Почему «невидимые» самолеты видны на радарах и зачем тогда весь этот «стелс»

Пара истребителей завоевания господства в воздухе Lockheed Martin F-22 Raptor. Первый истребитель пятого поколения в истории и первый самолет такого класса, в конструкции которого воплощены все принципы «стэлс-технологии» / ©Lockheed Martin / Автор: Наталья Федосеева

В июле 2018 года местоположение истребителя-бомбардировщика F-35I Adir (версия «Локхид-Мартин» F–35 «Молния II» для ВВС Израиля), который выполнял боевое патрулирование, несколько десятков минут отображалось в сервисе для отслеживания полетов. Этот инцидент наделал много шума в свое время: малозаметный военный самолет пятого поколения оказался виден в абсолютно «гражданском» приложении — неужели это и есть хваленый «стелс»? Однако поклонники авиации знают, что появление «самолетов-невидимок» на сервисах типа Flightradar не является чем-то из ряда вон выходящим.

Во время полетов в мирное время военные часто включают такие же транспондеры ADS-B, как и гражданские борта. Это сильно упрощает навигацию и повышает безопасность в районах с оживленным воздушным движением. Тем не менее, ничто не мешает военным летательным аппаратам передавать искаженные или вовсе поддельные данные на открытых частотах. Это, конечно, осуждается, так как в некоторых случаях может привести к катастрофическим инцидентам. Но искажение данных — вовсе не малозаметность.

Гражданские радары не могут увидеть «стелс» с выключенным транспондером, но есть же военные РЛС — что с ними? Какова для них разница между обычным самолетом и «невидимкой», или они его тоже не замечают? Если кратко, то можно ответить, что видят, но не всегда — то есть скорее плохо и только вблизи.

Иными словами, невидимость самолета достижима только в теории, да и то лишь в очень ограниченном диапазоне излучений. Современный комплекс технологий, объединяемых неофициальным термином «стелс», направлен на радикальное снижение заметности техники. Главная идея: сделать так, чтобы противник обнаружил нас уже после того, как мы приблизились на расстояние удара.

Достигается это путем множества сложных технических решений, трюков и особенностей тактики применения. Чтобы объяснить, как это происходит, придется немного погрузиться в азы радиолокации и воздушной навигации.

Иголка в стоге сена

Вне зависимости от того, какими методами мы пользуемся — визуальными в диапазоне видимого света, в инфракрасной или ультрафиолетовой частях спектра, либо с помощью радиолокации, — задачи диспетчеров, летчиков или операторов ПВО делятся на два класса: поиск и идентификация. Чтобы найти объект где-либо (в нашем случае речь идет о воздухе, конечно), можно воспользоваться испускаемым им или отраженным от него излучением. В последнем случае также разделяют излучение, исходящее от стороннего источника, и излучение, которое было специально направлено на искомый летательный аппарат.

Проще всего это демонстрируется на бытовых примерах. Когда мы видим в небе самолет, глаз получает отраженный от него свет солнца (либо иного источника — например, Луны или прожектора). Ночью помощь светила отсутствует, так что во избежание столкновений на крыльях и хвостовом оперении любого воздушного судна обязательно должны быть проблесковые огни.

Этот способ обнаружения использовался первым и успешно применяется до сих пор. Во времена, когда радаров еще не было, их заменяли поисковые прожекторы ПВО — свет, отраженный от фюзеляжей вражеских самолетов, видели наводчики зениток.

Самолеты с поршневыми двигателями при некотором везении обнаруживали и с помощью акустических пеленгаторов. Фактически это были локаторы с большими раструбами, роль приемника в которых играли обычные человеческие уши либо простые электронно-механические приспособления. С появлением реактивной авиации их эффективность сошла на нет: предупреждение стало приходить слишком поздно.

После изобретения радаров принципиально ничего не изменилось, лишь расстояния обнаружения стали больше. Но и самолеты стали летать быстрее. К тому же оказалось, что у разных диапазонов длин волн могут быть сильно различающиеся сферы применения. Например, коротковолновые радары дают высокое разрешение и помогают точно определить траекторию, а также скорость полета даже артиллерийского снаряда. Но их радиус работы очень невелик — атмосфера эффективно поглощает такое излучение. В свою очередь, длинноволновые радары позволяют видеть на сотни километров вокруг, но «картинка» получается весьма неточной.

