الفيزياء تشرح قدرات التخفي الاستثنائية للمقاتلة الروسية سوخوي سو-57

في حال واجهت مشكلة في مشاهدة الفيديو، إضغط على رابط المصدر للمشاهدة على الموقع الرسمي

تعد سوخوي سو-57 مقاتلة من الجيل الخامس المتعددة المهام، صُنعت بواسطة شركة سوخوي الروسية لتكون منافسًا مباشرًا للطائرات الأميركية مثل إف-22 وإف-35.

عادة ما تمتلك هذه الطائرات ميزات السرعة الفائقة، حيث تستطيع الطيران بسرعة تصل إلى 2 ماخ (نحو 2,450 كيلومترا في الساعة)، مع قدرة عالية على المناورة بفضل محركات الدفع الموجه، ولذلك يمكنها القيام بحركات مذهلة في الجو، وبالطبع تمتلك ميزة التسليح الثقيل.

قدرات التخفي

لكن تظل الميزة الرئيسية لهذه الطائرات هي القدرات الشبحية المتقدمة مما يجعلها صعبة الاكتشاف، ويسهل ذلك عليها الدخول إلى أراضي الخصوم وأداء مهام عسكرية دون أن يتم اكتشافها.

ولكن لفهم الكيفية التي تعمل بها تلك الخاصية الاستثنائية يجب أولا أن نتعرف إلى طبيعة الرادار، هو نظام يستخدم الموجات الراديوية للكشف عن الأشياء، مثل الطائرات والسفن.

الموجات الراديوية هي نفسها التي نستقبلها على المذياع (الراديو) الخاص بنا، والتي ترسلها محطات الإذاعة، وفي حالة الرادار العسكري تقوم وحدة متخصصة بإرسال نبضات راديوية تتحرك بسرعة الضوء في كل مكان ضمن نطاق محدد، وإذا اصطدمت هذه الموجات بجسم (مثل طائرة)، فإنها ترتد إلى الرادار.

في هذه الحالة، يستقبل الهوائي الخاص بالرادار الموجة المرتدة ثم يتم حساب الوقت الذي استغرقته الموجة في الذهاب والعودة لتحديد المسافة، ثم مع حسابات إضافية يتم تحديد السرعة والاتجاه.

والفكرة الأساسية وراء الرادار في هذا السياق بسيطة، هي نفسها الطريقة التي يستخدمها الخفاش لتجنب العوائق، حيث يطلق الأخير موجات صوتية للأمام فترتد إليه فيعرف أن هناك حائط أمامه.

مصدر الصورة

فيزياء التشتيت

تعتمد طائرات الجيل السادس مثل السوخوي سو-57 على عدة مبادئ أساسية في الفيزياء لتقليل المقطع العرضي للرادار، ويظهر ذلك بشكل أساسي في تقليل مقدار انعكاس موجات الرادار إلى رادارات العدو.

حيث تم تصميم شكل جسم هذه الطائرات باستخدام "مبدأ الانعكاس المرآوي"، وهو الانعكاس الذي يرتد فيه الضوء أو أي موجة كهرومغناطيسية عند اصطدامه بحائل من جهة واحدة بحيث تكون زاوية الانعكاس مساوية لزاوية السقوط.

لفهم الفكرة يمكنك استخدام قلم ليزر، وفي غرفة مظلمة قم بتوجيهه ناحية مرآة، هنا سينعكس بزاوية مساوية تماما للزاوية التي سقط بها، وكلما وسّعت من الزاوية بإمالة القلم اتسعت زاوية انعكاس شعاع الليزر.

في هذا السياق تصمم مقاتلات الجيل الخامس مثل السوخوي سو-57 بمزيج من الأسطح المائلة، والنتوءات على الحواف، وحجرات الأسلحة الداخلية، لتقليل الانعكاسات، مما يعني أن موجات الرادار ستنحرف بعيدًا بدلا من ارتدادها إلى الرادار، لأنها مضطرة للاستجابة إلى مبدأ الانعكاس المرآوي.

لكن إذا تمكنت الطائرة من تشتيت تلك الأشعة، لا ردها إلى الرادار، بشكل يشبه ألعاب تشتيت الضوء في متاحف المرايا، فإنها قد امتلكت ميزة التخفي، ولذلك ستلاحظ أن الطائرات المتخفية من الجيل الخامس تمتلك جميعا الشكل نفسه تقريبا مع اختلافات ليست كبيرة، مثل إف-22 الأميركية أو جيه-20 الصينية أو سو-57 الروسية، وذلك لأن الفيزياء واحدة، والهندسة المعتمدة عليها تكون واحدة كذلك مع اختلافات طفيفة.

مصدر الصورة

مركبات خارقة

إلى جانب ذلك، فإن الطائرات من هذا النوع تكون عادة مطلية بمركبات تمتص الموجات الراديوية وتحول الموجات الكهرومغناطيسية إلى حرارة بدلا من عكسها.

