Sukhoi Su-27

Bối cảnh

Năm 1969, Liên bang Xô viết biết rằng Không quân Hoa Kỳ đã lựa chọn McDonnell Douglas để sản xuất loại Máy bay Chiến đấu Thí nghiệm (sẽ trở thành loại F-15 Eagle sau này). Để đáp trả mối đe dọa tương lai đó, người Xô viết đã lập ra chương trình PFI (perspektivnyi frontovoy istrebitel, "Máy bay tiêm kích chiến thuật tiên tiến"), để chế tạo một loại máy bay có thể đương đầu với loại máy bay tiêm kích mới của Hoa Kỳ.
Tuy nhiên, vào năm 1971 người Xô Viết nhận thấy loại máy bay PFI có giá thành quá đắt mà họ lại rất cần một số lượng lớn, và chương trình máy bay PFI đã bị chia thành TPFI (Tyazholyi Perspektivnyi Frontovoi Istrebitel, có nghĩa là "Máy bay tiêm kích chiến thuật tiên tiến hạng nặng") và LPFI (Legkiy Perspektivnyi Frontovoi Istrebitel, có nghĩa là "Máy bay tiêm kích chiến thuật hạng nhẹ"). Chương trình TPFI tương tự như Chương trình F-X của Mỹ, và F-15 là kết quả của chương trình này. Trong khi chương trình LPFI lại tương tự như Chương trình LWF, mà kết quả của LWF là F-16 Fighting Falcon và Northrop YF-17, từ YF-17 đã dẫn đến loại F/A-18 Hornet. Sukhoi OKB nhận được chương trình TPFI, và Mikoyan-Gurevich đảm nhận phát triển LPFI.
Vì cùng được xuất phát từ một chương trình đã nghiên cứu trước đó nên Su-27 và MiG-29 có hình dạng bên ngoài khá giống nhau. Su-27 được thiết kế như một máy bay chiến đấu và đánh chặn tầm xa, còn MiG-29 được thiết kế trong vai trò máy bay hỗ trợ chiến thuật tầm ngắn.

Giai đoạn thiết kế

Thiết kế của Sukhoi, dần được thay đổi để phản ánh tham vọng Liên Xô về một loại máy bay vượt xa F-15, và mẫu đầu tiên có tên gọi là T-10 (thiết kế máy bay cánh tam giác thứ 10 của Sukhoi), cất cánh lần đầu ngày 20 tháng 5 năm 1977. Chiếc máy bay này có cánh tam giác lớn, rút ngắn, với hai động cơ tách rời và một cánh đuôi kép. Khoảng 'rỗng' giữa hai động cơ, tương tự loại F-14 Tomcat, vừa có tác dụng như một bề mặt tạo lực nâng phụ vừa có tác dụng che chắn vũ khí khỏi sự phát hiện của radar. Khi đang được phát triển, mẫu thiết kế của Sukhoi đã bị vệ tinh gián điệp phát hiện khi thực hiện chuyến bay thử tại Trung tâm thử nghiệm bay Zhukovsky gần thị trấn Ramenskoe, dẫn tới việc nó bị tạm đặt mật danh Ram-K. Phương Tây tin rằng Ram-K đã được phát triển thành hai phiên bản: một máy bay chiến đấu cánh cụp cánh xoè với chức năng tương tự Grumman F-14 và một phiên bản máy bay tiêm kích đánh chặn cánh cứng 2 chỗ, trên thực tế trở thành loại Mikoyan MiG-31 không hề liên quan.
T-10 đã bị các nhà quan sát phương Tây phát hiện và đặt tên ký hiệu 'Flanker-A'). Sự phát triển T-10 được đánh dấu bởi nhiều vấn đề nghiêm trọng, ví dụ như tai nạn rơi máy bay ngày 7 tháng 5 năm 1978. Những thiết kế khác được đưa ra thay thế, và một phiên bản đã được sửa đổi rất nhiều có tên gọi là T-10S, cất cánh lần đầu ngày 20 tháng 4 năm 1981. Cả phiên bản này cũng gặp phải nhiều vấn đề kỹ thuật dẫn tới một vụ tai nạn khác ngày 23 tháng 12 năm 1981.
Việc chế tạo Su-27 (thỉnh thoảng gọi là Su-27S, tên ký hiệu của NATO 'Flanker-B') và bắt đầu hoạt động trong VVS diễn ra khoảng năm 1984, dù những khó khăn trong chế tạo khiến nó không thể xuất hiện cho tới tận năm 1986. Su-27 đã hoạt động trong cả Quân chủng Phòng không Xô Viết (PVO) và Hàng không Tiền tuyến. Khi hoạt động trong Lực lượng phòng không Xô viết (V-PVO), vai trò chủ yếu của nó là đánh chặn thay thế các loại máy bay cũ như Sukhoi Su-15 và Tupolev Tu-28.
Dù 'Flanker' có khả năng mang các loại vũ khí không đối đất, khi hoạt động trong Hàng không Tiền tuyến, vai trò chủ yếu của nó không phải là hỗ trợ trên không cũng không phải là chiếm ưu thế trên không ở chiến trường mà là ngăn chặn trên không, với nhiệm vụ vượt qua đường giới tuyến quân địch (có thể là NATO) để tấn công máy bay tiếp dầu và máy bay AWACS. Những nhà hoạch định kế hoạch Xô viết biết rằng các lực lượng NATO sở hữu nhiều kỹ thuật ưu thế trong các lĩnh vực đó, và tin rằng việc tấn công trực tiếp vào đó sẽ hạn chế khả năng duy trì và mở rộng các chiến dịch không quân của NATO. Su-27 vẫn giữ vai trò đó khi hoạt động tại Cộng đồng Quốc gia Độc lập, và những phiên bản sau này được sửa đổi để mang tên lửa chống AWACS tầm xa mới Novator KS-172 AAM-L.
Từ năm 1986, một chiếc Su-27 đặc biệt được gọi tên P-42, chế tạo lại từ nguyên mẫu T-10S-3 và giảm trọng lượng tối đa, đã lập kỷ lục đầu tiên trong một loạt các kỷ lục khác được thiết lập về tính năng hoạt động, vận tốc lên cao và độ cao, chiếc máy bay này đã lập ra 27 kỷ lục mới trong khoảng thời gian từ 1986 tới 1988.

