаторы, впрочем, закрывать сеткой нежелательно, как тщательно её ни подбирай, страдает их эффективность. Прозрачных, в этих диапазонах, радиопоглощающих покрытий либо просто не существует, либо их эффективность оценивается слишком низко. В результате, в ход идёт то, что заставляет современные истребители смотреться жертвами любителя тонировки стёкол. Ведь нельзя забывать про ещё один, самый важный оптический прибор на самолёте, про глаза пилота. Фонари кабин самолётов нельзя запаковать под решётку, даже на неказистом дозвуковом F-117 не рискнули так поиздеваться над аэродинамикой, что уж говорить про сверхзвуковые истребители.
К токопроводящему, отражающему/рассеивающему слою на приборах имеется главное очевидное требование — не «заслонять» его рабочий диапазон излучений. Это относительно просто реализовать для оптики, заметно дороже, но вполне реально для инфракрасного излучения и даже, одновременно, для того и другого. Но у покрытия фонаря кабины есть нюансы — размер и форма. Остекление сложной формы и достаточно велико, чтобы на нём ощутимо сказывалось тепловое расширение/сжатие. Соответственно, нанесённое покрытие должно пережить такое испытание, без образования трещин и складок. Оставить остекление просто из пластика, как правило, радиопрозрачного, значит открыть доступ радиоволнам к ещё более сложной внутренней поверхности кабины, которая уж точно, что-нибудь, да отразит в сторону локатора.
Наша постоянная фотомодель - «Ночной ястреб» - демонстрирует, как решали эту проблему ещё в те далёкие года. Остеклением из плоских панелей небольшой площади, которое покрывалось золотой, в прямом смысле слова, плёнкой. Для сверхзвукового истребителя пятого поколения, решение, мягко говоря, не подходящее.
Ответом стали, конечно, же нанотехнологии (на самом деле, не нано-, а микро-). На остекление фонаря кабины наносится не плёнка или ровный слой покрытия, а нечто подобное микроскопической металлической* чешуе, в которой отдельные элементы не стыкуются краями, а накладываются друг друга, эта чешуя может паковаться между слоями другого полимерного покрытия, и так повторять до готовности отражающего слоя. Не будь все детали покрытия микроскопических размеров и толщины, смотрелось бы весьма футуристично.
- токопроводящей, как обязательное условие
- такие покрытия используются и на многих современных истребителях 4-го поколения
Совсем обойтись без работы над формой фонаря кабины создателям самолётов пятого поколения, однако, не удалось. Зависимость здесь вполне очевидна, форма фонаря должна продолжать форму корпуса, не создавая ни уголкового отражателя, ни иного "возвратного" отражения. Если посмотреть на машины 4-го и 5-го условных поколений, то можно заметить, что формы кабин истребителей-пятерок схожи между собой в большей степени, чем с аналогичными истребителями предыдущего поколения от тех же фирм-разработчиков.
- изначальный разработчик F-16 - фирма Дженерал-Дайнемикс, но в начале 1990-х самолёт, точнее контракты на его производство, конструкторская и производственная документация, были проданы Локхид-Мартин
- если кто-то чего-то не понимает, начните с первой статьи:
Как спрятать радиолокатор от радиолокатора?
Просто повернуть... И это не совсем шутка. Насколько парадоксально сложной* выглядит задача спрятать антенну радара от радиолуча того же, например, сантиметрового диапазона, используемого в РЛС современных истребителей, настолько же, по-дурацки, простым может быть один из методов её частичного решения.
- парадокс невидимки же
Антенны РЛС с электронным сканированием собираются из множества активных элементов, вместе составляющих единый плоский "блин" активной фазированной антенной решётки (АФАР). Элементы АФАР работают со "своим" лучом как приёмники и передатчики, но для любого другого будут просто отражателями, что и делает такой метод возможным, в теории.
- на практике, мне не удалось найти фото самолёта 5-го поколения в полном сборе и с открытым "клювом"; на фото, на демонстрационных стендах, и на некоторых эскизах компоновки истребителей 5-го поколения такое решение просматривается, плюс к тому метод описывается и в научных статьях
- чем глубже в 5-е поколение тем, увы, больше будет такого теоретизирования
- на стенде РЛС выставлена полным комплектом аппаратуры, но в описаниях установки таких радаров делается особый упор на то, что никаких лишних деталей под обтекателем нет, только "блин" неподвижно установленной антенны, остальное скрыто в корпусе самолёта
Эффективность подобного метода снижения радиолокационной заметности можно назвать явно недостаточной, тем более, что враждебный локатор может находиться и выше по курсу движения самолёта, скорее всего, конструкторы обращаются к нему, как к легко реализуемому и действующему даже при работающей РЛС.
Разумеется, одним только поворотом антенны дело не ограничивается, и РЛС скрыта не под простым радиопрозрачным обтекателем. Видно это по форме носовой части любого из истребителей 5-го поколения.
