Технология Stealth , также называемая технологией малой заметности ( технология LO ), является подразделом военной тактики и пассивных и активных мер радиоэлектронного противодействия , [1] которая охватывает ряд методов, используемых для того, чтобы сделать персонал, самолеты , корабли , подводные лодки , ракеты , спутники и наземные транспортные средства менее заметными (в идеале невидимыми ) для радаров , инфракрасных лучей , [2] сонаров и других методов обнаружения. Она соответствует военному камуфляжу для этих частей электромагнитного спектра (т. е. многоспектральному камуфляжу ).
Разработка современных технологий невидимости в Соединенных Штатах началась в 1958 году, [3] [4] когда более ранние попытки предотвратить радиолокационное слежение за самолетами-шпионами U-2 Советским Союзом во время Холодной войны оказались безуспешными. [5] Конструкторы обратились к разработке особой формы для самолетов, которая имела тенденцию снижать обнаружение путем перенаправления волн электромагнитного излучения от радаров. [6] Материал, поглощающий излучение, также был испытан и изготовлен для уменьшения или блокировки радиолокационных сигналов, которые отражаются от поверхностей самолетов. Такие изменения формы и состава поверхности составляют технологию невидимости, которая в настоящее время используется на Northrop Grumman B-2 Spirit «Stealth Bomber». [4]
Концепция скрытности заключается в том, чтобы действовать или скрываться, не давая противнику никаких указаний на присутствие дружественных сил. Эта концепция была впервые исследована с помощью камуфляжа, чтобы сделать внешний вид объекта сливающимся с визуальным фоном. Поскольку эффективность технологий обнаружения и перехвата ( радар , инфракрасный поиск и слежение , ракеты класса «земля-воздух» и т. д.) возросла, также возросла и степень, в которой конструкция и эксплуатация военного персонала и транспортных средств были затронуты в ответ. Некоторые военные униформы обрабатываются химикатами для снижения их инфракрасной сигнатуры . Современный стелс- транспорт изначально проектируется с выбранной спектральной сигнатурой . Степень скрытности, воплощенная в данной конструкции, выбирается в соответствии с прогнозируемыми угрозами обнаружения.
Маскировка для помощи или избежания хищников существовала еще до человечества, и охотники использовали растительность, чтобы скрыться, возможно, с тех пор, как люди начали охотиться. Самое раннее применение камуфляжа в войне невозможно установить. Методы визуальной маскировки на войне были задокументированы Сунь Цзы в его книге «Искусство войны» в V веке до н. э. и Фронтином в его работе «Стратегематы» в I веке н. э. [7]
В Англии нерегулярные отряды егерей в XVII веке были первыми, кто принял на вооружение унылые цвета (распространенные в ирландских отрядах XVI века) в качестве формы камуфляжа , следуя примеру континента.
Во время Первой мировой войны немцы экспериментировали с использованием целлона ( ацетата целлюлозы ), прозрачного материала для покрытия, в попытке уменьшить видимость военных самолетов. Отдельные образцы истребителя-моноплана Fokker E.III Eindecker , двухместного наблюдательного биплана Albatros CI и прототипа тяжелого бомбардировщика Linke-Hofmann RI были покрыты целлоном . Однако солнечный свет, отражающийся от материала, делал самолет еще более заметным. Было также обнаружено, что целлон быстро разрушается как от солнечного света, так и от перепадов температур в полете, поэтому попытки сделать самолеты прозрачными прекратились. [8]
В 1916 году британцы модифицировали небольшой дирижабль класса SS для ночной разведки над немецкими линиями на Западном фронте . Оснащенный бесшумным двигателем и черным газовым мешком, аппарат был невидим и неслышим с земли, но несколько ночных полетов над немецкой территорией дали мало полезной информации, и от этой идеи отказались. [9]
Рассеянный световой камуфляж , корабельная форма противосветового камуфляжа, испытывалась Королевским канадским флотом с 1941 по 1943 год. Концепция была продолжена для самолетов американцами и британцами: в 1945 году Grumman Avenger с огнями Yehudi достигал 3000 ярдов (2700 м) от корабля, прежде чем был обнаружен. Эта способность была признана устаревшей из-за радаров . [10]
