NGAD и повече: Как може да изглежда и какво може да постигне бъдещият изтребител на ВВС и ВМС на САЩ? Ако бяхте натоварени с разработването на следващия американски изтребител за въздушно превъзходство – самолет, специално създаден да доминира в небето дори над най-оспорваните военни зони на 21-ви век – как бихте се захванали да го направите? Около какви системи, способности и авангардни технологии бихте изградили новия си изтребител?
Това е въпрос, който всъщност беше поставен пред водещите изпълнители на отбраната на Америка през последните години в рамките на секретни програми за развитие като Next Generation Air Dominance (NGAD) на ВВС и усилията на ВМС F/A-XX.
За разлика от F-35 Joint Strike Fighter, който беше широко критикуван за това, че се опитва да отговори на нуждите на твърде много различни услуги в бюджетния си дизайн, тези нови изтребители се разработват под чадър на независимо сътрудничество и много различен процес на придобиване. Като за начало, както ВВС, така и ВМС се очаква да използват различни самолети, въпреки че почти сигурно ще споделят някои подсистеми, разработени в сътрудничество помежду си под знамето на NGAD. Така че каквато и платформа да се появи като следващия изтребител за въздушно превъзходство на Америка, почти сигурно не също ще се очаква да лети и като превозвач.
Бележка на редактора: Следната статия е строго хипотетична, но всички обсъждани програми и технологии са публично оповестени.
NGAD и F/A-XX са програми за истински изтребители в процес на разработка
Имаше много предположения около възможностите и технологиите, които ще открием в следващите изтребители на Америка, но докато някои от тези предположения изглеждат обосновани от официални изявления, повечето твърди подробности остават неуловими. Можете да прочетете повече за програмата NGAD в предишното ни отразяване тук.
И така, като мисловно упражнение, реших да започна да проектирам мой собствен изтребител за превъзходство във въздуха, който може да замени легендарния F-22 Raptor като новия управляващ крал на небето, сглобявайки най-новите и най-новите усъвършенствани системи, които в момента или се въвеждат, или са в процес на разработка и могат потенциално да намерят път към фюзелажа на изтребителя в разумен период от време. С други думи, тъй като този нов реактивен самолет ще трябва да започне да лети в рамките на следващите 5-10 години, задържането за студен термоядрен синтез в контейнери или напълно двуциклена scramjet задвижваща система за хиперзвуков полет не е толкова разумно... но усъвършенстваните реактивни двигатели като XA100 на GE, който не е намерил своето място в изтребител, но в момента се тества, са честна игра.
Изображение на F-35 Stealth Fighter. Кредит за изображение: Lockheed Martin.
Също така ще се възползвам от някои малко по-хипотетични концепции, които със сигурност биха могли да намерят своето място в нов изтребител от технологична гледна точка, въпреки че не са обект на настоящи публично оповестени програми (като Active Flow Control... което ще разгледаме по-късно ).
Системите, които избирам, ще се основават на потенциални възможности, а не на доказана оперативна съвместимост – с други думи, системи, които никога не са летели заедно в един и същи самолет, може да попаднат в списъка ми, работейки при предположението, че ще ги накарам да работят заедно би било осъществимо чрез цикъла на развитие на NGAD.
Това усилие ще се основава в голяма степен на реални програми, истинска наука и реални изследвания, но резултатът, разбира се, не е реален. Това не е разбивка на това, което ще дойде в следващия изтребител на Военновъздушните сили, но ще бъде много интересно да видим колко (ако има такива) нови способности ще получа, след като NGAD най-накрая бъде разкрит.
Изобразяване на художник на NGAD (Забележка: Не е изображение на правителството на САЩ).
Изображение на въздушните сили на САЩ на възможна концепция NGAD. Кредит за изображение: ВВС на САЩ.
Така че без повече шум... как бих аз построил следващия изтребител на ВВС, използвайки най-добрата налична технология? Като това...
