飞机隐身技术与未来空空导弹的发展

飞机隐身与目标探测是空中对抗的两个方面。为了躲避地空导弹和空空导弹的探测和攻击并夺取制空权，世界各军事大国在积极开展飞行器隐身技术研究的同时，也在积极开展具有高灵敏度探测能力的新一代空空导弹的研制工作。
1 飞机隐身技术的现状
自上 世 纪 70年代发展起来的现代飞行器隐身技术，在技术水平不断发展的同时，目前正走向日臻成熟的应用阶段。各国研究人员正在努力降低隐身技术的成本，军方则不断研究各种隐身技术的使用方法。军用飞机的隐身主要包括雷达隐身和红外隐身。雷达隐身技术不断进步的一个重要标志是飞行器雷达反射面积(RCS)的不断减小，其先进水平当以美国F一22为代表，其RCS已达一40dB/平方米，仅为一平方米的万分之一;红外隐身的标志则是尽可能降低飞机与背景的温度差异，降低飞机发动机尾气的红外辐射梯度，尤其是降低飞机在超音速飞行时，由于气动加热所导致的机翼前缘红外辐射。
美国 的 F-117隐身攻击机是最早应用于局部战争的隐身飞机，它在历次的攻击行动中都立下赫赫战功。然而，尽管其拥有良好的隐身特性、强大的地面和空中综合保障能力，一架F-117还是在科索沃战争中被南联盟的防空部队所击落。虽然美国空军至今还没有公布F一117被击落的真正原因，但人们由此依然可以认识到隐身飞机的脆弱，对其隐身技术仍然存在着较大的发展空间。F-22是美国最先进的隐身飞机，美国前空军总参谋长福格尔曼说:在“黑色世界”中，F-22是一架真正革命性的飞机;洛克希德.马丁公司认为:“这种飞机由于设计准则、发展过程和隐身材料的变化，其隐身技术有了相当大的发展”。F-117机身表面几乎被微波吸收材料所覆盖，F-22机身大部分表面则覆以导电金属覆层，以防雷达探测波束穿透复合材料蒙皮。F-22在舱门和控制面的边缘采用RAM，在机体、机翼和尾翼边缘上采用RAS，因而可以大幅度减少飞机的RCS。在减少红外辐射特征方面，F-22整个机身表面被涂以波音公司所研制的伪装涂层，该涂层可以较好地抑制飞机的红外辐射。据说F一22还采用燃油对其机翼前缘进行主动冷却，至少是在超音速飞行时采用这种措施。2001年开始的F-22红外辐射特性测试表明，F-22在持续的超音速飞行条件下，具有很低的全方位红外辐射特征。
2 飞机隐身技术的发展
目前,隐身技术仍处在快速发展中。现代隐身飞机的RCS约为一只昆虫般大小，可以被功率最强的地面监视雷达在几十公里外所探测。当隐身飞机的RCs达到-70dB/平方米的水平时，则目前几乎所有的大功率地面雷达都探测不到这种目标。要达到这样高的RCS水平，意味着飞行器需要综合采用多种先进技术，如:无垂尾设计技术;使所有表面(尤其在飞行器边沿处)都陡峭地偏离水平方向的飞行器设计技术;尽可能取消外部活动部件;采用射流式喷管通过推力矢量控制完成飞行器的姿态控制技术;采用柔性表面取代离散活动部件的设计技术;采用高度综合的航空电子系统，减少飞行器表面开孔数目的综合设计技术等。
飞 行 器 的RCS降到很低的等级时，红外与目视特性将成为飞机隐身要考虑的主要因素。对于红外隐身，可采用主动冷却系统降低飞行器产生的红外辐射，从而降低红外制导导弹的探测度。对于目视隐身，美国自60 年代以来已先后开展多项技术研究，内容包括采用主动照明、大幅度减少太阳反射，以及降低目视对比度和光学截面的目视伪装技术等。
3 导弹探测技术的发展
3.1 红外成像探测技术
红外 型 导 弹特别是空对空导弹，由于其具有多种特点而深受军方欢迎。红外导弹在现存世界精确制导武器库中占据绝大部分，具有代表性的产品包括:美国响尾蛇AIM一9L、俄罗斯的P一73、法国的玛特拉R55O等。红外型导弹相对于雷达型导弹具有以下特点:制导精度高、单发杀伤概率大、结构简单、成本低廉、抗干扰能力强、可以实现真正的发射后不管、与载机火控系统的交链参数少等。
