ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید:
برنامه‌های ساخت جنگنده نسل ششم
پیش‌بینی می‌شود در حال حاضر 14 کشور روی طرح‌ها و برنامه‌های توسعه جنگنده نسل ششم کار می‌کنند. ایالات متحده روی طرح‌های PCA، F/A-XX و NGAD، انگلستان، سوئد، ایتالیا و احتمالا هند روی طرح Tempest، فرانسه، آلمان و اسپانیا روی طرح FCAS، ژاپن روی طرح F-3، تایوان روی طرح ADF، کره‌جنوبی و اندونزی روی طرح KF-X، روسیه روی طرح‌های سوخو S-70 و میگ 41 و در نهایت چین روی طرح J-XX فعالیت دارند. در ادامه به ویژگی‌های یک جنگنده نسل ششم که در بیشتر این طرح‌ها مد نظر قرار گرفته است اشاره می‌کنیم.
بهبود پنهانکاری در جنگنده‌های نسل ششم
شش عامل مختلف برای پنهانکاری (Stealth) یک هواپیمای جنگنده در نظر گرفته می‌شود: اثر راداری (شکل فیزیکی)، اثر مادون قرمز، اثر صوتی، اثر بصری (مرئی)، اثر انتشارات الکترومغناطیسی (EMR)، اثر تلاطم هوا (تاوه). در مورد سطح مقطع راداری (RCS) یک جنگنده چه کارهایی می‌توان انجام داد؟
سطح مقطع راداری جنگنده F-35 از دید جلو حدود 005/0 متر مربع است. این مقدار برای جنگنده F-22 بسیار کمتر و حدود 0001/0 متر مربع است. با توجه به اینکه نصب موشک، بمب و مخازن سوخت در زیر بال‌های هواپیما سطح مقطع راداری را به شدت افزایش می‌دهند، در هر دو جنگنده اشاره شده این تجهیزات در داخل خود هواپیما و مخازن مخصوص تعبیه شده‌اند. همچنین ما می‌دانیم که نصب موتور زیر بال، سکان عمودی انتهای هواپیما و نازل‌های اگزوز RCS یک جنگنده را افزایش می‌دهند. به همین دلیل در بیشتر طرح‌های ارائه شده از جنگنده‌های نسل ششم شاهد یکپارچه‌سازی ورودی‌های هوا روی بدنه و بال‌ها، حذف سکان عمودی دم و همچنین وجود یک صفحه پوششی در پایین نازل اگزوز هستیم. در گذشته حسگرها به صورت یک حباب یا زائده روی بدنه هواپیما قرار داشتند که باعث منعکس شدن سیگنال‌های راداری می‌شد. اما امروزه این حسگرها و آنتن‌ها به عنوان پوسته هوشمند صاف و مخفی هواپیما هستند. همچنین طرح‌هایی فیزیکی همچون بال‌های پیوسته در این جنگنده‌ها باعث کاهش چشمگیر RCS از طرفین، بالا و پایین و عقب پلتفرم می‌شوند.
مقایسه سطح مقطع راداری چند هواپیما از دید مقابل با پرنده و حشره
بدنه نسل فعلی جنگنده‌ها (نسل پنجم) با یک رنگ فِرومغناطیس حاوی توپ‌های آهن میکروسکوپی پوشانده شده‌اند؛ این ترکیب باعث جذب بخش عمده‌ای از انرژی موجود در سیگنال‌های راداری دشمن می‌شود. جنگنده‌های نسل چهارم مثل F-16 هرگز به صورت پنهانکار طراحی نشده‌اند و سطح مقطع 3 تا 5 متر مربع دارند، با این حال پوشاندن آن‌ها با رنگ فِرومغناطیس می‌تواند RCS را تا حدود 2/1 متر کاهش دهد. اما اصطکاک هوا، بارش باران و تغییرات دمایی باعث از بین رفتن رنگ شده و نیاز به نگهداری دائم دارند.