Цялостен дизайн: подобно на делта крило без вертикални повърхности на опашката
Този нов изтребител ще трябва да може напълно да доминира в небето, но това не означава непременно, че трябва да го прави по начина, който очакваме от високоефективните изтребители . Смята се, че дните на акробатични битки от близко разстояние са свършили благодарение на появата на сензори отвъд видимия обхват и много мощни далекобойни оръжия въздух-въздух. С други думи, този нов изтребител не трябва да бъде толкова способен отблизо, колкото Су-35 или F-22 Raptor, за да свърши работата, но има нужда да бъде много способен да оцелее в оспорвано въздушно пространство, докато печелите битки срещу най-способните изтребители, които светът може да предложи.
Варианти на делта крилото са били успешно използвани в редица съвременни европейски изтребители, както и експериментална употреба в усилията за увеличаване на възможностите на F-16 (в F-16XL) и F-22 Raptor (в FB-22). Добавената площ на триъгълното крило драстично увеличава повдигането на самолета, подобрявайки възможностите за полезен товар и обхвата, като същевременно предлага повече пространство за съхранение на гориво, допълнително увеличавайки обхвата или времето за престой. Подобно на всички стелт самолети, оръжията ще се носят вътрешно, когато се даде приоритет на ниската видимост, но бих очаквал малко по-голям фюзелаж от F-22, за да позволи по-голямо вътрешно съхранение, въпреки че този самолет ще се възползва от използването на дронове и за доставяне на боеприпаси .
Използването на активен контрол на потока със задвижващата система на самолета може да елиминира нуждата от много (ако не и всички) от традиционните контролни повърхности, на които изтребителите разчитат – по-специално, това ще позволи на самолета да премахне стоящите вертикални опашки, които често могат компрометирайте профила на стелт самолет. Докато стелт изтребители като F-22 и F-35 се виждат на радарни решетки с по-нисък спектър, които служат като ефективни системи за ранно предупреждение, дизайн, който се накланя към летящите крила на B-2 Spirit и B-21 Raider, може да помогне за забавяне откриване дори от тези системи.
Задвижване: двигатели с адаптивен цикъл като XA100 на GE
Усъвършенстваните нови Adaptive Cycle Engines в момента преминават успешни тестове както от GE, така и от Pratt & Банерите на Whitney (съответно XA100 и XA101) са лесните фаворити за посрещане на нуждите на следващия изтребител за превъзходство във въздуха на Америка. Тези двигатели произвеждат повече тяга и мощност от предишните силови установки, като същевременно предлагат значителен скок в икономията на гориво и управлението на топлината, позволявайки по-голямо производство на електроенергия.
XA100 е оценен за 45 000 паунда тяга при форсаж, което може да даде на двудвигателен дизайн огромните 90 000 паунда тяга при натискане (20 000 повече от двата Pratt & Whitney F119-PW-100 на F-22 Raptor турбовентилаторни двигатели). Но това е само началото на това, което прави тези двигатели специални.
XA100 интерпретира пилотния вход, за да работи в различни „режими“. Когато пилотът се нуждае от върховата производителност на двигателя в битка, той или тя може да се облегне силно на дросела и системата за управление на двигателя ще се задейства, за да превключи в режим на силно изгаряне и висока тяга. Обратно, докато е на патрулиране, двигателят ще остане в своя високоефективен режим с ниско горене, за да удължи своя пробег или време на бездействие. Последните тестове на двигатели на GE предложиха 20% повече тяга в по-голямата част от профила на полета и до 50% повече икономия на гориво в сравнение със съществуващия Pratt & F-35; Whitney F135-PW-100s. И също толкова важно, той предлага удвоен капацитет за управление на топлината в сравнение с предишните двигатели.
Топлината, произведена от съвременните реактивни двигатели, всъщност е ограничаващият фактор в способността им да произвеждат енергия за бордовите системи. Тъй като тези двигатели стават по-горещи, те рискуват да повредят самия самолет, но двигателите с адаптивен цикъл като XA100 на GE управляват по-добре топлината, позволявайки излишъците от производство на електроенергия, които биха били необходими за захранване на усъвършенствани контрамерки и оръжия с насочена енергия.