红外 成 像 探测技术是当今精确制导技术发展的主流和方向，它是一种自主式的“智能”成像技术，目前正在由简单的光机扫描线列成像技术向完善的凝视焦平面成像探测技术方向发展。典型的光机扫描线列红外成像空空导弹包括德国的IRIS一T近距空空导弹;采用凝视焦平面阵列成像技术的空空导弹有在研的法国MICA(米卡)、英国的ASRAAM和美国的AIM一9X等。红外成像探测制导与其它红外探测制导导弹相比有如下特点:
a. 红 外 成像探测制导的信息源是利用探测目标和背景之间的温差所形成的热分布图像，而不是一般红外探测导弹所利用的红外“热点，’o英国AsRAAM采用以HgCaTe材料为探测元件的凝视焦平面阵列探测器，其温度分辨率高达0.1℃，可以明显提高对目标的探测灵敏度和空间分辨率，同时也可以提高导弹的全向探测和反隐身能力;另外这种导弹在黑夜也可以根据目标的红外热图探测并跟踪目标，全天候性能好。
b. 红 外 成像探测器的波长较云雾或阴霆的颗粒大，容易穿过云雾和烟尘。它较可见光和一般红外探测器的探测距离大3一6倍。
c. 红 外 成像探测是提高导弹系统抗干扰能力和命中精度的有效手段。导引头截获的目标红外图像，通过计算机的处理可以给导引头跟踪和系统精确制导提供大量有用信息，这是点元探测导引头无法比拟的。
d. 红 外成 像制导可实现多模智能跟踪，将红外探测器与具有判断、决策和执行能力的微处理器做成一体，可以使其不仅能探测目标的有用信息，而且还可根据目标的图像特征，选择目标的要害部位进行攻击，因而红外成像探测导弹可以在复杂的背景或强干扰情况下准确击中目标，从根本上改善制导武器的性能。
3.2 主动雷达探测技术
雷达 探 测 型空空导弹，由于其作用距离远、全天候能力强、可以实施全向攻击，因此得到广泛应用。早期的雷达型导弹一般采用半主动连续波体制，导弹发射后仍需由载机雷达对目标及导弹进行不间断照射，因而不具备发射后不管能力。美国的麻雀AIM一7M导弹和苏联的P一27 导弹均属于这类导弹。
为 了使 雷 达探测型导弹具有发射后不管的能力和更远的射程，世界各军事大国都在积极研究雷达主动探测制导技术。目前先进的中距拦射雷达型导弹一般均采用复合制导探测体制，中制导段采用捷联惯导、数据链修正，末制导则采用主动雷达导引头，实现对目标的探测、跟踪和制导。复合制导技术与飞机火控系统相结合，可以使导弹的发射距离更远。美国的先进中距AIM一120导弹、法国的MICA导弹和俄罗斯的P一77导弹都属于这类导弹。
这里 ， 主 动雷达导引头是通过发射某个波段的射频波束，接收目标的反射信号来完成对目标的测量、跟踪和制导。主动雷达导引多采用脉冲多普勒工作体制，天线为平面裂缝阵式，接收方式采用倒置接收，采用固体化、微小型化的电子
和机电部件，并设置抗干扰通道和各种抗干扰措施。在反隐身方面，主动雷达导引头在增大发射机功率、提高探测灵敏度的同时，也在向着调整工作波段(如毫米波)的方向发展。
3.3 多模探测技术
多模 探 测 技术是指导弹在同一制导段，同时采用两种或两种以上频段探测器进行目标跟踪和识别的探测技术。
由于 飞 机 隐身技术的发展，使得采用单一探测频段或探测模式的空空导弹对于目标的探测和识别受到有效制约，因此，发展多模和复合探测技术己成为当今世界精确制导技术的重要发展方向。目前，可以采用红外和毫米波的双模探测技术，红外与可见光相结合的双模探测技术，或采用上述模式进行组合的三模探测技术。通过多模探测技术的应用和发展，就可以较好地解决空空导弹的反隐身能力。
4 未来空空导弹的发展与关键技术
随着 目标 隐身技术的不断发展以及未来空战作战方式、作战任务和作战环境的不断变化，对新型空空导弹的最新需求包括:
