Плазменная пушка, обеспечивающая невидимость ракеты «Метеорит», станет учебным пособием для будущих конструкторов
Научно-производственное объединение машиностроения (НПО Маш) рассекретило уникальную плазменную пушку, делавшую невидимой для вражеских радиолокаторов и зенитных комплексов стратегическую сверхзвуковую крылатую ракету 3М25 «Метеорит». В момент облучения вражескими РЛС «Метеорит» создавал вокруг себя непробиваемое для радиолокационного излучения облако ионизированного газа. Уникальные пушки будут в течение следующего года переданы в российские вузы как учебные пособия для будущих инженеров и конструкторов при проектировании гиперзвуковых летательных аппаратов.
Как рассказали «Известиям» в НПО Маш, в настоящий момент переговоры о передаче уникальных изделий идут с руководством Московского авиационного института, Государственного технического университета им. Н.Э. Баумана, Балтийского государственного технического университета «Военмех» им. Д.Ф. Устинова и Уральского государственного университета им. Б.Н. Ельцина.
Согласно тактико-техническому заданию 3М25 должна была выполнять полет на скоростях, близких к гиперзвуковым, и быть при этом невидимой для вражеских радаров. Но конструкторы НПО Маш столкнулись с проблемой.
— Лучше всего при облучении самолета или крылатой ракеты радиолокатором видны лопатки турбины двигателя и кромки воздухозаборника. Эти элементы конструкции подобны уголковым отражателям, — рассказывает «Известиям» главный редактор интернет-проекта Militaryrussia Дмитрий Корнев. — Спрятав от РЛС эти элементы конструкции, проблема с радиолокационной заметностью летательного аппарата решается на 70–80%. Поэтому на самолетах-невидимках делают воздухозаборник в форме латинской буквы S. Его изгиб блокирует прохождение радиоизлучения, но в то же время не позволяет ракете или самолету летать со сверхзвуковой скоростью.
Конструкторы НПО Маш оборудовали изделие нормальным воздухозаборником, позволяющим развивать сверхзвуковую скорость, и защитили его от вражеских радаров экраном из плазмы.
Плазма — это ионизованный квазинейтральный газ. С одной стороны, она полностью поглощает радиолокационное облучение, с другой — сама может быть антенной для передачи сигналов.
Плазменный экран на «Метеорите» образуется специальным электронным устройством — «плазменной пушкой», созданной специалистами Исследовательского центра имени Келдыша. Уникальное устройство располагается в районе воздухозаборников реактивного двигателя ракеты и в момент опасности как бы разворачивает перед ракетой «металлическую радиопоглощающую сеть». В действие оно приводится электроэнергией, вырабатываемой специальным электроагрегатом, питавшимся от работавшего маршевого двигателя ракеты.
Один из разработчиков «плазменной пушки» директор центра имени Келдыша Анатолий Коротеев описал «Известиям» принцип ее работы:
— Если бросить в стену теннисный мячик, он отскочит и вернется обратно, — говорит специалист. — Так же и сигнал РЛС отражается от самолета и возвращается на приемную антенну. Если у стенки угловатые грани и наклонены они в разные стороны, то мячик отскочит куда угодно, но назад не вернется. На этом принципе основаны американские «стелс». Если же обложить стенку мягкими матами и кинуть в них мяч, то он просто шлепнется об нее, потеряет энергию и упадет рядом со стенкой. Так же и плазменное образование поглощает энергию радиоволн.
Комплекс с крылатой ракетой «Метеорит» готовился к сдаче на вооружение. Был изготовлен полный боекомплект для установки на ракетном подводном крейсере стратегического назначения проекта 667АМ. Однако соглашение СССР и США по ограничению стратегических вооружений (ОСВ-2) остановило работу.
