Cтратегический бомбардировщик Нортроп B-2 «Спирит» – системы и технологии «стелс»

 США, первый полет – 17.07.89 г.

Кабина самолета Нортроп В-2 в окончательном виде с Т-образным размещением основных многофункциональных дисплеев
Фото: иллюстрация из книги Black Jets. The Development and Operation of America’s Most Secret Warplanes. Ed. by David Donald. AIRtime Publishing Inc., Norwalk, CT, USA, Wallingford, UK – 2003

Кабина экипажа и оборудование в ней:

• основной экипаж состоит из двух пилотов, которые размещены в общей герметичной и кондиционируемой кабине, обеспечивающей длительный полет на большой высоте без специального обмундирования;
• пост командира экипажа (летчика-инструктора) справа, а второго летчика (курсанта) – слева, в отличие от большинства других типов самолетов;
• в проходе между местами двух основных летчиков может быть установлено место для третьего члена экипажа (на съемном кресле, обычно, для проверяющего в учебно-контрольных полетах), в перспективе на этом кресле возможно размещение оператора вновь устанавливаемых систем вооружения и РЭБ, но на 2019 г. этого все еще не понадобилось и не решен вопрос о спасении третьего члена экипажа в аварийной ситуации;
• остекление кабины состоит из двух симметричных пар спецстекол, которые обеспечивают внешнее и внутренне рассеянное отражение СВЧ-излучений (как от РЛС противника, так и от аппаратуры самолета), уменьшение образования бликов от солнца и луны, а также исключение их обмерзания;

Кабина стратегического бомбардировщика Нортроп В-2А «Спирит» обеспечивает хороший обзор благодаря большим панелям остекления с антибликовым покрытием
Фото: https://topwar.ru/128458-the-nationnal-interest-pochemu-rossiya-kitay-i-severnaya-koreya-dolzhny-boyatsya-amerikanskogo-bombardirovschika-b-21.html

• освещение кабины и приборов сделано из условий уменьшения его видимости извне;
• два летчика размещены на катапультируемых вверх креслах ACES II (Advanced Concept Ejection Seat);
• большинство органов управления на правом и левом постах одинаковы (за исключением, например, рычага уборки и выпуска шасси);
• вход в кабину – через нижний люк с выдвижным трапом за отсеком ПОШ слева от ПСС (выдвижение трапа перпендикулярно ПСС влево), открываемый кнопкой, установленной так, что ее можно нажать без стремянки;
• при нажатии на кнопку открытия входного люка одновременно происходит включение всех первичных систем самолета – СКВ, контроля состояния систем, всех приборов, управления и силовой установки (на режим подготовки к запуску двигателей), при этом включаются и блокировки, исключающие ошибочный или самопроизвольный выход силовой установки на режим запуска двигателей);
• кабина «полностью стеклянная», т.е. все пилотажно-навигационные данные выводятся на правом и левом посту управления на четыре МФД (цветные на ЭЛТ повышенной яркости и контрастности, диагональ около 8 дюймов) с кнопочным обрамлением и один МФД навигационного вычислителя с кнопками управления под ним, но на месте левого летчика дополнительно установлен и 6 стрелочных приборов (указатели высоты, воздушной и вертикальной скорости, авиагоризонт, контроль СУ);

Один из первых вариантов макет кабины бомбардировщика Нортроп В-2 – левый пост управления
Фото: https://www.thedrive.com/the-war-zone/24904/this-isnt-an-early-b-2-cockpit-mockup-its-for-a-previously-undisclosed-special-ops-transport

• управление всеми МФД производится тремя переключателями режимов («взлет», «боевой», который включает и крейсерский полет, а также «посадка»), изменяющими функции кнопок обрамления и состав отображаемых данных, переключение чисто электронное, происходит по команде пилота в масштабе времени, близком к реальному;
• при нажатии на матер-кнопку «боевой режим» автоматически производится уборка всех выдвижных огней, уголковых отражателей и АНО, а системы самолета переводятся на минимум эмиссии СВЧ-излучений;
• резервирование ПНПО полное двукратное (включая два процессора в каждом канале);
• обмундирование летчиков может включать костюмы для выживания в море и в различных климатических условиях, а также очки – для защиты от вспышки ядерного взрыва и PZLT для защиты от лазерного излучения.

