2024年5月4日发(作者:苹果4和苹果4s有什么区别)
续言
【蝶恋花•答李淑一】:“我失骄杨君失柳,杨柳轻飏直上重霄九。”——当美国人
在隐身领域一路领先高歌猛进的时候,俄罗斯在新一代战机研制进展方面却连遇挫折,
在国家动荡和经济衰退的影响下,其近20多年来的发展历程可谓是一波三折、曲折坎
坷。同一时期,我国正深陷于薄弱基础之上,引进、消化、吸收和自主开发三代战机
举步维艰的泥潭之中,先进的隐身战机与我们现实中二代当家的窘境看起来是那么的
遥远。然而就是在这样的困境中,经历了痛苦和磨难,俄、中两个难兄难弟最终都挺
了过来,各自研发出了独具特色的五代战机,同时也跨入了隐身大时代的门槛。“谁无
暴风劲雨时,守得云开见月明”,从“望尘莫及”到“望其项背”,如今甚至已经盘算着什么
时候可以“并驾齐驱”——虽然未来仍然充满变数,但是——我们已经上路了。
在本文上篇中,讲述了隐身技术在军事航空领域的发展和截止到上世纪 80’s
~90’s 年代前的主要应用。由于这一时期也是隐身技术步入大成阶段的一个分水岭,
本文将延续上篇的内容,对美国在隐身战机设计上的另外两款巅峰之作 F-22 和 F-35
进行分析,然后讲述俄罗斯、中国等在此项技术方面的追赶进展。本文后半部分将尝
试从隐身无人机、电子对抗、战机生存力和隐身战术等方面作综合性论述和探讨,以
引领读者略窥隐身技术涉及领域的全貌。
在开始讲述之前,有必要同时关注的一个现象是,上世纪 80’s ~90’s 年代是计算
机和雷达技术突飞猛进的一段时期,计算能力的提高使得隐身和气动设计仿真更为高
效精细,但同时也促成了雷达特别是相控阵雷达等技术的大幅提升。尤其是 80 年代
伴随着微机和高速处理芯片技术的飞速进步而形成的数字化波束技术(DBF),为现
代雷达发展带来了一次革命性的变革。这项技术从多波束控制和自适应波形变换等方
面极大地拓展了雷达的性能和功能,也使得雷达系统的升级能够更方便地与微处理器
技术的进步同步,结合后续新体制的双基地雷达、现代中低频雷达、无源相干探测等
技术发展,对隐身战机构成了新的全方位威胁,由此也将促进电子对抗手段和隐身战
术的进一步发展演变。本文虽不会重点讲述这方面内容,但军事爱好者们有必要对其
中的重要性和关联关系有所认识。
一、 隐身时代的“绝代双骄”
F-22 和 F-35 是隐身技术与气动设计、机动性等完美结合的典范之作,也是美国
隐身战机设计到目前为止的巅峰之作,其特点在于对超机动性、低可探测性(LO)、
超巡、先进综合航电和态势感知、高可维护性等方面取得了较好地平衡和全面突破,
一改 F-117 这类低性能亚音速超低可探测性(VLO)战机的诸多设计缺陷,为高生存
力和高性能“鱼和熊掌得兼”树立了模版。其中 F-22 具备的 4S 特征——Stealth(隐
形)、SuperSonic Cruise(超音速巡航)、Super Maneuverability(超机动)、Superior
Avionics for Battle Awareness and Effectiveness(超级战场感知和效能综合航电),
已成为其他各国隐身战机设计上跟踪仿效的标准,同时 F-22 也是后来者 PAK-FA
T-50和 J-20 的主要设计对抗目标,以其为代表的这一代战机被统称为第四代战机,
俄版分法为第五代,后来为国际市场竞争目的,美国在 F-35 服役时也以五代标称,
为方便起见,本文后续也统称为五代机。
F-22、F-35 等的隐身技术措施主要针对当前主要装备的 S、X 波段搜索、跟踪
雷达,在毫米波和 L 波段的部分相邻段内也有一定的降低可探测性效果。在隐身外形
设计上,凹凸曲面菱形机身、兼顾隐身和气动边条作用的全线长棱边、菱形机翼和 V 形
垂尾是五代战机的共同特征。相对而言,在目前已出现的五代战机中,只有 F-22 真
正贯彻了全向隐身设计要求,并较好地兼顾了红外和视觉隐身性能,其他几款或多或
少都存在侧面和尾部隐身性能设计方面的各种缺陷和取舍折衷。另一方面,在隐身技
术光鲜亮人的前景背后,其设计、制造和地面维护的综合成本仍然十分高昂,远超此
前的三代战机,因此在性价比方面一直存在比较多的争议。相比 F-117、B-1B、B-2 等
较早期的隐身战机在空-面攻击实战中已经取得的优势和成功,在制空任务中隐身战机
的作用和价值还缺乏实战考验。虽然隐身技术存在的意义已经毋庸置疑,但就其技战
术本身的缺陷和完善而言,仍有待在将来可能发生的有质量、有份量的战争中进行更
为全面的检验和改进。
图 1、F-22 在具有高隐身性能的同时兼顾了高机动性,是隐身与气动设计结合的典范
F-22“猛禽”
F-22 的研制源自于美国 20 世纪 70 年代早期开始的先进技术战斗机(ATF)计
划,是美国战术空军司令部 TAC-85 研究计划的一部分,该研究通过预测 1970~1985
年战术空军面对的作战环境,明确指挥与控制、侦察、特种空军、空运和战斗机领域
的能力要求。受越南战争期间地面雷达网、地-空导弹和雷达制导的防空火炮构成的防
空体系对战术空军的巨大威胁影响,并考虑到同期 F-15 制空战机已在研发,因此
TAC-85 对 ATF 的研究强调的是具有高生存力的战术攻击机以应付中高强度冲突,
以空-面任务为主,有一定的空战自卫能力,计划取代对象是 F-4、F-105、F-111 这类
机型。后续陆续开展的先进战斗机技术综合(AFTI)、目标截获与武器投放(TAWD)、
空-面技术评估与综合(ATS)、进攻性空中支援任务分析(OASMA)等系列研究,
一直到 1976~1977 年的战术攻击系统研究(S3)均以空-面攻击为主要研究方向,其
中在 ATS 研究中提出了隐身和机内/保形武器挂架的必要性。
1977~1979 年间,西方利用卫星侦察等各种手段发现前苏联正在发展几种新型战
机(即后来的 Mig-29 和 Su-27),根据收集的情报分析这些战机的性能尤其是空战能
力有了很大提升,很可能已经具备了与 F-15、F-18 和 F-16 等战机匹敌的能力,即使
发展中的 F-15 在面对这些战机时也不能确保取得空中优势。在这样的背景刺激下,
1979 年末开始,ATF 的研究作了重新规划,空-空任务被放在了与空-面任务平等的
地位。这两项任务研究均由空军飞行动力实验室管理,其中空-空任务研究以“1995 战
斗机研究”的名义展开,在 1981 年完成。期间承包商验证了“从超音速巡航状态下的
高空突防到低空突防再到隐身技术的最大突防距离”,也包括了短距/垂直起落的优化设
计。根据修改后的 ATF 计划还进行了先进战术攻击系统任务分析(ATASMA)研究,
涉及到了低可探测性和电子对抗技术研究以及“质量对数量”的性能分析,强调以质取
胜。1981 年 7 月 6 日发布的 ATF 新的任务需求书(MENS)中,使用低可探测性
(LO)等新技术来实现高生存性被明确列为其中一项关键任务。实际在稍早一些的 5
月 21 日,美国空军航空系统部就已经给波音、洛克希德、诺斯罗普等 9 家公司提出
了 ATF 的信息征询书(RFI),要求各公司提供概念设计进行评估。同年 11 月 23
日,美国政府批准 ATF 计划正式进入方案论证阶段。
图 2、早期 ATF 计划中洛克希德(大图)和波音(小图)提出的两种概念方案
在 1981~1982 年期间对 RFI 和 ATF 初始设计方案的讨论分析中形成了一些
有共识的结论,比如:理想的空-空平台将把低可探测性和超音速巡航、高机动性等结
合起来,Ma1.4~1.5 的巡航速度和 15,240~21,336 米的升限是比较合理的设计目标
范围,通过隐身和远程空-空攻击能力压制包括苏联正在研制的 AWACS(A-50)和
Mig-29、Su-27 等空中力量。由于空-面战斗机不一定能完成空-空战斗机的任务,而
空-空战斗机相对较容易改装完成空-面战斗机的作战任务,因此在 1982 年 12 月空
军发布的最终 RFI 报告中,明确了以空-空任务为主,空-面任务为次要地位的空中优
势战斗机目标,并在 20 世纪末取代 F-15 以应对下世纪早期将面对的空中威胁。
1983 年 5 月,美国空军提出了 ATF 方案开发招标书(RFP)的调查需求,低可探
测技术是其中一项重要内容,对洛克希德和诺斯罗普这样的已经在隐身飞机设计和应
用中取得长足经验的公司来说无疑是占据了一定优势。经过近两年的方案论证和评估,
以及对新战斗机单价成本的控制要求讨论,最终美国空军在 1985 年 9 月确定并发
布了正式招标书,计划于 1986 年 1 月完成招标,后来推迟到 4 月。此后在美国国
会施压下,美国海军也同意在 90 年代末期采购海军型 ATF(NATF),全尺寸研制、
首飞和初始作战能力形成(含 52 架飞机)计划时间分别定为 1989 年、1991 年末
和 1995 年。
图 3、较为难得的 YF-22 与 YF-23 比翼齐飞的照片,只是如今 YF-23 已芳踪渺渺
初期方案设计包括结合先进计算机能力,以相对低成本制造全尺寸和缩比模型进
行风洞、RCS 计算和航电等子系统试验,从而大幅降低昂贵的飞行试验成本。在后续
方案研究中还对演示验证阶段的 RFP 进行了修改,增加了战斗机后部低可探测性的
要求(主要是喷口设计)。1986 年 5 月,空军宣布对 RFP 作一项重大改变,将不
再从初期演示验证的理论方案中选定最终承包商,而是将演示验证扩展至原型机飞行
试验阶段,让两种最有希望的设计方案竞争,并各制造两架原型机用于评估,同期,
两家发动机制造公司通用电气 GE 和普•惠 PW 也将进行原型机竞争。为确保各自利
益,波音、洛克希德和通用动力公司宣布达成联合协议,一旦其中一家方案被选中,
另外两家将作为主转包商分包部分设计开发合同,随后诺斯罗普和麦道也达成了类似
