Jak działa technologia stealth?

Ludzkość od zawsze marzyła o niewidzialności. Czy to do podejrzenia sąsiadki, czy przejrzenia zamiarów wroga, człowiek marzył, by choć na chwilę zniknąć. W popkulturze było to możliwe dzięki magicznym pierścieniom, czapkom niewidkom czy kamuflażom bojowym przybyszów z kosmosu. Na polu bitwy niewidzialność ma jednak niebagatelne znaczenie – daje przewagę choćby kilku sekund, co często decyduje o losach bitwy, a może nawet i wojny. W najnowszych samolotach (i okrętach bojowych) współczesna nauka bardzo chętnie wykorzystuje technologię stealth. Jak tak naprawdę ona działa?

Pojęcie „stealth” jest niezwykle szerokie i oznacza szereg różnych rozwiązań, które zmniejszają prawdopodobieństwo wykrycia danego obiektu przy pomocy powszechnie stosowanych technik obserwacji; wzrokowych, radarowych czy termowizyjnych. Warto w tym miejscu sprecyzować, że polskie znaczenie słowa „stealth”, które brzmi po prostu „niewidzialny” nie jest precyzyjne. Nie ma ani samolotów, ani statków, ani żadnych innych pojazdów całkowicie niewidzialnych, niewykrywalnych dla radarów. Są jednak maszyny trudno wykrywalne i to właśnie o nich powszechnie mówi się jako o „niewidzialnych”.

Technika stealth nie jest nowością. Już pierwsze wojskowe samoloty, które wzbiły się w powietrze nosiły kamuflaż i latały nisko nad ziemią, by ich nie wykryto. Na przestrzeni lat wykrywalność obiektów takich jak okręt bombowce B-2, F-117, okręt Sea Shadow, myśliwce F-22, F-35 czy YF-23 Black Widow II, systematycznie malała i nadal maleje. Także Polacy mieli apetyt na własny, niewykrywalny dla radarów samolot. Realizacja projektu PZL-320 Skorpion została jednak stosunkowo szybko porzucona. Dzisiaj za najbardziej zaawansowany technicznie samolot bojowy typu stealth uważa się YF-23 Black Widow II, który łączy w sobie kamuflaż radarowy znany z F-22 z rewolucyjnym stealth termicznym.

Kamuflaż idealny

Technologie stealth najczęściej są wykorzystywane w lotnictwie, bowiem to wojskowe samoloty muszą wykonać cichy zwiad lub niepostrzeżenie zaatakować. Coraz częściej stosuje się je również w marynarce, a najnowsze okręty bojowe, dzięki zastosowanym technologiom, często potrafią błyskawicznie uciekać przed czujnym okiem radarów. W obu przypadkach mechanizmy kamuflażu są takie same – kluczem do osiągnięcia maksymalnego możliwego stopnia „niewidzialności” jest umiejętność radzenia sobie z radarami. Dotyczy to rozpraszania fal czy maskowania obszarów maszyn o podwyższonej temperaturze. Dokonuje się tego na kilka różnych sposobów, a najskuteczniejsze bazują na rozwiązaniach konstrukcyjnych nowych samolotów.

Najważniejszym elementem wojskowej niewidzialności jest „kształt, kształt, kształt i materiały”. Samoloty stealth mają specjalną sylwetkę, która jest zdolna wytłumić lub odbić w odpowiednią stronę fale elektromagnetyczne, tak, by nie mogły powrócić do śródła. Samoloty stealth są zatem pozbawione wszelkich części wystających – jego zewnętrzne powierzchnie nie mają nawet najmniejszych wypukłości lub wklęśnięć. Kadłub samolotu buduje wiele starannie połączonych płaskich struktur, które wytwarzają minimalne echo radarowe i rozpraszają padające na nie promieniowanie. Bez odpowiednio zmodyfikowanej bryły samolotu, fale radarowe nie będą rozpraszane, a powrócą do przeciwnika, który już zorientuje się z kim ma do czynienia.

