Что такое «стелс» и когда оно работает, а когда — не очень?
Что такое «стелс» и когда оно работает, а когда — не очень?
Статья Никиты Баринова с сайта WARCATS, которая, думаю, заинтересует коллег.
Содержание:
Технологии, позволяющие уменьшить заметность самолётов получили название «стелс». Их эффективность вызывает споры многие годы. Оценки разнятся от «вы его не заметите, пока самолёт не подлетит в упор» до «да у нас есть радары метрового диапазона, против которых “стелс” бессильны!» Что же это такое и как оно работает?
Теория
Тела отражают электромагнитные волны, и это позволяет обнаруживать летающие объекты. В истинности этого утверждения может убедиться каждый, посмотрев на пролетающую мимо ворону. Но электромагнитные волны бывают разными.
Более короткие волны — например, ультрафиолет — не всегда подходят для обнаружения воздушных целей, потому что хорошо поглощаются водяным паром, который всегда присутствует в атмосфере. Другое дело — более длинные волны: инфракрасные и радиоволны. Уже перед Второй мировой войной во многих странах начали экспериментировать с радиолокаторами. Они посылали электромагнитную волну, та отражалась от цели, и по принятому сигналу при должном умении можно было узнать много интересного: в каком направлении находится цель, её скорость и дальность до неё.
Как только появились радиолокаторы, тут же появились и средства борьбы с ними. Например, бросали алюминиевые полоски, отражения от которых могли ослеплять локаторы, излучать ложный сигнал, обманывающий или также ослепляющий радар и тому подобное.
Борьба средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) с радиолокаторами продолжается до сих пор. Но в определённый момент возник вопрос: а нельзя ли сделать так, чтобы отражённого излучения не было? Ну или по крайней мере не было в сторону радара?
Оказалось, что можно резко уменьшить возвращаемое излучение, и в этом помогает знание природы электромагнитного излучения. Дело в том, что это волна. И ведёт она себя далеко не всегда как поток частиц, и уж тем более не как луч в учебнике оптики. Например, волна может обойти вокруг объекта и отправиться в сторону своего источника. Особенно это хорошо ей удаётся, если объект по форме близок к цилиндру.
Обшивка самолёта может работать, как волновод, позволяя волне пройти вокруг фюзеляжа и излучиться в ту сторону, с которой и пришла
На гранях объекта волна излучается во все стороны, а отражается по законам геометрической оптики. И если есть на самолёте прямые углы, то они сыграют роль уголкового отражателя, направляя волну в направлении локатора, где и поджидает противник.
Правила и проблемы
Из всего этого следуют некоторые правила.
В-2. Волны, отражаясь от задней кромки крыла, будут уходить куда угодно, но только не в стороны радара
- Нет прямым углам! Допустимы только тупые и острые углы, которые направят излучение подальше от противника.
- Меньше граней! Лючки, антенны, приёмники воздушного давления — всё, что высовывается над поверхностью, будет источником отражённого излучения. Если это убрать, то и заметность самолёта резко снизится.
- То, что нельзя убрать, надо скрыть. Например, лопатки турбины спрятать за S-образным воздуховодом, в котором будут поглощаться радиолучи. Кабину прикрыть металлизированным фонарём, который не пропустит радиоизлучение внутрь.
- Самолёт должен быть зелёный и плоский, — тогда волна не сможет его обойти. Отсюда же следует, что кили желательно делать наклонными: излучение они будут отражать куда-нибудь вниз или вверх.
- Боковая проекция самолёта должна быть небольшой.
На этом израильском F-35 хорошо заметны лючки, прикрытые крышками с зубчатыми краями. Фонарь чуть темнее, чем привычно – как раз из-за металлизированного покрытия
Отдельная проблема — двигатель, а точнее, лопатки турбины. Из-за своей функции они имеют сложную форму, поэтому их отражающая способность весьма велика. Хорошо, если удаётся скрыть их за S-образным воздуховодом, однако это ведёт к дополнительным потерям скорости. Поэтому на В-2, например, воздухозаборники просто выведены на верх крыла — оно закрывает их от вражеских радаров. Но для истребителей это плохой вариант, поскольку при маневрировании с большим углом атаки (грубо говоря, когда нос самолёта задирается вверх) крыло начинает затенять воздухозаборник: увеличивается турбулентность потока, а значит, возможен помпаж двигателя. Поэтому на истребителях такой вариант ещё ни разу не применяли.
Это всё — про форму. Однако для заметности важна не только форма объекта, но и поверхность. Все материалы по-разному отражают и преломляют излучение.
Можно подобрать те материалы, что будут это делать особенно хорошо как раз на тех длинных волнах, на которых работают вражеские локаторы.