协议(格鲁门和洛克韦尔因 B-1B 项目无暇顾及 ATF,已先期退出)。后来事件发展
的结果证明,这种联合模式有效地把各家所掌握的最优技术集中在了一起,如隐身外
形设计和材料技术,推力矢量技术、先进综合航电和传感器技术等,从而真正实现了
高起点的划时代的设计方案。1986 年 10 月 31 日,洛克希德和诺斯罗普的方案经
评估优于其他公司,两家公司分别获得了 6.91 亿美元的主合同,开始进入原型机演
示验证阶段。在这一阶段的方案布局与后续的 YF-22 和 YF-23 还存在比较大的区别,
如图 4。洛克希德和诺斯罗普两个联合团队的原型机 YF-22 和 YF-23 最终都在
1990 年中完成了总装,并很快开始了验证试飞。
图 4、F-22 的方案演进过程
美军在模拟分析中发现,借助隐身技术,在空-空任务中实现先敌发现、先敌发射
和超视距攻击,被攻击目标的生存概率只有 10% 左右,正是因为这个结论,在研制
过程中军方对隐身性能指标进行了极为严格的要求和控制。在隐身设计验证方面,要
求两家公司利用实际元件和计算机 RCS 预测模型、缩比和全尺寸飞机进行试验与分
析,并要求高保真的全尺寸 RCS 飞机模型具有全部的雷达目标发射装置和有可能实
际采用的吸波材料,最后在新墨西哥州白沙靶场的雷达散射实验室对两套模型进行了
对比评估。YF-23 和 YF-22 原型机分别在 1990 年 8 月末和 9 月末开始进行试
飞,各自用了 104 天和 91 天完成了全部试飞验证项目,两架飞机都展现了完全满
足 ATF 预计要求的性能和特征,其中除高机动性一项外,其他如武器容量、隐身指
标等方面 YF-23 均超过 YF-22,但差距并不是太大。由于设计安装了二元矢量喷管,
YF-22 在机动性上,尤其是大仰角(60°)和较低速的机动敏捷性和可控性方面远远
超过 YF-23,尽管后者也同时满足了 ATF 的机动性设计要求。同时,通用电气的
YF120 变循环发动机在超音速巡航中的表现也胜过了普•惠的 YF119 发动机,YF-22
在装备 YF120 试飞时超巡速度达到了 Ma1.56,超过了安装 YF119 时 Ma1.4 的表
现。但是在 1991 年 4 月 23 日,空军司令赖斯宣布方案相对保守常规的洛克希德
小组和普•惠分别获胜,之所以 YF-22 和 YF-119 能够最终胜出,更关键的原因在于
方案的全寿命周期预测成本较低,技术风险和未来预期发展投入也更低。YF-23 由于
无尾气动布局过于超前,可能给飞控和性能发展带来不确定性,同样的理由也针对发
展潜力更大但风险和研制成本更高的 YF120 变循环涡扇发动机。
图 5、这架总装完的 F-22 正在进行表面隐身涂料喷涂,以增强雷达、红外吸收效果
为控制飞机重量和提高可维护性,F-22 对吸波材料(RAM)和吸波结构(RAS)的
应用在满足 RCS 设计指标的情况下被降低到了最低限度,主要通过外形和结构的优
化设计方面来实现隐身。按照一个较为普遍认同的观点,F-22 的隐身效果 85% 由外
形决定,其余 15% 通过吸波材料和吸波结构实现,根据一项较为公认的的数据分析,
其前向 RCS 约为 0.065m²,只有典型三代机的 1/100 左右。F-22 的隐身设计遵循
“平衡可探测性”原则,在具备突出的雷达隐身性能的同时,还兼具优秀的红外隐身和声
音隐身性能,在隐身设计与气动布局以及推力矢量的结合方面,达到了一个前所未有
的高水平。根据已公开的数据,仅在演示验证阶段,花在 YF-22 的 RCS 测试时间
累计就已达到了 3,200 小时,YF-23 此项也基本类似。
F-22 外形隐身设计特征主要包括:
①. 机身采用带两侧棱边的凹凸曲面机身设计,包括带金属镀膜的整体式座舱盖
外形设计也符合这一低 RCS 原则。得益于计算机技术的极大提高,F-22 的 RCS 分
析设计采取了整机计算机模拟方法(含吸波进气道、吸波材料和结构影响),较十几
年前 F-117 的分段分部件模拟和合成更精确和全面,且不再受计算能力限制只能进行
少量多面体设计,实现了更符合气动要求的连续曲面设计,该机的 RCS 试验结果与
计算机模拟预测值偏差很小,其中关键频率 73% 与预测值差异在 2dB 以内,97%
在 3dB 以内;
②. 飞机所有边缘、缝隙、平面倾角等均按照平行原则设计,严格保持与主翼面
前后缘和V形垂尾平面倾斜角度的一致性,以合并减少边缘反射的主要波峰数量。同
时,所有无法避免的断面、端面如襟副翼等活动翼面侧端均按照倾斜平面要求进行削
尖处理,减少直接镜面反射量;
③. 机身和机翼采取翼身融合设计,并保持了机身棱边、边条和机翼边缘的连续
延展,减少外形上影响电磁波传递的不连续断点,这条棱边兼顾了气动设计上边条的
作用,前机身的 3 段式棱边可以产生有利的组合涡系增加升力;
④. 采用双斜切入口的 Caret 式 S 形进气道,避免入射波直接照射发动机叶片,
同时涂覆吸波材料,通过电磁波在S形弯曲吸波通道内不断反射吸收,逐步衰减回波
能量;
⑤. 雷达天线和底框采用固定倾角安装,局部贴覆吸波材料,雷达罩采用低 RCS
外形并应用频率选择表面设计(FSS,一种分层滤波网络,具有频率带通特性),这
样只有在本机雷达工作频段内的电磁波可通过,并将其他目标发射的该频段雷达波大
部分反射至其他方向和吸收削弱;
⑥. 机表主要开口采用致密的菱形金属导电格栅网屏蔽,同时主要天线和传感器
也不再伸出机表,而是采取内埋保形设计,部分有活动口盖,在非工作状态时可屏蔽;
⑦. 机身主要边缘和带转角点应用吸波材料和吸波结构,外表喷涂吸波和红外抑
制涂料,对机身和机翼前缘的一些气动热点设计了燃油循环冷却装置(关于这项设计,
还记得洛克希德 SR-71 的燃油循环冷却系统吗?);
⑧. 正常作战状态无外挂,武器隐藏在机身两侧和腹部的内置武器舱内,机炮口
也设置舱盖屏蔽。普通武器外挂架单件就可能造成 0.5~1m² 左右的 RCS 增量,因
此武器内置或采取保形外挂的方式对隐身战机来讲是不可或缺的措施;
⑨. 采取喷口较扁平的二元矢量喷口设计,边缘锯齿倾角也符合平行设计原则,
F-22 的二元喷管虽然推力损失了 2~3% 左右,但由于具有较大的管壁面积和较低的
高度,有利于后机身的融合一体化设计和空气混合冷却,雷达隐身和红外隐身效果突
出,其中 3~5μm 红外抑制效果达到 80~90% 左右,红外辐射波瓣大幅缩小。同时,
F119 发动机还带有液氮冷却装置,可以瞬间降低尾部喷流局部温度,在面对红外格
斗导弹尾追攻击时可在一定程度上达到瞬间红外隐身的效果,降低被击中概率。
除上述外形相关的隐身设计外,F-22 还采取了天线共用减少辐射孔径、光缆传输、
可定向收发的窄波束数据链等措施,进一步降低了主动向外辐射暴露位置的可能性。
虽然 APG-77 有源相控阵雷达具备一定的被动探测功能和自适应调零能力,但 F-22
隐蔽接敌模式的被动探测和情报收集能力主要依靠的是其综合电子战系统(INEWS),
其中关键是 AN/ALE-94 雷达告警接收机(RWR),这方面的分析本文将在后面电子
对抗章节中详细论述。
图 6、演习中的两架 F-22 战斗机
F-22 首架生产型于 2005 年底交付,由于苏联解体冷战结束,美国空军在全球面临
的威胁降低,加上本身研发制造成本剧增等原因,F-22 的计划生产数量多次调减,从
最初的 750 架一直削减到了 187 架(4 架已坠毁),按照美国方面评估,这个数量
应该可以满足支持同时开展两场中等烈度地区性战役的需要。在美军历次举行的演习
中,F-22 取得了令人难以置信的骄人战绩,例如对 F-15、F-16、F/A-18 等机型 0:
144 的交换比;在对欧洲战机 EF-2000 和阵风的对抗演习中,只在近战和限制过载
的情况下有过被“击落”记录;另一次是在对抗 EA-18G“咆哮者”时,据称被对手利用电
子对抗手段抢到先机并“击落”。
图 7、EA-18G 在演习中曾击败过 F-22,左图为在 HUD 中显示锁定 F-22 的情形
F-22 自服役以来至今经历了增量 2、增量 3.1、增量 3.2 等多次系统升级和 4
次武器能力更新,包括战术数据链从 IFDL 到 TTNT(增强 Link-16)、MADL(多功能
先进数据链,与 F-35、B-2 通用)的升级,APG-77 雷达增加合成孔径(SAR)功
能实现对地面机动目标的成像分辨和精确打击能力,增加电子攻击能力,优化武器投
放能力(超音速状态下投放空-空和空-面武器)等。其中增量 3.2 计划分为多个阶段:
阶段A预计在 2014 年完成,主要针对雷达、通讯数据链和电子对抗设备等升级;阶
段 B 计划 2018 年完成,将使全部 183 架 F-22 具备使用 AIM-9X 和 AIM-120D
(增程型,有效射程>180公里)的能力,阶段 C 尚未定义完成。研究中的后续计划
还包括升级 AN/AAR-56 导弹发射探测系统,并加载类似 F-35 的全向态势感知和红
外搜索跟踪系统(SAIRST),综合战斗力将进一步得到完善和提高。
图 8、近期经过升级的 F-22 已经具备了使用发射 AIM-9X 的能力
总体来看,隐身性能是 F-22 克制现役其他三代战机的最大技术优势之一,即使
是依靠机载电子设备和武器升级改进的三代半战机,综合起来也不具备对抗 F-22 的
能力。一般的观点认为,唯有在借助更先进的反隐身探测技术发现 F-22 的大致方位
的情况下,借助电子干扰压制等手段,设法逼近搜索锁定(瞬时 LPI 探测或红外多谱
段无源探测等,近距离锁定),或者在其开机状态下依靠无源探测技术快速定位和攻
击,才有可能在一定程度上实现与 F-22 的对抗和遏制。但实际战争中战场环境十分
复杂,态势瞬息万变,各种技术手段层出不穷,因此这类战术的有效性还很难准确预