Chaff был изобретен в Британии и Германии в начале Второй мировой войны как средство скрыть самолет от радаров. По сути, chaff действовал на радиоволны так же, как дымовая завеса действовала на видимый свет. [11]
Подводная лодка U-480 , возможно, была первой стелс-подводной лодкой. Она имела безэховое плиточное резиновое покрытие, один слой которого содержал круглые воздушные карманы для подавления гидролокатора ASDIC . [12] Радар-поглощающие краски и материалы из резины и полупроводниковых композитов (кодовые названия: Sumpf , Schornsteinfeger ) использовались Кригсмарине на подводных лодках во время Второй мировой войны. Испытания показали, что они эффективны в снижении радиолокационных сигнатур как на коротких (сантиметры), так и на длинных (1,5 метра) волнах. [13]
В 1956 году ЦРУ начало попытки уменьшить эффективную площадь рассеяния (ЭПР) самолета -разведчика U-2 . Было разработано три системы: «Трапеция», ряд проводов и ферритовых бусин вокруг формы самолета, покрывающий материал со встроенными в него печатными платами и поглощающая радиолокационное излучение краска. Они были развернуты в полевых условиях на так называемых « грязных птицах» , но результаты оказались разочаровывающими, увеличение веса и сопротивления не стоило никакого снижения показателей обнаружения. Более успешным было нанесение камуфляжной краски на изначально голый металлический самолет; было обнаружено, что наиболее эффективным является темно-синий цвет. Вес этого стоил 250 футов максимальной высоты, но делал самолет более трудным для обнаружения перехватчиками. [14]
В 1958 году Центральное разведывательное управление США запросило финансирование разведывательного самолета для замены существующих шпионских самолетов U-2, [15] и Lockheed обеспечила контрактные права на его производство. [3] «Келли» Джонсон и его команда в Lockheed's Skunk Works были назначены на производство A-12 (или OXCART), который действовал на большой высоте от 70 000 до 80 000 футов (от 21 000 до 24 000 м) и скорости Маха 3,2 (2400 миль в час; 3800 км/ч), чтобы избежать обнаружения радаром. Различные формы самолета, предназначенные для уменьшения обнаружения радаром, были разработаны в более ранних прототипах, названных A-1 по A-11. A-12 включал в себя ряд скрытных функций, включая специальное топливо для уменьшения сигнатуры выхлопного шлейфа, наклонные вертикальные стабилизаторы, использование композитных материалов в ключевых местах и общую отделку краской, поглощающей радиолокационное излучение. [14]
В 1960 году ВВС США уменьшили эффективную площадь отражения дрона Ryan Q-2C Firebee . Это было достигнуто с помощью специально разработанных экранов над воздухозаборником, а также материала, поглощающего излучение, на фюзеляже и краски, поглощающей излучение. [16]
В 1968 году армия США выпустила спецификацию, в которой требовался самолет наблюдения , который был бы акустически необнаружим с земли при полете на высоте 1500 футов (460 м) ночью. Это привело к появлению Lockheed YO-3A Quiet Star , который действовал в Южном Вьетнаме с конца июня 1970 года по сентябрь 1971 года. [17]
В 1970-х годах Министерство обороны США запустило проект Lockheed Have Blue с целью разработки истребителя-невидимки. Между Lockheed и Northrop велась ожесточённая борьба за многомиллиардный контракт. Lockheed включила в свою заявку текст, написанный советско-российским физиком Петром Уфимцевым в 1962 году, под названием «Метод краевых волн в физической теории дифракции» , Советское радио, Москва, 1962. В 1971 году эта книга была переведена на английский язык под тем же названием Отделом иностранных технологий ВВС США. [18] Теория сыграла решающую роль в проектировании американских самолётов-невидимок F-117 и B-2. [19] [20] [21] Уравнения, изложенные в статье, количественно определяли, как форма самолёта повлияет на его обнаруживаемость радаром, называемую эффективной площадью рассеяния (ЭПР). [22] В то время Советский