Не моё, пост с Хабра.
Из-за ограничения на количество картинок, пост разбит на две части.Первая часть.
Итак, самое время разобраться в составляющих скрытности. В самых общих, конечно, чертах.
Невидимость широкими мазками
Чтобы уменьшить радиолокационную заметность, нужно сначала разобраться, почему именно он заметен, простого «луч отражается» — недостаточно. Короче говоря, нужен серьёзный научный вклад. Одно из первых серьёзных исследований дифракции радиоволн, повлиявшее на всё последующее развитие, сделал наш (а потом американский) учёный, Петр Уфимцев. В 1962 году, вполне открыто, в издательстве «Советское радио» вышла его книга. Она, как и другие работы на эту тему, полна математики, мы же попытаемся свести всё к нескольким грубым упрощениям.
Картина отражений весьма сложна, но основные нарушители скрытности известны:
- Уголковый отражатель
- Яркая точка
- Отражение от плоской поверхности, стоящей поперёк луча.
- Отражение от границы
Уголковый отражатель
Уголковый отражатель, он же катафот, всем хорошо знаком по автомобилям, велосипедам, светоотражающей краске и так далее:
Суть проста, луч отражается несколько раз и уходит назад, туда, откуда его испустили:
Уголковый отражатель идеален для того, чтобы увеличить заметность. И не обязательно для этого быть классической коробочкой из зеркал. Его роль может сыграть любая яма, к примеру, пилотская кабина. Фонарь самолёта для радиолучей практически прозрачен, кабина – ящик с металлическими стенками, чем не уголковый отражатель?
Ящик закрывают, покрывая фонарь тонким слоем металла, не мешающим лётчику смотреть, но прячущим кабину от локатора. Чаще всего используют покрытия из прозрачных проводников вроде оксида индия-олова, хотя иногда пишут и о тонком золотом слое. Из-за таких покрытий фонари современных боевых самолётов в зависимости от освещения выглядят золотистыми, коричневатыми, серыми, фиолетовыми…, вот пример F-16:
Другой вид уголкового отражателя получается в «подмышках», образуемых фюзеляжем и крылом.
С этим борются, размещая крыло внизу. Заметность сверху растёт, но это не так важно, как заметность снизу. Поэтому все «стелсы» – низкопланы. Ещё лучше интегральная схема, когда крыло плавно переходит в фюзеляж, как у Ту-160:
Заметно, что Ту-160, как и прародитель его формы, В-1 (да-да, «законы аэродинамики», я помню), не идеально прячется, гондолы двигателей образуют уголки-отражатели.
Примером самолёта с заявленной скрытностью может служить Миг-1.42 (1.44). Но, посмотрите – какая уж тут скрытность? Ковшовые воздухозаборники, щель для слива пограничного слоя, зуб на стабилизаторе, киль, продолженный под стабилизатор, выступающая механизация на нижней поверхности крыла:
Яркая точка
Снова в темноту, снова берём фонарик и светим на глобус. С какой бы стороны мы не зашли – увидим в центре светлое пятно.
Как ни крути, на шаре всегда будет место, перпендикулярное нашему лучу и отражающее его к нам назад. Это и есть «яркая точка».
Но что шар, яркую точку может обеспечить любая выпуклая поверхность. Этим выпуклости хуже плоскостей. Плоскость тоже может отразить точно назад, но только если направление луча перпендикулярно плоскости. Для пролетающего самолёта это означает, что он только на секундочку блеснёт ярко, а потом станет почти невидим. А выпуклость будет блестеть совсем не так ярко, зато с любого направления.
Самый простой пример выпуклости – крыло. Оно ведь не плоское в профиль:
Выход, казалось бы, есть. Профили, плоские снизу, не просто известны, но и широко распространены. Вот, к примеру, широко известный Clark-Y:
Верхняя дужка выпуклая… Не беда, можно и верхнюю дужку провести ломаной линией. Беда, конечно, будет с аэродинамикой, на таком крыле летать нелегко. Но есть пример и такого самолёта, это F-117, за внешний вид и неустойчивый полёт получивший кличку «Wobblin' Goblin» (шатающийся гоблин):
Отражение от плоской поверхности
Уже было упомянуто, что плоскость, стоящая поперёк луча, отразит его назад, и отразит неплохо. И было сказано, что время наблюдения будет очень малым, зайчик отражения пробежит убежит подальше от принимающей антенны даже шустрее, чем самолёт летит.
