Перспективний літак покоління «Х» — технологічні тенденції для бойових літаків майбутнього

14.05.2020

Конструкторська думка Заходу по обидва боки Атлантики приступила до формування образу бойового літака майбутнього. Перспективний літак покоління «Х» стане наступником «Рафаль» (Rafale) і «Єврофайтер» (Eurofighter) в Європі, а також замінить F-22 «Раптор» (Raptor) і F-35 «Лайтнінг II» (Litening II) для армії США.

Літаки покоління 4+ «Рафаль» і «Єврофайтер»

Яким оперативним і технічним вимогам повинна відповідати зазначена машина? В якому напрямку розвиваються технології будівництва бойових літаючих платформ, з якими викликами вони стикаються? Чи можливо в принципі досягнення тих рубежів, на які націлена західна військова думка? Цим питанням присвячена пропонована серія статей.

Літаки п’ятого покоління F-22 і F-35

В даний час є звичайною практикою позначати F-22 і F-35, як літаки п’ятого покоління. Європейські «Рафаль» і «Єврофайтер» вважаються більш раннім поколінням (4+). На думку західних фахівців, це підкреслює той факт, що розробка відповідних перспективних систем виходить з різних відправних точок і, отже, може привести до різних результатів. Тому не факт, що у формулі «перспективний літак покоління Х» невідома величина «Х» по обидва боки Атлантики дорівнює одному й тому числу, а наступне покоління бойових літаків матиме однакові властивості.

Однак, технології, про які піде мова нижче, неминуче вплинуть на американські і європейські бойові літаки майбутнього.

Визначальними характеристиками літаків п’ятого покоління на сьогоднішній день є установка численних датчиків, підключення до мереж військового призначення, а також конструктивні заходи щодо підвищення непомітності, засновані на технології «стелс» (Stealth).

Непомітність, головним чином, спрямована на скорочення всіх тактично релевантних випромінювань. При цьому, велика частина заходів націлена на зниження ступеня відображення сигналів РЛС — радіолокаційного підпису, або профілю.

Це обумовлено тим, що РЛС, завдяки їх характеристикам (велика дальність дії, точне тривимірне виявлення та супроводження цілей, низька схильність до впливу погодних умов) є основою систем ППО і ключовим засобом контролю за повітряним простором. Отже, ефективний захист від (раннього) виявлення за допомогою РЛС дає тактичні переваги.

Інженер секретного підрозділу «Локхід Сканк Уоркс» (Lockheed Skunk Works) Денис ОВЕРХОЛЬЗЕР (Denys OVERHOLSER) у 1975 році розробляв програму для проектування планера літака. Сам планер, при цьому, складався переважно з плоских поверхонь і прямих країв і, у порівнянні зі звичайними конструкціями, мав дуже малим радіолокаційним профілем. Додатково було встановлено, що вплив форми фюзеляжу літака можна посилити використанням радіопоглинаючих матеріалу (Radarabsorbent Material, укр. — «РЛС-абсорбуючий матеріал»). Основний ефект, однак, задає форма. Д.Оверхользер таким чином позначав дотримання принципів скритності: «форма, форма, форма і матеріал».

Денис ОВЕРХОЛЬЗЕР

Досягнення в галузі вивчення математичних і фізичних основ скритності, а також зростання обчислювальної потужності комп’ютерів забезпечили подальший прогрес у цій області і дозволили відмовитися від екстремального формоутворення (як, наприклад, у винищувача F-117). Разом з тим, все ще вважається, що перспективний літак, який має обмежений радіолокаційний профіль, може одночасно мати обмеження в інших частинах свого функціоналу.

Винищувач F-117

Згідно з публікаціями, значний прогрес у цій сфері досягнуто в розробці радіопоглинаючих або розсіючих фарб, покриттів і структур. По-перше, вдалося збільшити стійкість абсорбуючих покриттів до напруг, що виникають під час польоту. З іншого боку, застосування такого роду матеріалів, за деякими оцінками, відкриває далекосяжні т.зв. «Метаматеріальні» перспективи, можливості і межі яких сьогодні визначаються тільки в загальних рисах.

