Корабли-невидимки: технологии снижения заметности в море

Введение

Корабль, использующий технологию скрытности для снижения риска обнаружения.

Корабль, оснащенный технологией скрытности, – это судно, построенное с применением технологий, направленных на затруднение его обнаружения с помощью радаров, визуального наблюдения, гидролокаторов и инфракрасных систем. Эти технологии заимствованы из области создания самолетов-невидимок, однако некоторые аспекты, такие как уменьшение волнового следа и акустической заметности (акустическое подавление), являются уникальными для конструкции кораблей, использующих технологию скрытности. Хотя снижение эффективной площади рассеяния (ЭПР) – относительно новая концепция, многие другие способы маскировки судов существовали на протяжении веков и даже тысячелетий.

Формирование

При проектировании корабля с уменьшенной радиолокационной заметностью основными проблемами являются радиолокационные лучи, исходящие вблизи или немного выше горизонта (с точки зрения корабля), от дальних патрульных самолетов, других кораблей или противокорабельных ракет, летящих над поверхностью моря с активными радиолокационными головками самонаведения. Поэтому форма корабля избегает вертикальных поверхностей, эффективно отражающих такие лучи непосредственно обратно к источнику излучения. Исключаются ретро-отражающие прямые углы, чтобы избежать эффекта "кошачьего глаза". Снижение заметности корабля достигается за счет строительства корпуса и надстройки серией слегка выступающих и вогнутых поверхностей. Кроме того, круглые формы на корабле устраняются или маскируются, например, дымовые трубы и артиллерийские башни. Также необходимо исключить полости с горизонтальной плоскостью, поскольку они хорошо видны для радаров. Для обхода этих ограничений многие корабли используют панели, закрывающие отражающие поверхности, или альтернативные конструкции оборудования. Кроме того, прилагаются усилия для минимизации зазоров на корпусе. Конструкции корпуса включают корпуса с наклоненными внутрь бортами (tumblehome), которые наклоняются внутрь от ватерлинии, и двухкорпусные суда с малой площадью ватерлинии (SWATH), обеспечивающие лучшую устойчивость при использовании корпуса с наклоненными бортами. Эти принципы проектирования радиолокационной заметности были разработаны несколькими военно-морскими флотами независимо друг от друга в 1980-х годах, основываясь на работах по снижению радиолокационной заметности самолетов. Sea Shadow, использующий как конструкцию tumblehome, так и SWATH, был ранней американской разработкой технологии стелс-кораблей. Эсминец класса Zumwalt, находящийся в настоящее время на вооружении, является современным примером стелс-корабля ВМС США. Несмотря на то, что он на 40% больше эсминца класса Arleigh Burke, его радиолокационная заметность, по словам представителя Командования морских систем, больше похожа на заметность рыболовного судна, а уровни шума сопоставимы. Корпус tumblehome и палуба из композитных материалов снижают отражение радиолокационного сигнала. Стекающая по бокам вода и пассивная индукция холодного воздуха в надстройке уменьшают инфракрасную заметность. В целом, благодаря угловатой конструкции эсминца, по словам Криса Джонсона, представителя Командования морских систем ВМС, "его в 50 раз сложнее обнаружить на радаре, чем обычный эсминец". Избежание прямых углов в конструкции приводит к уменьшению радиолокационной заметности и, следовательно, к снижению дальности обнаружения корабля. Разрушитель типа 45 Королевского флота имеет сходство с классом Visby, но является гораздо более традиционным, используя обычную сталь вместо углеродного волокна. Как и Visby, его конструкция уменьшает использование прямых углов. Корвет класса Tuo Chiang ВМС Китайской Республики (Тайвань) – это класс быстроходных многоцелевых стелс-корветов, состоящих на вооружении ВМС Республики Китай (Тайвань). Корабли спроектированы для обеспечения малой радиолокационной заметности и уклонения от радиолокационного обнаружения, что затрудняет их обнаружение при действиях вблизи береговой линии.

In designing a ship with a reduced radar signature, the main concerns are radar beams originating near or slightly above the horizon (as seen from the ship) coming from distant patrol aircraft, other ships, or sea skimming anti ship missiles with active radar seekers. Therefore, the shape of the ship avoids vertical surfaces, which are effective at reflecting such beams directly back to the emitter. Retro reflective right angles are eliminated to avoid the cat's eye effect. A stealthy ship shape can be achieved by constructing the hull and superstructure with a series of slightly protruding and retruding surfaces. Furthermore, round shapes on the ship are eliminated or covered up, examples being smokestacks and gun turrets. Also, cavities that present a horizontal face are to be eliminated since they are very visible to radar. To bypass these limitations, many ships use features such as panels that cover reflective surfaces or use alternate designs of hardware. Additionally, efforts are made to minimize gaps on the ship. Hull shapes include tumblehome hull designs, which slope inward from the waterline, and small waterplane area twin hulls (SWATH), which allow for better stability when using a tumblehome hull. These RCS design principles were developed by several navies independently in the 1980s using work done on aircraft RCS reduction as the starting point. Sea Shadow, which utilizes both tumblehome and SWATH features, was an early US exploration of stealth ship technology. The currently serving Zumwalt class destroyer is a modern example of a stealth ship from the US Navy. Despite being 40% larger than an Arleigh Burke class destroyer, its radar signature is more akin to a fishing boat, according to a spokesman for Naval Sea Systems Command; sound levels are comparable to the The tumblehome hull and composite material deckhouse reduce radar return. Water sleeting along the sides, along with passive cool air induction in the mack, reduces infrared signature. Overall, the destroyer's angular build makes it "50 times harder to spot on radar than an ordinary destroyer", according to Chris Johnson, a spokesman for Naval Sea Systems Command. Avoidance of right angles in the design results in a smaller radar signature, reducing the ship's detection range. The Royal Navy's Type 45 destroyer has similarities to the Visby class, but is much more conventional, employing traditional steel instead of carbon fiber. Like Visby, its design reduces the use of right angles. The ROC Navy's Tuo Chiang class corvette is a class of fast stealth multi mission corvettes currently in service with the Republic of China (Taiwan) Navy. The ships are designed to have a low radar cross section and evade radar detection making it difficult to detect the ship when operating closer to the coastline.

