Technologia ukrycia - Stealth technology

F-117 samolot szturmowy z ukrycia

PL-01 ukryty pojazd naziemny

Surcouf francuska fregata stealth

Technologia Stealth , zwana również technologią Low Observable Technology ( technologia LO ), jest subdyscypliną taktyki wojskowej oraz pasywnych i aktywnych elektronicznych środków zaradczych , która obejmuje szereg metod stosowanych do tworzenia personelu, samolotów , statków , okrętów podwodnych , pocisków , satelitów i pojazdy naziemne mniej widoczne (idealnie niewidoczne ) dla radarów , podczerwieni , sonaru i innych metod wykrywania. Odpowiada kamuflażowi wojskowemu dla tych części widma elektromagnetycznego (tj. kamuflażowi wielospektralnemu ).

Rozwój nowoczesnych technologii ukrywania się w Stanach Zjednoczonych rozpoczął się w 1958 r., kiedy to wcześniejsze próby zapobieżenia radarowemu namierzaniu samolotów szpiegowskich U-2 podczas zimnej wojny przez Związek Radziecki zakończyły się niepowodzeniem. Projektanci zajęli się opracowaniem konkretnego kształtu samolotów, które miały tendencję do zmniejszania wykrywalności poprzez przekierowywanie fal promieniowania elektromagnetycznego z radarów. Przetestowano również i wykonano materiał pochłaniający promieniowanie, aby zredukować lub zablokować sygnały radarowe, które odbijają się od powierzchni samolotu. Takie zmiany kształtu i składu powierzchni obejmują technologię ukrywania, jaka jest obecnie używana w Northrop Grumman B-2 Spirit „Stealth Bomber”.

Koncepcją ukrywania się jest działanie lub ukrywanie się, nie dając siłom wroga żadnych wskazówek co do obecności sił sojuszniczych. Ta koncepcja została po raz pierwszy zbadana za pomocą kamuflażu, aby wygląd obiektu wtopił się w tło wizualne. Wraz ze wzrostem potencjału technologii wykrywania i przechwytywania ( radar , wyszukiwanie i śledzenie w podczerwieni , pociski ziemia-powietrze itp.) rośnie również zakres, w jakim w odpowiedzi wpłynęło to na projektowanie i działanie personelu wojskowego i pojazdów. . Niektóre mundury wojskowe są poddawane działaniu chemikaliów w celu zmniejszenia ich sygnatury w podczerwieni . Nowoczesny pojazd typu stealth od początku projektowany jest tak, aby posiadał wybraną sygnaturę widmową . Stopień ukrycia zawarty w danym projekcie dobierany jest zgodnie z przewidywanymi zagrożeniami wykrycia.

Historia

Kamuflaż w celu pomocy lub uniknięcia drapieżników poprzedza ludzkość, a myśliwi używają roślinności, aby się ukryć, być może tak długo, jak ludzie polują. Najwcześniejsze zastosowanie kamuflażu w działaniach wojennych jest niemożliwe do ustalenia. Metody wizualnego ukrywania się podczas wojny zostały udokumentowane przez Sun Tzu w jego książce The Art of War w V wieku pne oraz przez Frontinusa w jego dziele Strategemata w I wieku naszej ery.

W Anglii nieregularne oddziały gajowych w XVII wieku jako pierwsze przyjęły posępne barwy (powszechne w XVI-wiecznych oddziałach irlandzkich) jako formę kamuflażu , wzorując się na przykładach z kontynentu.

Podczas I wojny światowej Niemcy eksperymentowali z przezroczystym materiałem pokrywającym Cellon ( octan celulozy ), próbując zmniejszyć widoczność samolotów wojskowych. Pojedyncze egzemplarze myśliwca Fokker E.III Eindecker , dwumiejscowego dwupłatowca obserwacyjnego Albatros CI oraz prototypowego ciężkiego bombowca Linke-Hofmann RI zostały pokryte Cellonem . Jednak światło słoneczne odbijające się od materiału sprawiło, że samolot był jeszcze bardziej widoczny. Odkryto również, że Cellon szybko ulega degradacji zarówno pod wpływem światła słonecznego, jak i zmian temperatury podczas lotu, więc zaprzestano prób stworzenia przezroczystych samolotów.

W 1916 roku Brytyjczycy zmodyfikowali mały sterowiec klasy SS na potrzeby nocnego rozpoznania nad liniami niemieckimi na froncie zachodnim . Wyposażony w wyciszony silnik i czarną poduszkę gazową, statek był zarówno niewidoczny, jak i niesłyszalny z ziemi, ale kilka nocnych lotów nad terytorium okupowanym przez Niemców dało niewiele użytecznej informacji i pomysł został porzucony.