Для обтекателей РЛС истребителей условного пятого поколения, вероятнее всего, используется "умное" экранирование. Материалы меняющие свойства от радиопрозрачности, в рабочем диапазоне РЛС, до поглощения и/или отражения/рассеивания луча, когда РЛС не используется.
Для Су-57, на котором установлен, помимо носового блока РЛС сантиметрового диапазона, ещё и крыльевой блок РЛС дециметрового, возможно и использование узкополосного экранирования, то есть, обтекателя прозрачного только для частот РЛС. Впрочем, вероятнее, что применяется одна и та же технология для всех РЛС Н036 "Белка" комплекса Ш-121 на Су-57.
- на схеме отмечено два варианта расположения для крыльевого блока антенн под обозначениями N036L для наиболее вероятного и N036L* для альтернативного
- X - англоязычное обозначение для сантиметрового диапазона длин электромагнитных волн, L - дециметрового
"Умное" экранирование, при всей его продвинутости, не снижает ЭПР самолёта при работающей РЛС. Помимо того, что супостатом может регистрироваться её излучение, так ещё и сам антенный блок может дать "блик" на чужой локатор. Более того, антенны приёмников пассивных датчиков и систем связи имеют все те же проблемы и риск "бликануть", что и РЛС.
Вслепую.
Современному истребителю вовсе не обязательно включать бортовую РЛС, для контроля обстановки в воздухе или для применения оружия. Равно и невидимке Уэллса не нужно было бы видеть, если бы он, как типичный герой комиксов, мог не только ориентироваться, но и драться на слух или по чьим-то подсказкам. Помимо пассивных датчиков работающих в разных диапазонах излучений (см выше, например), включая и радио, есть и вариант получать всё из "чужих рук".
Упомянутый в начале статьи Томкэт, с его СУО AWG-9, получал данные об обстановке в воздухе от своего авианосца или от самолёта AWACS/ДРЛОиУ, "главный калибр" F-14, ракета "воздух-воздух" большой дальности AIM-54 "Феникс" имела активную радиолокационную ГСН, но работающую только на конечном участке траектории*, для 1970-1980-х годов это было прорывное техническое решение. За неимением прямой потребности, и из-за огромной стоимости ракет с активной ГСН, по миллиону долларов каждая, технологии пуска "Фениксов" без подсвета самолётной РЛС, в то время, не разрабатывались, но все составляющие уже имелись.
- в зависимости от модификации ракеты, её ГСН имела либо полуактивный, с подсветом от F-14, и, на подлёте к цели, активный, с работой собственной РЛС, режимы - AIM-54A
- либо командно-инерциальный, с коррекцией с борта F-14, для маловысотных целей, тот же полуактивный, и, на конечном участке, активный режим радиолокационной ГСН - AIM-54C
По состоянию на начало века 21-го, все составляющие "слепого" пуска ракет не просто есть, но и являются обязательными и для современного истребителя, и для современного ракетного вооружения.
Тупик такого направления развития, заложен в зависимости истребителя от сторонних средств контроля воздушного пространства, если оставить только один этот путь получения информации и применения ракетного оружия.
Оптимизация.
Первой, упоминавшейся и в прошлой статье, попыткой обеспечить малозаметный самолёт стелс столь же малозаметным радаром, было внедрение технологии LPIR - радаров с низкой вероятностью перехвата сигнала. Технология оптимизировала работу РЛС, а также давала возможность быстрой смены частот, не решая, радикально, проблему регистрации излучения радара противником, а, в основном, избегая избыточного его использования. В описаниях американского F-22 Рэптор она постоянно упоминается как его "фишка", но применяется, в разных вариациях, на большей части современных истребителей, как условных 4-го, так и 5-го поколений.
Тут нужно отметить, только, что, как обязательная составная часть LPIR, часто упоминаются и сверхширокополосные шумоподобные сигналы, на которых могут работать только современные самолётные РЛС с активной фазированной антенной решёткой - и вот это уже, действительно, "фишка" 5-го поколения (об этом речь пойдёт ниже).
Как гибрид мер оптимизации работы радара и "слепого" пуска, можно описать технологию "мягкого" захвата цели. Современному ракетному оружию доступны наведение по командам бортовой системы управления огнём (СУО) самолёта, либо по запрограммированной той же СУО траектории, с командами от инерциальной навигационной системы самой ракеты*. Эти режимы не могут точно вывести ракету на цель, но способны обеспечить её подход на дальность захвата цели головкой самонаведения. Если не считать ракет с полуактивной ГСН, как называются те, что наводятся на отражённый от цели сигнал самолётной РЛС, то прямой подсвет цели радаром можно, вообще, исключить. А для тех же полуактивных ГСН, оптимизировать, переходя на подсвет цели только на конечном участке траектории.
