Почему «невидимые» самолеты видны на радарах и зачем тогда весь этот «стелс»
Вокруг термина «стелс» накопилось огромное количество мифов, имеющих очень слабую связь с реальностью. Naked Science разбирается, что такое невидимые самолеты и правда ли они незаметны для радаров.
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
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.
Впервые показана коаксиально-радиальная решетка Су-57. Она призвана снизить заметность истребител.
На представленном фото можно рассмотреть коаксиально-радиальную решетку на истребителе пятого поколения Су-57. Ее предназначение — снизить радиолокационную заметность истребителя.
Авиаэксперт оценил вероятность полного закрытия воздушного пространства над Москвой из-за атак БПЛА ВСУ
12:45 Сен. 2, 2023 
1948 
0
Фото: РИА Новости /Виктор Толочко
Такая мера была бы нецелесообразна.
Во время взлёта и посадки судов маршруты беспилотников и гражданских самолётов могут пересекаться. Для недопущения подобной ситуации спецслужбами вводится план «Ковёр».
После обеспечения «чистого» неба, когда угроза в виде БПЛА ликвидируется, все ограничения снимаются.
Об этом в эфире радиостанции «Говорит Москва» рассказал главный редактор портала «Авиа.ру» Роман Гусаров.
«Конечно, проблемы есть. Мы это прекрасно видим, но, на мой взгляд, полное закрытие, остановка крупнейших в стране аэропортов, то есть московского авиаузла — это вообще не решение. Ну, остановим мы эти аэропорты, они [ВСУ — прим. ГМ] переключатся на другие регионы. Так что, я думаю, нет [это нецелесообразно — прим. ГМ]. Тот режим, в котором сейчас работают, так и придётся. Аэропорты закрывают не потому, что есть угроза именно аэропортам, а план «Ковёр» подразумевает чистое небо. Чтобы выявить беспилотники, их поразить, чтоб была безопасность для гражданских судов. Московский регион огромен несравнимо. Белгород и Курск по пассажиропотоку не могут даже близко быть. Через Москву 80% пассажиропотока летают, вообще по стране. Если в Москве закрыть небо, будет практически парализована вся наша авиаотрасль, всё наше авиасообщение. Сложно себе представить, какого масштаба будет коллапс».
Гусаров также объяснил, почему ВСУ стремятся атаковать территории РФ в тёмное время суток.
«Почему ночью и в утренние часы [происходят атаки дронов — прим. ГМ]? Здесь понятно, потому что беспилотники летят низко, их на радарах не видно. Если они будут пытаться днём долететь, то их будет просто видно визуально, слышно. Поэтому они стараются преодолеть это расстояние в ночное время, чтобы не было видно ни места запуска, ни маршрута, по которому они летят. В этом-то и заключается вся сложность. Приходится перестраховываться. Где-то только на границе обнаруживается беспилотник, и в Москве уже объявляют план «Ковёр», задолго до того, как они вообще приблизятся. Между военными и гражданскими коммуникация работает эффективно, к счастью. БПЛА летают на небольших высотах. На эшелонах, воздушных магистралях, там безопасно, туда беспилотники не долетают. Во время взлёта и посадки, конечно, маршруты беспилотников и гражданских самолётов могут пересекаться. Пока, слава богу, справляемся. Будем надеяться, что дальше эффективность будет только повышаться».
1 сентября в столичных аэропортах задержали и отменили 81 рейс. Во Внукове 19 рейсов перенесли, шесть сняли из расписания, в Домодедове — 28 задержаны, 14 отменили, в Шереметьеве ждут вылета восемь самолётов, три отменены.
В последние дни авиагавани не раз сообщали об ограничении полётов. Причиной становились атаки дронов.
Безнаказанности дронов приходит конец: Как российская армия в ходе спецоперации применяет РЛС «Репейник» против беспилотников
В рамках спецоперации все большее распространение получают малые беспилотники вертолетного типа вроде дронов-квадракоптеров. Они имеют малые размеры, малошумны и практически невидимы для радаров. Нашими специалистами найден способ обнаружения и уничтожения таких вражеских дронов.
Особо опасны квадрокоптеры в сумерки и в ночное время. Визуально они практически не видны, а когда зависают, то пропадают с экранов самых чувствительных доплеровских радаров, просто в силу законов, на которых основана радиолокация по данному методу. Сами же беспилотники видят все. Как правило, на них устанавливают чувствительные приборы ночного видения. С их помощью определяют координаты военной техники или перемещающегося личного состава. А затем передают их уже средствам огневого поражения. Или сами сбрасывают небольшие гранаты.
