Scienty

Много мифов появилось вокруг термина «стелс», мало связанных с действительностью. «Naked Science» разбирается, что такое самолеты-невидимки и действительно ли их не видят радары.

В июле 2018 года местоположение истребителя-бомбардировщика F-35I Adir (версия «Локхид-Мартин» F–35ВВС Израиля эксплуатировали самолет «Молния II», который выполнял боевое патрулирование. Несколько десятков минут данные о его полете отображались в сервисе отслеживания.
Этот инцидент привлек много внимания: малозаметный военный самолет пятого поколения оказался виден в гражданском приложении. Вопрос был поставлен — является ли «стелс» действительно таким? Поклонники авиации знают, что появление «самолетов-невидимок» на таких сервисах… Flightradar не является чем-то из ряда вон выходящим.

Во время мирных полетов военнослужащие иногда используют аналогичные транспондеры. ADS-BВоенные самолеты могут использовать те же стандарты передачи данных, что и гражданские воздушные суда. Это упрощает навигацию и повышает безопасность в районах с интенсивным воздушным движением. Тем не менее, военные аппараты могут передавать искаженные или поддельные данные по открытым частотам. Это осуждается, так как может привести к катастрофическим инцидентам.

Гражданские радары не регистрируют «стелс»-самолеты с выключенным транспондером, а как же военные РЛС? В чем для них разница между обычным самолетом и летательным аппаратом со скрытыми параметрами? Может быть, и их он тоже не обнаруживается? Кратко: видят, но не всегда — то есть скорее плохо и только на близком расстоянии.

Невидимость самолета осуществима только теоретически и лишь при ограниченном спектре излучений. Современные технологии «стелс» стремятся радикально уменьшить заметность военной техники. Цель – оставаться незамеченным до момента нанесения удара.

Это достигается благодаря большому количеству сложных технических решений, приемов и особенностей тактического использования. Для объяснения этого процесса нужно ненадолго углубиться в основы радиолокации и воздушной навигации.

Иголка в стоге сена

Независимо от применяемых методов — визуальных в диапазоне видимого света, инфракрасной или ультрафиолетовой частей спектра, либо радиолокации — задачи диспетчеров, летчиков или операторов ПВО можно разделить на два класса: поиск и идентификация. Объект можно обнаружить в воздухе, используя испускаемое им или отраженное от него излучение. В случае отражения также выделяют излучение стороннего источника и специально направленное на летательный аппарат.

Этот принцип легко понять по обыденным примерам. В небе мы видим самолет благодаря отражённому от него свету солнца или других источников, например, Луны или прожекторов. Ночью сияние звёзд не помогает, поэтому на крыльях и хвостовом оперении любого воздушного судна обязательно установлены проблесковые огни для предотвращения столкновений.

Этот способ обнаружения был первым и успешно применяется до сих пор. В эпоху, когда радаров не существовало, их заменяли поисковые прожекторы ПВО — наводчики зениток видели свет, отраженный от фюзеляжей вражеских самолетов.

С помощью акустических пеленгаторов иногда находили самолеты с поршневыми двигателями. Это были локаторы с расширенными приемниками, роль которых выполняли человеческие уши или простые электронно-механические устройства. После появления реактивной авиации эффективность метода снизилась: предупреждение поступало слишком поздно.

Развитие радаров привело к увеличению дистанции обнаружения, но самолеты стали быстрее.
Разные диапазоны волн обладают специфичными возможностями. Коротковолновые радары обеспечивают высокое разрешение и определяют траекторию и скорость полета даже снарядов, но их радиус действия ограничен из-за поглощения атмосферой. Длинноволновые радары способны обнаруживать объекты на сотни километров, но получаемая информация неточна.

Это птица? Это самолет?

Идентификация летательных аппаратов представляется значительно сложнее. В течение длительного периода после Второй мировой войны расчеты ПВО изучали силуэты самолетов вероятного противника. При визуальном обнаружении это позволяло быстро и достаточно точно определить, что летит. Однако от ошибок никто не был застрахован. С радиоволнами нет привычного изображения — в лучшем случае примерные размеры, скорость и направление движения.

Для гражданских радиолокационных станций спасеньем служит транспондер самолета, у военных есть системы опознавания «свой-чужой». Ответчик непрерывно передает ряд параметров воздушного судна: идентификатор, скорость и высоту, а в новых системах и точные координаты. Но при отсутствии такового все становится затруднительным.

Вначале операторы радиолокаторов, а потом специальные вычислительные машины по основным параметрам цели быстро ее классифицировали. Например, если объект летит сверхзвуковой скоростью, не меняет траекторию и плавно снижается — это, скорее всего, ракета. Если же он движется на постоянной высоте, меняет курс и поддерживает дозвуковую скорость — почти наверняка самолет. Но для точного определения объекта требовалось более определенное доказательство.

