Ответом на второй стало создание самолетов IV поколения — перехватчика F-14, тактического истребителя F-15, многоцелевых F-16 и F/A-18, а также штурмовика А-10. Они должны были заменить тактические бомбардировщики В-57 и F-111, многоцелевые истребители F-4, перехватчики F-101, F-102 и F-106, истребители-бомбардировщики F-5, F-8, F-100, F-104, F-105, штурмовики А-4, А-6 и А-7. Ответ же на первый вопрос был своеобразен: фирмам «Фэрчайлд-Рипаблик», «Линг-Темко-Воут», «Норт-Америкен — Рокуэлл», «Конвер», «Мартин», «Локхид» и «Нортроп» был ограничен доступ к самому жирному куску бюджетного пирога ВВС: программам создания истребителей, сочетавшим высокую цену единицы продукции, большой заказ и экспорт. Круг задач и численность специализированных штурмовиков и бомбардировщиков уменьшались, и их функции перекладывались на истребители, что играло на руку их производителям, хотя уроки Вьетнама требовали обратного. Когда некоторые эксперты попытались возразить, им быстро заткнули рот, и сделано это было так нагло, что продвигавшая новые идеи спаянная общим финансовым интересом группа военных, политиков и бизнесменов получила прозвище «истребительная мафия».
Кто же стоял за «мафиози»? Если не считать «Груммана», получившего заказ на палубный F-14, дорогой, но не претендовавший на широкий экспорт, и «Фэрчайлд», чей А-10 также не предлагался на продажу, все остальное поделили между собой «Макдоннелл — Дуглас» (MDD) и «Дженерал Дэйнемикс» (GD), причем основой для самых массовых самолетов F-16 и F-18 стали идеи «Нортропа», которому просто не оставили выбора…
Позиции этих фирм стали совершенно незыблемыми после войны Израиля против Сирии 1982-1983 годов, поэтому сделанное в апреле 1980 года «Локхиду» и «Нортропу» предложение разработать самолет для замены F-15 особого ажиотажа не вызвало. Эксперты решили, что Пентагон просто хочет поддержать своих традиционных поставщиков и не дать развалиться командам конструкторских бюро, оставшимся без работы.
Ставилась задача выиграть противоборство с МиГ-29 и Су-27, а также с новейшими зенитными комплексами С-300В/ПМУ, «Ока» и «Тунгуска» на европейском ТВД в неядерной войне. Программа получила наименование ATF (Advanced Tactical Fighter — перспективный тактический истребитель). В мае был издан официальный запрос о возможности создания такого самолета (request for information, RFI).
Вначале рассматривались как легкие истребители, так и тяжелые, но стало ясно, что самолет должен иметь больший вес и размеры, чем F-15, маневренность была принесена в жертву расширению диапазона скоростей и высот, дальности, оборудованию и вооружению. В конце 1982 года ВВС рассмотрели предложения и направили фирмам запрос (request for proposal, RFP), в котором определялись основные направления поиска концепции самолета (concept definition investigation, CDI).
А тем временем командование ВВС все дополняло требования RFI. Например, за 8 дней до даты окончательного согласования в требования к ATF включили пункт использования технологии «стелс», которая была настолько секретной, что специалисты «Нортропа» и «Локхида», за исключением узкого круга, непосредственно работавшего над самолетами B-2 и F117, лишь понаслышке знали о них, а в программу включались все новые и новые конструкторские коллективы.
Было решено привлечь фирмы «Боинг», «Грумман», «Рокуэлл», ну и конечно «сладкую парочку» MDD и GD. Когда в 1983 году Пентагон начал распространять слухи о том, что лучшим проектом признана «бесхвостка» «Рокуэлла», почти никто в это не поверил. Финансирование следующего этапа — «демонстрация и оценка» (demonstration and validation, Dem/ Val) — досталось «Локхиду» и «Нортропу», но в их бочке меда оказалось полбочки дегтя. «Локхид» заставили объединиться в концерн с «Боингом» и GD, а «Нортроп» — с MDD. Кончилась спокойная жизнь и для «Груммана», уютно устроившегося в нише поставщика морских самолетов. С ВМС было достигнуто соглашение о том, что ATF может стать преемником F-14, а проектируемый палубный штурмовик ATA (Advanced Tactical Aircraft) — заменить бомбардировщик ВВС F-111. На проведение конкурса (в т.ч. двигателей, БРЭО, вооружения) было выделено 2 млрд.долл., из них 691 млн. — на два опытных YF22 и два YF-23.
