История стелс-технологий, как ни странно, началась не в эпоху высоких технологий, а в последние годы Второй Мировой Войны. Сегодня мы узнаем, как советский физик помог американцам создать первый в мире стелс и, наконец поймем, причём здесь немцы. Итак, давайте разбираться вместе.
Истребители 6-го поколения: новейший стелс из Китая (часть 1)
Истребители 6-го поколения: совсем невидимы? Радиолокационная малозаметность (часть 2)
Эволюция невидимых истребителей. Часть третья
Гонка вооружений холодной войны
В 1950-х годах, с началом холодной войны, между СССР и блоком НАТО развернулась гонка вооружений. Совершенствование систем ПВО и радиолокационных возможностей сделало задачу создания самолёта-невидимки, защищённого от обнаружения радарами, ещё более актуальной.
США стали первыми, где начали создавать самолеты, способные достичь определенной степени невидимости для радаров. К ним относились высотный самолет-разведчик Lockheed U-2, сверхзвуковой самолет-разведчик SR-71 Blackbird и стелс-перехватчик YF-12.
Однако в то время исследования проводились без систематического теоретического руководства и компьютерного моделирования, а также не было развитых технологий для обеспечения малозаметности. По этой причине эти разработки, по сути, не были настоящими стелс-самолетами. Но они показали потенциал и вдохновили ученых и инженеров на дальнейшие исследования и разработки.
Ключевой вклад Уфимцева в рождение первого стелс-самолета
Прорыв в развитии стелс-технологий произошел не только благодаря экспериментальным разработкам в США, но и фундаментальным научным открытиям, в том числе сделанных в СССР.
Петр Яковлевич Уфимцев – советский и российский ученый, физик-теоретик, специализирующийся в области дифракции электромагнитных волн. Он известен как автор теории физической дифракции, которая легла в основу технологии малозаметности (стелс). Его работы объяснили, как форма объекта влияет на его радиолокационную заметность, что впоследствии сыграло ключевую роль в разработке первых стелс-самолетов.
Однако, в Советском Союзе открытия ученого практически остались незамеченными, а разработанная им теория была признана бесперспективной. Доктор технических наук Олег Антонов, работавший с Уфимцевым в закрытом ЦНИИ-108, вспоминал, что эта тема не получила дальнейшего развития, потому что их отдел, руководимый разносторонне образованным ученым Н.А. Кузьминым, в то время был передан совершенно неспособному человеку, сыну влиятельного генерала.
А тогда, в 1964 году Уфимцев сам опубликовал в журнале Московского института радиотехники статью «Метод краевых волн в физической теории дифракции», которая и стала краеугольным камнем в создании современных самолетов-невидимок.
Советский ученый впервые разработал уравнения для моделирования и расчета процессов, которые позволили создать программное обеспечение для проектирования самолетов со сниженной радиолокационной заметностью. Это открытие предоставило надежный метод для теоретической оценки эффективности стелс-технологий и дало возможность проектировать по-настоящему малозаметные самолеты.
Если сказать простыми словами, то Уфимцев не занимался разработкой конкретного самолета-невидимки – его исследования были направлены на поиск методов снижения заметности летающих объектов. Но, главное – он предлагал математическую основу для расчета рассеяния и отражения электромагнитных волн от объектов различной геометрической формы.
Его статья, опубликованная в 1964 году, привлекла внимание зарубежных инженеров, особенно в США, где она послужила основой для создания таких легендарных самолетов, как F-117 Nighthawk.
Но… несмотря на значимость его идей, в Советском Союзе работы Уфимцева долгое время не находили практического применения.
Рождение F-117: первый настоящий стелс-самолет
В 1970-х, с развитием вычислительной техники, в США решили применить идеи советского ученого для создания первого в мире самолета, использующего стелс-технологию. Расчеты американских специалистов показали, что самолет, построенный с применением этой технологии, действительно будет практически невидимым для большинства радаров того времени.
В начале 1980-х годов, благодаря развитию материаловедения, электроники и механики, американская компания Lockheed создала первый в мире по-настоящему малозаметный самолет – штурмовик F-117.
Впоследствии, американский авиаконструктор Бенджамин Рич, возглавлявший подразделение Skunk Works в Lockheed и руководивший разработкой F-117 Nighthawk, признавал, что именно идеи Уфимцева стали основой для создания этого самолета.
Ключевые особенности первого стел-самолета F-117A:
- Чрезвычайно малая эффективная площадь рассеяния (ЭПР). Значение ЭПР составляло всего 0,001-0,01 квадратных метра, что даже меньше, чем ЭПР шлема пилота. Это обеспечивало беспрецедентную радиолокационную малозаметность.
