Engleski naziv “stealth” označuje sve postupke koji dovode do smanjenja optičkog, akustičkog, termičkog i radarskog potpisa nekog objekta. Kod nas je uobičajeno takve objekte nazivati “nevidljivim”, no to je pogrešno zato što se tim tehnikama tek smanjuje jedan od potpisa, ali nikad se ne može potpuno eliminirati

 

Počeci razvoja tehnologija niske zamjetljivosti sežu u Prvi svjetski rat. S obzirom na tadašnju tehnološku razinu (radar je tek trebao biti razvijen), naglasak je bio stavljen na smanjenje optičkog potpisa aviona. Još 1912. njemački su projektanti pokušali izgraditi transparentne (prozirne) avione koje bi bilo teško vizualno otkriti u zraku. Klasičnu drvenu konstrukciju (obojenu svjetloplavo) prevukli su prozirnim materijalom na bazi celuloze (celulozni acetat), čime su pokušali smanjiti siluetu aviona. Testiranja su pokazala da je takav avion bilo vrlo teško otkriti ako je letio na visinama većim od 270 metara, posebno ako ga se pokušavalo uočiti sa zemlje.

Tijekom rata rađeni su pokusi s lovačkim avionom jednokrilcem vrlo malih dimenzija Fokker E.III te izvidničkim Albatrosom C.I. Jedini namjenski projektiran avion niske zamjetljivosti bio je teški bombarder Linke-Hofmann R.I (izgrađena su četiri). Letna testiranja tih aviona pokazala su da celulozni materijal uvelike odbija Sunčeve zrake pa se avione pod određenim kutovima moglo zamijetiti na velikim udaljenostima. “Nevidljivost” je bila učinkovitija pri oblačnom vremenu ili noću. Znatno veći nedostatak bio je materijal od kojeg su izgrađeni, celulozni acetat, iznimno neotporan na vremenske uvjete, u prvom redu Sunčeve zrake i niske temperature. Zbog toga nije bio primjeren za oplatu aviona, posebno krila: perforacijom bi dolazilo do gubljenja profila krila i uzgona što bi u konačnici moglo dovesti do pada aviona. Kao puno pouzdanija metoda, iako manje učinkovita, pokazala se uporaba maskirnih shema za izvidničke avione i bombardere.

 

Ružičasti suton
Zanimljivo je da je sovjetsko zrakoplovstvo tijekom dvadesetih i početkom tridesetih godina nastavilo razvijati njemačku ideju. Na osnovi Jakovljeva AIR-4 nastao je Kozlov PS (PS = ПC, Прозрачный Самолет, tj. prozirni avion), poznat i kao nevidljivi avion. Na eksperimentalnom je PS-u prozirnim materijalom rodoidom presvučen samo dio trupa iza pilotskog sjedala, uključujući i rep. Letna testiranja pokazala su da rodoid povećava vidno polje pilota, ali bitno ne smanjuje mogućnost otkrivanja aviona u zraku. Na tim je osnovama Sergej Grigorjevič Kozlov (1894. – 1963.), predložio projekt izvidničkog aviona koji nikad nije prihvaćen. Osnovni razlog bio je što se rodoid morao uvoziti iz Francuske i bio je vrlo skup. Drugi je razlog bio što je zbog utjecaja Sunca, prašine i ulja iz motora vrlo brzo tamnio te nakon samo nekoliko tjedana uporabe više ne bi bio proziran.

Između dvaju svjetskih ratova projektanti aviona natjecali su se ponajviše u povećanju brzine. Ona je tijekom dvadesetih i do sredine tridesetih godina isključivo postizana ugradnjom sve jačih motora. Nakon toga počinje se sve više razmišljati i o aerodinamici, tj. smanjenju otpora zraka.

Sve veće brzine donosile su sve veća aerodinamička opterećenja pa je kombinacija drva i platna do početka Drugog svjetskog rata uglavnom zamijenjena metalom, a najviše je korišten laki aluminij. Doba prozirnih aviona definitivno je završilo i sve do danas pokušaji smanjenja optičkog potpisa aviona isključivo se svode na uporabu različitih maskirnih shema. Najzanimljivija je svakako bila britanska “invisible pink” (nevidljiva ružičasta), kojom su tijekom Drugog svjetskog rata premazivani izvidnički Spitfirei. Ružičasta se pokazala odličnom bojom kad su avioni djelovali u zoru, tijekom sutona i neposredno ispod niske naoblake.

