Русский стелс. Кто разработал технологию самолёта-невидимки

Технология «Стелс» на сегодняшний день остается на передовицах военной инженерии. Она перевернула фундамент мировой авиации, сделав самолеты главным тактическим оружием на поле боя. Впервые истребители-невидимки были представлены миру после нашумевшей операции «Буря в пустыне». Американские инженеры сотворили чудо, выпустив в широкое производство самолеты F-117. Разработкой новой технологии занималась . Невидимки могли без труда влететь в любое хорошо охраняемое воздушное пространство и ликвидировать цель, оставаясь незамеченными для местных локаторов.

Технология «Стелс»

Значительного прогресса в разработках инженеры американской добились в конце 1970-х. Ранее похожие технологии использовались для маскировки подводных лодок и наземной бронетехники. Тем не менее для сокрытия в воздушном пространстве большого объекта позже был применен усовершенствованный подход. «Стелс» — самолет, который незаметен для большинства радиолокаторов и техники, сканирующей в инфракрасном спектре. Обычные авиационные единицы, попадая в диапазон излучающих волн, улавливаются оборудованием. Этот эффект достигается благодаря отражению радиосингала от корпуса самолета. Чем больше площадь рассеивания, тем выше вероятность обнаружения объекта. Крупный бомбардировщик имеет показатель около 100, истребитель – до 12, а американский самолет «Стелс» – 0,3 кв.м.

«Стелс» всегда похож на шедевр кубизма

Самые первые стелс-самолёты выглядели и правда крайне необычно. Ломаные формы, никаких гнутых линий и плавных переходов. По сей день, когда мы говорим о малозаметных самолётах, в голове рождается именно такая картинка.

Но в конце 80-х годов образ таких машин стал меняться. Уже В-2 выглядел почти как нормальное летающее крыло, F-22 и F-35 походили на вполне обычные самолёты. Многие решили, что произошёл частичный отказ от «стелса» в пользу нормальной аэродинамики, чтобы самолёты не летали, как кирпичи.

На деле, эти изменения стали результатом развития вычислительных мощностей. Рассчитать «стелс» без применения компьютеров просто невозможно. В 70-х годах развитие вычислительных мощностей позволяло считать только объекты, состоящие из плоскостей. Оттого и пошли такие необычные формы, которые через пень-колоду заставляли летать. Но компьютеры совершенствовались быстро, и скоро стало возможно рассчитать куда более сложные, но привычные для нашего глаза и для аэродинамики формы, сохранив высокий уровень незаметности. Правда, на объектах вроде кораблей пока альтернатив ломаным формам нет — слишком уж большие.

Плюсы и минусы технологии

Про самолет «Стелс» можно сказать только хорошее. Тем не менее многие военные специалисты долгое время выражали свое недовольство инновацией американской авиации. И действительно, если подробно разобраться, у технологии были свои весомые недостатки. Во-первых, это касается стоимости самолета. Строительство одной единицы составляло более полумиллиарда долларов. Крупные бомбардировки-невидимки и вовсе оценивались в $1,1 млрд. Следующим нюансом стало резкое развитие радиолокационного оборудования. Уже к началу 1990-х практически все РЛС могли с той или иной степенью вероятности обнаружить самолеты технологии «Стелс». Из-за этого американским инженерам приходилось постоянно совершенствовать свои наработки. Еще одним минусом технологии являлось заметное снижение летных характеристик невидимки, так как при конструировании упор делался на радиолокационную малозаметность. В результате «Стелс» (самолет) сильно проигрывал многим другим воздушным единицам и в скорости, и в маневренности, и даже в безопасности.

«Стелс» имеет немецкие корни

Среди людей, обожающих славить технологические достижения Третьего рейха, распространено мнение, что все послевоенные изобретения были сделаны именно в рейхе, а потом украдены. Не является исключением и создание «стелс».

Якобы братья Хортен ещё в ходе войны разрабатывали межконтинентальный стелс-бомбардировщик для ударов по США и незаметный истребитель для завоевания господства в воздухе. Потом эти технологии были захвачены американцами, и «туповатым янки» потребовалось более 30 лет, чтобы в них разобраться и поставить в серию.