Kamuflaż z rozproszonym oświetleniem , forma kamuflażu przeciw iluminacji okrętowej, był testowany przez Royal Canadian Navy w latach 1941-1943. Koncepcję kontynuowali Amerykanie i Brytyjczycy: w 1945 Grumman Avenger ze światłami Yehudi osiągnął poziom 3000 jardów (2700 m) od statku, zanim zostanie zauważony. Ta umiejętność została usunięta przez radar .

U-boot U-480 mógł być pierwszym ukrytym okrętem podwodnym. Zawierał bezechową powłokę gumową , której jedna warstwa zawierała okrągłe kieszenie powietrzne, aby pokonać sonar ASDIC . Farby absorbujące radary oraz materiały z gumy i kompozytów półprzewodnikowych (kryptonimy: Sumpf , Schornsteinfeger ) były używane przez Kriegsmarine na okrętach podwodnych podczas II wojny światowej. Testy wykazały, że są one skuteczne w zmniejszaniu sygnatur radarowych zarówno przy krótkich (centymetrowych), jak i długich (1,5 metra) długościach fal.

W 1956 roku CIA podjęła próby zmniejszenia przekroju radarowego (RCS) samolotu szpiegowskiego U-2 . Opracowano trzy systemy, Trapeze, serię drutów i koralików ferrytowych wokół samolotu, materiał pokrywający z osadzonymi w nim obwodami PCB oraz farbą pochłaniającą radary. Zostały one rozmieszczone w terenie na tak zwanych brudnych ptakach, ale wyniki były rozczarowujące, wzrost masy i oporu nie był warty żadnego zmniejszenia wskaźników wykrywalności. Bardziej udane było nałożenie kamuflażu na pierwotnie metalowy samolot; kolor ciemnoniebieski okazał się najbardziej skuteczny. Waga tego samolotu kosztowała 250 stóp na maksymalnej wysokości, ale utrudniała dostrzeżenie samolotu przechwytującym.

W 1958 roku Centralna Agencja Wywiadowcza Stanów Zjednoczonych zwróciła się o fundusze na samolot zwiadowczy, który miał zastąpić istniejące samoloty szpiegowskie U-2, a Lockheed uzyskał umowne prawa do jego produkcji. „Kelly” Johnson i jego zespół w Lockheed's Skunk Works zostali przydzieleni do wyprodukowania A-12 (lub OXCART), który działał na dużej wysokości od 70 000 do 80 000 stóp i miał prędkość 3,2 Macha, aby uniknąć wykrycia radaru. We wcześniejszych prototypach, nazwanych od A-1 do A-11, opracowano różne kształty samolotów zaprojektowane w celu zmniejszenia wykrywalności radarów. A-12 zawierał szereg ukrytych funkcji, w tym specjalne paliwo zmniejszające sygnaturę smugi wydechowej, pochylone stabilizatory pionowe, zastosowanie materiałów kompozytowych w kluczowych miejscach oraz ogólne wykończenie farbą pochłaniającą radary.

W 1960 roku USAF zmniejszyły przekrój radarowy drona Ryan Q-2C Firebee . Udało się to osiągnąć dzięki specjalnie zaprojektowanym ekranom nad wlotem powietrza, materiałowi pochłaniającemu promieniowanie na kadłubie oraz farbie pochłaniającej radary.

W latach 70. Departament Obrony USA uruchomił projekt Lockheed Have Blue , mający na celu opracowanie myśliwca stealth. Lockheed i Northrop toczyli ostrą licytację o zabezpieczenie wielomiliardowego kontraktu. Lockheed włączył do swojej oferty tekst napisany przez sowiecko - rosyjskiego fizyka Piotra Ufimcewa z 1962 roku, zatytułowany Method of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction , Soviet Radio, Moscow, 1962. W 1971 roku książka ta została przetłumaczona na angielski pod tym samym tytułem przez Siły Powietrzne USA, Wydział Technologii Zagranicznych. Teoria ta odegrała kluczową rolę w projektowaniu amerykańskich samolotów stealth F-117 i B-2. Równania przedstawione w artykule określały ilościowo, w jaki sposób kształt samolotu wpłynąłby na jego wykrywalność przez radar, określany jako przekrój poprzeczny radaru (RCS). W tamtym czasie Związek Radziecki nie dysponował superkomputerem umożliwiającym rozwiązanie tych równań dla rzeczywistych projektów. Zostało to zastosowane przez Lockheed w symulacji komputerowej do zaprojektowania nowatorskiego kształtu, który nazwali „Hopeless Diamond”, gry słownej na Hope Diamond , zabezpieczającej prawa umowne do produkcji F-117 Nighthawk od 1975 r. W 1977 r. Lockheed wyprodukował dwa w skali 60% modele w ramach umowy Have Blue. Program Have Blue był demonstratorem technologii ukrywania, który trwał od 1976 do 1979 roku. Northrop Grumman Tacit Blue odegrał również rolę w rozwoju materiałów kompozytowych i powierzchni krzywoliniowych, niskich obserwowalnych, fly-by-wire i innych innowacji w zakresie technologii ukrywania. Sukces Have Blue doprowadził siły powietrzne do stworzenia programu Senior Trend, w ramach którego opracowano F-117.