Zasad se ni za avione 6. generacije ne najavljuje mogućnost uporabe materijala koji bi omogućili stapanje s pozadinom te smanjenje optičkog potpisa.

 

Ratni gramofon
Tijekom Prvog svjetskog rata jedini je način uočavanja protivničkih zrakoplova na većim udaljenostima bilo osluškivanje. Iako su korišteni relativno mali i slabi motori, njihov je akustički potpis bio dostatan da ga se otkrije kilometrima daleko. Zbog toga su i razvijeni specijalni uređaji prvotno nazvani rogovi, a potom akustički lokatori. Prvi takav uređaj izradio je Britanac Alfred Rawlinson (1867. – 1934.), koji je tijekom 1916. zapovijedao pokretnom protuzračnom topničkom bitnicom na istočnoj obali Engleske. Njihova je primarna zadaća bilo obaranje njemačkih cepelina koji su u ratu korišteni kao strateški bombarderi, no njihovo otkrivanje tijekom lošeg vremena i noću bilo je vrlo teško. Kako bi riješio taj problem, Rawlinson je odlučio uporabiti dva zvučnika s gramofona na navijanje koje je postavio na okretni nosač. Testiranja su pokazala da nekoliko takvih naprava može dati prilično točnu poziciju cepelina, omogućujući upravljanje svjetla reflektora i topničke paljbe prema njima.

Britanske oružane snage ubrzo su razvile nekoliko namjenski proizvedenih modela akustičkih lokatora s još boljim mogućnostima otkrivanja te ih koristile do kraja rata. Znatan napredak postignut je ugradnjom mikrofona koji su omogućavali dodatno pojačanje zvuka. Neposredno prije Drugog svjetskog rata njemački akustički lokatori bili su sposobni otkriti protivnički lovački avion na udaljenosti većoj od pet i teški bombarder na udaljenosti od oko 12 km. Pritom je preciznost određivanja položaja cilja bila oko dva stupnja po pravcu. Iako je njihov razvoj obustavljen usavršavanjem radara, u borbenoj su uporabi ostali do kraja Drugog svjetskog rata.

Mreža motritelja
Sve jači motori donosili su povećanje brzine i operativne visine letenja, a kod bombardera i povećanje korisne nosivosti. No, donijeli su i sve veću buku. Zanimljivo je da do kraja Drugog svjetskog rata niti jedna od zaraćenih strana nije ni pomišljala učiniti nešto na smanjenju akustičkog potpisa aviona. No, problem nije bio malen. Luftwaffe je tijekom zračne Bitke za Britaniju 1940. godine vrlo ograničeno napadao britanske radarske instalacije iako ih, kao velik i nepokretan cilj, nije bilo teško uništiti. Jedan od razloga bio je i što su Britanci formirali gustu mrežu motritelja (na više od 1560 pozicija), unutar postrojbe nazvane Royal Observer Corps (ROC). Njihova je zadaća bilo neprestano motrenje zračnog prostora iznad Engleske i Škotske. Motritelji su vrlo brzo otkrili da bez obzira na vremenske uvjete i noću mogu otkriti formacije njemačkih bombardera isključivo se oslanjajući na sluh i prije nego što bi ih mogli vizualno uočiti. Iako se udaljenost otkrivanja bez uporabe akustičkih lokatora svodila na najviše nekoliko kilometara, zbog sporosti bombardera bila je sasvim dostatna. Njemački bombarderi Heinkel He 111 natovareni bombama i gorivom mogli su letjeti krstarećim brzinama od oko 300 km/h. Svaki je bio pokretan dvama motorima Jumo 211 s 12 cilindara, koji su stvarali buku od više stotina decibela. Zbog toga se skupinu od 24 Heinkela moglo čuti s udaljenosti od nekoliko kilometara. Uz uporabu akustičkih lokatora, udaljenost otkrivanja velikih skupina aviona povećavala se na desetke kilometara, otprilike na širinu La Manchea u Doverskim vratima. Danas se uloga radara tijekom Bitke za Britaniju prenaglašava na štetu motritelja ROC-a.

