Высокоинтеллектуальный, малозаметный, сверхзвуковой – это одни из основных требований к истребителю пятого поколения

При создании истребителя Су-57 в ОКБ Сухого были разработаны десятки и сотни передовых решений.

В результате получился самолет, который может подстроиться под уровень подготовки пилота, имеет низкую заметность в радио-, инфракрасном, оптическом и звуковом диапазонах, 70 % площади его поверхности состоит из композиционных материалов, а снаряжение летчика заранее предвидит и парирует перегрузки.

Однако все эти новые технологии и решения не только определили облик новой машины, но и сформировали критерии, по которым теперь тот или иной аппарат относят к пятому поколению военной авиационной техники.

Они станут основой и для новых разработок.

Су-57 традиционно называют машиной новой генерации. Но что считать критериями, по которым тот или иной истребитель можно было бы отнести к четвертому, пятому или даже шестому поколению? «Конечно, такое деление на поколения достаточно условно», – считает заместитель генерального конструктора ОАК по военной авиации, директор ОКБ Сухого, главный конструктор Су-57 Михаил Стрелец. – В каждой стране свои критерии, определяющие поколение боевой авиационной техники. Но можно выделить общие характеристики, которые говорили бы о принадлежности летательного аппарата к тому или иному поколению».

Если говорить про истребители пятого поколения, то их отличительными особенностями являются требования по крейсерскому сверхзвуковому полету. Вторая значимая характеристика – требования к более низкому уровню радиолокационной, инфракрасной, оптической и звуковой заметности по сравнению с самолетами предыдущего поколения. «Также к самолетам пятого поколения предъявляются требования, связанные с комплексом бортового оборудования, – отметил Михаил Стрелец. – Он строится по принципу открытой архитектуры и позволяет реализовать принцип модульности при построении авиаоники». Кроме того, к самолетам новой генерации также предъявляются повышенные требования по автоматизации и интеллектуальной поддержке экипажа. Многоканальные бортовые датчики обеспечивают для летчика сферическую ситуационную осведомленность. Как следствие, комплекс пятого поколения становится элементом сетецентрической структуры управления вооруженными силами.

У всех свои особенности

Однако при создании нового самолета были и свои специфические требования. «Первое, что отличает Су-57 от всех остальных представителей семейства самолетов пятого поколения в мире, – это многофункциональность, – говорит Михаил Стрелец. – К нашему комплексу предъявлялись требования по решению как задач типа “воздух-воздух”, свойственных истребителю завоевания превосходства в воздухе, так и ударные возможности типа “воздух-поверхность”, свойственные истребителю-бомбардировщику».

Если сравнивать Су-57, например, с F-22 Raptor, то «американец» изначально создавался только как истребитель для завоевания превосходства в воздухе. Истребительные задачи у него доминируют, занимая порядка 90 % из общего объема вариантов применения. Другой американский самолет пятого поколения F-35 Lightning II наоборот создавался как истребитель-бомбардировщик с акцентом на ударные задачи. Конечно, каждый из них имеет некоторую степень многофункциональности. Но по сравнению с Су-57 эта многофункциональность распределена, можно так сказать, менее равномерно между различными типами задач. Истребитель же Су-57 способен решать истребительные и ударные задачи примерно в равных пропорциях.

Второе различие заключается в том, что основная ставка при применении самолета F-22 в области истребительных задач делается на дальний воздушный бой. Поэтому у него стали приоритетными требования к малой заметности и возможности применения внутрифюзеляжных отсеков для размещения авиационных средств поражения. Для Су-57 важно и то, и другое. «Мы старались найти компромисс между всеми этими требованиями: обеспечить низкий уровень заметности самолета для получения преимуществ в дальнем воздушном бою, но одновременно и реализовать принцип высокой маневренности для ведения ближнего воздушного боя, – уточняет Михаил Стрелец. – В результате получился истребитель, обладающий маневренностью не хуже, чем лучшие машины четвертого поколения».

Модель с вырезами

Уже сам внешний вид Су-57 кардинально отличает самолет от представителей четвертого поколения. Ведь новый истребитель разрабатывался с учетом требования малой заметности. В проекте реализованы так называемые stealth-технологии. «В отличие от предыдущих самолетов планер Су-57 изначально создавался под эти требования, – пояснил Михаил Стрелец. – Поэтому он имеет характерную форму с наклонными бортами, параллельными кромками и тому подобным».

