Сергей Левицкий,
доктор технических наук,
профессор
Несмотря на то что программа создания отечественного истребителя 5-го поколения существует, никто конкретно срок первого полета опытного образца не называет. Более того, дискуссия об облике этого летательного аппарата продолжается.

Cоздание истребителя 5-го поколения не просто локальная техническая проблема, занимающая умы узкого круга людей, причастных к военной авиации. От решения этой проблемы зависит престиж России. Клуб стран, способных самостоятельно создать перспективный самолет-истребитель, даже уже, чем восьмерка наиболее экономически развитых государств. И от того, каким получится наш истребитель 5-го поколения, зависит, останется Россия в клубе великих авиационных держав или навсегда покинет его.
Нет худа без добра. Наше отставание от США необходимо использовать для более глубокого изучения зарубежного аналога и более осознанного формирования требований к истребителю, исходя из нужд обороны своей страны. Конъюнктура рынка вооружений и пожелания зарубежных покупателей авиационной техники не должны определять облик нашего национального проекта.
Какими же характеристиками должен обладать отечественный истребитель 5-го поколения, чтобы добиться уверенной победы в воздушном бою с F-22? Очевидно, что реализация худшего проекта просто не имеет смысла! Для ответа на этот вопрос были проведены исследования на основе математического моделирования воздушного боя.
Проведенные исследования показывают, что для гарантированного успеха в ближнем маневренном воздушном бою (БВБ) с истребителем типа F-22, характеризуемого вероятностью победы не менее 0,5 и вероятностью
выживания в бою не менее 0,7, отечественный истребитель 5-го поколения должен иметь следующие технические характеристики:

  • удельную нагрузку на крыло в боевой конфигурации 260 кГ/м2;
  • тяговооруженность на высотно-скоростном режиме вступления в ближний бой не менее 1,4;
  • аэродинамическое качество самолета без внешних подвесок, но с учетом мероприятий по снижению РЛ-заметности не менее 11;
  • самолет должен быть оснащен быстродействующими воздушными тормозами, удваивающими Сх0 при скорости полета, соответствующей числам М < 0,8;
  • максимальная эксплуатационная перегрузка в боевой конфигурации должна быть не менее 9;
  • оптимальное значение угла атаки, используемого при боевом маневрировании, при данном сочетании технических характеристик составляет 18°, что говорит о нецелесообразности использования в бою режимов
    динамического выхода на закритические углы атаки;
  • располагаемый балансировочный коэффициент подъемной силы при угле атаки 18° (при М < 0,8) не менее 1,4;
  • оборудование кабины и системы обеспечения жизнедеятельности летчика должны гарантировать его нормальную работоспособность при непрерывном действии 9-кратной перегрузки в течение не менее 30 с.
  • Последний фактор для истребителей 5-го поколения будет иметь значительно большее значение, чем на самолетах прошлых лет. Это определяется уровнем и продолжительностью действия перегрузки в направлении «голова – таз» летчика, которые прежде всего определяются удельной нагрузкой на крыло. Известно, что данный технический параметр, при совершенствовании истребителей от 3-го поколения к 4-му и далее 5-му, постоянно уменьшался.
    В результате у F-22 он почти вдвое меньше, чем у «Фантома», и составляет 230…240 кГ/м2.
    Как следует из диаграммы (рис. 1) распределение времени действия на летчика перегрузки Δtny — не менее 7 с в течение первого, второго, третьего и четвертого 15-секундных интервалов воздушного боя для истребителей 5-го (J5), 4-го (J4) и 3-го (J3) поколений, соответственно.
    Видно, что на самолете с малой удельной нагрузкой на крыло (J5) время, в течение которого летчик находится под воздействием больших перегрузок, максимально и составляет около 45% времени боя. Поэтому и выигрыш от устранения негативного влияния перегрузки на данном самолете будет наибольший, соответствующий приросту вероятности победы в БВБ 0,1. На истребителе типа J4 суммарное значение Δtny составляет более 30%, поэтому противоперегрузочные мероприятия на данном ЛА будут давать меньший эффект (ΔWП≈0,06).
