Вероятно, одним из главных достижений советской эпохи является огромное развитие технических и фундаментальных наук. Стоит сказать, что за период 1950 – 1970-х, 7 человек стали лауреатами Нобелевской премии по физике, 1 по химии (с 1980 по 2019 всего 3 и то с натяжкой). Число научных работников в СССР в 1975 году составляло четверть (четверть, Карл), научных работников всего мира. Эпоха 1950-1970 ознаменовалось блестящими достижениями в космонавтике, ядерной энергетике и авиационной промышленности. Про последнюю и хотелось бы поговорить.
Уфимцев и метод краевых волн
Весь этот громадный научный потенциал из количества часто переходил в качество. Так, в 1962 году молодой учёный, П.Я. Уфимцев выпустил монографию «Метод краевых волн в физической теории дифракции».
Будучи знаком с ней из курса электродинамики, могу сказать, что чтение довольно тяжелое, но занимательное и неспециалисты в области антенн и СВЧ-устройств мало что поймут в ней. Данная книга состоит из решения задач дифракций на простых телах и преимущественно состоит из вывода формул. Вот таких, например:
С помощью таких вычислений были получены решения ряда дифракционных задач для клина, диска и для этих тел были найдены неравномерные части тока. Существующая на тот момент теория физической оптики не учитывала неравномерную часть тока, которая концентрировалась вблизи излома. Если сказать более грубо, то оказалось возможным более точно описать дальнейшее поведение электромагнитных волн при падении на поверхности с изломами и острыми краями. Более точно предсказать структуру рассеянных волн. Казалось бы, причём тут авиация?
Концепция малозаметных самолётов
С середины XX-го века почти все страны используют радиолокационные станции (РЛС) для наблюдения за воздушным или водным пространством.
Остановимся только на воздушном. Дальность обнаружения объекта: самолёта, вертолёта, чайки или вороны во многом определяется характеристиками РЛС, однако есть одна характеристика которая присуща объекту – эффективная площадь рассеяния (ЭПР). ЭПР является количественной мерой рассеивать электромагнитную волну. Чем выше значение ЭПР, тем дальше можно обнаружить объект. ЭПР определяется физическими и геометрическими свойствами объекта.
Задачи решённые Уфимцевым позволили сформировать концепцию малозаметных объектов. Используя такую идеологию в построении летательных аппаратов и зная характеристики вражеских РЛС можно было значительно уменьшить дальность обнаружения. Такая технология, что в последствии станет очевидным в Югославии (об этом будет рассказано во 2-ой части), может дать огромное преимущество. А я напомню, что время написании монографии 1962, время Карибского кризиса и холодной войны. Мир находился на грани войны и уничтожения. Продолжалась гонка вооружений и использование технологий малозаметных объектов могло позволить выйти вперёд в этой гонке. 4
Однако в Советском союзе не восприняли идею в серьез. И на это есть множество причин. В ту пору советский союз делал упор на скорость и маневренность самолётов (МиГ-15, МиГ-17). Новая концепция предполагала полный отказ от этих параметров. Для постройки самолёта по технологии малозаметности было необходимо переизобрести самолёт, как позже переизобрёл телефон Стив Джобс.
К сожалению, СССР не та страна в которой была возможна какая-либо дискуссия на этот счёт. Точной причины, по которой советский союз отказался от разработки самолёта с малой заметностью неизвестно. Монография разошлась крупным тиражом в 6500 экземпляром и сомнительно чтобы никто из руководства не задумывался об использовании этой теории.
Разработка в США
Перенесемся в США. В то время американские самолёты не могли похвастать своей мощью. Первые разработки малозаметного самолёта в США начались в 1958 году. Однако попытки были неудачными. Самолёты сильно уступали советским, что демонстрировала Вьетнамская война. Их фундаментальная наука отставала. Про метод краевых волн они не слышали до того момента как случайно (а может нет) в 1971 году не перевели монографию Уфимцева. Получив в свои руки теорию, недостающее звено, они начали разработку. Проект получил финансирование в несколько миллиардов долларов. Компании Lockheed и Northrop с помощью теории Уфимцева и моделирования на компьютерах (такое уже было возможно в США в 1975 году) смогли разработать в 1983 году первый самолёт полностью выполненный по технологии Stealth (Stealth – хитрый) – F-117 Night Hawk. один из разработчиков F-117 заявлял
«вклад Уфимцева в построение этого самолёта около 30-40 %, то есть контрольный пакет акций».
Многие журналисты начали писать о "невидимом самолёте". Но это абсолютно некорректно. Во-первых он видимый в оптическом диапазоне, а во-вторых он малозаметный в определенном секторе углов для определенных РЛС.
Поделюсь своим расчётом, проведенным еще в институте. Если посмотреть на диаграмму рассеяния F-117, то видно насколько ниже его фронтальная ЭПР. Благодаря такой форме, самолёт переизлучает большую часть энергии электромагнитных волн в верхнюю полусферу. В направлении на РЛС излучение крайне мало. ЭПР самолета F-117 при облучении с фронтальных и хвостовых ракурсов снижена до 0,1-0,01 м2, что примерно в 100-200 раз меньше, чем у обычного самолета близких размеров
Петр Яковлевич, в это время работавший в НИИ в Москве, ничего не знал о том, что по его монографии в США разработали самолёт. Каково было его удивление, когда в 1990 году он поехав на конференцию в США по приглашению, после окончания доклада, зал аплодировал ему стоя, а он не мог понять, чем снискал такую славу. В СССР он был мало кому известен. Но его монография стала настольной книгой для инженеров Lokcheed Martin. После стольких лет он получил заслуженное. Правда не в своей родной стране. В 90-е годы в России уже никому не нужны научные кадры, экономический кризис и мизерные зарплаты. Уфимцев уезжает работать в Калифорнийский университет в Лос-Анжелесе в качестве приглашенного профессора и участвует в создании стратегического бомбардировщика B2. Сейчас Уфимцеву 88 лет и он живет в Америке.
Стоит упомянуть и про главные недостатки F-117
- 1.Такие ухищрения работают только для частот X-диапазона. Для радаров L и S-диапазонов диаграмма рассеяния будет совершенно иной.
- 2. Если приемник и передатчик расположить в разных местах (бистатическая РЛС), то такой самолёт также не даст преимуществ.
Очень скоро станет ясно, что построение узкоспециализированного самолёта чревато последствиями. Об этом и не только читайте во 2-ой части.
Что Вам понравилось, а что нет пишите в комментариях. Буду рад любым отзывам.
Подписывайтесь, чтобы получать качественную информацию.