Аннотация: В данной статье рассматривается возможность снижения радиолокационной заметности летательного аппарата путем генерирования возле его обшивки искусственных плазменных образований.
Ключевые слова: плазма, летательный аппарат, радиолокационная заметность.
Радиолокационная заметность является одним из важнейших параметров, определяющих боевую эффективность современного самолета. К настоящему времени разработан ряд методов снижения заметности: нанесение радиопоглощающих диэлектрических и ферритовых покрытий, создание многослойных сред с управляемыми слоями, синтез экранирующих электродинамических структур и др. Как правило, покрытия не ухудшают летнотактических характеристик машины, но они применимы в узком диапазоне длин волн, обычно для длины волны 3 см.
Качественно новые результаты могут быть получены при использовании искусственных плазменных образований, так как свободные электроны, имеющиеся в плазме, становятся активными поглотителями электромагнитного излучения независимо от длины волны, ее поляризации, фазы или направления. Поэтому плазменные образования могут быть использованы для существенного ослабления отражающихся от ЛА сигналов.
В 1956 г. сотрудник фирмы Gепегаl Еlесtriс (США) Арнольд Элдридж (Агnold Еldredge) опубликовал патент «Метод и аппарат для маскировки объектов», в котором предлагалось создавать плазменное образование вблизи самолета при помощи ускорителя заряженных частиц (электронов или ионов).
В те же годы в рамках проекта КЕМРSТЕR была предпринята попытка реализовать этот метод для снижения эффективной поверхность рассеивания (ЭПР) воздухозаборников высотного скоростного разведчика А-12 (его модификация широко известна под обозначением SR-71 «Блэк Берд»). Разработчиками были проведены неудачные летные эксперименты с плазменной установкой. Отчеты о работах по проектам ОХСАRТ и КЕМРSТЕR были рассекречены ЦРУ в период с 1994 по 2005 гг.
Предложенный Элдриджем вариант ионизации воздуха пучком частиц представляется наиболее эффективным средством создания поглощающих плазменных образований большого объема. Так как длина пробега пучка ионов в воздухе много меньше длины пробега электронов с такой же энергией и конструкция ускорителя ионов немного сложнее конструкции ускорителя электронов, практически реальным является применение только пучков электронов.
Для реализации плазменной маскировки на борту летательного аппарата необходимо разместить один или несколько ускорителей электронов с источниками высоковольтного питания. Выбрасываемый ускорителем пучок будет создавать в непосредственной близости от аппарата неравновесное плазменное образование, температура которого не отличается от температуры окружающей среды, а концентрация электронов в плазме достаточна для поглощения радиосигнала.
Таким образом, радиолокационный сигнал будет достигать обшивки самолета после прохождения плазмы, и, естественно, будет частично поглощен. Аналогично, отраженный сигнал повторно пройдя сквозь плазменное образование с тем же коэффициентом поглощения, также ослабнет. В результате, даже если ЭПР защищаемого элемента самолета уже снижена с помощью поглощающих материалов и конструктивных мероприятие до дифракционного предела, плазма обеспечит дополнительное снижение ЭПР.
Размещение на летательных аппаратах ускорителей электронов не требует сколько-нибудь серьезного изменения формы фюзеляжа, то есть использование плазменных образований не влияет на летные характеристик защищаемого аппарата. Более того, использование ускорителей электронов позволяет управлять свойствами плазменного образования – как минимум включать и отключать генератор плазмы по мере надобности.
Наконец, немаловажным достоинством плазменной маскировки является возможность размещения всей необходимой аппаратуры в подвесном контейнере. Такие вооружения позволят использовать плазменные средства только при решении задач, требующих малой заметности, сохраняя возможность решать задачи, требующие максимальной грузоподъемности или дальности полета. Подобные подвесные вооружения могут служить эффективным средством снижения радиолокационной заметности существующих самолетов, включая устаревшие.
Математическое моделирование искусственных плазменных образований позволяет найти оптимальные параметры ускорителей электронов в зависимости от высоты полета применительно к конкретному летательному аппарату. На больших высотах эффективность искусственных плазменных образований может быть выше эффективности радиопоглощающих материалов, причем существенное снижение заметности достигается при приемлемых уровнях энергопотребления в непрерывном режиме.
При создании плазмы в импульсном режиме с высокой импульсной мощностью эффективное применение возможно на большинстве типов реактивных летательных аппаратов. Плазма в этом случае создается только на время зондирующего импульса радиолокационной станции.
Так как эффективность плазмы увеличивается с ростом длины волны, то наибольшие преимущества, по сравнению с радиопоглощающими материалами, плазма имеет в дециметровом диапазоне, используемом станциями дальнего обнаружения.
Особый интерес представляет снижение радиолокационной заметности антенн, так как использование плазмы позволяет решать эту задачу без применения механически перемещаемых экранов или поворотных антенн . Для обеспечения возможности работы антенны плазма может включаться и отключаться с требуемым быстродействием – от сотен наносекунд до единиц миллисекунд. Для снижения энергопотребления плазма может создаваться в специальном герметичном объеме, заполненном специально подобранной газовой средой. Помимо летательных аппаратов плазменный метод снижения радиолокационной заметности антенн может быть использован и на наземной или морской технике. Экспериментальные установки плазменной маскировки антенн прошли испытания на аттестованных радиолокационных измерительных комплексах.
В России во ФГУП ГНЦ «Центр Келдыша» выполнен большой объем теоретических и экспериментальных исследований, включая успешные летные испытания пучковой установки. Для наземных испытаний создан уникальный безэховый вакуумный стенд, позволяющий измерять влияние плазмы на ЭПР объекта с моделированием натурных условий по высоте полета и составу атмосферы. Проведенные исследования полностью подтвердили возможность эффективного использования искусственных плазменных образований как средства снижения радиолокационной заметности. При этом может быть обеспечена функциональность, недоступная при использовании других методов снижения заметности, например — управление свойствами плазмы при изменении боевой обстановки.