测,而且在找到切实可行的对抗措施和方法前,很可能首先要付出较为沉重的代价。
装备相近技术水平的隐身战机,并就隐身技战术和对抗方法进行模拟演练和研究,同
时提前做好关键区域反隐身雷达网的部署和准备,有可能是对抗隐身战机威胁的唯一
途径。对于美军在全球的任何一个对手来说,在具备同等水平的战机和战术支援体系
前,F-22 绝对是这个世界上最强大和最难以对付的战斗机。
F-35“闪电”
F-35 的研制源自 JSF 计划,该计划是由美国 20 世纪 80 年代的“通用低成本
轻型战斗机”(CALF)和“联合先进攻击技术”(JAST)计划合并演变而来。CALF 计
划主要为海军陆战队研究一种具备短距起飞和垂直降落能力(STOVL)的轻型战机,
替代其使用的 F-16“战隼”。后来在洛克希德的游说下,1992 年空军和海军陆战队同
意联合研制一款具有先进短距起飞和垂直降落能力的通用经济型轻型战斗机,这也是
后来 F-35B和 F-35A 区分的由来。JAST 计划是美国国防部 1993 年在取消多用途
战斗机(MRF)、海军 A-12 及后续 A/F-X 先进攻击机计划后提出的一项替代计划,
目标是开发一种三军通用的联合攻击机系列(延续了此前低成本联合攻击机JAF三军
通用的思路),替换几种已经老旧的美制(F-16、A-6、A-10 等)和英制战机(鹞/海
鹞/AV-8B)。考虑到 CALF、JAST、JAF 等计划相互重叠,1994 年 10 月美国国
会将几项计划合并到了 JAST 计划,新计划将发展一个三种型别的通用飞机家族,包
括美国空军和英国皇家空军使用的常规起降型(CTOL),美国海军的舰载型(CV),
以及美国海军陆战队和英国皇家海军使用的 STOVL 型。后续的研究中确定了单发单
座基本型的设计思路,海军曾一度希望设计双发版本确保可靠性,最后也接受了单发
的建议,普•惠的 F119 发动机被定为首选动力,通用电气的 YF120 作为后备。
图 9、波音的 X-32 与洛克希德的 X-35 具有完全不同的气动外形和设计思路
图 10、F-35 已经开始小批量交付美军使用
1996 年 3 月,JAST 计划正式更名为 JSF 计划,并在 5 月份成为国防部正式
采办项目。同年 11 月 16 日,波音和洛克希德•马丁公司被选为 JSF 为期 51 个月
概念验证阶段的发展商,各自制造两架验证机完成三个型别的概念研究,其中波音的
研制方案编号 X-32,洛克希德•马丁的方案编号 X-35。项目同时要求以概念机为基础
研究一套武器系统,以满足三军需求,在整个计划中最为苛刻的一条是要求新机全寿
命周期成本低于现役的同类战斗机。美国军方还同意普•惠公司以 F119 为基础研发一
款提高可靠性、可维护性和推力的新发动机,以平衡发动机研发成本(后定型为 F135
发动机)。按照计划,所有型别的 JSF 战斗机都可用同一条生产线制造,使用同一
种针对 CV 和 STOVL 优化的发动机,拥有尽可能多的通用部件,并使用通用的支援
和维护系统。
图 11、F-35 机体结构中复合材料占比达到 30%,翼盒采用单块式结构,与机身集成
为一体,同时还采用了大面积整体蒙皮覆盖
波音和麦道公司签署了协议合作研发 JSF,1997 年 8 月两家公司合并,另一方面,
诺斯罗普•格鲁门和英国宇航公司则加入了洛克希德•马丁研制小组,两组在方案设计上
存在很大的不同,如图 9。2000 年 9 月和 10 月 X-32A 和 X-35A 先后实现首飞,
经过 10 个月的对比试飞,洛克希德•马丁的 X-35A 在 2001 年 10 月获得了最后胜
利,赢得了工程制造与发展阶段(EMD)合同。客观地说,波音公司的下颌进气无尾
大三角翼 X-32 方案(包括后期推出的有尾翼方案)在技术上很有特色,但由于在垂
直降落方面出现的事故(进气口吸入前升力喷口的高温气流引发高度骤降)暴露了设
计缺陷,在空中加油试验中也出现了漏油情况,加上军方对其隐身能力和机动性前景
不确定性的担忧,最终导致了竞争失败。而洛克希德•马丁相对常规的 X-35 方案和轴
传动升力风扇设计则相对可靠和安全很多(如图 12),没有高温后燃气吸入发动机的
风险,空中加油试验十分顺利,一切表现都相当令人放心,因此决定性地获得了最后
合同。
图 12、洛马的 STOVL 升力风扇方案采用轴传动常温设计,无燃气吸入风险
图 13、这架 F-35B 正在海上进行垂直着舰试验
F-35 三个型别在设计上针对不同任务进行优化,其中 A/CTOL 型与其他型通用
性最高,达到 80%,B/STOVL 型通用性为 70%,C/CV 型由于结构加强、翼展增大
和可折叠等原因通用性只有 35%。
图 14、F-35C CV 海军型翼展加大,可折叠,以减少上舰占用空间
隐身设计措施方面 F-35 主要技术继承自 F-22,总体来看设计上既有创新也有折衷让
步,不同之处主要在于:
①. 进气道采用了 DSI 加 S 形进气道设计,其中进气道侧壁由验证机的四唇缘
改为带大倾斜角的三唇缘设计,以改善大迎角进气效率。DSI 设计在隐身方面的特点
笔者在《善隐者,上隐于九天》一文中(以下简称《善》)有详细分析,主要具有正
面和侧前方位入射波直射范围小收集量少,以及结构较轻等优点。但受机身长度制约,
F-35 的 S 形进气道偏短和陡,在进气道内多次反射吸收的效果方面会略差,前掠唇
口也会在前向的行波反射贡献上稍有不利(由于唇口斜切,行波反射会沿唇口边缘法
线方向散射出去,基本不会回到原入射方向);
②. 梯形主翼的后掠角只有 35° 左右,由于侧前方 ±35° 方位仍然属于战术上威
胁较大的方位,从这两个方位附近入射的雷达波会在翼前缘形成较强的直接镜面反射。
此外,机翼前缘对正前向入射波的镜面反射偏移角也偏小,可能导致部分反射旁瓣回
到原入射方向。按照通常的隐身设计原则,机翼前缘后掠角越大对主要威胁角散射偏
移越有利,一般建议超过 40° 以上,以提高对威胁最大的正前-侧前方隐身效果;
③. 尾喷口设计上,F-35的 CV 和 CTOL 型并未采用类似 F-22 的二元矢量偏
转喷口,估计主要是出于与 STOVL 型保持尾部框架结构通用的原因考虑。为提高后
部隐身性能,F-135 发动机的尾喷口采取了有纵向尖拱倾斜面和锯齿化叶尖等措施,
在降低雷达散射的同时,对尾流与冷空气掺混也有一定效果,有利于较快降低尾流的
红外辐射强度;
④. F-35 机身偏短粗,在前机身座舱段(含座舱盖)、中机身侧下部等迎面角偏
大,凸截面较多,在控制散射偏转方向效果上较 F-22 要略差一些,带升力风扇的
STOVL 型外形影响更大;
⑤. F-35 在复合材料应用比例上比 F-22 更高,达到整机结构的 30% 左右,包
括全复合材料一体成形机翼和垂尾等,对降低直接散射和表面行波反射等有利。舰载
CV 型的外形略大,翼展增加了 23%,机翼可折叠(图14),带有保形外壳的可弹
出着舰尾勾,基于舰载考虑结构作了不少加强,复合材料应用比例略低于其它两型,
结构通用性有明显下降;
⑥. 机表主要开口缝隙采用了特制的柔性导电材料填充抹平,同时主要活动机构
如翼面转轴接缝部位也采用了柔性导电蒙皮连接,以达到表面导电连续性和遮挡缝隙
入口的目的;
⑦. 相对 F-22 的“宝石柱”航电系统架构而言,F-35 的“宝石台”架构综合水平进
一步提高,航电雷达和各类天线孔径的共用度也提升到了一个全新的水平,按任务需
求书要求 F-35 上应至少有 37 种不同类型的天线孔径,最后经过综合和共用大幅削
减到了 9 个,从而显著降低了自身辐射暴露和天线被动暴露的概率。
综合来看,F-35 受限于相对小尺寸下兼顾多军种任务对结构、机体内容积和外形
设计等的制约,其侧面和后部外形上的隐身效果有限,结合吸波材料等手段也只能在
前向 RCS 特性上较接近 F-22,侧面和后向 RCS 特性较 F-22 差,不过综合起来
仍然满足低可探测性要求。F-35 三种型别 RCS 特性略有不同,常规起降的 CTOL
型外形隐身效果最好,CV 型和 STOVL 型次之。
图 15、F-35 设计配备 HMDS 先进头盔显示系统、座舱整体式综合显示系统集成度
很高
图 16、F-35 机头下方的综合光电瞄准系统(EOTS)外罩按隐身需要修形,内部传
感器不一定安装,而是根据型号和任务需要配置,但外罩始终保留
鉴于任务定位和研制时期的不同,在对地攻击能力、先进传感器和态势感知能力
等方面,F-35 具有 F-22 不可比拟的优势,如图 15、16 所示。但也正因为这方面
的原因以及多军种任务通用的要求,F-35的研制和生产成本始终居高不下,走货价格
在不断向上攀升。最新数据显示 F-35 的 B、C 型 2012 财年采购单价已超过 2 亿
美元(含配套武器),虽然其机体预期使用寿命较长,但全寿命周期成本仍然显著高
于美军其他三代或三代改战机,这与其研制初衷“经济可承受”的要求显然已经严重背离
(根据 2000 年确定的联合需求文件计划采购单价最高不超过 3,800 万美元),同
时也会明显影响其最终采购数量。目前 F-35 已小批量交付美军试装,其中给英国皇
家空军使用的国际版 F-35B STOVL 型首架也已交付。
图 17、首架交付英国皇家空军的国际版 F-35B 型隐身战斗机
由于其特殊的定位和研制历程,F-35 自诞生之日起就是一款极富争议的焦点战
机,除成本和价格问题外,各盟国和客户对其隐身性能、机动性、武器载荷等方面存
在各种质疑。例如澳大利亚对 F-35 的隐身性能、机动性能否有效对抗周边 Su-35 等
表示担忧,同时也认为其航程不足,难以满足远程攻击任务要求。还有部分国家则对
F-35 内置武器数量较少,尤其空战模式下只能配备两枚中程对空导弹表示不满。此外,
