Тенденции развития малозаметной авиации США
Экспериментальный самолет Lockheed Have Blue
Практически с середины XX в. авиационная промышленность и научные организации США занимаются темой сокращения радиолокационной заметности летательных аппаратов и других объектов. Был разработан и продолжает развиваться комплекс т.н. стелс-технологий, которые с семидесятых-восьмидесятых годов используются при создании новых самолетов, вертолетов и БПЛА. При этом можно заметить, что разработка новых технологий и техники на их базе фактически разделилась на несколько этапов, и в этих процессах просматривались важные и интересные тенденции.
На ранних этапах
Американские специалисты занялись проблемой снижения радиолокационной заметности еще в сороковых-пятидесятых годах XX в. – вскоре после появления и распространения РЛС первого поколения. По результатам первых исследований появилось понятие эффективной площади рассеяния (ЭПР), а также были предложены способы сокращения этого параметра.
На ранних этапах ЭПР предлагалось уменьшать за счет создания радиопрозрачных конструкций без металлических деталей, отражающих зондирующий сигнал РЛС. Следовало применять деревянные, пластмассовые и иные элементы с меньшим уровнем отражения или вообще без него. Исследования показали, что подобные конструкции летательных аппаратов вполне способны обмануть РЛС ранних поколений.
Серийный ударный самолет F-117A
Тем не менее, заказчик в лице Пентагона не заинтересовался этими идеями. На тот момент главным средством защиты авиации от ПВО противника считались скорость и высота полета, а вопрос снижения заметности не был принципиальным. Кроме того, с РЛС противника предлагалось бороться при помощи помех. Наконец, конструкции из доступных неметаллических материалов не позволяли желаемым образом наращивать летные и боевые характеристики.
Как следствие, в течение длительного времени исследования в области снижения заметности не имели прямого отношения к реальному развитию боевой авиации. Впрочем, результаты проведенных исследований не оставались без внимания и нередко находили применение в ином контексте.
Компьютерное моделирование
Вопросы снижения заметности стали актуальными в начале семидесятых годов. Ряд конфликтов того времени показал высокий потенциал современных РЛС и ЗРК, а также продемонстрировал необходимость новых способов защиты авиации. В 1974 г. агентство перспективных разработок DARPA обратилось к нескольким ведущим компаниям с предложением создать боевой самолет тактического звена, защищенный от обнаружения радиолокационными средствами. Для этого требовалось найти и определить оптимальный набор т.н. стелс-технологий.
С некоторым опозданием к программе присоединилась компания Lockheed. У нее были некоторые наработки по теме малозаметности, но их пока не доводили до уровня полноценного проекта. Для развития этих идей к работам привлекли несколько специалистов «со стороны», и с их помощью было сформировано два десятка вариантов облика будущего самолета с минимальной ЭПР.
Стратегический бомбардировщик B-2A
Оптимальный облик определили при помощи компьютерного моделирования. Специалисты «Локхида» написали оригинальную программу под названием ECHO 1, способную рассчитывать процессы отражения радиоизлучения от различных объектов. Компьютеры того времени имели ограниченную производительность, и поэтому программа работала только с относительно простыми моделями. В результате все виртуальные самолеты имели плоские поверхности и четкие грани.
Оптимальный вариант облика, выбранный по итогам компьютерного моделирования, выполнили в виде макета и испытали в лабораторных условиях. Неожиданно результаты реального исследования не сошлись с расчетами. Впрочем, вскоре нашли выход. Еще в 1962 г. советский физик Петр Яковлевич Уфимцев опубликовал работу «Метод краевых волн в физической теории дифракции», и в Lockheed уже ознакомились с нею. Программу ECHO 1 после неудачи переработали с учетом идей П. Уфимцева, и новые исследования более не сталкивались с прежними проблемами.
По итогам нового моделирования вновь выбрали наилучший вариант конструкции самолета, который затем довели до полноценного проекта под шифром Have Blue. Были построены два опытных самолета. Они участвовали в летных испытаниях и демонстрировали преимущества «граненого» облика.
В то же время, для получения таких результатов понадобился целый набор дополнительных технологий. Так, пришлось разработать оригинальную систему управления, способную обеспечить полет самолета со специфическим аэродинамическим обликом. Кроме того, велся поиск подходящих радиопоглощающих или радиопрозрачных материалов.
Истребитель 5 поколения F-22A
Проект Have Blue позволил наработать опыт для разработки полноценного боевого самолета, получившего индекс F-117A. В 1981 г. он совершил первый полет, а в 1983-м был принят на вооружение – и стал первым «стелсом», дошедшим до строевых частей. F-117A строились ограниченной серией и оставались на службе до конца двухтысячных годов. За это время они успели поучаствовать в нескольких конфликтах и в целом оправдали ожидания.
На новом уровне
Тематикой стелс-технологий занимались не только в «Локхиде». Ряд других компаний проводил аналогичные исследования и строил опытную технику с теми или иными особенностями. В частности, большой вклад в развитие направления сделала компания Northrop Grumman.