Zasady

Technologia ukrycia (lub LO dla niskiej obserwowalności ) nie jest jedną technologią. Jest to zestaw technologii, stosowanych w kombinacjach, które mogą znacznie zmniejszyć odległość, z której można wykryć osobę lub pojazd; co więcej , redukcje przekroju radarowego , ale także akustyczne , termiczne i inne.

Redukcje przekroju radarowego (RCS)

Niemal od czasu wynalezienia radaru próbowano różnych metod minimalizowania wykrywalności. Szybki rozwój radarów podczas II wojny światowej doprowadził w tym okresie do równie szybkiego rozwoju licznych środków przeciwradarowych ; godnym uwagi przykładem tego było użycie plew . Nowoczesne metody obejmują zagłuszanie i oszustwo radarowe .

Termin stealth w odniesieniu do samolotów o zmniejszonej sygnaturze radarowej stał się popularny pod koniec lat osiemdziesiątych, kiedy powszechnie znany stał się myśliwiec stealth Lockheed Martin F-117 . Pierwsze użycie F-117 na dużą skalę (i publiczne) miało miejsce podczas wojny w Zatoce Perskiej w 1991 roku. Jednak myśliwce stealth F-117A zostały użyte po raz pierwszy w walce podczas operacji Just Cause , inwazji Stanów Zjednoczonych na Panamę w 1989 roku. .

Kształt pojazdu

Samolot

W F-35 Błyskawica II zapewnia lepszą niewidoczne cechy (takie jak te drzwi podwozia) niż poprzednich amerykańskich myśliwców wielozadaniowych, takie jak F-16 Fighting Falcon

Możliwość zaprojektowania samolotu w taki sposób, aby zmniejszyć jego przekrój radarowy, dostrzeżono już pod koniec lat 30., kiedy wprowadzono pierwsze radarowe systemy śledzenia, a co najmniej od lat 60. wiadomo było, że kształt samolotu ma duże znaczenie w wykrywalności. Avro Vulcan , brytyjski bombowiec z 1960 roku, miał niezwykle mały występ na radarze pomimo jego dużych rozmiarów, a od czasu do czasu zniknął z ekranów radarów w całości. Obecnie wiadomo, że poza pionowym elementem ogona miał przypadkowo ukryty kształt. Pomimo tego, że zaprojektowano go zanim brano pod uwagę niski przekrój radaru (RCS) i inne czynniki ukrywania, w notatce technicznej Royal Aircraft Establishment z 1957 r. stwierdzono, że ze wszystkich zbadanych do tej pory samolotów Vulcan okazał się zdecydowanie najprostszym obiektem odbijającym echo. , ze względu na jego kształt: tylko jeden lub dwa komponenty przyczyniające się znacząco do echa w dowolnym aspekcie (jednym z nich jest stabilizator pionowy , który jest szczególnie istotny dla bocznego aspektu RCS), w porównaniu z trzema lub więcej w większości innych typów. Pisząc o systemach radarowych, autorzy Simon Kingsley i Shaun Quegan wyróżnili kształt Vulcan jako działający w celu zmniejszenia RCS. Natomiast rosyjski bombowiec dalekiego zasięgu Tupolew 95 ( nazwa sprawozdawcza NATO „Niedźwiedź”) był wyraźnie widoczny na radarze. Obecnie wiadomo, że śmigła i łopatki turbin odrzutowych wytwarzają jasny obraz radarowy; Niedźwiedź ma cztery pary dużych (5,6 metra średnicy) przeciwbieżnych śmigieł .

Kolejnym ważnym czynnikiem jest konstrukcja wewnętrzna. Niektóre samoloty stealth mają powłokę, która jest przezroczysta lub absorbująca radar, za którą znajdują się struktury zwane trójkątami wklęsłymi . Wnikające w skórę fale radarowe zostają uwięzione w tych strukturach, odbijając się od wewnętrznych twarzy i tracąc energię. Ta metoda została po raz pierwszy zastosowana w serii Blackbird: A-12 , YF-12A , Lockheed SR-71 Blackbird .