— Специально создавать плазменный экран перед крылатой ракетой сегодня уже не так актуально, как это было в 80-х годах прошлого века, когда разрабатывали «Метеорит», — рассказал «Известиям» профессор Академии военных наук Вадим Козюлин. — Машину делали под тогдашние условия прорыва противоракетной обороны, когда противник мог заметить ее только на встречном курсе. Сегодня радиолокационные средства облучают сверху, снизу, сбоку. Поэтому единственная возможность остаться незамеченным — это лететь на гиперзвуковой скорости в шесть и более Махов. На таких скоростях вокруг аппарата само по себе образуется облако плазмы
И здесь важно то, что в России уже умеют пользоваться им и как радиопоглощающим защитным щитом, и как антенной, с помощью которой можно передавать сигналы боевого управления.
«Стелс» всегда похож на шедевр кубизма
Самые первые стелс-самолёты выглядели и правда крайне необычно. Ломаные формы, никаких гнутых линий и плавных переходов. По сей день, когда мы говорим о малозаметных самолётах, в голове рождается именно такая картинка.
Но в конце 80-х годов образ таких машин стал меняться. Уже В-2 выглядел почти как нормальное летающее крыло, F-22 и F-35 походили на вполне обычные самолёты. Многие решили, что произошёл частичный отказ от «стелса» в пользу нормальной аэродинамики, чтобы самолёты не летали, как кирпичи.
На деле, эти изменения стали результатом развития вычислительных мощностей. Рассчитать «стелс» без применения компьютеров просто невозможно. В 70-х годах развитие вычислительных мощностей позволяло считать только объекты, состоящие из плоскостей. Оттого и пошли такие необычные формы, которые через пень-колоду заставляли летать. Но компьютеры совершенствовались быстро, и скоро стало возможно рассчитать куда более сложные, но привычные для нашего глаза и для аэродинамики формы, сохранив высокий уровень незаметности. Правда, на объектах вроде кораблей пока альтернатив ломаным формам нет — слишком уж большие.
Одним из самых незаметных самолётов, когда-либо летавших, считается американский Bird of Prey. Говорят, его ЭПР даже чуть ниже, чем у F-117. А ломаных форм нет совсем
Как создали разведывательный самолет SR-71 Blackbird
Уже в 1960-х годах американцы поняли, что малозаметности невозможно достичь благодаря лишь радиопоглощающим материалам. Stealth – это не одна технология, а комплекс мер, которые делают что-то или кого-то менее заметным для вражеских радаров, а в идеале – невидимым. Хотя невидимости еще никому не удавалось достичь.
В соответствующем вопросе учитывают все: начиная от специальных материалов, из которых строится самолет, до его следа в небе, по которому тоже можно отследить направление и траекторию полета. А самое главное – форма самого самолета. Чем он меньше и более плоский – тем лучше он будет избегать радиоволн. Чем меньше на нем антенн, выступлений – тем больше шансов пройти незамеченным.
Прототип Шалаева. Шапки и плащи невидимки XXI века
Исследователей из Университета Мэриленда, в свою очередь, подпирают физики из университета Пердью в Уэст-Лафейетте (штат Индиана). Они уже сконструировали первый прототип «шапки-невидимки», способной укрыть от нежелательного взора любой объект. Но тоже пока в определенных диапазонах длин волн видимого света.
Во главе этой группы стоит работающий в США российский физик Владимир Шалаев. «Уже создана математическая модель нашей конструкции, – пояснил ученый, – основанная на численном решении уравнений Максвелла, описывающих распространение электромагнитного излучения, которым, в частности, является и видимый свет».
Своим происхождением эффект опять-таки обязан электромагнитным характеристикам материала, из которого изготовлена «шапка-невидимка», а точнее говоря, их постепенному изменению в пределах «шапки». При нужном распределении этих характеристик свет начинает плавно «обтекать» и «шапку», и накрытый ею объект, а наблюдатель получает возможность без всяких искажений видеть то, что ранее скрывалось в тени этого объекта.
Однако пока даже в теории подобное возможно лишь для отдельных длин волн видимого диапазона. Удастся ли сделать «шапку-невидимку» универсальной, то есть «мультиволновой», остается пока неизвестным.
