Новейший истребитель-невидимка XST Lockheed. США

Данный винтажный материал был переведен уважаемым коллегой NF и немного доработан мной. Перевод был выполнен в декабре 2015 года.

Если верить тем немногим материалам, что на сегодняшний день опубликованы в специализирующейся на области авиации прессе, то в конце 1977 – начале 1978 года совершит свой первый полёт новый истребитель, который решающим образом изменит философию следующего поколения боевых самолётов. Речь идёт об истребителе-невидимке (Stealth Fighter): боевом самолёте, который должен незаметно проникать в воздушное пространство противника и выполнять там определённые задачи. Он будет – как надеются его создатели – невидимым для глаз, ушей, радаров и инфракрасных поисковых приборов благодаря использованию особых материалов, а также своим конструкции, форме и небольшим размерам. Эти меры должны сделать Stealth Fighter невидимым для противника или сделать так, чтобы противник смог его обнаружить слишком поздно. Таким образом, истребитель-невидимка сможет практически незаметно для противника или еще лучше не будучи обнаруженным, выполнять поставленные боевые задачи.

Как выглядит такая чудесная птица?

Первый самолёт данного типа – его первоначальное обозначение XST (experimental, stealth, tactical) – построен американским концерном Lockheed на основании требований технического задания, насчитывающего первоначально 100 листов. Затем в требования были добавлены еще 25 листов, в которых описывались «Мероприятия, при помощи которых должна быть снижена вероятность обнаружения самолёта». Данное дополнение стало важнейшим пунктом всей программы.

Для реализации программы XST на рабочее место вернули пенсионера Келли Джонсона (C. L. «Kelly» Johnson). Джонсон стал знаменитым на весь мир не только благодаря самолётам U-2 и SR-71, но также за создание множества других успешных самолётов компании. Но, тем не менее, руководителем проекта XST стал не Джонсон, а его приемник Бен Рич (Ben Rich).

Концерн Lockheed стал победителем в разработке проекта самолёта по теме XST, обойдя концерны McDonnell-Douglas и Rockwell, а также ряд других компаний. Проект самолёта-невидимки концерна Lockheed представлет собой одноместный самолёт с дозвуковой скоростью со взлётным весом примерно 5,5 тонн с низким уровнем шума, низкой вероятностью визуального обнаружения, минимальной площадью поперечного сечения и сниженным инфракрасным излучением.

Данный самолёт разрабатывается по заказу управления перспективных исследований министерства обороны США (Defence Advanced Research Projects Agency – DARPA). Работа над данным проектом ведутся уже примерно 3-4 года. Пока неизвестно, в какой стадии находится разработка проекта истребителя-неведимки к данному времени. Возможно, что некоторые конкуренты концерна Lockheed в этом плане информированы гораздо лучше, чем это можно предположить. Однако известно, что самолёт Келли Джонсона должен иметь два турбореактивных двигателя General Electric J85, отличающихся малыми размерами и отличным соотношением тяга/вес. В настоящий момент двигатели J85 в больших количествах используются на американских самолётах.

Прежде чем рассказать о Lockheed XST, следует дать краткую информацию о его конкурентах, которые в некоторой мере повлияли на разработку концерна Lockheed, а также о вопросах вероятности обнаружения самолётов. Как написал в своей очень интересной статье Петер Боргарт (Peter Borgart) [9], уязвимость самолёта начинается с момента его обнаружения противником, и чем дольше самолёт сможет оставаться необнаруженным врагом и чем ближе сможет незаметно приблизиться к своей цели, тем меньше остаётся времени и шансов у обороняющейся стороны эффективно бороться с этими самолётами. Какие отдельные возможности имеются для этого?

Визуальное обнаружение

Возможность обнаружения подлетающего самолёта находящимися на земле наблюдателями без оптических приборов зависит от размеров самолёта, погодных условий, времени суток и оптических условий. Дальность обнаружения в зависимости от перечисленных параметров очень сильно различается. Она находится в пределах от 5 км [9] до 18 км [3], однако в среднем этот показатель должен быть значительно ниже 3,5 км. Если самолёт будет обнаружен на небольшом удалении от цели, то тогда у обороняющейся стороны уже не будет необходимого на отражение атаки времени.

Опасность визуального обнаружения самолёта может быть заметно снижена рядом эффективных мер. В первую очередь это касается защитной окраски, которая, конечно, должна соответствовать условиям местности и времени года.