На ту же тему

Самолёты Третьего рейха: могли ли немцы обогнать время?

Как и большинство мифов о научном могуществе Третьего рейха, этот не имеет никакой основы.

В качестве аргумента его сторонники приводят тот факт, что инженеры Хортен активно работали над созданием самолётов типа «летающее крыло» — в будущем окажется, что это одна из лучших компоновок для «стелс».

Но знали ли об этом немцы?

Ни одного документа об исследовании ЭПР самолётов в рейхе пока не найдено, ни о каких экспериментах с невидимостью для радаров в авиации неизвестно. Правда, были работы для подводного флота, чтобы сделать перископы подлодок малозаметными. Но об адаптации результатов исследований для авиации также нет данных.

Может, у немцев получилось случайно? В 2009 году канал National Geographic провёл эксперимент, построив полноразмерный макет самолёта Ho.229. В некоторых проекциях удалось достичь незначительного снижения ЭПР при использовании радаров того периода. Вот только эти проекции располагались хаотично, и шансы, что именно они попадут под облучение, были минимальны. Подобным «случайным» снижением ЭПР обладало бы любое летающее крыло, но получить от этого преимущества в бою не вышло бы.

Ещё один аргумент — об использовании угля в конструкции Ho.229 для поглощения радиоволн. Братья Хортен и правда собирались в серийном самолёте применить композит из клея, опилок и угольной пыли, покрытый с двух сторон фанерой. Вот только его задачей было снижение не заметности, а веса самолёта — при сохранении прочности и устойчивости к деформирующим нагрузкам, о чём и говорится в немецких документах. Да и никакими особыми свойствами поглощения радиоизлучения уголь не обладает.

Один из главных источников мифа — сам Реймар Хортен, который иммигрировал в Аргентину и пытался развивать там авиастроение. В 80-х немец начал активно рассказывать, что именно он придумал «стелс» и его самолёты были невидимы для радаров. Непонятно только, почему он заговорил об этом лишь после того, как «стелс» прогремел в мировой прессе?

Принцип работы самолета-невидимки

Для поглощения радиоизлучения используется ферромагнитное покрытие, которое нанесено на весь корпус объекта. Когда на данную поверхность попадают волны, под действием микроскопических магнитных частиц они перенаправляются с повышенной частотой в другую от РЛС сторону. Таким образом, энергия излучения истрачивается. Для улучшения свойств незаметности все оборудование и принадлежности в самолете сделаны из углеродного волокна. Также для перенаправления радиолучей было решено сконструировать корпус и крылья из плоскостей, без закруглений поверхности.

Уязвимость для современных средств обнаружения

По большинству боевых и специальных вспомогательных машин, созданных с применением стелс-технологий, отсутствуют независимые данные по величине эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) в различных диапазонах, так как экспертная оценка этой информации может повысить их уязвимость. Часть данных о заметности подобных машин основана на теоретических оценках, также существуют случаи намеренной дезинформации, завышающие либо, наоборот, занижающие реальное значение ЭПР. Поэтому ко всем оценкам величин заметности малозаметных военных машин следует относиться с высокой степенью осторожности.

По мнению начальника противовоздушной обороны ВКС России генерал-майора В. Гумённого, в настоящее время «самолеты-невидимки», созданные по технологии Стелс, не невидимы для отечественных средств ПВО, — такие цели благополучно берутся на сопровождение и своевременно уничтожаются. Однако не упоминается ни расстояние, на котором возможно осуществлять подобные операции, ни количество целей, которое средство обнаружения способно сопровождать.[1].

Первый самолет-невидимка

В 1981 году передовой разработкой американской стал дозвуковой ударный Lockheed F-117 кодификации Night Hawk. Самолет был предназначен для быстрого проникновения в тактическую зону противника, успешно скрываясь от систем ПВО. В результате последующих модернизаций были внедрены технологии противодействия самонаводящимся ракетам. К 1990 году на балансе ВВС США состояло 64 единицы F-117. В международной кодификации самолет получил название «Ночной Ястреб». По американской системе обозначения невидимке присвоена литера F. Интересно, что долго время F-117 считался истребителем. Тем не менее сегодня он является обычным дозвуковым самолетом тактико-ударного типа.