a. 能 攻 击雷达和红外隐身的空中目标;
b.具有中远程精确打击能力;
c. 能 在 任何气候条件下攻击处在任何方位、任何高度的目标;
d. 能 在 复杂的电子战环境和致育致眩干扰条件下实施攻击;
e. 毁 伤 概率接近100%。
根据 现 代 空战对空空导弹的要求和空空导弹的作战使命，研制新型空空导弹需要解决的关键技术归纳起来有以下几个方面:
4.1 远程推进技术
为 了 打 击防区外战机、预警机和电子干扰机，要求导弹的最大发射距离达到300-400km。国外新型远程空空导弹的动力装置大都采用固体火箭冲压发动机，它具有射程远、速度快等优点。由于冲压发动机利用空气中的氧作为氧化剂，因此，它比同样体积和重量的固体火箭发动机能量高得多。为了使固体火箭冲压发动机达到
工程实用程度，目前还需要解决一些关键技术，如导弹进气道外形与总体的一体化设计技术、高能贫氧推进剂设计技术、燃气流量调节及混燃设计技术等。
4.2 红外成像导引技术
对新 一 代 红外导弹，只有成像导引头才能大幅度增加导引头对目标的迎头作用距离，并具有良好的反隐身和抗各种红外诱饵干扰的能力。采用红外成像导引技术，可以为导弹提供更多的目标信息，可以更好地抑制背景干扰，提高目标识
别能力和命中精度。目前，红外成像导引头在体制上分凝视阵列成像和线阵扫描成像两种，在波段上分中波和长波。
4.3 多模导引和复合制导技术
多模 导 引 和复合制导技术是指导弹在不同制导阶段采用不同的制导方式进行交替工作。随着飞机隐身技术和光电干扰技术的迅速发展，未来战场环境将变得十分恶劣，单一频段或模式的制导武器将难于适应未来战争的需求，多模导引、复合制导己成为空空导弹重要的发展方向。
4.4 智能化信息处理技术
探 测 器 和接收机为导弹提供了多种目标和环境信息，对这些信息的有效利用取决于信息的智能化处理能力。目前，信息处理技术的发展重点包括目标自动识别(ATR)技术、多传感器多信息源的数据融合技术等，这些技术可以在低信噪
比和复杂背景环境下提高对目标的捕获能力和反隐身、抗干扰能力。
4.5 高效定向引战技术
随着 空 空 导弹攻击目标种类的增多，对引战配合提出了越来越高的要求。为了提高导弹的单发杀伤概率，可以采用制导引信一体化设计技术，即充分利用导引头和惯性测量系统所提供的目标信息，通过实现对引信的最佳可变延时，达到精确引炸。目前，新的研究方向还包括定向引战技术。定向引战技术可使引信具有识别目标方位，甚至要害部位的能力，使战斗部的杀伤元素集中在目标方向上。在重量不变的情况下，采用定向引战技术的战斗部杀伤威力比普通战斗部可以提高一倍以上。
4.6 导弹模块化设计技术
根据 作 战 对象、气象条件以及使用环境的差异，导弹可以采用模块化技术，即通过更换不同的导弹舱段，来提高导弹的作战效能。采用模块化技术以后，可以大大提高导弹的适应能力，满足不同任务的作战需求;同时采用这种设计技术，还可以能避免研制重复，简化后勤保障，有利于导弹的批量生产。
4.7 保形外挂和高密度内挂的弹射发射技术
第 四代 战 斗机要求空空导弹实现保形外挂和高密度内挂，以不影响载机的飞行性能和隐身特性，这两种悬挂方式均要求采用弹射发射方式。弹射发射必须解决载机在高速、大机动情况下成功发射导弹的难题，关键技术是解决导弹在复杂气流和大过载机动条件下的机弹分离安全和导弹姿态控制，实现“发现即发射，’o
5 结论
随着 飞 机 隐身技术的不断发展，与之相对应的空空导弹探测技术也在不断发展。发展中的具有高灵敏度、高分辨率、采用多模复合探测技术的新型空空导弹是对抗飞机隐身能力的有效手段。飞机的“隐身”与空空导弹的“反隐身”在过去、现在以及未来将会一直处于不断的矛盾发展之中。飞机隐身与目标探测是空中对抗的两个方面。为了躲避地空导弹和空空导弹的探测和攻击并夺取制空权，世界各军事大国在积极开展飞行器隐身技术研究的同时，也在积极开展具有高灵敏度探测能力的新一代空空导弹的研制工作。