Najskuteczniejszym sposobem odbijania fal radarowych z powrotem do emitującego radaru są prostopadłe metalowe płytki, tworzące narożny reflektor składający się z dwuściennego (dwie płytki) lub trójściennego (trzy prostopadłe płytki). Taka konfiguracja występuje w ogonie konwencjonalnego samolotu, gdzie pionowe i poziome komponenty ogona są ustawione pod kątem prostym. Samoloty Stealth, takie jak F-117, wykorzystują inny układ, przechylając powierzchnie ogona, aby zredukować odbicia narożne powstające między nimi. Bardziej radykalną metodą jest pominięcie ogona, jak w B-2 Spirit . Czysta konfiguracja latającego skrzydła B-2 o niskim oporze zapewnia mu wyjątkowy zasięg i zmniejsza jego profil radarowy. Konstrukcja latającego skrzydła najbardziej przypomina tak zwaną nieskończoną płaską płytę (ponieważ pionowe powierzchnie sterujące dramatycznie zwiększają RCS), idealny kształt niewidzialny, ponieważ nie miałby żadnych kątów, aby odbijać fale radarowe.

Wlot powietrza do silnika YF-23 S-duct ukrywa silnik przed sondowaniem fal radarowych

Oprócz zmiany ogona, konstrukcja stealth musi zakopać silniki w skrzydle lub kadłubie , a w niektórych przypadkach, gdy stealth jest stosowany w istniejącym samolocie, zainstalować przegrody we wlotach powietrza, tak aby łopatki sprężarki nie były widoczne dla radaru. Niewidoczny kształt musi być pozbawiony skomplikowanych wybrzuszeń lub wszelkiego rodzaju występów, co oznacza, że ​​broń, zbiorniki paliwa i inne zapasy nie mogą być przenoszone na zewnątrz. Każdy ukryty pojazd staje się nieukryty, gdy otwierają się drzwi lub właz.

Równoległe wyrównanie krawędzi lub równych powierzchni jest również często stosowane w projektach stealth. Technika ta polega na zastosowaniu niewielkiej liczby orientacji krawędzi w kształcie konstrukcji. Na przykład w F-22A Raptor przednie krawędzie skrzydła i ogony są ustawione pod tym samym kątem. Inne mniejsze konstrukcje, takie jak drzwi obejścia wlotu powietrza i otwór tankowania powietrza , również wykorzystują te same kąty. Efektem tego jest odesłanie wąskiego sygnału radarowego w bardzo określonym kierunku od nadajnika radarowego, zamiast zwracania rozproszonego sygnału wykrywalnego pod wieloma kątami. Efekt ten jest czasami nazywany „błyszczeniem” po bardzo krótkim sygnale widzianym, gdy odbita wiązka przechodzi przez detektor. Operatorowi radaru może być trudno odróżnić efekt brokatu od usterki cyfrowej w systemie przetwarzania.

Stealth kadłub niekiedy wykazują odrębne ząbki niektórych odsłoniętych krawędzi, takie jak porty silnika. YF-23 ma takie ząbki otworów wylotowych. To kolejny przykład równoległego ustawienia cech, tym razem na płatowcu zewnętrznym.

Wymogi dotyczące kształtowania znacznie pogorszyły właściwości aerodynamiczne F-117 . Jest z natury niestabilny i nie może być pilotowany bez systemu sterowania fly-by-wire .

Podobnie, pokrycie dachu kokpitu cienką warstwą przezroczystego przewodnika ( osadzanego w stanie pary złota lub tlenku indu i cyny ) pomaga zmniejszyć profil radarowy samolotu, ponieważ fale radarowe normalnie wnikałyby do kokpitu, odbijając przedmioty (wnętrze kokpitu ma skomplikowany kształt, sam hełm pilota stanowi spory powrót) i prawdopodobnie wraca do radaru, ale powłoka przewodząca tworzy kontrolowany kształt, który odchyla nadchodzące fale radarowe od radaru. Powłoka jest na tyle cienka, że ​​nie wpływa negatywnie na widzenie pilota.

K32 HMS Helsingborg , statek stealth

Statki

Statki również przyjęły podobne metody. Chociaż wcześniejszy niszczyciel klasy Arleigh Burke zawierał pewne funkcje zmniejszające sygnaturę. norweski Skjold klasy korweta była pierwszym obrony przybrzeżnej i francuski Fregaty rakietowe typu La Fayette pierwsze oceaniczne Stealth statek , aby wprowadzić usługę. Inne przykłady to tajwańska korweta stealth Tuo Chiang , niemieckie fregaty klasy Sachsen , szwedzka korweta klasy Visby , amfibijny dok transportowy USS San Antonio oraz najnowocześniejsze konstrukcje okrętów wojennych .