نیروی دریایی ایالات متحده از فناوری كوبش شوك ليزري (LSP[1]) برای ایجاد سطوح یکنواخت و عاری از نقص استفاده می‌کند، این فرایند علاوه بر افزایش مقاومت سطوح در برابر خوردگی و ترک، بازتاب سیگنال‌های راداری را نیز کاهش می‌دهد. در سال 2006 دکتر دیوید اسمیت از دانشگاه دوک موفق به ایجاد یک فراماده شد که می‌تواند اشیاء کوچک را از سیگنال‌های راداری مایکروویو پنهان کند. در سال 2019 نیز پروفسور شیانگانگ از آکادمی علوم چین با ایجاد نقش‌های میکروسکوپی با الگوی خاص روی یک تکه فلز، موفق شد طیف گسترده‌ای از فرکانس‌های راداری را بهتر از رنگ‌های دارای توپ آهن جذب کند. بنابراین می‌توان انتظار داشت هواپیماهای جنگنده نسل ششم به جای استفاده از آلومینیوم رنگ شده، از فناوری‌های جدید و فراماده‌های پیشرفته برای جذب انرژی سیگنال‌های راداری استفاده کنند.
نیروی دریایی ایالات متحده در سال جاری اعلام کرد زیرساخت‌هایی برای اعمال فناوری كوبش شوك ليزري روی هواپیمای F-35 تاسیس کرده است. همچنین یک قرارداد 75 میلیون دلاری برای تقویت سیستمهای جنگ الکترونیک این هواپیما با شرکت BAE بسته شده است.
ما همچنین می‌دانیم هنگامی که جت‌های پنهانکار با سرعتی بیشتر از سرعت صوت حرکت کنند، دماغه و لبه بال‌های آن‌ها بر اثر اصطکاک هوا گرم می‌شوند. این باعث می‌شود هواپیما به راحتی توسط حسگرهای مادون قرمز دشمن قابل شناسایی باشد. بنابراین جنگنده‌های نسل ششم باید مجهز به سیستمهای خنک‌کننده در دماغه و بال‌های خود باشند. بمب‌افکن جدید B-21 از این فناوری برای کاهش اثر IR استفاده می‌کند. همچنین جنگنده‌های جدید با وارد کردن یک جریان هوای ثانویه به نازل‌های اگزوز، دمای گازهای خروجی را کاهش داده و در نتیجه اثرات IR هواپیما را کم می‌کنند. بنابراین شناسایی جنگنده‌های نسل ششم با استفاده از حسگرهای مادون‌قرمز بسیار دشوار خواهد بود.
مسئله دیگر سروصدای زیاد موتورهای جنگنده است. در واقع هنگامی که بتوان صدای یک جنگنده را شنید به این معناست که می‌توان به سمت آن موشک شلیک کرد. پروفسور آجای آگراوال از دانشگاه آلاباما موفق به ساخت یک اسفنج آکوستیک با استفاده از کاربید سیلیکون و کاربید هافنیوم شده است. این اسفنج در مقابل فشار و دما مقاوم بوده و می‌تواند در داخل محفظه احتراق موتور جای گیرد. اسفنج می‌تواند بدون تاثیرگذاری روی نیروی رانش و مصرف سوخت، امواج صوتی را جذب کرده و تلاطم گازهای خروجی از اگزوز را کاهش دهد. موتورهای بمب‌افکن B-2 اکنون با این فناوری اصلاح شده و بسیار ساکت هستند.
یکی دیگر از چالش‌های جنگنده نسل ششم، قابلیت دیده شدن در طیف نور مرئی است. در دهه گذشته تلاش‌های زیادی برای دستیابی به پوشش‌های نامرئی با استفاده از فراماده شده است. این پوشش‌ها مواد جامدی هستند که نور را به دور یک جسم خم می‌کنند یا مانند آینه، رنگ‌ها و اشکال اطراف را منعکس می‌کنند. برای درک بهتر ایده‌ی پوشش‌های نامرئی می‌توانید فیلم درنده (Predator) را مشاهده کنید.
در سال 2018 شبکه CCTV چین اعلام کرد این کشور به دنبال ساخت یک جنگنده با پوشش نامرئی است.
امواج الکترومغناطیس نیز توسط سیستمهای داخل هواپیما منتشر می‌شوند. سیگنال‌های راداری و ارتباطی از جمله این امواج هستند. این سیگنال‌ها می‌توانند توسط سیستمهای شناسایی الکترونیک (ELINT) یا شناسایی سیگنال (SIGINT) دریافت و محل، سرعت و مسیر هواپیما را به دشمن بفهماند. این آسیب‌پذیری می‌تواند با انتشار سیگنال‌هایی با قدرت کمتر ارسال داده در یک طیف از فرکانس، استفاده از شکل موج‌های متفاوت و تغییر مداوم نرخ پالس کاهش یابد. استفاده از روش‌های مختلف امروزی می‌تواند مقدار انتشار امواج رادیویی را از جنگنده‌های نسل ششم بسیار کم کند.