Система управления самолетом, прицельно-навигационное и пилотажное оборудование:

• система управления самолетом, прицельно-навигационное и пилотажное оборудование являются подсистемами единого комплекса;
• система управления самолетом включает посты ручного управления, САУ, ЭДСУ с устройствами формирования команд, математической фильтрации внешних и внутренних возмущающих воздействий, обеспечения искусственной устойчивости и ограничения допустимых режимов полета (например, имеется подсистема ограничения полетного угла атаки с четырехкратным резервированием);
• хотя самолет предназначен прежде всего для полетов на большой высоте, где влияние турбулентности меньше, в составе системы управления самолетом в отдельный канал выделена цифровая система демпфирования воздушных порывов GLAS (Gust Load Alleviation System), которая управляет «бобровым хвостом»; 

Стратегический бомбардировщик Нортроп В-2А «Спирит» выполняет посадку.
Расщепляющиеся рули частично открыты в режиме торможения и управления по курсу, «бобровый хвост» отклонен вниз на малый угол, парируя стремление самолета увеличить угол атаки в зоне начала влияния экранного эффекта земли, элевоны отклонены на малые углы для выдерживания угла тангажа и балансировки по крену
Фото: https://www.afgsc.af.mil/News/Article-Display/Article/629585/b-2-with-record-breaking-april/

• система управления самолетом представляет собой ЭДСУ без механического резерва, полностью цифровая с полным четырехкратным резервированием;
• управление самолетом выполняется с двух постов, на каждом из которых установлены РУС и регулируемые под рос летчика педали;
• система управления самолетом обеспечивает полет по траектории, заданной летчиком и / или САУ, искусственную устойчивость по всем осям, а также гашение собственных колебаний и воздействия турбулентности на всех режимах в пределах эксплуатационных ограничений;
• исполнительными механизмами системы управления являются высокоскоростные АРУ с цифровым управлением и внутренним многократным (х4?) резервированием – по 2 или 3 на каждую РП;
• на рулении по ВПП и в начале разбега все три секции элевонов отклоняются вниз, при этом в случае полного отказа гидравлики и всех АРУ хотя бы в одном подканале управления и прекращения взлета носовая часть самолета и ПОШ «прижимаются к ВПП» плавно, чем исключается аварийная ситуация;
• в полете отклонение РП выполняется в виде суммы сигналов траекторного управления, триммирования и депмфирования с учетом их знаков, на больших скоростях и углах атаки автоматически вводится ограничение по углам их отклонения; 

Установка датчиков измерения воздушных параметров (они имеют круглую форму) над передней кромкой крыла перед остеклением кабины и под передней кромкой крыла сбоку от обтекателей антенн РЛС
Фото: http://www.zianet.com/tedmorris/dg/bombers3-b2.html

• датчики измерения воздушных параметров (статического и динамического давлений, а также температуры воздуха, по которым определяется воздушная скорость и барометрическая высота полета) нового типа (не дают концетрированного отражения РЛ-сигнала и эмиссии СВЧ-излучения, они расположены над и под передней кромкой крыла в его центральной части; 
• состав БРЭО согласно проекту самолета – см. табл.

Шасси:

• трехопорное с носовым колесом;
• колеса шасси бескамерные высокого давления;

Первый серийный малозаметный бомбардировщик Нортроп В-2А «Спирит» - борт AV-7 «Дух Техаса» с выпущенным шасси перед посадкой. Тележки ООШ перед касанием земли наклоняются передней парой колес вниз
Фото: https://www.taringa.net/posts/imagenes/18143532/Northrop-Grumman-B-2-Spirit-Mix-de-fotos.html

• тормоза колес дисковые с углеродным фрикционным материалом охлаждаемые с антиюзовой автоматикой;
• основная и резервная системы уборки и выпуска гидравлические с цифровым управлением;
• каждая ООШ состоит из стойки, тележки с четырьмя колесами, установленной на штоке ЖГА, демпфера тележки, механизма выпуска и уборки стойки, механизма установки тележки в убранное или выпущенное положение;

Основная опора шасси самолета Нортроп В-2 типа «тележка» и ее створка
Заправка бомбардировщика Нортроп В-2А «Дух Китти Хок». На створке носового шасси отметки о четырех боевых вылетах
Фото: https://www.taringa.net/posts/imagenes/18143532/Northrop-Grumman-B-2-Spirit-Mix-de-fotos.html

• стойка ООШ состоит из основной сборки с ЖГА и шлиц-шарнира;
• ООШ убираются вперед;
• ниша ООШ закрывается одной створкой, установленной с ее внешней стороны, эта створка закрывается только после уборки стойки и открывается в момент начала выпуска; 
• ПОШ состоит из стойки, двух колес, демпфера шимми, МРК, переднего «ломающегося» подкоса и механизма выпуска и уборки;

Передняя опора шасси самолета В-2. Боковая створка ниши закрыта
Фото: https://www.taringa.net/posts/imagenes/18143532/Northrop-Grumman-B-2-Spirit-Mix-de-fotos.html

