Видимо-невидимо: история стелс-технологий

Победа в современном бою зачастую заключается не в мощи оружия, а в способности незаметно приблизиться к противнику и нанести сокрушительный удар. Современные истребители немыслимы без эпитета «малозаметный». При этом история стелс-технологий в самом простом понимании началась практически с зарождением военной авиации, а развитие их шло непрерывно. Делать российские самолеты невидимыми помогают и предприятия Ростеха. Например, специальное напыление на стекло, разработанное ОНПП "Технология", позволяет скрыть от радаров работу бортовой электроники истребителей Су-57.

Рассказываем о том, какие решения помогают авиаконструкторам обманывать радары противника и создавать самолеты-невидимки.

Кто не спрятался, я не виноват

Подобно бравым рыцарям или гусарам, первые военные летчики старались привлечь внимание не только к своей персоне, но и к своим машинам: ливреи их самолетов были, как правило, яркими. Однако с началом массового боевого применения авиации пилоты стали задумываться о том, как можно и нужно скрывать свое присутствие в небе. С тех пор проблема малозаметности - визуальной, звуковой, радиолокационной - не перестает занимать умы авиаконструкторов всего мира.

Между Первой и Второй мировыми войнами конструкторы предлагали нетривиальные решения проблемы оптической заметности. Например, в Военно-воздушной академии РККА в 1930-е годы разрабатывался проект "прозрачного" самолета. Для этого АИР-4, один из первых самолетов А.С. Яковлева, обшивался французским оргстеклом, а темные детали покрывались отражающим составом. Такая "стеклянная" машина становилась практически невидимой ни с земли, ни с других бортов в небе. Правда, оргстекло быстро приходило в негодность, и с началом новой войны проект был отложен.

Во Вторую мировую в искусстве авиакамуфляжа сформировался своего рода стандарт: светлый низ, темный верх. Плоскость фюзеляжа, обращенная к земле, красилась в оттенки голубого и серого, а сверху и по бокам самолет покрывался зеленым или пятнами зеленого, коричневого и желтого цветов. Такая окраска оставалась актуальной для низко летящих самолетов, позже стандарт сменился на однотонный светло-серый цвет.

Радиоволны найдут любого

Появление радиолокации существенно изменило расстановку сил. Все предыдущие методы обнаружения зависели от погодных условий и были сильно ограничены по дальности, а радиолокация была лишена этих недостатков.

Напомним, как работают радары. Радиолокационная станция (РЛС) отправляет сигнал в виде электромагнитной волны. Сигнал попадает на поверхность летательного аппарата, отражается от нее и возвращается обратно на станцию. Радиосигнал хорошо отражается от металлических поверхностей, от элементов определенной формы. В зависимости от параметров отраженного сигнала определяются характеристики цели. Современные радары могут сортировать цели по размерам и типам, отличая, например, ракету от самолета.

Основным параметром, определяющим заметность летательного аппарата в радиоволновом диапазоне, является эффективная поверхность рассеивания (ЭПР). Чем ниже ЭПР и чем хуже аппарат отражает радиосигнал, тем он менее заметен для РЛС и тем сложнее его обнаружить.

ЭПР можно снизить разными способами, общий смысл которых заключается в том, чтобы затруднить возврат волны на радиолокационную станцию. Для этого волна должна либо совсем рассеяться, либо поглотиться поверхностью, либо кардинально изменить свое направление. Чтобы добиться таких результатов, авиаконструкторы находят различные решения, которые в сумме и называются технологиями стелс (англ. stealth − скрытный, невидимый).

Русская история американских невидимок

Начало научному подходу к созданию самолетов-невидимок положил труд советского физика Петра Уфимцева. В 1962 году в издательстве "Советское радио" вышла его книга "Метод краевых волн в физической теории дифракции", в которой были изложены математические обоснования возможности создания невидимой техники.

В СССР эти выводы не получили развития, а вот американцы, ознакомившись с работой советского ученого, восприняли ее с большим энтузиазмом. Физическая теория дифракции Уфимцева стала, по их словам, краеугольным камнем, позволившим осуществить прорыв в технологии стелс. Действительно, на основе этих знаний в 1970-е годы в США развернулась работа, результатом которой явились прорывные самолеты-невидимки, впрочем, выпущенные скромными партиями − истребитель F-117 фирмы Lockheed и стратегический бомбардировщик В-2 фирмы Northrop.