Союз не имел суперкомпьютерных мощностей для решения этих уравнений для реальных проектов. Это было применено Lockheed в компьютерном моделировании для разработки новой формы, которую они назвали «Hopeless Diamond», игра слов от Hope Diamond , обеспечив контрактные права на производство F-117 Nighthawk, начиная с 1975 года. В 1977 году Lockheed выпустила две модели в масштабе 60% по контракту Have Blue. Программа Have Blue была демонстратором технологии малозаметности, которая длилась с 1976 по 1979 год. Northrop Grumman Tacit Blue также сыграла роль в разработке композитных материалов и криволинейных поверхностей, малозаметных, управления по проводам и других инноваций в области технологий малозаметности. Успех Have Blue побудил ВВС создать программу Senior Trend , которая разработала F-117. [23] [24]
Технология Stealth (или LO для низкой заметности ) — это не одна технология. Это набор технологий, используемых в комбинациях, которые могут значительно сократить расстояние, на котором можно обнаружить человека или транспортное средство; в большей степени это касается снижения эффективной поверхности рассеяния радара , а также акустических , тепловых и других аспектов.
Почти с момента изобретения радара были испробованы различные методы минимизации обнаружения. Быстрое развитие радаров во время Второй мировой войны привело к столь же быстрому развитию многочисленных мер противодействия радарам в этот период; ярким примером этого было использование дипольных отражателей . Современные методы включают в себя радиолокационное глушение и обман .
Термин «стелс» в отношении самолетов с уменьшенной радиолокационной заметностью стал популярным в конце восьмидесятых, когда широко известен истребитель-невидимка Lockheed Martin F-117 . Первое крупномасштабное (и публичное) использование F-117 произошло во время войны в Персидском заливе в 1991 году. Однако истребители-невидимки F-117A впервые были использованы в бою во время операции «Just Cause» , вторжения США в Панаму в 1989 году. [25] Самолеты-невидимки часто проектируются так, чтобы иметь радиолокационную поверхность рассеяния на порядки меньше, чем у обычных самолетов. Уравнение дальности действия радара означало, что при прочих равных условиях дальность обнаружения пропорциональна четвертому корню из ЭПР; таким образом, уменьшение дальности обнаружения в 10 раз требует уменьшения ЭПР в 10 000 раз.
Возможность проектирования самолетов таким образом, чтобы уменьшить их радиолокационную поверхность, была признана в конце 1930-х годов, когда были использованы первые системы радиолокационного слежения, и было известно, по крайней мере, с 1960-х годов, что форма самолета имеет существенное значение для обнаруживаемости. Avro Vulcan , британский бомбардировщик 1960-х годов, имел удивительно малый вид на радаре, несмотря на свои большие размеры, и иногда полностью исчезал с экранов радаров. Теперь известно, что он имел удачно скрытную форму, за исключением вертикального элемента хвоста. Несмотря на то, что он был разработан до того, как стали учитываться низкая эффективная площадь рассеяния (ЭПР) и другие факторы скрытности, [26] в технической записке Королевского авиационного учреждения от 1957 года говорилось, что из всех изученных до сих пор самолетов Vulcan оказался самым простым объектом, отражающим радиолокационный сигнал, из-за своей формы: только один или два компонента вносили значительный вклад в эхо в любом аспекте (одним из них был вертикальный стабилизатор , что особенно актуально для ЭПР в боковой проекции), по сравнению с тремя или более у большинства других типов. [27] [29] Описывая радиолокационные системы, авторы Саймон Кингсли и Шон Куэган выделили форму Vulcan как действующую для уменьшения ЭПР. [30] Напротив, российский дальний бомбардировщик Туполев 95 ( по классификации НАТО «Медведь») был заметен на радаре. Теперь известно, что пропеллеры и лопасти реактивной турбины создают яркое радиолокационное изображение; [ необходима цитата ] У «Медведя» четыре пары больших 18-футовых (5,6 м) диаметральных винтов противоположного вращения .