Что удалось, и что не сбылось
В проект ATF внесли ряд новшеств, которые качественно отличают его от всех предшественников. В какой-то мере эти нововведения развивают идеи, уже нашедшие себе место на предыдущих машинах, однако они были усовершенствованы настолько, что вышли на качественно иной уровень, характерным тому примером служит компоновка самолета.
Характерной чертой большинства машин IV поколения стала интегральная компоновка: фюзеляж приобрел плавные обводы и в профиль стал подобен крылу, сами консоли уже не торчали из бортов, а как бы вырастали из наплывов центроплана. Это снижало трение и интерференцию в крейсерском полете, увеличивало подъемную силу на взлете и маневре, давало дополнительные объемы под топливо.
А если «зализать» наплывом весь фюзеляж от носка обтекателя РЛС до хвоста, окончательно стерев границу между агрегатами планера? Фюзеляж получит ромбовидное сечение, его объем увеличится, улучшится жесткость (на Су-27 и F-15 это серьезная проблема), а площадь омываемой поверхности, влияющая на сопротивление трения и эффективную поверхность рассеивания (чем больше ЭПР, тем раньше самолет обнаружит вражеская РЛС), уменьшится. Самолет превращается в сплошное крыло, а это вместе со статически неустойчивой компоновкой, в которой аэродинамическая сила на стабилизаторе в горизонтальном полете направлена не вниз, а вверх и складывается с подъемной силой крыла, улучшает аэродинамическое качество.
Сильно влияют на сопротивление и ЭПР ракеты под крылом. Уже в 50-х годах перехватчики Су-9 и «Лайтнинг» без подвесок легко разгонялись до скорости 1500 км/ч на «максимале», но с ракетами переходили звуковой барьер только на форсаже, с которым расход топлива увеличивался в 4 раза. На маневренных истребителях III и IV поколений нагрузка на крыло снизилась, и влияние подвески стало еще заметнее. Значит, если нужен крейсерский сверхзвук, ракеты надо прятать в отсек (так было сделано на американских перехватчиках II и III поколений F-102 и F-106, имевших благодаря этому большую дальность полета).
Но и с внутренней подвеской для полета с числом М=1,7 тяга силовой установки на высоте 11 км должна быть не менее 12-16 тс, удельный расход без форсажа будет не ниже 0,7…0,8 кг/кгс*ч. Самолет ATF должен был иметь сверхзвуковой радиус действия не менее 1290 км (800 миль). Хотя без форсажа удельный расход снижается вдвое, но часовой остается значителен — тяга большая. На расход километровый влияет время: на 900 км/ч самолет преодолеет такое расстояние за 86 мин., а на 1700 км/ч — всего за 45. Хорошую экономию дала электронная система регулирования с повышенной точностью дозировки топлива, увеличивающая коэффициент сгорания (это также дает снижение дымности выхлопа и ослабляет инверсионную струю без использования спецприсадок).
В 80-х годах в США были освоены теплостойкие титановые сплавы серии С, крупногабаритные сверхжесткие керамические лопатки для компрессоров и монокристаллические для турбин, не требующих охлаждения, порошковые диски турбин и компрессоров и т.д. Внедрение этих материалов дало возможность повысить температуру газа за счет увеличения полноты сгорания топлива, улучшить экономичность и уменьшить размеры двигателя.