有人猜测很可能在美军使用的机型和英国等其他国家使用的机型上对隐身技术会有所
保留,可能存在些微差别(例如隐身材料、涂料等细节差异)。出口型 F-35 的隐身
性能实际情况如何尚无法证实,但事实上此前美国政府在许可出口 F-15SE“沉默鹰”时
已经有过先例,根据波音 F-15 项目经理琼斯的说法——“这不是你能够达到怎样的隐
身水平的问题,而是允许达到怎样的隐身水平的问题,美国政府控制着这个事情。” 他
说:“我们可以根据不同国家来设计不同的隐身水平,我们需要决定在飞机的各个部位
做些什么以达到特定的 RCS 水平,采用什么样的技术组合取决于我们要求的 RCS
水平和在什么部位做。”
根据洛克希德试飞员的描述,F-35 在内置 2 中+2 近空-空导弹执行空战任务时
整机推比接近 1,其飞控系统允许飞行员在 50 度攻角以内进行机动,且加速性方面
优于 F-16。从目前仍在进行的任务机动包线试飞中,F-35 表现出来的飞行品质和机
动能力与 F/A-18 很相似,对其高机动能力的疑问也许在全部包线测试完成后会得到一
个较为令人满意但又不会太意外的答案。此外,海军的 F-35C CV 型目前在着舰试验
方面碰到了较为严重的结构设计问题,最终解决时间尚不确定。在己方掌握制空权并
压制摧毁对方主要防空体系效能的情况下,F-35 可以采取武器外挂的方式遂行攻击任
务扩大战果,此时对隐身性能的要求已不那么重要和苛刻。不过在这类任务场景下,
特别对武器载荷能力和航程等方面而言,F-35 的潜力显然还无法与经过隐身改造后的
F-15SE“沉默鹰”相比,但二者在成本上却存在着明显差距,这也是一直以来存在的另
一个有争议的话题。
图 18、F-35 采用外挂武器方案时隐身性能下降,且武器载荷能力不如 F-15SE“沉默
鹰”
二、 那些年,我们一起追过的猛禽
F-22“猛禽”在以 4S 为特征的综合能力指标方面达到了很高的标准,从技术追赶
的角度来说这也是横亘在所有挑战者面前的一堵高墙。有全球最先进的大推力发动机
技术、最深厚的隐身技术和设计功底、最高级的航电综合技术为基础保证,F-22 在飞
控气动,比如放宽静稳定度程度、减小翼载、二元矢量推力(隐身效果与推力损失)、
以及结构设计方面所获得的弹性空间及裕度,在全向隐身性能方面所能达到的高度,
对俄罗斯、中国等其他国家而言短期内是根本难以比肩的。唯一现实的做法,是在本
国力所能及的领域,如气动布局、高机动性和超巡等某一个或某几个方面实现赶超,
再借助战术和体系的调整支援来一定程度上弥补其它的短板,才有可能在综合战力上
尽量扯平。一直有人说美国在 F-22 的隐身性能上花费了太多力气,影响了超机动性
和态势感知体系作战的战术能力,是一种不平衡的设计产物,但必须清醒地认识到,
即便是那些所谓相对不足的能力,对其他国家而言也存在着绝对的水准优势,以至于
俄、中两国不得不损失了部分全向隐身性能的情况下,使尽浑身解数从气动布局、载
荷空间及电子对抗手段等方面寻求弥补和小幅赶超,以图缩小与 F-22 的综合实力差
距。
俄罗斯——“我失骄杨君失柳,杨柳轻飏直上重霄九”
俄罗斯在四代机(俄版五代机)论证起步方面其实并不比美国滞后多少,早在美
国所谓“F-19”(即 F-117 的流言版,还记得 80 年代那个著名的 F-19 隐身飞机玩具
模型事件吗?)和 ATF 计划泄露后不久的 80 年代中后期,俄罗斯就已经正式启动
了对应的方案研究。目前俄罗斯在新一代战机研制方面的落后局面,更主要应归咎于
自 20 世纪 80 年代以来其国家和政体经历的一系列演变和动荡造成的影响,特别是
国家经济实力的严重衰退,新战机研制的经费得不到充足的保障,人才大量流失,相
关的基础技术研究也缺乏投入进展缓慢。尽管如此,俄罗斯在此过程中还是推出了一
系列的新一代战斗机背景研制方案,如米格系列的 1.42、1.44 方案和苏霍伊 S-37“金
雕”(早期叫 S-32)等,其中后两者在上世纪 90 年代后期还制造出了验证机进行试
飞测试。此外,在对应美国 JSF 计划的轻型战斗机方案方面,俄罗斯方面也有对应
的 LFI/LFS 计划,包括米格 I-2000 和苏霍伊的 S-55,这些方案虽然无一能成功走
到最后,但仍体现出了一些独特的设计思想和能力。
图 19、1986 年 7 月,美国泰斯特模型公司的“F-19”模型引发了全球对隐身战机的关
注
早期 MiG 1.42 是类似 F-22 的常规布局方案,进气口前上方有较大边条,受
F-19 模型影响的双垂尾内倾设计等,后来几经变迁演进到了 MiG 1.44 的鸭式布局方
案,如图 20、21。MiG 1.44 在隐身设计上并没有走 F-22 的路子,机体外观显得比
较钝圆,一度让很多人猜测其隐身是否将依赖等离子体隐身等技术。事实上等离子体
隐身技术由于在激励能耗、体积重量和覆盖稳定性等方面存在较多局限性,虽然前景
美妙,但即便到目前为止仍未真正达到可以作为主要隐身手段上机实用的地步。另一
方面,苏霍伊最初在新一代战机研制上提出的是鸭式布局和三翼面两种方案,后来为
获得更好的大迎角可控性、高升阻比和结构布局上的优势,西蒙诺夫大胆在两个方案
中均应用了十分前卫的前掠翼设计,并最终研制出了曾经轰动一时的 S-37“金雕”,如
图 22。得益于三翼面(尾撑延展可动边条面积较大,参与配平,形成小平尾)加前掠
翼的气动布局,S-37 在尚未安装推力矢量装置的情况下即可获得大迎角过失速机动、
超巡、小半径甚至 0 半径翻转等超常规机动能力。在隐身设计上,S-37 采用的倾斜
曲面、遮挡、S 进气道(图 23)、尾流红外抑制和吸波材料应用等方面综合水准较
之 MiG 1.44 更进一步,虽然还远未达到 F-22 的隐身性能标准,但已显示出了较大
的发展潜力。
令人遗憾的是,在经济衰退的影响下,俄罗斯的战斗机研究经历了极为动荡的 20
年,米高扬的 MiG 1.44 和苏霍伊的 S-37 项目相继折翼,最终都未能完成从验证到
生产装备的转换,直到后来借助拉拢印度投资参与 PAK-FA 未来前线战斗机计划,俄
罗斯的新一代战机研制才重新有了起色,这也正应了那句“我失骄杨君失柳,杨柳轻飏
直上重霄九”。尽管结局令人扼腕,但俄罗斯通过 MiG 1.44 和 S-37 的研制,还是对
新一代战机气动布局、动力系统、复合材料技术、高机动性、超巡、飞控以及综合隐
身技术进行了卓有成效的研究和验证尝试,为后续的 T-50奠定了良好的技术基础。
图 20、米格 1.44 早早夭折,这张照片的后机身难免令人想起了 J-20
图 21、米格 1.44 四面图
图 22、S-37 的前卫气动外形和超机动性曾经令世人侧目
图 23、S-37 的隐身设计有所进步,图中可见进气道明显弯曲呈 S 形
在 2007 年与印度签署协议合作研制 PAK-FA T-50 之前,苏霍伊一直在坚持缓
慢发展第五代战机计划,而在获得印度的资金投入后该项目进展明显加快,2010 年 1
月 T-50 实现首飞。T-50 在总体气动布局和结构设计上沿袭了一些 Su-27 的思路,
比如翼身融合、分离较宽的进气道和发动机吊舱等,面积较大的前机动边条起到了类
似鸭式前翼的作用,在大迎角机动中具有三翼面操控的一些特性,较宽大和向两侧延
展较好的横向气动布局设计,结合升力体和矢量推力技术,可获得优秀的大迎角操控
能力和高升阻比,在超机动性方面具有相当可观的发挥空间,如图 24。而在其超音速
性能方面,虽然可能存在双发间距大、迎头浸润面积较大,阻力偏高的问题,但其相
对较大的主翼后掠角和超薄翼型等降低了阻力,主翼与尾翼耦合也较好,加上动力系
统具备较大的超音速段推力,超巡能力和极速方面应无太大困难。
图 24、“我失骄杨君失柳,杨柳轻飏直上重霄九”,历经挫折的俄罗斯战机研制能力能
否借着 T-50 的春风东山再起
T-50 的隐身性能分析笔者在《善》文中有较详细的说明,主要是在机体下部、进
气道和尾段设计存在缺陷,同时笔者也认为其在前上方向具备低可探测性(假定座舱
盖和光电头外形问题解决),下方和侧后向则有必要作出改进,较之早期的 MiG 1.44
和 S-37,T-50 的隐身设计水平已经有了大幅提升。从近期 52 号机的照片(图 25)
可以看到一些积极改变,如部分造成散射 RCS 加大的转动面接缝等已采用柔性蒙皮
连接覆盖,雷达罩与机身结合的边缘则采用锯齿状吸波贴片遮挡,显示俄罗斯已经注
意到这些缺陷并开始着手逐步改进。虽然从细节上看其隐身控制水平和工艺仍低于
F-22 和 J-20,不过未来有望获得进一步的优化完善。
图 25、T-50 的 2 号试验机细节处透露出了对隐身性能进行逐步优化的信号
中国——“谁无暴风劲雨时,守得云开见月明”
我国对隐身技术开始关注始于 80 年代初期,这段时间也正是关于美国在研发雷
达看不见的飞机的消息开始逐步公开的时候,最早在“六五”末期时南航等少数单位就已
开始对隐身技术进行初步探索。1985 年底,国防科工委正式将隐身技术列为高技术
预研课题,作为“七五”期间跨部门重点预研项目之一,并成立了国防科工委隐身专业组,
初步规划了研究计划指南。经科技局研究指定 601 所作为预研项目的总承包单位,牵
头组织各大院校和专业所、主机所展开分项研究。1987 年底成立的航空工业部隐身
技术研究课题组也是由 601 所总承包,李天担任课题技术负责人,参与单位有 620、
621、611 所和北航、南航、西工大,研究内容包括外形、进气道、材料、计算方法
等。“七五”期间隐身研究最大的贡献是在隐身技术认识、理论分析和实验测试方法、
RCS 计算方法和软件等方面初步建立了较为全面的研究体系和基础,这其中也包括了
对二元喷管红外抑制试验研究、座舱风挡镀膜技术验证、吸波结构材料研制等关键性
的探索研究工作。
“八五”、“九五”期间继续深化隐身理论、方法体系和技术研究,重点是建立了包括