Может показаться, что СССР в развитии стелс-подхода находился на позиции отстающего, но это не так. Научные институты анализировали это направление и пришли к выводу, что чрезмерный упор на малозаметность сильно снижает боевые качества самолета и делает его область применения очень узкой, а затраты на производство такой техники при этом высоки. Это не значит, что от технологии отказались, но к ее применению решили подойти с умом. Так сложилась современная концепция стелсов, когда малая заметность не идет в ущерб летным качествам.

Неотразимая форма

Аэродинамическая схема летательного аппарата напрямую влияет на его заметность. Самая оптимальная форма для самолетов-невидимок - это летающее крыло. При такой схеме у самолета отсутствует киль и стабилизатор, а фюзеляж как бы включен в единое крыло. Работы над такими самолетами велись в разных странах, но первым успешным проектом стал уже упомянутый американский F-117 − "летающее крыло" с V-образным стабилизатором.

Боевое крещение самолет получил во время войны в Ираке в 1991 году и произвел тогда фурор в мире благодаря своему футуристичному облику и боевой эффективности. В этих же боях был испытан стелс-бомбардировщик B-2, также выполненный по схеме "летающее крыло" и ставший самым дорогим самолетом в истории. Ореол непобедимости F-117 изрядно померк, когда в 1999 году в Югославии один из самолетов был сбит зенитно-ракетным комплексом еще советского производства.

Схема "летающее крыло" позволяет свести к минимуму количество острых кромок поверхностей, которые хорошо отражают сигнал. Если от кромок нельзя избавиться, нужно их сделать параллельными. Такое решение сегодня применяется, например, в Су-57, где нет прямых углов и группы кромок имеют одинаковый угол. При этом аэродинамика, как в случае с "летающими крыльями", не так страдает.

На эффективность поверхности рассеивания влияют также швы, стыки панелей обшивки, форма каналов воздухозаборников, сопел, кабины и многое другое. Кабина пилота, в которой радиосигнал может отразиться множество раз, значительно демаскирует самолет. Для уменьшения отражения применяются специальные покрытия.

Радар встречает по одежке

Применение материалов и покрытий, способных поглощать энергию сигнала, позволяет достигать невидимости с гораздо меньшими затратами, чем изменение формы летательного аппарата. Конечно, волшебного материала, который подошел бы во всех случаях и стал "плащом-невидимкой" для любой техники, не существует. На практике в различных условиях используются различные комбинации покрытий. К тому же разные материалы могут отвечать за поглощение излучения в разных диапазонах.

Стоит отметить, что такие материалы не только поглощают электромагнитное излучение − параллельно проходят процессы поглощения, рассеяния и интерференции, в результате чего отраженный сигнал существенно уменьшается. Для каждого элемента самолета покрытие рассчитывается отдельно. Оно должно выдерживать нагрев, большие перегрузки, воздействие других внешних факторов, с которыми самолет сталкивается в небе и на земле.

Для защиты кабины уже упомянутого истребителя пятого поколения Су-57 на ОНПП "Технология", входящем в Госкорпорацию Ростех, разработано специальное стекло с покрытием, обеспечивающим радиолокационную незаметность. Особые стелс-свойства стеклу придают тончайшие пленки металлов и оксидов металлов, нанесенные на его поверхность методом магнетронного распыления в вакуумной установке. Многофункциональное металлооптическое покрытие не только скрывает бортовую электронику от радаров, но и защищает технику и пилота от ультрафиолетового излучения.

Разработки в области стелс-технологий продолжаются, параллельно с этим развиваются и средства обнаружения. Современные радары с активными фазированными решетками (АФАР), которые устанавливаются и на истребители последнего поколения, способны видеть дальше и лучше, обнаруживая в том числе и самолеты-невидимки. Практика показала, что современный уровень развития науки не позволяет создать абсолютно не видимый для радиолокации самолет. Оставаясь одним из важных признаков истребителей пятого поколения, малозаметность перестала быть самоцелью. Возможно, в будущем появятся новые прорывные технологии, и самолеты-невидимки станут реальностью.