Другим важным фактором является внутренняя конструкция. Некоторые самолеты-невидимки имеют обшивку, которая является прозрачной или поглощающей для радаров, за которой находятся структуры, называемые входящими треугольниками . Радарные волны, проникающие через обшивку, задерживаются в этих структурах, отражаясь от внутренних поверхностей и теряя энергию. Этот метод был впервые использован в серии Blackbird: A-12 , YF-12A , Lockheed SR-71 Blackbird .
Наиболее эффективным способом отражения радиолокационных волн обратно к излучающему радару является использование ортогональных металлических пластин, образующих угловой отражатель, состоящий либо из двугранного (две пластины), либо из трехгранного (три ортогональные пластины). Такая конфигурация встречается в хвосте обычного самолета, где вертикальные и горизонтальные компоненты хвоста установлены под прямым углом. Самолеты-невидимки, такие как F-117, используют другую компоновку, наклоняя поверхности хвоста, чтобы уменьшить отражения углов, образующиеся между ними. Более радикальный метод — исключить хвост, как в B-2 Spirit . Чистая, низколобовая конфигурация летающего крыла B-2 обеспечивает ему исключительную дальность полета и уменьшает его радиолокационный профиль. [31] [32] Конструкция летающего крыла больше всего напоминает так называемую бесконечную плоскую пластину (поскольку вертикальные поверхности управления значительно увеличивают ЭПР), идеальную форму стелса, поскольку у нее не будет углов для отражения обратных радиолокационных волн. [33]
В дополнение к изменению хвоста, стелс-дизайн должен спрятать двигатели внутри крыла или фюзеляжа , или в некоторых случаях, когда стелс применяется к существующему самолету, установить перегородки в воздухозаборниках, чтобы лопатки компрессора не были видны радарам. Стелс-форма должна быть лишена сложных выпуклостей или выступов любого рода, что означает, что оружие, топливные баки и другие запасы не должны размещаться снаружи. Любое стелс-транспортное средство становится не стелс-транспортным средством, когда открывается дверь или люк.
Параллельное выравнивание краев или ровных поверхностей также часто используется в конструкциях стелс. Этот метод подразумевает использование небольшого количества ориентаций краев в форме конструкции. Например, на F-22A Raptor передние кромки крыла и хвостовых плоскостей установлены под одним и тем же углом. Другие более мелкие конструкции, такие как перепускные створки воздухозаборника и отверстие для дозаправки в воздухе , также используют те же углы. Эффект этого заключается в том, чтобы вернуть узкий радиолокационный сигнал в очень определенном направлении от излучателя радара, а не возвращать рассеянный сигнал, обнаруживаемый под многими углами. Эффект иногда называют «блестками» из-за очень короткого сигнала, видимого, когда отраженный луч проходит через детектор. Оператору радара может быть сложно отличить событие блеска от цифрового сбоя в системе обработки.
Самолеты Stealth иногда демонстрируют характерные зубцы на некоторых открытых краях, таких как порты двигателя. У YF-23 такие зубцы есть на выхлопных отверстиях. Это еще один пример параллельного выравнивания элементов, на этот раз на внешнем корпусе самолета.
Требования к форме значительно ухудшили аэродинамические свойства F -117 . Он изначально нестабилен и не может летать без системы управления по проводам .
Аналогично, покрытие фонаря кабины пилота тонкой пленкой прозрачного проводника ( напыленное золото или оксид индия и олова ) помогает уменьшить радиолокационный профиль самолета, поскольку радиолокационные волны обычно проникают в кабину, отражаются от объектов (внутренняя часть кабины имеет сложную форму, и шлем пилота сам по себе формирует значительный возврат) и, возможно, возвращаются в радар, но проводящее покрытие создает контролируемую форму, которая отклоняет входящие радиолокационные волны от радара. Покрытие достаточно тонкое, чтобы не оказывать неблагоприятного воздействия на зрение пилота.
