Mokslo ir technologijų pasaulis

Aptikimo mažinimo istorijos raidos fragmentai

Maskuojančios spalvos uniformas Europoje kariai pradėjo dėvėti XVII a. Sparčiai tobulėjant šaunamiesiems ginklams, XIX a. jos tapo ypač aktualios – dėl jų kariai būdavo sunkiau pastebimi ir todėl mažiau pažeidžiami. Galutinai prie slepiamųjų uniformų buvo pereita prasidėjus I pasauliniam karui. Mūsų dienomis kariai, dalyvaujantys karinėse misijose Afrikos žemyne, Afganistane, dėvi vienos, Europoje – kitos spalvos uniformas. Kai kurios karinės uniformos yra apdorojamos specialiais chemikalais, siekiant sumažinti infraraudonųjų spindulių pėdsakus.

Karinės technikos ir ginkluotės aptikimo mažinimo priemonės pradėtos taikyti II pasaulinio karo pradžioje (1941–43). Kanados karališkasis laivynas praktikavo taip vadinamą išsklaidyto apšvietimo maskuotę – laivas buvo apšviečiamas specialiais žibintais (Yehudi lights), kad mažiau skirtųsi nuo fono – vandenyno paviršiaus arba dangaus. Analogiška maskuotė buvo taikoma ir aviacijoje. Šį aptikimo mažinimo būdą naudojo amerikiečių torpediniai bombonešiai Grumman Avenger, bet buvo įsitikinta, kad priešas pastebėdavo šį lėktuvą dar 3 km atstumu nuo taikinio. Tai netenkino karinių specialistų ir pokaryje šių technologijų nebenaudojo, kaip pasenusių.

Pirmąjį riboto aptikimo povandeninį laivą (U-480) 1942 pagamino vokiečiai. Tai buvo eksperimentinis laivas, dengtas sintetinio kaučiuko sluoksniu, silpninančiu triukšmą (projekto kodinis pavadinimas – Alberich, pavadintas vokiečių mitologinio personažo, turėjusio sugebėjimą tapti nematomu, vardu). Šis laivas nuo 1944 m. nuskandino 4 priešo laivus (3 britų ir 1 kanadiečių) ir nei karto nebuvo aptiktas sonaru. Nuskendo, įplaukęs į minų lauką.

Broliai Valteris ir Reimaras Hortenai (Vokietija) sukūrė pirmąjį riboto aptikimo lėktuvą Horten Ho 229, pastatytą pagal aerodinaminę skrendančiojo sparno schemą. Tai buvo turboreaktyvinių variklių varomas strateginis bombonešis. 1944 m. atlikus bandymus, Gother Waggonfabrik (GWF) serijinei gamybai rengė 20 lėktuvų. Kad lėktuvą būtų sunkiau aptikti, jo konstrukcijoms panaudoti anglies milteliai, absorbuojantys elektromagnetines bangas. Kai kurios lėktuvo detalės buvo pagamintos iš medžio ir dažytos specialiais dažais. Tačiau kovoje lėktuvo nespėta panaudoti ir pagaminti pavyzdžiai 1945 pradžioje atiteko sąjungininkų pajėgoms.

1950 sukurtas strateginis bombonešis Avro Vulcan (D. Britanija) buvo aprūpintas radiolokatorių ir infraraudonųjų spindulių sekiklių klaidinimo elektroninėmis priemonėmis ir, nežiūrint didelių matmenų, turėjo nepaprastai mažas galimo aptikimo charakteristikas. 1958 JAV Centrinės žvalgybos agentūros užsakymu b-vėje Locheed sukurtas žvalgybinis lėktuvas U-2. Lėktuvas skrido 21 km aukštyje. Manyta, kad jis nepasiekiamas sovietinėms radiolokacinėms sistemoms ir raketoms. Tačiau bandymai nebuvo sėkmingi – 1960 vienas jų buvo numuštas virš SSSR teritorijos, kaip pažeidęs valstybės sieną. 1962 JAV sukurtas viršgarsinis slaptas lėktuvas A12, kurio skrydžio aukštis buvo 24 km ir Macho skaičius – 3,2 (3,2 kartus viršijantis garso greitį). Konstrukcijoje panaudotos medžiagos iš dalies sugeriančios radiolokatoriaus elektromagnetinių bangų signalą. 1964 bendrovė Locheed sukūrė lėktuvą SR-71, skrendantį 27 km aukštyje, Macho skaičius – 3,3. SR-71 turėjo keletą slaptumo savybių reikšmingų aptinkamumo mažinimui: panaudotos kompozicinės medžiagos elektromagnetines bangas absorbuojantys dažai, pastebimai nusklembti vertikalieji stabilizatoriai, nes konstruktorių įsitikinimu, tai turėjo įtakos aptikimo mažinimui. Lėktuvas buvo eksploatuojamas iki 1998. Iš 32 pagamintų lėktuvų 12 patyrė avarijas, bet nei vienas nebuvo prarastas dėl priešo veiksmų.

Objektų aptikimo kriterijus – efektyvus sklaidos paviršius

Efektyvus sklaidos paviršius (ESP) – sąlyginis paviršiaus plotas, sukuriantis signalą, grįžtantį į radiolokacines sistemas ir turintį tą pačią galią, kaip realus atspindys. ESP matuojamas ploto vienetais (m²), bet tai nėra geometrinio ploto išraiška. T.y. energetinė objekto charakteristika, parodanti priimto signalo galią. Priešo klaidinimui objektas projektuojamas taip, kad ši charakteristika būtų uo mažesnė, neatspindėtų realaus objekto charakteristikų.

Naudojant aptikimo mažinimo technologijas, gaunamos žymiai mažesnės charakteristikos ir objektas tampa neaptinkamu arba beveik neaptinkamu. ESP priklauso nuo konkretaus objekto formos, matmenų, medžiagų iš kurio objektas pagamintas, taip pat jo elementų orientacijos į radiolokacines sistemas. Įvairių  –  išgaubto, plokščio, rutulinio, kampuotų paviršių ESP charakteristikos skiriasi. Kai kurie objektai naudojami melagingiems taikiniams sukurti, vykdant nukreipto atspindžio spinduliuotę. Naudojami ir viršribiniai objektai (taikiniai). Tai tokie taikiniai, kurie viršija radiolokacinių stočių technines galimybes. Dipolinis (priešingų ženklų el. krūvių sistema) atspindėtuvas naudojamas radiolokacinių stočių trikdžiams sukelti.

Klaidinimo priemonės turi senas tradicijas. Dar Antrojo pasaulinio karo metu Vokietijos Luftwafe paskleisdavo ore plonas aliuminio ar metalizuoto stiklo juosteles, kurios klaidino radiolokacines sistemas. Dabartiniu metu tarpžemyninės balistinės raketos pusiaukelėje gali paleisti keletą nepriklausomų galvučių kaip jauką radiolokacinėms sistemoms.

Lentelėje pateikiami realių taikinių ESP duomenys (m²)  –  aviacijos, laivų, paukščių

Lėktuvų kovinės, skrydžių, manevringumo, aptinkamumo mažinimo charakteristikos nuolat tobulinamos ir gerinamos. Pvz., ketvirtos kartos naikintuvo Su-27 (Rusija) arba F-15 (JAV) efektyvus sklaidos paviršius (ESP)  –  12 m². JAV penktos kartos naikintuvo F-22 ESP  —  0,3  – 0,4 m².

Elektromagnetinių bangų difrakcija ir jos praktinis taikymas

Radiolokacinės stoties (RLS) signalas į taikinį sklinda ir jo atspindys sugrįžta į stotį ta pačia arba beveik tos pačios krypties linija. Stipriausias atspindžio signalas susidaro tuose taikinio paviršiuose arba briaunose, kuriose RLS signalas taikinį pasiekia statmena kryptimi (su kuriais RLS sudaro statmenį). Todėl projektuojant sumažinto aptikimo objektą, siekiama sukurti jo formas, kad atspindžio signalą nukryptų nuo RLS signalo linijos ir kurios nesudarytų statmens su RLS signalo spindulio linija. Vienas efektyviausių būdų signalo krypties pakeitimui yra bangų difrakcijos reiškinio panaudojimas.

Optinių bangų difrakcijos teorijos pagrindą padėjo F. M. Grimaldi (1618 – 63) sukūręs terminą difrakcija (lot. diffringere  –  skaidyti į šalis). C. Huygens (1629 – 95) ir T. Young (1773 – 1829) t.p. prisidėjo prie difrakcijos teorijos vystymosi.

Bangų sklidimo dėsningumai paaiškinami C. Huygenso principu, kuris teigia, kad kiekvienas aplinkos taškas, kurį pasiekia bangos, virsta antriniu bangų šaltiniu – bangos sklinda toliau, tik keičia sklidimo kryptį. Bangų difrakcija vadiname bangų, einančių pro kliūčių kraštą, nukrypimą nuo tiesaus kelio, užlinkimą už kliūties.

Projektuojant tokius sumažinto aptikimo objektus, kaip strateginiai bombonešiai Spirit, B – 2 ir F – 117, buvo panaudota rusų mokslininko Piotro Ufimcevo Fizinės difrakcijos teorijos principai, kurio darbai Rusijoje nebuvo įvertinti, kaip turintys reikšmės gynybos technologijų kūrime ir todėl leidžiami platinti viešai. Bet šias idėjas pastebėjo JAV karinių lėktuvų konstruktoriai ir 1960 Piotras Ufimcevas buvo pakviestas dėstyti į Los Andželo universitetą.

1962 JAV išleista P. Ufimcevo knyga Method of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction. P. Ufimcevas nagrinėjo elektromagnetinių bangų sklaidą ir difrakciją dvimačiuose ir trimačiuose objektuose, tokiuose, kaip diskas, cilindras, kūgis, parabolė, sferinis segmentas ir kt. Šios teorijos praktinė reikšmė – elektromagnetinių bangų difrakcijos taikymas kuriamuose riboto aptikimo objektuose.

Todėl sumažinto aptikimo objektų paviršiai (F – 117) buvo formuojami iš daugiakampių elementų, siekiant sumažinti RLS signalo atspindį. Strateginio bombonešio Spirit B–2 paviršius sudarytas iš banguotų elementų paviršių. Taip pat labai svarbu atsižvelgti į galimus signalų dažnius, nes naudojant skirtingų RLS signalų dažnius, gaunamas skirtingas atspindžio efektas. Į tai atsižvelgiama objektų projektavimo stadijoje.

Objekto aptinkamumo mažinimui taip pat naudojamos elektromagnetines bangas sugeriančios medžiagos ir mažinančios atspindžio signalą. Absoliučiai juodo kūno (fizikinė sąvoka) paviršius turėtų būti idealiai sugeriantis elektromagnetines bangas, bet praktikoje toks objektas nesukuriamas.

Paradoksalu, bet amerikiečių specialistai pripažįsta, kad Piotro Ufimcevo teorija suvaidino lemiamą vaidmenį JAV lėktuvų F-117 ir B-2 kūrime. Locheed F-117 vienvietis, dviejų variklių atakos lėktuvas žymų vaidmenį suvaidino 1991 Persijos įlankos karo metu, taip pat 1999 m. ir Jugoslavijoje. Spirit B–2 brangiausias mūsų dienų lėktuvas. Pirmoji kovinė misija 1999 Kosove, t. p. Afganistane ir Irake.