Безнаказанности подобных дронов приходит конец. Мы уже рассказывали о том, что группа молодых московских инженеров под руководством кандидата технических наук Алексея Царькова смогла разработать технологии, которые позволили мгновенно фиксировать непрошеного беспилотного гостя. Сопровождать летающий объект даже в режиме висения и выдавать его точные координаты для уничтожения соответствующими силами.
РЛС «Репейник» работает в комплексе с системами автоматического сопровождения полета дронов и системами их уничтожения
Радиолокационную станцию нового поколения, способную обнаруживать дроны-невидимки, назвали «Репейник». И действительно она цепляет самые малые воздушный объекты, прорваться через нее почти невозможно. Станция построена на отечественной элементной базе. Ее программное обеспечение использует искусственный интеллект. Армейский вариант РЛС предусматривает носимое модульное исполнение и возможность применения в полевых условиях, в любую погоду.
Особое внимание уделили специальным камуфлирующим покрытиям и антикоррозионной защите. Теперь радар не боится влаги, надежно функционирует в любую погоду. Так что для врага станция невидима, в то время как сама видит все, что находится в небе.
Фото: Сестрорецкий оружейный завод
Вот лишь некоторые технические характеристики «Репейника». Возможность обнаружения сверхмалых объектов с эффективной поверхностью отражения менее 0,01 кв. м, летящих со скоростью до 150 км/час или висящих неподвижно. Одновременно могут быть обнаружены и сопровождаться 256 целей. Вес станции 25,5 кг, она способна работать автономно от одного источника в течение 8 часов. Дальность обнаружения — до 10 км, а по высоте — до 5 км.
В конце прошлого годы станцию проверили в боевых условиях. Результаты полностью подтвердили заявленные характеристики.
Как рассказали «РГ» разработчики, в январе-феврале в боевых условиях было проведено более комплексное тестирование. В частности, несколько носимых радаров объединяли в единую сеть для обобщения информации в интересах ситуационных центров на линии соприкосновения.
Также была проведена проверка работоспособности «Репейника» в комплексе с системами прерывания полета дронов или их уничтожения. Испытали специальную турель с установленной на ней электромагнитной пушкой.
Аппаратура РЛС сканирует обнаруженный беспилотник, определяет его рабочие частоты и мощным электромагнитным сигналом перекрывает его канал управления.
Рассматривается вариант установки на турель скорострельного стрелкового оружия, которое с высокой долей вероятности способно физически уничтожить вражеский квадрокоптер.
В процессе испытаний выяснилось, что малогабаритные и достаточно легкие РЛС могут эффективно прикрывать не только стационарные места базирования спецподразделений, участвующих в СВО, но и работать во время выходов их бойцов на боевые задания.
Тестирования «Репейника» в зоне СВО продолжаются. Одновременно станция поступает на снабжение войсковых подразделений, действующих на самой передней линии огня.
Незаметная угроза: как беспилотники стали проблемой для ПВО
В ночь на 3 мая 2023 года неизвестный беспилотный летательный аппарат врезался в крышу одного из зданий Кремля, вызвав небольшой пожар. Российские власти обвинили в атаке Украину и пообещали «ответные меры». Военный эксперт Максим Старчак рассказывает о том, почему классические ПВО плохо приспособлены для борьбы с дронами и какие технологии могут это исправить
Современная система ПВО России и Москвы начала формироваться после Великой Отечественной войны во многом как ответ на развитие вооружений главного стратегического противника — США. К июлю 1945 года США провели первое испытание ядерного оружия и уже имели стратегическую авиацию, способную доставлять ядерные бомбы на большие расстояния. В 1946 году в СССР принимают решение о развертывании ПВО на всей территории страны. В Москве в это время создаются войска ПВО центрального округа, которые впоследствии стали войсками ПВО Московского района.
С появлением у США межконтинентальных баллистических ракет (МБР) Советский Союз стал разрабатывать системы ракетно-космической обороны. В США также работали над системами противоракетной обороны, способными сбивать приближающиеся боеголовки. Но создание таких оборонных систем стимулировало гонку вооружений, так как заставляло разрабатывать все более мощные ракеты, способные преодолевать противоракетную оборону или провоцировало превентивный ядерный удар по стране с развернутой стратегической ПРО. Стремясь избежать этого, в 1960-х годах стороны начали переговоры об ограничении стратегических вооружений, результатом которых стал договор по ПРО 1972 года вместе с протоколом к нему от 1974-го.
Соглашения позволяли развивать ПРО в пределах одного района радиусом 150 км, в СССР выбрали защиту Москвы. В защищаемом районе разрешалось иметь не более 100 пусковых установок и не более 100 противоракет на стартовых позициях. Таким образом Москва стала самым защищенным районом страны. Выход США из Договора по ПРО в 2002 году не изменил этого положения.
Но защита от беспилотников никогда не была задачей существующих систем.