总体/气动/隐身综合外形设计、隐身外形与结构设计、飞/推综合、飞/火综合等关键性
的设计方法和技术体系,并对推力矢量(重点是轴对称推力矢量技术)进行了深入研
究,此外,在隐身措施实用化、RCS测试手段等方面作了大量有益的尝试。“八五”末
期,在对隐身技术演示验证机的选择问题上,主要院所间出现了明显的分歧,最后结
果是分别以歼 7(611 牵头)、歼 8II(601 自筹)两种现役战机为对象,重点进行
三大强散射源:进气道、座舱、雷达舱的隐身改进。“九五”期间两组人马分别实施了大
规模的外场实机 RCS 测试(图 26),其中 歼 8II 的测试过程邀请了俄方专家现场
观摩指导。值得一提的是,在初期 RCS 测试的手段、工具都很不完善,很多设备器
具都是研究人员们手推肩扛一点一点手工赶制出来的,条件十分艰苦,但也为后来的
研究工作打下了坚实的基础,其奋斗精神令人敬佩。
图 26、J-7 和 J-8II 外场 RCS 测试的两张珍贵照片,几块白色泡沫塑料人工垒砌的
简陋测试支架和转台,还有测试人员脸上的笑容,记载着那段艰苦岁月的辛酸和坚定
同样是在这段较为特殊的历史时期,中俄间关于下一代战机背景机研究的交流合
作可谓是影响深远,其中米格的 I.44、苏霍伊的 S-37 和三翼面方案在后来 601、611
的几型五代机方案中或多或少都残留了一些影响。所不同的是 611 后来经过 J-10 研
制历程中的研究和积累,在鸭式气动布局和数字飞控技术掌握方面已经独树一帜,对
DSI(Bump)进气道的研究和应用也比较及时。而 601 虽然一直对俄系设计思想推
崇备至和秉持甚笃,但也对美制 F-22 等隐身战机进行了大量分析研究和模型试验,
在气动/隐身综合总体设计、隐身进气道设计(研究了 Caret 和 Bump 两种进气道形
式)等方面研究积累较深,视野并不局限于俄系设计。两大主机所在经过“九五”、“十
五”期间对背景机方案的广泛预研之后,最终都拿出了具备一定特色和创新的自主方案
参与我国五代机方案竞争。
在“十一五”阶段,我国采用全程竞标方式确定了五代隐身战斗机的最终方案。601
和 611 所在竞标前对各自提出的几种方案进行了大量风洞试验和预研,针对型号方案
的 4S 能力有详尽的分析报告。根据有关资料和目前流传的一些信息,601 的主推方
案发展自“十五”期间研究的“98-03”方案,采用了三翼面和三维矢量推力设计,在大迎
角性能、机动性、敏捷性方面最优,并可在 65° 以上仰角情况下保持航向稳定和机动
可控,但缺点是隐身性能在所有方案中最差,升力特性也较差。611 的主推方案是一
种结合升力体机身、带全动 V 型垂尾和三维矢量推力的中距耦合鸭式布局战斗机,该
机在所有方案中隐身性能最优,大迎角机动性和升力特性排第二,机动性第三。关于
这次竞标,有传言是 601 不能保证原型机出厂时间(预计 2015 年),而 611 承诺
的是 2010 年首飞,这个与 J-20 在 2010 年末高滑试验曝光,次年 1 月初首飞的时
间看起来相差不大(注:这里也不确定被军迷拍摄到的是否首飞)。竞争的结果众所
周知,胜出的是 611 的鸭式升力体布局方案。当年的这个方案与今天我们所见的 J-20
在外形上还存在一些较明显的区别,主要改变是从机腹进气改为两侧进气方式,并采
用 DSI 进气道,主翼前增加了较大的边条改善各种迎角条件下的升力特性,鸭翼和全
动垂尾从原菱形翼形改为后掠翼形。至此,我国几乎在刚刚啃下三代战机研制这块硬
骨头的同时,转眼间又拿下了五代先进隐身战机的制高点,正所谓“谁无暴风劲雨时,
守得云开见月明”,当 J-20 如蛟龙腾飞在天之时,就是对这 20 多年来经历的一切艰
辛和付出的努力的最好回报。
图 27、J-20 在隐身和气动结合设计方面也达到了很高水平,这张盘旋过程的照片鸭
翼下偏角明显,说明处于较大攻角状态
J-20 采用偏远距耦合鸭翼加较大边条和中等后掠角菱形主翼,融合升力体机身设计的
气动布局,具有大的迎角可控性(满足 60° 迎角可控)和很高的升力系数,布局也有
利于超音速飞行和机动,结合未来的矢量推力系统可以确保其超机动性和超巡等能力
的要求,同时较大的机腹内置弹仓也给遂行多用途任务能力和防区外打击能力提供了
更大的拓展空间(图 27)。J-20 的隐身特性参见笔者在《善》文中的详细分析,就
外形隐身效果而言,前向和侧向上 RCS 应该与 F-22 接近,满足低可探测性要求,
后向较差,有必要作进一步优化完善。
图 28、J20 的 01、02 号机外观上只有细微差别,备受关注的后机身和发动机暂无
改动
对于这次意义重大的竞标,以今天的观点来看,如果 601 的方案能够保证在
2011 年上半年左右出厂的话,事态也许有机会发展成类似美国 YF-22、YF-23 那样
两种机型对比飞行试验决定竞标结果的局面。我国在结构、材料、航电和动力等各方
面设计制造能力与美国存在明显差距,如果采用与 F-22 相近的设计显然在性能水平
上很难实现超越,而从气动布局等方面进行突破则有可能获取超常的收益,这一点俄
罗斯也类似,从苏霍伊的前掠翼、三翼面设计方案就可以深刻体会得到。此外,还有
一个值得关注的情况,美、俄等国的新一代战机方案气动布局和结构设计均在很大程
度上沿袭了前一代制空战机 F-15、Su-27 的路子,这样做的优点是可以降低整体方案
的技术风险,缩短研制周期,同时也能够充分挖掘同一类型方案的潜力。反观这次的
方案竞争,611 的鸭式方案得益于已经吃得很透的 J-10 的气动布局,以及日渐完善
的先进飞控系统设计,在鸭式布局基础上增加较大边条以获取更高的升力系数和大迎
角控制能力,是有基础有继承的突破,技术风险较小,研制周期可控性强;而 601 在
三翼面的气动特性和控制上并无太多实际经验,很大程度上降低了方案的前景预期和
时效把握。如果我们站在国家和军队的需求角度来看,在深切感受到美国近 30 年来
历次现代化战争所反映的实力差距与隐身战机的威胁,并经受过 96 年事件等多次近
海摩擦吃亏的刺激,又要面对美国不断增加亚太区军力部署(包括 F-22 进驻等)与
日俱增的外部压力的严峻形势下,4~5 年的时间差距和对技术风险的把握,在决策影
响上完全可以说是压倒性的。
图 29、近期 601 所设计的另一款新型隐身战机曝光,证明隐身技术壁垒已彻底被我
国攻克
纵观俄、中两国在新一代战斗机设计方案上的演变和思路,均体现出在动力、隐
身和航电等偏弱的情况下,集中力量从气动布局入手,提高超机动性、大迎角和超巡
等方面的性能,这样在各自防空体系的支援和有针对性的战术选择下,完全有机会与
F-22 进行对抗和遏制,在综合体系上获取较为均衡的机会。相对而言,有经济实力的
保障,在航电水平进步较快的情况下,如发动机问题顺利解决,J-20 的综合性能将与
F-22 最为接近甚至局部反超。J-20 和 T-50 的追赶也令美国人深感忌惮,为保持未
来军事优势,近来已加快了对 F-22 的升级,并加强了对下一代战机以及隐身无人机
的研究。
小国也疯狂——我们一起追
在主要大国的身后,作为美、俄传统的盟友和附庸,欧洲、日本、韩国、瑞典、
印度等都在开展隐身战机的研制工作,有美、俄一定程度上的技术支持,这些战机方
案隐身性能方面或不至于太差。但由于自身在综合技术体系的完备性、研究基础和设
计制造能力水平上的全面差距,这些战机即使研制出来,各方面的性能也显然是无法
超越其师的,甚至很可能被中途遏制自有技术能力,最终发展成不得不放弃并转为购
买美、俄外贸战机的局面。因此对于这些国家,除了有可能在材料、机载设备等方面
实现局部创新突破外,其余方面并不值得重点关注,能够压制 F-35,自然也能压制各
种猛禽斯基和山寨闪电。另一方面,这些国家的方案多数还停留在纸面或预研阶段,
少数进入了原型机/验证机制造阶段,由于动力系统的限制多数是中、轻型战斗机方案,
隐身设计方面基本上是抄袭和借鉴前文所述的几种机型,因此本文不再详细进行分析,
仅附图略作一览。
图 30、日本、韩国、瑞典的隐身战机设计方案,由于体积较小,基本都采取外挂武器
或保形吊舱的方式
三、 乱花——种类繁多的隐身无人战机
隐身技术发展成熟后,在无人机(UAV)等领域得到了迅速应用,由于无人机具
有更隐蔽、低风险、被击毁时损失较小等优点,通常被用在高危险区域执行纵深侦察、
情报收集和对地面机动目标精确打击等任务,同时也可以低成本的优势替代执行大量
的日常侦察任务,而有人隐身攻击战机如 B-2 和 F-35 等则主要用于在战役中压制和
摧毁高价值目标。在隐身无人机的研制方面,仍然是美国领先全球,无论在 UAV 研
制经验、种类、性能和数量方面都位居首位,其他欧美亚国家与之相比可谓相形见绌,
但也不乏闪光之作。我国在这个领域目前已全面发力,渐入佳境,近来也取得了十分
令人鼓舞的成绩。
由于无人机一般不强调高机动性而偏重航程和有效载荷,因此在进行隐身和气动
设计时很自然地会选择具有较高升阻比的气动外形,如后掠角偏小的飞翼外形或较长
的平直翼形,结构和蒙皮上可以采用大比例或全复合材料设计(结合吸波结构材料),
当采用涡扇发动机为推力系统时同样要对进气道进行口面斜切、S 形弯道屏蔽或加吸
波导流片屏蔽等措施,在尺寸和推力足够的情况下,尾喷口通道还可以考虑 S 形偏转
或采用扁平格栅式喷口,这一点在美国的几款新型 UAV 上已普遍应用。由于前述的
种种便利,无人机隐身设计往往较之有人驾驶战机更容易和更彻底,RCS 经过精心设
计后可以达到极低可探测性的要求。
如果追溯对无人机采取降低 RCS 措施的历史的话,其实最早在上世纪 50 年代
的时候美国人就开始在其火蜂无人机上试验了,当时主要采取表面贴吸波片和对进气
口加金属屏蔽网等方式,曾经被用于执行对中国大陆沿海地区的夜间侦察任务,但由