Корабли также переняли подобные методы. Хотя более ранний эсминец класса Arleigh Burke включал некоторые функции снижения сигнатуры. [34] [35] норвежский корвет класса Skjold был первым кораблем береговой обороны, а французский фрегат класса La Fayette — первым океанским стелс-кораблем, поступившим на вооружение. Другими примерами являются голландские фрегаты класса De Zeven Provinciën , тайваньский стелс-корвет Tuo Chiang , немецкие фрегаты класса Sachsen , шведский корвет класса Visby , десантный транспортный док USS San Antonio и большинство современных конструкций военных кораблей .
Диэлектрические композитные материалы более прозрачны для радаров, тогда как электропроводящие материалы, такие как металлы и углеродные волокна, отражают электромагнитную энергию, падающую на поверхность материала. Композиты также могут содержать ферриты для оптимизации диэлектрических и магнитных свойств материала для его применения.
Материалы, поглощающие излучение (RAM), часто в виде красок, используются, в частности, на краях металлических поверхностей. Хотя материал и толщина покрытий RAM могут различаться, принцип их работы один и тот же: поглощают излучаемую энергию от наземной или воздушной радиолокационной станции в покрытие и преобразуют ее в тепло, а не отражают ее обратно. [36] Современные технологии включают диэлектрические композиты и металлические волокна, содержащие изотопы феррита. Керамическое композитное покрытие — это новый тип материальных систем, которые могут выдерживать более высокие температуры с лучшей устойчивостью к эрозии песка и термической стойкостью. [37] Краска включает в себя осаждение пирамидообразных колоний на отражающих поверхностях с зазорами, заполненными RAM на основе феррита. Пирамидальная структура отклоняет падающую энергию радара в лабиринте RAM. Один из часто используемых материалов называется краской с железными шариками . [38] Он содержит микроскопические железные сферы, которые резонируют в унисон с входящими радиоволнами и рассеивают большую часть своей энергии в виде тепла, оставляя мало для отражения обратно на детекторы. FSS — это плоские периодические структуры, которые ведут себя как фильтры для электромагнитной энергии. Рассматриваемые частотно-селективные поверхности состоят из проводящих патч-элементов, наклеенных на ферритовый слой. FSS используются для фильтрации и поглощения микроволн.
Формирование дает гораздо меньше преимуществ скрытности против низкочастотного радара . Если длина волны радара примерно в два раза больше размера цели, эффект полуволнового резонанса все еще может генерировать значительный возврат. Однако низкочастотный радар ограничен отсутствием доступных частот (многие из них активно используются другими системами), недостаточной точностью систем с дифракционными ограничениями из-за их больших длин волн и размером радара, что затрудняет его транспортировку. Длинноволновый радар может обнаружить цель и приблизительно определить ее местоположение, но не предоставить достаточно информации для ее идентификации, нацеливания на нее оружия или даже наведения на нее истребителя. [39]
Самолеты-невидимки пытаются минимизировать все отражения радаров, но специально разработаны для того, чтобы избегать отражения радиолокационных волн обратно в направлении, откуда они пришли (поскольку в большинстве случаев излучатель и приемник радара находятся в одном и том же месте). Они в меньшей степени способны минимизировать отражения радаров в других направлениях. Таким образом, обнаружение может быть лучше достигнуто, если излучатели находятся в разных местах от приемников. Один излучатель, отдельный от одного приемника, называется бистатическим радаром ; один или несколько излучателей, отдельных от более чем одного приемника, называются мультистатическим радаром . Существуют предложения использовать отражения от излучателей, таких как гражданские радиопередатчики , включая радиовышки сотовой связи . [40]
По закону Мура вычислительная мощность радарных систем со временем растет. Это в конечном итоге подорвет способность физической скрытности скрывать транспортные средства. [41] [42]
Радиолокаторы бокового обзора с синтезированной апертурой могут использоваться для определения местоположения и направления движения судов по их следам. [43] Их можно обнаружить с орбиты. [44] Когда судно движется по морскому пути, оно выбрасывает облако брызг, которое может быть обнаружено радаром. [45]
Акустическая скрытность играет первостепенную роль для подводных лодок и наземных транспортных средств. Подводные лодки используют обширные резиновые опоры для изоляции, заглушения и избегания механических шумов, которые могут выдать местоположение подводным пассивным гидролокаторам .