    На самолете с большой удельной нагрузкой на крыло (J3) величина Δtny минимальна и составляет всего 18% времени ведения боя. Причем половина (49%) от суммарного значения Δtny приходится на первые 15 с маневрирования и поэтому практически не оказывает заметного влияния на работоспособность летчика и эффективность истребителя.
    Анализ результатов моделирования показывает, что в отличие от БВБ с участием J4 бой между истребителями 5-го поколения станет не просто всеракурсным, а преимущественно с атаками на встречно-пересекающихся курсах и пусками управляемых ракет (УР) класса «воздух – воздух» малой дальности преимущественно в переднюю полусферу (ППС).
    На рис. 2 приведена диаграмма распределения величины курсового угла атакующего (q) в момент применения оружия. Для БВБ между истребителями 4Fго поколения характерно примерно равное распределение количества ракетных атак из ППС и задней полусферы (ЗПС) цели, соответственно 47 и 53%. В ближнем воздушном бою между истребителями 5-го поколения количество атак в ППС возрастет до 75%, что усложняет применение вооружения летчику. Это объясняет тот факт, что количество атак в будущих боях сократится примерно
    вдвое. Если истребители J4 за 60 с БВБ успевали в среднем выполнить по две ракетных атаки, то J5 – только по одной. Исходя из этого, система самонаведения УР малой дальности должна быть усовершенствована комбинированной головкой самонаведения или должна обеспечивать программируемый пуск в ППС с последующим «захватом» цели на траектории.
    Анализ параметров движения истребителей при маневрировании в БВБ показывает устойчивую тенденцию к снижению средней скорости полета. На рис. 3 показана диаграмма распределения величины скорости истребителя в момент пуска ракеты, откуда видно, что до 75% атак будет производиться при скорости менее 600 км/ч. Возрастающий уровень перегрузок в сочетании со снижением скорости увеличивает угловые скорости перемещения самолетов в пространстве и существенно повышает динамизм БВБ.
    Такие условия для стрельбы современными управляемыми ракетами «воздух – воздух» малой дальности являются неприемлемыми. В ходе ведения боя эффективность УР малой дальности 4-го поколения оценивается вероятностью поражения цели не более Wпор ≤ 0,2…0,25, при этом каждый второй пуск будет завершаться промахом даже в условиях отсутствия помех. Поэтому истребители 5-го поколения должны вооружаться новым поколением УР, отличающихся в первую очередь значительно большей энерговооруженностью µрр=I/Gр, где I – суммарный импульс РДТТ; Gр – вес ракеты в момент старта). Именно этот показатель определяет разгонные характеристики ракеты и максимальную величину перегрузки УР, которую она сможет реализовать в реальных условиях БВБ.
    На рис. 4 приведена зависимость среднего значения максимальной величины перегрузки УР малой дальности, достигаемой при наведении на воздушную цель в реальных условиях БВБ, от располагаемой энерговооруженности ракеты.
    Зная технические характеристики современных ракет «воздух – воздух» малой дальности, нетрудно заметить, что их реальная перегрузка оказывается вдвое меньше расчетной. Это указывает на то, что эффективность некоторых отечественных УР может быть существенно повышена простым перераспределением массы корпуса ракеты в пользу массы РДТТ. Результаты исследований также показывают, что даже при двойном увеличении µр реальная перегрузка УР не увеличивается более 40. Это означает, что максимальная эксплуатационная перегрузка ракеты более npэмакс > 40 является избыточной при наведении на пилотируемые ЛА с располагаемой перегрузкой до 9 ед.
    Технические характеристики УР «воздух – воздух» малой дальности нового поколения должны иметь примерно следующие параметры:

  • максимальная располагаемая перегрузка ракеты npэмакс = 40;
  • располагаемая энерговооруженность ракеты не менее µр ≥ 120 с;
  • располагаемый угол целеуказания ГСН ракеты не менее φцу = 45°;
  • максимальный угол отставания вектора скорости ракеты от вектора дальности до цели в момент старта не менее ε = 60°.
  • В то же время стремление увеличить последние два параметра значительно больше указанных величин (φцу >> 45°, ε >> 60°) не имеет смысла, так как не приводит к росту эффективности истребителя в воздушном бою. Рост φцу, с одной стороны, облегчает вывод истребителя в условия применения УР и способствует росту количества атак, с другой, усложняет задачу, стоящую перед ракетой, которая в процессе наведения должна устранить данную ошибку наведения, а это способствует увеличению количества атак, завершившихся промахом УР.