«Пратт-Уитни» и «Дженерал Электрик» предложили свои проекты «двигателя перспективного истребителя» (Advanced Fighter Engine, AFE) — PW5000 (в ВВС — YF119-PW) и GE37 (YF120-GE). Более мощный GE37 был больше и тяжелее конкурента, но дешевле за счет унификации с серийным F110 (они имели 40% общих узлов), ожидалось, что такое «родство» обеспечит ему и лучшую надежность.
Новый двигатель без форсажа будет иметь практически такую же тягу, как F100 с форсажом, он нужен лишь для приемистости, ведь требовалось со скорости барражирования 600 км/ч выходить на сверхзвук за 20 с. Необходим форсаж и для короткого взлета (была задана длина разбега с максимальным весом 610 м), и для высотности — без нее потолок самолета с крылом умеренного удлинения и с турбовентиляторными двигателями будет не выше 11-13 км, а ATF должен не только подниматься на 15240 м, но и выполнять там вираж с перегрузкой 2,0 при М=1,5.
Спецификация RFI не содержала повышенных требований к маневренности — диапазон перегрузок был +7/-3g (у Су-27 и F-15 +9/-3g), зато ATF должен был на высоте 1000 м выполнять вираж на 6 «же» при М=1,5 — ставка была сделана на сверхзвуковой воздушный бой. Опыт локальных войн показал, что летчики в азарте часто проскакивают зону пуска, либо не выдерживают ограничения по перегрузке, и атака срывается. На летающей лаборатории F-16/AFTI с интегрированной системой управления полетом и оружием компьютер «подправлял» пилота, получая информацию о противнике от РЛС. Испытатели с большим недоверием отнеслись к этому новшеству, но результат превзошел ожидания: F-16/AFTI уверенно выигрывал у F-15, маневрируя с гораздо меньшими перегрузками.
Но все это не спасет, если самолет тяжел и инертен. Снизить вес удалось за счет применения титана и композитов (условием чему было создание технологий их полевого ремонта), но был еще один фактор. Расчет прочности самолетов IV поколения велся только для критических сечений, и ненагруженные элементы деталей получались перетяжеленными. Повсеместное внедрение метода конечных элементов с визуализацией результатов на мониторе ЭВМ сэкономило 5-10% массы планера.
Расширение функций авионики все время сопровождалось ростом ее веса, не помогала даже миниатюризация элементной базы. На самолетах II поколения задачи навигации, наведения ракет и т.п. решались изолированными аналоговыми ЭВМ. На III поколении появились цифро-аналоговые прицельно-навигационные комплексы, но их работа увязывалась человеком-оператором. IV поколение вышло на новый уровень за счет интеграции отдельных компонентов прицельного оборудования, системы «свой-чужой», связи и РЭБ через ЭВМ, но поток информации, проходящий через оператора, и число принимаемых им решений вышли на грань физиологических возможностей. Комплексы V поколения объединяют уже навигацию, обнаружение и опознавание цели, выбор оружия, прицеливание и, наконец, процесс траекторного управления самолетом и режимом двигателей от взлета до посадки, включая воздушный бой. При этом львиная доля информации должна «обходить» пилота за счет автоматизации. Летчик сохраняет за собой лишь главную функцию: нажимает гашетку, принимая окончательное решение на поражение той цели, которая выдается ему ЭВМ как заданная или наиболее опасная. Такая интеграция сопровождается ростом сложности систем и расширением их функций, но все это идет на программном уровне, и вес и объем блоков при этом уменьшается.
Отказ от «лишнего железа» также дает существенный выигрыш. На III и IV поколении появились цифровые вычислительные машины (ЦВМ), но приборы, исполнительные механизмы и т.п. остались аналоговые. Между датчиком, обрабатывающей его сигнал ЦВМ и потребителем (например, рулевой машиной САУ) должны стоять аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. ЦАП и АЦП на борту сотни, и если сам блок весит 0,1 кг, а его размещение с учетом необходимости отсека под него, электропитания и т.д. дает прибавку взлетного веса самолета 0,5-0,7 кг, то переход на полностью цифровой «борт» дает экономию в 250-300 кг.