 

Tišina u Vijetnamu
Usprkos razvoju radara, akustički lokatori nisu nestali. Dapače, aktualni su i danas i razvija ih se sve više, no promijenila im se osnovna namjena. Više se ne koriste za otkrivanje aviona, nego za lociranje topničke paljbe i snajpera. Oni najsuvremeniji koriste kombinaciju akustičkih antena (visokoosjetljivih mikrofona) i seizmičkih senzora. Uporabom triju ili više antena te računalnom obradom podataka u vrlo kratkom vremenu precizno se mogu odrediti protivnikovi topnički položaji. Ovisno o kalibru oružja položaji se mogu otkrivati do udaljenosti od 25 km. Za razliku od radarskih sustava jednake namjene, akustički sustavi za otkrivanje paljbe potpuno su pasivni te ih je nemoguće detektirati. Uz isključivo softverske izmjene, jednaki se akustički sustavi mogu koristiti i za otkrivanje niskoletećih helikoptera, pa čak i kad se nalaze iza prirodnih ili umjetnih zaklona te ih je nemoguće otkriti radarom ili elektrooptičkim sustavima. Talijanski Leonardo uspješno prodaje sustav HALO (Hostile Artillery LOcating), a francuski Thales sustave SMAD i BASS. Ruska tvrtka Roselektronika razvila je akustičko-termički sustav Penicilin.

Problematikom smanjenja akustičkog potpisa aviona ozbiljnije će se pozabaviti tek američka tvrtka Lockheed na lakom izvidničkom avionu YO-3 Quiet Star. Američko ratno zrakoplovstvo objavilo je krajem šezdesetih specifikaciju za laki izvidnički avion koji će moći neprimjetno izviđati nad Vijetnamom. Tražen je akustički potpis dostatno smanjen da se avion ne može otkriti po njemu ni kad leti na visini od samo 1200 stopa (355 m) tijekom noći. YO-3 zapravo je motorna jedrilica (kao osnova uzeta je jedrilica Schweizer SGS 2-32), opremljena Continentalovim klipnim motorom IO-360D snage 157 kW (210 KS). Kako bi se buka motora što više smanjila, ugrađen je poseban ispušni sustav Asymmetrical Exhaust System, koji se protezao po desnom boku aviona. Posadu su činili pilot i motritelj, koji su sjedili jedan kraj drugog kako bi motritelj imao što bolji pregled iz kabine. Ukupno je izgrađeno 11 aviona Quiet Star, a devet ih je operativno djelovalo u Vijetnamu. Kako je avion bio opremljen jednostavnom trokrakom drvenom elisom, najveća brzina leta bila je tek 166 km/h. Uobičajena tiha krstareća brzina bila je oko 130 km/h, no po potrebi se mogla smanjiti na samo 104 km/h. Pokazao se iznimno učinkovit u praćenju kretanja protivničkih snaga i navođenju aviona na njih, a korišten je i kao avion za korekciju topničke paljbe. Avioni Quiet Star borbeno su djelovali 14 mjeseci tijekom 1970. i 1971., a niti jedan nije oboren.

 

Lopatice i buka
Projektanti borbenih aviona ne pridaju važnost smanjenju buke, no projektanti helikoptera itekako paze na nju. To se prije svega odnosi na izvidničke i jurišne helikoptere. Razlog je u tome što oni tijekom borbenih djelovanja lete nisko i vrlo nisko malim brzinama, najčešće od 200 do 350 km/h, pa su zahvalna meta za protuzračno topništvo, kao i za teške strojnice. Piloti zato tijekom borbenih djelovanja lete koristeći zaklone kao što su šume, visoke zgrade ili brdoviti teren, pri čemu je visoka razina buke iznimno negativan faktor koji može otkriti njihovu prisutnost nad bojištem.