Сокращение подписей

Технология скрытности – это нечто большее, чем просто низкое отражение радиолокационного сигнала (РЛС); снижение шума играет важную роль в морской скрытности, поскольку звук распространяется в воде лучше, чем в воздухе. Некоторые из используемых методов включают глушители выхлопных газов, модифицированные формы винтов и водометные движители. Форма корпуса также может существенно влиять на снижение шума, издаваемого судном. Другим важным элементом является контроль за излучением сигналов. Современные военные корабли излучают значительное количество электромагнитного излучения в виде радиолокационных сигналов, радиосвязи и утечек из судовых электрических систем. Все это может быть использовано для отслеживания судна, поэтому современные корабли-стелсы часто имеют режим, отключающий многие электронные излучения (EMCON), что означает, что корабль должен полагаться на пассивные датчики и не может легко передавать сообщения на расстояние, превышающее прямую видимость. Также важны тепловые излучения. Тепловая сигнатура может выделить корабль в океане, облегчая его обнаружение. Поскольку инфракрасное излучение можно обнаружить даже сквозь такие препятствия, как туман или дымовая завеса, многие платформы обнаружения, такие как патрульные самолеты, беспилотные летательные аппараты и спутники, часто способны видеть в нескольких диапазонах инфракрасного спектра. Это требует контроля тепловых излучений. Наиболее распространенный метод – смешивание горячих газов, выделяемых основным источником тепла – выхлопными газами двигателей – с холодным воздухом для снижения интенсивности сигнатуры и затруднения выделения судна на фоне общего теплового фона. Другой метод заключается в выпуске выхлопных газов в воду, хотя это увеличивает акустическую заметность судна. Для корпуса холодная вода может активно циркулировать по его поверхности. Еще одна, менее критичная, но все же важная часть стелс-корабля – визуажный камуфляж. Эта область, вероятно, является старейшей формой скрытности, и записи о ней восходят почти к временам древних мореплавателей, использовавших визуальные уловки, чтобы затруднить обнаружение своих кораблей. Хотя эта область по-прежнему актуальна, она приобрела меньшее значение с появлением радиолокаторов большой дальности.

Stealth technology represents more than just a low RCS; noise reduction plays a role in naval stealth because sound is conducted better in water than air. Some of the techniques used include muffled exhaust systems, modified propeller shapes, and pump jets. The shape of the hull can also have a great effect on the reduction of the noise from a ship. Another major element is signal emission control. Modern warships emit much electromagnetic radiation in the form of radar, radio, and bleed off from the ship's electrical systems. These all can be used to track a ship, and thus modern stealth ships often have a mode that switches off many of the electronic emissions (EMCON), the downside being the ship has to rely on passive sensors and is unable to easily send messages further than the line of sight. Also of importance are thermal emissions. A heat signature can make a ship stand out in the ocean, making it easier to spot. Because it is possible to see infrared emissions through features that would normally hide a ship such as fog, or a smoke screen, many detection platforms like patrol aircraft, UAVs, and satellites often have the ability to see multiple bands in the infrared spectrum. This necessitates the control of thermal emissions. The most common method is to mix any hot gasses emitted by the main source of heat—the engines' exhaust—with cold air to dilute the signature and make it harder to pick out the ship from the background warmth. Another method vents the exhaust into the water, although this increases the ship's acoustic signature. For the hull, cool water can be actively distributed across the hull of the ship. Another less crucial but still relevant part of a stealth ship is visual camouflage. This area is probably the oldest form of stealth, with records going back almost as far as the writing of ancient mariners using visual tricks to make their ships harder to spot. Although still relevant, this area has taken on lesser importance with the advent of long range radar.

Материалы

Как и выбор формы, выбор материалов влияет на ЭПР корабля. Композитные материалы, такие как стеклопластик и углеволокно, эффективно поглощают радиолокационные сигналы и дают небольшим судам преимущество в дальнейшем снижении ЭПР. Однако композиты хрупки и часто не подходят для крупных кораблей или кораблей, которые могут подвергнуться обстрелу, хотя новые ламинаты частично компенсируют некоторые из этих недостатков. Это ограничивает использование на крупных кораблях металлов, таких как сталь и алюминиевые сплавы. В качестве компенсации корабль может быть покрыт радиопоглощающим покрытием, хотя это может быть дорогостоящим и оно может не выдерживать коррозионного воздействия соленой воды.