Изобретатель Петр Уфимцев

Петр Яковлевич Уфимцев принадлежал к поколению «детей войны». Он родился в 1931 году в далеком селе Усть-Чарышская Пристань на Алтае. В свое время туда переселился его отец – крестьянин. В 1934 году, когда Пете было три года, отца раскулачили и репрессировали, он сгинул где-то в лагерях. Детство без отца было нищим и голодным: из-за нехватки витаминов у Петра прогрессировала близорукость. Мальчик очень стеснялся носить очки, поэтому в школе не мог читать с доски и просил одноклассника дать переписать задание.

Тем не менее, несмотря на проблемы со зрением, мальчик из глухой алтайской деревни отправился поступать в вуз – на физико-математический факультет Алма-атинского государственного университета. Но из-за прогрессирующей близорукости Уфимцев перебрался в Одессу, где была офтальмологическая клиника знаменитого профессора Филатова. Пришлось перевестись в Одесский университет, который Уфимцев окончил в 1954 году по специальности «теоретическая физика».

Подающий надежды молодой человек был распределен в Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт (ЦНИРТИ) Министерства обороны СССР. Занимался он, как следовало из названия, радиотехникой. Однако у института была и более узкая специализация.

Основной задачей этого института в то время была разработка новых средств радиоэлектронной борьбы, бортовой радиоэлектронной защиты, комплекса борьбы с радиолокационными средствами наведения. Сам ЦНИИРТИ до 1962 года был филиалом Научно-исследовательского института связи, а затем был выделен в отдельную структуру. Руководил им на протяжении почти 10 лет (с 1959 по 1968 годы) Николай Павлович Емохонов.

Ветеран Великой Отечественной войны, Николай Емохонов также был человеком «из народа» — сын сапожника, он был призван в Красную Армию и распределен на курсы радиосвязи. Так начался его путь в радиоэлектронику. Емохонов служил начальником радиостанции, командовал группой ближней разведки средствами радиосвязи, войну закончил старшим лейтенантом и продолжил службу в войсках связи, получив образование в Военной академии связи им. С.М. Буденного.

После окончания академии Емохонов и пришел в Научно-исследовательский институт связи, где прошел путь от младшего научного сотрудника до главного инженера, а затем до директора филиала и, наконец, директора Центрального научно-исследовательского радиотехнического института. Именно Емохонов пригласил Уфимцева в институт, где Петр Яковлевич проработал до 1973 года. При этом то направление, которым занимался молодой научный сотрудник, не считалось перспективным.

Зато Емохонов сделал очень неплохую карьеру: в 1968 году генерал-майор Емохонов был переведен на должность начальника 8-го Главного управления КГБ СССР (отвечало за шифровальную работу и защиту связи), а в 1971 году одновременно стал заместителем председателя КГБ СССР и председателем Научно-технического совета КГБ СССР. На этой должности Емохонов находился до 1990 года, получив в 1985 году звание генерал армии.

Петр Уфимцев карьерных высот не достиг, хотя в 1970 году и защитил диссертацию на соискание степени доктора физико-математических наук. Тем не менее, его вклад в науку был очень значительным. Он положил начало физической теории дифракции. Еще в 1962 году вышла монография «Метод краевых волн в физической теории дифракции», напечатанная ограниченным по советским меркам тиражом в 6500 экземпляров. Именно она и попала на стол к молодому и предприимчивому переводчику корпорации Lockheed Martin Денису Оверхользеру.

Технические характеристики Lockheed F-117

Длина самолета составляет 20 м, в то время как размах крыла превышает отметку в 13 м. В экипаж входит один пилот. Масса F-117 варьируется в пределах от 13,4 до 23,8 тонн, в зависимости от загруженности и запаса топлива. Изначально планировалось уменьшить номинальный вес самолета до 10 т, однако в итоге установка охлаждения потребовала дополнительного места. В результате пришлось дорабатывать нижнюю часть корпуса. В комплектацию входят 2 двигателя F404 с суммарной тягой в 9700 кгс. Что касается летных характеристик, то максимальная дальность полета составляет порядка 1720 км. При этом боевой радиус равен 860 км. «Ночной Ястреб» способен подниматься на высоту до 13,7 километра. Скорость движения составляет 993 км/ч, в автономном режиме – 905 км/ч.