Интересные мероприятия по снижению заметности исследовались американцами в годы Второй Мировой войны. Они пытались добиться распределения светлых и темных участков поверхностей самолёта в зависимости от уровня естественного фонового освещения таким образом, чтобы атакующий самолёт мог оставаться практически не обнаруженным со стороны противника. Работа над проектом, получившим название «Yehudi», была начата в 1935 году. Когда к концу Второй Мировой войны эти работы были закончены, влияние оптической скрытности нападавшего самолёта уже не имело большого значения, поскольку к тому времени имелись пригодные к практическому использованию радиолокаторы. Тем не менее, несмотря на это работы по проекту «Yehudi» с использованием волоконной оптики, осветительных приборов и сенсоров вместо применявшихся простых прожекторов и сегодня может обеспечить действенную защиту там, где противник не имеет – или имеет в небольшом количестве – радиолокационных станций.

Акустическое обнаружение

В описанном выше случае имеется возможность обнаружения атакующих самолётов противника при помощи слуха. 

Первые серьёзные попытки сделать «тихие» самолёты были предприняты в годы Второй Мировой войны. Можно была разработать воздушные винты с широкими лопастями, с увеличенным количеством лопастей, уменьшенным диаметром и много чего подобного. О ходе этих позитивных результатов сообщалось в многочисленных материалах NACA. После войны эти разработки удивительным образом оказались невостребованными. Только по мере появления инструкций с ограничениями по шуму промышленность вновь стала интересоваться вопросами шума, создаваемого самолётами, и приступила к поискам возможностей его снижения. 

Для США эти вопросы возникли еще несколько лет назад и имели практическое значение: во Вьетнаме вовсю полыхала война. Компания Lockheed в течение нескльких этапов проводила разработку пригодного для практического использования «тихого самолёта-разведчика» (Leiseaufklärer). На базе двухместного швейцарского планера SGS 2-32 путём установки поршневого двигателя с четырехлопастным воздушным винтом и редуктором, сильно снижавшим обороты винта, был создан опытный летательный аппарат, получивший обозначения X-26A/B или QT-2PC. Промежуточным решением стала установка шасси и электроники, в результате чего появился вариант Q-Star. Полученный в результате этой работы опыт позволил создать окончательный тип летательного аппарата под обозначением YO-3A. Однако то, что на винтовых самолётах выглядит достаточно простым, на самолётах с реактивными силовыми установками создаёт значительно больше сложностей; но с другой стороны, возможности снижения уровня шума хорошо известны и некоторые из них были использованы и на практике.

Был рекомендован только один из вариантов расположения силовой установки – над крылом, как это уже было сделано на VFW 614. Воздухозаборники должны располагаться как можно дальше от передней кромки крыла, сопла реактивных двигателей силовой установки должны располагаться как можно дальше, но перед задней кромкой крыла. Эти требования во многих случаях создавали сложности. Возможно, для выполнения этого требования было необходимо расположить силовую установку поперёк направления полёта или даже развернуть ее на 180 градусов, но это соответственно потребовало бы использовать соответствующим образом изогнутые воздухозаборники и выхлопные сопла. В дальнейшем рассматривались утопленные в элементы конструкции двигатели, у которых выходные сопла располагались над крылом. Также в данном варианте рассматривалась снижавшие уровень шума элементы обшивки. Еще одной возможностью снижения шума являлись соответствующая компоновка и снижение размеров выхлопных сопел, которые не должны были достигать задней кромки крыла. При этом было необходимо изменение задней кромки крыла, известное по так называемым лопастям воздушных винтов с формой крыла неясыти («Eulenflügel-Luftschraube»).

Обнаружение по инфракрасному излучению

Находящиеся на вооружении самолёты, их электронное оборудование и силовые установки являются источниками тепла: их температура превышает температуру окружающего воздуха. Разницу температуры обнаруживают инфракрасные датчики. Эти же датчики определяют расположение источника тепла и следят за его перемещениями.

При низких скоростях полета, которые характерны для истребителя-невидимки, нагрев элементов конструкции самолета будет сравнительно низким. Электроника может позволить за счет принудительного охлаждения (абсорбированная охлаждаемая оболочка, вентиляция), что сделает значительно более сложным обнаружение самолёта инфракрасными датчиками. Значительно более сложно всё, что касается силовой установки, у которой сильно нагреваются как сами двигатели, так и поток выхлопных газов. Но и тут имеется возможность значительно снизить интенсивность теплового излучения за счет расположения и формы воздухозаборников и выхлопных сопел. Этими техническими решениями можно добиться того, что инфракрасные головки, служащие для обнаружения самолётов, ничего не увидят при приближении к самолёту спереди или сзади. Еще одной возможностью снижения уровня теплового излучения является использование двухконтурных турбореактивных двигателей.