1 飞机隐身技术的现状
自上 世 纪 70年代发展起来的现代飞行器隐身技术，在技术水平不断发展的同时，目前正走向日臻成熟的应用阶段。各国研究人员正在努力降低隐身技术的成本，军方则不断研究各种隐身技术的使用方法。军用飞机的隐身主要包括雷达隐身和红外隐身。雷达隐身技术不断进步的一个重要标志是飞行器雷达反射面积(RCS)的不断减小，其先进水平当以美国F一22为代表，其RCS已达一40dB/平方米，仅为一平方米的万分之一;红外隐身的标志则是尽可能降低飞机与背景的温度差异，降低飞机发动机尾气的红外辐射梯度，尤其是降低飞机在超音速飞行时，由于气动加热所导致的机翼前缘红外辐射。
美国 的 F-117隐身攻击机是最早应用于局部战争的隐身飞机，它在历次的攻击行动中都立下赫赫战功。然而，尽管其拥有良好的隐身特性、强大的地面和空中综合保障能力，一架F-117还是在科索沃战争中被南联盟的防空部队所击落。虽然美国空军至今还没有公布F一117被击落的真正原因，但人们由此依然可以认识到隐身飞机的脆弱，对其隐身技术仍然存在着较大的发展空间。F-22是美国最先进的隐身飞机，美国前空军总参谋长福格尔曼说:在“黑色世界”中，F-22是一架真正革命性的飞机;洛克希德.马丁公司认为:“这种飞机由于设计准则、发展过程和隐身材料的变化，其隐身技术有了相当大的发展”。F-117机身表面几乎被微波吸收材料所覆盖，F-22机身大部分表面则覆以导电金属覆层，以防雷达探测波束穿透复合材料蒙皮。F-22在舱门和控制面的边缘采用RAM，在机体、机翼和尾翼边缘上采用RAS，因而可以大幅度减少飞机的RCS。在减少红外辐射特征方面，F-22整个机身表面被涂以波音公司所研制的伪装涂层，该涂层可以较好地抑制飞机的红外辐射。据说F一22还采用燃油对其机翼前缘进行主动冷却，至少是在超音速飞行时采用这种措施。2001年开始的F-22红外辐射特性测试表明，F-22在持续的超音速飞行条件下，具有很低的全方位红外辐射特征。
2 飞机隐身技术的发展
目前,隐身技术仍处在快速发展中。现代隐身飞机的RCS约为一只昆虫般大小，可以被功率最强的地面监视雷达在几十公里外所探测。当隐身飞机的RCs达到-70dB/平方米的水平时，则目前几乎所有的大功率地面雷达都探测不到这种目标。要达到这样高的RCS水平，意味着飞行器需要综合采用多种先进技术，如:无垂尾设计技术;使所有表面(尤其在飞行器边沿处)都陡峭地偏离水平方向的飞行器设计技术;尽可能取消外部活动部件;采用射流式喷管通过推力矢量控制完成飞行器的姿态控制技术;采用柔性表面取代离散活动部件的设计技术;采用高度综合的航空电子系统，减少飞行器表面开孔数目的综合设计技术等。
飞 行 器 的RCS降到很低的等级时，红外与目视特性将成为飞机隐身要考虑的主要因素。对于红外隐身，可采用主动冷却系统降低飞行器产生的红外辐射，从而降低红外制导导弹的探测度。对于目视隐身，美国自60 年代以来已先后开展多项技术研究，内容包括采用主动照明、大幅度减少太阳反射，以及降低目视对比度和光学截面的目视伪装技术等。
3 导弹探测技术的发展
3.1 红外成像探测技术
红外 型 导 弹特别是空对空导弹，由于其具有多种特点而深受军方欢迎。红外导弹在现存世界精确制导武器库中占据绝大部分，具有代表性的产品包括:美国响尾蛇AIM一9L、俄罗斯的P一73、法国的玛特拉R55O等。红外型导弹相对于雷达型导弹具有以下特点:制导精度高、单发杀伤概率大、结构简单、成本低廉、抗干扰能力强、可以实现真正的发射后不管、与载机火控系统的交链参数少等。