Звуковой и видимый диапазон

На заре авиации летчики мало «заморачивались» скрытностью своих боевых машин. Более того, нередко они старались сделать их ярче и заметнее – история «Красного барона» Рихтгофена тому подтверждение. Но повышение могущества противовоздушной обороны убрало лишнюю спесь, и внешний вид самолетов стал гораздо скромнее. Сегодня вертолеты и штурмовики, работающие на малых высотах, обычно имеют светлое «брюшко» и темную «спинку». Для более высотных летательных аппаратов это не имеет особого смысла, поэтому они, как правило, серые или серо-голубые.

Можно ли сделать объект невидимым для человеческого глаза? Определенные подвижки в этом направлении есть. Связаны они с успехами в создании метаматериалов – сложных молекулярных структур, обладающих очень интересными свойствами. Некоторые из них имеют отрицательный показатель преломления света – он как бы обтекает трехмерный объект, покрытый таким материалом, и заставляет наблюдателя видеть то, что находится позади него. Плащ из подобной ткани сможет сделать человека невидимым не только оптической, но и в инфракрасной части спектра. Причем для его «работы» не нужны источники питания, зеркала, лампы или сложные электронные устройства.

Пока все это находится на стадии разработок, но несколько компаний обещают начать серийное производство невидимых материалов уже в ближайшие годы. До полноценного камуфляжа для самолетов еще очень далеко – пока речь идет о маскировочных костюмах для бойцов спецподразделений и снайперов.

Долгое время, примерно до середины Второй мировой войны, главным способом обнаружения самолетов была акустическая пеленгация. Шум работы авиадвигателя засекали с помощью специальных звуковых локаторов разной величины и конструкции. Некоторые из них имели циклопические размеры. Акустическая пеленгация канула в Лету после появления реактивных самолетов. Они не были тише предшественников – просто значительно выросла их скорость. Сверхзвуковой самолет вы быстрее увидите, чем услышите, но даже если он движется на дозвуковой скорости, времени на реакцию остается совсем мало.

Описание невидимки B-2 Spirit

Этот стелс-самолет был разработан американской . На сегодняшний день находится в активной эксплуатации. Представляет собой тяжелый стратегический бомбардировщик. Предназначен для поражения больших тактических наземных объектов. Способен прорваться через плотную ПВО благодаря использованию технологии «Стелс». В грузовом отсеке имеет возможность транспортировки ядерного оружия. Проект «Спирит» американскому правительству обошелся в 45 миллиардов долларов.

Холодно, теплее, горячо…

Авиационный двигатель не только шумит, но еще и здорово нагревается во время работы. А значит, излучает инфракрасные волны. Это было «головной болью» еще в эпоху поршневых самолетов – раскаленные патрубки и горячие выхлопы из них существенно демаскировали самолеты ночью. Реактивная силовая установка испускает еще больше инфракрасного излучения.

Тепловой след представляет серьезную проблему, ибо на него наводятся значительное количество современных ракет типа «земля-воздух» или «воздух-воздух». Существует несколько способов противодействия данной угрозе:

• экранирование или изменение формы сопел;
• отстрел тепловых ловушек;
• постановка активных помех.

На боевые вертолеты ставят экранно-выхлопные устройства (ЭВУ), в которых происходит смешивание горячих выхлопных газов с холодным воздухом. Благодаря этому заметность двигателя в инфракрасном диапазоне снижается. По понятным причинам на реактивный самолет нельзя поставить подобное приспособление, и здесь применяют другие методы: экранируют сопло с помощью корпуса или делают его прямоугольным. Последнее решение негативно сказывается на эффективности двигателя, зато реактивная струя прямоугольной формы быстрее рассеивается.

