Существует множество заблуждений, связанных с термином «стелс», которые мало связаны с действительной ситуацией. Naked Science выясняет, что представляют собой самолеты-невидимки и действительно ли они не обнаруживаются радарами.
В июле 2018 года местоположение истребителя-бомбардировщика F-35I Adir (версия «Локхид-Мартин» F—35 «Молния II» для ВВС Израиля), который выполнял боевое патрулирование, несколько десятков минут отображалось в сервисе для отслеживания полетов. Этот инцидент вызвал широкий резонанс: малозаметный военный самолет пятого поколения был зафиксирован в обычном, предназначенном для гражданских лиц, приложении — действительно ли это и есть заявленная технология «стелс»? Однако любители авиации знают, что появление «самолетов-невидимок» на сервисах типа Flightradar не является чем-то из ряда вон выходящим.
Во время гражданских полетов военные самолеты также используют транспондеры аналогичного типа ADS-B, военные самолеты, подобно гражданским, используют стандартные частоты для навигации, что облегчает ориентирование и повышает безопасность в районах с интенсивным воздушным трафиком. Однако, военные летательные аппараты могут передавать ложные или сфабрикованные данные на этих открытых частотах. Подобные действия, безусловно, неприемлемы, поскольку в определенных ситуациях они способны привести к трагическим последствиям. При этом, манипулирование информацией не является способом остаться незамеченным.
Гражданские радары не способны обнаружить самолет с технологией «стелс», если его транспондер отключен. Однако, что касается военных радиолокационных станций, в чем разница в их способности обнаруживать обычный самолет и самолет с «стелс»-технологией? Не замечают ли они его также? Вкратце, военные РЛС могут его видеть, но не всегда – то есть, скорее, обнаруживают плохо и на небольшом расстоянии.
Фактически, абсолютная невидимость летательных аппаратов существует лишь в теории и только в узком спектре излучений. Сегодняшние технологии, известные под неофициальным названием «стелс», стремятся существенно уменьшить заметность техники. Основной принцип заключается в том, чтобы обеспечить обнаружение противником только после того, как самолет подойдет на расстояние поражения.
Для этого требуется целый ряд сложных технических решений, хитростей и специфических тактических приемов. Чтобы понять механизм, необходимо рассмотреть основы радиолокации и воздушной навигации.
Иголка в стоге сена
При использовании любых методов обнаружения — будь то визуальное наблюдение в диапазоне видимого света, инфракрасное или ультрафиолетовое сканирование, или радиолокация — задачи диспетчеров, летчиков и операторов ПВО можно разделить на два этапа: поиск и идентификация. Для обнаружения объекта в пространстве (в данном случае, в воздушном пространстве) можно использовать излучение, которое он испускает или отражает. В случае отраженного излучения, его также классифицируют на излучение от внешнего источника и излучение, специально нацеленное на летательный аппарат.
Наиболее наглядно это иллюстрируется на повседневных ситуациях. Когда мы видим самолет в небе, наш глаз воспринимает свет, отраженный от него (солнца или другого источника, такого как Луна или прожектор). В ночное время, когда естественного освещения нет, для предотвращения столкновений на крыльях и хвостовом оперении любого летательного аппарата обязательно устанавливаются проблесковые огни.
Первоначально применялся именно этот метод, и он до сих пор остается эффективным. В период, предшествовавший появлению радиолокационных систем, их функцию выполняли поисковые прожекторы противовоздушной обороны: наводчики зенитных орудий могли засечь отраженный от корпусов вражеских самолетов свет.
При благоприятных условиях поршневые самолеты иногда можно было засечь с помощью акустических пеленгаторов. Эти устройства представляли собой локаторы с крупными раструбами, где функцию приемника выполняли либо человеческий слух, либо несложные электронно-механические приборы. С развитием реактивной авиации их эффективность значительно снизилась, поскольку предупреждение поступало запоздало.
Изобретение радаров не привело к кардинальным изменениям, главным образом увеличились расстояния обнаружения. Однако, скорость полетов самолетов также возросла. Кроме того, было установлено, что различные диапазоны длин волн обладают существенно отличающимися областями применения. Коротковолновые радары, к примеру, обеспечивают высокое разрешение и позволяют точно определять траекторию и скорость, вплоть до артиллерийского снаряда. Однако, их дальность действия ограничена — атмосфера эффективно поглощает излучение. Длинноволновые радары, напротив, обеспечивают возможность обнаружения объектов на сотни километров, но изображение получается нечетким.
