Technologie stealth. Jak działa sekret niewidzialności?

Samoloty F-117 - jeden z symboli technologii stealth (Fot. Sodahead.com)

Samoloty F-117 - jeden z symboli technologii stealth (Fot. Sodahead.com)

Niewidzialność to jedno z odwiecznych marzeń ludzkości. To, co w dawnych baśniach osiągano za pomocą magicznych pierścieni czy czapek niewidek, a całkiem niedawno zaserwowano nam w postaci Predatora, staje się możliwe dzięki nauce. Jak działają technologie stealth?

Niewidzialność? Na razie nieosiągalna

Termin "stealth" jest stosowany zazwyczaj w odniesieniu do nowoczesnych samolotów i wykrywania ich przez radary, jednak jest to pojęcie znacznie szersze. Dotyczy technologii pozwalających na ukrycie różnych obiektów zarówno przed wzrokiem, jak i przed różnymi urządzeniami wykorzystującymi fale radarowe czy termowizję.

Nawet predator nie był całkowicie niewidzialny

Warto przy tym zaznaczyć, że powszechnie stosowane określenie „niewidzialny”, będące dosłownym tłumaczeniem słowa „stealth”, jak również „niewykrywalny dla radarów” nie jest poprawne. Takich samolotów czy innych pojazdów na razie po prostu nie ma. Istnieją za to maszyny trudno wykrywalne i to właśnie w ich kontekście mówi się zazwyczaj o technologiach stealth.

No właśnie – technologiach, a nie technologii. Nie ma uniwersalnej metody, pozwalającej na uniknięcie wykrycia, a stosowane rozwiązania zależą od tego, przed czym chcemy się ukryć.

Jak działa kamuflaż?

Wojsko mniej więcej od początku XX wieku zwraca uwagę na to, by oszukać ludzkie oczy, niekiedy wspomagane różnymi lornetkami czy lunetami (wcześniej wyruszano do walki np. w czerwonych kurtkach, świetnie sprawdzających się w roli znacznika celu). Choć mogłoby się wydawać, że cała sztuka polega na pomalowaniu maskowanego obiektu na zielono i obłożeniu go gałęziami, to mechanizmy, dzięki którym kamuflaż jest skuteczny, są nieco bardziej skomplikowane.

Nie każdy kamuflaż jest równie skuteczny (Fot. Kifaruforums.net)

To, w jaki sposób postrzegamy otoczenie, opiera się, ogólnie rzecz ujmując, na dwóch procesach: widzeniu przestrzennym i widzeniu centralnym. Pierwszy z nich dostarcza ogólnych informacji o otoczeniu, np. pozwalając bez wpatrywania się w każdą z osób, latarni ulicznych czy pojazdów z osobna, poruszać się po chodniku bez stałego wpadania na jakieś przeszkody.

Zobacz również: Gadżetomania.TV: Retro komputery z Pixel Heaven i ich historie

Widzenie centralne pozwala po skupieniu wzroku na jakimś obiekcie rozpoznać jego detale. Stąd np. dzięki widzeniu przestrzennemu nie wejdziemy na przejście dla pieszych, bo kątem oka odruchowo dostrzeżemy, że z lewej strony porusza się coś dużego i czerwonego, a ułamek sekundy później — już w pełni świadomie — skupimy na tym wzrok, rozpoznając markę samochodu i liczbę pasażerów.

Zmniejsz kontrast i rozmyj kontury

Skuteczne maskowanie stara się oszukać oba te procesy. Tak zwany  kamuflaż mimetyczny sprawia, że zamaskowany obiekt z dowolnej odległości nie odróżnia się od tła. Poza specyficznymi warunkami, jak np. jednolite otoczenie w postaci śniegu lub piasku, to trudna sztuka. Wzór, który świetnie maskuje z kilkunastu metrów, z większej odległości może się bowiem zlewać i być widoczny jako kontrastowa plama. Za rozmycie konturów odpowiada natomiast kamuflaż deformujący (szczegółowe informacje na temat kamuflażu znajdziecie np. na tej stronie).

W praktyce oznacza to, że np. w przypadku munduru konieczny jest zarówno układ plam zbliżony do otoczenia, jak i taki rozkład kolorów, by maksymalnie utrudnić rozpoznanie charakterystycznej sylwetki człowieka. Dobrym przykładem łączącym obie te cechy jest np. ghillie suit, z jednej strony wtapiający się w otoczenie, a z drugiej skutecznie rozmywający sylwetkę.

