Technologie stealth. Jak działa sekret niewidzialności?

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.

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 trudnowykrywalne 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Digest • Bayou Renaissance Man • Militaria • Popular Science 5/1997 • Ministerstwo Obrony Narodowej • Global Security