Materiały

Płatowiec niemetalowy

Dielektryczne materiały kompozytowe są bardziej przezroczyste dla radaru, podczas gdy materiały przewodzące prąd elektryczny, takie jak metale i włókna węglowe, odbijają energię elektromagnetyczną padającą na powierzchnię materiału. Kompozyty mogą również zawierać ferryty w celu optymalizacji właściwości dielektrycznych i magnetycznych materiału do jego zastosowania.

Materiał pochłaniający radary

Skórka bombowca B-2

Materiał pochłaniający promieniowanie (RAM), często jako farby, stosuje się zwłaszcza na krawędziach powierzchni metalowych. Chociaż materiał i grubość powłok pamięci RAM mogą się różnić, sposób ich działania jest taki sam: pochłaniają energię wypromieniowaną z naziemnej lub powietrznej stacji radarowej do powłoki i przekształcają ją w ciepło, zamiast odbijać ją z powrotem. Obecne technologie obejmują kompozyty dielektryczne i włókna metalowe zawierające izotopy ferrytu. Farba polega na osadzeniu kolonii przypominających piramidy na odbijających powierzchniach z lukami wypełnionymi pamięcią RAM na bazie ferrytu. Struktura piramidalna odchyla energię radaru padającego w labiryncie pamięci RAM. Jednym z powszechnie stosowanych materiałów jest farba z kulkami żelaznymi . Zawiera mikroskopijne żelazne kule, które rezonują z nadchodzącymi falami radiowymi i rozpraszają większość swojej energii w postaci ciepła, pozostawiając niewiele do odbicia z powrotem do detektorów. FSS to planarne struktury okresowe, które zachowują się jak filtry na energię elektromagnetyczną. Rozważane powierzchnie selektywne częstotliwościowo składają się z przewodzących elementów łatki naklejonych na warstwę ferrytu. FSS są używane do filtracji i absorpcji mikrofalowej.

Środki zaradcze i ograniczenia dotyczące ukrycia radaru

Radar niskiej częstotliwości

Kształtowanie oferuje znacznie mniej zalet ukrywania się w porównaniu z radarem o niskiej częstotliwości . Jeśli długość fali radaru jest mniej więcej dwa razy większa od celu, efekt rezonansu półfalowego nadal może generować znaczny zwrot. Jednak radar o niskiej częstotliwości jest ograniczony przez brak dostępnych częstotliwości (wiele z nich jest intensywnie wykorzystywanych przez inne systemy), przez brak dokładności systemów o ograniczonej dyfrakcji ze względu na ich duże długości fal oraz przez rozmiar radaru, co utrudnia transport. Radar długofalowy może wykryć cel i z grubsza go zlokalizować, ale nie dostarcza wystarczających informacji, aby go zidentyfikować, namierzyć za pomocą broni, a nawet poprowadzić do niego myśliwiec.

Wiele emiterów

Znaczna część ukrycia odbywa się w innych kierunkach niż bezpośredni powrót. Tak więc wykrywanie można lepiej osiągnąć, jeśli nadajniki są oddzielone od odbiorników. Jeden nadajnik oddzielony od jednego odbiornika nazywany jest radarem bistatycznym ; jeden lub więcej nadajników oddzielonych od więcej niż jednego odbiornika jest określany jako radar multistatyczny . Istnieją propozycje wykorzystania odbić od emiterów, takich jak cywilne nadajniki radiowe , w tym wieże radiowe telefonii komórkowej .

Prawo Moore'a

Zgodnie z prawem Moore'a moc przetwarzania systemów radarowych rośnie z czasem. To ostatecznie osłabi zdolność fizycznego ukrywania się do ukrywania pojazdów.

Statek budzi się i rozpryskuje

Radary z boczną aperturą z syntetyczną aperturą mogą być wykorzystywane do wykrywania położenia i kursu statków na podstawie ich wzorców. Są one wykrywalne z orbity. Gdy statek porusza się po torze wodnym, wyrzuca chmurę mgły, którą można wykryć za pomocą radaru.

Akustyka

Niewidzialność akustyczna odgrywa główną rolę w przypadku okrętów podwodnych i pojazdów naziemnych. Okręty podwodne wykorzystują rozległe gumowe mocowania, aby izolować, tłumić i unikać mechanicznych dźwięków, które mogą ujawnić lokalizacje podwodnym pasywnym układom sonarów .

Wczesne samoloty obserwacyjne typu stealth wykorzystywały wolno obracające się śmigła, aby uniknąć usłyszenia przez wrogie oddziały znajdujące się poniżej. Samoloty stealth, które pozostają poddźwiękowe, mogą uniknąć śledzenia przez bom dźwiękowy . Obecność naddźwiękowych i odrzutowych samolotów stealth, takich jak SR-71 Blackbird, wskazuje, że sygnatura akustyczna nie zawsze jest głównym czynnikiem wpływającym na projektowanie samolotów, ponieważ Blackbird polegał bardziej na bardzo dużej prędkości i wysokości.