و سرانجام به اثر تلاطم هوا می‌رسیم؛ کشف گرداب‌هایی که پس از پرواز هواپیما در هوا باقی می‌ماند. احتمالا می‌دانید که رادارهای هواشناسی داپلر می‌توانند microburstها مانند جریانات رو به پایین هوا در نزدیکی فرودگاه‌ها یا گردبادها را تشخیص دهند. برخی مقالات منتشر شده در اینترنت نشان می‌دهد که چگونه یک رادار می‌تواند تلاطم‌های ساخته شده توسط بشر را شناسایی کند و البته اینکه هر هواپیمای جنگنده یک اثر گردابی منحصربه‌فرد در هوا ایجاد می‌کند. بنابراین نحوه تشخیص تلاطم هوا توسط رادارها نیز در طراحی فیزیک و ساختار یک هواپیمای نسل ششم تاثیرگذار خواهد بود. رادارهای ماهواره‌ها می‌توانند با فناوری‌های روز، زیردریایی‌ها را توسط بررسی مسیر آشفتگی که روی آب‌ها می‌گذارند، شناسایی و ردگیری کنند. به دلیل شباهت‌های زیاد بین آب و هوا، برخی از این روش‌ها می‌تواند برای شناسایی جنگنده‌ها نیز استفاده شوند.
اثرات تلاطم هوای باقی مانده از هواپیمای F-35
موتورهای جنگنده نسل ششم
بیشتر هواپیماهای پنهانکار نسل پنجم برای رسیدن به سرعت مافوق صوت باید از ویژگی پس‌سوز یا Reheat در موتورهای خود استفاده کنند. این کار باعث افزایش قابل توجه مصرف سوخت و کاهش شعاع عملیاتی هواپیما می‌شود. به عنوان مثال جنگنده F-22 در سرعت زیر صوت دارای شعاع عملیاتی 680 مایل است، در صورت استفاده از قابلیت سوپرکروز موتورها، سرعت جنگنده به 1.8 ماخ رسیده و شعاع عملیاتی به 530 مایل می‌رسد. اما اگر قابلیت پس‌سوز هواپیما فعال شود، سرعت به 2.25 ماخ خواهد رسید و شعاع عملیاتی به زیر 400 مایل کاهش می‌یابد.
در مورد موتور جت هواپیماها یکی از پارامترهای قابل توجه نرخ کنارگذر (BPR) است. این عدد بیانگر نسبت جریان هوای عبوری از مجراهای کنارگذر موتور در مقایسه با حجم هوای عبوری از محفظه احتراق است. یک هواپیمای جنگنده نوعی با موتور توربوجت دارای BPR حدود 0.36:1 در حالت بیشینه قدرت خود است. در مورد هواپیماهای مسافربری با موتورهای توربوفن، برای حالت بیشترین بازدهی موتور، BPR حدود 10:1 است. هواپیماهای جنگنده نسل ششم از موتورهایی با فناوری [2]ADVENT استفاده می‌کنند. این موتورها قابلیت تغییر سیکل دارند. ترکیبی از توربوجت برای بیشینه‌سازی قدرت و توربوفن برای بیشترین بازدهی مصرف سوخت. خلبان می‌تواند با توجه به شرایط عملیات خود، موتور را در وضعیت بیشترین سرعت یا بیشترین بازدهی مصرف سوخت قرار دهد.
در سال جاری شرکت GE اعلام کرد فرایند طراحی جزئیات موتور XA100 با فناوری ADVENT را به پایان رسانده است. این موتور به سفارش نیروی هوایی ایالات متحده ساخته خواهد شد.
