Сравнение самолетов 4-го и 5-го поколения. Часть 1. Дальний воздушный бой

18.08.2016

Похоже, конструктора оказались немного умнее стандартного Российского Патриота. Вся проблема в том, что воздушный бой не представляет собой некую линейную характеристику. Если расчетным путем мы можем получить на какой дальности та или иная РЛС увидит цель с определенным ЭПР – то реальность получается немного иной. Расчет максимальной дальности определения дается в узкой зоне, когда известно место определения объекта, и вся энергия РЛС концентрируется в одном направлении. Также у РЛС есть параметр диаграммы направленности (ДНА). Она представляет собой набор из нескольких лепестков, представлена схематически на рисунке №3. Оптимальное направление определения соответствует центральной оси главного лепестка диаграммы. Именно для него актуальны рекламные данные. Т.е. при обнаружении целей в боковых секторах, с учетом резкого уменьшения диаграммы направленности, разрешающая способность РЛС сильно падает. Поэтому оптимальный сектор обзора у реальной РЛС очень узок.

Рисунок №3

Теперь обратимся к основному уравнению радиолокации, рисунок №4. Dmax – показывает максимальную дальность определения объекта РЛС. Сигма – это есть величина ЭПР объекта. По этому уравнению мы можем рассчитать дальность обнаружения для любой, сколь угодно малой ЭПР. Т.е. с математической точки зрения все довольно просто. Для примера возьмем официальные данные по РЛС Су-35С «Ирбис». ЭПР=3м2 она видит на дальности в 350км. Примем ЭПР F-22 равной 0,01м2. Тогда расчетная дальность определения «Раптора» для РЛС «Ирбис» составит 84 км. Однако это все справедливо только для описания общих принципов работы, но не применимо в полной мере в реальности. Причина зарыта в самом уравнении радиолокации. Pr.min – минимально необходимая, или пороговая мощность приемника. Приемник РЛС не способен принимать сколь угодно малый отраженный сигнал! В противном случае, он бы видел одни шумы, вместо реальных целей. Поэтому математическая дальность обнаружения, не может совпадать с реальной, так как не учитывается пороговая мощность приемника.

Рисунок №4. Основное уравнение радиолокации.

Правда сравнение Раптора с Су-35с является не совсем честным. Серийное производство Су-35с было начато в 2011г., а в этом же году производство F-22 было закончено! До появления Су-35с «Раптор» уже целых четырнадцать лет стоял на конвейере. Более близкий по годам серийного производства к F-22 является Су-30МКИ. Он пошел в серию в 2000г., через четыре года после «Раптора». Его радар «Барс» был способен определять ЭПР 3м2 на расстоянии в 120 км (это оптимистичные данные). Т.е. «Хищника» он сможет увидеть на расстоянии 29 км., и это, без учета пороговой мощности.

Самым фееричным является аргумент со сбитым F-117 и метровыми антеннами. Тут обратимся к истории. В момент проведения «Бури в пустыни» F-117 совершил 1299 боевых вылетов. В Югославии F-117 совершил 850 боевых вылетов. В итоге из всех был сбит только один самолет! Причина в том, что с метровыми РЛС не все так просто как нам кажется. Мы уже говорили о диаграмме направленности. Самое точное определение – может обеспечить только узкий главный лепесток ДНА. Благо есть давно известная формула по определению ширины ДНА ф=L/D. Где L – длина волны, D – размер антенны. Именно поэтому метровые РЛС имеют широкие лепестки ДНА и не способны давать точные координаты цели. Поэтому от их использования все начали отказываться. Но метровый диапазон обладает меньшим коэффициентом затухания в атмосфере – поэтому способен просматривать дальше, чем сопоставимая по мощности РЛС сантиметрового диапазона.

Однако часты утверждения, что РЛС метрового диапазона не чувствительны к СТЭЛС технологиям. Но такие конструкции основаны на рассеивании падающего сигнала, и наклонные поверхности отражают любую волну, не зависимо от ее длины. Проблемы могут возникнуть с радиопоглощающими красками. Толщина их слоя должна быть равна нечетному числу четвертей длины волны. Тут, скорее всего, будет сложно подобрать краску и для метрового и для сантиметрового диапазона. Но самым важным параметром, для определения объекта остается ЭПР. Основными факторами определяющими ЭПР являются:
Электрические и магнитные свойства материала,
Характеристики поверхности цели и угол падения радиоволн,
Относительные размеры цели, определяющиеся отношением ее длины к длине волны.
Т.е. помимо прочего, ЭПР одного и того же объекта различна при разных длинах волн. Рассмотрим два варианта:

1. Длина волны несколько метров – следовательно, физические размеры объекта меньше длины волны. Для простейших объектов, попадающих под такие условия, есть формула расчета, представленная на рисунке №5.

Рисунок №5

Из формулы видно, что ЭПР обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. Именно поэтому большие метровые локаторы и загоризонтные РЛС не способны обнаруживать небольшие самолеты.

2. Длина волны в районе метра, что меньше физического размера объекта. Для простейших объектов, попадающих под такие условия, есть формула расчета, представленная на рисунке №6.

Рисунок №6

Из формулы видно, что ЭПР обратно пропорциональна квадрату длины волны.

Упрощая приведенные формулы в учебных целях используется более простая зависимость:

Где СИГМАнат - ЭПР которые мы хотим получить расчетным путем, СИГМАмод - ЭПР полученная экспериментально, k - коэффициент равный:

В котором Lэ - длина волны, при экспериментальном ЭПР, L - длина волны для рассчитываемой ЭПР.

Из выше изложенного можно сделать достаточно прямолинейный вывод о длинноволновых локаторах. Но картина будет не полной, если не упомянуть, как определяется ЭПР сложных объектов в реальности. Ее невозможно получить расчетным путем. Для этого используются безэховые камеры, либо поворотные стенды. На которых ЛА облучают под разным углом. Рис. №7. На выходе получается диаграмма обратного рассеивания, по которой и можно понять: где происходит засветка, и какое будет среднее значение ЭПР объекта. Рис.№8.

Рисунок №7

Рисунок №9

Тут важно понимать одну деталь, сравнивая самолет 4-го поколения с пятым. Для радара Су-35С встречное излучение будет являться помехой. Это особенность радара АФАР F-22 – который одновременно может работать в разных режимах. Такой возможности нет у ПФАР Cу-35С. Помимо того, что Сушка получает встречную активную помеху – ей по-прежнему нужно определить и поставить на сопровождение (разные вещи, между которыми проходит определенное время!) «Раптора» с элементами СТЭЛС.

Помимо этого F-22 может действовать в зоне постановщика помех. Как выше указывалось в графиках из публикации вестника РАН, что приведет к еще большему преимуществу. На чем это основано? Точность определения есть разница между накоплением отраженного от цели сигнала и шума. Сильные шумы могут полностью забить приемник антенны или, по крайней мере, осложнить накопление Pr.min (о нем говорили выше).

Дополнительно, снижение ЭПР позволяет расширить тактику применения самолета. Рассмотрим несколько вариантов тактического действия в группах, известных из истории.

Дж Стюарт, в своей книге – приводил ряд примеров тактики Северной Кореи во время войны:
1. Прием «Клещи»
Две группы идут на встречных курсах к противнику. После взаимной пеленгации, обе группы разворачиваются в обратном направлении (Домой). Противник пускается в погоню. Третья группа – вклинивается между первой и второй и на встречных курсах атакует противника, в то время как тот занят погоней. При этом малая ЭПР третьей группы очень важна. Рис. №10.

Рисунок №10

2. Прием «Отвлечение»
Группа ударных самолетов противника наступает под прикрытием истребителей. Группа обороняющихся специально дает себя засечь противнику и заставляет сконцентрироваться на себе. С другой стороны вторая группа обороняющихся истребителей атакует ударные наступательные самолеты. При этом малая ЭПР второй группы очень важна! Рис. №11. В Корее этот маневр корректировался с наземных РЛС. В современное время это будет делать самолет ДРЛО.

Рисунок №11

3. Прием «Удар снизу»
В районе боевых действий одна группа идет на стандартной высоте, другая (более квалифицированна) на предельно малой. Противник обнаруживает более явную первую группу и входит в бой. Вторая группа атакует снизу. Рис. №12. При этом малая ЭПР второй группы очень важна!

Рисунок №12

4. Прием «лестница»
Состоит из пар самолетов, каждая, из которой, идет ниже и сзади ведущей на 600 м. Приманкой служит верхняя пара, когда противник сближается с ней, ведомые набирают высоту и выполняют атаку. Рис. №13. ЭПР ведомых, в данном случае очень важна! В современных условиях «лестница» должна быть немного просторнее, ну суть остается.

Рисунок №13

Рассмотрим вариант, когда ракета по F-22 уже пущена. Благо наши конструкторы смогли обеспечить нас большой номенклатурой ракет. Прежде всего, остановимся на дальней руке Миг-31 – ракете Р-33. Она обладала великолепной дальностью для того времени, но не способна была бороться с современными истребителями. Как уже говорилось выше, Миг был создан, как перехватчик разведчиков и бомбардировщиков, не способных к активному маневрированию. Поэтому максимальная перегрузка поражаемых целей ракетой Р-33 равна 4g. Современная длинная рука – это ракета КС-172. Однако ее очень давно показывают в виде макета и до принятия на вооружение дело может и не дойти. Более реальной «длинной рукой» является ракета РВВ-БД, основанная на Советской разработке ракеты Р-37. Дальность, указанная производителем составляет 200км. В некоторых сомнительных источниках, можно встретить дальность в 300км. Скорее всего, это основано на испытательных пусках Р-37, однако между Р-37 и РВВ-БД есть разница. Р-37 должна была поражать цели маневрирующие с перегрузкой в 4g, а РВВ-БД уже способна противостоять целям с перегрузкой в 8g, т.е. конструкция должна быть более прочной и тяжелой.

В противостоянии с F-22 все это мало актуально. Так как засечь на таком расстоянии его силами бортовой РЛС не представляется возможным, а реальная дальность ракет и рекламная сильно различаются. Основано это на конструкции самой ракеты и испытаниям на максимальную дальность. В основе ракет лежит твердотопливный двигатель (пороховой заряд), время работы которого составляет пару секунд. Он, в считанные мгновения, разгоняет ракету до максимальной скорости, а далее она идет по инерции. Рекламная максимальная дальность основана на пуске ракет по цели, горизонт которой находится ниже атакующего. (Т.е. не требуется преодолевать силу притяжения земли). Движение проходит по прямолинейной траектории до скорости, на которой ракета становится уже не управляемой. При активном маневрировании инерция ракеты будет стремительно падать, а дальность сократиться в разы.

Основной ракетой при дальнем воздушном бое с «Раптором» будет РВВ-СД. Рекламная дальность ее немного скромнее в 110 км. Самолеты пятого или четвертого поколения, после захвата их ракетой, должны попытаться сорвать наведение. Ввиду необходимости ракеты после срыва, активно маневрировать, энергетика будет потрачена, и повторно навестись, уже останется мало шансов. Любопытен опыт войны во Вьетнаме, там эффективность поражения ракетами средней дальности составляла 9%. Во время войны в заливе эффективность ракет немного выросла, там уходило три ракеты на один сбитый самолет. Современные ракеты, конечно повышают вероятность поражения, однако самолеты поколений 4++ и 5 тоже имеют не мало контраргументов. Данные, с какой вероятностью ракета воздух-воздух поразит цель, дают сами производители. Эти данные получены при учениях и без активного маневрирования, естественно имеют мало общего с реальностью. Тем не менее, вероятность поражения у РВВ-СД составляет 0,8, а у AIM-120C-7 0,9. Из чего будет складываться реальность? Из возможностей самолета сорвать атаку. Это можно сделать несколькими способами – активным маневрированием и применением средств РЭБ, технологией малой заметности. Про маневрирование мы поговорим во второй части, где рассмотрим ближний воздушный бой.

Снова возвращаемся к технологии малой заметности, и какое преимущество получит самолет пятого поколения над четвертым при ракетной атаке. Для РВВ-СД разработан ряд головок самонаведения. В настоящий момент применяется 9Б-1103М, которая способна определять ЭПР 5м2 на расстоянии 20км. Есть также варианты ее модернизации 9Б-1103М-200, которая способна определять ЭПР 3м2 на расстоянии 20км, но скорее всего они будут установлены на изд. 180 для Т-50. Ранее мы принимали ЭПР «Раптора» равной 0,01м2 (мнение, что это в передней полусфере – видится ошибочным, в безэховых камерах как правило дают среднее значение), при таких значениях дальность обнаружения «Раптора» будет 4,2 и 4,8 километра соответственно. Такое преимущество явно упростит задачу по срыву захвата ГСН.

В англоязычной прессе, приводились данные по атаке целей ракетой AIM-120C7 в условиях РЭБ противодействия, они составляли порядка 50%. Аналогию можем провести и для РВВ-СД, однако помимо возможного электронного противодействия, ей придется еще бороться с технологией малой заметности (снова отсылка к графикам из вестника РАН). Т.е. вероятность поражения становится еще меньше. На последней ракете AIM-120C8 или как ее еще называют AIM-120D, применена более продвинутая ГСН, с другими алгоритмами. По заверениям производителя при РЭБ противодействии вероятность поражения должна достигнуть 0,8. Будем наедятся, что наша перспективная ГСН для «изд. 180», даст аналогичную вероятность.

В следующей части рассмотрим развитие событий в ближнем воздушном бою

Продолжение следует…

По материалам:
https://ru.scribd.com/doc/310225465/Air-launched-Guided-Missiles
//www.anft.net
//www.exelisinc.com
//www.cram.com
//militaryrussia.ru
//www.globalsecurity.org
//www.airwar.ru
//www.pw.utc.com
//vpk.name
https://www.flightglobal.com
//www.dassault-aviation.com
//www.lockheedmartin.com
//www.migavia.ru
//www.boeing.com
//en.academic.ru
Бабич В. К. Истребители меняют тактику
А. Н. Лапчинский в книге "Воздушный бой"
Сосулин Ю.Г «Теоретические основы радиолокации и радионавигации».
П.А. Бакулев. «Радиолокационные системы».
А.А. Колосов. «Основы загоризонтной радиолокации».
В.П. Бердышев. «Радиолокационные системы».
А.Н. Лагарьков, М.А. Погосян. ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 73, № 9
//www.vonovke.ru
https://www.youtube.com/channel/UCDqLeWhPrzAKhv_dl7azNgw
//purepowerengines.com/
//nationalinterest.org
//tass.ru
//www.jsf.mil
//www.ausairpower.net

Автор: Фалкон