В середине XX века физики установили, что число отражённых радиоволн мало изменяется в зависимости от размеров самолёта. К примеру, стратегические бомбардировщики 1950-х годов. Британские Avro VulcanСоветский Ту-95 и английский аналог поднялись в воздух примерно в одно время. Тогда речи о «стелсе» ещё не шло. Однако на радарах отечественный самолет светился, как новогодняя елка, а его конкурент из Великобритании был практически незаметен. VulcanВ сравнении с другими вариантами, данная модель отличается наименьшим размером крыла и фюзеляжа приблизительно на 40%. Такая разница объясняется аэродинамическим компоновкой и выбором силовой установки.

Материал, применяемый в конструкции, представляет собой отдельную историю. С 1941 по 1953 год британские Королевские Военно-воздушные силы использовали «Де Хевилленд». DH.98«Москито». Большинство деталей этого ночного истребителя-бомбардировщика состояло из дерева, фанеры и текстиля. Это делало его практически незаметным для радаров того времени.

Достигнув определенного уровня разрешающей способности, радиолокационная техника показала, что у каждого типа летательных аппаратов свой, уникальный сигнал отражения. Возникла задача для разведки всего мира: охотиться за РЛС-сигнатурами — то есть диаграммами отраженных радиолучей, характерными для каждой модели самолета. Снимая отпечатки с самолетов вероятного противника путем облучения их радарами под разными углами, можно было собрать коллекцию «слепков». Потом такие «карточки» загружали в компьютеры РЛС, и отличать истребители от бомбардировщиков или ракет стало проще.

Известно, как противодействовать такому шпионажу: во время мирного времени или вне зоны боевых действий все самолеты, предназначенные для скрытого полета, а также многие относительно новые (еще не «засвеченные») летают с специальными отражателями.

Загадочный термин ЭПР

Почти всегда в контексте малой радиолокационной заметности употребляют это сокращение. Эффективная площадь рассеяния (ЭПР) — одна из главных характеристик любого современного военного самолета. В упрощённом виде её можно понять так: ЭПР истребителя, равна одному квадратному метру, означает, что он отражает столько волн определённой длины, сколько непрозрачная поверхность размером метр на метр, установленная перпендикулярно излучателю.

Пример со стратегическими бомбардировщиками наглядно продемонстрировал, что размер самолета не определяет ЭПР напрямую. Понимание этого факта инженерами и учеными стало основой для концепции «стелс» в современном смысле. Разработка необходимых физических моделей и расчетов заняла долгие годы. В итоге военные получили две новости: хорошую и плохую, как в плохом анекдоте.

Самолет можно было сделать практически незаметным для большинства радаров. Но воплощение этих идей оказалось сложной и дорогой задачей. В то время, более полувека назад, не существовало мощных компьютеров и необходимых материалов, поэтому пришлось много экспериментировать.

Воплощение «в металле»

Противоположно популярному убеждению, легендарный самолет-разведчик… SR-71Хотя конструкция не была ориентирована на «стелс-технологии», при её разработке всё же учитывалась задача минимизации радиолокационной заметности. Некоторые поверхности машины были покрыты специальными материалами, поглощающими радиоволны. Кроме того, многие элементы конструкции проектировались таким образом, чтобы вызывать переотражение радиоволн и их взаимное затухание.

В доступных сведениях отсутствуют точные данные о влиянии данной меры на уменьшение радиуса обнаружения «Черного дрозда». Опыт боевых действий советских зенитно-ракетных войск свидетельствует о SR-71Отслеживание этой цели было сложной задачей, причина — в том, что она была малозаметна. Разведчик обнаруживался с помощью радара лишь вручную, так как на его борту имелись мощные средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Автоматика советских РЛС 1970-х и 1980-х годов не позволяла эффективно фильтровать помехи.

Впервые настоящий «ステルス» появился как… Lockheed F-117 NighthawkПри разработке этого боевого самолета впервые использовались все тогдашние технологии маскировки.

• Сконструирован по аэродинамической схеме, напоминающей «летающее крыло» — «бесхвостка», без горизонтального хвоста и оперения (хотя кили сохранились), с заметно утолщённым фюзеляжем.

• Внешние элементы корпуса размещались под определёнными углами для отражения радиоволн от источника. Кýl находился под острым углом к корпусу.

• Лопатки компрессоров двигателей — одна из самых заметных в радиодиапазоне деталей с фронтальной проекции. По этой причине каналы воздухозаборников силовых установок закрывались сетчатыми шторками из радиопоглощающих материалов. Это уменьшало эффективность работы двигателей, но экранировало их.