Но есть, есть такие плоскости, которые вечно поворачиваются плашмя. Имя им – лопасти. Лопасть вращается, угол, под которым она к нам повёрнута, всё время меняется. За время оборота угол обязательно окажется и прямым. На долю секунды, но тут же возникнет засветка от другой лопасти, третьей… Причём эффект этот, аналогично яркой точке, проявляется с самых разных направлений. А ведь лопасти есть не только у винтовых самолётов и вертолётов, у компрессоров и турбин реактивных двигателей лопастей более, чем достаточно.
С вертолётами и винтовыми самолётами уже ничего не поделать, незаметность для них невозможна (выше писал о В-35, гладкое летающее крыло, но…). А вот с реактивными движками можно что-нибудь придумать, они же маленькие (относительно винта вертолёта).
К примеру, можно сделать S-образный воздуховод к двигателю. Из-за изогнутости двигатель (точнее, лопатки компрессора) будет «не виден», луч будет переотражаться от стенки к стенке и затухать.
Можно и просто о-о-очень длинный воздуховод сделать, тогда лопатки будет видно только при взгляде строго спереди. Можно применять устройства под названием радар-блокатор. Ложка дёгтя – такой воздуховод хуже работает, снижается эффективность движка.
Особенно трудно спрятать от облучения сзади лопатки турбины, вообще мало что применишь, потери из-за слишком длинного или кривого сопла будут уж очень велики. Несколько выручает то, что в военных самолётах часто стоят двигатели с форсажной камерой, а её внутреннее устройство само по себе здорово загораживает лопатки:
Отражение от границы
Настало время поговорить о волновых свойствах радиоволн. То, что более-менее длинные волны отражаются от самолёта, как от целого, уже написано, но и с короткими, сантиметровыми, не так просто. Опуская сложную физику, можно представить границу как переизлучающую антенну. Отражение может быть довольно сильным. Полностью устранить эту неприятность нельзя, что же делать? Прежде всего, хорошо бы иметь поменьше кромок вообще.
Например, отказавшись от стабилизатора (F-117), да и от килей тоже (B-2):
Во-вторых, нужно избежать отражения во все стороны. Очевидно, что наилучшее отражение, как и с плоскостью, идёт при облучении «в лоб», перпендикулярно к плоскости или кромке. Значит, чтобы самолёт засекался строго с одного направления (и ярко высвечивался локатору на секунду, а то и долю секунды), нужно, чтобы все кромки шли в одном направлении, были параллельны друг другу. Все линии сделать параллельными не получится, но можно разбить их на группы так, чтобы было малое количество направлений, с которых видно, зато со всех остальных – не видно. Именно этот приём придаёт такой характерный внешний вид современным стелсам. Вот и у Су-57 (Т-50) передние кромки крыла параллельны передним кромкам стабилизатора, и задние друг другу параллельны:
Но не только кромки работают отражателями. Швы, стыки панелей обшивки – тоже отражают. Чтобы ослабить эффект, шов «ломают» на части, подбирая длину этих частей неудобной для ожидаемой длины волны. Причём составные части шва стараются делать параллельными кромкам крыла, стабилизатора. Получаются стыки «зубчиками». Вот, к примеру, F-22. Видите, как края бомбоотсека выполнены? А крышка шасси, там тоже видна?
Ещё одна хитрость – сделать крыло с обратной стреловидностью (С-37/Су-47 Беркут):
Здесь хитрость в том, что при облучении спереди отражение от кромки крыла попадает в фюзеляж, прячется за него. Сзади такое крыло видно получше, но сзади самолёт виден, когда он уже улетает, сделав своё дело. Да и шанс попасть при пуске вдогон гораздо ниже, чем стрелять с передней полусферы.