Độ cơ động

Thiết kế căn bản của Su-27 về mặt khí động học tương tự MiG-29, nhưng lớn hơn. Đây là một loại máy bay rất lớn, và để giảm trọng lượng cấu trúc đến mức tối thiểu, nó sử dụng nhiều titanium (khoảng 30%, nhiều hơn bất kỳ một loại máy bay cùng thời). Vật liệu composite không được sử dụng. Cánh xuôi sau đi vào thân tại những diềm cánh trước và về cơ bản là kiểu cánh tam giác, dù các đầu cánh được đặt các giá treo tên lửa hay các thiết bị đối phó điện tử (ECM). Tuy nhiên Su-27 không hoàn toàn là kiểu máy bay cánh tam giác vì nó vẫn giữ các cánh đuôi ngang truyền thống, với hai cánh đuôi đứng phía trên động cơ, kết hợp với những cánh thăng bằng ở bụng để tăng khả năng ổn định mỗi bên của máy bay.
Động cơ phản lực của Su-27 là loại Lyulka AL-31F, khoảng cách giữa 2 động cơ khá lớn, vừa để an toàn vừa để đảm bảo không gián đoạn luồng khí xuyên qua những khe lấy không khí. Khoảng không giữa 2 động cơ cũng cung cấp thêm lực nâng, giảm bớt trọng tải cho cánh. Cánh của cánh quạt động cơ có thể di chuyển trong các khe hút không khí cho phép máy bay đạt tốc độ Mach 2+, và giúp duy trì luồng khí vào động cơ luôn ổn định khi máy bay đang ở góc tấn lớn. Một màn chắn ở mỗi đầu vào khe hút khí ngăn không cho các vật thể lạ bị hút vào động cơ trong khi máy bay cất cánh.
Su-27 là máy bay đầu tiên của Liên Xô có hệ thống điều khiển fly-by-wire, được phát triển dựa vào kinh nghiệm thiết kế của Sukhoi T-4 - một dự án máy bay ném bom. Kết hợp với lực ép lên cánh tương đối thấp và hệ thống điều khiển bay cơ bản mạnh, nó làm cho máy bay nhanh nhẹn một cách khác thường, máy bay vẫn có thể kiểm soát ở tốc độ rất thấp và góc đụng lớn, hoặc tắt động cơ đột ngột khi bổ nhào và thực hiện các kỹ thuật bay nhào lộn. Trong một triển lãm hàng không, Su-27 đã trình diễn một động tác bay có tên gọi Cobra - rắn hổ mang (Rắn hổ mang Pugachev) hay bay với vận tốc thấp - nói tóm tắt là máy bay bay duy trì với vận tốc thấp ở góc 120°. Lực đẩy có hướng cũng được kiểm soát (và được hoàn thiện trên Su-30MKI và Su-37), cho phép máy bay tiêm kích thực hiện những động tác quay khó liên tục gần như không theo một bán kính cố định nào, kết hợp với những động tác nhào lộn thẳng đứng trong khi máy bay đang chuyển động.
Các loại máy bay cùng thời của Mỹ như F-15 đều không có khả năng thực hiện thao tác bay “Rắn hổ mang Pugachev”. Khi xem thao tác cơ động này, các phi công Mỹ đã kinh ngạc là tại sao máy bay không bị vỡ tan trong không trung.
Phiên bản hải quân của 'Flanker' là Su-27K (hay còn gọi là Su-33), được gắn thêm cánh mũi để tăng lực nâng, giảm quãng đường cất cánh (rất quan trọng vì Su-33 được trang bị trên tàu sân bay Admiral Kuznetsov, mà tàu sân bay này lại không được trang bị máy phóng máy bay). Những cánh mũi này cũng được lắp trên một số phiên bản Su-30, Su-35 và Su-37.
Ngoài những cải tiến thêm vào để tăng tính nhanh nhẹn, Su-27 sử dụng thể tích lớn bên trong để chứa nhiên liệu, nó có sức chứa nhiên liệu rất lớn. Trong mức mang nhiên liệu cực đạt cho phép, nó có thể mang 9.400 kg (20.700 lb) nhiên liệu, trong khi bình thường nó có thể mang 5.270 kg (11.620 lb) nhiên liệu.