من أمثال هذه المواد ما يسمى "بالمواد الخارقة"، ولفهم الفكرة تخيل أنك تلعب بقطع الليجو. عادة، تقوم ببناء أشكال بسيطة مثل المنازل أو السيارات. ولكن ماذا لو رتبت قطع الليجو بطريقة تجعل البنية بأكملها تتصرف بشكل غريب، مثل ثني الضوء أو جعل الأشياء غير مرئية؟ هذا هو بالضبط ما تفعله المواد الخارقة، ولكن باستخدام الموجات بدلا من الليجو.

المواد الخارقة هي مواد خاصة من صنع الإنسان يمكنها التحكم في الضوء والصوت والموجات الأخرى بطرق لا تحدث في الطبيعة. وهي مصممة بهياكل صغيرة تغير كيفية تحرك الموجات من خلالها.

فمثلا نعرف أن الضوء ينحني عندما يمر عبر الزجاج أو الماء، وهذا ما يسمى بالانكسار، ونعرف أن الموجات الصوتية ترتد عن الجدران، مما يخلق أصداء، وترتد الموجات الراديوية عن المعدن، وهذا هو السبب في أن الرادار يمكنه اكتشاف الطائرات.

تغير المواد الخارقة قواعد كيفية عمل الموجات، وهي تفعل ذلك باستخدام هياكل صغيرة مرتبة بعناية، بحيث تكون أصغر بكثير من الموجات نفسها.

فكر في الموجات مثل نهر يتدفق عبر الصخور. إذا تم ترتيب الصخور بالطريقة الصحيحة، فيمكنك التحكم في كيفية تدفق المياه بحيث لا ترتد، بل تمتص بين الصخور، أو يتم تشتيتها. وبالمثل، تتحكم المواد الخارقة في الموجات من خلال تشكيل هياكلها الداخلية الصغيرة.

ويقوم العلماء يوما بعد يوم بتطوير هذه المواد، ففي دراسة نشرت في 2023 بدورية "يوروبيان فيزكال جورنال" قام الباحثون بتصميم مادة خارقة جديدة يمكنها العمل على نطاق ترددي واسع، مما يعني أنها فعالة ضد أنواع مختلفة من الموجات الكهرومغناطيسية، ويمكّنها ذلك من امتصاص أو حرف أقوى من المواد الخارقة السابقة، مما يعزز التكنولوجيا التي تساعد في إنتاج طائرات الأجيال المستقبلية.

تخفيف البصمات

تعتمد فئة أخرى من الرادارات على بصمة الأشعة تحت الحمراء الخاصة بالطائرة، حيث إن محركات الطائرة تنتج حرارة، تطلق بدورها إشعاعا في نطاق الأشعة تحت الحمراء.

الأشعة تحت الحمراء هي نوع من الضوء غير المرئي الذي لا تستطيع عين الإنسان رؤيته، لكنه موجود حولنا طوال الوقت، وتنطلق عادة بسبب الحرارة، فأي شيء دافئ، مثل الشمس أو النار وحتى جسمك، يُصدر أشعة تحت الحمراء، ولذلك فإن كاميرات المراقبة الليلية تعمل بالأشعة تحت الحمراء.

وفي المقاتلات مثل السوخوي سو-57 تعمل فوهات المحرك المسطحة والمسننة على تشتيت غازات العادم، وبالتالي تقليل الانبعاثات الحرارية. وإلى جانب ذلك، توضع المحركات عميقًا داخل جسم الطائرة لحماية الأجزاء الساخنة.

ومن جانب آخر، تساعد الدورة المبردة الخاصة في المناطق الحرجة (مثل المحرك ومناطق خروج العادم) على امتصاص وتشتيت الحرارة قبل أن تشع للخارج، تمزج مثبطات الأشعة تحت الحمراء داخل نظام العادم الغازات الساخنة بالهواء البارد.

الحرب الإلكترونية

التخفي لا يتعلق فقط بالشكل والمواد، تلعب الفيزياء أيضًا دورًا في التدابير المضادة الإلكترونية، حيث قد تستخدم مثل هذه الطائرات إلغاءً نشطًا للموجات الصادرة من رادارات الخصوم، حيث تصدر أنظمتها الموجودة على متنها إشارات تتداخل مع موجات الرادار الواردة، مما يقلل من إمكانية اكتشافها.

لفهم الفكرة تخيل أنك في حفلة موسيقية صاخبة وتريد إلغاء الضوضاء. إحدى الطرق للقيام بذلك هي استخدام سماعات الرأس التي تعمل على إلغاء الضوضاء.

تتلقى سماعات الرأس هذه الضوضاء الخارجية وتنشئ موجة صوتية معاكسة تعمل على إلغائها، مما يجعل صوت الحفلة الموسيقية أكثر هدوءًا.

تعمل خاصية إلغاء الرادار النشط بنفس الطريقة، ولكن بدلا من إلغاء الضوضاء، فإنها تلغي موجات الرادار، وتستخدم هذه الخاصية في المقاتلات الشبحية، وكذلك مجموعة من السفن والغواصات والصواريخ.