Зеркальный «плащ» для невидимок. Как видите, исследования ведутся наперегонки. И многие ученые не скупятся на щедрые посулы и авансы. Например, сотрудники университета Дьюка, США, собираются вскоре продемонстрировать покрытие, которое сделает невидимкой целую атомную субмарину!
И вот вам последнее известие с фронта научных исследований. Создана модель «плаща-невидимки», который действительно может скрыть объект от человеческого глаза. В отличие от предыдущих версий «магического» покрытия, работавших в инфракрасном диапазоне, новый «плащ» эффективен в области длин волн, соответствующих видимому свету, сообщает журнал Nano Letters.
Ученые из Университета Калифорнии в Беркли (США) летом 2011 года сообщили о создании защитного покрытия, способного делать объекты невидимыми во всем диапазоне длин волн видимого света. Предыдущие попытки создания «невидимости» использовали в основном метаматериалы на основе металлов.
Однако такой состав оказался неприемлемым при приближении к видимому диапазону длин волн, поэтому, как пояснила профессор Мичиганского университета Елена Семушкина, ряд групп обратились к созданию диэлектрических «плащей-невидимок». Они не имеют проводящих свойств металлов и больше похожи на стекло.
Еще один вариант, предложенный специалистами из Бирмингема, – использование для «плащей-невидимок» материалов из так называемых одноосных кристаллов. Для таких кристаллов характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего на них света, кроме одного (это направление называется оптической осью кристалла). Материалы на одноосных кристаллах позволяли «прятать» микрообъекты от видимого света, однако лишь в случае его особой поляризации. Усовершенствование этой технологии позволило эффективно скрывать относительно большие объекты (размером около 300 нм на 6 мкм) под отражающим «защитным покрытием».
Говоря проще, такое покрытие представляет собой гладкое оптическое зеркало, которые скрывает объект в видимом диапазоне длин волн. «Вы, словно фокусник, прячете объект под особым материалом, который внешне выглядит как обычное зеркало – сквозь него не видно объекта, находящегося внизу. Внешний наблюдатель и не предполагает, что под зеркалом что-то находится», – пояснил суть дела профессор Сян Чжан, под руководством которого выполнялась работа.
Чтобы заставить видимый свет «обойти» спрятанный объект, исследователи изобрели материалы с переменным показателем преломления – это метаматериалы, не существующие в природе. Для этого волновод из нитрида кремния поместили на прозрачную нанопористую подложку оксида кремния, которая имела меньший показатель преломления, чем волновод.
«Это первый пример “шапки-невидимки”, действительно работающей в видимом диапазоне длин волн», – подчеркнул Чжан.
Радиоволны найдут любого
Появление радиолокации существенно изменило расстановку сил. Все предыдущие методы обнаружения зависели от погодных условий и были сильно ограничены по дальности, а радиолокация была лишена этих недостатков.
Напомним, как работают радары. Радиолокационная станция (РЛС) отправляет сигнал в виде электромагнитной волны. Сигнал попадает на поверхность летательного аппарата, отражается от нее и возвращается обратно на станцию. Радиосигнал хорошо отражается от металлических поверхностей, от элементов определенной формы. В зависимости от параметров отраженного сигнала определяются характеристики цели. Современные радары могут сортировать цели по размерам и типам, отличая, например, ракету от самолета.
Радиолокационная станция «Жук-АЭ»
Основным параметром, определяющим заметность летательного аппарата в радиоволновом диапазоне, является эффективная поверхность рассеивания (ЭПР). Чем ниже ЭПР и чем хуже аппарат отражает радиосигнал, тем он менее заметен для РЛС и тем сложнее его обнаружить.
ЭПР можно снизить разными способами, общий смысл которых заключается в том, чтобы затруднить возврат волны на радиолокационную станцию. Для этого волна должна либо совсем рассеяться, либо поглотиться поверхностью, либо кардинально изменить свое направление. Чтобы добиться таких результатов, авиаконструкторы находят различные решения, которые в сумме и называются технологиями стелс (англ. stealth − скрытный, невидимый).