Vũ khí

Su-27 được trang bị vũ khí với một pháo đơn 30 mm Gryazev-Shipunov GSh-30-1 trong mạn phải thân máy bay, và có tới 10 điểm treo tên lửa và các vũ khí khác. Tên lửa trang bị tiêu chuẩn của Su-27 cho không chiến là Vympel R-73 (AA-11 Archer), Vympel R-27 (AA-10 'Alamo'), sau này là các kiểu tên lửa được mở rộng tầm bay và hệ thống dẫn đường bằng tia hồng ngoại. Những phiên bản Flanker hiện đại (như Su-30, Su-35, Su-37) có thể mang tên lửa Vympel R-77 (AA-12 Adder).
Máy tính trên khoang của Su-27 lại ngang bằng về hiệu suất và bộ nhớ so với F-15 của Mỹ. Nhưng máy tính của Su-27 hiệu quả hơn khi giải quyết các bài toán điều khiển máy bay và hỏa lực, đó là nhờ trình độ rất cao của các chuyên gia lập trình Nga.
Su-27 có hệ thống hiển thị trước buồng lái (HUD) và hệ thống hiển thị ngắm bắn trên mũ của phi công kết nối với nhau, và chúng tương thích với tên lửa R-73, sự nhanh nhẹn cùng các yếu tố khác đã làm Su-27 trở thành một trong số máy bay không chiến tầm gần tốt nhất thế giới. Radar ban đầu được trang bị là Phazotron N-001 (NATO 'Slot Back'), là một radar xung doppler khả năng theo dõi trong khi đang quét, nhưng bộ xử lý của nó tương đối cổ, làm cho nó trở nên dễ dàng bị tổn thương với những báo động sai và mù mục tiêu. Su-30 và Su-35 có radar cao cấp có tầm quét lớn hơn là Phazotron 'Bars' N-011M, với một hệ thống điện tử quét mạng bị động rất nhạy, cải thiện tầm quét, có thể theo dõi nhiều mục tiêu cùng lúc.
Radar là một vấn đề phát triển chính cho Su-27. Nhu cầu ban đầu của Liên Xô rất tham vọng, họ yêu cầu một radar có khả năng giao chiến được với nhiều mục tiêu, có thể phát hiện và theo dõi mục tiêu là những máy bay ném bom từ khoảng cách 200 km (những mục tiêu có diện tích phản xạ sóng radar RCS là 16 m², đó là những máy bay ném bom đối thủ của Tu-16). Những điều này vượt xa so với tầm tìm kiếm của radar APG-63 trang bị cho F-15 (khoảng 180 km đối với những mục tiêu có RCS là 100 m²) và nói chung có thể so sánh được với radar mảng pha Zaslon nặng 1 tấn sử dụng trên MiG-31.
Để đạt được điều này với một trọng lượng hợp lý, đội thiết kế đã tính toán radar sử dụng kỹ thuật quét điện tử cho độ cao và quét bằng cơ khí cho góc phương vị. Không may, thiết kế này đòi hỏi quá nhiều các thiết bị tinh vi hiện đại mà công nghiệp vi điện tử của Liên Xô trong thập niên 1970 chưa đạt được, do đó vào năm 1982, chương trình Myesch gốc phải hủy bỏ và một mảng ăng-ten thay thế ít năng lực hơn đã được lựa chọn. Để bù đắp cho thời gian đã lãng phí, nhiều công nghệ hoàn thiện từ radar N019 Topaz bao gồm một phiên bản mở rộng của mảng ăngten gương kép (cassegraine) quay trên MiG-29 đã được sử dụng, và do đó sản phẩm radar N001 chia sẻ bộ xử lý tín hiệu số TS100 cũng được sử dụng trên radar N019 Topaz, trong khi N001V, mẫu kế thừa của N001 dùng chung bộ xử lý tín hiệu số với N019M, mẫu kế thừa của N019. Radar chỉ đạt được tầm dò tìm là 140 km với những mục tiêu có kích thước như Tu-16, và chỉ có khả năng phát hiện và theo dõi trên một mục tiêu. Dù vậy, radar vào lúc đầu vẫn được chấp nhận về độ tin cậy và điều này đã giúp N001 được trang bị cho máy bay tiêm kích, nửa thập niên sau khi chiếc Su-27 đầu tiên đi vào hoạt động năm 1986.