• Большинство наружных поверхностей имело такое же покрытие.

• Часть выступающих элементов, таких как антенны, датчики и сенсоры, защищены специальными крышками или сделаны убирающимися.

• Внутренние перегородки отсека вооружений и все крышки технологических отверстий были оборудованы пилуобразными краями с гранями, параллельными кромке крыла. Это давало всего несколько точек обзора, с которых самолет был немного лучше различим.

• Чтобы ракеты с инфракрасной головкой самонаведения не могли эффективно навестись на самолет, сопла его двигателей вывели на верхнюю плоскость фюзеляжа. Кроме того, у них прямоугольное сечение для улучшения смешивания горячего выхлопа с окружающей средой. В дополнение к этому за камеры сгорания подавался дополнительный объем воздуха для снижения температуры истекающих газов. К слову — эта конструкция еще сильнее снижала эффективность двигателей и была довольно тяжелой.

О проблемах, вызванных такой конструкцией самолёта, написано множество страниц. Отметим их кратко. Машина оказалась крайне неустойчивой аэродинамически, из-за чего потребовалась сложная и дорогая электродистанционная система управления. Вследствие того что собственная РЛС самолета — мощный демаскирующий элемент, у… F-117Отсутствие радара на борту ограничивало применение вооружения лазером или при помощи внешнего целеуказания.

Дополнительные средства защиты, такие как отстреливаемые контрмеры и станции РЭБ, добиться малой заметности не удалось. Поэтому пилот при срабатывании оповещения об атаке мог рассчитывать только на своё мастерство во время манёвров уклонения и на то, что ракета из-за «стелс-технологии» потеряет цель.

Прогресс

С развитием вычислительной техники, материаловедения и общего прогресса в авиации концепция малой заметности стала совместима практически со всеми требованиями к военному самолёту. После относительно успешного «Ночного ястреба» появились совершенно фантастические машины. Пусть и безумно дорогой, но Northrop Grumman B-2 SpiritДоказано, что стратегический бомбардировщик с большой дальностью действия может быть почти незаметен для радаров, сохраняя при этом все возможности, отвечающие его предназначению.

А появление Lockheed/Boeing F-22 RaptorЭто стало наглядным примером применения стелс-технологии на истребителях. Современные малозаметные летательные аппараты создаются с использованием еще более совершенных технических решений. В соплах двигателей появились специальные радар-блокирующие детали, снижающие заметность самолета сзади, а также прикрывающие лопатки турбин, которые невозможно покрыть радиопоглощающим материалом.

В XXI веке создание нового боевого самолета без элементов «стелс» представляется затруднительным. Несмотря на распространенное заблуждение, эта технология не гарантирует полную незаметность.
Однако военные отлично понимают ценность каждого лишнего километра, пройденного самолетом в режиме скрытности. Более того, любая инновация открывает возможности для разработки новых тактических приемов или совершенствования действующих.

На практике

«Стелс» — не универсальное решение и не волшебное средство, а эффективный инструмент. Самолет в бою никогда не действует один, всегда взаимодействует с другими видами техники. Например, истребители давно применяют прикрытие самолетами радиоэлектронной борьбы при атаке и целеуказание мощных разведчиков, находящихся за пределами досягаемости ПВО противника. Малозаметный истребитель в таких условиях получает больше возможностей; для его прикрытия требуется меньше ресурсов.

Самолеты с малой эффективной площадью рассеяния легче подделывать. F-35Пятое поколение с предполагаемой толщиной всего несколько сантиметров позволит этой ловушке подделывать больше целей и функционировать более продолжительное время.

А мы и не знали, что он невидимый!

«Но ведь цена всем этим «стейлсам» нам известна,- спросит внимательный читатель. И жестом укажет на Балканы. Ибо только один раз боевой отряд был утерян…» F-11727 марта 1999 года был сбит во время войны сил НАТО против Югославии. Вместе с многими другими выдающимися случаями, произошедшими в ходе боевых действий, этот пример ярко демонстрирует, как правильно спланированная, подготовленная и проведенная операция может достичь потрясающего результата даже против противника, обладающего значительно превосходящим техническим оснащением.

Охота за «Ночным ястребом» имело важное значение для югославской армии с точки зрения пропаганды. Организация охоты проходила с невероятной тщательностью. Батарея ПВО под руководством Золтана Дани тренировалась развертывать и сворачивать огневую позицию зенитного ракетного комплекса С-125 «Нева» в пять раз быстрее установленного времени. Эффективность работы достигалась какими бы то ни было средствами, но позволяла передислоцировать ЗРК быстрее, чем противник мог среагировать.

За счёт этого удавалось совершать неожиданные нападения. Рядом с итальянским аэродромом, на котором дислоцировались американские F-117С шпионами из Югославии получалось оперативное сводка о количестве и типе самолётов, направляющихся в боевой вылет.