Активен контрол на потока и вектора на тягата за маневреност с подобрен стелт
Може би най-голямото отклонение, което дизайнът на моя изтребител би направил от изтребителите в небето днес, е съгласуваното усилие за включване на активен контрол на потока заедно с векторизирането на тягата, за да се намали драматично необходимостта от радарно-отразяващи контролни повърхности и вертикални стабилизатори, без да се жертва маневреността. На практика тези системи позволяват на самолета да променя посоката си без традиционни движещи се части като клапи и елерони (в екстремни случаи).
Един подход към тази технология, обсъждан в Американския институт по аеронавтика и астронавтика, е насочването на облаци въздух от реактивните двигатели на самолета през специфични отвори във фюзелажа, за да се промени траекторията на самолета по време на полет. По същество това е изключително усъвършенствано и високоскоростно приближение за това как може да видите космически кораб да коригира позицията си в орбита. Въпреки това, използването на самолет би изисквало много по-прецизно и мощно изпълнение. Друг подход, публикуван в Journal of Applied Physics, призовава за използване на набор от електроди върху кожата на фюзелажа и крилата на самолета. Тези електроди ще произвеждат електрически разряд на определени интервали и места, за да загреят бързо въздуха наблизо, променяйки плътността на въздуха и от своя страна как това влияе на полета на самолета, докато преминава над, под или през.
Някои концепции за AFC буквално съществуват от десетилетия. Jumpjets като AV-8B Harrier отдавна използват система за контрол на реакцията, която работи на подобен принцип по време на вертикално излитане и кацане, но едва наскоро технологията направи подхода осъществим за този вид приложение, без да се налага твърде много захранване от основното средство за задвижване на самолета. Излишъкът на мощност, позволен от подобреното термично управление на XA100, също би помогнал да направят тези системи възможни.
Контролът на вектора на тягата (TVC) позволява на пилота буквално да насочва изтичането на тягата от двигателите на своя самолет (независимо от самия фюзелаж) с помощта на дюзи. F-22 има 180-градусов TVC (нагоре и надолу), докато някои самолети, като Су-35, имат 360-градусов TVC. В зависимост от ефикасността на системата AFC, 360-градусовите TVC дюзи могат да допълнят управлението на самолета заедно с минимален брой конвенционални контролни повърхности.
Тъй като AFC системите използват по-малко движещи се части, това би означавало намаляване както на разходите за поддръжка, така и на броя на шевовете и празнините в корпуса на самолета, които могат да компрометират неговия стелт подпис. Ако опашката се окаже необходима, може да се включи скрита ъглова опашка, подобна на тази на YF-23.
Керамични абсорбиращи радар материали за подобрена стелт и свръхзвукова производителност
Модерните стелт самолети използват радарно-отразяващи конструкции, предназначени да отклоняват електромагнитните вълни далеч от самолета, а не директно обратно към приемника. Но тези конструкции сами по себе си не са достатъчни, за да направят един модерен самолет наистина „невидим“. Те също така са покрити със слоеве от радар-абсорбиращи материали (RAM), които драстично намаляват техните радарни връщания.
Оценено е, че RAM паметта, използвана от съвременните американски изтребители, поглъща над 70-80% от входящата електромагнитна енергия (или радарни вълни). Но също така е скъпо и отнема много време за поддръжка (част от огромните разходи, свързани с експлоатацията на F-22 и F-35). Настоящите материали, поглъщащи радар, също са много податливи на щети, причинени от топлина, което е проблем при свръхзвукови скорости. Всъщност рискът от повреда на абсорбиращия радара материал на опашката на F-35C е ограничил свръхзвуковите способности на самолета до кратки спринтове от под 60 секунди.
Миналата година изследователски екип от Държавния университет на Северна Каролина, ръководен от Chengying „Cheryl“ Xu, обяви разработването на нов материал, поглъщащ радар на основата на керамика, който може да се използва за приложения в тактически изтребители. Твърди се, че тази нова форма на RAM абсорбира още повече електромагнитна енергия (над 90%), като същевременно е водоустойчива, по-твърда от пясък и може да издържи на температури до 3200 градуса по Фаренхайт. Съвременните поглъщащи радар материали започват да се разпадат при около 480 градуса. Части от SR-71 биха имали температури до 950 градуса, докато летят със скорости над 3 Маха.