• стойка ПОШ состоит из основной сборки с ЖГА, оси-траверсы, установленной на штоке ЖГА, узла навески, шлиц-шарнира;
• ПОШ убирается назад;
• ниша ПОШ закрывается двумя створками, установленными перед ней и справа, передняя створка закрывается только после уборки стойки и открывается в момент начала выпуска, а боковая закрывается и после установки ПОШ на замки выпущенного положения, но может быть открыта на стоянке для доступа в нишу;

Стойка передней опоры шасси с жидкостно-газовым амортизатором, шлиц-шарниром, механизмом разворота и установкой фар
Малозаметный бомбардировщик Нортроп В-2А «Спирит» - техник осматривает створку передней опоры шасси
Фото: https://www.taringa.net/posts/imagenes/18143532/Northrop-Grumman-B-2-Spirit-Mix-de-fotos.html

• опоры шасси, система уборки-выпуска шасси, система управления поворотом ПОШ, тормозная система объединены в комплекс шасси;
• система уборки-выпуска шасси, система управления поворотом ПОШ, тормозная система связаны взаимными блокировками с системами управления самолетом и силовой установкой для предотвращения нештатных ситуаций (например, блокируется вывод двигателей на взлетный режим при обжатых амортизаторах шасси и нажатых тормозах и наоборот – нажатие на тормоза при обжатых амортизаторах шасси и работе двигателя на режиме выше определенного);
• уборка шасси на земле без установки самолета на подъемники блокируется по обжатию амортизатора одной из стоек шасси;
• время уборки и выпуска шасси около 15 сек., предельно допустимая скорость при этом 415 км/ч.

Малозаметный бомбардировщик Нортроп В-2А «Дух Южной Каролины» убирает шасси
Фото: https://www.taringa.net/posts/imagenes/18143532/Northrop-Grumman-B-2-Spirit-Mix-de-fotos.html

Бортовая электросистема:

• выполнена в соответствии со стандартом MIL-STD-1760 Aircraft / Store Electrical Interconnection System;
• состоит из систем переменного и постоянного тока, каждая их которых в свою очередь включает несколько подканалов;
• в системе переменного тока выделены ветви с повышенной стабильностью напряжения и частоты;
• в системе предприняты меры по снижению эмиссии электромагнитного излучения, включая низкочастотное и тепловое.

Бортовая гидросистема:

• выполнена по закрытой кольцевой схеме и включает резервуары (баки с устройствами охлаждения и пеногашения), трубопроводы, устройства управления, заправки и слива, фильтры, сети давления с насосами и гидроаккумуляторами, а также сети слива;
• гидросистем несколько (предположительно, четыре), они дублируют друг друга так, что полный выход из строя одной не приводит даже к частичному нарушению работы систем управления самолетом, силовой установкой, шасси и вооружением;
• рабочее давление гидросистемы 281 кгс/кв.см;
• рабочее тело – синтетическое масло с высокой температурой вспышки;
• в системе предприняты меры по снижению эмиссии электромагнитного излучения, включая низкочастотное и тепловое.

Вооружение, боевые системы и связь:

• основа СУВ самолета – двухантенный радиолокационный комплекс из двух РЛС с синтезированной апертурой AN/APQ-181 LPI (Low-Probability-of-Intercept radar), обеспечивающий выполнение любых предусмотренных задач самолетовождения, навигации, поиска целей (включая дистанционную разведку) и применения вооружения;

На самолете В-2 установлен радиолокационный комплекс AN/APQ-181, который имеет две фазированные антенные решетки, установленные под передней кромкой крыла. На снимке обтекатель левой антенны выделяется другим тоном краски из-за отличий в шероховатости и блеске поверхности
Фото: http://www.murdoconline.net/wordpress/wp-content/uploads/2010/03/b-2-spirit-of-pennsylvania.jpg