در هواپیماهای جنگنده قدیمی مانور هواپیما توسط حرکت سطوح کنترلی روی بال‌ها، بالچه و سکان عمودی ایجاد می‌شود. اما این سطوح باعث افزایش زیاد سطح مقطع راداری جنگنده می‌شوند. جنگنده‌های نسل ششم دارای سکان عمودی نبوده و بنابراین Rudder حذف خواهد شد. در ادامه Aileron و Elevatorها نیز حذف خواهند شد. در این هواپیماها رانش برداری نازل‌ها (Trust-Vectoring) باعث انحراف فشار هوای خروجی موتورها با جهت‌های خاص می‌شود. اما ممکن است موتورهای جنگنده نسل ششم به این سطح از فناوری اتکا نکرده و سراغ روش‌های جدیدتر برود. در پتنت شماره US10144532B2 می‌توانید جزئیاتی در مورد یک موتور ضد-اینرسی با ویژگی‌های ضد-جاذبه مطالعه کنید؛ چیزی شبیه بشقاب پرنده!!
احتمالا در هواپیماهای نسل ششم سطوح کنترلی متحرک هواپیما حذف و از فناوری رانش برداری برای مانور هواپیما استفاده خواهد شد.
سلاح‌های جنگنده نسل ششم
در تمام هواپیماهای جنگنده دو مشکل اساسی وجود دارد: شعاع عملیاتی کم و ظرفیت کم حمل محموله. برای حل این مشکلات دو راه‌حل ارائه شده است: جنگنده‌های نسل ششم بزرگ‌تر ساخته شوند، یا این جنگنده‌ها تعدادی هواپیمای بدون‌سرنشین مانند XQ-58 Valkyrie را در کنار خود کنترل کنند.
همانطور که گفته شد جنگنده‌های پنهانکار به منظور کاهش RCS خود، محموله و تسلیحات خود را در داخل بدنه مخفی می‌کنند. این باعث کاهش حجم قابل حمل تسلیحات و مخازن سوخت می‌شود. جنگنده F-35 می‌تواند حدود 2500 کیلوگرم بمب و موشک را با خود حمل کند. جنگنده F-22 می‌تواند تا دو برابر این مقدار را با خود حمل کند. پهپادها می‌توانند یک شعاع عملیاتی بیش از 1000 مایل داشته و تعداد زیادی بمب و موشک را با خود حمل کنند. علاوه بر این ساخت پهپادها بسیار ارزان‌تر از جنگنده‌ها بوده و نیازی به آموزش خلبانان ندارند. بر اساس یک تحقیق انجام شده توسط شرکت RAND، هزینه آموزش یک خلبان جنگنده F-22 یا F-35 چیزی بیش از 10 میلیون دلار است. در مورد چگونگی و اهمیت پیوستن چند پهپاد به یک جنگنده نسل آینده، می‌توانید برنامه Skyborg نیروی هوایی ایالات متحده را مطالعه کنید.
برنامه Skyborg از هوش مصنوعی برای ترکیب عملیات پهپاد XQ-58A با جنگنده‌هایF-35 و F-15EX استفاده خواهد کرد.
جنگنده‌های نسل ششم از کدام سلاح‌های پیشرفته استفاده خواهند کرد؟ مهم‌ترین سلاح موشک‌های هوابه‌هوای دوربرد برای منهدم کردن جنگنده‌های دشمن از فاصله زیاد خواهد بود. رادارهای سنتی نصب شده در بسیاری از جنگنده‌ها می‌توانند تا فاصله 300 مایلی را ببینند. از بهترین موشک حال حاضر می‌توان به AIM-120 AMRAAM (موشک پیشرفته هوابه‌هوای برد متوسط) با برد 100 مایل و سرعتی حدود 4 ماخ (3045 مایل بر ساعت) و همچنین موشک انگلیسی Meteor با برد مشابه و سرعت 5 ماخ اشاره کرد.
نیروی هوایی ایالات متحده در حال کار روی موشک AIM-260 است، اما تاکنون مشخصات آن کاملا پنهان مانده است. با این حال کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند سرعت این موشک بیش از 5 ماخ و برد عملیاتی آن بالاتر از 100 مایل باشد. هدف قرار دادن یک جنگنده دشمن در فاصله 100 مایلی با چنین موشکی تنها 1 دقیقه و 34 ثانیه طول می‌کشد.