В свою очередь, ВВС США допустили несколько ошибок. Причины их неизвестны, зато последствия оказались серьезными. Речь не идет о потере дорогостоящего самолета или ударе по репутации — после инцидента пересмотрели всю тактику применения «невидимок», а также произвели ряд кадровых перестановок. О том, какое наказание получили командиры, руководившие операцией, можно только гадать.

Злополучной мартовской ночью F-117Подполковника Дейла Зелко поднял в воздух и направил к цели в гордом одиночестве. Группа поддержки — самолеты РЭБ — не смогла присоединиться из-за резко ухудшившейся погоды. Маршрут полета Зелко был таким же, как и за два предыдущих ночных атаки — никто не озаботился его изменить. В итоге подчиненные Дани знали, что по известной траектории к ним направляется «стелс», а помехи для радаров будут минимальными или вовсе отсутствовать. Югославские военные включали РЛС на несколько секунд и сразу меняли дислокацию, действуя в обстановке полного радиомолчания. Так их не могли засечь американские высотные разведчики. F-117Удалось выявить объект на расстоянии около десяти-двадцати километров и спустя несколько секунд уничтожить его ракетой почти вблизи.

Хирургическое вмешательство получилось настолько удачным, что после войны Дейл (уже будучи в отставке), восхищенный талантом Золтана, приехал к нему познакомиться лично. В заключение этой истории можно сказать, что малая заметность не спасет, если ее применять неправильно.

И безо всякого «стелса»!

Контрпримером вышеописанной истории с потерянным F-117 являются американские учения NORPAC FleetXOPS 82Учения проводились около Курил и Камчатки в 1982 году. Четыре дня полноценная авианосная ударная группа действовала в 400 километрах от советских аэродромов стратегической авиации на Дальнем Востоке. Все американские корабли и самолеты работали в режиме радиомолчания, за исключением пары инцидентов. Палубная авиация совершила многочисленные учебные атаки на объекты прибрежной инфраструктуры. Авианосец «Мидуэй» и его корабли охранения также выполнили множество упражнений.

Всё это прошло незаметно для даже спутниковой разведки. Не было и речи о какой-либо тайне в смысле «стелса». Секрет состоял в слаженной работе и хитрой тактике. Группа постоянно меняла своё положение, стараясь не попадать в ограниченное «поле зрения» советских спутников. Все связи происходили либо визуальным способом, либо при помощи коротковолновых направленных радиопередатчиков.

Целеуказание проводилось как в пассивном режиме, так и с помощью подсветки самолетов ДРЛОиУ, которые взлетавшие с другого авианосца — «Энтерпрайз». А тот располагался на сотни миль южнее и был готов в любой момент скрыться в океане.

Легенда о советском гении

В истории развития «стелс-технологии» часто вспоминают советского ученого Петра Яковлевича Уфимцева. Его статью «Метод краевых волн в физической теории дифракции», по легенде, партийное руководство посчитало неинтересной с точки зрения народного хозяйства. В 1962 году ее опубликовали и за рубежом. Американские специалисты долгое время пытались уменьшить отражение радиоволн от объектов, но не могли решить эту проблему. Эта «непризнанная в СССР статья» будто бы спасла их и помогла создать первый «стелс». В подтверждение этой истории обычно приводят тот факт, что с 1990 года Уфимцев переехал в США и начал работать в компании. Northrop Grumman над B-2 Spirit.

В истории есть доля правды, но она не романтична. В США и СССР изучали радиолокационную заметность самолетов с переменным успехом. Обе стороны сталкивались с трудностями. Публикация Петра Яковлевича стала поводом привлечь больше финансирования в Америке, мол, наши враги превзошли нас. Отсутствие успешных проектов малозаметных самолетов в СССР вовсе не результат близорукости партийного руководства. У отечественных авиаконструкторов были проблемы с материалами и меньшие средства, чем у американских коллег.

Вместо заключения

«Стелс» подобен висящему на стене ружью. В пьесах Чехова и фильмах Гая Ричи это значимая деталь. Однако в первом случае это лишь один из действенных художественных приемов, а во втором — эффективный движитель сюжета, от которого может зависеть дальнейшее развитие событий.

Броня в наземной технике уступила снаряду в прямых схватках. Теперь защищает боевую машину от второстепенных угроз, устаревшего оружия и приближает к цели на расстояние атаки. В авиации происходит подобное: малая заметность во всех диапазонах обнаружения не гарантирует защиту самолета, но часто позволяет первым нанести удар.

Важно не то, сможет ли радар засечь приближающийся истребитель, а то, на какой дистанции это удастся сделать.