Отстрел ложных тепловых целей сбивает головку наведения ракеты, заставляя ее преследовать более мощный тепловой сигнал. Каждая из ловушек представляет собой пиротехническое устройство, похожее на сигнальную ракету. Они заряжаются в специальные устройства сброса, отстрел производится автоматически.

Постановка активных помех производится за счет генераторов или бортовых лазерных станций. Первые представляют собой инфракрасные лампы с отражателями, а вторые комплектуются системами поиска атакующих ракет и ИК-лазером, который ослепляет их ГСН.

Еще можно добавить, что уменьшение теплового излучения актуально не только для самолетов или вертолетов. ПТРК третьего поколения типа американского «Джавелина» также имеют инфракрасную головку самонаведения, поэтому о снижении теплового следа двигателя придется хорошенько задуматься и танкостроителям.

Характеристики F-22 Raptor

Истребитель «Раптор» является многоцелевым воздушным объектом пятого поколения. Его разработками занимались компании Boeing, Lockheed и GD. Это самый новый и усовершенствованный истребитель-невидимка в мире.

F-35 Lightning II

Высокая цена F-22 не позволила заменить парк американских истребителей четвертого поколения, большинство из которых было разработаны в семидесятые годы прошлого века. Поэтому в середине 1990-х фирма Lockheed Martin начала разрабатывать истребитель F-35 Lightning II, который с 2020 года стал поступать на вооружении Корпуса морской пехоты и ВВС США. При разработке этого самолета преследовались две основные задачи: создать не просто передовой стелс-истребитель, а целое семейство самолетов — с обычным взлетом и посадкой, с вертикальным взлетом и палубный истребитель. С одной стороны, это удешевило и ускорило разработку, позволив использовать множество унифицированных узлов, но с другой — попытка использовать одни и те же конструктивные решения для фактически трех самолетов привело к недопустимым компромиссам.

Оружие

Американская летающая тарелка 1959 года

F-35 начали критиковать ещё до того, как он был принят на вооружение. Его ругали за плохую маневренность — в учебном воздушном бою он проиграл ветерану F-16, за небольшую скорость, за плохую малозаметность, малую нагрузку, однодвигательную схему, что отрицательно сказывается на живучести и тесноте кабины, в которой летчики вынуждены биться головой о фонарь и сидеть в неудобной позе. Досталось F-35 и за высокую цену как самого самолета (программа F-35 обошлась в 1,6 триллиона долларов), так и за дорогую эксплуатацию. Некоторые эксперты и вовсе отказались признавать его самолетом пятого поколения.

Lockheed Martin считает критику необоснованной, по‑прежнему утверждая, что F-35 является прекрасной боевой машиной, способной решать все возложенные на неё задачи. За все время эксплуатации F-35 было только два случая боевого применения самолета, да и то в качестве бомбардировщика. В прошлом году ВВС Израиля бомбили объекты в Сирии, а ВВС США наносили удары по наземным целям в Афганистане. В обоих случаях противодействия истребительной авиации противника не было, поэтому сложно оценить истребительные качества F-35.

Российский проект-невидимка «Беркут»

В 1997 году был выпущен первый экспериментальный палубный истребитель Су-47. Его конструктором стал Михаил Погосян. Работа над проектом осуществлялась на территории России. Су-47 считается полностью стратегическим объектом, поэтому на нем не установлено никакого вооружения. Его целью является получение и анализ разведданных с хорошо защищенных точек противника. В дальнейшем планируется модернизация самолета до легкого бомбардировщика.

Волшебная невидимая краска

Радиопоглощающие покрытия и материалы – это один из главных «секретов успеха» технологии Стелс. Сегодня известно несколько видов РПМ. Толщина подобных материалов высчитывается, исходя из особенностей радиоизлучения.

Так, например, резонансные РПМ имеют толщину в четверть длины волны. Попав в такой материал, излучение отражается от его внешней и внутренней поверхности, после чего происходит его интерференционная нейтрализация.