У обратной стреловидности ожидались и аэродинамические преимущества, чего обычно от противолокационных мер не получишь. Более того, попыток построить самолёт с обратной стреловидностью было несколько, но справиться с дивергенцией крыла (закручиванием, можно даже сказать, выворачиванием крыла воздушным потоком) не удавалось. Новые материалы, углепластики, позволили решить эту проблему, пусть ценой высокой стоимости, но обнаружилось, что вихри, сходящие с корневой части крыла, портят устойчивость и управляемость настолько, что продолжения эта машина не имела. И не только у нас, американцы тоже пробовали обратную стреловидность на Х-29, с тем же результатом.
Знаменитая краска
Теперь о радиопоглощающем покрытии, «чёрной краске»:
Покрытие довольно толстое, весьма дорогое и, как выяснилось, не всегда стойкое. Это не просто так краска, а целый хитрый комплекс. В самом грубом описании – в слое краски располагается хаотично множество мелких металлических иголочек или отражающих стеклянных микрошариков с металлизированной поверхностью. Они, конечно, отражают радиоволны. Но отражают мелкими порциями в самых разных направлениях, друг на друга… в результате радиоизлучение рассеивается, поглощается. Сигнал, отражённый наружу — существенно уменьшается.
Взамен, конечно, приобретаются и недостатки: такое покрытие немало весит, под напором воздуха, частиц пыли и капель воды быстро изнашивается, а то и отслаивается. О цене упоминать даже не будем.
Как спрятать радиолокатор
Одну из проблем заметности создаёт собственный радиолокатор самолёта. Даже, если его отключить. Как назло, его антенна специально сделана, чтобы отражать. Пусть не обманывает красивый обтекатель на носу – он прозрачен для радиоволн, а за ним…, например, РЛС «Ураган- 5»:
Старые локаторы с параболическими тарелками умели «видеть» только в одном направлении, и для обзора их поворачивали. В отключенном состоянии тарелка останавливалась повёрнутой вверх, чтобы при облучении спереди и снизу не давать сильного отражения.
Ладно, это старомодная «тарелка», но ведь и у более новых самолётов есть, чем покрасоваться в лучах вражеского локатора, например, плоской тарелкой ФАР.
ФАР - это Фазированная Антенная Решётка. Бывают подвижные ФАР, неподвижные, пассивные, активные и цифровые… но это совсем другая, обширная тема.
На иллюстрации РЛС «Жук-М» на МиГ-29:
Плоские фазированные антенны с электронным сканированием могут «смотреть в бок» без физического поворота. От дорогих, тяжёлых и снижающих надёжность систем поворота, конечно, избавились. Чтобы избежать сильного отражения при облучении спереди, тарелку крепят повёрнутой несколько вверх, хотя это и снижает возможности по наблюдению в нижней полусфере. Видите наклон?
Есть способы и экзотичнее. Например, не так давно СМИ пошумели про плазменное облако, за которым якобы умеют прятаться самолёты. Конечно, смешно, плазму просто сдует, да и порождать её в таких объёмах даже ядерный реактор на борту не поможет. Но, всё-таки, плазму применяют. Если заполнить объём внутри радиопрозрачного обтекателя легко ионизируемым газом и при отключении локатора его ионизировать (превращать в плазму), самолёт в радиоочертаниях обретает красивый, острый и плохо отражающий нос. При необходимости включить свой локатор плазму можно погасить за доли секунды, просто проветрив объём.
Печальное заключение
Я – всё-таки дилетант, пусть и широкого профиля. Несколько серьёзнее и подробнее (чего некоторые читатели, возможно, от меня ждали) можно прочитать в статье «На пути к пятому и шестому поколению».
Но, увы, исходный сайт Паралая исчез совсем, и новый тоже испытывает проблемы с этой статьёй. Скрытность есть скрытность!
Upd: уважаемый kurec дал хорошо работающую ссылку на статью: s92025sm.beget.tech/stat.html
Спасибо.
Благодарности
Спасибо OIelukoe, Tarasv, ptg.Martynov, Old_dancer, AKnyazev за стилевые и, особенно, фактические замечания.
Отдельное спасибо Mingun за указание на ошибки при публикации.
Не могу не выразить благодарность и Франциску Первому, А. С. Пушкину, Э. Н. Успенскому, Ф. И. Гримберг, В. С. Минаеву, А. Т. Рысбекову за любезно предоставленные тексты для заголовков.