 
Рис. 2. Эскиз формы сопел для выхода газа и задней кромки крыла, которые могут позволить добиться снижения уровня шума. Задняя кромка крыла напоминает кромку крыльев самолетов времен Первой Мировой войны, но в данном случае она имеет другое предназначение

Обнаружение при помощи радиолокатора

Как твёрдое тело самолёт отражает радиолокационные лучи, и это отражение тем сильнее, чем больше размеры поперечного сечения самолёта. У ДПЛА величина поперечного сечения равна примерно 0,3 м², у боевых самолётов – как правило 1,2 м², но эти показатели могут быть значительно снижены за счет отражения или расщепления отраженного от самолёта сигнала вверх и вниз в зависимости от формы и внешнего вида летательного аппарата.

Среди различных вариантов форм и внешнего вида летательного аппарата заметно стремление как можно больше снизить размеры самолёта, чтобы получить как можно более низкий силуэт и минимальную величину отраженного радиолокационного сигнала (снижение длины прямых линий, применение сферически изогнутых поверхностей), применение абсорбирующих материалов, например в воздухозаборниках, на кромках и хвостовом оперении.

Большинство из этих снижений вероятности обнаружения визуально, по звуку, радиолокатором и инфракрасными приборами совместимы друг с другом и могут без проблем быть применены на одном и том же самолёте, иногда даже для многих целей.

Все эти факторы и их значение для снижения вероятности уничтожения самолета противником были известны уже давно. Но, несмотря на это, до начала работ по программе XST никто, по видимому, не предпринимал серьёзных попыток поиска оптимального решения проблем снижения заметности самолётов, при которых в расчет принимались бы все требования по снижению заметности и все мероприятия были бы последовательно проведены.

Цветное изображение проекта истребителя-невидимки XST Lockheed; Вернер Гранцейер (Werner Granzeier), 2155 Jork

Окажется ли истребитель-невидимка концерна Lockheed значительно отличающимся от всех других самолётов – можно будет узнать после выкатки машины из цеха. В пользу этого предположения свидетельствуют формы двух других самолётов, разработанных авиационным подразделением компании Teledyne-Ryan, Сан-Диего, штат Калифорния, и имеющих сходное назначение. Речь идет о двух проектах компании Teledyne-Ryan, один из них представляет собой дистанционно пилотируемый летательный аппарат (БПЛА), а другой представляет собой одно-двухместный боевой самолёт. Компоновка этих двух машин имеет общие черты и во многом сходна.

Проект истребителя-невидимки компании Teledyne-Ryan

Проект истребителя-невидимки компании Teledyne-Ryan, изображенный в тизере к статье, представляет собой единственный известный до сих пор американский патент самолета-невидимки (номер патента 244.265). Как и проект концерна Lockheed, это двухмоторный низкоплан с крылом дельтовидной формы. Двигатели силовой установки утоплены в крыле и расположены по обе стороны от фюзеляжа. Верхняя кромка воздухозаборников сильно втянута внутрь. Боковые поверхности представляют собой прикрытые защитные решетки. Поток раскалённых газов выходит над верхней кромкой крыла из плоских сопел. Элементы системы управления защищены от потока раскалённых газов. Управление самолёта осуществляется при помощи расположенных на внешних секциях крыла элевонов и двух наклоненных внутрь килей вертикального оперения. Кабина пилота располагается за обтекателем радиолокационной антенны в точке передней кромки корневых частей крыла. Убирающаяся передняя стойка шасси в убранном состоянии полностью закрыта створками. На виде сбоку можно отметить очень низкий силуэт самолёта, на изображениях спереди и сзади можно отметить почти полную закрытость силовой установки от датчиков инфракрасных приборов, служащих для обнаружения самолёта.

Рис. 3. Схемы в трех видах и изометрии проекта истребителя-невидимки компании Teledyne Ryan; приведены в патенте 244.265

Еще более действенным средством защиты против обнаружения визуально, по звуку или радиолокатором станет малозаметный БПЛА компании Teledyne-Ryan.