Използването на този материал би позволило поддържането на високи свръхзвукови скорости за продължителни периоди от време, като същевременно драстично намалява изискванията за поддръжка за всеки изтребител. В съчетание с другите по-стелт елементи на дизайна на изтребителя, този нов реактивен самолет може да предложи по-добри стелт и характеристики от предишното поколение изтребители.
Радар с многофункционална радиочестотна система (MFRFS)
Днес е общоприето, че радарната система за управление на огъня AN/APG-81 на Northrop Grumman с активна електронно сканирана решетка (AESA), открита в F-35 Joint Strike Fighter, е най-способната в света. Тази система осигурява на F-35 несравнима ситуационна осведоменост, но което е важно, също така носи необходимата мощност, за да бъде използвана като част от пакета за електронна война на самолета, което прави F-35 единственият атакуващ самолет в американския арсенал, който може да поддържа своя собствен EW операции.
Въпреки това, колкото и мощен да е радарът AESA на F-35, нова система, която се разработва в сътрудничество между Обединеното кралство и Япония за съответните програми за изтребители от 6-то поколение на всяка нация, обещава да взриви дори възможностите му от водата.
Подобно на съществуващите радари AESA, които замениха монтираните на носа радарни антени със стотици малки радарни модули, тази нова система (която се разработва под името Jaguar) се очаква да увеличи броя на процесорите на модул, като същевременно намали влошаването на сигнала чрез преобразуване на входящите сигнали в данни по-близо до точката на приемане. Това изречение може да е хапка, но е и голяма работа.
Това в крайна сметка означава, че тази система ще може да абсорбира и обработва до 10 000 пъти повече данни от съществуващите радарни системи. Според твърдения, направени от Кралските военновъздушни сили през 2020 г., тази система ще обработва толкова много данни в секунда, че може да управлява използването на интернет в цял град.
Подобрена система за разпределена апертура (DAS) за още по-добра осведоменост за ситуацията
През 2018 г. Raytheon пое производството на системата AN/AAQ-37 DAS от Northrop Grumman, осигуряваща подобрена прецизност на изображението и свързване на различни емисии, а изтребителят от следващо поколение ще трябва да отиде още по-далеч в тази посока. Няма настоящи публично оповестени програми за разработване на подобрена DAS система, но тъй като изминаха четири години от последната актуализация на DAS, логично е, че подобрената изчислителна мощност и конструкцията на сензора биха могли да осигурят нов боец с още по-добра ситуационна осведоменост от сегашната „Куотърбек на небето“ F-35.
Модулна софтуерна и хардуерна архитектура
Сдвояването на дронове ще даде възможност за лесни промени в хардуера на мисията (повече за това по-късно), но и самолетът с екипаж, и самолетът с безпилотен самолет, участващи в нашата нова изтребителна програма, ще трябва да възприемат модулен подход към хардуера и софтуер. Модулната конструкция ще позволи разнообразни конструкции на корпуса на самолета за споделяне на системи, намалявайки разходите за разработка и тестване навсякъде, както и разходите за поддръжка, след като бъдат пуснати в експлоатация.
Модулната дизайнерска архитектура позволява по-чести актуализации на по-ниски ценови точки от сегашните дизайни на изтребители. Но важното е, че софтуерът на самолета трябва да бъде проектиран така, че да поеме тези промени, за да се възползва напълно от подхода на модулната конструкция.
Този въпрос беше засегнат от началника на щаба на военновъздушните сили генерал Си Кю Браун миналата седмица, когато той подчерта как системите за мисии на NGAD ще бъдат напълно независими от софтуера за управление на полета на самолета. В изтребителите от предишно поколение контролът на полета и системите за мисия бяха преплетени, което означаваше, че всяка промяна в системите за мисия ще изисква скъпо и продължително тестване на полетните системи, за да се гарантира, че промените не компрометират безопасността или бойните способности на самолета. Чрез разделянето на тези две системи могат да се направят промени в системите за мисия на самолета, без това да повлияе на основните функции на самолета.