于效果有限,有过多次被地面雷达发现和击落的记录。在上世纪 90 年代隐身技术发
展成熟后,美国先后研制了一系列性能优越的隐身无人机,在历次战争和地区冲突中
发挥了巨大作用,成为他国纷纷效仿的标杆。
RQ-4“全球鹰”
全球鹰是美国 90 年代中后期发展的一款隐身无人机,其研制目的主要是取代
U-2 对敌对国家进行高空侦察、情报收集等任务,机上安装了侧视雷达(合成孔径模
式 SAR)/光电/红外等探测装置和电子监听设备。
图 31、美国先进的材料和发动机技术是“全球鹰”长航时的保证
RQ-4A 原型机在 1998 年 2 月首飞,并在正式装备前就被美国空军派到了阿富
汗战场进行实战检验,随后 9 架试生产型 RQ-4A 又被用于伊拉克战场,在这两场战
争中发挥了重要作用。RQ-4A 具备较低的 RCS,最大航程达到 24,985 公里,最高
升限接近 2 万米,可以连续不断飞行 36 小时,是名副其实的全球鹰。RQ-4 发展了
多种型号,包括基本型的 RQ-4A,海军增加载荷航程降低的 RQ-4B 型,德国的
RQ-4E“欧洲鹰”,以及用作战场通信指挥节点的 EQ-4B 型等。
图 32、“欧洲鹰”在 RQ-4B 基础上安装了欧洲航空防务及航天公司的情报侦察系统
RQ-1/MQ-1“食腐者”
食腐者是美国上世纪 90 年代中期发展的另一款著名的轻型隐身无人机,翼展
14.8 米,标准起飞重量仅 1.02 吨,其任务是战场支援和前线观察。MQ-1(M 表示
具有武器携带能力)正常情况下可携带两枚 AGM-114 海尔法导弹,利用机载的电视
/红外探测装置搜索,通过卫星数据链将信号传递给后方的地面控制站,由操作人员远
程操纵选择目标和攻击,是一种人在环路的作战模式。
图 33、“食腐者”是一款低成本高效能的经典无人机
RQ-1/MQ-1 采用全碳纤维机身和螺旋桨推进,具有低 RCS 和低噪声的特点,
其每小时 130~165 公里的巡航速度并不快,但在掌握了制空权的情况下对地面小机
动目标具有巨大威胁,其地面控制站通过远程视频信息和类似游戏杆的操纵装置,可
以轻松操控 RQ-1/MQ-1 完成远在 600~700 公里外的搜索攻击任务,十分简单方便。
RQ-1/MQ-1 自 1995 年装备以来几乎被美国用在了每一场战争、地区冲突和反恐袭
击任务中,包括阿富汗、巴基斯坦、波斯尼亚、塞尔维亚、伊拉克、利比亚和索马里
等。
图 34、地面控制站的操作人员通过远程视频等信息遥控无人机行动
MQ-9“捕食者”
捕食者是美国 2000 年前后研制的一款专用于执行地面目标寻-歼任务的远程长
航时隐身无人战机,在设计和作用上是更像是一款尺寸放大和攻击力增强版的 MQ-1,
其作战模式和地面控制站与 MQ-1 也一样,正式装备服役是在 2007 年。
图 35、“捕食者”就是更大号的“食腐鸟”
MQ-9 机长 11 米,翼展 20 米,巡航速度每小时 580 公里,可满负荷飞行 14
小时,最大起飞重量达到了 4.76 吨,最多可携带 1.4 吨外挂武器和内置 360 公斤
(单挂架)武器,包括 GBU-12 激光制导炸弹、AGM-114 海尔法导弹、GBU-38 JDAM
和 AIM-9 响尾蛇导弹等,是一款战斗力十分强大的无人战斗机,被用在伊拉克和阿富
汗等地区执行战区猎杀任务。2008 年美国还以 MQ-9 组建了首个无人战斗机联队,
替换国民警卫队驻纽约第 174 大队的部分 F-16 战斗机。
RQ-170“哨兵”
RQ-170 是美军用来承担远程情报收集交换枢纽角色的隐身无人机,采用了低
RCS 飞翼外形设计,机长 4.5 米,翼展 12 米,由洛克希德•马丁公司臭鼬工厂设计
研制,2007 年装备入役。关于 RQ-170 使用最为著名的两次事件是:2011 年 5 月
在美军偷袭并击毙本•拉登的行动前后全程担当情报收集控制枢纽;2011 年 12 月在
被干扰欺骗 GPS 导航信息后,被伊朗捕获并公开展示,技术上存在已泄露和破解的
风险。
图 36、虽然被俘获暴露了作战弱点,但“哨兵”的战术情报枢纽价值还是很值得称道的
美国研制中的几款隐身 UAV
目前美国正在研制中的几款隐身 UAV 包括诺斯罗普的 X-47B、波音的“幽灵射
线”(X-45 系列最新发展型)等,早期也都是美国国防部先进研究项目局(DARPA)
资助的演示验证项目,后来 X-47B 成为国防部正式立项合同项目,将主要用于美国
海军航母舰载作战,波音的 X-45 系列虽然最终未立项,但一直在自行发展和研究中。
这几款 UAV 外形上均采用了飞翼设计以实现极低可探测性目标,其中 X-47B 外形
非常科幻,基本是在中央菱形机体外侧接了两片平直后掠机翼,翼展 18.92 米/折叠
后 9.41 米,最大起飞重量达到了 20.2 吨,可在 2 个内置弹仓携带 2 吨弹药,最
大航程 3,889 公里。计划中的加大型 X-47C 翼展将达到 52.4 米,载弹量增加到 4.5
吨。
图 37、诺斯罗普的 X-47B 外观看起来非常科幻
X-47B 计划在 2013 年进行航母着舰/起飞试验,波音的计划不详。根据已知消
息,源自 X-45N 研究的自动着舰系统已经被波音公司成功应用在了 F/A-18F 舰载机
上,而诺斯罗普的 X-47B 上则采取了另外一种完全不同的方式,通过一套远程控制
系统由地面/舰载人员遥控引导无人机实现精确着舰,目前还在开发试验中。不论是哪
一款 UAV 最后被美国海军选中,一个比较明确的前景是,未来隐身无人战斗机将随
美军航母搭载部署,与舰载 F-35C、F/A-18E/F 等战斗机配合执行美军全球作战任务,
将在一定程度上改变未来海空战模式,并给其所有对手带来巨大的威胁和麻烦。
图 38、波音的 X-45 系列设计优秀,但在项目合同上一无所获
其他国家的隐身无人机研究
隐身无人机不止美国在研究,欧洲、俄罗斯和我国等都在积极投入研发,其中比
较值得一提的有英国的“Taranis”(8 吨级,类似 X-47B),俄罗斯米格设计局的“Skat”
(10 吨级,武器载荷近 2 吨),德国的“Barracuda”(3 吨级,战场支援)等。我国
近年来在隐身无人机研究方面进展较快,研制种类较多,但多数偏小型和微型,在中
大型隐身无人机研制方面受美国思路影响较明显,但也有一定的中国特色,例如采用
了连翼布局的某型远程隐身无人侦察机,采用飞翼布局和着舰验证系统的某型隐身无
人机等,这些机型受限于动力系统和材料技术的差距,在航程、载荷等方面较之美国
类似型号还存在较明显的不足,但满足我军在周边亚太地区和局部范围的战术使用已
基本够用。
图 39、英、俄、德、以四国在研的几种 UAV
四、 暗战——电子对抗与战机生存力
在上篇和本文前半部分,我们已经重点讲述了隐身技术的作用和发展应用,在本
节,笔者将对电子对抗能力,以及与此相关的所谓主动隐身技术作简要介绍,并提供
一些与战机生存力相关的参考数据来说明其作用及效果,最后分析美制 EA-18G“咆哮
者”的案例。
战机生存力,是战斗机躲避或对抗人为敌对环境的能力,其定量描述可以用生存
概率的计算公式来表达:
Ps = 1 - Pd*Pt*Pl*Pk
其中 Pd 表示被对方搜索发现的概率,Pt表示被跟踪锁定的概率,二者与对方雷
达等探测能力、己方战机探测敏感性(主要由隐身性能和电子对抗能力决定)有关;
Pl 是对方攻击武器(导弹、火炮等)的发射/命中概率,与该武器效能、制导精度,以
及己方战机敏感性等因素相关;Pk 是己方战机被武器击中后的损毁概率,与武器威力
和飞机抗损毁性有关。由这个公式可看出降低己方战机敏感性,即提高隐身性能和电
子对抗(ECM)能力,将至少决定和影响 3 个关键的概率因子,对提高战机生存能
力有着举足轻重的作用。
一方面,缩减 RCS 是最直接有效的提升战机生存力的技术,可以直接缩短雷达
发现和跟踪距离,降低导弹和火炮命中率,并为提高电子对抗效果创造有利条件。根
据雷达探测距离与目标 RCS 的关系,正常情况下该距离将随 RCS 缩减比例的 0.25
次方变化,比如 RCS 缩减 1/2,探测距离缩短至 84%,而 RCS 缩减到十分之一或
者百分之一,相应的探测距离减少到原来的 55% 和 30%。但这一距离-RCS 关系在
实际应用中仅适用于已发现目标后进行稳定跟踪的情况,当雷达处于地面或空中搜索
状态时,前者相当于对应一片未知的曲面区域扫描,后者相当于对一个立体空间体积
进行扫描,考虑雷达针状波束扫描完所有空域所花费的时间和发现并建立目标信息(一
般需要最少 3~6 次连续扫描信息才能确定目标)的概率,缩减 RCS 造成的发现距
离缩短情况会更加严重。根据美国的一项研究,对于传统的机械扫描方式(非电扫相
控阵雷达),地面搜索警戒雷达的有效探测距离-RCS 缩减比例关系将变为约 0.5 次
方,机载雷达搜索的发现距离-RCS 缩减比例关系更低,大约为 0.75 次方,对应的
探测距离-RCS 相对比例情况如下表 1 中数据所示:
RCS 缩减比例 跟踪方式探测距
离(
适合所有雷
地面按区域搜索
平均发现距离
空中按体积搜索
平均发现距离
达
)
1/10
1/100
1/1000
56%
32%
18%
32%
10%
3%
18%
3%
0.6%
表 1、实际应用中机械扫描雷达在不同搜索方式下目标 RCS 缩减造成的发现距离缩
短比例
另一方面也有研究表明,单纯采用降低 RCS 的方法提高战机生存力的做法并不
明智。当我们采取简单的外形修改或应用吸波材料使飞机 RCS 下降 10dB 左右时,
飞机的成本、重量和机动性等的影响变化尚可承受,但指标要求提高到削减 20dB 及
以上时,所付出的这类代价将翻数倍提高,这一点从 F-22、F-35 高昂的研制和维护