Проект малозаметного БПЛА компании Teledyne-Ryan

При разработке компанией Teledyne-Ryan проекта малозаметного БПЛА большое внимание уделялось снижению до минимума углов и кромок. Все пересекающиеся поверхности фюзеляжа должны будут стать сглаженными, а сам корпус БПЛА, насколько это вообще возможно, будет плоским. В результате появится летательный аппарат с дельтавидным крылом с прямыми или почти прямыми сторонами. Эти поверхности будут настолько плоскими, насколько это сочетается с требованиями аэродинамики. БПЛА должен быть оснащен электрической системой управления с многократным резервированием на случай предотвращения сбоев. Для того чтобы скрыть самолёт от обнаружения радиолокаторами противника, особенно важно закрыть все углы и кромки, отверстия, воздухозаборники двигателей, выхлопные сопла и хвостовое оперение (например установить их выше поверхности крыла). Всё это можно увидеть на представленных ниже рисунках.

Рис. 4. Схема в трех проекциях малозаметного самолёта компании Teledyne Ryan. На схемах показана оптимальная для самолета-невидимки форма БПЛА

Рис.5. Радиолокатор против малозаметных самолётов. На нижнем изображении показан летящий на спине БПЛА – один из методов, применяющихся против обнаружения радиолокатором

Читатели обратят внимание на утопленную в корпусе силовую установку. Несмотря на отсутствие на рисунках подробностей размещения силовой установки, на схемах показано их наличие и место размещения.

В действительности дельтовидные крылья уже много раз были опробованы на ДПЛА. Первый беспилотный летательный аппарат с данным крылом был построен компанией Aero-Marine Research, Сан-Бернардино, штат Калифорния. Он получил обозначение RPV-004 и являлся опытным летательным аппаратом, который использовали для постройки миниатюрного БПЛА Teledyne-Ryan Model 262. Данный БПЛА, оснащенный двухтактным двигателем с заключенным в кожух воздушным винтом, был построен по заказу американской армии и по итогам объявленного конкурса стал только вторым (первое место было отдано Lockheed Aquila). Также этот летатель­ный аппарат одновременно стал предшественником малозаметного летательного аппарата Ryan и подтвердил то, что была выбрана правильная концепция.

Стоит ли это таких усилий?

При последовательном применении и удачной комбинации предложенных компанией Teledyne-Ryan мероприятий (кратко упомянутых в данной статье) во много раз увеличиваются шансы на выживание самолёта подобной компоновки. Если вспомнить о том, что США до сих пор не нашли противоядия от радиолокаторов советской системы ПВО SA-6 [2К12 "Куб"] (и это три года спустя после последнего конфликта на Ближнем Востоке) и что отраженный от БПЛА компании Teledyne-Ryan сигнал составляет 1% (один процент!) от величины отраженного сигнала от обычного самолёта, предназначенного для выполнения сходных задач, то тогда становится понятным, какое значение имеет разработка истребителя-невидимки в будущем и какие значительно большие шансы на выживание будет иметь такой самолёт в сравнении с обычными самолетами. Данные факторы в будущем не сможет игнорировать ни один авиаконструктор при разработке перспективных боевых машин.

Рис. 6. Типичный отраженный от малозаметного летательного аппарата сигнал. В случае с БПЛА Teledyne Ryan он составлял примерно 1 % от величины отраженного сигнала сопоставимого обычного самолёта

Источники:

• 1) US-Patentschrift 4.019.699 «Aircraft of low observability» Teledyne-Ryan Aeronautical Division, San Diego, Calif., USA, vom 21. 7. 1975; basiert teilweise auf einer früheren Anmeldung vom 30. 4. 1974.
• 2) US-Design Patent 244.265 «Aircraft», Teledyne-Ryan Aeronautical Division, San Diego, Calif., USA, vom 14. 8.1975.
• 3) Reilly, John C., «Project Yehudi», Journal of the American Aviation Historical Society, Vol. 15, No. 4, 4. Quartal 1970, S. 255 ff.
• 4) «Vers l’avion invisible», Air & Cosmos, No. 635, 4. September 1976, S. 30.
• 5) Rhea, John «Beyond the air-combat fighter», Flight International, 16. 10. 1976, S. 1191.
• 6) «Lear Siegler is readying …», Aviation Week & Space Technology, 14. 2.1977, S. 9.
• 7) «First flight of Lockheed’s new Stealth Fighter», Aviation Week & Space Technology, 20. 6.1977, S. 11.
• 8) Jane's All the World’s Aircraft 1969/70.
• 9) Borgart, Peter, «Die Verwundbarkeit bemannter fliegender Waffensysteme», Teil 1: Entdeckungswahrscheinlichkeit. Intern. Wehrrevue, Heft 4/1977, S. 667 ff.

источник: «Der «Stealth Fighter»» // «LUFTFAHRT International» 25