Зокрема, розроблений активний частотний виборчий поверхневий матеріал (Active Frequency Selective Surface Material, AFSS) складається, в основному, з вкрай тонкого і придатного для нанесення на зовнішнє покриття літака досить гнучкого шару напівпровідників. Матеріал дозволяє настільки цілеспрямовано відповідати на зовнішнє електромагнітне опромінення, що відбитий сигнал стає неефективним. Інші «метаматеріали», поки що знаходяться на більш ранніх етапах розробки, могли б, як передбачається, скоротити або навіть приховати інфрачервоне або оптичне випромінювання літака.

Разом з тим, поряд з тактичними перевагами, які дає непомітність, фахівці відзначають цілий ряд проблем, вже сьогодні безпосередньо впливають на бойову ефективність «стелс» -самолетов.

Так, реальним викликом стає взаємодія і спільне застосування бойових літаків четвертого і п’ятого поколінь.

У якості ідеальних прикладів «стелс» -самолетов для швидкості нижче швидкості звуку можуть розглядатися розроблені апарати типу «літаюче крило»: B-2 або B-21. Однак така конструкція навряд чи відповідає вимогам до сучасних винищувачів і винищувачів-бомбардувальників. Тому моделі F-35 і F-22 більше, ніж, наприклад, B-2, схожі на своїх звичайних попередників.

Бомбардувальник «B-21»

Проте, бойові літаки четвертого покоління застосовуються у повітряному бою в ближній зоні і мають високу аеродинамічну ефективність. Однак, ця якість конкурує з мінімальним радіолокаційним відображенням. Очевидно, що «стелс» -самолети більш ефективні там, де непомітність для ворожих РЛС важливіше високої маневреності, тобто у повітряному бою на великій дальності і при подоланні інтегрованих систем ППО.

Висока маневреність винищувачів і винищувачів-бомбардувальників також вимагає щодо малого планера. Конструкції літаків попереднього покоління компенсують це тим, що велика частина озброєння і незначна частина палива розміщуються на зовнішній підвісці. Зовнішня ж підвіска і скритність — несумісні. Для кількості цілей або бойового радіусу це має негативні наслідки, які можуть компенсуватися лише тактичними або оперативними заходами.

Зброя на зовнішній підвісці F-35

У цьому контексті фахівці розглядають варіант використання так званих літаків-арсеналів. Вони несуть додаткове озброєння і забезпечують можливість оперативного застосування літаків-заправників. Однак, ці літаки не так складно виявити, як тип «стелс», який вони покликані підтримувати.

Ще одне обмеження ефективності технології «стелс» випливає з електронного підпису бойових літаків. Радіозв’язок і випромінювання їх власних РЛС, які все ще залишаються необхідною складовою багатьох типів операцій, принципово суперечать скритності. У зв’язку з цим робляться спроби скоротити електронний підпис через розвиток радіо і радіолокаційних систем з обмеженою ймовірністю перехоплення (Low Probability of Intercept, LPI).

Використання методів LPI, таких як гнучкі хвильові форми, адаптивне управління потужністю передачі або випадково згенеровані шаблони пошуку реалізуються, зокрема, через розробку активної фазованими антенними решітки (АФАР). Однак, прогрес у скороченні електронного підпису знову може бути компенсований, завдяки еквівалентним досягненням в області заходів електронної підтримки (Electronic Support Measures, ESM), зокрема, електронної розвідки.

АФАР F-35

Точно так же «стелс» буде розкриватися, завдяки розвитку технологій РЛС виявлення. З одного боку, сучасні АФАР дозволяють інсталювати високі обчислювальні потужності, в результаті чого забезпечується збільшення продуктивності довгохвильових РЛС. З іншого, нові алгоритми обробки радіолокаційних сигналів, особливо фільтрації, призводять до того, що навіть об’єкти з дуже низьким радіолокаційним підписом на тактичній дальності можуть бути виявлені і супроводжуватися з досить високою точністю.

