Fysikerens gjesteblogg

En bok som forandret verden, men som ingen av oss kommer til å lese: Pjotr J. Ufimtsevs avhandling om spredning av radarstråler – hvordan gjøre det synlige usynlig?

Av Eivind Garborg

Da «Helge Ingstad» gikk ned for en tid tilbake, ble det spekulert i om årsaken kunne være at skipet var usynlig på radar takket være geometri og overflateegenskaper i konstruksjonen. Slike egenskaper kalles «stealth»  i våpenindustrien.

Denne historien begynner med den russiske fysikeren Pjotr Jakovlevitsj Ufimtsev, som arbeidet på Det sentrale radioinstituttet i Moskva. Etter at Sovjetunionen falt sammen, har han bodd i USA, der han har vært innom flere universiteter og mottatt mange utmerkelser.

På 50-60 tallet utarbeidet Ufimtsev en teori om hvordan elektromagnetisk stråling reflekteres fra overflater med varierende geometri og materiale. Teorien viser hvordan man kan unngå at radarstråler reflekteres fra et objekt. Den ble vurdert som lite nyttig av de sovjetiske militære, siden geometrien som kreves, ville gjøre fly umulige å manøvrere. Rapporten ble dermed frigitt og utgitt som bok.

Denys Overholzer, en ingeniør hos Lockheed som kunne russisk, kom over boken og anbefalte at den skulle oversettes. Han møtte først motstand, men viktigheten av Ufimtsevs teori for militær teknologi ble etter hvert forstått. Boken kom på engelsk i 1971, utgitt av US Air Force Foreign Technology Division (National Air and  Space  Intelligence Center).

I all militær teori er det anerkjent at å være usynlig er et stort fortrinn. I luftkrig vil det si å være usynlig for radar, som er elektromagnetisk stråling med høy energi. Det sendes ut pulser mot et objekt, disse blir så reflektert, og det reflekterte signalet mottas i en antenne og forteller mye om objektets form, avstand, hastighet, osv.

Ethvert objekt har sitt «radartverrsnitt» (Radar Cross Section, eller RCS). En kule med radius 1 meter har en RCS på 1 m². En flat plate på 1mx1m har RCS på 13-14 m². RCS er altså ikke det samme som areal i vanlig forstand.

Det Ufimtsev viste med sin teori, er at RCS for et fly (eller en båt) kan reduseres drastisk ved å endre til en mer «bulkete» geometri – noe som betyr at det reflekterte signalet spres i alle retninger, og/eller å benytte overflatematerialer som absorberer strålingen. På denne måten kan signalet for et jagerfly reduseres så mye at det svarer til det man ville få fra et insekt eller en småfugl. Prisen er at flyene må ha minst mulig haleror, vinger osv., altså mindre flater som kan gi refleksjon. Dette går ut over manøvrerbarhet, stabilitet og lasteevne.

Ufimtsevs første arbeider gjaldt enkle flater – mangel på regnekraft var en begrensning. De viste like fullt at flykropper kunne endres vesentlig for å unngå refleksjon. Det dreier seg om komplisert matematikk, og det måtte utvikles kraftige computere – også om bord i flyene – for å omsette teorien i praksis.

Takket være Overholzer ble det USA som først tok Ufimtsevs teorier i bruk. I stor hemmelighet og til astronomisk kostnad utviklet Lockheed Martin og Northrop «usynlige» fly for US Air Force. På denne måten fikk USA et stort teknologisk forsprang, selv om en på russiske nettsider alltid er omhyggelig med å nevne at teknologien egentlig er russisk…

Noen av flytypene er vist i figurene nedenfor. Den teoretisk beste formen for et stealth-fly er en flyvinge, ingen ting må stikke ut.

Det er klart at teknologien har høy prioritet i US Air Force. Kina og Russland kommer etter. På diverse nettsider diskuteres fordeler og ulemper aktivt blant amatører. Ekko av denne debatten har også nådd vårt land etter at det ble bestemt å anskaffe jagerfly av typen F-35. Disse har en RCS på 0,005 m² takket være geometri og overflatebehandling. Men prisen er svært høy, i tillegg til at nedetid på grunn av vedlikehold kan være på hele 50 % (i fredstid).

Moralen er: Det er bruk for ingeniører som også kan språk.

Lenke til Ufimtsevs avhandling på russisk: lenke1

Lenke til samme dokument på engelsk: lenke2