Този модулен подход към хардуера и софтуера ще позволи бързо внедряване на нови технологии, разработени от по-голямо разнообразие от фирми, стига да отговарят на стандартните изисквания за годност.
Асортимент от взаимозаменяеми, изключително способни водачи на дронове
Отдавна се разбира, че програмата NGAD не работи за пускането на един самолет, а по-скоро за „семейство от системи“, което ще включва поддържащи UAV (безпилотни летателни апарати). Въпреки че евтините (възможни за приписване) дронове като XQ-58A Valkyrie могат да се окажат много ефективни в тази роля, аз бих бил по-склонен да се облегна на изявления, направени от министъра на военновъздушните сили Франк Кендъл по-рано тази година, където той твърди, че целта цената за NGAD и пилотите на безпилотните самолети на B-21 би била около половината от цената на самолета с екипаж. С оценките на разходите в момента възлизат на около 200 милиона долара на изтребител за NGAD, което определя цената на единица дрон на около 100 милиона долара.
100 милиона долара са повече от цената на един F-35A днес, което означава, че тези помощни самолети трябва да могат да предложат подобни стелт способности на съществуващите изтребители на Америка, без да надхвърлят бюджета. Тези дронове трябва да споделят възможно най-много общи черти по отношение на системите за контрол и компонентите на тялото в интерес на поддържането на ниски разходи за производство и поддръжка, като същевременно предлагат много различни полезни товари.
Трябва да бъдат разработени най-малко три повторения на тези водачи на дронове, с дизайн за всяка от тези специалности:
Дронът за въздушна борба ще носи комбинация от разработваната от Lockheed Martin ракета въздух-въздух с голям обсег на действие AIM-260 JATM или оръжието Raytheon Long-Range Engagement Weapon (LREW), заедно с редица ракети Raytheon Peregrine . Peregrine са с ниска цена и заемат много по-малко място от AIM-9X, които в момента се използват, въпреки че предлагат подобни възможности. Надземният боен дрон ще трябва да може да носи голямо разнообразие от боеприпаси въздух-земя и против кораби, включително AGM-179 JAGM, новата радарна ловна ракета AARGM-ER и AGM-158C LRASM (Противокорабна ракета с голям обсег).
Сензорът и самолетът за EW ще носят радара за управление на огъня AN/APG-81 Active Electronically Scanned Array (AESA), който в момента се намира във F-35, както и хардуер от капсулите Jammer от следващо поколение, които се разработват за EA -18G Growler за задачи по електронна война. Ако се окаже твърде скъпо или тежко да се оборудват въздушните и наземните бойни дронове с AN/APG-81, много по-леката и евтина базирана на галиев нитрид AESA на Raytheon ще бъде подходящ резерв. Включването на радар за контрол на огъня във всеки дрон би било осъществимо на висока цена и би гарантирало изпълнение на мисията, дори когато дроновете са били изгубени в битка.
Различните специализирани дизайни биха позволили на пилотите да променят натоварването за мисия чрез просто размяна на сдвоени дронове, добавяне на въздушен бой, наземен бой или EW способности, според необходимостта въз основа на параметрите на мисията. Тези дронове ще вземат подсказки от пилота чрез Skyborg или подобна система, използвайки изкуствен интелект за изпълнение на сложни команди, получени чрез криптирана връзка за данни с пилота.
Холографски и противоракетни мерки с насочена енергия
Не е ясно дали новите двигатели с адаптивен цикъл могат или не да осигурят необходимата мощност за усъвършенствани противодействия на самолети като тези, обсъдени по-долу. Въпреки това изглежда съвсем сигурно, че тези технологии са предназначени за приложения във въздуха в недалечното бъдеще.