W przypadku umiejętnie dobranego do okoliczności maskowania człowiek w takim stroju jest niemal całkowicie niewykrywalny metodami optycznymi, o ile pozostaje w bezruchu.

Kamuflaż dazzle i słabości naszych oczu

Nie wszystko da się jednak zamaskować w taki sposób. Gdy nie można wtopić się w otoczenie, trzeba sprawić, by obserwator nie mógł rozpoznać i zidentyfikować kształtu. Szansę na to daje kamuflaż deformujący. Jego zadaniem jest nie tyle ukrycie jakiegoś obiektu, co utrudnienie jego rozpoznania.

Okręt z kamuflażem deformującym

Stąd np. szerokie, kontrastowe pasy malowane na okrętach od czasów I wojny światowej, nazywane kamuflażem dazzle — pokryty nimi okręt był widoczny, ale kamuflaż utrudniał rozpoznanie sylwetki czy szybkie zlokalizowanie poszczególnych instalacji i elementów.

O skuteczności kamuflażu dazzle dobitnie świadczy fakt, że może być wykorzystywany również do oszukiwania automatycznych systemów rozpoznawania twarzy. Jego różne warianty znajdziemy m.in. na współczesnych okrętach, samolotach i pojazdach wojskowych.

Projekt Yehudi, czyli schowaj się za światłem

Pomysł, który w latach 40. przebadano w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych w ramach projektu Yehudi, zakładał, że nawet najlepsze malowanie nie zapewni ukrycia w specyficznych warunkach. Przykładem może być np. samolot na tle rozgwieżdżonego nieba. Niezależnie od tego, jak wymyślny kamuflaż na niego naniesiono, uważny obserwator był w stanie zauważyć w nocy poruszającą się na tle nieba ciemną kropkę. Rozwiązaniem okazało się nie zaciemnianie, jak robiono dotychczas w nocy, ale odpowiednie oświetlenie.

Światła maskujące. Schemat i zdjęcia, przedstawiające ich rozmieszczenie na samolocie Grumman TBV Avenger oraz schemat świateł dla samolotu F-4

Dzięki umieszczeniu na kadłubie i skrzydłach kilkunastu świateł zasięg, z jakiego załogi niemieckich U-Bootów mogły wzrokowo wykryć nadlatujący w nocy samolot, spadł z 19 do 3 kilometrów. Mimo obiecujących wyników testów nie zastosowano tego rozwiązania na szerszą skalę, choć testowano je m.in. na samolotach Grumman TBF Avenger i ciężkich bombowcach B-24 Liberator. Kamuflaż w postaci oświetlenia sprawdzał się również w przypadku statków, jednak z jego wdrożenia zrezygnowano, gdy Niemcy zaczęli przegrywać bitwę o Atlantyk.

W późniejszych latach wrócono do tego pomysłu m.in. podczas wojny w Wietnamie, gdzie sposobem na ukrycie samolotów F-4 Phantom, biorących udział w nocnych misjach, było zrobienie z nich latających świątecznych choinek. Dodatkowe oświetlenie zmniejszało dystans wzrokowego wykrycia samolotu o jedną trzecią.

Jak działa radar?

Choć kamuflaż może okazać się bardzo skuteczny, traci na znaczeniu, gdy do wykrywania różnych obiektów stosuje się nie wzrok czy różne urządzenia optyczne, ale radar. Aby zrozumieć, jak działają metody przeciwdziałające wykrywaniu przez to urządzenie, trzeba poznać zasadę funkcjonowania radaru.

Stacja radiolokacyjna P-18, używana również w Polsce pod nazwą Laura (Fot. Wikimedia Commons)

Radar jest odbiornikiem fal radiowych: odbiera fale odbite lub wysyłane przez różne obiekty. W sytuacji gdy sam te fale emituje, nazywany jest radarem aktywnym, a gdy korzysta z fal wysyłanych przez inne źródła, mamy do czynienia z radarem pasywnym. Na bardzo podobnej zasadzie działa sonar, który zamiast fal radiowych korzysta z dobrze rozchodzących się w wodzie fal dźwiękowych.

Wysłane przez radar fale po natrafieniu na jakąś przeszkodę — np. lecący samolot — odbijają się od niego. Analiza tych właśnie odbitych fal pozwala stwierdzić obecność jakiegoś obiektu, zlokalizować go w przestrzeni i — w przypadku radarów trójwspółrzędnych — określić m.in. odległość, azymut, wysokość, a dzięki specyfice odbitego sygnału również prędkość czy nawet rodzaj celu.