• РЛС построена на сигнальных процессорах, обеспечивающих обработку и излучаемого, и принимаемого сигнала, в ее конструкции и режимах работы предусмотрены меры как по снижению отраженного РЛ-сигнала от ее элементов, так и вероятности фиксации ее сигнала пассивными средствами противника;
• на самолете установлены как минимум по два независимых комплекта ИСУ, ИКВСП и СВС, объединенных в общий прицельно-навигационно-пилотажный комплекс;
• вооружение самолета включает аэробаллистические ракеты малой дальности с ИСУ, крылатые ракеты малой дальности, а также свободнопадающие бомбы с ядерным или обычным снаряжением;
• системы РЭБ сведены в бортовой комплекс обороны DMS с управлением на базе центральной БЦВМ, маршрут АТВ прокладывается в обход всех известных угроз, но если бортовая станция предупреждения об облучении РЛС противника AN/APR-50 (ZRS-63) обнаруживает неучтенный локатор, она определяет принадлежность к конкретному комплексу ПВО, степень готовности ЗРК к пуску и радиус действия ракет, рекомендуя пилоту маршрут уклонения;
• память БКО постоянно обновляется, пополняя «радиолокационные портреты угроз»;
• радиообмен в боевом вылете между машинами группы и наземным КП должен быть сведен к минимуму, но именно на АТВ впервые в США была установлена линия передачи данных прицеливания Line-of-Sight (LOS), которая получает из самолетных и внешних источников тактическую информацию и автоматически распределяет ее между своими бортовыми системами и другими самолетами группы, отправляя копию сообщений на наземный КП.

Технические решения, предпринятые в дополнение к указанным выше для снижения радиолокационной заметности самолета (уменьшения ЭПР):

• в передних и задних кромках крыла, а также во всех рулевых поверхностях использованы трехслойные сотовые ШРК – широкополосные радиопоглощающие конструкции RAS (Radio Absorbent Structure, подробно – см. ниже);
• все поверхности самолета, которые могут быть облучены РЛС противника, и те внутренние поверхности, которые могут давать какой-либо отраженный сигнал, включая конструкции RAS, покрыты РПМ – радиопоглощающими материалами RAM (Radio Absorbent Material).

Устройство и принцип работы передних кромок крыла с ШРК:

• панели передних кромок крыла сделали в виде заполненных порошком карбонильного железа сот из диэлектрического пластика, преобразующих энергию радиоволн в тепло;
• за этими панелями расположена собственно ШРК – ее «динамик верхних частот» (“tweeter”, слой ферромагнетика, нанесенный поверх вещества с высоким электрическим сопротивлением) поглощает ВЧ-сигнал;
• остальной спектр попадает в «низкочастотный динамик» (“woofer”), стекловолокнистый сотовый пакет, на все поверхности которого нанесен одинаковый слой высокоомного материала, который ослабляет НЧ-сигнал;
• острая клиновидная отражающая поверхность за ним концентрирует его остаток в направлении, далеком от вражеской излучающей антенны, и в нее попадают лишь малые «боковые лепестки».

Передние кромки крыла представляют собой широкополосные, т.е. эффективные в большом диапазоне длин волн РЛС радиопоглощающие конструкции
Фото: https://www.taringa.net/posts/imagenes/18143532/Northrop-Grumman-B-2-Spirit-Mix-de-fotos.html

Состав и принцип работы РПМ:

• РПМ представляет собой полимерное покрытие типа краски с наполнителем;
• РПМ наносится с высокой точностью толщины слоя, которая должна быть равна половине длины несущей волны сигнала РЛС противника;
• поскольку в твердой среде длина волны СВЧ-излучения значительно меньше, чем в вакууме, слой такого РПМ приемлемой толщины может значительно ослаблять не только сигналы локаторов и головок самонаведения ракет, работающих сантиметровых и дециметровых диапазонах от L до Ku, но и длинноволновых (до 2 м) станций обнаружения, но эффективен он только против РЛС, работающих на какой-то одной длине волны.

Обшивка малозаметного стратегического бомбардировщика Нортроп В-2А «Спирит» покрыта радиопоглощающим материалом (РПМ), и ходить по ней можно только в специальных бахилах
Фото: https://www.taringa.net/posts/imagenes/18143532/Northrop-Grumman-B-2-Spirit-Mix-de-fotos.html

Особенности процесса и ход проектирования самолета

В ходе проектирования самолета АТВ был выполнен ряд принципиально новых научных работ, создан новый матаппарат, но использовались и ставшие уже традиционными методы НИОКР.

Аэродинамическую компоновку АТВ разрабатывала группа Ханса Греллмана с использованием расчетного метода «компьютерной гидродинамики» (Computational Fluid Dynamics, CFD), но он еще ни разу не проверялся натурным экспериментом. Кроме того, матаппарат CFD позволял рассчитывать лишь изолированное крыло без учета влияния реактивных струй двигателей. Потому традиционные продувки моделей в аэродинамических трубах заняли 24000 ч. Тем не менее, удалось получить аэродинамическое качество порядка 28 единиц против 20 у самолета В-52 и 19 у бомбардировщиков В-1В и Ту-160. Она балансировалась на всех режимах и соответствовала требованиям минимальной заметности во всех диапазонах.