    На рис. 5 приведена зависимость изменения соотношения эффективных ракетных атак (завершившихся поражением цели) нашего истребителя и противника Δnэффцу), из которой видно, что увеличение φцу > 45° приводит к падению данного показателя эффективности. Это связано с тем, что в БВБ стрельба, как правило, осуществляется с отставанием вектора скорости истребителя от линии визирования «истребитель – цель» и рост φцу приводит к росту начальной ошибки наведения (ε), которую впоследствии приходится устранять ракете путем увеличения перегрузки.
    Рост ε увеличивает минимальную разрешенную дальность пуска (Dр мин), чем сужает область возможных атак, усложняет эффективное применение оружия и увеличивает потребную перегрузку ракеты на начальном участке траектории при относительно малой скорости УР. В результате полет ракеты происходит на больших углах атаки и с меньшими скоростями, что неизбежно приводит (рис. 6) к росту вероятности промаха УР (Wпром).
    При стрельбе по маневрирующей воздушной цели на дальностях до 600 м единственным эффективным средством поражения противника является скорострельная артиллерийская установка (Dр мин > 600 м). Причем необходимо отметить, что практика российских создателей авиатехники, предусматривающая сочетание высокоточного стрелкового прицела и одноствольной пушки с низкой скорострельностью и малым боекомплектом, является ошибочной. Формальное отношение к артиллерийскому вооружению заметно снижает эффективность истребителя.
    Постоянно возрастающий динамизм БВБ оставляет летчику все меньше времени на прицельное применение вооружения. Условия для эффективной артиллерийской стрельбы могут выдерживаться в течение не более 1…3 с при действии высоких, постоянно меняющихся перегрузок. В данной ситуации летчик не сможет воспользоваться достоинствами своего «суперточного» прицела. Он должен действовать как стрелок по тарелкам, ведя упреждающую стрельбу «навскидку». Охотник, идущий добывать мелкую дичь, не берет с собой снайперскую винтовку с лазерным прицелом, а берет дробовик, позволяющий потоком поражающих элементов накрыть площадь, соизмеримую с размерами цели.
    Пушка М61 «Вулкан» калибра 20 мм, которой вооружаются истребители ВВС США, имеет скорострельность 7200 выстрелов в минуту, что позволяет за секунду выпустить по цели 120 снарядов общей массой более 12 кг. Одноствольная 30–мм пушка наших истребителей выстреливает вчетверо меньше снарядов общей массой менее 12 кг. При этом для поражения современного самолета-истребителя может быть достаточно попадания 3…5 снарядов. По этим данным нетрудно оценить, чья артиллерийская атака будет эффективнее.
    Исходя из этого, российский истребитель 5-го поколения должен иметь артиллерийскую установку, способную в совокупности с прицельным комплексом вести заградительную стрельбу в ППС цели в автоматическом режиме, при следующих технических характеристиках пушки:

  • калибр не менее 23 мм;
  • темп стрельбы не менее 6000 выстрелов в минуту;
  • боекомплект не менее 300 патронов.
  • Для оценки особенностей дальнего воздушного боя (ДВБ) проведено моделирование группового ДВБ в составе четырех истребителей 4-го поколения против звена F-22. Полученные результаты позволяют избавиться от некоторых иллюзий, которые неизбежно возникают, если в основе «научного» прогноза лежит задумчивый взгляд в потолок, а моделирование боя осуществляется исключительно «пешим по летному».
    Так, до сих пор некоторые авиационные специалисты всерьез считают, что лучшим истребителем дальнего боя мог бы быть AWACS, загруженный тоннами УР большой дальности. Однако и результаты моделирования ДВБ, и реальные бои указывают на высокоманевренный характер дальнего воздушного боя, особенно на этапах демонстрационных и оборонительных действий. В процессе боевого маневрирования истребители достигают нормальных перегрузок, предельных по тяге силовой установки.