Jedną z metod redukcji hałasu wirnika śmigłowca jest modulowany odstęp łopat . Standardowe łopaty wirnika są rozmieszczone równomiernie i wytwarzają większy hałas przy danej częstotliwości i jej harmonicznych . Stosowanie zróżnicowanych odstępów między łopatkami powoduje rozproszenie hałasu lub sygnatury akustycznej wirnika w szerszym zakresie częstotliwości.

Widoczność

Najprostszą technologią jest kamuflaż wizualny ; użycie farby lub innych materiałów do barwienia i przełamywania linii pojazdu lub osoby.

Większość samolotów stealth używa matowej farby i ciemnych kolorów i działa tylko w nocy. Ostatnio zainteresowanie Stealth w świetle dziennym (zwłaszcza przez USAF) kładzie nacisk na stosowanie szarej farby w destrukcyjnych schematach i zakłada się, że światła Yehudi mogłyby w przyszłości zostać wykorzystane do ukrycia płatowca (na tle nieba, m.in. w nocy samoloty dowolnego koloru wydają się ciemne) lub jako rodzaj aktywnego kamuflażu. Pierwotny projekt B-2 miał zbiorniki skrzydeł dla substancji chemicznej hamującej smugi , rzekomo przez niektórych kwasem chlorofluorosulfonowym, ale w ostatecznym projekcie zastąpiono to czujnikiem smug, który ostrzega pilota, kiedy powinien zmienić wysokość, a planowanie misji również uwzględnia wysokości, na których prawdopodobieństwo ich powstania jest zminimalizowane.

W przestrzeni lustrzane powierzchnie mogą być wykorzystywane do odbijania widoków pustej przestrzeni w kierunku znanych lub podejrzanych obserwatorów; to podejście jest kompatybilne z kilkoma schematami ukrycia radaru. Dokładna kontrola orientacji satelity względem obserwatorów jest niezbędna, a błędy mogą prowadzić do zwiększenia wykrywalności, a nie pożądanej redukcji.

Podczerwień

Pióro wydechowe przyczynia się do znaczącej sygnatury podczerwieni. Jednym ze sposobów zmniejszenia sygnatury IR jest zastosowanie nieokrągłej rury wydechowej (kształt szczeliny), aby zminimalizować powierzchnię przekroju poprzecznego wydechu i zmaksymalizować mieszanie gorącego wydechu z chłodnym powietrzem otoczenia (patrz Lockheed F-117 Nighthawk). Często chłodne powietrze jest celowo wtryskiwane do strumienia spalin, aby przyspieszyć ten proces (patrz Ryan AQM-91 Firefly i Northrop Grumman B-2 Spirit ). Prawo Stefana-Boltzmanna pokazuje, w jaki sposób powoduje to uwalnianie mniejszej ilości energii ( promieniowanie cieplne w widmie podczerwonym), a tym samym zmniejsza sygnaturę cieplną. W niektórych samolotach wyloty odrzutowe są wentylowane nad powierzchnią skrzydła, aby chronić je przed obserwatorami znajdującymi się poniżej, jak w Lockheed F-117 Nighthawk i nieuchwytnym Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II . Aby osiągnąć ukrycie w podczerwieni , spaliny są schładzane do temperatur, w których najjaśniejsze fale, które emitują, są pochłaniane przez atmosferyczny dwutlenek węgla i parę wodną , co znacznie zmniejsza widoczność w podczerwieni smugi spalin. Innym sposobem na obniżenie temperatury spalin jest cyrkulacja płynów chłodzących, takich jak paliwo, wewnątrz rury wydechowej, gdzie zbiorniki paliwa służą jako radiatory chłodzone przepływem powietrza wzdłuż skrzydeł.

Walka naziemna obejmuje użycie zarówno aktywnych, jak i pasywnych czujników podczerwieni. W związku z tym dokument wymagań dotyczących mundurów bojowych Korpusu Piechoty Morskiej Stanów Zjednoczonych (USMC) określa standardy jakości odbijania podczerwieni.

Zmniejszenie emisji o częstotliwości radiowej (RF)

Oprócz redukcji emisji podczerwonych i akustycznych, pojazd stealth musi unikać promieniowania innej wykrywalnej energii, takiej jak radary pokładowe, systemy komunikacyjne lub wycieki RF z obudów elektroniki. W F-117 zastosowania pasywnych podczerwieni i telewizja niski poziom światła systemy czujników do celu jego broń i F-22 Raptor posiada zaawansowany LPI radar , który może oświetlić samolotów wroga bez wyzwalania odbiornika ostrzegawczy radar odpowiedzi.