Это птица? Это самолет?

С идентификацией летательных аппаратов всё гораздо сложнее. Еще долгое время после Второй мировой войны все расчеты ПВО назубок учили силуэты самолетов вероятного противника. При визуальном обнаружении это позволяло быстро и довольно точно определить, что за борт летит. Хотя от ошибок все равно никто не был застрахован. С радиоволнами никакого привычного изображения нет — в лучшем случае примерные размеры, скорость и направление движения.

Для гражданских РЛС ситуацию спасает транспондер самолета, у военных есть системы опознавания «свой-чужой». Ответчик постоянно передает ряд параметров воздушного судна: идентификатор, скорость и высоту, а в более поздних системах и точные координаты. Но когда его нет, все становится непросто.

Поначалу операторы радиолокаторов, а затем и специальные вычислительные комплексы по ряду базовых характеристик обнаруженной цели быстро ее определяли в основные классы. Например, если объект летит со сверхзвуковой скоростью, не маневрирует и плавно снижается — это, скорее всего, ракета. Если же он двигается на постоянной высоте, изменяет курс и поддерживает дозвуковую скорость — почти наверняка это самолет. Однако для точной идентификации объекта требовалось что-то более однозначное.

Еще в середине XX века физики обнаружили, что количество отражаемых радиоволн слабо зависит от размеров самолета. Яркий пример — стратегические бомбардировщики 1950-х. Британский Avro Vulcan и советский Ту-95 впервые взлетели примерно одновременно, и ни о каком «стелсе» тогда речи еще не шло. Но на экранах радаров тех лет отечественный самолет «светился», будто новогодняя елка, а его конкурент из Туманного Альбиона был практически незаметен. Притом что Vulcan меньше всего на 40%, если смотреть на размах крыла и длину фюзеляжа. Причинами такой разницы стали аэродинамическая схема и выбор силовой установки.

Отдельная история — используемые материалы. С 1941 по 1953 год британские Королевские ВВС эксплуатировали «Де Хэвилленд DH.98 «Москито». Львиная доля конструктивных элементов этого ночного истребителя-бомбардировщика была выполнена из дерева, фанеры и текстильного полотна, что делало его практически незаметным для радаров того времени. Правда, построить малозаметный реактивный самолет из фанеры и тряпок не получится, слишком уж велики нагрузки на конструкцию.

Когда разрешающая способность радиолокационной техники дошла до определенного уровня, выяснилось, что у каждого типа летательных аппаратов «картина» отраженного радиосигнала своя, уникальная. Так появился «квест» для разведок всего мира: охотиться за РЛС-сигнатурами, то есть характерными для каждой модели самолета диаграммами отраженных радиолучей. Снимая своеобразные отпечатки с самолетов вероятного противника путем облучения их радарами с разных ракурсов, можно было собрать настоящую «картотеку». Потом такие «слепки» загружали в компьютеры РЛС, и отличать истребители от бомбардировщиков или ракет стало гораздо проще.

Кстати говоря, как противодействовать такому шпионажу тоже придумали давно — в мирное время (или вне зоны боевых действий), все «стэлсы» и многие сравнительно новые (еще не «засвеченные») самолеты летают со специальными отражателями. Это небольшие подвесные устройства, нарочно усиливающие отражающую способность летательного аппарата в радиодиапазоне и маскирующие его реальную ЭПР.

Загадочный термин ЭПР

Почти всегда в контексте малой радиолокационной заметности возникает эта аббревиатура. Эффективная площадь рассеяния (ЭПР) — одна из ключевых характеристик любого современного военного самолета. Ее физический смысл упрощенно можно понять следующим образом: ЭПР истребителя, равная одному квадратному метру, означает, что он отражает столько волн определенной длины, сколько и непрозрачная для них поверхность размерами метр на метр, установленная под прямым углом к излучателю.

Как наглядно показал вышеописанный пример со стратегическими бомбардировщиками, размер самолета не связан с ЭПР напрямую. Момент, когда к инженерам и ученым пришло понимание этого факта, можно считать днем рождения концепции «стелс» в современном понимании. Долгие годы ушли на создание необходимых физических моделей и проведение расчетов. В результате военные, как в плохом анекдоте, получили две новости — хорошую и плохую.