Ранние самолеты-невидимки использовали медленно вращающиеся пропеллеры , чтобы не быть услышанными вражескими войсками внизу. Самолеты-невидимки, которые остаются дозвуковыми, могут избежать отслеживания звуковым ударом . Наличие сверхзвуковых и реактивных самолетов-невидимок, таких как SR-71 Blackbird, указывает на то, что акустическая сигнатура не всегда является основным фактором при проектировании самолета, поскольку Blackbird больше полагался на свою очень высокую скорость и высоту.
Одним из методов снижения шума ротора вертолета является модулированное расстояние между лопастями . [46] Стандартные лопасти ротора расположены равномерно и производят больший шум на заданной частоте и ее гармониках . Использование переменного расстояния между лопастями распространяет шум или акустическую сигнатуру ротора на более широкий диапазон частот. [47]
Самая простая технология — визуальная маскировка : использование краски или других материалов для окрашивания и разграничения контуров транспортного средства или человека.
Большинство самолетов-невидимок используют матовую краску и темные цвета и летают только ночью. В последнее время интерес к дневной невидимости (особенно со стороны ВВС США) подчеркивает использование серой краски в схемах подрыва , и предполагается, что огни Yehudi могут использоваться в будущем для скрытия планера (на фоне неба, в том числе ночью, самолеты любого цвета кажутся темными [48] ) или как своего рода активный камуфляж. Первоначальная конструкция B-2 имела крыльевые баки для химиката, подавляющего инверсионный след , которым, как утверждают некоторые, является хлорфторсульфоновая кислота [49], но в окончательной конструкции это было заменено датчиком инверсионного следа, который предупреждает пилота, когда он должен изменить высоту [50] , и планирование миссии также учитывает высоты, на которых вероятность их образования минимальна.
В космосе зеркальные поверхности могут использоваться для отражения видов пустого пространства в сторону известных или предполагаемых наблюдателей; этот подход совместим с несколькими схемами радиолокационной скрытности. Тщательный контроль ориентации спутника относительно наблюдателей имеет важное значение, и ошибки могут привести к повышению обнаруживаемости, а не к желаемому снижению.
Выхлопной шлейф вносит значительный вклад в инфракрасную сигнатуру. Одним из способов уменьшения инфракрасной сигнатуры является использование некруглой выхлопной трубы (щелевой формы), чтобы минимизировать площадь поперечного сечения выхлопа и максимизировать смешивание горячего выхлопа с холодным окружающим воздухом (см. Lockheed F-117 Nighthawk , прямоугольные сопла на Lockheed Martin F-22 и зубчатые сопловые заслонки на Lockheed Martin F-35 ). Часто холодный воздух намеренно впрыскивается в поток выхлопных газов, чтобы ускорить этот процесс (см. Ryan AQM-91 Firefly и Northrop B-2 Spirit ). Закон Стефана-Больцмана показывает, как это приводит к высвобождению меньшего количества энергии ( теплового излучения в инфракрасном спектре) и, таким образом, снижает тепловую сигнатуру. В некоторых самолетах выхлопная струя выводится над поверхностью крыла, чтобы защитить ее от наблюдателей снизу, как в Lockheed F-117 Nighthawk и не скрытном Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II . Для достижения инфракрасной скрытности выхлопной газ охлаждается до температур, при которых самые яркие длины волн, которые он излучает, поглощаются атмосферным углекислым газом и водяным паром , что значительно снижает инфракрасную видимость выхлопного шлейфа. [51] Другой способ снижения температуры выхлопных газов — это циркуляция охлаждающих жидкостей, таких как топливо, внутри выхлопной трубы, где топливные баки служат радиаторами, охлаждаемыми потоком воздуха вдоль крыльев. [52]
Наземные бои включают использование как активных, так и пассивных инфракрасных датчиков. Таким образом, в документе с требованиями к форме для наземных боевых действий Корпуса морской пехоты США (USMC) указаны стандарты качества инфракрасного отражения. [53]
В дополнение к снижению инфракрасного и акустического излучения, стелс-транспортное средство должно избегать излучения любой другой обнаруживаемой энергии, например, от бортовых радаров, систем связи или утечки радиочастот из электронных корпусов. F-117 использует пассивные инфракрасные и телевизионные сенсорные системы с низким уровнем освещенности для наведения своего оружия, а F-22 Raptor имеет усовершенствованный радар LPI , который может подсвечивать вражеские самолеты, не вызывая срабатывания приемника предупреждения о радаре .