红外 成 像 探测技术是当今精确制导技术发展的主流和方向，它是一种自主式的“智能”成像技术，目前正在由简单的光机扫描线列成像技术向完善的凝视焦平面成像探测技术方向发展。典型的光机扫描线列红外成像空空导弹包括德国的IRIS一T近距空空导弹;采用凝视焦平面阵列成像技术的空空导弹有在研的法国MICA(米卡)、英国的ASRAAM和美国的AIM一9X等。红外成像探测制导与其它红外探测制导导弹相比有如下特点:
a. 红 外 成像探测制导的信息源是利用探测目标和背景之间的温差所形成的热分布图像，而不是一般红外探测导弹所利用的红外“热点，’o英国AsRAAM采用以HgCaTe材料为探测元件的凝视焦平面阵列探测器，其温度分辨率高达0.1℃，可以明显提高对目标的探测灵敏度和空间分辨率，同时也可以提高导弹的全向探测和反隐身能力;另外这种导弹在黑夜也可以根据目标的红外热图探测并跟踪目标，全天候性能好。
b. 红 外 成像探测器的波长较云雾或阴霆的颗粒大，容易穿过云雾和烟尘。它较可见光和一般红外探测器的探测距离大3一6倍。
c. 红 外 成像探测是提高导弹系统抗干扰能力和命中精度的有效手段。导引头截获的目标红外图像，通过计算机的处理可以给导引头跟踪和系统精确制导提供大量有用信息，这是点元探测导引头无法比拟的。
d. 红 外成 像制导可实现多模智能跟踪，将红外探测器与具有判断、决策和执行能力的微处理器做成一体，可以使其不仅能探测目标的有用信息，而且还可根据目标的图像特征，选择目标的要害部位进行攻击，因而红外成像探测导弹可以在复杂的背景或强干扰情况下准确击中目标，从根本上改善制导武器的性能。
3.2 主动雷达探测技术
雷达 探 测 型空空导弹，由于其作用距离远、全天候能力强、可以实施全向攻击，因此得到广泛应用。早期的雷达型导弹一般采用半主动连续波体制，导弹发射后仍需由载机雷达对目标及导弹进行不间断照射，因而不具备发射后不管能力。美国的麻雀AIM一7M导弹和苏联的P一27 导弹均属于这类导弹。
为 了使 雷 达探测型导弹具有发射后不管的能力和更远的射程，世界各军事大国都在积极研究雷达主动探测制导技术。目前先进的中距拦射雷达型导弹一般均采用复合制导探测体制，中制导段采用捷联惯导、数据链修正，末制导则采用主动雷达导引头，实现对目标的探测、跟踪和制导。复合制导技术与飞机火控系统相结合，可以使导弹的发射距离更远。美国的先进中距AIM一120导弹、法国的MICA导弹和俄罗斯的P一77导弹都属于这类导弹。
这里 ， 主 动雷达导引头是通过发射某个波段的射频波束，接收目标的反射信号来完成对目标的测量、跟踪和制导。主动雷达导引多采用脉冲多普勒工作体制，天线为平面裂缝阵式，接收方式采用倒置接收，采用固体化、微小型化的电子
和机电部件，并设置抗干扰通道和各种抗干扰措施。在反隐身方面，主动雷达导引头在增大发射机功率、提高探测灵敏度的同时，也在向着调整工作波段(如毫米波)的方向发展。
3.3 多模探测技术
多模 探 测 技术是指导弹在同一制导段，同时采用两种或两种以上频段探测器进行目标跟踪和识别的探测技术。
由于 飞 机 隐身技术的发展，使得采用单一探测频段或探测模式的空空导弹对于目标的探测和识别受到有效制约，因此，发展多模和复合探测技术己成为当今世界精确制导技术的重要发展方向。目前，可以采用红外和毫米波的双模探测技术，红外与可见光相结合的双模探测技术，或采用上述模式进行组合的三模探测技术。通过多模探测技术的应用和发展，就可以较好地解决空空导弹的反隐身能力。
4 未来空空导弹的发展与关键技术
随着 目标 隐身技术的不断发展以及未来空战作战方式、作战任务和作战环境的不断变化，对新型空空导弹的最新需求包括:
a. 能 攻 击雷达和红外隐身的空中目标;
b.具有中远程精确打击能力;
c. 能 在 任何气候条件下攻击处在任何方位、任何高度的目标;
d. 能 在 复杂的电子战环境和致育致眩干扰条件下实施攻击;
e. 毁 伤 概率接近100%。
根据 现 代 空战对空空导弹的要求和空空导弹的作战使命，研制新型空空导弹需要解决的关键技术归纳起来有以下几个方面:
4.1 远程推进技术
为 了 打 击防区外战机、预警机和电子干扰机，要求导弹的最大发射距离达到300-400km。国外新型远程空空导弹的动力装置大都采用固体火箭冲压发动机，它具有射程远、速度快等优点。由于冲压发动机利用空气中的氧作为氧化剂，因此，它比同样体积和重量的固体火箭发动机能量高得多。为了使固体火箭冲压发动机达到
工程实用程度，目前还需要解决一些关键技术，如导弹进气道外形与总体的一体化设计技术、高能贫氧推进剂设计技术、燃气流量调节及混燃设计技术等。
4.2 红外成像导引技术
对新 一 代 红外导弹，只有成像导引头才能大幅度增加导引头对目标的迎头作用距离，并具有良好的反隐身和抗各种红外诱饵干扰的能力。采用红外成像导引技术，可以为导弹提供更多的目标信息，可以更好地抑制背景干扰，提高目标识
别能力和命中精度。目前，红外成像导引头在体制上分凝视阵列成像和线阵扫描成像两种，在波段上分中波和长波。
4.3 多模导引和复合制导技术
多模 导 引 和复合制导技术是指导弹在不同制导阶段采用不同的制导方式进行交替工作。随着飞机隐身技术和光电干扰技术的迅速发展，未来战场环境将变得十分恶劣，单一频段或模式的制导武器将难于适应未来战争的需求，多模导引、复合制导己成为空空导弹重要的发展方向。
4.4 智能化信息处理技术
探 测 器 和接收机为导弹提供了多种目标和环境信息，对这些信息的有效利用取决于信息的智能化处理能力。目前，信息处理技术的发展重点包括目标自动识别(ATR)技术、多传感器多信息源的数据融合技术等，这些技术可以在低信噪
比和复杂背景环境下提高对目标的捕获能力和反隐身、抗干扰能力。
4.5 高效定向引战技术
随着 空 空 导弹攻击目标种类的增多，对引战配合提出了越来越高的要求。为了提高导弹的单发杀伤概率，可以采用制导引信一体化设计技术，即充分利用导引头和惯性测量系统所提供的目标信息，通过实现对引信的最佳可变延时，达到精确引炸。目前，新的研究方向还包括定向引战技术。定向引战技术可使引信具有识别目标方位，甚至要害部位的能力，使战斗部的杀伤元素集中在目标方向上。在重量不变的情况下，采用定向引战技术的战斗部杀伤威力比普通战斗部可以提高一倍以上。
4.6 导弹模块化设计技术
根据 作 战 对象、气象条件以及使用环境的差异，导弹可以采用模块化技术，即通过更换不同的导弹舱段，来提高导弹的作战效能。采用模块化技术以后，可以大大提高导弹的适应能力，满足不同任务的作战需求;同时采用这种设计技术，还可以能避免研制重复，简化后勤保障，有利于导弹的批量生产。
4.7 保形外挂和高密度内挂的弹射发射技术
第 四代 战 斗机要求空空导弹实现保形外挂和高密度内挂，以不影响载机的飞行性能和隐身特性，这两种悬挂方式均要求采用弹射发射方式。弹射发射必须解决载机在高速、大机动情况下成功发射导弹的难题，关键技术是解决导弹在复杂气流和大过载机动条件下的机弹分离安全和导弹姿态控制，实现“发现即发射，’o
5 结论
随着 飞 机 隐身技术的不断发展，与之相对应的空空导弹探测技术也在不断发展。发展中的具有高灵敏度、高分辨率、采用多模复合探测技术的新型空空导弹是对抗飞机隐身能力的有效手段。飞机的“隐身”与空空导弹的“反隐身”在过去、现在以及未来将会一直处于不断的矛盾发展之中。