Первые попытки разработки малозаметных самолетов
История создания таких малозаметных самолетов берет свое начало еще с Первой мировой войны. Камуфляж и маскировка были основами того, что сегодня называют технологии Stealth.
Первыми маскировать свои воздушные суда додумались немцы. Свои первые самолеты они пытались обтягивать прозрачной тканью, чтобы сделать самолет незаметным днем. Однако, не учли, что солнечный свет создавал блики, а это только больше изобличало самолет.
Для ночных вылазок самолеты красили в черный цвет. Тактика была удачной, но делала невозможными полеты самолетов в светлое время суток. В 1930-х годах активно начала развиваться отрасль строительства радаров. Технология позволяла отслеживать вражескую технику, показывала, на каком расстоянии и сколько ее приближается.
U-2 – первая попытка предотвращения сбивания самолетов вражеским огнем / Фото U.S. Air Force
Краска уже стала неактуальной, ведь прикрывала лишь визуально. Обмануть же радар было гораздо труднее. Тогда же появились новые методы прикрытия своих транспортных средств. Например, на самолетах начали использовать прием, который получил название «Стена».
Конструирование U-2 – это была первая попытка предотвращения сбивания самолетов вражеским огнем. Тогда против наземных ракет приоритетом обороны была высота полета, – рассказал пилот Дин Нили.
Радипоглащающие материалы и покрытия (РПП/РПМ)
РПМ представляют класс материалов, применяемых в технологии снижения заметности для маскировки средств вооружения и военной техники от обнаружения радиолокационными средствами противника. Являются составной частью общего направления, связанного с разработкой средств и методов уменьшения демаскирующих признаков оружия и военной техники в основных физических полях. При взаимодействии электромагнитного излучения с РПМ происходят одновременные процессы поглощения, рассеяния (вследствие структурной и геометрической неоднородности материала) и интерференции радиоволн.
Различие между собственно материалами (РПМ) и покрытиями (РПП) до некоторой степени условно и предполагает, что первые входят в состав конструкции объекта, а вторые — как правило, наносятся на его поверхности. Условность разделения связана и с тем обстоятельством, что любой радиопоглощающий материал является не только материалом, но микроволновым устройством-поглотителем. Способность материала поглощать высокочастотное излучение зависит от его состава и структуры. РПМ и РПП не обеспечивают поглощения излучения любой частоты, напротив, материал определенного состава характеризуется лучшей поглощающей способностью при определенных частотах. Не существует универсального поглощающего материала, приспособленного для поглощения излучения радиолокационной станции (РЛС) во всем частотном диапазоне.
Существует распространенное заблуждение относительно того, что в результате применения РПМ объект становится невидимым для локаторов. В действительности, применение радиопоглощающих материалов способно лишь существенно снизить эффективную поверхность рассеяния объекта в конкретном диапазоне частот РЛС, что, однако не обеспечивает полную «невидимость» объекта при иных частотах излучения. РПМ являются лишь слагаемым обеспечения низкой заметности объекта.
Основные места применение РПП (РПМ) воздухозаборник ; антенны и антенные обтекатели; внешние подвески; фюзеляж; места сопряжения фюзеляжа с хвостовым оперением; киль; уголковые отражатели; крыло; оперение.
вроде универсальная штука, но при больших скоростях иначе говоря при интенсивном аэродинамическом нагреве, РПП (РПМ) не выдержит поэтому не ко всем типам аппаратов данное решение подходит.
Борьба с невидимками
Как пояснили эксперты, предложенный российскими специалистами метод повышает эффективность обнаружения техники, при создании которой применяются средства снижения радиолокационной заметности, которые принято объединять в понятии «стелс-технологии». Речь идёт о плоских геометрических формах и особом радиопоглощающем покрытии, которые снижают заметность объекта в радиолокационном и инфракрасном диапазонах, говорят специалисты.