Для ATF проектировались многоантенная РЛС с пониженным уровнем собственных шумов и цифровой обработкой излучаемого и принимаемого сигналов, оптоэлектронная система с теле-, тепловизионным и лазерным каналами, а также бортовой комплекс обороны (БКО), работавший как самостоятельно, так и совместно с другими самолетами группы.
Но от оптической части пришлось отказаться, РЛС стала одноантенной, сектор ее обзора сократился до ±600 во все стороны от оси самолета. Несколько «ужали» возможности БКО ALR-94, хотя его главное отличие от всех подобных систем осталось. Воспользовавшись постоянно пополняемой бортовой базой данных радиолокационной, тепловой и оптической сигнатур, а также их динамических характеристик самолетов вероятного противника, система автоматически опознает тип обнаруженного летательного аппарата, не видя его визуально и не активируя запросчик «свой-чужой», демаскирующий своим сигналом.
ATF получил всеширотную инерциально-спутниковую систему навигации, которая выдает и целеуказание оружию воздух-поверхность. В состав прицельно-навигационного комплекса была введена и система связи. Она не только обеспечивает речевую связь с землей и другими самолетами, но и ведет постоянный обмен всей тактической информацией между самолетами эскадрильи, между ведущими разнородных групп, взаимную поддержку систем РЭБ самолетов группы в режиме групповой защиты, управление другими самолетами, не имеющими мощной РЛС и наоборот, получение целеуказания для применения оружия по цели, которую своя РЛС не видит (впрочем, это было реализовано в СССР уже на МиГ-31, а затем и на Су-27 и МиГ-29).
На начальной стадии разработки компьютеры ATF имели оперативную память всего 384 kB, но на рубеже 90-х были созданы процессоры Интел I-960, позволяющие применять языки высокого уровня, а также карты памяти на 8 МВ. Их освоение требовало многомиллионных вложений, но «Интел» обещал, что за счет коммерческого использования I-960 их себестоимость в исполнении «милитэри» будет снижена до 100$ за штуку.
Под I-960 был создан новый комплекс программного обеспечения, совмещающий все системы в режиме реального времени в условиях сверхзвукового маневренного воздушного боя. Одна из главных особенностей этого «софта» — способность дозировать информацию, выдаваемую летчику. Перед ним находятся индикатор на фоне лобового стекла (ИЛС), 6 цветных многофункциональных дисплеев и 6 текстовых мониторов (стрелочных приборов нет), — можно себе представить, каково следить за всем этим. Потому в бою ему должно быть достаточно тех данных, которые выводятся на ИЛС. На нем отображаются не все цели, которые фактически сопровождает РЛС, а лишь атакуемые и опасные. Единственным боевым режимом, когда применение оружия производится по данным на дисплее на панели приборов, является сброс управляемых авиабомб (УАБ) со спутниковым самонаведением.
Поначалу планировалось не делать отдельных блоков под электронику, а «вживить» чипы в силовой набор. Это не получилось, зато была создана система контроля за состоянием планера, автоматически выявляющая трещины и повреждения. С нею начальный ресурс самолета достиг 8000 летных часов, цифры для истребителя очень большой.
Одной из первых задач ATF должна была стать зональная ПВО, и для этого велись обширные исследования по «умным» ракетам большой дальности и квазиавтономным подвесным беспилотным истребителям.
Для перехвата и маневренного боя на средних дистанциях «Линг-ТемкоВоут» проектировала ракету «Хэв Дэш». Двухступенчатый двигатель и трехгранный несущий корпус обеспечивали дальность 50 км при малых размерах и весе. Боевая часть была в виде нескольких миниатюрных ракет, либо — моноблочная с взрывателем комплексной логики. Система наведения с элементами искусственного интеллекта включала и радио-, и тепловой каналы, но увязать их работу не удалось. «Хьюз», воспользовавшись моментом, пытался вернуться к первоначальному варианту своей ракеты AMRAAM (развитие базовой AIM-120A все время шло по пути упрощения и снижения цены), и предложил УР AIM-120B с трехгранным корпусом и уменьшенными аэродинамическими поверхностями (прототип AMRAAM был и вовсе бескрылым), но ее головка была одноканальной, а САУ не имела «искусственного интеллекта».