成本也可以看得出来。在这种情况下,要想进一步提高战机生存力,就需要借助于电
子对抗技术的能力。
现代电子对抗技术种类很多,总体上可分为有源和无源两大类型,其中有源方式
一般从对雷达检测相关的幅值/增益、相位、频率、时间和波束旁瓣等入手,实施电子
对消、覆盖干扰、角度欺骗、距离欺骗、逆增益欺骗、速度门牵引(速率滤波通带移
动干扰)、交叉极化干扰、相干干涉,以及施放有源雷达、红外诱饵等等,使得雷达
无法有效检测目标回波或测出错误的高度、角度、速度、数量等信息,进一步影响后
续的战术、跟踪和攻击条件。无源对抗措施相对较简单,例如特制的箔条、角反射器
诱饵、烟雾发生装置等,以混淆或遮掩真实目标,干扰信号检测为目的。电子对消作
为一种特殊电子对抗的手段,有时也被称为主动隐身技术(图 40),其基本原理是在
检测到对方雷达探测信号后,根据入射波相位和本机在入射方向的 RCS 特征值,计
算并向对方发射与回波信号频率相同但相位相反,且与回波信号强度匹配(根据入射
波信号强度和 RCS 计算)的反相信号,实现回波信号的完全对消,令对方雷达无法
检测到有效回波信号,从而实现类似隐身的干扰效果,这项技术在美国 B-2、法国阵
风等战机上都有采用。在这里也有必要提一句,在数字化雷达特别是数字相控阵雷达
兴起后,对电子对消技术已经有了一定的克制能力,这方面技术笔者在后续相关专题
文章中再作详细分析。机载电子对抗装置可以采取本机内置、外挂或专用电子支援
(ESM)战机伴随等方式在作战中使用,对敌方空中和地面防空体系进行压制和干扰,
使对方无法正常发现、跟踪、发起攻击和降低武器发射后的命中概率,从而提高作战
任务中的生存力。
图 40、有源电子对消原理示意图
隐身技术与电子对抗技术结合,可以显著降低战机敏感性,提高作战生存力。在雷达
和电子对抗技术中,有一个关键的技术术语——烧穿,其基本含义代表的是目标回波
信号被干扰信号在幅值(强度)上刚好被淹没,从而无法被雷达检测出来的现象。当
目标进一步靠近时,回波信号增强,雷达又能重新检测出目标信号,这个临界距离也
被称为烧穿距离(图 41)。对于缩减了 RCS 的隐身目标,其回波信号强度显著低
于非隐身的常规目标,雷达能够从各种杂波或干扰信号中发现隐身目标的烧穿距离将
被大大缩短。我们换一个角度来看,己方战机在遭遇对方雷达探测时实施电子干扰,
则干扰信号一定要强于本机反射回雷达的回波强度(也不能过强造成辐射距离和范围
过大,额外增加暴露机会,需进行自适应功率控制),一般战机可能需要几千瓦的干
扰机功率。但如果本机采取了隐身措施,RCS 下降 10dB,即反射回对方雷达的回波
信号强度下降到之前的 1/10,烧穿距离被大幅缩短,同时在相同距离上如果实施保护
性电子干扰,所需的功率可以同比下降 10dB,只需几百瓦即可。如果 RCS 下降
20dB,这一数值会进一步下降至几十瓦。这样在同等对抗环境下,采取了隐身措施的
战机就可以大大减轻机载电子对抗设备的重量和供电压力,同时还可以节省宝贵的内
部空间。
图 41、烧穿距离示意图,烧穿距离短意味着难以被探测发现
根据一些公开的文献资料,战斗机在缩减 RCS,采取电子干扰条件下从地面防空
导弹和防空火炮联合攻击中生存下来的估算生存概率 Ps 如下两个表中所示:
RCS(m²)
5.0
2.5
1.0
0.5
0.1
0.01
防空火炮击毁
0.266
0.266
0.266
0.266
0.265
0.250
地-空导弹击毁
0.409
0.408
0.403
0.392
0.101
0.00000103
生存概率Ps
0.434
0.434
0.438
0.446
0.661
0.750
表 2、无电子干扰情况下战斗机生存概率与 RCS 缩减关系
RCS(m²)
5.0
2.5
1.0
0.5
0.1
0.01
防空火炮击毁
0.191
0.126
0.043
0.014
0.000648
0.00000667
地-空导弹击毁
0.088
0.005
0.0000274
忽略不计
忽略不计
忽略不计
生存概率Ps
0.738
0.869
0.957
0.986
0.999
1.0
表 3、有电子干扰情况下战斗机生存概率与 RCS 缩减关系
由上述表格数据可见,在复杂战场环境中,单纯依靠 RCS 缩减的隐身战斗机生
存概率并不是可以无限提升的,而在采取电子攻击措施辅助后,其生存力得到了大幅
提高,例如 RCS 减为 1.0m² 时生存概率已经提高到 95.7%,减缩至 0.01m² 时基
本上已可实现无损作战。事实上,美国对战机生存力的研究一直伴随着其隐身技术和
战机的研制过程,相关的结论对 B-2、F-22、F-35 等隐身战机的设计具有纲领性的指
导作用。我国在“八五”、“九五”期间对战斗机敏感性与生存力关系也进行了较为深入的
研究和试验,并在后续隐身战机的研制中作为重要参考依据制定相关的设计指标要求。
对于雷达电子对抗,需要借助一些传感器和数据处理设备才能有效实施,其中包
括高灵敏度的雷达告警接收机(RWR)、高速电子战处理系统、人-机终端和干扰发
射机等组成。实际战争中仅靠战斗机自身携带的电子战设备往往是不够的,还需要专
门的电子侦察与情报收集(ES 和 SIGINT)平台和电子支援/攻击平台来获取更大范
围的增强态势感知和实施强力干扰压制,例如前面提到的 RQ-170、RQ-4 型无人机
和有人驾驶的 U-2、E-8“联合星”,以及专用的电子支援/攻击战机 EA-6B、EA-18G 等,
情报中心处理后的信息可以发送给空中/地面指挥中心和相应战区的战机,各战区的战
机也可把各自发现的信息送回共享。目前世界各国的电子对抗系统种类和型号可谓是
五花八门、琳琅满目,本文以美国海军 EA-18G 和其搭载的 AN/ALQ-99 电子对抗系
统为例进行介绍。
EA-18G“咆哮者”与 AN/ALQ-99
EA-18G 是在最新型的 F/A-18F(双座型)基础上改进而来的专用电子战机,主
要用于替换已过时的舰载 EA-6B“徘徊者”。波音公司 2001 年时按照 EA-18 航空电
子攻击(AEA)机模式,以及配载 AN/ALQ-99 电子战系统的要求,对一架 F/A-18F
进行了改造和演示验证,随后得到了美国海军的订单,新机被称作 EA-18G“咆哮者”,
生产型的首架在 2009 年 9 月入役。
图 42、陆续被替换的 EA-6B“徘徊者”舰载电子战机
图 43、EA-18G“咆哮者”提升了航母编队电子支援/攻击作战的效能
EA-18G 与 F/A-18E/F 采取的缩减 RCS 方法相同,通过一系列措施来降低敏
感的前、后向 RCS,包括采用铟锡氧化物镀膜的座舱盖、倾斜布置的 AN/APG-79
AESA 雷达天线、雷达隔框覆盖 RAM,采用双斜切进气口 Caret 进气道(图 44),
道内关键部位涂覆吸波涂料,并在发动机前增加了一道固定偏转角的吸波导流叶片格
栅,主起落间和发动机检测舱盖边缘锯齿化,所有表面小开口覆盖菱形金属网罩,同
时尽量采用平面天线和传感器装置以减少表面突出物。由于海军对 F/A-18E/F 的隐身
要求不高,因此波音公司并未在机翼和尾翼前缘等较强反射面应用吸波涂料,整机吸
波涂料使用量大约是 70 公斤,比 F/A-18C/D 还少了 40 公斤,主要用在了进气道唇
口等位置。经过缩减后 F/A-18E/F 整机的 RCS 特征大约相当于 F-16 的水平,前向
约 2~3m² 左右,事实上如果考虑 EA-18G 执行任务时通常需外挂 AN/ALQ-99 吊舱
和 AIM-120、AGM-88“哈姆”等导弹的话,任何过于追求机身隐身效果的行为从成本和
实战角度来说意义都不大。不过 F/A-18E/F 和 EA-18G 降低自身 RCS 后还是带来
了一些实际的好处,例如编队作战时对电子对抗系统的功率要求大幅下降,配套
EA-18G 的新版 AN/ALQ-99 系统功率输出要求从原 EA-6B 旧版的 10.8 千瓦下降
到了 6.8 千瓦。
图 44、F/A-18E/F 的低可探测性进气道设计,可见发动机前方的吸波导流叶片
图 45、EA-18G 作战时通常携带 3 具 AN/ALQ-99 吊舱、两枚 AGM-88 和两枚
AIM-120
电子对抗系统方面,标配的高-低波段 AN/ALQ-99 电子对抗吊舱采用了宽频谱、
多信道的数字化接收机和信号分集处理等技术,可以同时实现多路信号的精确定位和
监视,根据信号分析对方雷达的类型和威胁程度,并采取多种最优手段对目标进行覆
盖压制或欺骗干扰,是目前世界上现役的最先进的外挂电子对抗系统。除 AN/ALQ-99
外,EA-18G 翼尖还固定安装了 AN/ALQ-218 宽带接收机,二者可搭配使用,实现
了相当宽频带范围内的信号探测接收和对抗压制能力。EA-18G 一次最多可挂载 5 套
AN/ALQ-99 吊舱,以达到增强并行信号处理能力的目的。不过在实际使用中,
AN/ALQ-99 的可靠性不高,经常会出现自检(BIT)错误,而且与机载的 AN/APG-79
雷达间存在一些不兼容干扰,这也增加了机组成员操作过程中的负担,同时过多的外
挂阻力也降低了 EA-18G 的飞行速度。对此,波音公司正在积极寻求解决方案,其中
之一是采用新的电子对抗系统来替换 AN/ALQ-99,例如发展自 F-35 项目的下一代电
子对抗系统(NGJ)。EA-18G 是 NGJ 计划中的初始搭载平台,该系统采用有源电
子扫描阵列技术来精确控制干扰波束的方向和波束宽度,并能自适应控制增益能量
(AGC)以提高隐蔽性。尽管目前还存在种种技术问题,但配载 AN/ALQ-99 的
EA-18G 却是美军所有现役战机中唯一曾经在演习中击败过 F-22 的机种,其电子对
抗系统隐含的战斗力之强由此可见一斑。
图 46、最新型光纤拖曳的 AN/ALE-55 诱饵