Zmierzenie

Rozmiar obrazu celu na radarze jest mierzony przez przekrój radaru lub RCS, często reprezentowany przez symbol σ i wyrażony w metrach kwadratowych. To nie równa się powierzchni geometrycznej. Idealnie prowadzenia kuli przewidywanej powierzchni przekroju 1 m ² (czyli o średnicy 1,13 m) będzie RSC na 1 m ² . Zauważ, że dla długości fal radarowych znacznie mniejszych niż średnica kuli, RCS jest niezależny od częstotliwości. Odwrotnie, kwadratowy płaski powierzchni 1 m ² będą miały RC σ = 4π ² / λ ² (gdzie = powierzchnia, λ długość fali) lub 13982 m ² 10 GHz, że radarowy jest prostopadła do płaskiej powierzchnia. Pod różnymi kątami padania energia jest odbijana od odbiornika, zmniejszając RCS. Mówi się, że nowoczesne samoloty stealth mają RCS porównywalny z małymi ptakami lub dużymi owadami, chociaż różni się on znacznie w zależności od samolotu i radaru.

Gdyby RCS był bezpośrednio powiązany z polem przekroju celu, jedynym sposobem na jego zmniejszenie byłoby zmniejszenie profilu fizycznego. Zamiast tego, odbijając znaczną część promieniowania lub pochłaniając je, cel osiąga mniejszy przekrój radaru.

Taktyka

Samoloty z ukrycia, takie jak Lockheed F-117 Nighthawk , są zwykle używane przeciwko silnie bronionym obiektom wroga, takim jak centra dowodzenia i kontroli lub baterie rakiet ziemia-powietrze (SAM). Wrogi radar będzie pokrywał przestrzeń powietrzną wokół tych miejsc z nakładającym się zasięgiem, sprawiając, że niewykryte wejście konwencjonalnych samolotów jest prawie niemożliwe. Samoloty Stealth mogą być również wykrywane, ale tylko na krótkich dystansach wokół radarów; w przypadku niewidzialnego samolotu istnieją znaczne luki w zasięgu radaru. W ten sposób ukradkowy samolot lecący odpowiednią trasą może pozostać niewykryty przez radar. Nawet jeśli wykryty zostanie samolot stealth, radary kierowania ogniem działające w pasmach C, X i Ku nie mogą malować (w celu naprowadzania pocisków) nisko obserwowalnych (LO) odrzutowców, z wyjątkiem bardzo bliskich odległości. Wiele radarów naziemnych wykorzystuje filtr Dopplera w celu zwiększenia czułości na obiekty mające składową prędkości radialnej w stosunku do radaru. Planiści misji wykorzystują swoją wiedzę na temat lokalizacji radarów wroga i wzorca RCS samolotu, aby zaprojektować tor lotu, który minimalizuje prędkość promieniową, jednocześnie przedstawiając najniższą wartość RCS samolotu radarowi zagrożenia. Aby móc latać tymi „bezpiecznymi” trasami, konieczne jest zrozumienie zasięgu radarowego wroga (patrz wywiad elektroniczny ). Powietrzne lub mobilne systemy radarowe, takie jak AWACS, mogą skomplikować strategię taktyczną dla operacji stealth.

Badania

Po wynalezieniu metapowierzchni konwencjonalne sposoby redukcji RCS zostały znacznie ulepszone. Jak wspomniano wcześniej, głównym celem kształtowania celu jest przekierowanie rozproszonych fal z kierunku wstecznego, który jest zwykle źródłem. Jednak obniża to osiągi pod względem aerodynamiki. Jednym z wykonalnych rozwiązań, które zostało szeroko zbadane w ostatnim czasie, jest wykorzystanie metapowierzchni, które mogą przekierować rozproszone fale bez zmiany geometrii celu. Takie metapowierzchnie można przede wszystkim podzielić na dwie kategorie: (i) Metapowierzchnie w szachownicę, (ii) Metapowierzchnie z indeksem gradientu. Podobnie metamateriały o ujemnym współczynniku są sztucznymi strukturami, dla których współczynnik załamania ma wartość ujemną dla pewnego zakresu częstotliwości, na przykład w mikrofalach, podczerwieni lub ewentualnie optycznych. Oferują one inny sposób na zmniejszenie wykrywalności i mogą zapewnić elektromagnetyczną prawie niewidoczność w zaprojektowanych długościach fal.