Helikopteri stvaraju buku iz više izvora, prije svega turbovratilnih motora, koji ujedno daju i velik termički potpis. Uz njih ide i transmisija, koja prenosi snagu s motora na rotore pa je znatan izvor i buke i vibracija koje se prenose kroz trup i posljedično stvaraju dodatnu buku. Još su jedan izvor buke nosivi i repni rotor. Helikopteri (posebno izvidnički), mogu tijekom borbenih djelovanja učestalo mijenjati režim leta iz horizontalnog u lebdjenje i obratno. Pritom se stvaraju različite vrste buke što projektantima dodatno otežava rad. Za vrijeme lebdjenja i pri malom opterećenju motora nosivi i repni rotor stvaraju buku širokog spektra, tzv. bijeli šum. Tako se naziva jer zvuk koji stvara turbulentni zrak i zvuk stvoren vrtloženjem strujnica nemaju jednaku frekvenciju, što je slično bijeloj svjetlosti koja u sebi sadrži sve frekvencije ili boje spektra. Pritom je frekvencija buke prolazeće lopatice viša što je broj okretaja rotora i broj lopatica veći. Naime, ljudsko uho osjetljivije je na više nego na niže frekvencije. Može se tako dogoditi da repni rotor malog promjera s četirima lopaticama koje se okreću relativno brzo stvara veću buku od sporije rotirajućeg nosećeg rotora s dvjema lopaticama iako kroz njega prolazi manja količina zraka. Kod horizontalnog leta javlja se impulsna buka lopatica (“blade slap”), koja ovisi o brzini okretanja rotora. Do znatnog povećanja razine buke dolazi i pri manevrima helikoptera u letu bez obzira na brzinu, kad lopatica nosivog rotora uđe u vrtložnu struju zraka nastalu prolaskom prethodne lopatice. Piloti helikoptera tijekom borbenih zadaća moraju stoga paziti na puno više parametara leta nego piloti aviona.

 

Fenestron i koaksijalni rotori
Smanjenje akustičkog potpisa na helikopterima postiže se na više načina. Prvi je smanjenje buke pogonskog sklopa, prije svega turbovratilnih motora, ali i vibracija u transmisiji. Drugi je način optimizacija nosivog rotora, prije svega lopatica. Smanjenje vibracija (te posljedično buke), postiže se lopaticama od vrlo čvrstih materijala, u pravilu kompozita. Daljnje smanjenje buke nosivog rotora može se postići promjenom geometrije lopatica, brzine vrha lopatice te broja krakova.

Najveći su izvor buke nosivog rotora vrhovi lopatica, koji se tijekom brze vrtnje približavaju kritičnom Machovu broju. Promjenom broja krakova može se utjecati na razinu buke u uvjetima male brzine i lebdjenja, gdje rotor s više krakova, npr. pet, ima nižu razinu buke, dok rotori s manje krakova, npr. tri, imaju prednost u smanjenju buke pri horizontalnom preletu i polijetanju u odnosu na rotore s više krakova.

Šezdesetih godina smanjenje buke na helikopterima pokušavalo se postići ugradnjom repnog rotora tipa fenestron. Uz smanjenje buke, prednost je fenestrona i povećana otpornost na oštećenja. S druge strane, u odnosu na klasični repni rotor fenestroni su manje učinkoviti. Jedan je od prvih helikoptera s fenestronom francuski Gazelle. Danas fenestrone uglavnom koristi tvrtka Airbus Helicopters SAS (nekadašnji Eurocopter Group). Međutim, njezin jurišni helikopter Tiger ima klasični repni rotor koji mu omogućuje veću pokretljivost.

S druge strane, izvidničko-borbeni helikopter RAH-66 Comanche, koji su razvijale američke tvrtke Boeing i Sikorsky, imao je ugrađen fenestron. S obzirom na to da je Comanche trebao, među ostalim, imati i smanjen radarski potpis, odabir je pao na to tehničko rješenje. Program je ipak otkazan (opširnije u tekstu Prizemljeni Komanči, HV 586).

Zanimljivo će biti vidjeti kako su projektanti tvrtki Boeing i Sikorsky riješili problem buke kod transportnog helikoptera Defiant. Trebao bi koristiti potpuno novu konfiguraciju s koaksijalnim nosivim rotorom (dvije elise smještene jedna iznad druge), te potisni repni rotor. Koaksijalni rotori imaju puno prednosti. Najveća je da pri jednakoj snazi motora omogućuju puno veću nosivost i brzinu. No, imaju i nedostatke, među kojima je povećanje razine buke. Jedan je od razloga uporaba dviju glavnih elisa koje same po sebi stvaraju buku. Drugi je razlog što u određenim režimima leta strujanje zraka gornje elise nailazi na krakove elise koja se kreće u suprotnom smjeru. Iako taj efekt povećava iskoristivost donje elise, povećava i razinu buke.