- Уникальная форма. F-117A имел многогранную форму с зазубренными прямыми краями и крыльями с большим удлинением и углом стреловидности. Такая конструкция направляла отраженную волну в узком пучке, делая крайне сложным формирование непрерывного эхо-сигнала для радаров противника.
- Специальные материалы и покрытия. В конструкции самолета использовались передовые материалы, поглощающие радиоволны, и специальные покрытия, которые уменьшали отражение.
- Конструктивные особенности. F-117A отказался от радара управления огнем, использовал полностью динамическое V-образное оперение, внутренний отсек для вооружения и выдвижную антенну. Эти конструктивные решения позволили значительно снизить отражение радиоволн во всех направлениях.
Его уникальная малозаметность была достигнута не только благодаря революционной форме, но и благодаря использованию специальных материалов, поглощающих радиолокационное излучение.
В конструкции F-117A использовалась сложная композитная стеклянная структура из многослойной пленки неорганического металла, в особенности перед кабиной пилота. На стеклах инфракрасных детекторов и лазерных осветителей применялась обработка металлизацией внутренней поверхности или добавление мелкой проводящей проволочной сетки, чтобы уменьшить отражение. Эти меры были применены и к другим сильным отражающим деталям, таким как кромки, ребра и углы самолета. Все это, в совокупности, было призвано поглотить или ослабить радиолокационные волны различной частоты.
Таким образом, из теории Уфимцева родился реальный стелс F-117A, который стал примером реализации концепции по-настоящему невидимого самолета, и новой вехой в истории авиации.
Итак, благодаря ученому из СССР первые стелс-самолеты появились в США, но… прародителями «невидимок» всё-таки были немцы. Как так? Всё довольно интересно.
Немецкое открытие
В канун Рождества 1944 года союзники коалиции, захватив секретную немецкую военную базу, наткнулись на необычные самолеты, форма которых напоминала морских скатов. Это были прототипы немецких истребителей Horten 2-29, которые отличались от обычных самолетов обтекаемой формой и плоским корпусом, похожим на «лепёшку».
Они назывались Horten Ho IX – это были экспериментальные турбореактивные самолёты, разработка которых велась в Германии в годы Второй мировой войны.
Аэродинамическая схема – летающее крыло, проектировалась братьями Хортен с 1931 года. Изначально братья планировали поставить на летающее крыло обычный поршневой двигатель. Но со временем они поняли, что будущее за реактивной техникой.
До полноценного серийного производства Хортены так и не дошли. Были собраны всего 2 лётных экземпляра, которые Геринг распорядился передать Люфтваффе для обороны Германии.
Американцы увезли с собой один экземпляр этого удивительного самолета вместе с документацией для дальнейшего изучения. Исследования показали, что эта необычная форма обладает высокими характеристиками малозаметности, эффективно уменьшая эффективную площадь рассеяния (ЭПР) радиолокационных волн.
Эта совершенно новая концепция позволяла сделать самолет менее заметным для радаров и, что очень важно, была реализована на базе современного для того времени реактивного двигателя, что позволяло машине достигать скорости 970 км/ч – это была первая попытка использовать технологию невидимости на самолетах, которую отчаянно предприняли немцы, оказавшиеся в тупике.
Однако, как и многие другие немецкие разработки того времени, ни один Horten Ho IX не успел побывать ни в одном бою – ни в качестве истребителей, ни в качестве бомбардировщиков. Тем не менее концепция самолета не осталась незамеченной. США, СССР и другие страны сразу же заинтересовались необычной конструкцией и немедленно активизировали собственные исследования, о которых вы и читали выше.
Таким образом, немецкие разработки стали прообразом современных стелс-самолетов!
Вместо заключения
Поистине не знаешь: где найдешь, а где потеряешь.
В следующих частях мы узнаем, как же ответил СССР на первый стелс-самолет из США, что такое «плазменный стелс» и какие страны на сегодняшний день уже готовы создать истребители-невидимки 6-го поколения.
Часть четвертая. «Плазменный стелс» или причем тут 10000°C:
Часть пятая. Какие страны уже готовы создать истребители шестого поколения:
Часть шестая. Зачем нужно «шестое поколение» истребителей, если 5-ое не доведено до конца:
Материал подготовлен совместно с автором канала KosmoFan:
Благодарю, что дочитали до конца. Лайк – лучшее спасибо мне!