Это птица? Это самолет?
Идентификация летательных аппаратов представляет собой значительно более сложная задача. Долгое время после окончания Второй мировой войны системы ПВО основывались на знании силуэтов самолетов потенциального противника. Это позволяло оперативно и достаточно точно определять тип воздушного судна при визуальном обнаружении, хотя полностью исключить ошибки было невозможно. При работе с радиоволнами отсутствует привычное визуальное представление — доступна лишь приблизительная информация о размерах, скорости и направлении движения.
Гражданские радиолокационные станции могут идентифицировать воздушные суда благодаря транспондерам, в то время как военные используют собственные системы опознавания. Транспондер непрерывно передает информацию о воздушном судне, такую как идентификатор, скорость и высоту, а в современных системах – также точные координаты. Однако, при отсутствии транспондера, идентификация становится сложной задачей.
Изначально операторы радиолокационных станций, а впоследствии и специализированные вычислительные комплексы, на основе ряда ключевых параметров идентифицировали цели, отнеся их к определенным категориям. Так, полет объекта на сверхзвуковой скорости, без маневров и с плавным снижением указывал на ракету. Движение на постоянной высоте, изменение курса и поддержание дозвуковой скорости, как правило, свидетельствовали о том, что это самолет. Тем не менее, для безошибочной идентификации объекта требовались более конкретные данные.
Уже в середине XX века физики выявили, что количество отражаемых радиоволн незначительно изменяется в зависимости от габаритов летательного аппарата. Наглядным примером этого являются стратегические бомбардировщики, разработанные в 1950-х годах. Британский Avro Vulcan и советский Ту-95 впервые взлетели примерно одновременно, и ни о каком «стелсе» тогда речи еще не шло. Но на экранах радаров тех лет отечественный самолет «светился», будто новогодняя елка, а его конкурент из Туманного Альбиона был практически незаметен. Притом что Vulcan меньше всего на 40%, если смотреть на размах крыла и длину фюзеляжа. Причинами такой разницы стали аэродинамическая схема и выбор силовой установки.
Иное внимание заслуживают применяемые материалы. В период с 1941 по 1953 год Королевские ВВС Великобритании использовали «Де Хэвилленд DH.98 «Значительная часть деталей ночного истребителя-бомбардировщика «Москито» была изготовлена из дерева, фанеры и ткани, что обеспечивало его скрытность от радиолокационных систем того времени. Однако создание малозаметного реактивного самолета с использованием фанеры и текстиля невозможно из-за высоких нагрузок на конструкцию.
Достигнув определенного уровня, разрешение радиолокационных систем позволило выявить, что каждый тип летательного аппарата характеризуется уникальным отражением радиосигнала. Это породило задачу для разведывательных служб всего мира: выявлять РЛС-сигнатуры, то есть специфические диаграммы отраженных радиолучей, присущие каждой модели самолета. С помощью облучения самолетов потенциального противника радарами под разными углами и фиксации отражений можно было создать обширную базу данных. Затем эти «отпечатки» загружались в радиолокационные системы, что значительно упрощало идентификацию истребителей и бомбардировщиков, а также ракет.
Существуют давние методы противодействия такому шпионажу. В мирное время или за пределами зоны боевых действий, «стэлсы» и многие современные самолеты, еще не подвергшиеся детальному изучению, оснащаются специальными отражателями. Эти небольшие подвесные устройства намеренно увеличивают отражающую способность летательного аппарата в радиодиапазоне, скрывая его фактическую эффективную отражающую поверхность.
Загадочный термин ЭПР
Эта аббревиатура часто используется при обсуждении малой радиолокационной заметности. Эффективная площадь рассеяния (ЭПР) является одной из важнейших характеристик современного военного самолета. В упрощенном виде физический смысл ЭПР можно объяснить следующим: если эффективная площадь рассеяния истребителя составляет один квадратный метр, это означает, что он отражает количество волн определенной длины, эквивалентное отражению от непрозрачной поверхности площадью метр на метр, расположенной под прямым углом к источнику излучения.
Приведенный выше пример со стратегическими бомбардировщиками наглядно демонстрирует, что размер самолета не определяет его ЭПР напрямую. День рождения концепции «стелс» в современном понимании можно отнести к моменту, когда инженеры и ученые осознали этот факт. Значительное время потребовалось для разработки необходимых физических моделей и проведения соответствующих расчетов. В итоге военные получили две новости — хорошую и плохую, как в неудачной шутке.