Дори и с подобрен стелт, този нов изтребител все още ще се сблъсква със заплахи от вражески ракети, независимо дали са изстреляни от други самолети или наземни ракети-носители, особено след като все по-усъвършенствани многостатични радари и оръжия за инфрачервено насочване продължават да се появяват онлайн. За да се осигури оцеляване в оспорваното въздушно пространство над бойните зони от 21-ви век, новият американски изтребител ще се нуждае от усъвършенствани противодействия, за да подсили най-новите системи за разсейване и изстрелване, които вече се използват.
Първата от тези системи може да бъде насочено енергийно оръжие или лазери, които могат да прегреят входящите ракети, докато детонират или са твърде повредени, за да се приближат до целите си. Тези системи се разработват от десетилетия, като програмата за самозащита на високоенергийни лазерни демонстратори (SHiELD) на Изследователската лаборатория на военновъздушните сили създава най-вероятния вариант. Той успешно свали няколко ракети с въздушно изстрелване по време на наземни тестове през 2019 г. и се очаква да започне тестване на полети през 2024 г. Усилията на SHIELD бяха фокусирани върху съдържащи се в контейнери лазерни защитни системи, но самата система ще бъде интегрирана в фюзелажа на нашия нов изтребител.
Друга по-малко известна система, която ще бъде стандартна в нашия нов изтребител, идва под формата на патент от ВМС от 2018 г. с особено несекси заглавие „Система и метод за лазерно индуцирана плазма за противодействие на инфрачервени самонасочващи се ракети“. Тази технология проектира „лазерно индуцирани плазмени нишки“, които са основно плазмени холограми, които могат да възпроизвеждат инфрачервената сигнатура на самолет на стотици метри, обърквайки пристигащите топлинно насочващи се ракети.
Въпреки че този патент е подаден преди четири години, в момента няма публично оповестени усилия за разработване и прилагане на тази система за приложения в самолети... но тъй като тази технология вече е демонстрирана в по-малки мащаби, изглежда осъществимо за класифицирана програма, целяща услуга през следващото десетилетие.
NGAD и надпреварата към бъдещето
Ако сте изминали целия път през тази масивна дискусия, вероятно сте добре запознати с поне две неща: първото е, че има невероятно количество работа, свързана с проектирането и внедряването на нов тактически самолет като NGAD, а второто е, че е практически невъзможно да се обобщи това усилие в една статия, без да се рисува с някои много широки щрихи.
Съединените щати са водещи в света във военните авиационни технологии от самото начало на самата авиация. Първият военен самолет в света, Wright Military Flyer от 1909 г., е принадлежал на Сигналния корпус на армията на САЩ. По-малко от четири десетилетия по-късно капитанът от военновъздушните сили на САЩ Чарлз „Чък“ Йегър стана първият човек, пилотирал самолет отвъд звуковата бариера, а само 14 години след това X-15 на майор от военновъздушните сили Робърт Уайт счупи хиперзвуковата< /em> бариера, превишаваща Mach 6. През 1981 г. F-117 Nighthawk постави началото на стелт революцията, която промени самия подход на Америка към въздушните бойни операции, като обхващащият целия свят B-2 Spirit го последва само осем години по-късно. .
Художествена концепция NGAD от Northrop Grumman.
След това, през 1997 г., F-22 Raptor за първи път полетя, предлагайки толкова невероятни нови възможности, че се превърна в архетип за изцяло ново поколение изтребители, които все още, около 24 години по-късно, до голяма степен не успяват да достигнат нивото си на способност.
И когато приключваме с края на това десетилетие, американските програми NGAD и FA-XX имат реалния потенциал да променят играта отново. Ако успеят да отговорят на рекламата, шансовете са добри да включат някои от революционните технологии, изброени по-горе. Или поне биха го направили, ако аз бях начело...
Алекс Холингс е писател, баща и ветеран от морската пехота, който специализира в анализа на външната политика и отбранителните технологии. Притежава магистърска степен по комуникации от Southern New Hampshire University, както и бакалавърска степен по корпоративни и организационни комуникации от Framingham State University. Това се появи за първи път в новините на SandBoxx.