Seri radar N001 đầu tiên, Tikhomirov (NIIR) N001 (NATO 'Slot Back'), là một thiết bị xung Doppler với khả năng theo dõi trong khi quét, nhưng bộ xử lý của nó tương đối cũ, khiến nó dễ tạo báo động nhầm và điểm mù lớn, cũng như khó sử dụng. Trong những năm sau đó, dưới sự phát triển của tổng công trình sư thiết kế radar N001 là Giáo sư Viktor Konstantinovitch Grishin, radar N001 đã được nâng cấp nhiều lần, với các phiên bản N001V, N001VE, N001VEP, tất cả những phiên bản này đều đã được trang bị cho các máy bay, bao gồm cả phiên bản xuất khẩu của Su-27. Giáo sư V.K. Grishin là tổng công trình sư của radar mảng pha bị động Zalson S-800 trên MiG-31, và những kinh nghiệm này sau đó đã góp phần vào việc thiết kế các radar mảng pha thay thế cho seri N001.
Hiển nhiên rằng không có nhiều lý do cho bất kỳ cải tiến quan trọng nào cho seri radar N001 nữa, vì máy bay Su-30 và Su-35/37 đã được trang bị radar Tikhomirov (NIIR) 'Bars' (Panther) N011M cao cấp với quét mảng pha điện tử bị động, tăng tầm hoạt động, phát hiện và theo dõi nhiều mục tiêu, và rất nhạy. Radar Bars (Panther) được lên kế hoạch sẽ bị thay thế bởi một mẫu còn hiện đại và cao cấp hơn, đó là radar mảng pha Irbis (Snow leopard)-E trong tương lai gần. Radar Irbis-E có khả năng rất mạnh, có thể theo dõi mục tiêu có RCS 3 m² (cỡ máy bay F-16) ở tầm 400 km và mục tiêu có RCS 0.01 m² (cỡ máy bay tàng hình) ở tầm 90 km. Đối thủ của Tikhomirov (NIIR) là Phazotron (NIIP) cũng đã giới thiệu mẫu radar tương tự với quét mảng điện tử bị động.
Su-27 có 1 hệ thống tìm kiếm và theo dõi bằng tia hồng ngoại (IRST) ở phía trước buồng lái hay còn được gọi là "con ngươi", nó cũng được kết nối với hệ thống kính trắc viễn laser. Hệ thống này có thể được nối với radar, hay sử dụng độc lập cho hoạt động tấn công "lén lút" với tên lửa hồng ngoại (như R-73 và R-27T/ET). Nó cũng điều khiển pháo, cung cấp sự chính xác tốt hơn so với một radar ngắm bắn. Thậm chí, hệ thống này cho phép Su-27 có khả năng phát hiện và giao chiến với các loại máy bay tàng hình như F-22, F-35 từ cự ly tới vài chục km (máy bay tàng hình được thiết kế để có mức độ bộc lộ trước radar rất thấp, nhưng chúng vẫn phát ra tia hồng ngoại như máy bay thường do đều phải sử dụng động cơ phản lực tỏa ra nhiều nhiệt). Tiêu biểu là các hệ thống OLS-30 (trang bị trên Su-30MKK), OLS-35 (trang bị trên Su-35) đã đạt tầm phát hiện máy bay địch tới 90 km, trong khi hệ thống mới hơn (OLS-50M) được phát triển từ năm 2010 có cự ly phát hiện còn cao hơn nữa, có thể tới 150 km. Với tín hiệu hồng ngoại thu được cùng tên lửa "bắn và quên" (như R-73), Su-27 có thể nhắm bắn máy bay tàng hình từ cự ly khá xa, bất kể việc máy bay địch có bị phát hiện trên radar hay không.