Математический расчет ЭПР самолета проверятся облучением установленной на высоком стенде («пилоне») модели, свойства материала которой были подобны натурному объекту с учетом масштаба, сигналом РЛС разных диапазонов со всех возможных ракурсов.

Экспериментальный самолет Нортроп «Тэсит Блу» (ВСАХ) для исследований технологий «стелс» в полете
Фото: https://www.taringa.net/posts/imagenes/18143532/Northrop-Grumman-B-2-Spirit-Mix-de-fotos.html

В ходе НИОКР использовались многочисленные натурные и полунатурные наземные стенды и летающие лаборатории.

Например, для исследований аэродинамики планера и силовой установки был использован экспериментальный самолет Northrop Tacit Blue, который хотя и отличался по компоновке от самолета АТВ в общем, но содержал многие подобные частные решения.

Для разработки ПО системы искусственной устойчивости были использованы результаты испытаний экспериментального статически неустойчивого самолета с КОС Northrop Х-29.

Для отработки бортового оборудования и кабины самолета была сделана ЛЛ на базе самолета стратегической разведки Boeing C-135A S/N 60-0377.

Летающая лаборатория NC-135 S/N 60-0377, на которой проходили испытаний оборудования перспективного малозаметного стратегического бомбардировщика Нортроп В-2
Фото: http://vintageairphotos.blogspot.com/2012/06/spirit-testbed.html

Проектирование самолета шло с повышенными мерами секретности, но рост затрат на него и утечки информации вынудили обнародовать некоторые данные о самолете и бюджетных расходах на него. Это произошло в период интенсивных переговоров с Советским Союзом по ограничению стратегических вооружений, в т.ч. – самолетов-носителей ядерного оружия с межконтинентальной дальностью полета. Американская делегация, пользуясь уступчивостью делегации СССР, из которой под давлением Председателя Верховного Совета СССР – Генерального секретаря ЦК КПСС М. Горбачева и министра иностранных дел Э. Шеварднадзе были убраны те участники, которые настаивали на жестком соблюдении паритета в стратегических вооружениях, добились разрешения иметь в составе САК ВВС США 132 таких стратегических бомбардировщиков V поколения в обмен на сокращение парка самолетов II поколения В-52, а также перевод в тактическую авиацию со снятием ядерного вооружения межконтинентальных трансзвуковых маловысотных бомбардировщиков с пониженной РЛ-заметностью В-1В.

При этом не были учтены следующие обстоятельства:

• снимаемые с вооружения модификации В-52С/D, E, F и так уже не могли далее эксплуатироваться из-за их изношенности и технической трудности ремонта и модернизации;
• в СССР самолеты сравнимого класса (например, Туполев Б-90 или Сухой Т-4МС) только проектировались, и программы эти как раз затормозились. 

С другой стороны, в США не было самолета, сравнимого по боевым возможностям с Ту-160, восстановление системы дозаправки в воздухе на самолетах Ту-22М3 могло в сжатые сроки улучшить возможности прорыва передовых рубежей ПВО самолетами Ту-160 и Ту-95МС и выхода на рубежи пуска СКР Х-55 по целям в глубине континентальной территории США, а  остаток ресурса самолетов Ту-95МС и Ту-160 ДА СССР был намного больше, чем у основных стратегических бомбардировщиков ВВС США B-52G/H.

В начале 1988 г. в США было принято и утверждено Конгрессом решение выделить 75,4 млрд. долл. (162,6 млрд. долл. по курсу на декабрь 2019 г.) на постройку 132 малозаметных стратегических бомбардировщиков Нртроп АТВ в течение 10 лет.

Самолету было официально уже присвоено обозначение В-2 и в прессе оно уже упоминалось (что скорее было предположением экспертов – следующий индекс за известным В-1), но в то время оно еще было секретным.

Первый рисунок самолета обнародован представителем МО США в апреле 1988 г.

Первый рисунок «бомбардировщика, использующего перспективные технологии» (Advanced Technology Bomber – ATB), показанный официально в апреле 1988 г.
Фото: иллюстрация из книги Black Jets. The Development and Operation of America’s Most Secret Warplanes. Ed. by David Donald. AIRtime Publishing Inc., Norwalk, CT, USA, Wallingford, UK – 2003

Сведения об опытном строительстве и испытаниях самолетов Нортроп В-2 читайте в следующей части этого раздела Справочника.

Состав оборудования и вооружения в проекте самолета смотрите в таблице B-2 Equipment and Armament

Смысл использованных в статье и таблицах определений, понятий и сокращений можно узнать, открыв наш краткий словарь по авиации и ракетной технике

Список использованных источников будет опубликован в завершающей части раздела Справочника по самолету Нортроп В-2 «Спирит»

Продолжение следует