Размер изображения цели на радаре измеряется эффективной площадью рассеяния (ЭПР), часто представляемой символом σ и выражаемой в квадратных метрах. Она не равна геометрической площади. Идеально проводящая сфера с проекцией площади поперечного сечения 1 м 2 (т. е. диаметром 1,13 м) будет иметь ЭПР 1 м 2 . Обратите внимание, что для длин волн радара, намного меньших диаметра сферы, ЭПР не зависит от частоты. И наоборот, квадратная плоская пластина площадью 1 м 2 будет иметь ЭПР σ=4π A 2 / λ 2 (где A = площадь, λ = длина волны), или 13 982 м 2 на частоте 10 ГГц, если радар перпендикулярен плоской поверхности. [54] При углах падения , отличных от нормали , энергия отражается от приемника, уменьшая ЭПР. Говорят, что современные самолеты-невидимки имеют ЭПР, сравнимую с ЭПР небольших птиц или крупных насекомых [55] , хотя она сильно различается в зависимости от самолета и радара.
Если бы ЭПР напрямую зависела от площади поперечного сечения цели, то единственным способом ее уменьшения было бы уменьшение физического профиля. Вместо этого, отражая большую часть излучения или поглощая его, цель достигает меньшей ЭПР. [56]
Малозаметные ударные самолеты, такие как Lockheed F-117 Nighthawk , обычно используются против хорошо защищенных объектов противника, таких как командные и контрольные центры или батареи зенитных ракет (SAM). Радар противника будет покрывать воздушное пространство вокруг этих объектов с перекрывающимся покрытием, делая необнаруженный вход обычных самолетов практически невозможным. Малозаметные самолеты также могут быть обнаружены, но только на коротких расстояниях вокруг радаров; для малозаметного самолета существуют значительные пробелы в радиолокационном покрытии. Таким образом, малозаметный самолет, летящий по соответствующему маршруту, может оставаться незамеченным радаром. Даже если малозаметный самолет обнаружен, радары управления огнем, работающие в диапазонах C , X и Ku, не могут отображать (для наведения ракет) малозаметные (LO) самолеты, за исключением очень близких расстояний. [57] Многие наземные радары используют доплеровский фильтр для повышения чувствительности к объектам, имеющим радиальную компоненту скорости относительно радара. Планировщики миссий используют свои знания о местоположении вражеских радаров и модели ЭПР самолета для проектирования траектории полета, которая минимизирует радиальную скорость, представляя самые низкие аспекты ЭПР самолета для радара угрозы. Чтобы иметь возможность летать по этим «безопасным» маршрутам, необходимо понимать радиолокационное покрытие противника (см. электронную разведку ). Воздушные или мобильные радиолокационные системы, такие как бортовые системы раннего предупреждения и управления (AEW&C, AWACS), могут усложнить тактическую стратегию для скрытной операции.
После изобретения электромагнитных метаповерхностей традиционные средства снижения RCS были значительно улучшены. [58] [59] [60] Как упоминалось ранее, основной целью формирования цели является перенаправление рассеянных волн от направления обратного рассеяния, которое обычно является источником. Однако это обычно ставит под угрозу аэродинамические характеристики. [61] Одним из возможных решений, которое широко изучалось в последнее время, является использование метаповерхностей, которые могут перенаправлять рассеянные волны, не изменяя геометрию цели. [58] [59] [60] Такие метаповерхности можно в первую очередь классифицировать по двум категориям: (i) метаповерхности шахматной доски, (ii) метаповерхности с градиентным показателем преломления. Аналогично, метаматериалы с отрицательным показателем преломления представляют собой искусственные структуры, для которых показатель преломления имеет отрицательное значение для некоторого диапазона частот, например, в микроволновом, инфракрасном или, возможно, оптическом диапазоне. [62] Они предлагают другой способ снижения обнаруживаемости и могут обеспечить электромагнитную почти невидимость в проектных длинах волн.