Первая заключалась в том, что самолет можно сделать практически незаметным для большинства существующих радаров. А вот воплощение этих теоретических наработок превращалось в сложную и дорогую задачу. К тому же в то время, более полувека назад, не существовало достаточно мощных компьютеров и необходимых материалов. Поэтому пришлось изрядно поэкспериментировать.

Воплощение «в металле»

Вопреки расхожему мнению, легендарный самолет-разведчик SR-71 не был «стелсом», но это не означает, что при его создании не задумывались о малой радиолокационной заметности. Часть поверхностей этой уникальной в своем роде машины покрывалась специальными радиопоглощающими материалами. А под обшивкой многие элементы конструкции проектировали так, чтобы вызвать переотражение радиоволн и их взаимное затухание.

В открытых источниках нет точных данных, насколько это помогало снизить радиус обнаружения «Черного дрозда». Хотя опыт советских войск ПВО показывал, что SR-71 — сложная в отслеживании цель, вызвано это было не его малой заметностью. Разведчик получалось «вести» с помощью радара только вручную, поскольку на его борту были мощные средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Автоматика советских РЛС 1970-х и 1980-х не позволяла эффективно отсеивать помехи.

Первым настоящим «стелсом» был не менее легендарный Lockheed F-117 Nighthawk («Ночной ястреб»). При создании этого ударного самолета впервые применили все известные на тот момент технологии снижения заметности:

Он был выполнен по аэродинамической схеме близкой к «летающему крылу» — «бесхвостка» без горизонтального хвостового или переднего оперения (хотя кили сохранили) со значительно утолщенным фюзеляжем. Несмотря на дозвуковую максимальную скорость, передние кромки его крыла имели очень большую стреловидность.

Все внешние элементы фюзеляжа располагались под точно рассчитанными углами так, чтобы отражать радиоизлучение в сторону от его источника. Кили располагались под острым углом к фюзеляжу.

Лопатки компрессоров двигателей — одна из самых заметных в радиодиапазоне деталей во фронтальной проекции. Поэтому каналы воздухозаборников силовых установок закрывались сетчатыми шторками из радиопоглощающих материалов. Это снижало эффективность работы двигателей, но экранировало их;

Подобными материалами покрывалось также большинство внешних поверхностей.

Часть выступающих элементов — антенны, датчики и сенсоры — либо закрыли специальными крышками, либо сделали убирающимися.

Люки внутреннего отсека вооружений и все крышки технологических отверстий имели пилообразную кромку с гранями, параллельными кромке крыла. Это обеспечивало всего несколько ракурсов, с которых самолет был «виден» чуть больше.

Чтобы ракеты с инфракрасной головкой самонаведения не могли эффективно навестись на самолет, сопла его двигателей вывели на верхнюю плоскость фюзеляжа. Кроме того, они имели прямоугольное сечение для улучшения смешивания горячего выхлопа с окружающей средой. В дополнение к этому за камеры сгорания подавался дополнительный объем воздуха для снижения температуры истекающих газов. К слову — эта конструкция еще сильнее снижала эффективность двигателей и была довольно тяжелой.

Про обусловленные такой конструкцией самолета проблемы написаны миллионы страниц, так что упомянем их вкратце. Машина получилась крайне нестабильной аэродинамически, из-за чего пришлось применять сложную и дорогую электродистанционную систему управления. Так как собственная РЛС самолета — мощный демаскирующий элемент, у F-117 не было радара на борту. Поэтому вооружение он мог применять только с лазерным наведением или по внешнему целеуказанию.

Наконец, дополнительные средства самозащиты — отстреливаемые контрмеры («ловушки») и станции РЭБ — совместить с малой заметностью не удалось. Поэтому единственное, на что мог рассчитывать пилот при срабатывании оповещения об атаке, — это на свое мастерство во время выполнения маневра уклонения, да еще на то, что из-за «стелс-технологии» летящая к нему ракета сама потеряет цель.

Прогресс

С развитием вычислительной техники, материаловедения и на фоне общего прогресса в авиации концепцию малой заметности удалось совместить практически с любыми требованиями к военному самолету. После в целом довольно успешного «Ночного ястреба» появились совершенно фантастические машины. Пусть и безумно дорогой, но Northrop Grumman B-2 Spirit показал, что стратегический бомбардировщик с огромным радиусом действия тоже может быть практически невидимым для радаров — и при этом обладать полным функционалом, соответствующим своему назначению.