Кроме того, для обеспечения малой заметности на Су-57 авиационные средства поражения размещаются во внутренних отсеках самолета. Это тоже потребовало особого подхода к конструкции истребителя. «Одной из критических технологий, которую пришлось реализовать, стало создание самого фюзеляжа, – вспоминает директор ОКБ Сухого. – В нем присутствуют вырезы под очень большие грузовые отсеки для размещения авиационных средств поражения. Необходимо было решить задачу прочности при выходе истребителя на максимальные перегрузки. Это достаточно уникальная вещь. Ни на отечественных, ни на зарубежных самолетах такая задача ранее никогда не решалась».

Уникальна и сама аэродинамическая схема Су-57. В ней присутствуют органы управления, которые ранее не применялись ни на одном из самолетов. Например, отклоняемая передняя часть наплыва. «Она обеспечивает устойчивый и управляемый полет самолета на больших углах атаки, – пояснил Михаил Стрелец. – При этом она включена в общую систему управления, позволяя при маневрировании повышать аэродинамическое качество самолета».

Металлы/неметаллы

Особо стоит сказать про материалы, использованные в конструкции Су-57. В нем применяются и традиционные металлические сплавы, но и здесь были свои новшества. Например, в планере Су-57 деталей в четыре раза меньше, чем у Су-27. Этого удалось достичь, прежде всего, за счет возможностей механообрабатывающих высокопроизводительных станков, а также за счет электронного макетирования при разработке самолета. В результате произошел качественный переход на большие фрезерованные детали, сократилось количество крепежа и мелких деталей. «Это позволило значительно упростить конструкцию, – говорит начальник научно-исследовательского отделения (НИО) материалов и технологий ОКБ Сухого Андрей Филатов. – По оценкам специалистов-производственников, собирать самолет стало гораздо проще, ведь на сборку приходят крупные детали. Изготовление самолета проходит значительно быстрее».

Если же говорить про внешние поверхности Су-57, то порядка 70 % от их площади составляют детали из композиционных материалов. Именно композиты позволили сделать более крупные элементы обшивки, одновременно сократив количество крепежа и количество обычных деталей. Появились новые технологические приемы, способы работы, потребовавшие дополнительного оборудования.

Широкому внедрению композиционных материалов способствовали тесные связи ОКБ Сухого с производителями композитов, наработанные в прежних проектах. «Например, раньше мы хорошо работали с НПП “Технология” в Обнинске, – вспоминает Андрей Филатов. – Для Су-57 им пришлось осваивать производство многих новых специфических деталей, использовать новые материалы». Зато, по словам Андрея Анатольевича, при применении композиционных материалов у конструкторов ОКБ появилась возможность управлять свойствами деталей, меняя варианты укладок наполнителя. «Ведь можно весь материал положить в одном направлении, можно часть положить перпендикулярно, можно под 45 градусов. Комбинации этих укладок определяют окончательные свойства детали», – пояснил Андрей Филатов. – Пока у композиционных материалов есть лишь один существенный недостаток: они дороже металлических. Но по мере роста объема рынка стоимость композиционных материалов будет значительно снижаться до вполне приемлемых значений».

Прежде чем запустить детали из композиционных материалов в серийное производство, большое количество их натурных образцов прошло испытания. На предприятиях-поставщиках изделий добились полного воспроизведения заданных показателей благодаря регламентации производственного процесса, строгому соблюдению технологий и жесткому контролю.

Неприметность приветствуется

При изготовлении панелей обшивки Су-57 было очень важно соблюсти высочайшие требования по точности и еще по одной причине. «Качество поверхности серьезно влияет на характеристики заметности», – пояснил Михаил Стрелец.

Кроме того, были реализованы и другие специальные мероприятия. К ним, по словам директора ОКБ Сухого, относилось, например, применение специальных радиопоглощающих и радиопереотражающих материалов. Использовались и экранирующие материалы, в частности на антенных отсеках. «Все бортовое оборудование, выходящее, например, на передние кромки, было спроектировано с учетом требований обеспечения малой радиолокационной заметности, – уточнил Михаил Стрелец. – Для снижения инфракрасной заметности тоже были реализованы определенные мероприятия. Например, обеспечено экранирование выбросов двигателей, продув теплообменников бортового оборудования».

Были требования и к снижению оптической заметности. Они реализовывались, в том числе, благодаря специальной окраске планера. «Были еще и требования по снижению акустических характеристик, – пояснил глава ОКБ Сухого. – Если сравнить полеты, например, Су-30СМ, Су-35 и Су-57, то последний летает значительно тише».