Lịch sử hoạt động

Su-27, dù có khả năng không chiến tốt, nó chỉ được trông thấy trong những hoạt động nhỏ từ khi nó được đưa vào hoạt động. Ngoại lệ đáng chú ý duy nhất là trong thời gian Chiến tranh Eritrea-Ethiopia (1998-2000), khi đó một số chiếc Su-27A đã được sử dụng triệt để bởi Ethiopia trong nhiệm vụ CAP (Combat Air Patrol - Tuần tra chiến đấu trên không) và hộ tống cho MiG-21 và máy bay ném bom MiG-23. Trong quá trình phục vụ, Su-27 của Ethiopia đã bắn hạ 2 chiếc MiG-29 của Eritrea; một số chiếc Flanker được điều khiển bởi phi công Nga và phi công Ukrainia, người ta cho rằng những phi công đến từ Nga và Ukraina đã điều khiển những chiếc Su-27 và MiG-29 đó (một số bị buộc tội làm lính đánh thuê). Một phi công của Ethiopia tên là Aster Tolossa đã trở thành người phụ nữ đầu tiên của Châu Phi giành chiến thắng trong không chiến.
Tháng 8/1992, các phi công của Trung tâm huấn luyện chiến đấu của Không quân Nga ở Lipetsk đã bay Su-27UB sang căn cứ không quân Langley, bang Virginia, theo lời mời của phía Mỹ. Hai bên đã quyết định tiến hành “cuộc diễn tập chung” ở cách xa bờ biển 200 km. Theo kịch bản đề xuất, ban đầu 1 chiếc F-15D phải tìm cách thoát khỏi sự truy đuổi của Su-27UB, sau đó các máy bay sẽ đổi vai cho nhau và Su-27 phải thoát khỏi sự truy đuổi của F-15. Một chiếc F-15C cũng cất cánh để quan sát cuộc tập trận.
Đầu tiên, chiếc F-15D đã cố bứt khỏi Su-27 ở chế độ tăng lực toàn phần, nhưng Su-27 vẫn bám cứng chiếc F-15 bằng cách sử dụng chế độ tăng lực cực tiểu và lực đẩy không tăng lực tối đa. Sau khi các máy bay đổi chỗ cho nhau, Su-27 đã bật tăng lực toàn phần và lập tức thoát khỏi F-15D với vòng lượn và lấy độ cao gắt, khiến F-15 tụt lại phía sau. Sau vòng lượn, chiếc Su-27UB bám ngay vào đuôi chiếc F-15, và đã “bắn rơi” chiếc chiếc F-15C đang quan sát ở phía sau. Sau khi hạ chiếc F-15 thứ nhất, Su-27 bắt vào máy ngắm chiếc F-15D hai chỗ ngồi và "bắn hạ" luôn nó. Trận không chiến kết thúc, Su-27UB đã hạ cả hai chiếc F-15 nhờ khả năng cơ động rất tốt của mình.
Máy bay chiến đấu Su-27 được tạp chí hàng không hàng đầu trên thế giới Flight International đánh giá là máy bay chiến đấu tốt nhất thế kỷ 20.

Các quốc gia sử dụng

Khoảng 680 chiếc Su-27 đã được chế tạo tại Liên Xô và Nga. Con số này chỉ bao gồm Su-27 mà không bao gồm những mẫu phát triển sau này. Ngoài ra, khoảng 300 chiếc Shenyang J-11 (phiên bản của Su-27) đã được chế tạo bởi Trung Quốc (tính tới 2015) sao chép bất hợp pháp.