Odbijaj i pochłaniaj

Jak można się przed tym bronić? W przypadku samolotów i śmigłowców jednym z rozwiązań chroniących przed częścią radarów naziemnych jest lot na bardzo niskiej wysokości tak, aby rzeźba terenu stanowiła ekran chroniący przed falami radarowymi. Co jednak robić w sytuacji, gdy samolot musi operować na wyższym pułapie? Ratunkiem jest ukształtowanie kadłuba tak, by ograniczyć powierzchnię odbijającą fale emitowane z określonego kierunku - np. z miejsca, do którego leci samolot.

F-117 Nighthawk (Fot. GlobalSecurity.org)

Wadą takiego rozwiązania jest skomplikowany kształt, często na bakier z użytecznością czy aerodynamiką, jak np. w samolocie F-117 Nighthawk. Poza tym fale radarowe, choć nie wracają do źródła sygnału, nie znikają. Wprawdzie konstruktorzy starają się, by jak najwięcej fal odbić w górę, odbity sygnał może zostać odebrany przez stacje radiolokacyjne, rozmieszczone w innym niż nadajnik miejscu. Właśnie z takiej metody skorzystali Serbowie w Kosowie, gdy podczas natowskich nalotów udało się im namierzyć i zestrzelić samolot F-117.

Warto przy tym zauważyć, że "niewykrywalny" samolot został zniszczony za pomocą sprzętu opracowanego jeszcze w latach 60. Inną metodą jest pochłanianie fal radiowych. Służę temu specjalne pokrycia, wykorzystujące bardzo zróżnicowane rozwiązania techniczne: od użycia pierwiastków, których atomy mają dużą liczbę swobodnych elektronów, poprzez warstwy interferencyjne, po warstwy o strukturze tłumiącej fale poprzez ich wielokrotne odbijanie.

Zbudowana w technologii stealth korweta typu Visby (Fot. Wikimedia Commons)

Co istotne, rozwiązania stealth są obecnie szeroko stosowane również podczas budowy okrętów. Współczesne konstrukcje już na pierwszy rzut oka różnią się od swoich poprzedników budowanych kilkadziesiąt lat temu. Nie chodzi tu o eksperymentalne jednostki, jak wycofany ze służby Sea Shadow, ale o liniowe okręty, jak np. szwedzkie korwety typu Visby czy amerykańskie klasy LCS (Littoral Combat Ship). Z pokładów zniknął gąszcz różnych urządzeń i uzbrojenia, a nad okrętami nie widać już wielkich masztów obwieszonych antenami i sprzętem nawigacyjnym.

Zdradzieckie ciepło

Odrębną kwestią jest promieniowanie podczerwone emitowane przez każdy obiekt o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego. Im cieplejszy jest jakiś obiekt, tym więcej promieniowania emituje, co można wykorzystać np. do poszukiwania w nocy żywych ludzi albo do wykrywania samolotu.

Samolot nagrzewa się na skutek tarcia powietrza (Fot. Air Power Focus)

Gdy przed termowizorem chroni się człowiek, kluczową kwestią jest warstwa izolacyjna, pozwalająca ukryć ciepło ciała i oddechu. Podobnie przedstawia się sprawa samolotów i innych maszyn. Konieczna jest izolacja oraz ukrycie pod nią najcieplejszych elementów. Są to zazwyczaj silniki, a szczególnie ich dysze wylotowe. Sposobem na ich ukrycie jest odpowiednie ukształtowanie kadłuba, jak również chłodzenie gazów wyrzucanych z silników. Rozwiązanie to stosuje się — poza samolotami — również na okrętach, w śmigłowcach i różnych pojazdach wojskowych.

Problem w tym, że w roli podniebnych grzejników występują nie tylko silniki. Podczas lotu na skutek tarcia o powietrze do bardzo wysokich temperatur może rozgrzać się powierzchnia płatowca, a zwłaszcza jej niektóre rejony, jak np. miejsce, w którym stateczniki łączą się z kadłubem czy nos samolotu. Zjawisko to można minimalizować, stosując materiały słabo przewodzące ciepło i dopracowując konstrukcję w taki sposób, by ograniczyć opór powietrza.

Trudnowykrywalność wymaga poświęceń

To, co po kilkuzdaniowym opisie wydaje się banalnie proste, sprawia znacznie więcej problemów w praktyce. Dlaczego? Materiały pochłaniające fale radiowe rzadko mogą być wykorzystane jako elementy konstrukcyjne. Oznacza to, że stanowią dodatkowe obciążenie samolotu.