Один за троих

Су-57 – машина многофункциональная. Рост числа задач должен был бы привести к росту нагрузки на летчика. В самом начале работ над проектом в ОКБ Сухого как-то в шутку подсчитали, что на борту одноместного истребителя пятого поколения должно находиться не меньше трех человек: один должен быть пилотом, второй – оператором оборудования, третий – бортинженером. Но этого не произошло. «Для выполнения основной задачи потребовалось разгрузить летчика от второстепенных функций, – говорит главный конструктор суперкомпьютерных технологий ОКБ Сухого Александр Корнев. – Совокупность всех математических моделей позволила нам построить цифровую систему таким образом, чтобы минимизировать нагрузку на человека. Но принятие решения безусловно остается за летчиком».

Цифровые системы достаточно давно появились на отечественных самолетах. Они стояли в разных подсистемах бортового комплекса. Но степень и глубина решаемых ими задач с каждым разом, с каждым поколением увеличивались и усложнялись. «И когда нам было поручено создать одноместный многофункциональный самолет, эта задача вышла на первое место, – рассказывает главный конструктор по целевому применению ОКБ Сухого Владимир Бекетов. – Часть этих решений мы обкатывали на самолетах типа Су-30МКИ и Су-35. Но Су-57 стал той вершиной, которую мы смогли достичь за последние годы. На этом самолете весь борт цифровой. Хотя датчики у нас аналоговые, но и их сигналы тоже переводятся в цифру. И вся обработка проводится в цифре».

Поскольку Су-57 – многофункциональный самолет, то он оснащен огромным количеством систем и подсистем, работающих в разных частотных диапазонах. Перед разработчиками стояла большая задача по управлению всем этим комплексом. «Сразу было очевидным, что с таким богатым оснащением, с таким насыщенным комплексом один человек справится не в состоянии, – вспоминает Владимир Бекетов. – С одной стороны, у нас была многозадачность, с другой– многорежимность и многосистемность. Мы сразу решили, что человек на Су-57 должен быть не столько летчиком, и не столько оператором, сколько бойцом. Он должен работать на уровне принятия неординарных решений».

Конечно, конструкторы могли бы автоматизировать любой этап полета Су-57, решение любой его задачи. Но это все были бы детерминированные решения. Интеллектуальный противник такие решения быстро распознал бы и нашел контрмеры. Поэтому в любой интеллектуальной системе, которая закладывалась в проект Су-57, всегда присутствовал неформализуемый человеческий фактор, который может принимать неординарные, неожиданные решения, приводящие в результате к победе.

Высокоинтеллектуальный борт

Иногда можно услышать мнение, что на Су-57 используется технология искусственного интеллекта. Главный конструктор по целевому применению ОКБ Сухого Владимир Бекетов с этим не согласен. «Искусственный интеллект в классическом понимании – это система, которая имеет способность самообучаться, – поясняет он. – Но никакая нормативная база военно-воздушных сил не предусматривает отработку самообучающихся систем. Во всех руководствах по испытанию авиационной техники строго предписано: должно быть то-то, проверьте, как это выполняется. А то, как самообучится система, предсказать невозможно. Вторая трудность – в тиражировании. Мы обучим одну систему, она что-то будет уметь. Но как это запустить в серийное производство? Поэтому мы не говорим, что на Су-57 есть искусственный интеллект, но мы говорим о высокой интеллектуализации борта».

Каждому пилоту – свой Су-57

С одной стороны, истребитель пятого поколения – достаточно сложная машина. Но с другой стороны, на нем должен иметь возможность летать средне-подготовленный летчик. Поэтому на Су-57 реализовано несколько уровней автоматизации. Для наименее подготовленных летчиков самолет может решить все задачи сам, но со средним качеством. Для более подготовленного уровня пилотов есть возможность варьировать системы, с которыми решаются та или иная задача. Совсем же корифеи могут углубиться на уровень управления режимами систем. Таким образом, летчик даже среднего уровня может работать на этом самолете с достаточной степенью эффективности. С течением же времени он сможет повысить свой уровень и начать использовать все возможности Су-57 во всех ситуациях.

Такой подход очень важен для тех пилотов, кто ранее летал на других самолетах. «Сегодня у нас система подготовки летного состава ориентирована на решение каких-то конкретных задач: истребительных, ударных, перехвата, – поясняет Владимир Бекетов. – У подготовленных по такой системе летчиков решение конкретных задач сидит уже в спинном мозгу. Но на Су-57 все разнообразие таких задач должен решить один человек. Поэтому мы решили поднять человека над уровнем этих задач. Пилот должен быть бойцом, который определяет, что делать в данной ситуации, опираясь на подсказки, которые формирует ему борт». На Су-57 летчик видит всю обстановку, и борт дает ему детерминированные подсказки. В результате этого человек либо соглашается с подсказками, либо вводит коррективы, и тогда борт решает эти задачи автоматически, но уже по другим веткам.