 

Termički potpis
Svako tijelo koje je toplije od apsolutne nule (nula kelvina) ima termički potpis. Međutim, za otkrivanje zrakoplova taj se potpis počeo koristiti kasno, tek s razvitkom posebnih elektroničkih kamera sposobnih zamijetiti temperaturu. Prvi pokušaj razvoja infracrvene kamere pokrenuo je 1929. godine Mađar Kálmán Tihanyi (1897. –1947.). Njegova ideja bila je uporaba kamere unutar sustava protuzračne obrane. Prvu IC kameru koja je uspješno radila proizvela je 1947. godine američka tvrtka Texas Instruments. Prvi operativni projektil zrak-zrak s infracrvenim sustavom samonavođenja AIM-4 Falcon razvila je američka tvrtka Hughes Aircraft Company. Danas su IC senzori i termovizijske kamere sastavni dio suvremenih elektrooptičkih motrilačkih i ciljničkih sustava.

Spomenuti sustavi motrenja rade na načelu da svako tijelo u svemiru ima određenu razinu toplinskog zračenja. Infracrveno zračenje dio je spektra elektromagnetskog zračenja valne duljine od 0,77 do 1000 μm. Rana testiranja pokazala su da je za vojnu uporabu, posebno za termički samonavođene projektile, najbolje koristiti raspone zračenja između 3 i 5 te 8 i 12 μm. Izvan tog spektra atmosferski uvjeti imaju prevelik utjecaj na slabljenje intenziteta zračenja. Zbog toplinski navođenih projektila čiji su senzori osjetljivi na određeni spektar infracrvenog zračenja koristi se izraz infracrveni potpis te infracrveni samonavođeni projektil. Raspon infracrvenog zračenja od 0,77 do 1000 μm podijeljen je na tri dijela: kratkovalno (od 0,7 do 1,5 μm), srednjevalno (od 1,5 do 6 μm) i dugovalno (od 7 do 14 μm).

Današnja razina tehnologije ne omogućuje projektiranje i izradu letjelice bez termičkog potpisa, tj. one čija se temperatura ne bi mogla detektirati termovizijskim kamerama. To posebno vrijedi za zrakoplove koji za let koriste vlastiti pogon. Čak bi i zrakoplov na ljudski pogon emitirao priličnu razinu IC zračenja jer bi se ljudsko tijelo zbog napora jako zagrijavalo. Svi trenutačno dostupni pogonski sustavi za zrakoplove (klipni, mlazni i električni motori), tijekom rada stvaraju veliku količinu topline. Trenutačno najnapredniji klipni benzinski (Ottovi) motori u snagu uspijevaju pretvoriti tek oko 36 % utrošene energije goriva, a ostalo se pretvara u toplinu.

Vrući mlazni avioni
Turbomlazni motori još su veći izvori toplinskog zračenja, a razlog je u načinu djelovanja. Kod turbomlaznog motora dovodi se u komore za izgaranje kroz usisnik velika količina zraka stlačena kompresorom. Kompresor pokreće plinska turbina, za čiji se pogon koristi mlaz izgorjelih plinova na izlazu iz komore za izgaranje. Stlačeni zrak miješa se u komorama za izgaranje s tekućim gorivom, obično petrolejom (kerozinom) potrebne kakvoće, koje se u komoru raspršuje brizgaljkama. Smjesa goriva i zraka pali se na početku rada motora električnom iskrom, a potom se, zbog visoke temperature koja se razvija u komori za izgaranje, pali sama. Što je temperatura izgaranja smjese goriva i zraka viša, bolja je iskoristivost motora. Zbog toga kod najsuvremenijih turbomlaznih motora temperatura u komorama za izgaranje premašuje 2000 Celzijevih stupnjeva. S obzirom na to da ni najsuvremeniji materijali (sve se češće koristi iznimno otporna keramika), ne mogu dugotrajno izdržati tako visoku temperaturu, koriste se sustavi hlađenja komora za izgaranje i lopatica turbine.