با رشد فناوری احتمالا ما شاهد استفاده از سلاح‌های لیزری با قدرت بسیار بالا در جنگنده‌های نسل ششم خواهیم بود. در نظر داشته باشید انهدام یک جنگنده دشمن در فاصله 100 مایلی با چنین تسلیحاتی تنها 0.00054 ثانیه به طول خواهد انجامید. سلاح EMP (پالس الکترومغناطیس) مورد دیگری است که پیش‌بینی می‌شود در جنگنده‌های نسل آینده مورد استفاده قرار گیرد. موج‌های ارسالی از سوی این اسلحه می‌تواند حسگرها (رادار، IR، SIGINT، ELINT)، سیستمهای ناوبری و کامپیوترهای کنترل پرواز هواپیماها یا موشک‌های دشمن را از بین ببرد.
جنگنده‌های نسل ششم همچنین برای حمله به اهداف زمینی احتمالا قادر به رهاسازی انبوهی از پهپادهای کوچک خواهند بود. در سال 2016 یک جنگنده F/A-18 نیروی دریایی ایالات متحده در یک برنامه آزمایشی 103 پهپاد کوچک را بر روی یک دریاچه در ایالت کالیفرنیا رها کرد. آن‌ها به‌طور کاملا خودکار با یکدیگر ارتباط داشته و در یک چینش تجمعی به هدف زمینی حمله می‌کنند. برای دشمن مقابله با تعداد بسیار زیادی پرنده کوچک هوشمند بسیار دشوار خواهد بود
سیستمهای الکترونیک جنگنده نسل ششم
تمام برنامه‌ها و فناوری‌های عنوان شده برای جنگنده نسل ششم نیازمند کامپیوترهای بسیار قدرتمند خواهند بود. این سیستم‌ها سیگنال‌های راداری و ارتباطی دشمن را بررسی و تهدیدها را شناسایی می‌کنند. در کنار این وظیفه، این کامپیوترها باید سیگنال‌های جنگ الکترونیک متناسب با امواج دریافتی را ساخته و برای سردرگم کردن اهداف، به سوی آن‌ها منتشر کنند. سیستمهای سایبری جنگنده باید بسته‌های بدافزار را برای تخریب حسگرهای دشمن ارسال کنند. به‌طور همزمان جنگنده باید سیگنال‌های رادار، IR، IMING (شناسایی تصویری) و SIGINT را از نیروهای خودی در زمین، هوا، دریا و فضا دریافت و با یکدیگر ترکیب کند. سیستمهای کابین خلبان باید آگاهی وضعیتی شفاف و کامل از میدان نبرد را در اختیار خلبان قرار دهند. سیستمهای ناوبری و کنترلی باید تا بیشترین حد ممکن به خلبان در پرواز هواپیما کمک کنند.
در کامپیوترهای پردازنده F-22 بیش از 2 میلیون خط کد وجود دارد. این مقدار در جنگنده F-35 به بیش از 8 میلیون می‌رسد. با استفاده از تراشه‌های هوش مصنوعی، کامپیوترهای جنگنده‌های نسل ششم می‌توانند با خطوط کد بسیار کمتر، برنامه‌های پیشرفته‌تری را اجرا کنند.
حالا وقت آن است از خودمان بپرسیم با وجود این سیستمهای پیشرفته، آیا واقعا جنگنده‌های نسل ششم به یک خلبان در کابین خود نیاز دارند؟
منابع:
http://mil-embedded.com/guest-blogs/6g-stealth-fighter-planes-the-quarterback-of-the-kill-web/
https://www.outerplaces.com/science/item/18012-china-fighter-jets-invisibility-cloaks-metamaterials
[1] laser shock peening
[2] ADaptive Versatile ENgine Technology
اگر مطلب برای شما مفید بود آن را در شبکه‌های اجتماعی به اشتراک بگذارید. بسترهای خود را انتخاب کنید!
سایر مقالات علمی و محتوای آموزشی پژوهشکده اویونیک
سیستمهای اویونیک در کابین جت‌های تجاری
چهار فناوری کلیدی برای آینده پهپادها (بخش دوم)
چهار فناوری کلیدی برای آینده پهپادها (بخش اول)
فناوری EFVS
نسل جدید سیستمهای کنترل پرواز شرکت کالینز Perigon
تاثیر دیجیتالی شدن سیستمهای اویونیک بر تجارت MRO
Anthem: کابین خلبان یکپارچه شرکت هانی‌ول
مروری بر مسیر توسعه پهپاد FX450
انتصاب دکتر شهاب‌الدین رحمانیان به سمت رئیس پژوهشکده اویونیک