Виходячи з цього, прихильники «стелс» технологій пояснюють, що в майбутньому перспективний літак забезпечить свою живучість у повітряному просторі з підвищеним ризиком тільки, якщо його скритність буде підтримана тактикою застосування, електронною розвідкою і прийомами радіоелектронної боротьби (РЕБ).

З часів Другої світової війни РЕБ є значущим супутнім фактором повітряних операцій. Вона характеризується постійною, все більш складною і дорогою конкуренцією між заходами і контрзаходами. У цьому змаганні отримують перевагу то засоби пеленгации повітряної цілі, то захист від виявлення.

У цій конкуренції так звана когнітивна (навчаєма) РЕБ вступає у новітній раунд, який тільки-но розпочався. Її антиподом служить когнітивна радіолокаційна технологія, при якій, (дуже сильно) спрощено кажучи, радіолокаційні системи «вчать» знаходити понад малі об’єкти там, де звичайні РЛС бачать тільки стаціонарні мети або сигнали перешкод.

Сьогодні електронні контрзаходи на основі даних, отриманих електронною розвідкою, доводяться в лабораторії, а потім реалізуються в програмах для систем самозахисту бойових літаків. В силу гнучкості антен з АФАР, а також продуктивності сучасних процесорів з’являється можливість змінювати порядок роботи РЛС у певних межах з високою частотою. В результаті системи самозахисту бойових літаків, будь то «стелс» -технології, системи РЕБ або (більш імовірно) суміш обох варіантів, стають здатними реагувати на раніше незнайомі форми загроз на місці і в режимі реального часу.

Область електромагнітного спектра, в якій діє перспективний літак з технологією «стелс», визначена його дизайном і, якщо це взагалі можливо, може бути змінена, тільки завдяки дорогим і тривалим конструктивним прийомам. Крім того, діючий ланцюжок етапів РЕБ (розвідка, розробка, програмування і застосування) недостатньо моторна, щоб успішно слідувати надзвичайно швидких змін електронних погроз. Тому сьогоднішня програмована радіо-електронна боротьба повинна наростити свій потенціал до рівня когнітивної РЕБ.

Когнітивна РЕБ заснована на формі настройки машин, яка переносить порядок навчання живих істот на електронні системи. Необхідне для цього програмне забезпечення використовує математичний апарат теорії ймовірності. Це дозволяє, подібно живим істотам, «навчати» комп’ютер, використовуючи досвід, що виникає з потоку безперервних сигналів або даних.

Щодо системи РЕБ перспективного літака це означає, що через мережу встановлених на його борту датчиків повинні безперервно проходити великі обсяги даних по якомога більшій кількості різновидів електронних погроз. Грунтуючись на цих даних про загрози, система РЕБ послідовно визначає ймовірну ефективність контрзаходів проти певних типів випромінювачів противника.

Це змушує когнітивно працюючі системи самозахисту порівнювати знову виникаючі, невідомі типи загроз з відомими. В результаті нові загрози класифікуються і до них приймаються контрзаходи, які мають максимально високу ймовірність успіху, відповідно до попереднього «досвіду» системи РЕБ. Її реакція при першому контакті з новою загрозою може бути не оптимальною, але поліпшується з кожною наступною итерацией.

Таким чином, перспективний літак, що використовує технологію «стелс», крім тактичної переваги малопомітності авансом отримує запас проблем, що вимагають для свого рішення як заходів оперативного, так і технологічної властивості.

Практична реалізація можливостей «стелс» — літака на сьогоднішній день ув’язується зі значними заходами підтримки, протидія яким здатна легко нейтралізувати ефект від його використання. Разом з тим, розробки в області абсорбуючих матеріалів і когнітивної РЕБ можуть привести до рішень, значення яких поки не можливо оцінити в повній мірі.