А появление Lockheed/Boeing F-22 Raptor стало наглядной демонстрацией возможности применения «стелс-технологии» на истребителях. Несомненно, более современные малозаметные летательные аппараты создаются с применением еще более совершенных технических уловок. В соплах двигателей появились специальные радар-блокеры. Эти детали снижают заметность самолета еще и сзади, прикрывая лопатки турбин, которые невозможно покрыть радиопоглощающим материалом.

В XXI веке трудно представить разработку нового военного самолета без использования элементов «стелс». Да, вопреки расхожему мнению, эта технология не обеспечивает полную «невидимость» . Но истребители заказывают и не обыватели — военные прекрасно понимают цену каждого лишнего километра, который самолет пролетит, будучи необнаруженным. К тому же любая новая технология позволяет придумывать новую тактику применения или совершенствовать существующие.

На практике

«Стелс» — не панацея и не туз в рукаве, а отличный инструмент. Ни один самолет во время боя не летает в гордом одиночестве, он всегда действует совместно со множеством других видов техники. Например, истребители при атаке давно придумали прикрывать самолетами радиоэлектронной борьбы. И выдавать им целеуказание с гораздо более мощного разведчика, летающего вне досягаемости ПВО врага. Малозаметный истребитель, работая в таких условиях, получает еще больше возможностей; а для его прикрытия, как минимум, нужно меньше ресурсов.

Отдельный плюс самолетов с низкой эффективной площадью рассеяния — их проще имитировать. Для сбивания с толку обороны противника существуют специальные беспилотники или ракеты, выполняющие роли ложных целей. На то, чтобы притвориться истребителем четвертого поколения с ЭПР в полтора-два квадратных метра, нужно гораздо больше энергии, чем на имитацию какого-нибудь F-35 (пятое поколение) с его предполагаемыми считанными сантиметрами. А это означает, что подобная приманка сможет подделать больше целей и будет работать дольше.

А мы и не знали, что он невидимый!

«Но, подождите-ка, знаем мы цену всем этим «стелсам», — скажет любознательный читатель. И многозначительно покажет пальцем в сторону Балканского полуострова. Действительно, единственный когда-либо потерянный в бою F-117 был сбит во время войны сил НАТО против Югославии 27 марта 1999 года. Наравне со многими другими примечательными случаями, произошедшими во время боевых действий, этот — ярчайший пример того, как правильно спланированная, подготовленная и проведенная операция может иметь сногсшибательный эффект даже против значительно превосходящего в техническом оснащении противника.

Охота за «Ночным ястребом» была критически важна для югославских военных с пропагандистской точки зрения. И к ее организации подошли невероятно тщательно. Батарея ПВО, которой командовал Золтан Дани, тренировалась сворачивать и разворачивать огневую позицию зенитно-ракетного комплекса С-125 «Нева» в пять раз быстрее нормативного времени. Трудно сказать, какой ценой была достигнута такая эффективность работы, но она позволяла передислоцировать ЗРК быстрее, чем противник мог среагировать.

Таким образом обеспечивалась внезапность атаки. В дополнение к этому около итальянской авиабазы, где базировались американские F-117, у югославской стороны были шпионы. Они предоставляли оперативные данные о том, сколько и каких самолетов отправились на боевой вылет.

В свою очередь, ВВС США допустили сразу несколько ошибок. Причины их неизвестны, зато последствия были весьма тяжелыми. И речь даже не о потере сверхдорогого самолета или ударе по репутации — после инцидента была пересмотрена вообще вся тактика применения «невидимок», а также совершен ряд кадровых перестановок. О том, какой силы нагоняй получили руководившие операцией командиры, остается только догадываться.

Злополучной мартовской ночью F-117 подполковника Дейла Зелко взлетел и направился к цели в гордом одиночестве. «Группа поддержки» в лице самолетов РЭБ не смогла к нему присоединиться из-за резко ухудшившейся погоды. А еще маршрут полета Зелко был ровно таким же, как и в предыдущие два дня ночных атак — никто не озаботился тем, что неплохо бы было его изменить. В итоге подчиненные Дани знали, что по известной траектории к ним направляется «стелс», а помехи для радаров будут минимальными или отсутствовать вовсе. Югославские военные включали РЛС на несколько секунд и сразу меняли дислокацию, действуя в обстановке полного радиомолчания. Так их не могли засечь американские высотные разведчики. F-117 удалось обнаружить на расстоянии порядка 10-20 километров, а через несколько секунд поразить ракетой практически в упор.

Операция была проведена настолько блестяще, что уже после войны, восхищенный мастерством Золтана, Дейл (будучи уже в отставке) приезжал к нему познакомиться лично. Подводя итог этой истории, можно сказать, что никакая малая заметность не спасет, если применять ее неправильно.

И безо всякого «стелса»!

Контрпримером вышеописанной истории с потерянным F-117 являются американские учения NORPAC FleetXOPS 82, проводившиеся около Курил и Камчатки в 1982 году. На протяжении четырех дней подряд полноценная авианосная ударная группа (АУГ) оперировала всего в 400 километрах от ближайших советских аэродромов стратегической авиации на Дальнем Востоке. Все американские корабли и самолеты работали в режиме полного радиомолчания, за исключением пары инцидентов. Палубная авиация осуществила множественные учебные атаки на объекты прибрежной инфраструктуры. Авианосец «Мидуэй» и его корабли охранения также выполнили множество упражнений.

И все это прошло без малейшего обнаружения даже средствами спутниковой разведки. И уж тем более безо всякого «стелса». Секрет был в слаженной работе и хитрой тактике. Группировка постоянно меняла свое положение и старалась не попадать в ограниченное «поле зрения» советских спутников. Все коммуникации происходили либо визуальными методами, либо при помощи коротковолновых направленных радиопередатчиков.

Целеуказание осуществлялось либо в пассивном режиме, либо подсветкой с самолетов ДРЛОиУ, которые запускались с другого авианосца — «Энтерпрайз». А он, в свою очередь, находился на несколько сотен миль южнее и был готов в любой момент также «раствориться» в океане.

Легенда о советском гении

В контексте истории развития «стелс-технологии» нередко возникает упоминание советского ученого Уфимцева Петра Яковлевича. По легенде, его публикацию «Метод краевых волн в физической теории дифракции» партийное руководство признало не представляющей интереса с точки зрения народного хозяйства. А потому в 1962 году она была опубликована в числе прочего и за рубежом. Американские специалисты на тот момент уже долгие годы бились над проблемой уменьшения отражения радиоволн от разных объектов. Но решить не могли. А эта «непризнанная в СССР статья» прямо-таки спасла их и помогла сделать первый «стелс». В подтверждение этой истории обычно приводят тот факт, что с 1990 года Уфимцев переехал в США и начал работать в компании Northrop Grumman над B-2 Spirit.

Доля правды во всем этом есть, но в целом история не такая романтичная. И в США, и в Советском Союзе вопрос радиолокационной заметности самолетов изучался активно. Работы шли с переменным успехом, и обе стороны сталкивались с большими трудностями. Но когда появилась публикация Петра Яковлевича, она послужила не поводом для возгласов «Эврика!» устами американских инженеров, а способом привлечь еще больше финансирования. Мол, вы поглядите, как далеко продвинулись наши главные враги. Отсутствие столь же успешных проектов малозаметных самолетов в СССР объясняется вовсе не близорукостью партийного руководства. У отечественных авиаконструкторов были большие сложности с разработкой необходимых материалов, а финансирование было, прямо скажем, не таким щедрым, как у их коллег за океаном.

Вместо заключения

«Стелс» — он как висящее на стене ружье. И в пьесах Чехова, и в фильмах Гая Ричи это важная деталь. Но в первом случае это лишь один из эффективных художественных приемов. А в другом — эффектный двигатель сюжета, без которого повествование может повернуть в другую сторону.

В наземной технике броня давно проиграла снаряду в прямой конкуренции. Теперь она лишь защищает боевую машину от сопутствующих угроз, устаревшего оружия и позволяет приблизиться к цели на расстояние атаки. В авиации происходит примерно то же самое. Малая заметность во всех возможных диапазонах обнаружения не защищает самолет. Но часто позволяет нанести удар первым.

Неважно, видит ли радар приближающийся истребитель. Скорее всего, он его увидит. Главный вопрос — насколько будет велика дистанция, на которой удастся его заметить.