    Неожиданным оказалось то, что истребители 4-го поколения, однозначно проигрывающие F-22 ближний бой, в ДВБ имеют реальные шансы на успех. Это объясняется тем, что создатели «Рэптора» в погоне за малой РЛ-заметностью самолета, вынуждены ограничить вооружение истребителя ракетами типа AIM-120, которые можно разместить внутри фюзеляжа. В результате образовался существенный разрыв между информационным потенциалом истребителя и возможностями вооружения. Дальность обнаружения истребителя 4-го поколения (Dобн) значительно больше энергобаллистической дальности пуска ракет (Dр макс). Обнаружение же противника с помощью БРЛС без возможности атаковать лишь информирует его о местонахождении и намерениях «невидимого» соперника.
    Истребители 4-го поколения имеют значительно меньшую Dобн цели типа F-22, но при этом Dобн ≈ Dр макс, а Dр макс отечественных крупнокалиберных ракет больше аналогичного показателя AIM-120. Таким образом, истребители 4-го поколения, имеющие более мощное ракетное вооружение, сбалансированное по своим возможностям с прицельным комплексом, имеют кратковременное преимущество перед F-22. Однако следует оговориться, что указанное преимущество может быть реализовано только в том случае, если противник не использует системы постановки помех, делающих информационное превосходство «невидимки» решающим в исходе ДВБ.
    Математическое моделирование показывает, что преимущество в Dр макс позволяет нейтрализовать и использование F-22 сверхзвуковых скоростей при вступлении в бой, так как большие скорости атакующего увеличивают Dр макс и своих ракет и ракет противника. Поэтому сверхзвуковая крейсерская скорость истребителя 5-го поколения представляется в большей степени средством успешного преодоления наземных систем ПВО, нежели фактором, обеспечивающим преимущество в ДВБ.
    Результаты проведенных исследований позволяют более реалистично оценить возможности УР средней дальности с активной системой самонаведения, применение которых изначально планировалось по схеме «выстрелил и забыл». Предполагалось, что использование активной РЛ ГСН на ракете AIM-120 позволит освободить истребитель от необходимости сопровождения атакуемой цели бортовой РЛС. Однако дальность надежного захвата цели типа современный самолет-истребитель (в особенности малозаметный) радиолокационной ГСН находится в пределах десятка километров, что определяет продолжительность автономного самонаведения ракеты интервалом в несколько секунд, которые практически не оказывают заметного влияния на динамику боевого маневрирования атакующих истребителей.
    Кроме того, момент перехода ракеты на самонаведение летчику неизвестен, и, чтобы гарантировать успешность атаки, он должен обеспечивать автосопровождение атакуемого и корректирование траектории ракеты
    до ее попадания в цель. Таким образом, боевое применение УР средней и
    большой дальности с полуактивной или активной системами самонаведения в ДВБ практически не отличается.
    Применение на F-22 бортовых РЛС с АФАР расширяет их боевые возможности при перехвате групп ударных самолетов или потока крылатых ракет, когда складываются условия для одновременной атаки нескольких неманеврирующих целей, например шести, по количеству ракет AMRAAM на борту истребителя. Такая же схема ведения дальнего воздушного боя с истребителями представляется маловероятной, потому что атака даже одиночной энергично маневрирующей цели часто заканчивается промахом УР средней дальности. Отсюда, залповый пуск всех ракет по группе истребителей противника может просто обезоружить F-22.
    Анализ применения УР средней дальности в ДВБ показывает, что практически все атаки производятся из ППС. До 90% пусков осуществляется в секторе курсовых углов атакующего q = 0…30°, а оставшиеся 10% распределены в секторе q = 30…90°.
    Все результативные атаки были произведены при дальности пуска Dп ≤ (0,65…0,75)Dр макс. Распределение общего количества успешных пусков по дальности для малых (nп М) и больших (nп Б) высот приведено в таблице.
    Эти результаты показывают, что хотя, по данным некоторых авиационных изданий, дальности обнаружения и поражения воздушных целей уже перевалили далеко за 100 км, пространство ДВБ, в котором реально происходит боевое столкновение, не превышает 4–5 десятков километров и потому современный дальний воздушный бой, как и ближний, является скоротечным.