Dlatego właśnie w wielu nowoczesnych samolotach bojowych stosuje się przede wszystkim płaskie i pochylone powierzchnie. Istotne jest także wykorzystanie w konstrukcji materiałów pochłaniających promieniowanie radarowe (RAM). Bez nich każdy samolot będzie całkowicie bezbronny i zupełnie wystawiony na ostrzał nieprzyjaciela.

Jednym z najbardziej odsłaniających pozycję samolotu elementów jest jego radar. Emituje on tak duże ilości energii, że podobnie jak idąca w ciemności osoba z latarką zostanie zauważona z oddali, tak poruszający się samolot z aktywnym systemem radarowym wyróżnia się na tle statycznego nieba. Nie da się tego pominąć, bowiem bez radaru każdy samolot jest ślepy i tak naprawdę bezużyteczny. Konstruktorzy jednak już nauczyli się maskować działanie radaru, przez co trudniej nowoczesne samoloty namierzyć. W popularnym F-22 to pilot kontroluje stopień wykorzystania nowoczesnych technologii – cały czas ma świadomość sytuacji i szacuje ryzyko wykrycia przez nieprzyjaciela. Powszechnie przyjęto, że w F-22, F-35 i B-2 radary służą tylko do namierzania i śledzenia, bez dostarczania pilotowi dodatkowych informacji o potencjalnym celu.

Zdradliwa komunikacja

Nie tylko zainstalowany na pokładzie samolotu radar jest w stanie zdradzić nieprzyjacielowi naszą pozycję. Skutecznie są w stanie zrobić to także systemy komunikacji, zatem najlepiej, gdyby na pokładzie w ogóle ich nie było. A przecież wiadomo, że bez sprawnej komunikacji czy to z kontrolą lotów, czy innymi samolotami, żadna jednostka praktycznie nie jest w stanie wzbić się w powietrze.

W przypadku dronów bojowych (bezzałogowych aparatów latających – UAV) zadanie jest nieco ułatwione, bo odpada jeden element komunikacji – połączenie głosowe pilota ze stacją naziemną. Tutaj anteny służące do sterowania dronem przy użyciu satelitów schowane są głęboko pod poszyciem po dwóch różnych stronach kadłuba. Jeżeli nieprzyjaciel wykryje jedną z anten, zostaje ona automatycznie wyłączona, a jej funkcje przejmuje drugi z czujników. To tak jak z parą nerek w naszym organizmie – gdy z jedną coś się stanie, pełnię detoksykacji bierze na siebie drugi z narządów. W nowoczesnych samolotach załogowych (np. Raptorach) wykorzystywane są układy o niskiej mocy i małym zasięgu. Nie pozwalają na międzynarodową komunikację, choć zapewniają samolotowi niezbędne minimum.

Z zamaskowaniem śladów pozostawianych przez radary i systemy komunikacji, naukowcy z mniejszym lub większym powodzeniem sobie radzą. Największym wyzwaniem są jednak ogromne ilości ciepła nagromadzone wokół silnika lub emitowane w wyniku tarcia powietrza, a nawet czasami najprostszej elektroniki. Dlatego właśnie dysze wydechu samolotów F-22 i B-2 są na tyle płaskie, że mogą częściowo rozproszyć ciepło. Konstruktorzy głowią się nad implementacją podobnego systemu w najnowszym F-35, który ze względu na cięcia budżetowe, został wyposażony w tradycyjne dysze. Tutaj pojawia się jednak kolejna możliwość, czyli chłodzenie gazów wylotowych przez zimne powietrze. Naukowcy wierzą, że już wkrótce uda się im stworzyć zupełnie nowy rodzaj paliwa lotniczego, o lepszych właściwościach termicznych.

Farby i smugi

Dla maksymalnej niewidzialności istotny jest również lakier, którym pomalowana jest maszyna. Wspominane już samoloty F-22, F-35 i B-2 pokryto farbami, które bardzo dobrze rozpraszają ciepło oraz fale radarowe. Newralgicznym punktem jest konieczność dbania o farbę we wręcz pedantycznym stopniu. Jakiekolwiek mikrouszkodzenie w poszyciu może doprowadzić do katastrofalnego w skutkach wykrycia. Tak jak o lakier ukochanego samochodu, o farbę samolotów trzeba cały czas dbać.

Codziennie dziesiątki naukowców na świecie pracują nad nowymi rodzajami farb, które będą działać jeszcze skuteczniej. Prawdopodobnie jednak nie jest możliwe stworzenie w pełni maskującej farby, która całkowicie zniweluje ciepło generowane przez poruszający się samolot.

Na podobnej zasadzie konstruktorzy supernowoczesnych samolotów wykonanych w technologii stealth starają się zatuszować zostawianą za pojazdami smugę kondensacyjną. Ta jest naturalną konsekwencją procesów zachodzących w samolocie odrzutowym i zazwyczaj jest widoczna z bardzo dużej odległości (nawet kilka- lub kilkanaście km). Smuga kondensacyjna powstaje za samolotem poruszającym się w górnej troposferze i dolnej stratosferze, na wysokościach 8-15 km nad powierzchnią ziemi. Smuga jest chmurą zbudowaną z kryształków lodu, powstającą poprzez skroplenie pary wodnej w stanie przechłodzonym na dużych wysokościach. Drobiny spalin stanowiące jądra kondensacji, sprawiają, że para wodna wytrąca się w postaci kropelek po czym natychmiast zamarza.

Według nieoficjalnych informacji, problem smugi kondensacyjnej został rozwiązany już w 1994 r. Opracowany przez firmę Northrop Grumman tzw. system zarządzania smugą został zaimplementowany do 20 samolotów B-2. Zasada jego działania jest jedną z najpilniej strzeżonych tajemnic USAF, a naukowcy mogą tylko zgadywać na czym polega. Najprawdopodobniej także amerykańskie samoloty wykonane w technologii stealth posługują się podobnymi rozwiązaniami.

Samolot-widmo

Czy całkowita niewidzialność jest w ogóle w zasięgu możliwości technicznych człowieka? Pewnego dnia prawdopodobnie uda się tak zmanipulować padającym światłem, że będzie możliwe ukrycie danego obiektu w elektromagnetycznej bańce, która będzie niewidzialna dla ludzkiego oka. Ale wielu specjalistycznych aparatów nie da się oszukać.

Stosowane powszechnie w wojsku urządzenia zakłócające właściwą pracę radarów oraz wyrzutnie pułapek termicznych i radiolokacyjnych, to proste próby oszukania przeciwnika. Środki te zaburzają pracę elektroniki wroga, minimalizują sygnały akustyczne lub pole magnetyczne atakującego obiektu. W praktyce oznacza to kilka-, może kilkanaście sekund „prawdziwej” niewidzialności radarowej. A ten czas może okazać się kluczowy dla powodzenia zaplanowanej misji. W przyszłości techniki stealth nadal będą rozwijane, choć mało prawdopodobne by udało się na stałe wyeliminować wszelkie przejawy obecności w powietrzu poruszającego się samolotu.

Być może kluczem do sukcesu jest tzw. kamuflaż deformujący (dazzle), który sprawia, że obserwujący nie jest w stanie rozpoznać i zidentyfikować kształtu obiektu. Łącząc to z osłoniętymi dyszami wylotowymi samolotu, które nadają emitowanym spalinom kształt szerokiego pasa o szybko spadającej temperaturze, echo pojazdu w podczerwieni jest w przybliżeniu takie jak zdalnie sterowanego modelu samolotu lub większego ptaka. Nasz przeciwnik nie wie, że już wkrótce zostanie zaatakowany.

Niestety, wraz z rozwojem technik kamuflażu, automatycznie są udoskonalane sposoby radarowej i termicznej detekcji nawet najbardziej zaawansowanych technologicznie samolotów bojowych. Sprowadza się do prostej zależności: im bardziej zależy Wam, by być niewidzialnym, tym bardziej zależy nam, by Was zobaczyć.