Нерезонансные покрытия представляют собой крошечные магнитные частицы, распределенные в пластике. Они рассеивают излучение или хаотически отражают его в разных направлениях. Подобные РПМ могут работать с радиоимпульсами разной частоты и длины волны. Существуют толстые многослойные покрытия, совмещающие в себе материалы обоих типов.

Одним из наиболее известных РПМ является iron ball paint – вещество, содержащее микроскопические сферы, покрытые магнитным составом. Оно превращает высокочастотное излучение локаторов в тепло, существенно уменьшая заметность объекта. Подобный материал использовался для покрытия знаменитого самолета-разведчика SR-71 Blackbird.

Кроме того, для снижения ЭПР летательных аппаратов используются специальные композитные пластики, способные поглощать электромагнитное излучение.

Конструкция и вооружение

Фюзеляж F-117 «Найтхок» выполнен по схеме полумонокока из алюминиевых сплавов. В носу самолёта – электронное оборудование системы управления и навигационной аппаратуры. За ними – две турели с датчиками системы инфракрасного обзора (нижней и верхней полусферы) и лазерными дальномерами-целеуказателями. Топливо «Найтхока» находится в двух баках в фюзеляже и четырёх крыльевых. Фюзеляжные баки размещены над бомболюками и за ними.

В нормальном режиме баки левого борта питают левый двигатель, а баки правого борта – правый мотор. За кабиной — топливоприёмник для дозаправки в воздухе. Дозаправку «Найтхока» производят танкеры КС-10 или КС-135.

На первых самолётах «Найтхок» устанавливали двигатели от учебных самолётов. Серийные F-177 получили турбовентиляторные моторы F404, изначально разработанные для палубного истребителя F/A-18. Модификация для «Найтхока» отличалась отсутствием форсажной камеры. Двигатели F404 – двухконтурные, с трёхступенчатым компрессором низкого давления и семиступенчатым – высокого. Компрессоры приводятся одноступенчатыми турбинами.

Воздухозаборники закрывались решётками, тоже предназначенными для отражения радиоволн.

Выхлоп двигателей «Найтхока» выводился наружу через специальные каналы, в которых охлаждался воздухом, также поступающим из воздухозаборников. Для запуска двигателей используется вспомогательная силовая установка. На каждом двигателе — генератор переменного тока. Аварийный генератор приводится от вспомогательной силовой установки «Найтхока». Его назначение – подавать энергию на электродистанционную систему управления в течение десяти минут, за которые можно осуществить аварийную посадку.

Остекление пилотской кабины F-117 покрывалось специальным составом с содержанием золота – во избежание отражения излучения от содержимого кабины «Найтхока». Антенны радиостанции AN/ARC—146V и системы «свой-чужой» AN/APX-101- убирающиеся. В кабине «Найтхока», оснащённой кондиционером, на приборной панели находятся два многофукциональных дисплея, и индикатор на лобовом стекле. Используется кресло-катапульта модели ACESII.

В состав электронного оборудования «Найтхока» входили три компьютера М326F. Собственного радара, и средств РЭБ самолёт не имел. Это также было сделано для снижения заметности – излучение бортового радара выдало бы «невидимку».

Хотя F-117 официально назывался истребителем, и эскадрильи, летавшие на «Найтхоках», считались истребительными – это был лёгкий бомбардировщик. Теоретически «Найтхок» мог применять любое ракетно-бомбовое вооружение из американского арсенала, но фактически в двух бомбовых отсеках «невидимки» всегда находились корректируемые бомбы. В каждом отсеке находилась одна точка подвески, способная нести бомбу калибром до 900 кг. И это при том, что даже фронтовой истребитель F-16 можно было нагрузить 7 тоннами бомб и ракет, а истребитель-бомбардировщик F-15E мог взять на борт свыше 10 тонн.

Единственным средством обнаружения целей «Найтхока» служили две инфракрасные камеры, для наведения бомбы на цель использовалась лазерная подсветка.

Использовались обычно бомбы GBU-27 калибра 900 кг с проникающей боевой частью. В последних операциях с учаcтием F-117 использовали бомбы GBU-31 JDAM, наводящиеся до данным GPS. С термоядерными бомбами B61 «Найтхоки» никогда не летали.