    Звено истребителей при полете на малых высотах успевает произвести в среднем 2,5, а на больших высотах – до 5 прицельных пусков УР. При этом доля ракет, достигших цели, также зависит от высоты полета и составляет на
    малых высотах около 23%, на больших высотах – до 39%.
    Эти данные подтверждаются расходом ракет истребителей США на один сбитый самолет иракских ВВС во время первой войны в Персидском заливе. На уничтожение 30 самолетов Ирака было израсходовано 96 ракет, то есть средняя вероятность поражения в одной атаке Wпор = 0,31. Причем атаки, как правило, производились за пределами визуальной видимости по целям, которые не оказывали ни радиоэлектронного, ни огневого, ни маневренного противодействия атакующим.
    Влияние высоты на частоту и эффективность применения ракетного вооружения проявляется через энергобаллистические возможности УР. С уменьшением высоты возрастает лобовое сопротивление ракеты, снижающее среднюю скорость и дальность ее управляемого полета. Маневренные возможности атакуемого истребителя с уменьшением высоты, наоборот, повышаются, что увеличивает эффективность противоракетных маневров. Использование противоракетного маневрирования на конечном участке траектории движения УР приводит к срыву наведения ракет в 64% атак при полете на малых высотах и в 47% атак – на больших высотах.
    Полученные результаты позволяют рационально сформировать боекомплект самолета-истребителя. Очевидно, что постоянное наращивание количества ракет на борту истребителя до 10–12 штук нецелесообразно, поскольку это существенно снижает маневренные возможности самолета и в итоге лишь уменьшает его эффективность. Ракетное вооружение истребителя 5-го поколения должно включать: две УР повышенной дальности пуска (типа Р-27Э) с полуактивной или активной системой самонаведения на конечном участке траектории, две УР средней дальности с активной системой самонаведения (типа РВВАЕ) и четыре УР малой дальности с пассивной системой самонаведения (типа Р-73). Тогда, учитывая групповой характер применения истребителей и возможность парного пуска ракет в одной атаке, этого боекомплекта хватит для активного ведения ДВБ и позволит вступить в БВБ без лишнего балласта.
    Общий итог боевого столкновения истребителей в ДВБ показывает, что уровень потерь противоборствующих подразделений не превышает 10…40% от количества самолетов в группе. Таким образом, до 60…90% самолетов-истребителей будут вынуждены вступить в ближний воздушный бой при решении задачи прикрытия войск и самолетов других родов авиации. Если же полученные результаты спроецировать на участие в воздушном бою малозаметных истребителей 5-го поколения с обеих сторон, в сочетании с применением средств радиоэлектронной борьбы, то результативность ДВБ наверняка окажется значительно ниже. В результате, списывать со счетов БВБ, как основной способ ведения боевых действий истребительной авиации, нет никаких оснований.
    Как видно, требования, предъявляемые к перспективному авиационному комплексу фронтовой авиации, являются весьма высокими. Для их реализации необходимо избавить самолет-истребитель 5-го поколения от излишних функций, не свойственных ему, сконцентрировавшись только на уничтожении воздушных целей. Утверждение о том, что малочисленным парком многофункциональных боевых самолетов можно успешно решить все боевые задачи, стоящие перед ВВС такой страны, как наша, является опасным заблуждением!
    Легендарными по своей боеспособности и эффективности в истории мировой авиации становятся только «чистые» истребители (см.: «Авиапанорама», №2, 2006 г.). Еще на заре авиации известный русский летчик-истребитель И.У.Павлов писал: «Опыт показал, что универсальность самолета и летчика, то есть попытка заставить экипаж решать одновременно несколько разноплановых задач, осуждена практикой. Именно узость истребительной авиации может сделать ее сильнее, обеспечить необходимыми правами для завоевания господства в воздухе».
    Аналогичная мысль высказана в работе «Истребительная авиация» одного из самых результативных русских летчиков-истребителей Первой мировой войны Е.Н. Крутеня: «Всякая универсальная вещь, пуская, первое время, пыль в глаза, по рассмотрении оказывается скверной вещью». К сожалению, эта пыль в глазах высокого начальства зачастую мешает разглядеть противоречия между интересами коммерции и интересами обороноспособности страны.