«Пионерами в стелс-технологии принято считать американцев. Классический пример — это стратегический бомбардировщик Northrop B-2 Spirit. Сейчас стелс-технологии воплощены в самолётах пятого поколения F-22 и F-35, в России — в Су-57 и перспективном ПАК ДА. Широко «стелс» распространён и на флоте разных стран мира», — пояснил в беседе с RT основатель портала MilitaryRussia Дмитрий Корнев.
- Наземный радиолокатор российского производства
Характерное свойство применения стелс-технологии — значительное уменьшение эффективной площади рассеяния. Невидимкой принято называть летательный аппарат, у которого этот показатель менее 0,4 кв. м.
Как отметил Корнев, такое воздушное судно не останется незаметным для современных радиолокационных станций (РЛС), однако его обнаружение вызывает ряд трудностей, негативно влияющих на оперативность реакции войск противовоздушной обороны.
«При определённых условиях и на определённых углах невидимку можно не заметить, особенно на дальних расстояниях, что гипотетически позволяет самолёту неприятеля выполнить боевую задачу. Насколько я понимаю, чтобы не допустить подобного развития событий, концерн РТИ совместно с другими предприятиями разработал метод, который фиксирует радиолокационную тень», — рассуждает Корнев.
Как пояснил директор Музея ПВО в Балашихе Юрий Кнутов, радиолокационной тенью принято считать тёмное пятно на экране радара, где изображена карта местности. Оператор РЛС понимает, что станция зафиксировала цель, рассеивающую и поглощающую радиоволны. Применительно к противовоздушной обороне это самолёт-невидимка.
Также по теме
«Важнейшее звено в системе разведки»: какими возможностями обладает новейшая радиолокационная станция «Контейнер»
В Мордовии на боевое дежурство Воздушно-космических сил РФ поставлена загоризонтная радиолокационная станция нового поколения 29Б6…
«Обычный самолёт или металлический объект отражает волны, демаскируя таким образом себя. Отражающий волны аппарат виден на экране радара как яркая точка. Здесь мы имеем дело с тенью, но она не остаётся незаметной для радиолокационных станций», — отметил собеседник RT.
Для фиксации радиолокационной тени используется способ синтезированной апертуры, о котором сообщили в Институте имени Минца. Он позволяет получать радиолокационные изображения поверхности, независимо от метеорологических условий и уровня естественной освещённости. Качество и детальность таких карт местности сравнимы с аэрофотоснимками.
Метод синтезированной апертуры формируется благодаря определённому набору оборудования, производство которого освоено отечественной промышленностью. Например, для нужд авиации АО «Концерн радиостроения «Вега» разработал радар с синтезированной апертурой «РСА-23», состоящий из приёмо-передающего устройства, антенны и комплексов обработки сигналов.
На основе данного способа в Институте имени Минца предложили схему многоканального радиолокатора синтезированной апертуры (РСА). Это устройство обеспечивает «единовременное формирование радиолокационного изображения с высокой разрешающей способностью, селекцию движущихся объектов на борту малогабаритного летательного аппарата и приём-передачу данных на пункт управления в реальном времени».
«Судя по всему, разработка концерна РТИ имеет отношение к авиации. Например, сейчас в России новые боевые самолёты оснащаются радиолокаторами с синтезированной апертурой с активной фазированной антенной решёткой. Хотя, скорее всего, способ анализа радиолокационной тени может применяться и в других видах войск, включая зенитные части и ВМФ», — рассуждает эксперт.
Особенности SR-71
В марте 1990 года SR-71 установил рекорд скорости. Из Лос-Анджелеса в Вашингтон он долетел за 64 минуты – это более 4 тысяч километров. Средняя скорость SR-71 была почти 3,5 тысячи километров в час.
Обычно технологию Stealth используют только тогда, когда нужно уничтожить важнейшие вражеские объекты. Поэтому используют такие машины довольно редко. В случае неудачи – соперник легко узнает о технологиях, которые помогают избегать радиоволн.
Однако в случае с Blackbird все уже известно. Ведь эта птица свое уже отлетала еще в 1990-х годах. SR-71 построен из таких материалов, которые не просто поглощают волны или отражают их в противоположном от радаров направлении, а обезвреживают их. Когда волна ударяется об самолет, то попадает в сам самолет, и бьется об его конструкцию, пока не потеряет энергию и не исчезнет.
SR-71 построен из материалов, которые отражают волны / Фото U.S. Air Force
Соответственно, сигнал на радар назад не возвращается. Каким бы мощным американцы не описывали Blackbird, он не идеален. Ведь разбивается только какая-то часть волн. Есть еще и такие, которые улетают просто в другие стороны, их так и не поглотил материал самолета. И вообще, методик предотвращения радиолокационных волн много, и самым совершенным на сегодня считается B-2 Spirit, который по форме напоминает пластину. Волны просто обтекают его и проходят по нему так и не отражаясь.
Вообще история с Stealth очень интересна. Впервые было такое, что малозаметность самолета диктовала его форму. Ведь обычно все было наоборот. Все подстраивали под аэродинамические возможности воздушного судна, – отметил исследователь Джон Волакис.
План США из-за советской угрозы
Первые попытки США взяться за разработку малозаметных самолетов были еще в 1956 году. Тогда такое предложение выдвинули в ЦРУ. Идея возникла не просто так – эпоха холодной войны, у Москвы появились мощные ракеты, которые угрожали странам. Территорию СССР нужно было патрулировать.
Очевидно, что со старыми самолетами и новыми кремлевскими ракетами это было нереально. Поэтому ЦРУ запустило в работу план по созданию такого самолета, который мог бы пролетать радары незаметно, а в случае чего – избежать ракетных ударов. За разработку такого воздушного судна взялась компания Lockheed, которая спроектировала U-2, разведывательный самолет, который мог бы летать достаточно высоко, чтобы его не заметили.
Не пропустите «Путин назвал меня предателем»: экс-генерал КГБ Калугин мог переехать из-за скандала с Кремлем
С формой и типом самолета определились. Тогда взялись за поиск идеальных материалов для создания радиопоглощающего покрытия – возникли проблемы. Ведь самого материала недостаточно, а неправильные разработки могли привести к ухудшению аэродинамических возможностей «стальной птицы». Однако первые шаги в направлении технологии Stealth сделаны.
Задачу якобы выполнили и даже провели несколько разведывательных полетов. U-2 был незаметным для советских радиолокационных систем. И как оказалось, не потому, что у разведчика идеальное сочетание материалов и форм, а потому, что летал достаточно высоко. Мог подниматься на 20 километров над землей.
Материалы, которые могли поглощать радиолокационные волны сначала выглядели как линолеум. Их изготавливали пластинками, затем вырезали из них нужную форму, чтобы полностью покрыть поверхность самолета. Это занимало много времени, – отметил инженер Шерман Муллин.
Поверхности корпуса лодок позаимствованы у акул
Исследователи из Университета прикладных наук в Бремене, Германия, взяли образец поверхности кожи акул, поскольку такие естественные загрязнители в воде, как водоросли, мельчайшие мидии и другие представители флоры и фауны, которые легко прилипают к поверхностям судов, ускоряют ржавчину и увеличивают сопротивление воды, никак не влияют на акул.
Дело в том, что кожа акулы не гладкая, а покрыта мельчайшими чешуйками со сложной рифленой поверхностью, отдаленно напоминающими зубы.
Когда ученые разработали аналогично акульей силиконовую кожу, была решена и серьезная проблема в судостроительной промышленности.
Оргонный аккумулятор
Психоаналитик Вильгельм Райх утверждал, что мир полон гипотетической «универсальной энергии жизни», или оргонной энергии. Согласно теории Райха, оргонную энергию образуют жизнь и жизнедеятельность (включая секс) в целом. С другой стороны, травмирующие события могут блокировать эту энергию и вызывать различные болезни. В 1940 г. Райх изобрел оргонный аккумулятор, прибор в форме куба, сконструированный из слоев органических и металлических материалов, который, как утверждал сам психоаналитик, притягивал оргонную энергию, а затем направлял ее в тело человека, находившегося внутри аккумулятора. Райх утверждал, что созданный им оргонный аккумулятор способен излечить рак, однако Управление по контролю за продуктами и лекарствами (США) приказало уничтожить устройство. За нарушения предписания Райх провел остаток своей жизни в тюрьме. Он умер в 2007 году. В своем завещании он указал, что информация о принципе работы его аккумулятора должна оставаться засекреченной после его смерти в течение 50 лет.
Плащ-невидимка из крошечных дисплеев
На первый взгляд это до простоты очевидная идея — выводить на поверхность плаща или другого подходящего материала изображение того, что находится за объектом, который нужно скрыть. Это может быть сложная система гибких дисплеев и крошечных видеокамер.
Однако если начать прорабатывать эту идею, то возникает ряд сложностей. Например, система должна постоянно подстраиваться под наблюдателя, а значит нужно отслеживать его положение. А что если наблюдателей несколько, и каждый должен видеть правильное изображение?
В теории, реализация подобной технологии возможна, но требует прорывов в сфере гибких экранов и хорошей вычислительной мощности при соблюдении компактности.
Рочестерский плащ
Один самых простых способов создать эффект невидимости — это использовать систему линз, которые преломляют свет таким образом, чтобы между ними создавалась «слепая зона». На выходе свет «преломляется обратно», что позволяет видеть изображение позади.
Таким образом, если правильно расположить объект между линзами, то фактически мы будем видеть сквозь него, т.к. он не контактирует с преломлённым внутри линз светом.
На видео рука помещена между линзами, но сквозь них всё равно видно изображение позади.
Ниже фото такого устройства. Для демонстрации здесь использованы лазерные лучи
Обратите внимание, как каждая из четырех линз изгибает их, чтобы на выходе световой поток был восстановлен. Именно в местах, где свет должен был проходить, но не проходит, и возникает невидимая область
Конечно, это ещё не полноценный плащ-невидимка, но давайте посмотрим, что было придумано ещё.
Квантовая невидимость
Канадская компания Hyperstealth Biotechnology занимается разработкой камуфляжных униформ для военных. В 2019 году она запатентовала необычный материал, который позволяет делать практически неразличимыми объекты, находящиеся за ним.
Выглядит это так:
Всё работает благодаря технологии лентикулярного растра. Проходя через материал, свет преломляется так, что видны только объекты, которые расположены вплотную к завесе и очень далеко от неё, а то что посередине остаётся малозаметным размытым пятном.
С лентикулярным растром многие знакомы, ведь именно благодаря ему работают картинки-переливайки, когда на одной плоскости видны разные изображения в зависимости от угла обзора.
Технология всё ещё слаборазвита, т.к. эффект срабатывает только если располагаться на нужном расстоянии за завесой, а наблюдатель должен находиться под прямым углом по отношению к ней.
Мета-атомы — тонкое управление светом
На закуску одна из технологий, которая в теории может быть использована для создания поверхности настоящего невидимого материала.
Для перенаправления света используются не линзы, а искусственно созданные «мета-атомы» размером меньше длины волны видимого света (380-780 нанометров). При синтезировании такие структуры могут иметь различный размер и форму, и за счёт своей неоднородности позволяют управлять светом.
Так может выглядеть метаматериал
С помощью подобных метаматериалов учёным уже удалось сделать невидимым объект для радио- и микроволн. Они длиннее видимого света, поэтому и метаструктуры для работы с ними нужны не такие маленькие. На практике это выглядит так:
На видео отлично видно, что покрытие из метаматериалов буквально проводит излучение вокруг объекта, в то время как на первой модели волны ударяются об него и делают видимым для наблюдения.
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. 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 очень 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.
Ту-95 выполнен по нормальной аэродинамической схеме с высоко расположенным крылом. Хвостовое оперение приподнято над плоскостью крыла и имеет отличную от него стреловидность, а также массивный киль. Все эти элементы отлично отражают большую часть спектра радиоволн. В довершение ко всему, у самолета сразу восемь винтов с четырьмя дюралюминиевыми лопастями на каждом — что также здорово повышает заметность. На фото — Ту-95 ВВС СССР, снятый во время перехвата самолетом американской морской авиации в 1974 году
Источник изображения: US Department of Defence
Avro Vulcan представляет из себя летающее крыло. Да, у него также есть массивный киль, но уже без каких-либо дополнительных горизонтальных поверхностей, передние кромки которых отлично отражают сигнал. Других особенностей, присущих специально разработанным малозаметными самолетам, этот бомбардировщик не имел. Но всего лишь одно компоновочное решение уже очень сильно повлияло на его видимость для радаров. На фото — Avro/Hawker Siddeley Vulcan взлетает с аэродрома Фарнборо во время авиашоу в 2008 году
Источник изображения: cf38
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 и 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. При том, что Vulcan меньше всего на 40%, если смотреть на размах крыла и длину фюзеляжа.
Отдельная история — используемые материалы. С 1941 по 1953 годы британские Королевские ВВС эксплуатировали «Де Хэвилленд DH.98 «Москито». Этот ночной истребитель-бомбардировщик был почти полностью построен 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.
Ночной истребитель De Havilland DH.98 Mosquito NF36, бортовой номер RL141. Фото сделано сразу после возвращения с миссии на базу Королевских ВВС Бенсон. Перед самолетом стоят пилот Когилл и оператор вооружений Питер Верни
Источник изображения: Peter Verney, mossie.org
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» загружались в компьютеры РЛС, и отличать истребители от бомбардировщиков или ракет стало гораздо проще.
Образец опытного плаща-невидимки. Шапки и плащи невидимки XXI века
То же было сделано со второй линзой, и… человек стал невидимкой. Приподняв нити световодов, он смог спокойно проникнуть в лоджию, и охранная система его не заметила.
Нечто подобное в 90-х годах XX века попытались воспроизвести на практике московские изобретатели, использовав вместо одного световода сразу множество. Суть дела тем не менее это не меняет. Система световодов с линзами на обоих концах действует точно так же, как и одиночный.
Линзы-объективы воспринимают, скажем, изображение окружающего ландшафта и транслируют его к линзам-окулярам. В результате, когда наблюдатель смотрит на замаскированный, укрытый под такой сеткой объект, он его, что называется, в упор не видит, поскольку световые лучи как бы обтекают спрятанное, а шестиугольные линзы прилегают друг к другу столь плотно, что в щелки между ними не видно ничего.
Прототип такой «шапки-невидимки» был разработан на кафедре радиотехнических устройств и систем Московского государственного открытого университета. Авторы изобретения – И.А. Наумов, В.А. Каплун и В.П. Литвинов – полагали, что оно может быть использовано, скажем, вместо традиционных маскировочных сетей для сокрытия важных военных объектов – самолетов на стоянках или ракетных установок. И говорят, первые маскировочные плащи-накидки с вплетением оптических световодов уже изготовлены.
А японские инженеры недавно запатентовали свой вариант спецкостюма для человека-невидимки. В Стране восходящего солнца созданы чрезвычайно тонкие пленочные телеэкраны на основе жидких кристаллов. Теперь из такой пленки, внешне похожей на обычный полиэтилен, тоже скроен плащ-накидка. Телекамера величиной со спичечную головку, расположенная на затылке обладателя такой накидки, проецирует телеизображение на переднюю часть плаща. А телекамера, смотрящая вперед, аналогично транслирует изображение на заднюю часть плаща. В итоге наблюдатель смотрит как бы сквозь плащ-накидку, не замечая его обладателя.