- команды также подаются на ИНС ракеты, такой режим может называться командно-инерциальным или радиокоррекцией
Противник будет регистрировать сигнал РЛС, работающей в режиме сканирования, на обзор воздушного пространства, но не сможет понять готовится ли по нему применение оружия.
- собственно, когда вы читаете о том, что "самолёт способен сопровождать одновременно /такое-то количество/ целей", то вы читаете именно об этом - сколько целей способна "запомнить", для последующего применения оружия, бортовая СУО
- советский перехватчик МиГ-31, первым, ещё в конце 1970-х годов, получивший РЛС с электронным сканированием (у F-14A была РЛС со щелевой антенной решёткой), мог сопровождать, таким образом, до 12 целей, но его "главный калибр" - Р-33 имела полуактивную ГСН
Точное наведение на цель, на конечном участке траектории, обеспечит ГСН самой ракеты. Такая ГСН может быть пассивной, наводящейся на цель излучающую в инфракрасном (тепловом) спектре или в радиодиапазоне, на излучение РЛС противника, например. Такие ракеты давно освоены в производстве, включая и ракеты средней дальности, но, судя по направлению развития ракетных вооружений, более перспективным считается активное наведение.
В данном случае, массовое производство УРВВ с активной радиолокационной ГСН началось в США с ракет AMRAAM (Advanced Medium Range Air-to-Air Missile - продвинутых/прорывных ракет воздух-воздух средней дальности) в 1990-х годах.
Ракеты семейств AIM-120 (AMRAAM, США), Р-77 (РВВ-АЕ, Россия) и PL-15 (Китай) - это и есть "длинная рука" истребителя-невидимки, хотя, технически, они сохраняют возможность применения ракет с полуактивными ГСН, равно как и ракеты с активными ГСН могут применяться с "обычных" истребителей. Формально, все они средней дальности, хотя некоторые их модификации уже приближаются по возможностям к Р-33 и "Фениксам" (предельные дальности пуска свыше 100 км).
Настоящий стелс - это когда ты легко прячешься под палой листвой со включёнными газовой горелкой и автомобильной фарой,...
Шумовая или шумоподобная сверхширокополосная радиолокация появилась в 1990-х годах 20-го века, став из теории практикой сравнительно недавно, с развитием как технической части радаров, с появлением РЛС с электронным сканированием, так и алгоритмов обработки сигналов.
Если не вдаваться в научные подробности и классификацию сверхширокополосных сигналов, не все из которых относятся к шумоподобным (и наоборот), то для самолётных РЛС, вероятнее всего, доступен такой вариант СШП сигнала, в котором радар излучает какое-то количество ("пачку") сигналов/импульсов, на разных частотах, на этапе приёма отражённых сигналов, "собирая" из них единую картину. Это также позволяет использовать импульсы меньшей мощности, чем у обычного "одинарного" сигнала.
- для наглядности - "аналоговое" сжатие широкополосного сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ)
- схема из статьи "Активная локация с использованием широкополосных хаотических сигналов" Залогин Н. Н., Калинин В. И., Скнаря А. В.
Для такого трюка требуется РЛС именно с активной фазированной решёткой, состоящей, конструктивно, из множества отдельных активных элементов.
- я видел фотографии и с самой антенной дециметрового диапазона, но тот сайт ушёл в какой-то странный режим работы, фото больше недоступно и поиск его не видит, для примерной демонстрации того, что скрыто под обтекателем - второе фото
- на обеих фотографиях - выставочные образцы нулевых или начала 2010-х годов
При обработке сигнала, только радар-отправитель знает, на каких частотах и с какой длительностью он излучал, для любого другого приёмника, такой "составной" сигнал станет подобием бессмысленного шума из сигналов малой мощности, особенно, если алгоритм работы передатчика намеренно придаёт ему вид помех, что и даёт нам название "шумовой" или "шумоподобный", а также отнесение этой технологии к LPIR - радарам с низкой вероятностью перехвата [сигнала]*.
- а поскольку всё секретно, то ещё и к путанице с тем, что же относится к LPIR
Шумоподобный сигнал, раз его сложно обнаружить, с большим трудом поддаётся и постановке помех, на что влияет и уникальность набора сигналов, распознаваемого приёмником среди настоящего радиошума и помех. Ещё одно достоинство сверхширокополосных сигналов - возможность широко "растянуть" их полосу пропускания, решая проблему возникающих при его отражении искажений.
Техническое ограничение у диапазона такого сигнала - это рабочий диапазон РЛС, но, чем шире диапазон, тем сложнее обработка отражённого сигнала. В качестве косвенного ограничения выступает необходимость экранировать элементы АФАР друг от друга, либо ограничивать мощность идущих "врасколбас" сигналов, чтобы радар не забил помехами сам себя. В научных статьях и литературе отмечается, что, на практике, шумоподобный сигнал имеет ограничения и по эффективной дальности применения*.