Первый подход предполагал создание летательного аппарата, который был бы практически невидимым для большинства имеющихся на тот момент радиолокационных систем. Однако реализация этих теоретических разработок оказалась сложной и затратной задачей. Кроме того, более полувека назад не было доступно достаточно мощных вычислительных машин и необходимых материалов, что потребовало проведения значительных экспериментов.
Воплощение «в металле»
Несмотря на распространенное заблуждение, знаменитый разведывательный самолет SR-71 не был «стелсом», но это не означает, что при его создании не задумывались о малой радиолокационной заметности. Часть поверхностей этой уникальной в своем роде машины покрывалась специальными радиопоглощающими материалами. А под обшивкой многие элементы конструкции проектировали так, чтобы вызвать переотражение радиоволн и их взаимное затухание.
В доступных источниках отсутствуют конкретные сведения о степени влияния этого фактора на радиус обнаружения комплекса «Черный дрозд». Однако, согласно опыту, накопленному войсками противовоздушной обороны Советского Союза SR-71 — сложность отслеживания цели объяснялась не тем, что она была малозаметной. Разведчик можно было «вести» с помощью радара только вручную, поскольку на его борту располагались мощные средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Советские РЛС 1970-х и 1980-х годов не обладали автоматикой, позволяющей эффективно отсеивать помехи.
Первым настоящим самолетом, использующим технологию малозаметности, стал не менее легендарный Lockheed F-117 Nighthawk («При разработке этого истребителя-бомбардировщика впервые были использованы все доступные на тот момент технологии малозаметности:
- Конструкция представляла собой аэродинамическую схему, напоминающую «летающее крыло» или «бесхвостник», то есть самолет без горизонтального хвостового и переднего оперения (хотя кили были сохранены), с существенно увеличенной шириной фюзеляжа. Даже несмотря на то, что максимальная скорость была дозвуковой, передние кромки крыла отличались значительной стреловидностью.
- Радиоизлучение отражалось в сторону от источника благодаря расположению всех внешних элементов фюзеляжа под точно выверенными углами. Кили были установлены под острым углом к фюзеляжу.
- Лопатки компрессоров двигателей являются одним из наиболее заметных элементов в радиодиапазоне при рассмотревании в фронтальной проекции. В связи с этим, воздухозаборники силовых установок закрывали сетчатыми шторками, изготовленными из радиопоглощающих материалов. Это приводило к снижению эффективности работы двигателей, однако обеспечивало их экранирование;
- Большинство внешних поверхностей также было покрыто этими материалами.
- Выступающие элементы, такие как антенны, датчики и сенсоры, либо были защищены крышками, либо их можно было легко снять.
- Пилообразная кромка с гранями, параллельными кромке крыла, была предусмотрена для люков внутреннего отсека вооружений и всех крышек технологических отверстий. Такая конструкция ограничивала количество углов, с которых самолет был заметен.
- Чтобы инфракрасные системы наведения не могли эффективно захватить цель, сопла двигателей были размещены на верхней поверхности корпуса самолета. Помимо этого, их прямоугольное сечение способствовало улучшению смешивания горячих выхлопных газов с воздухом. Также, для уменьшения температуры выходящих газов, в камеры сгорания подавался дополнительный воздух. Однако, данная конструкция существенно ухудшала эффективность двигателей и увеличивала их вес.
О проблемах, связанных с данной конструкцией самолета, написано огромное количество материалов, поэтому кратко упомянем их. В результате машина оказалась крайне неустойчива в аэродинамическом плане, что потребовало использования дорогостоящей и сложной электродистанционной системы управления. Поскольку бортовая РЛС самолета является сильным демаскирующим фактором, у F-117 не было радара на борту. Поэтому вооружение он мог применять только с лазерным наведением или по внешнему целеуказанию.
Совместить дополнительные средства самозащиты, такие как отстреливаемые контрмеры и станции радиоэлектронной борьбы, с малозаметностью оказалось невозможным. В связи с этим, при получении предупреждения об атаке пилот мог рассчитывать лишь на свое мастерство при выполнении маневра уклонения и на то, что ракета, приближающаяся к цели, из-за применения «стелс-технологии» может сама потерять ее.