Для ближнего боя ВВС хотели бы иметь ракету, которая выпускалась бы и эксплуатировалась на той базе, которая более чем 40 лет создавалась для AIM-9. Она получила общее название AIM-9X «Сайдуиндер-2000», но фактически это было несколько независимых проектов, напоминавших серийную AIM-9 лишь индексом. «Ретейон» предложил ракету TCS (Tail Control Sidewinder), которая от AIM-9 сохранила только двигатель. Полностью новыми были сверхширокоугольная фасеточная тепловизионная ГСН по типу головки советской ракеты К-74, созданной в конце 80-х, БЧ с лазерным взрывателем и система управления с небольшим подвижным крылом на хвосте и без носовых рулей с аэродинамической обратной связью — характерной особенностью классического «Сайдуиндера». Ракета удобно компоновалась в отсеке ограниченных размеров, в 1990-1991 годах было сделано 8 пусков, но дальнейшие работы прекратились.
Фирма GD уменьшила крыло и оперение своего изделия, но это ухудшило маневренность, не помог даже новый трехосевой цифровой автопилот, более дорогой и тяжелый, чем серийный.
«Хьюз» рекламировал свой вариант AIM-9X как самый дешевый, установив на серийную AIM-9M головку новой английской ракеты ASRAAM, которая уже готовилась к серийному выпуску. Но расчетные характеристики AIM-9X «Топ Хат» были невысоки, и фирма принялась переделывать ракету. В результате изменилась аэродинамическая схема, длина превысила 3 м, а диаметр (который и определяет возможность использования старой производственной оснастки) увеличился со 127 до 142 мм.
Кончилась эта часть конкурса фиаско. От УР большой дальности и «ракеты-истребителя» отказались. Для боя на средних дистанциях взяли еще более примитивную, чем AIM120B, ракету AIM-120C, отличающуюся серийной AIM-120A AMRAAM с активной радиолокационной ГСН, цифровым автопилотом «прямой логики» и моноблочной БЧ разве что уменьшенными крылом и оперением. Оружием малой дальности стала AIM-9M, разработка которой началась еще в 1982 году. Она имеет малодымный двигатель, активный лазерный взрыватель и новую ГСН с селекцией ложных целей. За счет уплотнения компоновки на ее варианте AIM-9S разместили новую БЧ, вес которой увеличился с 9,5 до 10,2 кг, но это не компенсировало проигрыш в энергетике и маневренности советской (теперь — российской) ракете Р-73М, у которой к тому же появилась весьма продвинутая «младшая сестра» К-74, от которой конструкторы «Рэтейона» и «Хьюза» были в шоке. Не менее неприятный осадок должен был остаться у американцев и при знакомстве с разработанными еще в «застойные» годы ракетами большой дальности Р-27ЭР/ЭП/ЭА и Р-77ПД. Слабые двигатели AIM-9M/S и AIM-120C не позволяют реализовать на практике принцип «первым увидел — первым выстрелил», ради которого потратили столько сил создатели прицельных систем F-22 и специалисты по технологии «стелс».
Для V поколения истребителей американские оружейники обещали сделать легкую одноствольную 20-мм пушку со скорострельностью не ниже 5000 выстрелов в минуту и начальной скоростью 1590 м/с. Но ее так и не сделали, и установили «Вулкан» разработки 50-х годов, правда, в модернизированном варианте М61А2. Но изменение логики прицеливания по образу и подобию МиГ-29 (эти данные ЦРУ добыло в середине 80-х) удалось повысить точность стрельбы по маневренной цели, и боезапас сократили. Если ранее минимумом для американского истребителя считалось 1000-1200 патронов, то на ATF их всего 480.
Продолжение F-22 «Раптор». Продукт «холодной войны» и «жертва перестройки»
F-22A Raptor. Серийное производство и конкуренция
Статья была опубликована в апрельском номере журнала "Наука и техника" за 2008 год