Ukrywanie się plazmy to zjawisko, które proponuje się wykorzystać zjonizowany gaz, zwany plazmą , w celu zmniejszenia RCS pojazdów. Interakcje między promieniowaniem elektromagnetycznym a zjonizowanym gazem były szeroko badane dla wielu celów, w tym ukrywania pojazdów przed radarem. Różne metody mogą tworzyć warstwę lub chmurę plazmy wokół pojazdu w celu odchylania lub pochłaniania radaru, od prostszych wyładowań elektrostatycznych po bardziej złożone wyładowania laserowe o częstotliwości radiowej (RF), ale mogą one być trudne w praktyce.

Istnieje kilka wysiłków badawczych i rozwojowych technologii zintegrować funkcje systemów sterowania lotem samolotów , takich jak lotki , windach , sterolotek , klap i klapolotki w skrzydła do wykonywania aerodynamiczną cel z zalet niższych RCS do ukrycia, poprzez prostsze geometrii i mniejszej złożoności (mechanicznie prostsze, mniej lub brak ruchomych części lub powierzchni, mniej konserwacji) oraz niższa masa, koszt (do 50% mniej), opór (do 15% mniej podczas użytkowania) i bezwładność (dla szybszej, silniejszej reakcji sterowania na zmienić orientację pojazdu, aby zmniejszyć wykrywanie). Dwa obiecujące podejścia to elastyczne skrzydła i płynność.

W elastycznych skrzydłach większość lub cała powierzchnia skrzydła może zmienić kształt w locie, aby zmienić kierunek przepływu powietrza. Skrzydła przystosowane do adaptacji to wysiłek militarny i komercyjny. X-53 Aktywny aeroelastyczne Skrzydło było US Air Force, Boeing i NASA wysiłku.

W płynie bada się wtrysk płynu do wykorzystania w samolotach do sterowania kierunkiem na dwa sposoby: sterowanie cyrkulacją i wektorowanie ciągu. W obu, większe, bardziej złożone części mechaniczne są zastępowane mniejszymi, prostszymi układami płynowymi, w których większe siły w płynach są kierowane przez mniejsze strumienie lub przepływy płynu w sposób przerywany, w celu zmiany kierunku jazdy. Ruchome mechaniczne powierzchnie sterowe stanowią ważną część przekroju radaru samolotu. Pominięcie mechanicznych powierzchni kontrolnych może zmniejszyć zwroty radaru. BAE Systems przetestowało na Uniwersytecie w Manchesterze dwa bezzałogowe statki powietrzne ze sterowaniem płynowym, jeden rozpoczęty w 2010 roku o nazwie Demon, a drugi o nazwie MAGMA w 2017 roku .

W sterowaniu cyrkulacją, w pobliżu krawędzi spływu skrzydeł, systemy sterowania lotem samolotu zastępowane są szczelinami, które emitują przepływy płynów.

Lista samolotów stealth

• F-117 Nighthawk
• B-2 Duch
• F-22 Raptor
• F-35 Błyskawica II
• J-20
• Su-57

Lista statków o obniżonej sygnaturze

Okręty marynarki wojennej na całym świecie wprowadziły funkcje redukcji sygnatur, głównie w celu zmniejszenia zasięgu wykrywania pocisków przeciwokrętowych i zwiększenia skuteczności środków zaradczych, a nie faktycznego unikania wykrycia. Takie statki obejmują:

• Bhumibol Adulyadej - fregata klasy
• Statek bojowy przybrzeżny klasy Independence
• Korweta klasy Kamorta
• Niszczyciel typu Kalkuta
• Fregata klasy Maharaja Lela
• Fregata typu Nilgiri (2019)
• La Fayette – fregata klasy
• Korweta klasy Visby
• Skjold -korweta klasy
• Tuo Chiang – korweta klasy Stealth
• Fregata klasy Sachsen
• Fregata klasy Shivalik
• Fregata typu Talwar
• Niszczyciel typu 055
• Niszczyciel klasy Visakhapatnam
• Zumwalt – niszczyciel klasy

Lista śmigłowców stealth

• Boeing/Sikorsky RAH-66 Comanche

Zobacz też

• Bracia Horten – niemieccy inżynierowie, których samoloty były wzorami dla bombowców stealth.
• Kamuflaż wielospektralny
• Petr Ufimtsev – sowiecko - rosyjski fizyk, który stworzył znaczną część oryginalnej teorii ukrywania się przed radarem
• Radar

Bibliografia

Bibliografia

Linki zewnętrzne

• Konstrukcja stealth stosowana w samolotach wojskowych?
• Książka źródłowa Stealth Satellite
• Skradanie się w wojnie strajkowej
• Technologia ukrycia
• Zmiana paradygmatu w przewadze powietrznej (ukrycie)