Прогресс
Благодаря развитию вычислительной техники, материаловедения и общему прогрессу в авиации, принцип малозаметности стал совместим с практически любыми требованиями к военному самолету. После создания достаточно успешного «Ночного ястреба» появились машины, превосходящие все ожидания. Несмотря на чрезвычайно высокую стоимость Northrop Grumman B-2 Spirit показал, что стратегический бомбардировщик с огромным радиусом действия тоже может быть практически невидимым для радаров — и при этом обладать полным функционалом, соответствующим своему назначению.
А появление Lockheed/Boeing F-22 Raptor стало наглядной демонстрацией возможности применения «стелс-технологии» на истребителях. Несомненно, более современные малозаметные летательные аппараты создаются с применением еще более совершенных технических уловок. В соплах двигателей появились специальные радар-блокеры. Эти детали снижают заметность самолета еще и сзади, прикрывая лопатки турбин, которые невозможно покрыть радиопоглощающим материалом.
В XXI веке разработка нового военного самолета без использования технологий «стелс» представляется сложной задачей. Хотя эта технология и не обеспечивает абсолютной «невидимости», как принято считать, военные заказывают истребители, поскольку хорошо осознают ценность каждого километра, который самолет может пролететь, оставаясь незамеченным. Кроме того, любая новая технология открывает возможности для разработки новых тактических приемов или улучшения уже существующих.
На практике
«Стелс» — это не универсальное решение и не секретное оружие, а эффективный инструмент. Ни один самолет во время воздушного боя не действует изолированно, он всегда взаимодействует с различными типами техники. Истребители давно используют прикрытие со стороны самолетов радиоэлектронной борьбы при атаке, получая целеуказание от более мощного разведывательного самолета, находящегося за пределами досягаемости вражеской ПВО. В таких условиях малозаметный истребитель получает дополнительные преимущества, а для его защиты требуется меньше ресурсов.
Самолеты с малой эффективной площадью рассеяния имеют и другое преимущество: их легче имитировать. Для дезинформации систем противовоздушной обороны могут применяться специальные беспилотные аппараты или ракеты, служащие в качестве ложных целей. Значительно больше энергии требуется для имитации истребителя четвёртого поколения с ЭПР в полтора-два квадратных метра, чем для имитации какого-нибудь F-35 (благодаря своим предполагаемым небольшим размерам, пятому поколению удастся имитировать больше целей и обеспечивать более продолжительную работу.
А мы и не знали, что он невидимый!
«Но, не будем спешить, — возразит внимательный читатель. И с иронией обратит внимание на так называемые «стелсы», указав на Балканский полуостров. И действительно, единственный, потерянный в бою F-117 был сбит во время войны сил НАТО против Югославии 27 марта 1999 года. Наравне со многими другими примечательными случаями, произошедшими во время боевых действий, этот — ярчайший пример того, как правильно спланированная, подготовленная и проведенная операция может иметь сногсшибательный эффект даже против значительно превосходящего в техническом оснащении противника.
Для югославских военных пропагандистское значение охоты на «Ночного ястреба» было определяющим, поэтому к ее организации подошли с особой тщательностью. Батарея ПВО под командованием Золтана Дани отрабатывала процедуры сворачивания и развертывания зенитно-ракетного комплекса С-125 «Нева» в пять раз быстрее установленного регламентом. Неизвестно, каких усилий потребовала такая производительность, но она позволяла осуществлять передислокацию ЗРК быстрее, чем успевал среагировать противник.
Это позволяло достичь эффекта внезапности. Кроме того, в районе итальянской авиабазы, на которой дислоцировались американские F-117, у югославов также действовали агенты, которые передавали сведения о количестве и типе самолетов, осуществлявших боевые вылеты.
ВВС США, в свою очередь, допустили ряд ошибок. Их причины остаются невыясненными, однако последствия оказались весьма серьезными. Речь идет не только о потере дорогостоящего самолета или ущербе репутации – после инцидента была пересмотрена вся тактика применения стелс-самолетов, а также проведены кадровые изменения. Что именно заслужили командиры, руководившие операцией, остается лишь предполагать.
Злополучной мартовской ночью F-117 подполковника Дейла Зелко взлетел и направился к цели в гордом одиночестве. «Группа поддержки» в лице самолетов РЭБ не смогла к нему присоединиться из-за резко ухудшившейся погоды. А еще маршрут полета Зелко был ровно таким же, как и в предыдущие два дня ночных атак — никто не озаботился тем, что неплохо бы было его изменить. В итоге подчиненные Дани знали, что по известной траектории к ним направляется «стелс», а помехи для радаров будут минимальными или отсутствовать вовсе. 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-117 удалось обнаружить на расстоянии порядка 10-20 километров, а через несколько секунд поразить ракетой практически в упор.