- в работе Борзова А.Б. "Миллиметровая радиолокация." указаны дальности от 10 км до 50 км
...но тебя всё равно видно.
Со всеми перечисленными недостатками, шумоподобные сверхширокополосные сигналы - это наиболее близкое подобие решения парадокса невидимки. Они не устраняют проблему отражения чужих сигналов от антенны РЛС, имеют серьёзные ограничения, но, в остальном, формула "видеть, оставаясь невидимым", работает.
Или нет? На том уровне развития радиолокации, что позволяет добиваться подобного, появляются и новые возможности для поиска малозаметных объектов.
Но тут сразу нужно пояснить, что в предыдущем разделе рассматривалось техническое решение, которое, наверняка, существует и, скорее всего, используется, хотя все подробности секретны. А здесь, речь пойдёт о том, что возможно реализовать на существующей технике, но используется оно или нет - неизвестно, есть лишь косвенные свидетельства.
Для начала, вновь вернёмся к той особенности современных стелсов, о которой речь шла в предыдущей статье. На истребителях 5-го поколения основные меры по снижению ЭПР приняты от сигналов сантиметрового диапазона, радиопоглощающее покрытие эффективно и для более высоких частот, даже более эффективно, но чем ниже частоты, тем выше ЭПР.
- инфографика по значениям ЭПР истребителя F-35 - статья "Low Observable Principles, Stealth Aircraft and Anti-Stealth Technologies", авторы - офицеры ВВС Греции: K.Zikidis, A.Skondras, C.Tokas
- цвета на инфографике: красный - пониженный ЭПР, жёлтый - низкий ЭПР, зелёный - минимальный
Авторы статьи (греческие авиаторы), для своей инфографики, не случайно выбрали "беспокоящую" цветовую гамму, площадь эффективной поверхности рассеивания, только в зависимости от ракурса облучения, в сантиметровом диапазоне, может отличаться в сотни и тысячи раз. Здесь всё упирается в разрешающую способность радаров, для которых даже наибольшие значения ЭПР истребителя 5-го поколения, всё ещё, очень "трудная мишень", а большая длина волны означает и меньшую разрешающую способность, при прочих равных.
Получить высокую разрешающую способность радара на длинных волнах, однако, не просто возможно, такие технологии давно уже применяются. И не только в радиоастрономии, но и в авиационной разведке.
РЛС бокового обзора довольно габаритны, ведь помимо "виртуальной" длины антенны, получаемой при движении самолёта, за счёт синтеза единой картины из множества отраженных сигналов, для работы с метровыми волнами, всё равно, требуется довольно габаритная антенна. Впрочем, РЛС бокового обзора ставились и на такие машины как Су-24МР и МиГ-25РБТ.
В дециметровом диапазоне, антенны заметно меньше, как можно видеть на примере крыльевых антенн Н036. Вопрос здесь в том, с какой скоростью необходимо обрабатывать отражённые сигналы, чтобы формировать актуальную картину воздушной обстановки, а не вести съёмку земной поверхности, которая от самолёта никуда "не убежит"?
За виртуальную часть антенны, в таком режиме работы радара, будет отвечать, всё также, движение самолёта, но и тут есть очевидное отличие траекторий полёта сверхманёвренного истребителя, в боевой обстановке, и самолёта-разведчика, "подглядывающего" из-за линии соприкосновения.
Разумеется, вполне может быть и так, что антенны, похожие на антенны РЛС бокового обзора для радиотехнической разведки земной поверхности, ими и являются, а всё описанное выше - частный случай синдрома поиска глубинного смысла.
И этот пример нужен, главным образом, для понимания того, что современные технологии малозаметности не вышли на свой пик возможностей, ещё остаётся пространство решений как для борьбы с ними, так и для их дальнейшего развития.
Итоги.
Оценки возможностей стелсов, в широком публичном поле, колебаются от "это волшебство, вам дикарям не понять" до "фу, его даже югославы сбили". И любимая многими стратегия поиска истины посередине, на самом деле, не даёт ничего, кроме новых заблуждений.
Парадокс зрячего невидимки выбран для наглядности того, насколько тема технологий снижения радиолокационной заметности, на сегодняшнем её уровне развития, выходит за рамки простой шкалы хорошо/плохо или работает/не работает.
При тех наименьших значениях площади эффективных отражающих/рассеивающих поверхностей, которыми любят хвастаться их разработчики и производители, он, по сути, слеп. Ведь даже антенны систем предупреждения об облучении - это лишние источники отражённых сигналов, не говоря уже о метровом "блине" антенны РЛС. Только компромиссы между заметностью и информированностью и очень сложные технические решения делают возможными феномен малозаметного истребителя.