在 F/A-18E/F 基本型上也有一套完整的内置电子对抗系统,主要包括
AN/ALR-67(V)3 RWR、AN/ALQ-165 自保护电子对抗系统(Block I 批次)或
AN/ALQ-214 综合防御电子对抗系统(Block II 批次),以及 AN/ALE-47 分散器和
AN/ALE-55 光纤拖曳诱饵(图 46),这套系统主要起保护自身的防御作用,编队作
战时电子支援/攻击仍然主要依靠 EA-18G 来完成。
图 47、在阿富汗上空巡逻的两架 F/A-18E,其中一架在脱离机动的同时施放红外诱
饵
五、 矛与盾——小议隐身战术与对抗
隐身战机穿透战术运用
在上一章中,表 1 向我们展示了雷达在探测 RCS 缩减的目标时有效发现距离严
重缩水的情况,利用这一现象,隐身战机可以采取穿透战术穿过对方雷达警戒网,攻
击其后方的高价值目标,同时具有较高的生存机会。对手原本针对非隐身常规目标所
部署的雷达警戒网络随着对隐身战机发现距离的缩短,将露出很大的空档,形成较为
安全的攻击通道,如图 48、49 所示。隐身战机利用自身电子侦察、告警设备,或者
借助己方收集的对方地面部署情报信息,可以寻找出或选择较安全的攻击通道逼近目
标并发起攻击,这就是隐身战机穿透战术的基本思路。
图 48、非隐身常规战机在密集的空-地雷达警戒网中很难突防
图 49、隐身战机通常在空-地雷达警戒网中很容易获得突防的安全通道
在一场势均力敌的战争中,隐身战机在战争初期执行穿透战术时,通常会面对非
常密集的防空雷达、机动式雷达呈网状交叠部署的情况,仅靠自身对L波段以下雷达
低可探测性的优势不一定能获得全程安全的路径,特别在区域敌情不明的情况下执行
随机寻-歼任务或偷袭防护严密的高价值目标时尤其如此。为获取最佳穿透路径,隐身
战机一般需要结合电子侦测技术和本身 RCS 特性,选择最佳路径和合理的规避战术
来最大程度地降低风险(这一方式对普通战机同样有效,只是自身隐蔽性有所差别)。
最常用的规避战术有三种:等辐射强度规避战术、等方位角逼近战术和等方位角穿越
战术。
图 50、雷达告警信息探测、处理、展现能力和智能在不断进步中
1、等辐射强度规避战术:在穿越雷达网时,隐身战机的雷达告警系统一般可以根据信
号侦测找出航线周围有威胁的辐射源方位、类型和距离,根据目的地要求解算出最优
通过路径,并与地形或地图综合显示在屏幕上(图 50)。一般最优路径的选择是从两
部或多部雷达搜索范围的中间结合部,通过比较不同方位辐射信号强弱、类型,选择
同类型雷达两边等辐射强度的路径,不同类型雷达则要根据威胁等级加权处理(图
51)。例如 S-300 防空导弹的搜索制导雷达威胁等级显然高于其它短距武器的雷达,
这时通过加权比较会得到一条更远离前者的路径。
图 51、等辐射强度规避战术需要借助告警系统寻找平衡威胁的最佳路径
2、等方位角逼近战术:一般来说,由于隐身战机对来自不同方位的入射波呈现出
不同的回波强度(还记得上篇中提到的 RCS 随不规则目标转动方位的不同而变化
吗?),对于非米波及以上波段的雷达,对该隐身目标的探测距离将随着回波强度变
化而变化(暂不讨论发现概率问题),如图 52 所示不规则曲线覆盖的边际范围。这
个探测距离边际图与隐身战机自身的 RCS 方位图镜像的形状基本上是一致的,这样
就给了隐身战机一个选择雷达探测距离最薄弱点逼近的机会,如目标就是攻击该雷达
所在 C 点的话,那么最佳逼近路线就是 1->2->3 连线的路径,即使初始进入点不在
最佳路径起点上,也可以根据边际图寻找最方便的发现距离较短的路径,如 A->B->D
连线。在这个战术中,同样需要借助于高灵敏度的雷达告警系统精确探测和定位,来
辅助判定战机与雷达的相对方位角和距离,从而得出最优路径和精确逼近。
图 52、等方位角逼近和穿越战术在原理和方法上基本相同,只是目的不同
3、等方位角穿越战术:与上面等方位角逼近技术的原理和方法相同,只不过最后
不是为了逼近摧毁该雷达,而是选择一条可以在最短时间内穿越边际图覆盖区域的路
径前往最终目标方向。例如图 52 中最上方的边缘路径,或在无法远离情况下选择
F->G->H 路径穿越,将对手发现和反应机会降低到最小程度。
空-空战术运用场景
上述三种规避战术,在空战中也同样有效,只是对手换成了战斗机或者预警机之
类的目标,而当隐身战机遭遇隐身战机时会发生什么情况,笔者认为很难预测,这里
只是概念性地探讨一二。
一般来说,雷达告警接收机(RWR)在与机载火控雷达具有相同的灵敏度和热噪
声的情况下会占有探测距离的优势。这是因为 RWR 是直接截获单程入射的信号,雷
达则是靠接收目标二次散射的回波,同样的相对位置会多出返程衰减的这段距离,因
此雷达实际能检测出回波信号的有效探测距离要比 RWR 显著减少。例如 F-22 的
AN/ALE-94 RWR 探测威胁目标信号的最远距离可达到 463 公里,而灵敏度相当的
AN/APG-77 雷达对 RCS 为 1m² 大小的目标探测距离只有 200~240 公里左右。既
然如此,如果要推测两架 RWR 和雷达性能相当的隐身战机互相接近时可能发生的情
况,大体上无外乎如下几种:
1、 双方进入时都处于无源探测状态(即静默状态),则相互间很难发现对方,
直到接近后被红外搜索跟踪系统(IRST)或目视发现,或从己方情报网中获取了对方
位置;
2、 如果一方开机搜索,不考虑雷达使用低截获概率技术(LPI)的实际效果,假
定 RWR 可以足够迅速侦测识别对方信号的话,保持静默的一方显然会先发现对手;
3、 如双方都开机搜索,在被对方雷达探测发现之前,各自都会在更远距离上收
到 RWR 检测出的威胁目标方位和距离指示,然后按己方的 RCS 优势边际逼近方位
开始抢位机动,接下来就要看两方隐身水平、探测边际相对情况、BVR 能力和技战术
水平了。
当然,我们知道上述几种场景是比较简化和理想化的情况,在现实世界的对手中,
各国的技战术水平是存在不同差距的。RWR、机载火控雷达和隐身技术水平肯定不会
完全相当,而且还要考虑所处环境、预警机、无人机、地面预警雷达、卫星侦察、数
据链和指挥人、操作人等一系列体系化的内外部作战因素,实战中会发生什么确实很
难预料。每一方要做的事情,就是尽可能的侦察收集情报,增强态势感知,有针对性
地采取最优战术和调度,尽可能发挥己方体系的长处,攻击对方的短板或者拔掉对方
体系中的关键节点。
面-空隐身对抗技战术
面对隐身战机的穿透战术时,地面防守一方防御和补救的办法通常也有几种,例
如:
1、 提早部署米波段乃至 HF 频段(天波,借助电离层反射传播)搜索警戒雷达,
虽然这类雷达探测精度较差,但对目前 B-2、F-35 这类主要针对 L 波段以下隐身优
化的战机来说还是有比较远的发现距离。如果建立相控阵体制的米波以上频段大型/巨
型雷达站,就可以在具备远至数千公里外警戒区域探测能力的同时,获得相对较高的
探测精度(比 X 波段雷达来说仍然非常粗略),缩小抵近作战的搜索范围;
2、 战时通过快速调动地面机动式雷达(最好是对现有隐身战机有一定探测效果、
定位引导精度较高的米波、L 波段机动雷达)对警戒空挡补缺和改变空中预警机搜索
范围等方式,来加强对有限范围可疑区域的隐身目标精确搜索,也是一种相对灵活的
对抗模式;
3、 利用多基地雷达组网(需建立频率、时间、相位同步机制和跟踪文件共享等
机制,以便确保目标唯一性),无源相干探测(利用民用广播通信等无线信号相干扰
动情况探测,不过虚警率较高)等反隐身技术手段也可以在重要目标周围建立起较为
有效的警戒防御网。
对于天波雷达,需要补充一点,由于其辐射路径原因,在较近的 600~800 公里
距离以内通常是探测盲区,需要部署米波雷达补盲,如图 53 所示美国的 OTH-B 雷
达探测警戒范围,图 54 是美、俄的几款远程预警雷达系统。
图 53、美国东西海岸部署的 6 部 OTH-B 天波雷达警戒范围远至 5,000 公里以外
图 54、美国的 OTH-B 收发天线阵列(上 2)和俄罗斯新型远程警戒雷达站(下 2)
图 55、米波、L 波段机动式雷达是战区补盲和反隐身的重要装备
反隐身问题涉及的技术性较强,这里只是略作概述,内容程度浅尝即止,笔者有
机会再另文详细分析。总体来说,隐身攻击和反隐身技术之间是矛与盾的关系,二者
既互相制约也互相促进,制胜因素不仅仅由技战术决定,最终起决定作用的往往还是
会回到天时、地利、人和等因素上,回归到政治与经济利益的战争本质上。
六、 展望
隐身技术在军事应用方面的发展方兴未艾,在外形隐身技术逐步成熟的情况下,
对纳米、手征等各种新型吸波材料的研制日显重要,隐身技术手段正得到日益丰富和
完善。隐身战机在空-面攻击任务中表现出来的巨大优势和成效已经得到广泛认可,但
在空-空任务场景中,目前基本上还是只在演习中模拟和测试过,对隐身技战术方法和
价值的全面验证缺少的只是一场有技术含量、具备较对等作战体系和军力的实战对抗。
任何新兴武器装备在产生和成长阶段,都会经历一段探索、对抗和改进优化的时期,
只有那些在实战中生存下来,并能在防御和进攻中占据重要的甚至决定性地位的军事
技战术才有希望长期发展下去。有矛就有盾,新的探测技术涌现必然会推动隐身技术
的进一步发展升级,生逢这个科技发展日新月异的大时代,对于隐身技术的未来,我
们有足够的理由仰望和期待。
结束语:相对于《善隐者,上隐于九天》一文,本文上、下两篇主要概略性地讲
述隐身技术的起源、发展和在军事航空技术领域的应用,并简要讨论了与此相关的电
子对抗和隐身技战术方面的内容。因本文目的不是为了论证技战术理论和关窍,所以
很多问题描述甚浅,仅限科普,以期给军事爱好者们形成一个隐身技术体系和发展应
用的总体印象。
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