Операция прошла настолько успешно, что даже после окончания войны Дейл, будучи уже на пенсии, лично приехал познакомиться с Золтаном, пораженным его мастерством. В заключение этой истории стоит отметить, что даже незначительная деталь не принесет пользы, если использовать ее неверно.
И безо всякого «стелса»!
Контрпримером вышеописанной истории с потерянным F-117 являются американские учения NORPAC FleetXOPS 82, исследования, проведенные вблизи Курил и Камчатки в 1982 году, показали, что полноценная авианосная ударная группа (АУГ) в течение четырех дней подряд действовала на расстоянии всего 400 километров от советских аэродромов стратегической авиации на Дальнем Востоке. В ходе учений все американские корабли и самолеты, за исключением нескольких эпизодов, работали в режиме полного радиомолчания. Палубная авиация провела серию учебных атак на объекты прибрежной инфраструктуры. Авианосец «Мидуэй» и его корабли сопровождения также выполнили ряд учений.
Никто не заметил этого даже с помощью спутниковой разведки. И уж точно без использования технологии «стелс». Успех обеспечивался слаженностью действий и продуманной тактикой. Группировка постоянно изменяла свое местоположение, избегая попадания в зону видимости советских спутников. Связь осуществлялась либо визуальными сигналами, либо с использованием коротковолновых направленных радиопередатчиков.
Наведение осуществлялось либо в пассивном режиме, либо с помощью подсветки с самолетов ДРЛОиУ, которые взлетали с другого авианосца — «Энтерпрайз». Этот авианосец находился на несколько сотен миль южнее и был готов в любой момент также исчезнуть в океане.
Легенда о советском гении
В истории развития «стелс-технологии» часто упоминают советского ученого Петра Яковлевича Уфимцева. Согласно распространенной версии, его публикация «Метод краевых волн в физической теории дифракции» не была признана партийным руководством как имеющая практическое значение для народного хозяйства. В результате, в 1962 году она была опубликована не только в СССР, но и за рубежом. Американские специалисты уже давно пытались решить задачу снижения отражения радиоволн от различных объектов, но безуспешно. Эта «статья, не получившая признания в СССР», как утверждается, стала для них настоящей находкой и помогла создать первый «стелс». В качестве доказательства этой истории обычно указывают на то, что с 1990 года Уфимцев переехал в США и начал работать в компании Northrop Grumman над B-2 Spirit.
В этой истории присутствует доля правды, однако она не столь романтична, как может показаться. И в США, и в Советском Союзе интенсивно изучался вопрос снижения радиолокационной заметности самолетов. Проводимые работы были сопряжены с неудачами и значительными трудностями для обеих сторон. Публикация Петра Яковлевича не вызвала у американских инженеров возгласов «Эврика!», а стала лишь поводом для привлечения дополнительных средств. Предполагалось, что это продемонстрирует успехи противника. Недостаток аналогичных успешных проектов малозаметных самолетов в СССР не связан с недальновидностью партийного руководства. Отечественные авиаконструкторы столкнулись со значительными проблемами при разработке необходимых материалов, а объем финансирования, прямо скажем, был менее щедрым, чем у их коллег за рубежом.
Вместо заключения
«Стелс» – это как ружье, висящее на стене. Его можно встретить и в пьесах Чехова, и в фильмах Гая Ричи. В первом случае это один из действенных художественных приемов, а во втором – эффектный способ продвижения сюжета, который может существенно изменить ход повествования.
В современной наземной технике броневая защита уступает по эффективности прямому попаданию снаряда. Сейчас она выполняет функцию защиты от второстепенных угроз, устаревших образцов вооружения, и обеспечивает возможность сближения с целью на расстояние открывающего огня. Аналогичная тенденция наблюдается и в авиации. Снижение заметности в различных спектрах обнаружения не гарантирует защиту летательного аппарата, но нередко позволяет нанести удар первым.
Радар может не сразу обнаружить приближающийся истребитель, однако, вероятно, он всё же зафиксирует его. Ключевой вопрос заключается в том, на каком расстоянии удастся заметить цель.