F-22 Raptor - połączenie właściwości stealth z wysokimi osiągami (Fot. Wikimedia Commons)

Właściwości stealth wymagają również odpowiedniego ukształtowania płatowca. Nie sprzyjają im wystające elementy, płaskie, pionowe powierzchnie czy wnęki. Pochodną takich wymagań jest konieczność ukrycia wewnątrz kadłuba całego przenoszonego przez maszynę wyposażenia. Oznacza to, że samolot musi mieć wewnętrzne komory na uzbrojenie i wszelkie instalacje, rosną zatem jego gabaryty i masa, a tym samym wymogi dotyczące wytrzymałości konstrukcji i mocy silników.

Jednocześnie bardzo dużym restrykcjom podlegają same silniki, które muszą być ukryte w obrysie płatowca, a ich wloty powietrza powinny mieć odpowiedni kształt, by osłonić łopatki turbin, co wpływa na efektywność napędu samolotu. Wymagania trudnowykrywalności są bardzo często sprzeczne z wymaganiami stawianymi przez aerodynamikę i funkcjonalność, jednak cechy stealth, w różnym zakresie, są uwzględniane w większości nowoczesnych konstrukcji. Ich skuteczność można ocenić m.in. za pomocą SPO (skutecznej powierzchni odbicia), czyli wskaźnika pokazującego zdolność do odbijania fal radarowych.

Porównanie SPO kilku różnych konstrukcji (Fot. nTW/Defence.pk)

Opracowanie konstrukcji takich jak F-22 Raptor czy opisywany niedawno YF-23 Black Widow II, łączących cechy samolotu przeznaczonego do walki powietrznej z utrudnioną wykrywalnością, wciąż — mimo ciągłego rozwoju technologii — jest bardzo dużym wyzwaniem. Choć prace nad samolotami tego typu trwają m.in. w Rosji (Suchoj T-50), a o trudnowykrywalności maszyn Chengdu J-20 informują również Chiny, jedynym państwem, które wdrożyło taki rodzaj uzbrojenia, pozostają Stany Zjednoczone.

Źródło: Skunk Works DigestBayou Renaissance ManMilitaria • Popular Science 5/1997 • Ministerstwo Obrony NarodowejGlobal Security

Podziel się:

Przeczytaj także:

Ten artykuł nie ma jeszcze komentarzy

Pokaż wszystkie komentarze

Także w kategorii Nauka:

10 niesamowitych faktów na temat piersi Technologiczne mity. Bracia Wright wcale nie byli pierwszymi lotnikami. Kto ich ubiegł? Układ QWERTY i szybkie pisanie. Długa historia technologicznego mitu 24 pechowych wynalazców, których zabiły własne wynalazki 10 okrętów, które wygrały wojnę na morzu. Najciekawsze lotniskowce II wojny światowej 8 najpotężniejszych pancerników, jakie kiedykolwiek pływały po morzach Stalowe monstra. Najdziwniejsze czołgi z pionierskiego okresu rozwoju broni pancernej Gigantyczne bombardy, moździerze i armaty. 9 największych dział, jakie kiedykolwiek zbudowano Najdziwniejsze czołgi i pojazdy wojskowe świata 9 najkrwawszych dyktatorów XX wieku. Nie tylko Hitler i Stalin! Największe bombowce strategiczne II wojny światowej Najbardziej niedocenione czołgi II wojny światowej Ludzkie oko może zobaczyć niewidzialną podczerwień. Jak to możliwe? Pas Van Allena: odkryto niewidzialną tarczę, która chroni Ziemię przed promieniowaniem Szalone wynalazki przyszłości. Wybieramy najlepiej zapowiadającą się innowację Obiekt 2014-28E. Tajemniczy, rosyjski satelita to nowa broń orbitalna? Biologiczny twardy dysk: DNA bakterii jako zapisywalny nośnik danych Adamed SmartUp: w Polsce nie brakuje młodych, utalentowanych ludzi! Słodkich snów, Philae! Koniec misji lądownika. Posłuchajcie, jak śpiewa mu kometa Nieudane lądowanie zmieniło misję Rosetty w wyścig z czasem. Co się tam stało? Nastoletni naukowcy, którzy zmienili świat Lądujemy na komecie! O co chodzi w misji Rosetty i dlaczego wszyscy o niej mówią? Prawie jak „Grawitacja”! Statek kosmiczny uratował stację ISS przed katastrofą Powstały mikroskopijne roboty, które mogą poruszać się wewnątrz ludzkiego ciała

Popularne w tym tygodniu:

Sztuczki sprzedawców, na które musisz uważać