Благодаря проведенным исследованиям, в т.ч. со строительством летающих лабораторий, в 1980 г. «Нортроп-Грумман» получила заказ на разработку малозаметного стратегического бомбардировщика, впоследствии получившего индекс B-2A. Как и в случае с Have Blue / F-117A при формировании облика планера использовалось компьютерное моделирование, но Northrop Grumman использовала собственное программное обеспечение.
Развитие компьютерной техники и рост производительности положительно сказались на разработке самолетов. Появилась возможность моделировать не только прямые панели, но и более сложные поверхности. Как результат, планер B-2A имеет прямые линии крыла и выгнутый рудиментарный фюзеляж и мотогондолы. В сочетании с новым поколением материалов все это позволило дополнительно сократить ЭПР.
Внутренний грузоотсек истребителя F-22A - еще один способ сократить ЭПР
В то же время стартовала программа разработки истребителя нового поколения ATF. К такому самолету, среди прочего, предъявлялись повышенные требования в части малозаметности. При этом снижение ЭПР не должно было портить другие характеристики, как в случае с F-117A. В финальную часть программы вышли два проекта – YF-22 от Lockheed и YF-23 от Northrop Grumman и McDonnell Douglas.
Оба самолета для программы ATF имели характерную форму, сочетающую изогнутые панели и прямые грани. Такие обводы вместе с другими технологиями позволили сократить заметность без ухудшения аэродинамике. Как и ранее, при их проработке использовались компьютерные модели, а улучшение характеристик вычислительной техники положительно повлияло на общие результаты. Применение современных композитов дополнительно улучшило характеристики.
Компания Lockheed Martin затем использовала опыт разработки ATF / F-22 в ходе создании нового самолета JSF / F-35. При этом, как и ранее, использовалась современная компьютерная техника, новые версии программного комплекса, более совершенные модели и т.д. Кроме того, применялись и иные стелс-технологии, связанные с материалами, компоновкой агрегатов и т.д. Все это позволило найти оптимальное соотношение ЭПР, летных и боевых характеристик.
Следующее поколение
В настоящее время в США разрабатывается несколько проектов перспективной малозаметной авиационной техники. Уже показан первый опытный образец бомбардировщика B-21, призванного заменить имеющийся B-2A. Также разрабатываются истребители следующего поколения, такие как F-X или NGAD. Прорабатываются новые образцы беспилотных авиационных комплексов.
Истребители F-35 в полете
Радиолокация сохраняет свое значение в контексте ПВО, и потому от перспективных летательных аппаратов вновь требуется снижение заметности. Как и ранее, в таких проектах применяется полный спектр стелс-технологий – оптимизируются внешние обводы, правильно подбираются материалы, снижается инфракрасная сигнатура и т.д.
При этом существующие технологии постоянно совершенствуются. Кроме того, ожидается появление совершенно новых средств и решений. В частности, на протяжении нескольких десятилетий обсуждается возможность оснащения самолетов генераторами плазмы и иными устройствами, которые пока выглядят фантастикой.
Общие тенденции
В процессе создания и развитий стелс-технологий американской промышленностью можно заметить несколько основных этапов и ряд тенденций. Также следует обратить внимание на то, что развитие технологий нередко сдерживалось теми или иными факторами. При их исчезновении технологии уходили вперед и способствовали созданию новой техники.
Опытный бомбардировщик B-21 - очередной стелс-самолет для ВВС США
Так, на ранних этапах работ все меры по снижению заметности сводились к отказу от отражающих материалов в конструкции. Более совершенные решения отсутствовали и фактически не разрабатывались. Впрочем, основным сдерживающим фактором в это время было отсутствие реального интереса от заказчиков. Когда в Пентагоне поняли ценность сокращения ЭПР, направление получило необходимый приоритет.
Разработка планера, способного отражать и рассеивать излучение РЛС, оказалась достаточно сложной задачей. Полноценная отработка обводов стала возможной только после появления компьютеров с достаточной производительностью. Однако и в этом случае возникали проблемы – в семидесятых не удавалось рассчитать что-то сложнее набора прямых панелей. При этом проблемы с созданием планера не позволили бы реализовать потенциал новых материалов, компоновочных решений и т.д.
К счастью для разработчиков, характеристики компьютеров росли, и появилась возможность создания более совершенных конструкций с более сложными формами. Кроме того, к этому времени вновь появились новые материалы и технические идеи.
Развитие стелс-технологий продолжается и сейчас. Новые наработки в этой области находят применение при создании перспективных проектов, таких как B-21 или NGAD. При этом научные и проектные организации не торопятся раскрывать все свои секреты и сообщать, как именно и насколько удачно удалось сократить ЭПР того или иного образца. Впрочем, основные сведения такого рода смогут опубликовать позже, и тогда станет известно, как именно развивались технологии в наше время.
Информация