Ovisno o temperaturi postignutoj u komorama za izgaranje, izlazna temperatura plinova na mlaznici kreće se od 850 do 1700 Celzijevih stupnjeva. Temperatura ispušnih plinova konstantna je, no s povećanjem snage motora povećava se njihova količina. Zbog toga se avioni na mlazni pogon mogu termovizijom uočiti na velikim udaljenostima. Taj je problem posebno izražen kod aviona sa smanjenim radarskim potpisom jer im termički potpis kvari “nevidljivost”. Zanimljivo je da su projektanti tvrtki Northrop i McDonnell Douglas na prototipovima aviona YF-23 taj problem pokušali riješiti uvlačenjem mlaznica turboventilatorskih motora nad stražnji dio trupa. Ispušni bi plinovi zbog toga prvo išli preko pločica izrađenih od materijala otpornog na vrlo visoke temperature te se miješali s hladnim zrakom i tako se hladili. Na taj su način projektanti pokušali znatno smanjiti termički potpis, posebno s donje polusfere. Projektanti YF-22 (iz kojeg je razvijen F-22A Raptor), nisu se previše zamarali termičkim potpisom, nego su ugradili mlaznice s vektorizacijom potiska kako bi povećali pokretljivost aviona u bliskoj zračnoj borbi.

Prvi borbeni avion kod kojeg su projektanti uspjeli bitno smanjiti termički potpis bio je Lockheedov jurišnik F-117A Nighthawk. To je ostvareno ugradnjom dvaju General Electricovih turboventilatorskih motora F404-F1D2 bez sustava za naknadno izgaranje. No, i bez njih bi F404 davali prevelik termički potpis, koji bi omogućavao otkrivanje aviona na velikim udaljenostima. Stoga su projektanti umjesto uobičajenih okruglih uporabili mlaznice u obliku tankog proreza. Pritom su iskoristili termičku pojavu da se plinovi širenjem hlade. S gornje strane trupa iznad svake mlaznice ugrađen je po usisnik hladnog zraka koji se miješao s ispušnim plinovima neposredno prije izlaska iz mlaznica. Na taj su se način ispušni plinovi dostatno hladili da se termički potpis F-117A spusti na prihvatljivu razinu. Rezultat je smanjenje učinkovitosti motora, no kako je Nighthawk bio projektiran za letenje visokim podzvučnim brzinama, to nije bio problem.

Zaostatak 4. generacije
I jurišnik F-117A i bombarder B-2A Spirit projektirani su za letenje visokim podzvučnim brzinama. Jedan je od razloga i činjenica da s povećanjem brzine leta dolazi do jakog zagrijavanja oplate aviona. Infracrveni senzori i termovizije koji rade u dugovalnom infracrvenom spektru (od 7 do 14 μm), mogu otkriti tako zagrijanu oplatu aviona na velikim udaljenostima iz svih kutova. Taj nedostatak nije riješen ni kod najsuvremenijih borbenih aviona F-22 i F-35 te ih se, zbog zagrijavanja oplate, može otkriti i pratiti na velikim udaljenostima ako lete nadzvučnim brzinama.

Zbog toga, kako bi što više smanjili tehnološki zaostatak, gotovo svi višenamjenski borbeni avioni 4. generacije imaju ugrađene elektrooptičke sustave motrenja poznate pod pokratom IRST (InfraRed Search and Track). U pravilu se postavljaju neposredno ispred pilotske kabine s gornje strane nosa. Učinkovitost IRST-a raste s povećanjem visine leta i, posljedično, padom temperature zraka. Iako se na velikim visinama smanjuje gustoća zraka pa je trenje pri velikim brzinama manje, a sukladno tome i zagrijavanje oplate aviona, temperatura ispušnih plinova iz turbomlaznih motora konstantno je vrlo visoka. Ovisno o temperaturi okoliša i termičkom potpisu cilja, mogu ga otkrivati na vrlo velikim udaljenostima. Iz prednje polusfere najsuvremeniji IRST sustavi otkrivaju ciljeve veličine lovačkog aviona koji lete visokim podzvučnim brzinama na udaljenosti od najmanje 50 kilometara. Iz stražnje polusfere, iz koje se vide zagrijane mlaznice motora, zona otkrivanja udvostručuje se. Iako sastavni dio IRST sustava može biti i laserski daljinomjer, u pravilu su potpuno pasivni što znači da ne otkrivaju poziciju aviona na koji su ugrađeni.

(nastavlja se)

Mario GALIĆ