Комфорт и безопасность

Су-57 отличается высокой маневренностью и высокой крейсерской скоростью. Но эти характеристики несут с собой и вытекающие из них проблемы для летчика: ему приходится переносить большие перегрузки. Чтобы облегчить работу пилота пришлось предпринять специальные меры. Например, кресло в кабине Су-57 установлено под углом 22 градуса. Это тоже помогает легче переносить действующие перегрузки.

Кроме того, было доработано снаряжение летчика, разработанное на предприятии «Звезда» им. Г. И. Северина. В частности, изменилась логика работы высотно-компенсирующего костюма, выполняющего противоперегрузочные функции. Такой костюм при действии перегрузок пережимает определенные участки тела, мешая приливаться или отливаться крови. Костюм предыдущего поколения начинал реагировать в тот момент, когда появлялась перегрузка. «Новый костюм работает на опережение – рассказывает Станислав Рубанов, ранее – главный конструктор по комплексной системе аварийного покидания ОКБ Сухого. – Когда летчик только начинает действие, подает команду на управляющие органы самолета, тут же упреждающе начинает действовать высотно-компенсационный костюм».

Было доработано и катапультное кресло самолета. Оно обеспечивает спасение на всех режимах: начиная со стоянки на земле, до крейсерского полета на сверхзвуке, а также и при любых допустимых маневрах. Перед катапультированием кресло формирует для летчика специальную позу, необходимую для его защиты от набегающих потоков и для безопасного покидания самолета.

Полная картина в каждой точке

Цифровизация в программе истребителя пятого поколения проявилась и еще в одном направлении. Создание Су-57 существенно ускорила разработка цифровых моделей. «С момента начала проекта большая часть работ закрывалась математическим моделированием, – рассказывает главный конструктор суперкомпьютерных технологий ОКБ Сухого Александр Корнев. – Сначала мы использовали этот подход для того, чтобы сократить количество возможных ошибок при проектировании, а дальше уже использовали его в процессе испытаний».

Цифровые модели применялись для решения многих конструкторских задач. Например, в силу требования многофункциональности для Су-57 необходимо было создать оригинальную форму планера. «Математические модели позволили проверить целую серию различных вариантов формы самолета, – вспоминает Александр Корнев. – Причем, если продувки в аэродинамических трубах заняли бы 1-2 года, то на суперкомпьютере мы такую модель просчитывали от недели до месяца». Кроме того, математическая модель давала еще одно важное преимущество: демонстрировалась полная картина в каждой точке исследуемого пространства или поверхности. Эти данные оказались благодатным материалом для инженеров при принятии решений.

Благодаря успехам в области математического моделирования стало возможным моделировать все системы летательного аппарата. Тем самым, появилась возможность применить для Су-57 концепцию цифровых двойников – создать интегрированную цифровую модель всего самолета. «Такая концепция позволяет, например, прогнозировать, как поведет себя самолет в различных ситуациях, – объясняет Александр Корнев. – Или находить причины отказов, изучать их процесс, прогнозировать последствия. Это достаточно сложные математические модели. И мы занимаемся их созданием. Это очень помогает для понимания процессов как в штатных ситуациях, так и в критических».

Конечно, цифровые двойники нужны, в первую очередь, для того, чтобы инженерам было проще разобраться в сложных процессах. Но есть для них и другие применения, например, – подготовка персонала. Ведь цифровой двойник способен показать какая в различных ситуациях должна быть последовательность действий.

В основе настоящего и будущего – задел

Рассказ о новых технологиях и решениях, использованных в программе создания истребителя пятого поколения можно продолжать до бесконечности. Все они возникли не на пустом месте, а исходя из опыта, прежних наработок как головного разработчика – ОКБ Сухого, так и всех его подрядчиков. И все эти технологии и наработки также лягут в основу будущих проектов. «Любой, даже революционный авиационный комплекс создается, конечно, на основе научно-технического задела, – уверен руководитель суховского ОКБ Михаил Стрелец. – Невозможно совершить скачок, не обладая наработками в технологиях, которые позволяли бы реализовать требования в новом качестве. Все новые качества основываются на технических решениях, в основе которых – научно-технический задел».