В ход вполне может пойти эффект, сходный с тем, который помогает добиваться «просветлённой» оптики. Если сделать двухслойный материал толщиной примерно в четверть длины падающей на него волны, то отразившееся от внутренней границы излучение при выходе за внешнюю границу материала окажется в противофазе с отразившемся излучением, — и волны друг друга погасят.
Что же делать?
На вопли «аэродинамистов»: «вы что, хотите нам запретить делать нужную форму несущих поверхностей?!» тоже нашёлся ответ. Можно сделать накладку из материала, свойства которого изменяются с глубиной. Тогда волны будут «заманиваться» внутрь материала, где и поглотятся. И только на крики «прочнистов» — «да сколько ж это будет весить?!» — нет никакого ответа. Весит всё это радиопоглощающее богатство много.
Ехидные замечания: «а вот если мы посветим радаром метрового диапазона, что будет?» тоже остаются без приятного для пилотов «стелс» ответа: ничего хорошего не будет. Как уже говорилось выше, толщина покрытия привязана к длине волны, против которой оно работает. Соответственно, чтобы покрытие работало против радаров метрового диапазона, оно должно быть очень толстым.
Ну что — всё? Сплошной обман эти ваши «стелсы», мы их будем видеть радарами метрового диапазона?
Проблема в том, что радар, работающий в таком диапазоне, тоже должен быть размера порядка нескольких метров. Это слишком много даже для истребителя, не говоря уже об управляемой ракете. Кроме того, есть проблема точности. Чем больше длина волны — тем меньше точность измерений.
В общем, обнаружить самолёт «стелс» можно, а вот поразить — куда более сложная задача.
На данный момент есть лишь один случай достоверного поражения такого самолёта — когда югославы в 1999 году сбили F-117. Отличился 3-й дивизион 250-й ракетной бригады, вооружённой старенькими С-75. Согласно наиболее правдоподобным описаниям, цель была обнаружена и поражена с использованием только радиолокационных средств. Фирма «Локхид», построившая самолёт, потом оправдывалась: мол, американские военные заставили F-117 маневрировать в сложном рельефе местности, а меры по уменьшению заметности адаптированы только для горизонтального полёта. Но, согласно югославскому описанию, самолёт летел на средней высоте и начал маневрирование уже после пуска. Так что иногда «стелс» сбить всё-таки можно.
Впрочем, это единственная потеря — при том, что F-117 и в Ираке в 1991 году, и в Югославии в 2003-м выполняли особо важные задания и летали довольно много.
Мерой заметности самолёта является эффективная поверхность рассеивания (ЭПР). По имеющимся оценкам, у наиболее продвинутых современных самолётов эта ЭПР снижена до 0,001 кв.м или даже до 0,0001 кв.м. Это в тысячи, а то и в десятки тысяч раз меньше, чем у обычного истребителя. Правда, впечатление от успехов американских авиастроителей несколько портит то, что дальность обнаружения, согласно основному закону радиолокации, пропорциональна корню четвёртой степени от ЭПР. Если переводить с физического на русский, то это означает уменьшение дальности обнаружения в сравнении с обычным истребителем раз эдак в пять. Тоже очень много, но всё же не в тысячи раз.
Кроме радиодиапазона существует ещё и инфракрасный диапазон. И здесь совсем сложно, — ведь источником является сам самолёт. Чем современнее двигатель, тем больше температура газов в нём. Выключенный, он остывает не сразу, и за самолётом остаётся довольно длинный факел, не всегда видимый визуально, но отлично заметный для инфракрасных головок самонаведения ракет. Кроме того, излучение идёт и от горячих поверхностей двигателей — ведь неслучайно их делают из жаропрочного титана.
Су-27. Титановые вставки легко видеть – их не красят по той же самой причине: краска обгорит
Что с этим можно сделать? Горячие части можно прикрыть теми же килями; кроме того, кили могут хотя бы частично закрывать факел. Ещё можно поставить двухконтурный двигатель, часть тяги которого будет образовываться за счёт разгона турбиной холодного воздуха. Этот воздух, смешиваясь ещё внутри двигателя с горячими газами из первого контура, будет их охлаждать.
Двухконтурный двигатель — это не только меньшая заметность, но и большая топливная эффективность!
Платой за это станет меньшая максимальная скорость. Поэтому ни F-22, ни F-35 до двух махов и не добираются.
Выводы
Технологии «стелс» не панацея. Но она позволяет существенно уменьшить дальность обнаружения самолётов, в том числе и для головок самонаведения ракет. Возможно, против них современные радиолокационные ракеты станут совсем неэффективными. Но пока что в реальном бою этого ещё никто не проверял.
источник: https://warcats.ru/2020/12/12/chto-takoe-stels-i-kogda-ono-rabotaet-a-kogda-ne-ochen/#.X9YDUdgzaM8