Плазменная скрытность — это явление, предложенное для использования ионизированного газа, называемого плазмой , для уменьшения ЭПР транспортных средств. Взаимодействие между электромагнитным излучением и ионизированным газом широко изучалось для многих целей, включая сокрытие транспортных средств от радаров. Различные методы могут образовывать слой или облако плазмы вокруг транспортного средства для отклонения или поглощения радаров, от более простых электростатических до радиочастотных (РЧ) и более сложных лазерных разрядов, но это может быть сложно на практике. [63]
Существует несколько технологических исследований и разработок для интеграции функций систем управления полетом самолета, таких как элероны , рули высоты , элевоны , закрылки и флапероны , в крылья для выполнения аэродинамической цели с преимуществами более низкой ЭПР для скрытности, за счет более простой геометрии и меньшей сложности (механически проще, меньше или нет движущихся частей или поверхностей, меньше обслуживания), а также меньшей массы, стоимости (до 50% меньше), сопротивления (до 15% меньше во время использования) и инерции (для более быстрого, более сильного реагирования управления для изменения ориентации транспортного средства для уменьшения обнаружения). Два многообещающих подхода — гибкие крылья и струйная техника.
В гибких крыльях большая часть или вся поверхность крыла может менять форму в полете, чтобы отклонять поток воздуха. Адаптивные податливые крылья являются военными и коммерческими усилиями. [64] [65] [66] Активное аэроупругое крыло X -53 было совместной разработкой ВВС США, Boeing и NASA .
В области струйной техники исследуется впрыск жидкости в воздушные потоки для использования в самолетах для управления направлением двумя способами: управление циркуляцией и управление вектором тяги. В обоих случаях более крупные и сложные механические части заменяются более мелкими, простыми и маломассивными струйными системами, в которых большие силы в жидкостях периодически отводятся меньшими струями или потоками жидкости, чтобы изменить направление движения транспортных средств. Механические поверхности управления, которые должны двигаться, составляют важную часть эффективной площади отражения самолета от радара. [67] [68] [69] Исключение механических поверхностей управления может уменьшить возвратные сигналы радара. [69] [70] [71] Известно, что по состоянию на 2023 год [обновлять]по крайней мере две страны исследуют струйное управление. В Великобритании компания BAE Systems испытала два беспилотных летательных аппарата с жидкостным управлением, один из которых был запущен в 2010 году под названием Demon , [70] [69] и другой, запущенный в 2017 году под названием MAGMA, совместно с Манчестерским университетом . [71] В Соединенных Штатах программа Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США ( DARPA ) под названием «Управление революционными самолетами с новыми эффекторами» (CRANE) направлена на «... проектирование, постройку и летные испытания нового самолета X-plane, включающего активное управление потоком (AFC) в качестве основного конструкторского решения. ... В 2023 году самолет получил официальное обозначение X-65». [72] [73] В январе 2024 года началось строительство на дочерней компании Boeing Aurora Flight Sciences . [74] [75] По данным DARPA, Aurora X-65 может быть завершена и представлена уже в начале 2025 года, а первый полет состоится летом 2025 года. [74] [75]
При управлении циркуляцией, вблизи задних кромок крыльев, системы управления полетом самолета заменяются щелями, которые испускают потоки жидкости. [76] [77] [78]
Во всем мире корабли ВМС имеют встроенные функции снижения сигнатуры, в основном с целью уменьшения дальности обнаружения противокорабельных ракет и повышения эффективности контрмер, а не фактического избегания обнаружения. К таким кораблям относятся: