龙腾拙作:幽灵利喙---浅谈隐身作战飞机的实质优势(原 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/03 00:41:04
幽灵利喙---浅谈隐身作战飞机的实质优势
作者 龙腾日月
        笔者认为,隐身作战飞机已经成为中国国家安全以及稳定发展最大的实质性威胁。认识威胁是抗拒威胁的首要前提,不能真正的认识威胁到底是什么就根本无法拿出有效的反制措施。本文的目的在于浅显的探讨隐身作战飞机实质作战优势。
       按照装备顺序,世界上已经或者将要装备的隐身作战飞机有以下四个型号:F117,B2,F22,F35---其中包含一个隐身对地攻击型号机,一个隐身战略远程轰炸型号机,一个隐身重型制空型战斗型号机,一个隐身中型多用途型号机---笔者之所以强调“型号机”这个概念,就是提醒各位读者朋友,在美国NASA以及各大航空武器研制生产厂商的实验室,实验场和风洞里还有数不清的隐身作战飞机预研项目正在进行,这些预研项目中的某几个很有可能也会在不远的将来成为笔者口中的“型号机”(工程化发展出来的具备完整作战能力装备机型),甚至还会出现隐身非作战飞机型号,比如隐身运输机,隐身通用飞行平台等等。我们将要面临的威胁不仅仅是上述四个实际装备过,正在装备或者将要装备的型号机,而是整个隐身飞机概念对战争态势所带来的所有重要影响力。不能将如何应对隐身作战飞机这个历史性问题妥善解决就会在未来战场上遭受无法承受的严重损失!
    不完美的夜鹰---隐身战术作战飞机的早期实践
      F117是美国前洛克希德公司研制的隐身攻击机,是世界上第一种可正式作战的隐身战斗机F117。而它本身的初步解密也仅仅发生在不久之前,设计却始于70年代未。1981年6月15日预生产型飞机在绝对保证秘密的情况下试飞成功,1982年8月23日向美国空军交付了第一架飞机,共向空军交付59架。F117A服役后一直处于保密之中,直到1988年11月10日,空军才首次公布了该机的照片,1989年4月F117A在内华达州的内利斯空军基地公开面世。
       本世纪60年代末、70年代初是美国军用飞机(尤其是战斗机)发展的高峰。目前美国空、海军现役的主力战斗机,差不多都是那时候研制的,例如F14、F15和F16战斗机均为70年代初问世,只有F/A18稍晚一点。美国人发展军用飞机,往往始一种新型号出现后,马上就开始考虑它的后继机,有时甚至还要提前。隐形战斗机的研制就是从那时候开始萌芽的。后来,美国国防部高级研究计划局提出了一个称之为“海佛蓝”的隐形战斗机研究计划,要求有5家主要合同商参加。起初,洛克希德飞机公司并未被列于这5家之列。原因是说该公司缺少现代战斗机的设计经验。实际上,洛克希德是一个老牌的飞机公司,创始于1916年,先后研制出P38、F80、F104、C130和SR71等一系列优秀军用飞机,有些甚至是世界名机。近年来,虽然没有再搞战斗机的研制,但一直在独立地进行隐形技术的研究。由于洛克希德具有实力,而且在隐形飞机的研究上先行了一步,因此经过努力,终于被挤进了“海费兰”计划,并最后在原型机的竞争中获胜。“海佛蓝”计划始于70年代中期,先搞了两架小型原型机进行可行性试验。这两架小型原型机也叫“海佛蓝”,装两台发动机,采用奇特的多面体外形。这种外形设计的依据,主要来源于一个计算飞机雷达反射截面积(RCS)的数学模型。因为计算雷达反射截面积,平面外形比曲面外形要容易些。没想到这一数学模型真的得到了应用。“海佛蓝”原型机的放大型就是F117A,1978年由洛克希德“臭鼬工厂”开始研制。研制工作进展顺利,1981年6月首飞成功。1983年10月进入托诺帕试飞基地的第4450战术大队服役(现为第37战术战斗机联队)。美国空军共订购59架,现已全部交付,并无后续采购计划。59架中有4架分别于1982年、1986年和1987年及1997年坠毁。59架Fl17A飞机总耗资将达66亿美元,计划价格为1.112亿美元。
        在F117的设计中,其外形的设计已不能仅从常规气动力(如升力和阻力)角度来考虑,而必须把外形与隐形联系起来,尽可能做到二者统一。据介绍F117A飞机的RCS值只有0.001、0.01平方米(沿方位BCS值),比一个飞行员头盔的RCS值还要小。如此小的RCS值,部分是由于F117A采用了各种吸波(或透波)材料和表面涂料,但更主要的是由于它采用了独特的多面体外形。比如,一般来说地面雷达和机载雷达的探测角大都处于飞机轴平面的正负30度范围之内,所以设计师们把F117A大部分表面的倾角都设计成大于30度,这样就可以将雷达波偏转出去,而避开辐射源。设计师还把F117A机身表面和转折处设计成使反射波集中于水平面内的儿个窄波束,而不是象常规飞机那样全向散射。这样就能使两波束之间的“微弱信号”与背景躁声难以区别。这种波束很窄,以致于雷达不能够得到足够连续的回波信号,而难以确定是飞机目标,还是瞬变噪声。在对待一些小部件的设计上,设计师也作了周密考虑。如座舱盖接缝、起落架舱门和发动机维修舱门,以及机头处的激光照射器边缘都设计成了锯齿状嵌板,并让这些锯齿边缘与上述某窄波束方向垂直,这样其反射汲就不会形成另外的波束,而与该窄被束方向一致。为了防止雷达波进入进气口,设计人员除对发动机进行了专门处理外,重点对进气口进行了特殊设计。进气口用相距1.5厘米的吸波复合材料格栅屏蔽起来,以防止雷达波直接照射到具有强反射特性的发动机风扇叶片上。Fl17A的进气口高约0.6米,宽1.5米左右。这么大尺寸的进气口,一可以绘发动机提供进气,二可以提供冷却空气。冷却空气从进气口旁路通过,在尾喷口处与发动机的排气混合,然后排出去。这样做,可大大降低发功机的排气温度,减少红外特征。此外,F117A还采用了V形尾翼(全动式)、埋入式武器舱、可伸缩的天线等。总之,这一切都是为了减小飞机的RCS值,达到隐形的目的。
        设计隐身飞机最重要的前提是能够找到有效简便的方法对所设计的飞机的RCS值进行评估和计算。F117时代,臭鼬工厂采用了一种基于“物理理论中的边缘电磁绕射方式”理论的计算方法并且不断改进建立了可以从事隐身飞行器设计的软件平台。如果把F117实现可实用隐身作战性能的设计思路总结成一个简单的公式,那会是:
隐身=多边形绕射理论外形隐身+吸波材料+细节设计考虑+避免使用有源传感器
       从设计加权,也就是孰轻孰重角度考虑,F117一切隐身性能的前提都建立在外形隐身上,外形隐身无疑占了F117隐身综合设计考虑的大部分精力和时间。外形隐身从F117的设计伊始到此后的B2,F22,F35,也成为所有隐身飞机设计的核心内容,更是隐身设计能够可实用化的核心问题。也正是从F117开始,大部分人对于隐身飞机的认识也集中在如何实现外形隐身上,在考虑反制隐身飞机战术策略时,也把问题主要针对在如何破除隐身飞机由于独特外形而达到的隐身作战效能上。笔者认为,在F117时代,这样对反隐身机进行考虑是适用的。实际上,当外形隐身被破除的情况下,F117本身就已然在敌方雷达面前形同一架普通的笨拙的攻击机。在F117试验过程中,由于一定原因,F117机身上有几个铆钉并未精确安装至指定位置,其外部突出与机身表面几毫米,这时候实验人员突然发现F117不隐身了,其雷达反射特性与普通作战飞机并无很大的差别,地面雷达和防空导弹都可以轻易截获F117反射回来的雷达波,并进行稳定跟踪,直到地面维护人员发现并纠正了这一问题后,夜鹰才恢复了往日神秘的风采。同样,在巴尔干半岛上,夜鹰晚节不保。据说,在美国空袭南联盟过程中被击落的F117就是因为在投弹瞬间,弹仓门打开,从而破坏了F117整体隐身效果被南联盟守候多时的地面雷达捕获,并发射地对空导弹导致曾经完美无瑕的夜鹰折戟沉沙的。
       这个时候,国内媒体对于隐身作战飞机参与战争并没有显示出应有的高度关注,而是把新闻的噱头集中于美国先进武器是如何被落后的南联盟防空部队破坏“金刚之身”。实际上,夜鹰只是隐身作战飞机的一个成功的早期实践。从设计角度来讲,由于当时技术条件限制,无法将气动外形设计与隐身设计综合起来。实际上,当夜鹰的原型试验机“海佛蓝”出场将要进行第一次试飞时,臭鼬工厂的各位天才工程师们并不是都相信这个体貌怪异的飞行器能够飞起来,这足以说明隐身设计被引入飞行器设计对飞机飞行性能和气动特性所带来的严重影响。其中,最大的限制就是进行飞行器RCS估算需要极大的计算量,尤其是对连续曲面外形进行电磁特性估算和设计更是需要超级计算速率的计算机,依照当时计算机处理能力和速度,进行一次连续曲面外形的电磁特性粗略计算恐怕需要数天或者数月的时间。这还是在假设能够将曲面RCS计算理论算法用计算机能够识别的代码实现的条件下讨论,实际上,当时还未出现能够实用化的曲面RCS理论算法。也就是说若采用连续曲面隐身设计,即便是有很理想的有计算程序可用,考虑到计算完毕后,进行修改,再设计,再计算的设计周期,隐身飞机的诞生恐怕就遥遥无期了。无奈之下,设计人员采取了折中的设计思路---当然本身任何工程设计都是折中的产物---将适用于气动特性的连续曲面用多块曲面代替进行设计和计算,从而尽量满足气动设计和隐身设计两者性能兼顾的要求。当然,此时设计出来的夜鹰也无法在气动隐身双重要求下“双顾双全”,成为一款气动并不优秀但是独具特色的隐身攻击型号机。
       实际上,夜鹰已经在实战和空军战斗力生成理论的角度上显示出隐身作战飞机实质威胁之一---低可探测性。只是夜鹰并没有把低可探测性体现在空优或者多用途作战上,而是体现于对敌方防空武器的渗透能力上。防空武器的规模部署是一门复杂而综合的学问,其要考虑的因素涵盖了己方防空火力性能,己方防空传感器部署,己方防空阵地地理特性,敌方空中作战力量部署,敌方作战飞机性能,敌方攻击力量可能采取的攻击航线、任务规划和编队构成以及敌方可能采取的空中打击战术编成等等。进行这样综合复杂考虑的核心目的就是用最小的代价实现对敌方来袭飞行器实现杀伤最大化或者能够成功阻止敌方实现战术目标。这门学科有着一整套防空能力评估和测试办法,各个防空传感器和火力作战单位也都按照严格的战术编成结合具体情况进行部署。这样一个严密庞大的防空作战体系能力的实现首要前提就是传感器能够在预定的距离上发现预定大小的目标。如果,来袭目标比防空体系部署前考虑更难探测,意味着以前考虑的防空传感器发现和跟踪距离小于预定参数,则整个防空体系作战能力都会大打折扣甚至对于某些低可探测性飞行器没有作战效能---这对于已经大规模部署和正在大规模部署的各种防空传感器和火力体系都是致命性的。这也是F117渗透能力之所在。F117的迎头RCS值只有0.001、0.01平方米的数量级,这和其他非隐身作战飞机动辄5平方米,10平方米(即便是空优挂载RCS也会立刻增加不少)的迎头RCS相比可以说是微不足道。这个“微不足道”就已经使只能适应打击以往非隐身飞机的敌方的防空体系必须投入很大财力物力做出很大改变才能勉强达到对夜鹰实现探测、预警和拦截的作战目的。换言之,对于一个RCS为两位数的常规作战飞机型号如同铁板一块,不采取攻击或者其他作战方式就无法通过的防空导弹控制区域,对于RCS只有零点几的隐身飞机却如同一个到处是孔的筛子。隐身飞机可以轻易在敌方未知的情况下成功渗透或者在敌方发现隐身飞机来袭的时候,空中打击部队早已冲到敌方眼前使敌方根本没有反应时间。如果,敌方打算把防空系统对隐身飞机的防空效能提升至与常规作战飞机类似数量级,就必须像补筛子一样把到处都是的漏洞一一弥补,这意味着更多的传感器,更多的防空火力阵地和更庞大的作战系统,同样意味着更大量的投资和更多的精力被牵扯至这个问题上。敌方可以集中力量将一个地理位置的防空导弹系统提升至这样的水平,但是环视四周随时可能出现隐身作战飞机的方向,又哪里存在不漏风的铜壁铁墙?
        我们可以说,夜鹰不完美,但是夜鹰的出现已经预示着未来隐身作战飞机的狰狞面目将会显露。一个仅仅外形隐身独具匠心和隐身设计考虑相对单一的攻击机型号,已经可以对世界上相当数量的防空体系造成严重的威胁。而威胁并没有停止向爱好和平的我们走来的脚步,夜鹰已经于2008年4月21日在执行完最后一次任务后,退出现役。至此,F-117服役时间长达27年,第一代隐形战机就此落下帷幕。接下来,等待我们的又是什么?



猛禽群飞---成熟隐身战术飞机的实质威胁
        夜鹰的经验让美国人明白了,隐身技术是杀手锏。但是仅仅具备隐身功能,并不能将这个杀手级别的性能发挥到极致。随着人类航空事业逐渐壮大和航空工程技术的不断进步,更重要的是伴随着种种涉及隐身作战飞机战斗力实现的基础理论慢慢成熟,真正的隐身威胁开始显露。这一次绝不是像夜鹰那样略带瑕疵,而是美国航空产业发展壮大和工业技术基础深厚积淀的蓬勃爆发!
         美国在1971年开始的一项名为“先进战术战斗机”的航空预研计划,成就了目前最强大最先进也是最具威胁的重型战斗机型号---F22。对F22和F35的实质威胁的探讨是本文最主要的内容。笔者同样从公开媒体上找来基本的资料作为参考:
         F22“猛禽”是由美国洛克希德•马丁、波音和通用动力公司联合设计的新一代重型隐形战斗机。也是目前专家们所指的“第四代战斗机”(此为西方标准,若按俄罗斯标准则为第五代)。它将成为21世纪的主战机种。主要任务为取得和保持战区制空权,将是F15的后继型号。它是美国于21世纪初期的主力重型战斗机,它是目前最昂贵的战斗机。它配备了探测范围极远的有源相控阵雷达,AIM-9X(响尾蛇)近程格斗空对空导弹、AIM-120系列(AMRAAM)中程空对空导弹、推重比超过10的涡扇引擎、先进整合航电与人机接口等。在设计上具备超音速巡航(不需要使用后燃器维持)、超视距作战、高机动性、对雷达与红外线隐身性(隐身)等特性。据估计其作战能力为现役F-15的2到4倍。将会在较长的一段时间里成为世界重型战斗机的霸主。研发F-22的的技术也同时应用到了下一代F-35上。
        F35“闪电2”是美国波音公司和洛克希德•马丁公司研制的多用途战术攻击战斗机,将取美军现役的所有战斗机,与F-22战斗机一起,构成美国新一代战斗机的轻重搭配。共有三种型号:一种可以从海军的航空母舰上起飞的航母型(CV);另一种是为空军设计的,可以在陆地机场上起降的常规(CTOL);第三种是为海军陆战队设计的,用于快速飞临热点地区的垂直起飞/短距降落型(STOVL)。三种飞机用相同的引擎、相同的导航设备,所有的零部件有60~80%是相同的。按计划,三种型号的战斗机大约生产5000架。美国空军将购买1783架,海军陆战队将购买609架,海军将购买408架,已经在这一项目上投资了2亿美元的英国皇家海军也将购买150架。单机价格约3000万美元标准。美国国防部于1996年开始JSF项目招标,最后决定由波音公司和洛克希德•马丁公司各自研制2架验证机,编号分别为X-32和X-35。2000年9月18日,波音公司的X-32A验证机开始试飞,该机采用无尾三角翼翼身融合体、V形尾翼、腹部进气的气动布局。2000年10月24日,洛克希德•马丁公司的X-35A验证机也进行了试飞,该机采用倾斜双垂尾常规气动布局。X-32和X-35均采用了隐身技术,推重比为10一级的发动机、推力矢量控制技术、综合航空电子系统、有源相控阵雷达和机内武器舱。2001年,美国国防部将从它们中选定一种进入工程制造发展阶段。按要求,JSF空重10.2~11.1吨,外挂载荷5.8~7.8吨,最大平飞速度1.4马赫,作战半径1300~1575公里。
        通常人们将隐身战斗机划时代的性能特点归结为以下四点:隐身,超音速巡航,一体化的航空电子系统和超常规机动性。但是这几点在性能设计上不同于以往任何战斗机的特征并没有直接体现出隐身战斗机究竟是如何将这四个特点形成实质性作战优势的,而且在讨论隐身作战飞机尤其是美国的隐身作战飞机的资料中,总是充斥着大量让人眼花缭乱的理念与名词。这让我们难以清晰而重点的把握隐身作战飞机实质优势的认识。
         笔者经过自己的思考后,把隐身战斗机共同的实质作战优势归结为以下公式:
         隐身战斗机实质优势=看不到的频谱优势+全面的信息优势+强大的火力优势
         下面笔者将会分别进行探讨和分析。
        1.看不到的频谱优势=隐身与气动兼顾+先进多功能射频管理
        成熟的隐身战斗机已经摆脱了夜鹰时代只能通过多面体近似的方式进行隐身和气动设计。现代先进军用处理器构成的巨型军用计算机在多年研究已经开花结果的隐身气动综合算法软件控制下能够构架起隐身与气动兼顾的隐身飞行器设计平台。 F/A-22隐身设计的特点非常明显。最主要的是通过大量的平行设计使回波波峰集中到少数几个非重要方向上。其迎头RCS在0.06平方米左右,侧向RCS在2平方米左右,比起rcs动辄十几甚至几十平方米的常规战斗机简直是犹如幽灵一般。不仅如此,在具备极其优秀的隐身性能的前提下,猛禽在气动方面达到了当今战斗机设计的巅峰,跨时代的超音速巡航和非常规机动使得猛禽如虎添翼。闪电2的隐身气动设计也别具特色,与猛禽相比,闪电2在隐身方面一样出色,但是在机动性方面似乎没有很多的噱头。这是由两者的任务特性决定的,猛禽作为一款重型空优隐身战斗机其主要作战任务是在充满杀机的空域为己方空中作战力量撑起制空权的保护伞,自然需要与争夺制空权相应的强悍的高速机动性能和灵巧的中低速机动性能。闪电2在美国空中战术体系的位置是执行多用途任务,其主要是在猛禽支撑起的制空权保护下遂行各种对地攻击或者辅助空优任务,在机动性方面不需要顶尖的性能或者非常规特性。即便如此,拥有先进气动外形的闪电2在人类航空史上最优秀的大推力涡扇发动机驱动下,其机动性依然属于高端层次。
        当然,隐身战斗机不是对所有的雷达频段都有效果,实际上隐身战斗机的隐身外形设计都是对于现有火控雷达所工作的分米波段进行隐身设计的结果。换言之,采用米波或者毫米波都是可以在足够的接战距离上发现并跟踪隐身战斗机的。另外,隐身战斗机的隐身效果在迎头方向最为明显,侧向或者俯视探测也可以对隐身机获得不错的接战距离。目前公开媒体可以搜集到的基本所有反隐身措施也都是出于隐身战斗机这两个基本的“缺陷”。
       比如,对隐身机采用米波或者毫米波反隐身雷达进行探测,发现目标后开始接战,从而破除隐身神话。实际上,这样的作战形式在目前的技术条件下只是一厢情愿。绝大部分火控雷达采取厘米波波段不是空穴来风,而是有着基本的物理信号特性作为依据,采取米波或者毫米波作为反隐身雷达工作波段有其固有的基本缺陷。雷达工程设计上通常会选取分辨率先天较好,大气衰耗相对较小的厘米波。做一个通俗而不严谨的比喻,雷达波的波长与分辨率成反比,就像尺子上的刻度,厘米波对应的刻度是1厘米,米波对应的刻度是1米,我想不用笔者做过多解释大家就已经能看出这两种尺子在测量物体几何尺寸的精度的差异。另外,雷达的天线要想实现较高的效率信号的发射与接收,其几何尺寸必须与雷达工作波长在一个数量级上,也就是说,米波雷达的外形尺寸要用米这个单位来衡量。显然,目前来说没有任何一型战斗机能安装如此巨大的火控雷达,更别说空空导弹了。米波雷达在目前大多数情况还是作为远距离的警戒或者搜索雷达,其分辨率,扫描频率等参数都不符合火控雷达的要求。火控雷达是实现导弹接战的首要保证,没有精度良好,目标数据更新较快的火控雷达也就没有导弹武器精准有效的火力打击。也许有人会问,那毫米波呢?笔者的回答是,毫米波作为火控雷达的分辨率是足够的,事实上有些近距离的火控雷达就工作在毫米波段。但是毫米波又在大气衰耗方面有着天然缺陷。换言之,毫米波还未传播很远就已经衰减的比较弱了,这会很大的降低雷达接收机的信噪比。也就是说,想要达到同样的探测距离,毫米波雷达要付出比厘米波雷达更大的发射功率。事实上,目前制约雷达尤其是火控雷达探测距离进一步增加的就是雷达发射机的发射功率。即便通过时间与精力的投入,研制出反隐身毫米波火控雷达,在工作距离方面也与猛禽有着较大差距,只能起到一定程度缓解隐身飞机严重威胁的作用,无法真正实现反隐身目的。当然,雷达工作波段与隐身机优化设计是一门极为复杂高深的学科,笔者上述的探讨极为浅显。但是仅通过如此浅显的角度就已然能够发现,猛禽所谓的“罩门”也许并非美国人不得不留下的漏洞,而是根本没有必要去实现所谓的“全频域隐身”,单单在大部分火控雷达工作波段达到低可探测性就已经对战场局势产生不可逆转的影响。
         在执行空优任务时,迎头RCS极小的猛禽能够显示出极强的非对称优势。由于现有的机载火控雷达和地面传感器对猛禽的接战距离大致不会超过30公里(这还是没有考虑猛禽对敌方雷达实施主动烧穿的情况下,如果考虑到APG77雷达的主动干扰能力此距离还会大幅度减少),即便是敌方已经对隐身战斗进入战斗做好了充分准备和反隐身预案,敌方又能通过什么方式得知猛禽已经进入战斗区域从而开始实施所谓的反隐身方案呢?比如反隐身方案是针对猛禽侧向RCS较大的缺点进行考虑的,那么现在就连猛禽是否进入战斗区域都不知道,又如何实现绕到猛禽侧面对其进行打击的目的?即便,假设敌方已经装备了毫米波反隐身火控雷达,但是由于在工作距离上先天不足,在发现猛禽的同时其实已经被猛禽发现,在战术机动企图已经暴露在猛禽面前的基础上,又何谈战术机动成功达成?何况,猛禽在研制之初就已经确定了安装侧视相控阵天线的计划。如果猛禽经过此阶段的改进计划,就已经进化为一款能够前半球无盲区感知的战斗机,为的就是在预警机的引导下,通过自身强大的战场感知能力,打破敌方利用猛禽自身缺陷进行偷袭的战术企图。后来此项计划搁浅,原因是:需求不足。因为美国在逐步的作战试验中发现,猛禽现有的先进相控阵雷达已经能够保证自身安全和强大攻击能力。
        如果说猛禽隐身与气动双顾双全的外形设计能够使其在敌方严密的防空阵地与空优力量的围堵中,依然能够游刃有余地成功夺取制空权。那么四代成熟隐身战斗机在射频管理上的巨大优势,足以让敌方在看不见的电波交锋中毫无还手之力。
        通常有人在探讨第四代隐身战斗机的时候经常把先进有源相控阵雷达,座舱显示设备和一体化航空电子系统放在一起。实际上,这体现出一种对于电子科学与信号处理科学的混淆,虽然它们听上去都和电子有关系而且在人们传统观念中,似乎这些东西就是一起的。实际上,雷达系统,雷达告警系统,通信系统和电子对系统是信号以及信号处理理论的研究成果,虽说它们都涵盖在航空电子系统的范围内。
而探讨航空电子系统架构,数据总线和高速处理器通常都是在电子或者微电子领域。也许读者会感觉这里有些难以理解,我会说,这是正常的---实际上,由于信息以及电子相关学科的相互渗透和交叉,很多在大学学习信号处理或者电子信息技术四年甚至更长时间的学生对自己的专业的认识也都存在某种程度的模糊。笔者尝试用一句话将这两个专业领域的区别说清楚,那就是:信号与信号处理科学探讨的是如何把电磁信号变成我们想要的样子---就是信号处理算法,电子科学探讨的是如何将信号处理算法用实际的电路实现。虽然我们通常说“电子对抗”但实际上,进行对抗的不是电子设备而是信号。如果读者还没有完全搞清楚,没有关系,随着下文的继续探讨也许您就会有更深的理解。
        猛禽装备了APG-77有源相控阵雷达和ALR-94雷达告警接收机。闪电2装备了AN/APG-81和多功能综合射频系统/电子战系统。上述两型有源相控阵雷达除了传统雷达的功能外,都还能用于情报侦察、电子干扰和通信。通常,有人认为隐身飞机要想实现真正的隐身,就必须将雷达和通信设备全部关闭或者不能使其发射电磁信号,达到“无线电”静默,从而得出隐身机并不可怕的结论。因为如果隐身战斗机想要攻击敌机就必须打开雷达,或者必须依赖别机的传感器,而这时候被攻击的敌机就会感知到自己被照射从而规避或者反击。如果隐身飞机不能自由使用自己的雷达,那隐身机的作战效能显然不像宣传手册上那样可怕。这个理论在夜鹰时代是成立的,事实上,夜鹰为了实现低可探测性避免了使用有源传感器。但是夜鹰不是猛禽,夜鹰的瑕疵并没有遗传给后代。目前流行的采用无源反隐身雷达对隐身机进行探测定位然后进行打击的战术恐怕也不会产生什么较大的效果。
        实际上,“猛禽之眼”APG-77与“闪电怒目”AN/APG-81都已经不是简简单单的机载火控雷达,而是多功能射频管理系统。如果将此二者的工作特点加以概括,那就是:
       多功能射频管理系统= 以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性+灵敏的威胁告警+主动电子对抗+多功能射频集成
       正如上文所述:打算通过截获隐身战斗机雷达信号,然后进行定位、打击的作战方式只是看起来可行,实际上,在看不见的空间中电磁信号的交锋才是真正的惊心动魄并且通常都在瞬间决出胜负。隐身战斗机的隐身不仅仅是外形的隐身,还有在电磁信号方面的低可截获特性。由于“猛禽之眼”APG-77在空优作战中更具代表性,下文主要以此为论述对象。
       代号APG77由美国诺斯罗普格鲁曼公司电子传感器与系统分部研制的F22雷达是三两千个T/R模块构成的有源电扫阵(AESA)雷达.正是这一技术使F-22的性能有超群的能力,也正是AESA技术实现了雷达功能与电子情报收集、ECM干扰、监视和通信等功能的综合,也正因为AESA技术能如此集中地赋予一架隐身飞机众多的射频功能,才使从前认为隐身飞机若辐射电子信号会暴露自己位置的陈固观念重新刷新。APG77实现低可截获特性的主要手段包括猝发脉冲工作模式,跳频和扩频。
        现代雷达系统都采用数字电路设计,便于应用数字信号处理,数字波束合成,编码解码等等现代雷达技术。基本所有的数字电路都需要在一个共同的时钟控制下运行。比如,在进行二进制数字通信时,接收端已知发送端只会发送“0”和“1”两种符号。但是在信号传播途中会叠加进各种形式的电磁噪声,接收端通常会采取一种叫做“门限判决”的形式对接收到的信号进行解调(可以理解为“解读”)。门限判决的原理很简单,就是在时钟的控制下,接收端用固定频率对接收信号进行抽样(可以理解为每隔固定时间就检测一次接收电路的电压值),若接收信号电压大于某个设定好的门限值,接收端就判决为“1”,若接收信号的电压值小于这个门限值就判决为“0”。大家可以看出,除了这个门限值很重要之外,发送端发送二进制信号的频率与接收端抽样接收信号的频率一定要同步。一旦“失步”(可以理解为同步被破坏),接收端就无法按照发送端发送信号的对应频率进行抽样。做一个浅显的比喻,当阅兵的时候,士兵们的步伐不能达到整齐的状态,阅兵方阵就很有可能会走乱。正是基于破坏敌方对于APG77信号截获同步的考虑,APG77采用猝发脉冲工作状态,其工作时每个脉冲发射的时间间隔不固定,也就是说脉冲的发射并不像其他雷达信号一样是周期的。这就对敌方截获APG77信号造成了很大麻烦。并且,APG77在工作时,也并不采用周期性的脉冲。换言之,其工作波形处于不断变化的模式。发射时间不固定,发射脉冲不固定,再结合下文将要探讨的频率捷变(工作频率不固定),也就是说APG77的信号各个参数都处于快速变化的状态。敌方告警接收机或者无源雷达即便截获了APG77的几个波形,也无法将这些频率,波形,时间上都不相同的信号识别为一个雷达发出的!这样来说,所谓的无源雷达别说定位隐身战斗机的辐射信号,恐怕就连正确的识别都很难达到!
        如果进一步说,猝发脉冲是将截获到APG77信号的敌方无源雷达迷惑搞晕,那么APG77所采取的扩频和跳频技术就根本没有给敌方无源传感器被搞晕的机会!----因为敌方传感器根本就无法探测到APG77的信号!
        其实,广义上的扩频技术是包括跳频的,但是为了能够清晰的让读者认识二者的区别,笔者将其分别阐述。跳频是一种利用载波跳变实现频谱展宽的扩频技术。广泛应用于抗干扰的通信和雷达系统中。其方法是把一个宽频段分成若干个频率间隔(称为频道,或频隙),由一个伪随机序列控制发射机在某一特定的驻留时间所发送信号的载波频率。从字面角度理解就是信号的频率不是固定的,而是按照一定的规定跳来跳去的。如果雷达发射机和接收机能够按照同样的规律调整发射和接收频率,就可以实现频率捷变。再做一个浅显的比喻,如果您和您的朋友各自有一台收音机,如果您和您的朋友按照商量好的方式调台,那您和您的朋友一定可以一直收听到相同电台的节目。虽然看似很麻烦,但是跳频技术让截获雷达信号的难度上升了相当的高度。在没有采用跳频技术时,打算截获一台雷达的信号只需要在一定的频率内进行搜索,如果在某个频点发现了较强电磁辐射,就可以认定已经截获了这个雷达的信号,再通过两个不同方向的截获信号的分析,就可以给此雷达的大致位置。但是打算截获采取跳频技术的雷达就绝对不那么简单了,频率捷变雷达的频率时刻出于跳变之中,即便在一定频点上能截获到一星半点的信号,也会由于雷达频率捷变立刻失去对其频率的跟踪,除非截获方能够一定程度的掌握频率捷变雷达跳频的规定从而进行稳定跟踪。在没有掌握敌方雷达频率捷变规律的情况下,只能采取大范围频段搜索的手段去“碰运气”。也就是说,现有条件下,企图对APG77进行稳定跟踪基本上不现实,所谓的“无源反隐身雷达”最多能够截获APG77一定的电磁辐射在运气良好的情况下也许能够对猛禽实施粗略定位。但是这种定位既不稳定也没有足够的精度。
       再退一万步说,如果对猛禽通过长时间跟踪,获得了大量APG77电磁辐射信号,从而进行了大量数学分析掌握了其频率捷变规律呢?是否可以说是达到反隐身要求了呢?答案依然是否定的。APG77不仅仅采取了频率捷变技术,而且划时代的采取了“伪随机码扩频”信号处理技术。扩频技术是一种信息处理传输技术。扩频技术是利用同域传输数据(信息)无关的码对被传输信号扩展频谱,使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。由于课本上对于扩频原理采取的是“相乘扩频码扩频再相乘扩频码解扩”的介绍涉及过多数字信号处理方面的专业知识,笔者采用一种浅显但是不是很严谨的方式向读者们解释一下,如果说跳频技术是通过让雷达信号的频率跳变而减少被截获概率的话,扩频就是让雷达信号在同时出现在多个频点!如果我们把起伏的电磁背景噪声的频域比喻成一个湖泊波光粼粼的水面,雷达辐射脉冲比喻成露出水面的石头。猝发脉冲技术就是让石头露出水面的时间符合某种随机性,没有任何节奏感,让无源雷达无法有效的截获;脉冲变换技术就是让每次露出水面的石头都不一样,让无源雷达无法有效识别;频率捷变技术就是让每次石头露出水面的位置都不同,迫使敌方必须同时监视整个湖面并且无法进行跟踪;而扩频技术的划时代意义就在于石头根本就不露出水面!读者也许会惊讶,雷达发射机的信号完全掩盖在噪声之下,那雷达接收机又如何有效的接收自身雷达发出的信号?让笔者再次用一个生活上的比喻进行说明。扩频技术其实是把信号进行分解,信号被分解后就形成了成百上千的小信号(现代扩频系统的扩频系数可以达到上千!),而发射机就把每个小信号分配到一个频点上,不同的小信号被分配到不同的频点上---就像把成百上千个萝卜埋在农田里---然后同时向一个方向发射出去。由于每个小信号的功率极小,每个小信号都会被掩盖在背景电磁噪声之下(就像海洋的背景噪声可以掩盖潜艇的噪声一样,不过这个例子讲的是是声波,雷达是电磁波),在这些小信号碰到目标后就会形成回波,同时被反射回接收机。对于接收机来讲,它看到的只是一望无垠的农田(因为萝卜都被埋在农田下面),但是发射机埋萝卜的精确位置(也就是每个小信号的具体频点)告知接收机,接收机就按照发射机的地图---“按图索萝卜”---将隐藏在农田一下的萝卜一一挖出(也就是将每个小信号从各自的频点里找出来)。最后就是把找到的小信号组成原来的大信号,在根据这个大信号的方向,相位,频率或者传播时间去解算目标的位置,速度等等参数。而无源雷达是完全不可能弄清每个小信号的频点的!也就是说,无源雷达或者其他告警设备即便是已经被APG77反复照射多次,也只能盯着平静的湖面丝毫不知自己已经被强悍的猛禽握在爪中,致命的导弹随时都会从天而降。想要截获APG77的信号就必须对噪声随机起伏下的信号特征进行详尽综合的分析,就像下水摸石头,只有整个湖底都被摸完,大部分小石头都被找到的情况下,才能达到截获的要求。而这本身就是一项耗时费力的工程,目前技术条件下,还没有出现能对“伪随机码扩频”雷达信号进行准确截获无源雷达或者雷达告警接收机。由于“伪随机码扩频”雷达信号的低可截获特性极强,为了在将来能够有可能应对此类雷达信号,雷达学术界已经开始了一门叫“智能频域检测”学科的研究。其研究目的就是找到能够成功截获“伪随机码扩频”雷达信号的可实用算法,但是目前只能找到少数可行的理论算法,而且都对无源雷达和雷达告警设备的实时处理能力提出了极高的要求。事实上,笔者也曾经企图通过对于噪声信号和“伪随机扩频”信号的差异分析来达到截获此类信号的目的。但是,如同前文所述,所需要的实时处理能力已经大大超过目前所有数字信号处理芯片的计算能力,而且笔者在前文仅仅讲述的是扩频信号的基础知识,实际上,为了防止通过信号与噪声的统计特性差别而截获伪随机扩频信号,美国人还在“伪随机”上做足文章。“伪随机”顾名思义,就是信号从统计上来讲很像随机噪声,但是对于清楚信号数学特性的发射机来讲,这种随机性只是表面的。通过伪随机扩频,雷达信号已经在功率谱密度、统计特性上与噪声信号没有明显差别,不通过大量数学解析根本无法有效区分。而以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性还仅仅是APG77所采取的电子对抗措施中的一个,美国极强的雷达研制能力和信号处理科研水平可见一斑!
         猛禽和闪电2也都装备了灵敏的雷达告警器。灵敏的电磁传感器融合进一体化的航空电子系统架构中,为四代隐身机在被敌方雷达照射和锁定的危机提供预警和快速反映的必要条件。“猛禽卫士”ALR-94雷达告警接收机在方位和俯仰上都提供了全向预警覆盖,探测距离超过460千米而且还可以足够的预警精度在己方被锁定条件下提供精确的敌方雷达波来袭方向。并且在一体化航空电子系统快速的计算能力和巨大的数据库支持下,可以对被截获的敌方雷达信号进行进一步分析,通过其波段,信号特征等等参数分析出敌方雷达波的调制方式和威胁程度,并且与数据库预存的信号特征进行一一比对判断出被截获雷达波是何种型号雷达发出的。通过一系列快速而精准的计算和有效的战术态势评估,灵敏的雷达告警器可以为己方如何对敌方雷达扫描和锁定进行反映提供决策依据。如果是敌方火控雷达扫描并且锁定猛禽,猛禽立刻会采取主动干扰的方式破坏和干扰敌方雷达锁定,如果被截获信号并不是高威胁等级的目标发出,则可以按照处理器里预先编程的处理程序进行存储,继续跟踪,监视或者抛弃等行为。
         如果说,以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性和先进灵敏雷达告警器都是以防御性原则面对信号对抗的交锋,那么主动电子对抗则是彻头彻尾的攻击行为。与以往传统雷达仅仅能够完成探测或者提供火控导引功能不同,APG77还可以提供主动电子对抗功能。通常情况下,为了保证己方作战平台在纷繁复杂战场中的生存,交战双方都会提供大量电子对抗系统执行干扰敌方雷达或者通信设备。但是以往的干扰措施都相对粗放,基本上都是根据电子侦查情报对敌方可能采用的频段或者频点施加较大功率的电磁噪声,降低敌方雷达或者通信系统的信噪比。但是这样的传统干扰方式效果有限,针对性不强,而且由于主动干扰要施放大量电磁辐射,很有可能还未对敌实现有效干扰就已经成为敌方反辐射武器的战果。相比之下,猛禽以一体化航电做基础,先进雷达告警器和APG77主动干扰功能配合使用的作战方式就更具效率和生存性。在ALR-94感知到猛禽被敌方锁定情况下,会将敌方来袭雷达波方向角,频率,调制方式等等参数交给航电系统综合处理,经过精心编制的计算机程序实时处理的信号特性要比以往根据电子侦查情报提供的各种参数要更加具有时效性和有效性。APG77在参照敌方雷达信号特征处理结果以后,根据具体情况在主动干扰模式下提供不同的干扰方案。虽然APG77进行主动干扰的时候,也会施放电磁辐射,但是在敌方雷达方向,频率和调制方式已知的情况下,显然远远不需要以往传统干扰方式那么高的干扰功率,并且把所有干扰功率都集中于敌方雷达波来袭方向,不向其他无关方向辐射任何信号。猛禽的传感器系统和计算机还能通过识别敌方雷达信号决定敌雷达建立起锁定状态所需时间长短,于是猛禽能确保它向敌方雷达发射主动干扰信号的时间刚好使敌方雷达解锁就够了。当敌雷达重新开始锁定时APG77则去干扰别的雷达去了,或者转为监视或分析任务,但它将继续及时返回与这个敌雷达对垒,直到这个敌雷达处于APG77的跟踪距离之外为止。APG77能够提供如此高效的干扰模式与其采取主动相控阵天线是分不开的。主动相控阵天线中T/R模块可以形成铅笔形波束的千扰信号,发射的干扰信号功比"EA-6B“徘徊者”的干扰信号还强,因为F-22的AESA雷达天线仅仅只干扰很窄频带,而EA-6B却要把它的千扰功率分配子很宽的频带和很宽的方位扇面内。APG77的主动干扰功率其实很小,符合低可截获特性,干扰效果更好是因为针对性强。通常,只在需要的时间内用这点功率准确干扰想要干扰的领域,干扰辐射的时间长短以刚好使敌人的地面制导雷达或火控雷达不能建立起锁定为准。与此同时,F22能够分析敌人的电子战斗序列即能够对敌人辐射源定位、识别以及准确标示其位置。即使F22在跟踪空对空目标时,特别是正在跟踪从空中射来的防空导弹时,也想知道下面的SAM威胁此刻有何举动,以便及时采取应对的干扰措施。此时,F22的低可观测性能与电子战结合起来,因为F22是世界上第一种能使传感器和处理机强大的计算能力结合起来这么做的隐身飞机。据美国空军的官员认为,若对F-22的航空电子设备特别是多功能射频系统稍加改进,如使其能存储、分析并调用能够收集到的电子情报数据,猛禽将更具威慑力,更难与之抗衡。猛禽在了解恐慌总威胁,避免被检测,先敌发射导弹以及作为电子干扰机平台建立对敌人的电磁非对称优势方面大有潜力可挖。
        APG77借助于主动电扫雷达天线,首次实现了雷达,电子对抗和通信的多种射频功能的综合。关键是主动电扫雷达可以同时产生多个波束,一些波束用于检测和定位空中或地面目标,引导第二组波束干扰,第三组波束则可与己方资源通信,也就是说,以前分别由雷达天线,干扰天线和电子对抗接收机在计算机控制下完成的射频功能,现在可由这个电扫描阵列几乎同时进行!
        闪电2作为一款多用途四代战斗机,在频谱对抗非对称优势技术手段上更具特色。 闪电2采用的是先进的第四代有源电扫描阵列雷达AN/APG81,该雷达是在F22飞机APG 77雷达的基础上改装发展而来的,目前已由诺斯罗普•格鲁门公司进行了数年体制样机的科研阶段试飞,工程样机的试飞在2005年开始,这些试飞都将在其他飞机上预先进行后,再由F一35飞机来试飞。在APG一81雷达中综合了电子战功能,即多功能综合射频系统,其性能相当于APG一77雷达。在多功能综合射频系统(MIRES)中,雷达、通信、导航、识别和电子战功能不仅共用公共的处理机,还将共用公共的隐身天线。这种电子扫描有源阵天线将装在JSF的机头,发射和接收高增益的X波段信号。由于天线阵列可能要用到1000个以上的发射/接收(T/R)模块,因此,降低发射/接收模块的成本和重量、提高其可靠性是十分重要的。在空地作战中,F一35的雷达将支持合成孔径雷达(SAR)地面成像功能及逆合成孔径雷达(ISAR)舰船识别功能。在空空作战中,传感器将提供诸如引导搜索、无源搜索和多目标、超视距跟踪以及定位等支援功能。由于波束能在百万分之一秒的时间内从一点移向另一点,所以在一秒钟内对一个目标能进行多达15次的“观察”。
      在战场前沿执行更具危险性对地攻击任务的闪电2不仅仅在雷达,信号对抗方面不次于猛禽,而且在光电系统设计方面可谓独树一帜!闪电2的电光瞄准系统((EOTS)将由诺斯罗普•格鲁门公司电子传感器与系统部和洛克希德•马丁公司导弹与火控部研制,该系统将嵌在JSF的机头下部。该系统由两个传感器组件组成,其中前视电一光瞄准系统是一种红外系统,用来定位并帮助识别目标。它能融合红外和合成孔径雷达图像,以最小的辐射能量探测和识别目标。电一光瞄准系统还将作为一种远距的红外搜索与跟踪(IRST)系统,用来探测和识别空中目标。 闪电2还采用分布孔径系统(DAS),该系统采用多个外部传感器提供导弹告警,并使飞行员能够“看透”飞机的底部和侧面。飞行员在头盔显示器上可以看到由分布孔径系统提供的数据。分布孔径系统可同时提供导弹告警、态势感知、红外搜索和前视红外导航功能,能在飞机周围的所有方向上同时提供所有这些功能。闪电2的电子战系统由诺斯罗普•格鲁门公司电子系统分公司和英国宇航SANDERS公司提供。诺斯罗普•格鲁门公司电子系统部将向英国宇航系统公司提供用于JSF电子战装置的有关设备。闪电2的多功能综合射频系统(MIRES)/电子战系统完全采用无源射频元件,该系统将采用专用的天线和多功能前视阵列。洛克希德•马丁公司已对其闪电2的电子战系统进行了鉴定,ﲰ括信号特征、电子对抗系统和传感器等几方面。飞机的信号特征和电子对抗系统的试验是在美国空军电子战鉴定仿真系统上进行的,其特点是在存在大量雷达和红外制导威胁系统的条件下,进行实时、实际频率、“硬件在回路”和“人在回路”的仿真。其中1500多次试验是为对抗红外制导的空空与面空导弹进行的,而250次以上是为对抗雷达制导导弹进行的,包括约1500个面空导弹发射机会。
        虽说在美国空中战术体系中猛禽的位置是最重要的,但是作为一款中型多用途战斗机闪电2在航电技术先进程度上却超过了号称世界第一重型空优机的猛禽。 闪电2装备新一代的雷达、电子战装置、红外传感器和卫星通信数据链来完成对信息的搜集。但要把收集到的信息变成有用的数据则要依靠仍在研制中的专用计算机处理器,即综合核心处理器(ICP)。研究人员采用了商用C语言、商用操作系统和商用货架产品雷达处理器,不仅降低了成本,也显著地提高了性能。JSF的综合核心处理器与F一22的公共综合处理器所起的作用都是相同的,所有的机载传感器都使用这些处理器。但}F上的综合核心处理器几乎在每个方面(如结构、设计原理以及设计实现等方面)都与F一22不同。猛禽的处理器结构所采用的标准不是商用标准或广泛使用的标准,因为F一22的核心处理器是在20世纪80年代末设计的,当时的选择余地很小。而且需要特制的模件将两块2英寸*4英寸的多芯片混合结构安装在专用集成电路上。闪电2采用的是商用货架产品,不仅获得了与F22相当的封装密度,而且闪电2的处理器比猛禽的处理器在性能上提高了一个数量级。采用商用封装部件又能显著节省费用。猛禽中需要进行几种不同的处理器,“等待时间短”的专用处理器适用于通信处理、电子战的信号分类或雷达信号处理,另一些常规处理器用于图像处理。闪电2的综合核心处理器的数量则会大大减少。猛禽中用于处理器内部的各个部分间互联的总线有多条,各个处理器之间的数据交换用一种总线,处理器与存储器之间用另一种总线,而各传感器与存储器之间的数据传输用的又是一种总线。另外,由于猛禽的公共综合处理器是装在两个机架上
的,两个机架之间的数据交换还需要一种总线。每条总线需要一个不同的芯片用作接口,在操作系统中,每条总线还需要有各自的驱动程序,每条总线的工作方式也有所差异,因此在软件设计时需要将所有这些方面都考虑到。 而在闪电2的航电架构设计方案中,核心处理器采用的是已被广泛使用的商用互联方法,这种方法已试验证明非常适用于闪电2的核心处理器。
         现在让我们再次回顾一下笔者总结的猛禽时代隐身战斗机非对称频谱优势的公式:
        看不到的频谱优势=隐身与气动兼顾+先进多功能射频管理
                              先进多功能射频管理=以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性+灵敏的威胁告警+主动电子对抗+多功能射频集成
         可以看出,无论是兼顾气动的隐身设计还是基于先进航空电子系统架构的先进多功能射频管理,隐身机的频谱优势在现代航空武器技术进步的推动下绝不仅仅是简简单单的一个雷达隐身可以概括。在看不到的频谱战场上,四代隐身战斗机优势其实更加明显。在高速时钟电路驱动下,敌我双方在频谱领域的对抗不仅同现实战场一样无比惨烈,并且立见高下!如果不能清晰而深刻的认识到美国隐身战斗机在各个方面所具有的巨大威胁,采取一定措施,那么无论谁都会在未来战场上与其隐身空中力量交锋中付出惨重的代价!
         当然电磁波只是实现战略战术目的的工具,具备频谱优势“软实力”的四代隐身战斗机,必然会把其看不到的电磁威力转化为实实在在的作战能力。通过有效应用自身技术非对称优势,对战斗机战术运用乃至整个战场态势产生重大影响的最典型案例大概就是猛禽的出现让传统的空优战术彻底颠覆。
        由于目前隐身战斗机战术运用理论还未完全成熟,隐身战斗机对于未来空中力量使用的深刻影响还处于逐渐显现的过程中。笔者就仅仅通过一个空中战术与技术相结合的作战方式---“第三者制导”---来浅显的说明猛禽在信息和火力方面全面而极具威胁的优势。
        采取传统方式使用主动雷达制导导弹的过程是这样的:机载火控雷达发现目标,战斗机根据目标方位、速度和航向结合预警机的战术情报进行战术机动,争取机动至更有利于己方主动雷达中距弹发挥效能的战术位置。当目标机进入机载火控雷达的跟踪距离后,战斗机即可转入跟踪状态,对目标进行稳定跟踪同时结合己方主动雷达中距弹使用包线,计算是否达到射击条件。若达到射击条件即可发射主动雷达中距弹。导弹发射后中段采取中继指令制导,导弹发射机机载火控雷达会继续跟踪目标,并把实时更新的目标位置数据通过机载火控雷达的旁瓣上链至导弹的指令接收机。导弹接收到更新的目标位置后,会结合自身惯性导航数据修正航向以朝向更加精确的方向飞向目标区。经过几次修正以后,导弹达到目标区,弹载主动雷达开启,导弹开始自主搜索寻找目标,导弹发射机可以脱离。导弹发现目标后,弹载雷达锁定目标并且制导导弹按照一定机动方式向目标飞去,直至命中目标。值得注意的是:战斗机机载雷达持续更新的目标数据不是通过数据链上传给导弹的,而是通过机载雷达旁瓣。导弹发射机与导弹之间的通信通常需要一条专门的物理信道,而不采用通用数据链这样的公共战术信息分发系统。
        第三者制导顾名思义就是导弹发射机并不承担导弹中继制导任务,而将此任务交给另外一架战斗机执行。第三者制导的好处就是载机可以在雷达不开机或者并不产生较强电磁辐射的情况下实施静默发射。目标机最初只能根据来袭雷达波判断敌方导弹来袭方向,如果雷达波来袭方向与导弹来袭方向分离,目标机就无法正确的进行规避机动,从而第三者制导可以获得更好的战术效果。第三者制导在大规模超视距空战时可以更好的运用,因为多机交战时,第三者制导可以实现制导机数量少于导弹发射机数量,在编队中有可能只需要一架战斗机开启雷达就可以为整个编队战斗机提供制导信息。
       不过,目前第三者制导还未普及应用,在技术方面还有缺陷之处。通常,我们所期望的第三者制导模式是这样的:制导机用自己的机载火控雷达锁定敌机,然后通过通用数据链将目标数据发送给导弹发射机。导弹发射机将接收到的目标初始数据装订给待发射的主动雷达中距弹并在形成发射条件时发射导弹。此时,导弹发射机已经完成在此次战术攻击中的任务,可以脱离。从主动雷达中距弹发射到末端制导的弹载雷达开机自主寻的之间的中继制导任务有制导机承担。按照理想的第三者制导模式,制导机将接管发射机发射的导弹,就如同这枚导弹是自己发射的一样。此后,制导机将用自己的机载火控雷达照射目标,更新目标数据,然后用自己的火控雷达旁瓣将目标数据更新上链至导弹,完成中继制导任务。也就是说,发射机完全不用开启自己的火控雷达,只需要按照接收到的目标数据将导弹“盲射”出去即可。但是这种理想的战术运用方式却存在目前还未完全克服的技术问题。在传统的作战方式下,战斗机机载雷达探测到目标后,需要做的不仅仅是将目标信息装订到导弹上就可以发射,其实上,导弹载机与导弹之间还有一些工作需要提前进行。载机首先要矫正导弹的惯导系统坐标,使导弹的坐标系与载机的坐标系重合和更新同步,而且载机与导弹要实现通信还需要进行载波同步(如果没有接触过数字基带传输系统,读者不必完全理解为何需要载波同步,只需要作为一个结论记住即可),简单来说就是让导弹与载机的控制时钟达到一定的同步精度。这样导弹发射后就可以用同步的载波将目标信息精确通过雷达旁瓣上链给需要目标数据的导弹。但是目前上述两点都无法在第三者制导战术中实现。在第三者制导战术中,制导机与导弹发射机都在自己的时钟控制下工作,其惯导坐标和载波本身就存在误差。制导机坐标系中形成的目标数据折算至导弹发射机的惯导坐标中就是另外一个位置,按照这个目标数据发射导弹,导弹只会按照错误的航向飞行。而且导弹与第三者制导机之间还需要将载波的相位,频率调整至同步状态,否则此后制导机机载雷达旁瓣就无法按照导弹所能够识别的载波与导弹进行通信,从而也无法实现发射后的中继制导。如果想实现上述两点,就必须在整个通用数据链系统中设立一个公共的精准时钟,所有战斗机与导弹的坐标系设定和载波都由这一个时钟进行误差修正。但是另外一个问题出现了,这个时钟设立到哪里?由于数据链系统内战斗机和导弹总是与时钟之间存在不相等的距离,时钟精准的步伐传送至不同的平台时已经由于不同距离下的传播延迟而产生了误差。
         美国人把视野投降了太空---gps!由于gps导航卫星的原理本身就是通过精准的时钟进行三维地理定位,其本身就成为一个巨大而分布广泛的时钟群。美国计划在通用数据链中开始纳入gps的时钟信号对全网各个信息节点进行误差矫正。从而理想的第三者制导作战方式将得以实现。配备了高精度数据链系统,猛禽和闪电2还在己方战术编队内实现了战术数据链信息共享。与进行全网信息共享为目的的通用数据链不同,编队内战术数据链仅仅在一个编队内的己方飞机之间使用。由于作用距离不必很远,编队内战术数据链在同样技术条件下可以实现更加高效的战术信息实时共享。在编队内真正做到,一架飞机能看到,所有的友机都看到!不仅仅如此,编队内战术数据链还可以实现,编队内友机所发射的主动雷达中距弹的任意制导,也就是无论谁发射的导弹,在战术安排需要的时候都可以由其他友机接管控制。更重要的是,编队内战术数据链还可以自动分配作战任务,调整战术运用,友机之间谁锁定了哪个目标,这个目标是否被命中,是否有一个目标被两架友机同时锁定从而造成资源浪费。。。等等信息都在座舱里通过编队内战术数据链共享并且实时显示。将来实现双向数据链普及以后,整个战区内,每一架飞机,甚至包括每一枚导弹的详细情况都可以做到实时共享,而且可以进行实时控制。这张由预警机,各种分布的传感器,友机,其他军种的友军等等众多火力/信息节点形成的巨大网络,将形成足够的非对称信息优势实现战场单向透明与单向杀伤。
        由于涉及第四代隐身战斗机机载武器种类和性能的文章已经非常丰富,笔者仅仅把其中的aim120系列主动雷达制导中距空空导弹拿出来进行介绍,从而更加明晰的认识到猛禽和闪电2在火力方面的非对称优势。也许有人曾经对猛禽和闪电2并没有装备更新概念的固体冲压远程空空导弹诟病不已,但是实际上猛禽和闪电2装备的aim120系列主动雷达制导中距空空导弹早已不是起初青涩的样子。aim120系列经过了多次改进和更新换代,已经成为猛禽利爪和闪电雷霆。
        AIM一120 AMRAAM是美国雷神公司研制的全向型、多用途、多目标中距空空导弹,是世界上界服役最早、分布最广的第四代主动雷达制导空空导弹,其技术性能较为先进,已经在多次战争中取得辉煌的战绩。AIM一120A是AMRAAM的基木型,1975年开始研制,1981年8月进行第一次制导发射试验,1984年12月进行第一枚生产型弹试验,1988年开始低速生产,1991年服役,1992年开始批生产。
AIM一120A弹重157 kg,弹长3 650 mm,弹径178 mm,弹速为Mao,翼展523~,舵展627 mm ,迎头攻击最小射程5 km,最大射程50 km,最大过载50g。AIM一120A大约生产了5 100多枚,装备的国家与地区主要有美国、英国、德国、挪威、荷兰、丹麦、希腊、以色列、意大利、芬兰、瑞士、瑞典、西班牙、土耳其、澳大利亚、日本、约旦、泰国、韩国和台湾等。AIM一120 B的主要改进是重新设计了制导舱里的六块电路板,即AMRAAM数据处理(ADP),频率参考装置(FRU),滤波处理器(FP),距离修正器(RC),输入/输出板(vo),中频接收机( IFR )。这些改进使AMRAAM具有外场软件重新编程的能力,导弹无需再被送到导弹库房即可重新编程。新的战术软件可以直接送到外场,由部队保障人员在不需要从包装箱中取出导弹的情况下对导弹进行软件设计改造。 AIM一120B于1994年开始交付装备。AIM一120C是在AIM一120A基础上,按照P3I计划经过多阶段系列化发展而日益完善的。AIM一120C的主要特点是翼展和舵展有所减小,便于内挂;增强了ECCM(抗电子干扰能力)和战斗部杀伤能力;根据不同的发射距离和条件采用三种不同的制导模式;具有多目标攻击能力;可以拦截巡航导弹等小目标。AIM一120 C与航空电子系统一起,具备先视、先射、先毁的能力。P3I计划给AMRAAM带来了重大变化,其中包括重新设计AMRAAM外型,采用倾斜转弯控制等技术。阶段I主要改进包括气动力、飞机挂架、制导系统和信号处理。由于F一22机身下方的大弹舱仅能内挂4枚AIM一120A,为增加内挂数目,必
须改变AIM一120A的气动布局,当时有两个方案:切梢弹翼和折叠弹翼。经过权衡选择切梢弹翼方案,这样F一22至少同时使用六枚改进导弹,并且外挂时可靠性比折叠高,导弹性能所受影响也比折叠弹翼小。阶段2于1994财年开始,主要一步提高ECCM、增大火箭发动机、重新设计战斗部及改变引信和软件,使AMRAAM导弹能对付巡航导弹等目标。该阶段集中研究在导弹爆炸后控制破片飞行方向的技术。阶段B的AIM一1200 -4型1999年8月开始交付,AIM -120C - 5型2000年7月交付。 阶段3于1998财年开始,包括进一步改进ECCM和导引头硬件及软件。阶段l的多频谱导引头将可以选择多种频率以增加导弹寻的预定目标的能力。阶段3的AIM一120C一7型2005年底开始交付。AIM一120C一7导弹使用与AIM一120 C一5导弹一样的发动机和战斗部,但AIM一120C一7导弹综合了新型处理器和新型软件系统,并在雷达信号处理链接方面进行了改进,可具备更强的电子对抗作战能力。这种新导弹系统已经通过美军的验证测试,当时该型导弹在实施反干扰措施的情况下,成功将目标击落。该型导弹的第一次试射测试是于2003年8月19日在佛罗里达埃格林空军基地测试靶场举行,雷神公司将此次测试称为是使用了现实电子攻击技术;第二次试射是于2003年9月6日在白沙导弹靶场举行,雷神公司表示第二次试射是使用了复杂电子攻击技术。这两次试射都直接将目标击落。与此同时,AIM一120C一7导弹的升级计划草案已经出炉,美军计划使用三年时间进行该型导弹的软件升级计划,预计该计划将持续到2008年下半年,该型导弹的部分硬件改进计划也已经处于筹备阶段。这种新型导弹的升级计划将涉及多个领域,其中包括对导引头、制导系统、机载处理系统、电子对抗措施以及推动系统的升级。阶段4于2004年10月开始,主要研制新型号,同时要改变导弹作战任务。据报道,美国将投资1.28亿美元研制一种全新的火箭发动机,该阶段的AIM一120C一8于2006年交付。AIM一120D于2003年开始研制,由美国空军与海军联合开发。作为P3I计划的一部分,AIM-120D最大射程约140 km,主要满足美国海军对远射程的要求。该弹主要技术特点是采用新型加长火箭发动机、加装一个双向紧凑型GPS/惯性测量装置,射程和生存能力都有所增强。由于制导舱尺寸有所减小,前弹舱内空余出来的空间,AIM一120D的加长发动机正好可以利用。AIM一120D采用GPS/IMU可以减小导弹的对准误差。其双向数据链可以使导弹发射后向载机发回目标相关信息,提高远距作战效果,增强导弹大离轴角交战能力,打击载机后面的目标。此外,采用双向数据链技术,也允许另一架战机来控制导弹飞行,而让载机发射导弹后马上离开。AIM-120D导弹于2006年初进行首次制导发射试验,2006年底进行战斗弹发射试验。2007年开始交付,2008年形成战斗力。
       从上文可以看出,AIM-120系列主动雷达中距空空导弹在历经多次改进后,在射程,机动性,抗干扰能力,体积,重量等等重要指标上大幅度进步。射程达到140公里,采用双向数据链和先进导引技术的AIM-120D从各方面角度来说都可以说是新一代远程先进主动雷达导引空空导弹。一般中距弹由于自身发动机体积限制,在射程,过载能力等指标上很大程度要考虑载机发射速度和高度。因此猛禽具有革命性的超音速巡航能力能够极大的提高导弹的能量特性!在全面而牢牢把握频谱优势和战场信息优势后,猛禽和闪电2可以将其装备的各类先进空空和空地精确制导武器运用到极致!
实现战略威慑对等---自主研制隐身作战飞机是对抗幽灵霸权的唯一出路
        经过上文“不完美的夜鹰---隐身战术作战飞机的早期实践”和“猛禽群飞---成熟隐身战术飞机的实质威胁”两部分笔者水平浅显的介绍了目前中国在国家安全方面所面临的重大实质性威胁---隐身作战飞机,尤其是对于目前媒体报道并不多的频谱领域,笔者着意进行了基本介绍和分析。从上文我们可以看出,虽然在猛禽和闪电2的名称前面要加上“隐身”二字,但是在第四代战斗机的设计概念中,隐身只是作为一项性能指标和设计特点而存在的。第四代战斗机已经将隐身这一由夜鹰时代开始发源的技术概念完整的融合进自己战斗效能中,形成了战斗力的一部分。过分强调第四代战斗机的“隐身特性”然后指出隐身飞机在隐身方面的技术缺陷,根据此认为第四代战斗机不是严重的实质威胁的论据是不充分的。也许我们也可以问自己一个问题:“如果猛禽不是隐身飞机,在现有其他性能没有变化的情况下我们依然能有信心在战场战胜它吗?”。我国要面对的不是仅仅能隐身的作战飞机,而是在隐身的同时还具有极其强大作战能力和生存能力的综合作战信息火力平台。第四代战斗机虽说是一种战术空中火力平台,但是在成建制成规模的使用上已经可以达到战略威慑的深刻效果。
         美国全球打击特遣队将是世界上第一个将战术隐身作战飞机,战略隐身作战飞机和其他先进信息情报平台混合编成,成规模成建制使用的“全隐身”空中作战力量。其中包括一支由12架B2组成的隐身轰炸机部队和二至四支由48架F22组成的隐身战术飞机中队。通常以4架B2和一个中队的F22为基本作战单位,支援部队包括由U2侦察机,EP3和RC135电子侦察机组成的情报侦查系统,由E3预警机、EC130战场指挥中心和E8地面目标监视机组成的机载预警和指挥控制系统,还能得到无人机,天基信息系统和路基传感器的支援。全球打击特遣队主要用于开战1-3天内远程打击敌方关键战场节点。技术决定战术,全球打击特遣队概念以隐身机突破敌方防空系统,为全面发挥美国空中力量地面打击优势提到了关键作用。当敌方战场内高价值目标和战场支持节点性质目标在开战的几天内被全球打击特遣队悉数摧毁后,敌方作战体系将土崩瓦解。从全球打击特遣队清理出的安全通道大批量涌入的常规作战飞机将会把失去系统支持的敌方各种火力和信息作战单位全部清理。
         实际上,猛禽不是空优战场上执行主要任务量的作战平台,隐身空优机只是一个催化剂,能够大大加快空中战斗进程,促使战术态势转化并且最大程度避免己方空中力量损失。猛禽只需要清理掉敌方重要的具有支撑性的空中信息火力节点,并且在相对安全的地方为自己没有隐身能力的友军提供信息和火力支持和掩护。类似猛禽这样高端的隐身空优机由于成本原因不可能像三代机或者二代机那样大量装备,但这不是低估其对战争态势影响力的根据。隐身空优机的作用类似于“剑客”,只需要在友军需要的时候出现然后“取敌方上将之首级”并不去像“士兵”一样冲锋陷阵。其作用就在于让一个有上百架三代机的机群的空优能力在混有几架猛禽后如同发酵一样膨胀;其作用就在于让美国三代机正与敌方作战飞机纠缠在一起的时候,猛禽的出现能够起到扭转性的关键作用;其作用就在于在敌方严密把守,友军却急需通过的空中杀阵中开辟出一条通道。
        虽然猛禽更加重要和关键,但是笔者却认为闪电2系列隐身多用途飞机才是更加值得重视的威胁。猛禽的高成本集大成的特点使其无法大量装备和部署,而闪电2却秉承低成本的研制原则可以大范围的扩散至世界每个角落。一型先进,隐身,具有多用途作战能力战斗的普及将会是一场空中力量重新分配的风暴。日本,新加坡,澳大利亚和台湾地区都可能甚至已经确定要装备闪电2。届时,我国的空中战术力量和地面防空系统要面对的是成群成批的隐身作战飞机,其安全威胁绝不容小视。
        当然笔者作为一名对祖国和祖国航空工业从小热爱并且抱有坚定信息的爱好者绝不是在这里故意鼓吹和张扬隐身作战飞机不可战胜的谬论!笔者认为对隐身作战飞机战略威胁全面深刻的理解是有效解决威胁的必然前提。没有深刻的理解必然拿不出有效的应对办法。笔者认为自主研制隐身作战飞机是对抗幽灵霸权的唯一出路。
       首先把目光仅仅局限于对抗“隐身”上只会像前文提到的“反隐身米波雷达”,“反隐身无源雷达”等单纯应对四代战斗机隐身性能的武器系统概念一样失败。与其被美国隐身作战飞机概念牵着鼻子走去研发刻意反隐身的作战系统,还不如用中国自主研发的隐身战斗机将美国所提出的隐身作战飞机概念所带来的战略威慑转嫁回去,在美国目前也无法提出有效反隐身策略的情况下,这样做完全可以实现战略威慑对等。上文所述隐身作战飞机所产生的重大安全威慑力对美国也同样产生作用,就像各大国装备核武器后,我们不必去费心研发能够有效反制核武器的作战系统,只需同样也装备核武器即可解决核武器所带来的严重威胁一样。
        值得说明的一点是:自主研制隐身作战飞机实现战略威慑对等并不是“用隐身机反制隐身机”。
前者是从航空力量运用和国家安全战略的方面作出的重大决策,而后者是在战术意义上讨论能否用隐身机去有目的的反制敌方的隐身机。实际上,与“最好的反坦克武器是坦克”,“最好的反狙击手武器是狙击手”完全不同的是:用隐身机去刻意反制敌方的隐身机是无法达到理想的作战效果的。正如前文所述,在现有雷达技术条件下,很难实现对于猛禽这类隐身战斗机的有效探测。当双方都装备隐身作战飞机时,哪怕是刻意安排双方隐身飞机对战恐怕都由于未知对方隐身机具体位置而难度很大。双方隐身机同时参与空优力量争夺的作战态势未必像双方隐身机与隐身机对决,三代机与三代机对决那样“层次分明”。很可能出现的情况是,双方的隐身机由于无法在较远距离发现对方而“擦肩而过”,它们直接的对抗将由双方混合有隐身机后空中机群之间的对抗而取代。
       我国航空工业历经多年发展已经具有较强的科研实力、设计能力和生产能力,初步具有了研制隐身作战飞机的技术基础。我们有能力独立研制隐身作战飞机的同时,也需要隐身作战飞机。现今我国与世界上其他大国进行大规模战争的可能基本不存在,我国未来可能发生高强度局部战争的热点主要是台海地区,南亚海空和中印边界。自主研制和装备一款重型隐身空优机和中型隐身多用途战斗机不仅仅能够实现对于美国霸权主义的对等威胁,也对于进行非对称局部战争有着巨大的影响力。随着三代中型空优战斗机歼十,三代重型空优战斗机歼十一以及后续三代改型中型多用途战斗机和三代改型重型远程精确打击机型的装备,中国的空中力量开始能够承担相对独立的战区打击任务。在已经建立起的三代战斗机作战力量中,如果能加入隐身作战飞机作为支撑信息火力节点,形成对敌非对称技术优势甚至能够实现“不战而屈人之兵”。
         展望未来,中国将会依托航母和隐身作战飞机形成海空综合作战体系,我国将会运用这个实力可观先进有效的作战力量更好实现国家安全和领土完整的合理诉求,并且秉承着“和平崛起”的战略方针与全世界人民一起为建立一个没有霸权的和谐世界贡献一份中华民族自强自立的力量。幽灵利喙---浅谈隐身作战飞机的实质优势
作者 龙腾日月
        笔者认为,隐身作战飞机已经成为中国国家安全以及稳定发展最大的实质性威胁。认识威胁是抗拒威胁的首要前提,不能真正的认识威胁到底是什么就根本无法拿出有效的反制措施。本文的目的在于浅显的探讨隐身作战飞机实质作战优势。
       按照装备顺序,世界上已经或者将要装备的隐身作战飞机有以下四个型号:F117,B2,F22,F35---其中包含一个隐身对地攻击型号机,一个隐身战略远程轰炸型号机,一个隐身重型制空型战斗型号机,一个隐身中型多用途型号机---笔者之所以强调“型号机”这个概念,就是提醒各位读者朋友,在美国NASA以及各大航空武器研制生产厂商的实验室,实验场和风洞里还有数不清的隐身作战飞机预研项目正在进行,这些预研项目中的某几个很有可能也会在不远的将来成为笔者口中的“型号机”(工程化发展出来的具备完整作战能力装备机型),甚至还会出现隐身非作战飞机型号,比如隐身运输机,隐身通用飞行平台等等。我们将要面临的威胁不仅仅是上述四个实际装备过,正在装备或者将要装备的型号机,而是整个隐身飞机概念对战争态势所带来的所有重要影响力。不能将如何应对隐身作战飞机这个历史性问题妥善解决就会在未来战场上遭受无法承受的严重损失!
    不完美的夜鹰---隐身战术作战飞机的早期实践
      F117是美国前洛克希德公司研制的隐身攻击机,是世界上第一种可正式作战的隐身战斗机F117。而它本身的初步解密也仅仅发生在不久之前,设计却始于70年代未。1981年6月15日预生产型飞机在绝对保证秘密的情况下试飞成功,1982年8月23日向美国空军交付了第一架飞机,共向空军交付59架。F117A服役后一直处于保密之中,直到1988年11月10日,空军才首次公布了该机的照片,1989年4月F117A在内华达州的内利斯空军基地公开面世。
       本世纪60年代末、70年代初是美国军用飞机(尤其是战斗机)发展的高峰。目前美国空、海军现役的主力战斗机,差不多都是那时候研制的,例如F14、F15和F16战斗机均为70年代初问世,只有F/A18稍晚一点。美国人发展军用飞机,往往始一种新型号出现后,马上就开始考虑它的后继机,有时甚至还要提前。隐形战斗机的研制就是从那时候开始萌芽的。后来,美国国防部高级研究计划局提出了一个称之为“海佛蓝”的隐形战斗机研究计划,要求有5家主要合同商参加。起初,洛克希德飞机公司并未被列于这5家之列。原因是说该公司缺少现代战斗机的设计经验。实际上,洛克希德是一个老牌的飞机公司,创始于1916年,先后研制出P38、F80、F104、C130和SR71等一系列优秀军用飞机,有些甚至是世界名机。近年来,虽然没有再搞战斗机的研制,但一直在独立地进行隐形技术的研究。由于洛克希德具有实力,而且在隐形飞机的研究上先行了一步,因此经过努力,终于被挤进了“海费兰”计划,并最后在原型机的竞争中获胜。“海佛蓝”计划始于70年代中期,先搞了两架小型原型机进行可行性试验。这两架小型原型机也叫“海佛蓝”,装两台发动机,采用奇特的多面体外形。这种外形设计的依据,主要来源于一个计算飞机雷达反射截面积(RCS)的数学模型。因为计算雷达反射截面积,平面外形比曲面外形要容易些。没想到这一数学模型真的得到了应用。“海佛蓝”原型机的放大型就是F117A,1978年由洛克希德“臭鼬工厂”开始研制。研制工作进展顺利,1981年6月首飞成功。1983年10月进入托诺帕试飞基地的第4450战术大队服役(现为第37战术战斗机联队)。美国空军共订购59架,现已全部交付,并无后续采购计划。59架中有4架分别于1982年、1986年和1987年及1997年坠毁。59架Fl17A飞机总耗资将达66亿美元,计划价格为1.112亿美元。
        在F117的设计中,其外形的设计已不能仅从常规气动力(如升力和阻力)角度来考虑,而必须把外形与隐形联系起来,尽可能做到二者统一。据介绍F117A飞机的RCS值只有0.001、0.01平方米(沿方位BCS值),比一个飞行员头盔的RCS值还要小。如此小的RCS值,部分是由于F117A采用了各种吸波(或透波)材料和表面涂料,但更主要的是由于它采用了独特的多面体外形。比如,一般来说地面雷达和机载雷达的探测角大都处于飞机轴平面的正负30度范围之内,所以设计师们把F117A大部分表面的倾角都设计成大于30度,这样就可以将雷达波偏转出去,而避开辐射源。设计师还把F117A机身表面和转折处设计成使反射波集中于水平面内的儿个窄波束,而不是象常规飞机那样全向散射。这样就能使两波束之间的“微弱信号”与背景躁声难以区别。这种波束很窄,以致于雷达不能够得到足够连续的回波信号,而难以确定是飞机目标,还是瞬变噪声。在对待一些小部件的设计上,设计师也作了周密考虑。如座舱盖接缝、起落架舱门和发动机维修舱门,以及机头处的激光照射器边缘都设计成了锯齿状嵌板,并让这些锯齿边缘与上述某窄波束方向垂直,这样其反射汲就不会形成另外的波束,而与该窄被束方向一致。为了防止雷达波进入进气口,设计人员除对发动机进行了专门处理外,重点对进气口进行了特殊设计。进气口用相距1.5厘米的吸波复合材料格栅屏蔽起来,以防止雷达波直接照射到具有强反射特性的发动机风扇叶片上。Fl17A的进气口高约0.6米,宽1.5米左右。这么大尺寸的进气口,一可以绘发动机提供进气,二可以提供冷却空气。冷却空气从进气口旁路通过,在尾喷口处与发动机的排气混合,然后排出去。这样做,可大大降低发功机的排气温度,减少红外特征。此外,F117A还采用了V形尾翼(全动式)、埋入式武器舱、可伸缩的天线等。总之,这一切都是为了减小飞机的RCS值,达到隐形的目的。
        设计隐身飞机最重要的前提是能够找到有效简便的方法对所设计的飞机的RCS值进行评估和计算。F117时代,臭鼬工厂采用了一种基于“物理理论中的边缘电磁绕射方式”理论的计算方法并且不断改进建立了可以从事隐身飞行器设计的软件平台。如果把F117实现可实用隐身作战性能的设计思路总结成一个简单的公式,那会是:
隐身=多边形绕射理论外形隐身+吸波材料+细节设计考虑+避免使用有源传感器
       从设计加权,也就是孰轻孰重角度考虑,F117一切隐身性能的前提都建立在外形隐身上,外形隐身无疑占了F117隐身综合设计考虑的大部分精力和时间。外形隐身从F117的设计伊始到此后的B2,F22,F35,也成为所有隐身飞机设计的核心内容,更是隐身设计能够可实用化的核心问题。也正是从F117开始,大部分人对于隐身飞机的认识也集中在如何实现外形隐身上,在考虑反制隐身飞机战术策略时,也把问题主要针对在如何破除隐身飞机由于独特外形而达到的隐身作战效能上。笔者认为,在F117时代,这样对反隐身机进行考虑是适用的。实际上,当外形隐身被破除的情况下,F117本身就已然在敌方雷达面前形同一架普通的笨拙的攻击机。在F117试验过程中,由于一定原因,F117机身上有几个铆钉并未精确安装至指定位置,其外部突出与机身表面几毫米,这时候实验人员突然发现F117不隐身了,其雷达反射特性与普通作战飞机并无很大的差别,地面雷达和防空导弹都可以轻易截获F117反射回来的雷达波,并进行稳定跟踪,直到地面维护人员发现并纠正了这一问题后,夜鹰才恢复了往日神秘的风采。同样,在巴尔干半岛上,夜鹰晚节不保。据说,在美国空袭南联盟过程中被击落的F117就是因为在投弹瞬间,弹仓门打开,从而破坏了F117整体隐身效果被南联盟守候多时的地面雷达捕获,并发射地对空导弹导致曾经完美无瑕的夜鹰折戟沉沙的。
       这个时候,国内媒体对于隐身作战飞机参与战争并没有显示出应有的高度关注,而是把新闻的噱头集中于美国先进武器是如何被落后的南联盟防空部队破坏“金刚之身”。实际上,夜鹰只是隐身作战飞机的一个成功的早期实践。从设计角度来讲,由于当时技术条件限制,无法将气动外形设计与隐身设计综合起来。实际上,当夜鹰的原型试验机“海佛蓝”出场将要进行第一次试飞时,臭鼬工厂的各位天才工程师们并不是都相信这个体貌怪异的飞行器能够飞起来,这足以说明隐身设计被引入飞行器设计对飞机飞行性能和气动特性所带来的严重影响。其中,最大的限制就是进行飞行器RCS估算需要极大的计算量,尤其是对连续曲面外形进行电磁特性估算和设计更是需要超级计算速率的计算机,依照当时计算机处理能力和速度,进行一次连续曲面外形的电磁特性粗略计算恐怕需要数天或者数月的时间。这还是在假设能够将曲面RCS计算理论算法用计算机能够识别的代码实现的条件下讨论,实际上,当时还未出现能够实用化的曲面RCS理论算法。也就是说若采用连续曲面隐身设计,即便是有很理想的有计算程序可用,考虑到计算完毕后,进行修改,再设计,再计算的设计周期,隐身飞机的诞生恐怕就遥遥无期了。无奈之下,设计人员采取了折中的设计思路---当然本身任何工程设计都是折中的产物---将适用于气动特性的连续曲面用多块曲面代替进行设计和计算,从而尽量满足气动设计和隐身设计两者性能兼顾的要求。当然,此时设计出来的夜鹰也无法在气动隐身双重要求下“双顾双全”,成为一款气动并不优秀但是独具特色的隐身攻击型号机。
       实际上,夜鹰已经在实战和空军战斗力生成理论的角度上显示出隐身作战飞机实质威胁之一---低可探测性。只是夜鹰并没有把低可探测性体现在空优或者多用途作战上,而是体现于对敌方防空武器的渗透能力上。防空武器的规模部署是一门复杂而综合的学问,其要考虑的因素涵盖了己方防空火力性能,己方防空传感器部署,己方防空阵地地理特性,敌方空中作战力量部署,敌方作战飞机性能,敌方攻击力量可能采取的攻击航线、任务规划和编队构成以及敌方可能采取的空中打击战术编成等等。进行这样综合复杂考虑的核心目的就是用最小的代价实现对敌方来袭飞行器实现杀伤最大化或者能够成功阻止敌方实现战术目标。这门学科有着一整套防空能力评估和测试办法,各个防空传感器和火力作战单位也都按照严格的战术编成结合具体情况进行部署。这样一个严密庞大的防空作战体系能力的实现首要前提就是传感器能够在预定的距离上发现预定大小的目标。如果,来袭目标比防空体系部署前考虑更难探测,意味着以前考虑的防空传感器发现和跟踪距离小于预定参数,则整个防空体系作战能力都会大打折扣甚至对于某些低可探测性飞行器没有作战效能---这对于已经大规模部署和正在大规模部署的各种防空传感器和火力体系都是致命性的。这也是F117渗透能力之所在。F117的迎头RCS值只有0.001、0.01平方米的数量级,这和其他非隐身作战飞机动辄5平方米,10平方米(即便是空优挂载RCS也会立刻增加不少)的迎头RCS相比可以说是微不足道。这个“微不足道”就已经使只能适应打击以往非隐身飞机的敌方的防空体系必须投入很大财力物力做出很大改变才能勉强达到对夜鹰实现探测、预警和拦截的作战目的。换言之,对于一个RCS为两位数的常规作战飞机型号如同铁板一块,不采取攻击或者其他作战方式就无法通过的防空导弹控制区域,对于RCS只有零点几的隐身飞机却如同一个到处是孔的筛子。隐身飞机可以轻易在敌方未知的情况下成功渗透或者在敌方发现隐身飞机来袭的时候,空中打击部队早已冲到敌方眼前使敌方根本没有反应时间。如果,敌方打算把防空系统对隐身飞机的防空效能提升至与常规作战飞机类似数量级,就必须像补筛子一样把到处都是的漏洞一一弥补,这意味着更多的传感器,更多的防空火力阵地和更庞大的作战系统,同样意味着更大量的投资和更多的精力被牵扯至这个问题上。敌方可以集中力量将一个地理位置的防空导弹系统提升至这样的水平,但是环视四周随时可能出现隐身作战飞机的方向,又哪里存在不漏风的铜壁铁墙?
        我们可以说,夜鹰不完美,但是夜鹰的出现已经预示着未来隐身作战飞机的狰狞面目将会显露。一个仅仅外形隐身独具匠心和隐身设计考虑相对单一的攻击机型号,已经可以对世界上相当数量的防空体系造成严重的威胁。而威胁并没有停止向爱好和平的我们走来的脚步,夜鹰已经于2008年4月21日在执行完最后一次任务后,退出现役。至此,F-117服役时间长达27年,第一代隐形战机就此落下帷幕。接下来,等待我们的又是什么?



猛禽群飞---成熟隐身战术飞机的实质威胁
        夜鹰的经验让美国人明白了,隐身技术是杀手锏。但是仅仅具备隐身功能,并不能将这个杀手级别的性能发挥到极致。随着人类航空事业逐渐壮大和航空工程技术的不断进步,更重要的是伴随着种种涉及隐身作战飞机战斗力实现的基础理论慢慢成熟,真正的隐身威胁开始显露。这一次绝不是像夜鹰那样略带瑕疵,而是美国航空产业发展壮大和工业技术基础深厚积淀的蓬勃爆发!
         美国在1971年开始的一项名为“先进战术战斗机”的航空预研计划,成就了目前最强大最先进也是最具威胁的重型战斗机型号---F22。对F22和F35的实质威胁的探讨是本文最主要的内容。笔者同样从公开媒体上找来基本的资料作为参考:
         F22“猛禽”是由美国洛克希德•马丁、波音和通用动力公司联合设计的新一代重型隐形战斗机。也是目前专家们所指的“第四代战斗机”(此为西方标准,若按俄罗斯标准则为第五代)。它将成为21世纪的主战机种。主要任务为取得和保持战区制空权,将是F15的后继型号。它是美国于21世纪初期的主力重型战斗机,它是目前最昂贵的战斗机。它配备了探测范围极远的有源相控阵雷达,AIM-9X(响尾蛇)近程格斗空对空导弹、AIM-120系列(AMRAAM)中程空对空导弹、推重比超过10的涡扇引擎、先进整合航电与人机接口等。在设计上具备超音速巡航(不需要使用后燃器维持)、超视距作战、高机动性、对雷达与红外线隐身性(隐身)等特性。据估计其作战能力为现役F-15的2到4倍。将会在较长的一段时间里成为世界重型战斗机的霸主。研发F-22的的技术也同时应用到了下一代F-35上。
        F35“闪电2”是美国波音公司和洛克希德•马丁公司研制的多用途战术攻击战斗机,将取美军现役的所有战斗机,与F-22战斗机一起,构成美国新一代战斗机的轻重搭配。共有三种型号:一种可以从海军的航空母舰上起飞的航母型(CV);另一种是为空军设计的,可以在陆地机场上起降的常规(CTOL);第三种是为海军陆战队设计的,用于快速飞临热点地区的垂直起飞/短距降落型(STOVL)。三种飞机用相同的引擎、相同的导航设备,所有的零部件有60~80%是相同的。按计划,三种型号的战斗机大约生产5000架。美国空军将购买1783架,海军陆战队将购买609架,海军将购买408架,已经在这一项目上投资了2亿美元的英国皇家海军也将购买150架。单机价格约3000万美元标准。美国国防部于1996年开始JSF项目招标,最后决定由波音公司和洛克希德•马丁公司各自研制2架验证机,编号分别为X-32和X-35。2000年9月18日,波音公司的X-32A验证机开始试飞,该机采用无尾三角翼翼身融合体、V形尾翼、腹部进气的气动布局。2000年10月24日,洛克希德•马丁公司的X-35A验证机也进行了试飞,该机采用倾斜双垂尾常规气动布局。X-32和X-35均采用了隐身技术,推重比为10一级的发动机、推力矢量控制技术、综合航空电子系统、有源相控阵雷达和机内武器舱。2001年,美国国防部将从它们中选定一种进入工程制造发展阶段。按要求,JSF空重10.2~11.1吨,外挂载荷5.8~7.8吨,最大平飞速度1.4马赫,作战半径1300~1575公里。
        通常人们将隐身战斗机划时代的性能特点归结为以下四点:隐身,超音速巡航,一体化的航空电子系统和超常规机动性。但是这几点在性能设计上不同于以往任何战斗机的特征并没有直接体现出隐身战斗机究竟是如何将这四个特点形成实质性作战优势的,而且在讨论隐身作战飞机尤其是美国的隐身作战飞机的资料中,总是充斥着大量让人眼花缭乱的理念与名词。这让我们难以清晰而重点的把握隐身作战飞机实质优势的认识。
         笔者经过自己的思考后,把隐身战斗机共同的实质作战优势归结为以下公式:
         隐身战斗机实质优势=看不到的频谱优势+全面的信息优势+强大的火力优势
         下面笔者将会分别进行探讨和分析。
        1.看不到的频谱优势=隐身与气动兼顾+先进多功能射频管理
        成熟的隐身战斗机已经摆脱了夜鹰时代只能通过多面体近似的方式进行隐身和气动设计。现代先进军用处理器构成的巨型军用计算机在多年研究已经开花结果的隐身气动综合算法软件控制下能够构架起隐身与气动兼顾的隐身飞行器设计平台。 F/A-22隐身设计的特点非常明显。最主要的是通过大量的平行设计使回波波峰集中到少数几个非重要方向上。其迎头RCS在0.06平方米左右,侧向RCS在2平方米左右,比起rcs动辄十几甚至几十平方米的常规战斗机简直是犹如幽灵一般。不仅如此,在具备极其优秀的隐身性能的前提下,猛禽在气动方面达到了当今战斗机设计的巅峰,跨时代的超音速巡航和非常规机动使得猛禽如虎添翼。闪电2的隐身气动设计也别具特色,与猛禽相比,闪电2在隐身方面一样出色,但是在机动性方面似乎没有很多的噱头。这是由两者的任务特性决定的,猛禽作为一款重型空优隐身战斗机其主要作战任务是在充满杀机的空域为己方空中作战力量撑起制空权的保护伞,自然需要与争夺制空权相应的强悍的高速机动性能和灵巧的中低速机动性能。闪电2在美国空中战术体系的位置是执行多用途任务,其主要是在猛禽支撑起的制空权保护下遂行各种对地攻击或者辅助空优任务,在机动性方面不需要顶尖的性能或者非常规特性。即便如此,拥有先进气动外形的闪电2在人类航空史上最优秀的大推力涡扇发动机驱动下,其机动性依然属于高端层次。
        当然,隐身战斗机不是对所有的雷达频段都有效果,实际上隐身战斗机的隐身外形设计都是对于现有火控雷达所工作的分米波段进行隐身设计的结果。换言之,采用米波或者毫米波都是可以在足够的接战距离上发现并跟踪隐身战斗机的。另外,隐身战斗机的隐身效果在迎头方向最为明显,侧向或者俯视探测也可以对隐身机获得不错的接战距离。目前公开媒体可以搜集到的基本所有反隐身措施也都是出于隐身战斗机这两个基本的“缺陷”。
       比如,对隐身机采用米波或者毫米波反隐身雷达进行探测,发现目标后开始接战,从而破除隐身神话。实际上,这样的作战形式在目前的技术条件下只是一厢情愿。绝大部分火控雷达采取厘米波波段不是空穴来风,而是有着基本的物理信号特性作为依据,采取米波或者毫米波作为反隐身雷达工作波段有其固有的基本缺陷。雷达工程设计上通常会选取分辨率先天较好,大气衰耗相对较小的厘米波。做一个通俗而不严谨的比喻,雷达波的波长与分辨率成反比,就像尺子上的刻度,厘米波对应的刻度是1厘米,米波对应的刻度是1米,我想不用笔者做过多解释大家就已经能看出这两种尺子在测量物体几何尺寸的精度的差异。另外,雷达的天线要想实现较高的效率信号的发射与接收,其几何尺寸必须与雷达工作波长在一个数量级上,也就是说,米波雷达的外形尺寸要用米这个单位来衡量。显然,目前来说没有任何一型战斗机能安装如此巨大的火控雷达,更别说空空导弹了。米波雷达在目前大多数情况还是作为远距离的警戒或者搜索雷达,其分辨率,扫描频率等参数都不符合火控雷达的要求。火控雷达是实现导弹接战的首要保证,没有精度良好,目标数据更新较快的火控雷达也就没有导弹武器精准有效的火力打击。也许有人会问,那毫米波呢?笔者的回答是,毫米波作为火控雷达的分辨率是足够的,事实上有些近距离的火控雷达就工作在毫米波段。但是毫米波又在大气衰耗方面有着天然缺陷。换言之,毫米波还未传播很远就已经衰减的比较弱了,这会很大的降低雷达接收机的信噪比。也就是说,想要达到同样的探测距离,毫米波雷达要付出比厘米波雷达更大的发射功率。事实上,目前制约雷达尤其是火控雷达探测距离进一步增加的就是雷达发射机的发射功率。即便通过时间与精力的投入,研制出反隐身毫米波火控雷达,在工作距离方面也与猛禽有着较大差距,只能起到一定程度缓解隐身飞机严重威胁的作用,无法真正实现反隐身目的。当然,雷达工作波段与隐身机优化设计是一门极为复杂高深的学科,笔者上述的探讨极为浅显。但是仅通过如此浅显的角度就已然能够发现,猛禽所谓的“罩门”也许并非美国人不得不留下的漏洞,而是根本没有必要去实现所谓的“全频域隐身”,单单在大部分火控雷达工作波段达到低可探测性就已经对战场局势产生不可逆转的影响。
         在执行空优任务时,迎头RCS极小的猛禽能够显示出极强的非对称优势。由于现有的机载火控雷达和地面传感器对猛禽的接战距离大致不会超过30公里(这还是没有考虑猛禽对敌方雷达实施主动烧穿的情况下,如果考虑到APG77雷达的主动干扰能力此距离还会大幅度减少),即便是敌方已经对隐身战斗进入战斗做好了充分准备和反隐身预案,敌方又能通过什么方式得知猛禽已经进入战斗区域从而开始实施所谓的反隐身方案呢?比如反隐身方案是针对猛禽侧向RCS较大的缺点进行考虑的,那么现在就连猛禽是否进入战斗区域都不知道,又如何实现绕到猛禽侧面对其进行打击的目的?即便,假设敌方已经装备了毫米波反隐身火控雷达,但是由于在工作距离上先天不足,在发现猛禽的同时其实已经被猛禽发现,在战术机动企图已经暴露在猛禽面前的基础上,又何谈战术机动成功达成?何况,猛禽在研制之初就已经确定了安装侧视相控阵天线的计划。如果猛禽经过此阶段的改进计划,就已经进化为一款能够前半球无盲区感知的战斗机,为的就是在预警机的引导下,通过自身强大的战场感知能力,打破敌方利用猛禽自身缺陷进行偷袭的战术企图。后来此项计划搁浅,原因是:需求不足。因为美国在逐步的作战试验中发现,猛禽现有的先进相控阵雷达已经能够保证自身安全和强大攻击能力。
        如果说猛禽隐身与气动双顾双全的外形设计能够使其在敌方严密的防空阵地与空优力量的围堵中,依然能够游刃有余地成功夺取制空权。那么四代成熟隐身战斗机在射频管理上的巨大优势,足以让敌方在看不见的电波交锋中毫无还手之力。
        通常有人在探讨第四代隐身战斗机的时候经常把先进有源相控阵雷达,座舱显示设备和一体化航空电子系统放在一起。实际上,这体现出一种对于电子科学与信号处理科学的混淆,虽然它们听上去都和电子有关系而且在人们传统观念中,似乎这些东西就是一起的。实际上,雷达系统,雷达告警系统,通信系统和电子对系统是信号以及信号处理理论的研究成果,虽说它们都涵盖在航空电子系统的范围内。
而探讨航空电子系统架构,数据总线和高速处理器通常都是在电子或者微电子领域。也许读者会感觉这里有些难以理解,我会说,这是正常的---实际上,由于信息以及电子相关学科的相互渗透和交叉,很多在大学学习信号处理或者电子信息技术四年甚至更长时间的学生对自己的专业的认识也都存在某种程度的模糊。笔者尝试用一句话将这两个专业领域的区别说清楚,那就是:信号与信号处理科学探讨的是如何把电磁信号变成我们想要的样子---就是信号处理算法,电子科学探讨的是如何将信号处理算法用实际的电路实现。虽然我们通常说“电子对抗”但实际上,进行对抗的不是电子设备而是信号。如果读者还没有完全搞清楚,没有关系,随着下文的继续探讨也许您就会有更深的理解。
        猛禽装备了APG-77有源相控阵雷达和ALR-94雷达告警接收机。闪电2装备了AN/APG-81和多功能综合射频系统/电子战系统。上述两型有源相控阵雷达除了传统雷达的功能外,都还能用于情报侦察、电子干扰和通信。通常,有人认为隐身飞机要想实现真正的隐身,就必须将雷达和通信设备全部关闭或者不能使其发射电磁信号,达到“无线电”静默,从而得出隐身机并不可怕的结论。因为如果隐身战斗机想要攻击敌机就必须打开雷达,或者必须依赖别机的传感器,而这时候被攻击的敌机就会感知到自己被照射从而规避或者反击。如果隐身飞机不能自由使用自己的雷达,那隐身机的作战效能显然不像宣传手册上那样可怕。这个理论在夜鹰时代是成立的,事实上,夜鹰为了实现低可探测性避免了使用有源传感器。但是夜鹰不是猛禽,夜鹰的瑕疵并没有遗传给后代。目前流行的采用无源反隐身雷达对隐身机进行探测定位然后进行打击的战术恐怕也不会产生什么较大的效果。
        实际上,“猛禽之眼”APG-77与“闪电怒目”AN/APG-81都已经不是简简单单的机载火控雷达,而是多功能射频管理系统。如果将此二者的工作特点加以概括,那就是:
       多功能射频管理系统= 以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性+灵敏的威胁告警+主动电子对抗+多功能射频集成
       正如上文所述:打算通过截获隐身战斗机雷达信号,然后进行定位、打击的作战方式只是看起来可行,实际上,在看不见的空间中电磁信号的交锋才是真正的惊心动魄并且通常都在瞬间决出胜负。隐身战斗机的隐身不仅仅是外形的隐身,还有在电磁信号方面的低可截获特性。由于“猛禽之眼”APG-77在空优作战中更具代表性,下文主要以此为论述对象。
       代号APG77由美国诺斯罗普格鲁曼公司电子传感器与系统分部研制的F22雷达是三两千个T/R模块构成的有源电扫阵(AESA)雷达.正是这一技术使F-22的性能有超群的能力,也正是AESA技术实现了雷达功能与电子情报收集、ECM干扰、监视和通信等功能的综合,也正因为AESA技术能如此集中地赋予一架隐身飞机众多的射频功能,才使从前认为隐身飞机若辐射电子信号会暴露自己位置的陈固观念重新刷新。APG77实现低可截获特性的主要手段包括猝发脉冲工作模式,跳频和扩频。
        现代雷达系统都采用数字电路设计,便于应用数字信号处理,数字波束合成,编码解码等等现代雷达技术。基本所有的数字电路都需要在一个共同的时钟控制下运行。比如,在进行二进制数字通信时,接收端已知发送端只会发送“0”和“1”两种符号。但是在信号传播途中会叠加进各种形式的电磁噪声,接收端通常会采取一种叫做“门限判决”的形式对接收到的信号进行解调(可以理解为“解读”)。门限判决的原理很简单,就是在时钟的控制下,接收端用固定频率对接收信号进行抽样(可以理解为每隔固定时间就检测一次接收电路的电压值),若接收信号电压大于某个设定好的门限值,接收端就判决为“1”,若接收信号的电压值小于这个门限值就判决为“0”。大家可以看出,除了这个门限值很重要之外,发送端发送二进制信号的频率与接收端抽样接收信号的频率一定要同步。一旦“失步”(可以理解为同步被破坏),接收端就无法按照发送端发送信号的对应频率进行抽样。做一个浅显的比喻,当阅兵的时候,士兵们的步伐不能达到整齐的状态,阅兵方阵就很有可能会走乱。正是基于破坏敌方对于APG77信号截获同步的考虑,APG77采用猝发脉冲工作状态,其工作时每个脉冲发射的时间间隔不固定,也就是说脉冲的发射并不像其他雷达信号一样是周期的。这就对敌方截获APG77信号造成了很大麻烦。并且,APG77在工作时,也并不采用周期性的脉冲。换言之,其工作波形处于不断变化的模式。发射时间不固定,发射脉冲不固定,再结合下文将要探讨的频率捷变(工作频率不固定),也就是说APG77的信号各个参数都处于快速变化的状态。敌方告警接收机或者无源雷达即便截获了APG77的几个波形,也无法将这些频率,波形,时间上都不相同的信号识别为一个雷达发出的!这样来说,所谓的无源雷达别说定位隐身战斗机的辐射信号,恐怕就连正确的识别都很难达到!
        如果进一步说,猝发脉冲是将截获到APG77信号的敌方无源雷达迷惑搞晕,那么APG77所采取的扩频和跳频技术就根本没有给敌方无源传感器被搞晕的机会!----因为敌方传感器根本就无法探测到APG77的信号!
        其实,广义上的扩频技术是包括跳频的,但是为了能够清晰的让读者认识二者的区别,笔者将其分别阐述。跳频是一种利用载波跳变实现频谱展宽的扩频技术。广泛应用于抗干扰的通信和雷达系统中。其方法是把一个宽频段分成若干个频率间隔(称为频道,或频隙),由一个伪随机序列控制发射机在某一特定的驻留时间所发送信号的载波频率。从字面角度理解就是信号的频率不是固定的,而是按照一定的规定跳来跳去的。如果雷达发射机和接收机能够按照同样的规律调整发射和接收频率,就可以实现频率捷变。再做一个浅显的比喻,如果您和您的朋友各自有一台收音机,如果您和您的朋友按照商量好的方式调台,那您和您的朋友一定可以一直收听到相同电台的节目。虽然看似很麻烦,但是跳频技术让截获雷达信号的难度上升了相当的高度。在没有采用跳频技术时,打算截获一台雷达的信号只需要在一定的频率内进行搜索,如果在某个频点发现了较强电磁辐射,就可以认定已经截获了这个雷达的信号,再通过两个不同方向的截获信号的分析,就可以给此雷达的大致位置。但是打算截获采取跳频技术的雷达就绝对不那么简单了,频率捷变雷达的频率时刻出于跳变之中,即便在一定频点上能截获到一星半点的信号,也会由于雷达频率捷变立刻失去对其频率的跟踪,除非截获方能够一定程度的掌握频率捷变雷达跳频的规定从而进行稳定跟踪。在没有掌握敌方雷达频率捷变规律的情况下,只能采取大范围频段搜索的手段去“碰运气”。也就是说,现有条件下,企图对APG77进行稳定跟踪基本上不现实,所谓的“无源反隐身雷达”最多能够截获APG77一定的电磁辐射在运气良好的情况下也许能够对猛禽实施粗略定位。但是这种定位既不稳定也没有足够的精度。
       再退一万步说,如果对猛禽通过长时间跟踪,获得了大量APG77电磁辐射信号,从而进行了大量数学分析掌握了其频率捷变规律呢?是否可以说是达到反隐身要求了呢?答案依然是否定的。APG77不仅仅采取了频率捷变技术,而且划时代的采取了“伪随机码扩频”信号处理技术。扩频技术是一种信息处理传输技术。扩频技术是利用同域传输数据(信息)无关的码对被传输信号扩展频谱,使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。由于课本上对于扩频原理采取的是“相乘扩频码扩频再相乘扩频码解扩”的介绍涉及过多数字信号处理方面的专业知识,笔者采用一种浅显但是不是很严谨的方式向读者们解释一下,如果说跳频技术是通过让雷达信号的频率跳变而减少被截获概率的话,扩频就是让雷达信号在同时出现在多个频点!如果我们把起伏的电磁背景噪声的频域比喻成一个湖泊波光粼粼的水面,雷达辐射脉冲比喻成露出水面的石头。猝发脉冲技术就是让石头露出水面的时间符合某种随机性,没有任何节奏感,让无源雷达无法有效的截获;脉冲变换技术就是让每次露出水面的石头都不一样,让无源雷达无法有效识别;频率捷变技术就是让每次石头露出水面的位置都不同,迫使敌方必须同时监视整个湖面并且无法进行跟踪;而扩频技术的划时代意义就在于石头根本就不露出水面!读者也许会惊讶,雷达发射机的信号完全掩盖在噪声之下,那雷达接收机又如何有效的接收自身雷达发出的信号?让笔者再次用一个生活上的比喻进行说明。扩频技术其实是把信号进行分解,信号被分解后就形成了成百上千的小信号(现代扩频系统的扩频系数可以达到上千!),而发射机就把每个小信号分配到一个频点上,不同的小信号被分配到不同的频点上---就像把成百上千个萝卜埋在农田里---然后同时向一个方向发射出去。由于每个小信号的功率极小,每个小信号都会被掩盖在背景电磁噪声之下(就像海洋的背景噪声可以掩盖潜艇的噪声一样,不过这个例子讲的是是声波,雷达是电磁波),在这些小信号碰到目标后就会形成回波,同时被反射回接收机。对于接收机来讲,它看到的只是一望无垠的农田(因为萝卜都被埋在农田下面),但是发射机埋萝卜的精确位置(也就是每个小信号的具体频点)告知接收机,接收机就按照发射机的地图---“按图索萝卜”---将隐藏在农田一下的萝卜一一挖出(也就是将每个小信号从各自的频点里找出来)。最后就是把找到的小信号组成原来的大信号,在根据这个大信号的方向,相位,频率或者传播时间去解算目标的位置,速度等等参数。而无源雷达是完全不可能弄清每个小信号的频点的!也就是说,无源雷达或者其他告警设备即便是已经被APG77反复照射多次,也只能盯着平静的湖面丝毫不知自己已经被强悍的猛禽握在爪中,致命的导弹随时都会从天而降。想要截获APG77的信号就必须对噪声随机起伏下的信号特征进行详尽综合的分析,就像下水摸石头,只有整个湖底都被摸完,大部分小石头都被找到的情况下,才能达到截获的要求。而这本身就是一项耗时费力的工程,目前技术条件下,还没有出现能对“伪随机码扩频”雷达信号进行准确截获无源雷达或者雷达告警接收机。由于“伪随机码扩频”雷达信号的低可截获特性极强,为了在将来能够有可能应对此类雷达信号,雷达学术界已经开始了一门叫“智能频域检测”学科的研究。其研究目的就是找到能够成功截获“伪随机码扩频”雷达信号的可实用算法,但是目前只能找到少数可行的理论算法,而且都对无源雷达和雷达告警设备的实时处理能力提出了极高的要求。事实上,笔者也曾经企图通过对于噪声信号和“伪随机扩频”信号的差异分析来达到截获此类信号的目的。但是,如同前文所述,所需要的实时处理能力已经大大超过目前所有数字信号处理芯片的计算能力,而且笔者在前文仅仅讲述的是扩频信号的基础知识,实际上,为了防止通过信号与噪声的统计特性差别而截获伪随机扩频信号,美国人还在“伪随机”上做足文章。“伪随机”顾名思义,就是信号从统计上来讲很像随机噪声,但是对于清楚信号数学特性的发射机来讲,这种随机性只是表面的。通过伪随机扩频,雷达信号已经在功率谱密度、统计特性上与噪声信号没有明显差别,不通过大量数学解析根本无法有效区分。而以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性还仅仅是APG77所采取的电子对抗措施中的一个,美国极强的雷达研制能力和信号处理科研水平可见一斑!
         猛禽和闪电2也都装备了灵敏的雷达告警器。灵敏的电磁传感器融合进一体化的航空电子系统架构中,为四代隐身机在被敌方雷达照射和锁定的危机提供预警和快速反映的必要条件。“猛禽卫士”ALR-94雷达告警接收机在方位和俯仰上都提供了全向预警覆盖,探测距离超过460千米而且还可以足够的预警精度在己方被锁定条件下提供精确的敌方雷达波来袭方向。并且在一体化航空电子系统快速的计算能力和巨大的数据库支持下,可以对被截获的敌方雷达信号进行进一步分析,通过其波段,信号特征等等参数分析出敌方雷达波的调制方式和威胁程度,并且与数据库预存的信号特征进行一一比对判断出被截获雷达波是何种型号雷达发出的。通过一系列快速而精准的计算和有效的战术态势评估,灵敏的雷达告警器可以为己方如何对敌方雷达扫描和锁定进行反映提供决策依据。如果是敌方火控雷达扫描并且锁定猛禽,猛禽立刻会采取主动干扰的方式破坏和干扰敌方雷达锁定,如果被截获信号并不是高威胁等级的目标发出,则可以按照处理器里预先编程的处理程序进行存储,继续跟踪,监视或者抛弃等行为。
         如果说,以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性和先进灵敏雷达告警器都是以防御性原则面对信号对抗的交锋,那么主动电子对抗则是彻头彻尾的攻击行为。与以往传统雷达仅仅能够完成探测或者提供火控导引功能不同,APG77还可以提供主动电子对抗功能。通常情况下,为了保证己方作战平台在纷繁复杂战场中的生存,交战双方都会提供大量电子对抗系统执行干扰敌方雷达或者通信设备。但是以往的干扰措施都相对粗放,基本上都是根据电子侦查情报对敌方可能采用的频段或者频点施加较大功率的电磁噪声,降低敌方雷达或者通信系统的信噪比。但是这样的传统干扰方式效果有限,针对性不强,而且由于主动干扰要施放大量电磁辐射,很有可能还未对敌实现有效干扰就已经成为敌方反辐射武器的战果。相比之下,猛禽以一体化航电做基础,先进雷达告警器和APG77主动干扰功能配合使用的作战方式就更具效率和生存性。在ALR-94感知到猛禽被敌方锁定情况下,会将敌方来袭雷达波方向角,频率,调制方式等等参数交给航电系统综合处理,经过精心编制的计算机程序实时处理的信号特性要比以往根据电子侦查情报提供的各种参数要更加具有时效性和有效性。APG77在参照敌方雷达信号特征处理结果以后,根据具体情况在主动干扰模式下提供不同的干扰方案。虽然APG77进行主动干扰的时候,也会施放电磁辐射,但是在敌方雷达方向,频率和调制方式已知的情况下,显然远远不需要以往传统干扰方式那么高的干扰功率,并且把所有干扰功率都集中于敌方雷达波来袭方向,不向其他无关方向辐射任何信号。猛禽的传感器系统和计算机还能通过识别敌方雷达信号决定敌雷达建立起锁定状态所需时间长短,于是猛禽能确保它向敌方雷达发射主动干扰信号的时间刚好使敌方雷达解锁就够了。当敌雷达重新开始锁定时APG77则去干扰别的雷达去了,或者转为监视或分析任务,但它将继续及时返回与这个敌雷达对垒,直到这个敌雷达处于APG77的跟踪距离之外为止。APG77能够提供如此高效的干扰模式与其采取主动相控阵天线是分不开的。主动相控阵天线中T/R模块可以形成铅笔形波束的千扰信号,发射的干扰信号功比"EA-6B“徘徊者”的干扰信号还强,因为F-22的AESA雷达天线仅仅只干扰很窄频带,而EA-6B却要把它的千扰功率分配子很宽的频带和很宽的方位扇面内。APG77的主动干扰功率其实很小,符合低可截获特性,干扰效果更好是因为针对性强。通常,只在需要的时间内用这点功率准确干扰想要干扰的领域,干扰辐射的时间长短以刚好使敌人的地面制导雷达或火控雷达不能建立起锁定为准。与此同时,F22能够分析敌人的电子战斗序列即能够对敌人辐射源定位、识别以及准确标示其位置。即使F22在跟踪空对空目标时,特别是正在跟踪从空中射来的防空导弹时,也想知道下面的SAM威胁此刻有何举动,以便及时采取应对的干扰措施。此时,F22的低可观测性能与电子战结合起来,因为F22是世界上第一种能使传感器和处理机强大的计算能力结合起来这么做的隐身飞机。据美国空军的官员认为,若对F-22的航空电子设备特别是多功能射频系统稍加改进,如使其能存储、分析并调用能够收集到的电子情报数据,猛禽将更具威慑力,更难与之抗衡。猛禽在了解恐慌总威胁,避免被检测,先敌发射导弹以及作为电子干扰机平台建立对敌人的电磁非对称优势方面大有潜力可挖。
        APG77借助于主动电扫雷达天线,首次实现了雷达,电子对抗和通信的多种射频功能的综合。关键是主动电扫雷达可以同时产生多个波束,一些波束用于检测和定位空中或地面目标,引导第二组波束干扰,第三组波束则可与己方资源通信,也就是说,以前分别由雷达天线,干扰天线和电子对抗接收机在计算机控制下完成的射频功能,现在可由这个电扫描阵列几乎同时进行!
        闪电2作为一款多用途四代战斗机,在频谱对抗非对称优势技术手段上更具特色。 闪电2采用的是先进的第四代有源电扫描阵列雷达AN/APG81,该雷达是在F22飞机APG 77雷达的基础上改装发展而来的,目前已由诺斯罗普•格鲁门公司进行了数年体制样机的科研阶段试飞,工程样机的试飞在2005年开始,这些试飞都将在其他飞机上预先进行后,再由F一35飞机来试飞。在APG一81雷达中综合了电子战功能,即多功能综合射频系统,其性能相当于APG一77雷达。在多功能综合射频系统(MIRES)中,雷达、通信、导航、识别和电子战功能不仅共用公共的处理机,还将共用公共的隐身天线。这种电子扫描有源阵天线将装在JSF的机头,发射和接收高增益的X波段信号。由于天线阵列可能要用到1000个以上的发射/接收(T/R)模块,因此,降低发射/接收模块的成本和重量、提高其可靠性是十分重要的。在空地作战中,F一35的雷达将支持合成孔径雷达(SAR)地面成像功能及逆合成孔径雷达(ISAR)舰船识别功能。在空空作战中,传感器将提供诸如引导搜索、无源搜索和多目标、超视距跟踪以及定位等支援功能。由于波束能在百万分之一秒的时间内从一点移向另一点,所以在一秒钟内对一个目标能进行多达15次的“观察”。
      在战场前沿执行更具危险性对地攻击任务的闪电2不仅仅在雷达,信号对抗方面不次于猛禽,而且在光电系统设计方面可谓独树一帜!闪电2的电光瞄准系统((EOTS)将由诺斯罗普•格鲁门公司电子传感器与系统部和洛克希德•马丁公司导弹与火控部研制,该系统将嵌在JSF的机头下部。该系统由两个传感器组件组成,其中前视电一光瞄准系统是一种红外系统,用来定位并帮助识别目标。它能融合红外和合成孔径雷达图像,以最小的辐射能量探测和识别目标。电一光瞄准系统还将作为一种远距的红外搜索与跟踪(IRST)系统,用来探测和识别空中目标。 闪电2还采用分布孔径系统(DAS),该系统采用多个外部传感器提供导弹告警,并使飞行员能够“看透”飞机的底部和侧面。飞行员在头盔显示器上可以看到由分布孔径系统提供的数据。分布孔径系统可同时提供导弹告警、态势感知、红外搜索和前视红外导航功能,能在飞机周围的所有方向上同时提供所有这些功能。闪电2的电子战系统由诺斯罗普•格鲁门公司电子系统分公司和英国宇航SANDERS公司提供。诺斯罗普•格鲁门公司电子系统部将向英国宇航系统公司提供用于JSF电子战装置的有关设备。闪电2的多功能综合射频系统(MIRES)/电子战系统完全采用无源射频元件,该系统将采用专用的天线和多功能前视阵列。洛克希德•马丁公司已对其闪电2的电子战系统进行了鉴定,ﲰ括信号特征、电子对抗系统和传感器等几方面。飞机的信号特征和电子对抗系统的试验是在美国空军电子战鉴定仿真系统上进行的,其特点是在存在大量雷达和红外制导威胁系统的条件下,进行实时、实际频率、“硬件在回路”和“人在回路”的仿真。其中1500多次试验是为对抗红外制导的空空与面空导弹进行的,而250次以上是为对抗雷达制导导弹进行的,包括约1500个面空导弹发射机会。
        虽说在美国空中战术体系中猛禽的位置是最重要的,但是作为一款中型多用途战斗机闪电2在航电技术先进程度上却超过了号称世界第一重型空优机的猛禽。 闪电2装备新一代的雷达、电子战装置、红外传感器和卫星通信数据链来完成对信息的搜集。但要把收集到的信息变成有用的数据则要依靠仍在研制中的专用计算机处理器,即综合核心处理器(ICP)。研究人员采用了商用C语言、商用操作系统和商用货架产品雷达处理器,不仅降低了成本,也显著地提高了性能。JSF的综合核心处理器与F一22的公共综合处理器所起的作用都是相同的,所有的机载传感器都使用这些处理器。但}F上的综合核心处理器几乎在每个方面(如结构、设计原理以及设计实现等方面)都与F一22不同。猛禽的处理器结构所采用的标准不是商用标准或广泛使用的标准,因为F一22的核心处理器是在20世纪80年代末设计的,当时的选择余地很小。而且需要特制的模件将两块2英寸*4英寸的多芯片混合结构安装在专用集成电路上。闪电2采用的是商用货架产品,不仅获得了与F22相当的封装密度,而且闪电2的处理器比猛禽的处理器在性能上提高了一个数量级。采用商用封装部件又能显著节省费用。猛禽中需要进行几种不同的处理器,“等待时间短”的专用处理器适用于通信处理、电子战的信号分类或雷达信号处理,另一些常规处理器用于图像处理。闪电2的综合核心处理器的数量则会大大减少。猛禽中用于处理器内部的各个部分间互联的总线有多条,各个处理器之间的数据交换用一种总线,处理器与存储器之间用另一种总线,而各传感器与存储器之间的数据传输用的又是一种总线。另外,由于猛禽的公共综合处理器是装在两个机架上
的,两个机架之间的数据交换还需要一种总线。每条总线需要一个不同的芯片用作接口,在操作系统中,每条总线还需要有各自的驱动程序,每条总线的工作方式也有所差异,因此在软件设计时需要将所有这些方面都考虑到。 而在闪电2的航电架构设计方案中,核心处理器采用的是已被广泛使用的商用互联方法,这种方法已试验证明非常适用于闪电2的核心处理器。
         现在让我们再次回顾一下笔者总结的猛禽时代隐身战斗机非对称频谱优势的公式:
        看不到的频谱优势=隐身与气动兼顾+先进多功能射频管理
                              先进多功能射频管理=以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性+灵敏的威胁告警+主动电子对抗+多功能射频集成
         可以看出,无论是兼顾气动的隐身设计还是基于先进航空电子系统架构的先进多功能射频管理,隐身机的频谱优势在现代航空武器技术进步的推动下绝不仅仅是简简单单的一个雷达隐身可以概括。在看不到的频谱战场上,四代隐身战斗机优势其实更加明显。在高速时钟电路驱动下,敌我双方在频谱领域的对抗不仅同现实战场一样无比惨烈,并且立见高下!如果不能清晰而深刻的认识到美国隐身战斗机在各个方面所具有的巨大威胁,采取一定措施,那么无论谁都会在未来战场上与其隐身空中力量交锋中付出惨重的代价!
         当然电磁波只是实现战略战术目的的工具,具备频谱优势“软实力”的四代隐身战斗机,必然会把其看不到的电磁威力转化为实实在在的作战能力。通过有效应用自身技术非对称优势,对战斗机战术运用乃至整个战场态势产生重大影响的最典型案例大概就是猛禽的出现让传统的空优战术彻底颠覆。
        由于目前隐身战斗机战术运用理论还未完全成熟,隐身战斗机对于未来空中力量使用的深刻影响还处于逐渐显现的过程中。笔者就仅仅通过一个空中战术与技术相结合的作战方式---“第三者制导”---来浅显的说明猛禽在信息和火力方面全面而极具威胁的优势。
        采取传统方式使用主动雷达制导导弹的过程是这样的:机载火控雷达发现目标,战斗机根据目标方位、速度和航向结合预警机的战术情报进行战术机动,争取机动至更有利于己方主动雷达中距弹发挥效能的战术位置。当目标机进入机载火控雷达的跟踪距离后,战斗机即可转入跟踪状态,对目标进行稳定跟踪同时结合己方主动雷达中距弹使用包线,计算是否达到射击条件。若达到射击条件即可发射主动雷达中距弹。导弹发射后中段采取中继指令制导,导弹发射机机载火控雷达会继续跟踪目标,并把实时更新的目标位置数据通过机载火控雷达的旁瓣上链至导弹的指令接收机。导弹接收到更新的目标位置后,会结合自身惯性导航数据修正航向以朝向更加精确的方向飞向目标区。经过几次修正以后,导弹达到目标区,弹载主动雷达开启,导弹开始自主搜索寻找目标,导弹发射机可以脱离。导弹发现目标后,弹载雷达锁定目标并且制导导弹按照一定机动方式向目标飞去,直至命中目标。值得注意的是:战斗机机载雷达持续更新的目标数据不是通过数据链上传给导弹的,而是通过机载雷达旁瓣。导弹发射机与导弹之间的通信通常需要一条专门的物理信道,而不采用通用数据链这样的公共战术信息分发系统。
        第三者制导顾名思义就是导弹发射机并不承担导弹中继制导任务,而将此任务交给另外一架战斗机执行。第三者制导的好处就是载机可以在雷达不开机或者并不产生较强电磁辐射的情况下实施静默发射。目标机最初只能根据来袭雷达波判断敌方导弹来袭方向,如果雷达波来袭方向与导弹来袭方向分离,目标机就无法正确的进行规避机动,从而第三者制导可以获得更好的战术效果。第三者制导在大规模超视距空战时可以更好的运用,因为多机交战时,第三者制导可以实现制导机数量少于导弹发射机数量,在编队中有可能只需要一架战斗机开启雷达就可以为整个编队战斗机提供制导信息。
       不过,目前第三者制导还未普及应用,在技术方面还有缺陷之处。通常,我们所期望的第三者制导模式是这样的:制导机用自己的机载火控雷达锁定敌机,然后通过通用数据链将目标数据发送给导弹发射机。导弹发射机将接收到的目标初始数据装订给待发射的主动雷达中距弹并在形成发射条件时发射导弹。此时,导弹发射机已经完成在此次战术攻击中的任务,可以脱离。从主动雷达中距弹发射到末端制导的弹载雷达开机自主寻的之间的中继制导任务有制导机承担。按照理想的第三者制导模式,制导机将接管发射机发射的导弹,就如同这枚导弹是自己发射的一样。此后,制导机将用自己的机载火控雷达照射目标,更新目标数据,然后用自己的火控雷达旁瓣将目标数据更新上链至导弹,完成中继制导任务。也就是说,发射机完全不用开启自己的火控雷达,只需要按照接收到的目标数据将导弹“盲射”出去即可。但是这种理想的战术运用方式却存在目前还未完全克服的技术问题。在传统的作战方式下,战斗机机载雷达探测到目标后,需要做的不仅仅是将目标信息装订到导弹上就可以发射,其实上,导弹载机与导弹之间还有一些工作需要提前进行。载机首先要矫正导弹的惯导系统坐标,使导弹的坐标系与载机的坐标系重合和更新同步,而且载机与导弹要实现通信还需要进行载波同步(如果没有接触过数字基带传输系统,读者不必完全理解为何需要载波同步,只需要作为一个结论记住即可),简单来说就是让导弹与载机的控制时钟达到一定的同步精度。这样导弹发射后就可以用同步的载波将目标信息精确通过雷达旁瓣上链给需要目标数据的导弹。但是目前上述两点都无法在第三者制导战术中实现。在第三者制导战术中,制导机与导弹发射机都在自己的时钟控制下工作,其惯导坐标和载波本身就存在误差。制导机坐标系中形成的目标数据折算至导弹发射机的惯导坐标中就是另外一个位置,按照这个目标数据发射导弹,导弹只会按照错误的航向飞行。而且导弹与第三者制导机之间还需要将载波的相位,频率调整至同步状态,否则此后制导机机载雷达旁瓣就无法按照导弹所能够识别的载波与导弹进行通信,从而也无法实现发射后的中继制导。如果想实现上述两点,就必须在整个通用数据链系统中设立一个公共的精准时钟,所有战斗机与导弹的坐标系设定和载波都由这一个时钟进行误差修正。但是另外一个问题出现了,这个时钟设立到哪里?由于数据链系统内战斗机和导弹总是与时钟之间存在不相等的距离,时钟精准的步伐传送至不同的平台时已经由于不同距离下的传播延迟而产生了误差。
         美国人把视野投降了太空---gps!由于gps导航卫星的原理本身就是通过精准的时钟进行三维地理定位,其本身就成为一个巨大而分布广泛的时钟群。美国计划在通用数据链中开始纳入gps的时钟信号对全网各个信息节点进行误差矫正。从而理想的第三者制导作战方式将得以实现。配备了高精度数据链系统,猛禽和闪电2还在己方战术编队内实现了战术数据链信息共享。与进行全网信息共享为目的的通用数据链不同,编队内战术数据链仅仅在一个编队内的己方飞机之间使用。由于作用距离不必很远,编队内战术数据链在同样技术条件下可以实现更加高效的战术信息实时共享。在编队内真正做到,一架飞机能看到,所有的友机都看到!不仅仅如此,编队内战术数据链还可以实现,编队内友机所发射的主动雷达中距弹的任意制导,也就是无论谁发射的导弹,在战术安排需要的时候都可以由其他友机接管控制。更重要的是,编队内战术数据链还可以自动分配作战任务,调整战术运用,友机之间谁锁定了哪个目标,这个目标是否被命中,是否有一个目标被两架友机同时锁定从而造成资源浪费。。。等等信息都在座舱里通过编队内战术数据链共享并且实时显示。将来实现双向数据链普及以后,整个战区内,每一架飞机,甚至包括每一枚导弹的详细情况都可以做到实时共享,而且可以进行实时控制。这张由预警机,各种分布的传感器,友机,其他军种的友军等等众多火力/信息节点形成的巨大网络,将形成足够的非对称信息优势实现战场单向透明与单向杀伤。
        由于涉及第四代隐身战斗机机载武器种类和性能的文章已经非常丰富,笔者仅仅把其中的aim120系列主动雷达制导中距空空导弹拿出来进行介绍,从而更加明晰的认识到猛禽和闪电2在火力方面的非对称优势。也许有人曾经对猛禽和闪电2并没有装备更新概念的固体冲压远程空空导弹诟病不已,但是实际上猛禽和闪电2装备的aim120系列主动雷达制导中距空空导弹早已不是起初青涩的样子。aim120系列经过了多次改进和更新换代,已经成为猛禽利爪和闪电雷霆。
        AIM一120 AMRAAM是美国雷神公司研制的全向型、多用途、多目标中距空空导弹,是世界上界服役最早、分布最广的第四代主动雷达制导空空导弹,其技术性能较为先进,已经在多次战争中取得辉煌的战绩。AIM一120A是AMRAAM的基木型,1975年开始研制,1981年8月进行第一次制导发射试验,1984年12月进行第一枚生产型弹试验,1988年开始低速生产,1991年服役,1992年开始批生产。
AIM一120A弹重157 kg,弹长3 650 mm,弹径178 mm,弹速为Mao,翼展523~,舵展627 mm ,迎头攻击最小射程5 km,最大射程50 km,最大过载50g。AIM一120A大约生产了5 100多枚,装备的国家与地区主要有美国、英国、德国、挪威、荷兰、丹麦、希腊、以色列、意大利、芬兰、瑞士、瑞典、西班牙、土耳其、澳大利亚、日本、约旦、泰国、韩国和台湾等。AIM一120 B的主要改进是重新设计了制导舱里的六块电路板,即AMRAAM数据处理(ADP),频率参考装置(FRU),滤波处理器(FP),距离修正器(RC),输入/输出板(vo),中频接收机( IFR )。这些改进使AMRAAM具有外场软件重新编程的能力,导弹无需再被送到导弹库房即可重新编程。新的战术软件可以直接送到外场,由部队保障人员在不需要从包装箱中取出导弹的情况下对导弹进行软件设计改造。 AIM一120B于1994年开始交付装备。AIM一120C是在AIM一120A基础上,按照P3I计划经过多阶段系列化发展而日益完善的。AIM一120C的主要特点是翼展和舵展有所减小,便于内挂;增强了ECCM(抗电子干扰能力)和战斗部杀伤能力;根据不同的发射距离和条件采用三种不同的制导模式;具有多目标攻击能力;可以拦截巡航导弹等小目标。AIM一120 C与航空电子系统一起,具备先视、先射、先毁的能力。P3I计划给AMRAAM带来了重大变化,其中包括重新设计AMRAAM外型,采用倾斜转弯控制等技术。阶段I主要改进包括气动力、飞机挂架、制导系统和信号处理。由于F一22机身下方的大弹舱仅能内挂4枚AIM一120A,为增加内挂数目,必
须改变AIM一120A的气动布局,当时有两个方案:切梢弹翼和折叠弹翼。经过权衡选择切梢弹翼方案,这样F一22至少同时使用六枚改进导弹,并且外挂时可靠性比折叠高,导弹性能所受影响也比折叠弹翼小。阶段2于1994财年开始,主要一步提高ECCM、增大火箭发动机、重新设计战斗部及改变引信和软件,使AMRAAM导弹能对付巡航导弹等目标。该阶段集中研究在导弹爆炸后控制破片飞行方向的技术。阶段B的AIM一1200 -4型1999年8月开始交付,AIM -120C - 5型2000年7月交付。 阶段3于1998财年开始,包括进一步改进ECCM和导引头硬件及软件。阶段l的多频谱导引头将可以选择多种频率以增加导弹寻的预定目标的能力。阶段3的AIM一120C一7型2005年底开始交付。AIM一120C一7导弹使用与AIM一120 C一5导弹一样的发动机和战斗部,但AIM一120C一7导弹综合了新型处理器和新型软件系统,并在雷达信号处理链接方面进行了改进,可具备更强的电子对抗作战能力。这种新导弹系统已经通过美军的验证测试,当时该型导弹在实施反干扰措施的情况下,成功将目标击落。该型导弹的第一次试射测试是于2003年8月19日在佛罗里达埃格林空军基地测试靶场举行,雷神公司将此次测试称为是使用了现实电子攻击技术;第二次试射是于2003年9月6日在白沙导弹靶场举行,雷神公司表示第二次试射是使用了复杂电子攻击技术。这两次试射都直接将目标击落。与此同时,AIM一120C一7导弹的升级计划草案已经出炉,美军计划使用三年时间进行该型导弹的软件升级计划,预计该计划将持续到2008年下半年,该型导弹的部分硬件改进计划也已经处于筹备阶段。这种新型导弹的升级计划将涉及多个领域,其中包括对导引头、制导系统、机载处理系统、电子对抗措施以及推动系统的升级。阶段4于2004年10月开始,主要研制新型号,同时要改变导弹作战任务。据报道,美国将投资1.28亿美元研制一种全新的火箭发动机,该阶段的AIM一120C一8于2006年交付。AIM一120D于2003年开始研制,由美国空军与海军联合开发。作为P3I计划的一部分,AIM-120D最大射程约140 km,主要满足美国海军对远射程的要求。该弹主要技术特点是采用新型加长火箭发动机、加装一个双向紧凑型GPS/惯性测量装置,射程和生存能力都有所增强。由于制导舱尺寸有所减小,前弹舱内空余出来的空间,AIM一120D的加长发动机正好可以利用。AIM一120D采用GPS/IMU可以减小导弹的对准误差。其双向数据链可以使导弹发射后向载机发回目标相关信息,提高远距作战效果,增强导弹大离轴角交战能力,打击载机后面的目标。此外,采用双向数据链技术,也允许另一架战机来控制导弹飞行,而让载机发射导弹后马上离开。AIM-120D导弹于2006年初进行首次制导发射试验,2006年底进行战斗弹发射试验。2007年开始交付,2008年形成战斗力。
       从上文可以看出,AIM-120系列主动雷达中距空空导弹在历经多次改进后,在射程,机动性,抗干扰能力,体积,重量等等重要指标上大幅度进步。射程达到140公里,采用双向数据链和先进导引技术的AIM-120D从各方面角度来说都可以说是新一代远程先进主动雷达导引空空导弹。一般中距弹由于自身发动机体积限制,在射程,过载能力等指标上很大程度要考虑载机发射速度和高度。因此猛禽具有革命性的超音速巡航能力能够极大的提高导弹的能量特性!在全面而牢牢把握频谱优势和战场信息优势后,猛禽和闪电2可以将其装备的各类先进空空和空地精确制导武器运用到极致!
实现战略威慑对等---自主研制隐身作战飞机是对抗幽灵霸权的唯一出路
        经过上文“不完美的夜鹰---隐身战术作战飞机的早期实践”和“猛禽群飞---成熟隐身战术飞机的实质威胁”两部分笔者水平浅显的介绍了目前中国在国家安全方面所面临的重大实质性威胁---隐身作战飞机,尤其是对于目前媒体报道并不多的频谱领域,笔者着意进行了基本介绍和分析。从上文我们可以看出,虽然在猛禽和闪电2的名称前面要加上“隐身”二字,但是在第四代战斗机的设计概念中,隐身只是作为一项性能指标和设计特点而存在的。第四代战斗机已经将隐身这一由夜鹰时代开始发源的技术概念完整的融合进自己战斗效能中,形成了战斗力的一部分。过分强调第四代战斗机的“隐身特性”然后指出隐身飞机在隐身方面的技术缺陷,根据此认为第四代战斗机不是严重的实质威胁的论据是不充分的。也许我们也可以问自己一个问题:“如果猛禽不是隐身飞机,在现有其他性能没有变化的情况下我们依然能有信心在战场战胜它吗?”。我国要面对的不是仅仅能隐身的作战飞机,而是在隐身的同时还具有极其强大作战能力和生存能力的综合作战信息火力平台。第四代战斗机虽说是一种战术空中火力平台,但是在成建制成规模的使用上已经可以达到战略威慑的深刻效果。
         美国全球打击特遣队将是世界上第一个将战术隐身作战飞机,战略隐身作战飞机和其他先进信息情报平台混合编成,成规模成建制使用的“全隐身”空中作战力量。其中包括一支由12架B2组成的隐身轰炸机部队和二至四支由48架F22组成的隐身战术飞机中队。通常以4架B2和一个中队的F22为基本作战单位,支援部队包括由U2侦察机,EP3和RC135电子侦察机组成的情报侦查系统,由E3预警机、EC130战场指挥中心和E8地面目标监视机组成的机载预警和指挥控制系统,还能得到无人机,天基信息系统和路基传感器的支援。全球打击特遣队主要用于开战1-3天内远程打击敌方关键战场节点。技术决定战术,全球打击特遣队概念以隐身机突破敌方防空系统,为全面发挥美国空中力量地面打击优势提到了关键作用。当敌方战场内高价值目标和战场支持节点性质目标在开战的几天内被全球打击特遣队悉数摧毁后,敌方作战体系将土崩瓦解。从全球打击特遣队清理出的安全通道大批量涌入的常规作战飞机将会把失去系统支持的敌方各种火力和信息作战单位全部清理。
         实际上,猛禽不是空优战场上执行主要任务量的作战平台,隐身空优机只是一个催化剂,能够大大加快空中战斗进程,促使战术态势转化并且最大程度避免己方空中力量损失。猛禽只需要清理掉敌方重要的具有支撑性的空中信息火力节点,并且在相对安全的地方为自己没有隐身能力的友军提供信息和火力支持和掩护。类似猛禽这样高端的隐身空优机由于成本原因不可能像三代机或者二代机那样大量装备,但这不是低估其对战争态势影响力的根据。隐身空优机的作用类似于“剑客”,只需要在友军需要的时候出现然后“取敌方上将之首级”并不去像“士兵”一样冲锋陷阵。其作用就在于让一个有上百架三代机的机群的空优能力在混有几架猛禽后如同发酵一样膨胀;其作用就在于让美国三代机正与敌方作战飞机纠缠在一起的时候,猛禽的出现能够起到扭转性的关键作用;其作用就在于在敌方严密把守,友军却急需通过的空中杀阵中开辟出一条通道。
        虽然猛禽更加重要和关键,但是笔者却认为闪电2系列隐身多用途飞机才是更加值得重视的威胁。猛禽的高成本集大成的特点使其无法大量装备和部署,而闪电2却秉承低成本的研制原则可以大范围的扩散至世界每个角落。一型先进,隐身,具有多用途作战能力战斗的普及将会是一场空中力量重新分配的风暴。日本,新加坡,澳大利亚和台湾地区都可能甚至已经确定要装备闪电2。届时,我国的空中战术力量和地面防空系统要面对的是成群成批的隐身作战飞机,其安全威胁绝不容小视。
        当然笔者作为一名对祖国和祖国航空工业从小热爱并且抱有坚定信息的爱好者绝不是在这里故意鼓吹和张扬隐身作战飞机不可战胜的谬论!笔者认为对隐身作战飞机战略威胁全面深刻的理解是有效解决威胁的必然前提。没有深刻的理解必然拿不出有效的应对办法。笔者认为自主研制隐身作战飞机是对抗幽灵霸权的唯一出路。
       首先把目光仅仅局限于对抗“隐身”上只会像前文提到的“反隐身米波雷达”,“反隐身无源雷达”等单纯应对四代战斗机隐身性能的武器系统概念一样失败。与其被美国隐身作战飞机概念牵着鼻子走去研发刻意反隐身的作战系统,还不如用中国自主研发的隐身战斗机将美国所提出的隐身作战飞机概念所带来的战略威慑转嫁回去,在美国目前也无法提出有效反隐身策略的情况下,这样做完全可以实现战略威慑对等。上文所述隐身作战飞机所产生的重大安全威慑力对美国也同样产生作用,就像各大国装备核武器后,我们不必去费心研发能够有效反制核武器的作战系统,只需同样也装备核武器即可解决核武器所带来的严重威胁一样。
        值得说明的一点是:自主研制隐身作战飞机实现战略威慑对等并不是“用隐身机反制隐身机”。
前者是从航空力量运用和国家安全战略的方面作出的重大决策,而后者是在战术意义上讨论能否用隐身机去有目的的反制敌方的隐身机。实际上,与“最好的反坦克武器是坦克”,“最好的反狙击手武器是狙击手”完全不同的是:用隐身机去刻意反制敌方的隐身机是无法达到理想的作战效果的。正如前文所述,在现有雷达技术条件下,很难实现对于猛禽这类隐身战斗机的有效探测。当双方都装备隐身作战飞机时,哪怕是刻意安排双方隐身飞机对战恐怕都由于未知对方隐身机具体位置而难度很大。双方隐身机同时参与空优力量争夺的作战态势未必像双方隐身机与隐身机对决,三代机与三代机对决那样“层次分明”。很可能出现的情况是,双方的隐身机由于无法在较远距离发现对方而“擦肩而过”,它们直接的对抗将由双方混合有隐身机后空中机群之间的对抗而取代。
       我国航空工业历经多年发展已经具有较强的科研实力、设计能力和生产能力,初步具有了研制隐身作战飞机的技术基础。我们有能力独立研制隐身作战飞机的同时,也需要隐身作战飞机。现今我国与世界上其他大国进行大规模战争的可能基本不存在,我国未来可能发生高强度局部战争的热点主要是台海地区,南亚海空和中印边界。自主研制和装备一款重型隐身空优机和中型隐身多用途战斗机不仅仅能够实现对于美国霸权主义的对等威胁,也对于进行非对称局部战争有着巨大的影响力。随着三代中型空优战斗机歼十,三代重型空优战斗机歼十一以及后续三代改型中型多用途战斗机和三代改型重型远程精确打击机型的装备,中国的空中力量开始能够承担相对独立的战区打击任务。在已经建立起的三代战斗机作战力量中,如果能加入隐身作战飞机作为支撑信息火力节点,形成对敌非对称技术优势甚至能够实现“不战而屈人之兵”。
         展望未来,中国将会依托航母和隐身作战飞机形成海空综合作战体系,我国将会运用这个实力可观先进有效的作战力量更好实现国家安全和领土完整的合理诉求,并且秉承着“和平崛起”的战略方针与全世界人民一起为建立一个没有霸权的和谐世界贡献一份中华民族自强自立的力量。


难道这就是传说中的沙发?哈哈,收藏了,顶小明大

难道这就是传说中的沙发?哈哈,收藏了,顶小明大
支持。

无隐身机,就像60年代无核武一样,会“非对称”的。
太长了,先顶下再看
作标记,日后看,很长........
好长啊,先做标记了,来日方长,回家吃饭,:D:D
再一次证明了龙斑竹是个厚道人呀。。。。。感觉未来空战的发展就像有滑膛枪过渡到了后装毛瑟,而近距离格斗变成了刺刀格斗。。。。。。。。。。。。。。
顶傲明大!
支持!预告了这么久,终于看到全文了。
看了一小部分就怕怕的厉害,这美帝心思太重、板凳太深,以后可怎么对付他们啊?
这个,值得顶啊,什么时候也把核心机之路的原告拿出来呀。
仔细拜读了,但是……
感觉楼主国语水平欠缺啊,和楼主大学生的身份相差较远。通篇如流水般的白话文,直到最后八小段才点题。
总之没什么营养,建议还是不要投稿了。
:D晓明过来看看小明
McCauley 发表于 2009-8-25 13:33

早已经在今年的《航空档案》第4期上拜读过了,

这次的原稿来MARK一下……
惊叹号用的稍微多了一点
中段资料堆的多了一点,APG77的资料也罢了,AIM120演进史就有点离题了

从战略层面上深入挖掘一下空军/三军低可探测性从量变引发的质变
可能会更扎实一点更对得起这个题目
记号,回头慢慢看学习
漫漫细看,学习......
SV-51r 发表于 2009-8-25 13:43
看来《航空档案》只是和《瑞丽》《男人装》一类的街边杂志,原来如此,原来如此。
oldwatch 发表于 2009-8-25 13:51
合我的感觉一样,我只是不好意思说太细……

仔细拜读了,但是……
感觉楼主国语水平欠缺啊,和楼主大学生的身份相差较远。通篇如流水般的白话文,直到最后八小段才点题。
总之没什么营养,建议还是不要投稿了。
McCauley 发表于 2009-8-25 13:33


淡如流水的科普文很好,很符合樓主踏實,樸素的工科學生的身份。遠強過某些人裝模作樣,嘩眾取寵的自以為眼界高人一等的假洋鬼子“國語”
仔细拜读了,但是……
感觉楼主国语水平欠缺啊,和楼主大学生的身份相差较远。通篇如流水般的白话文,直到最后八小段才点题。
总之没什么营养,建议还是不要投稿了。
McCauley 发表于 2009-8-25 13:33


淡如流水的科普文很好,很符合樓主踏實,樸素的工科學生的身份。遠強過某些人裝模作樣,嘩眾取寵的自以為眼界高人一等的假洋鬼子“國語”
carc 发表于 2009-8-25 14:00

+1。完全同意~!
蛮不错的资料文

能作为参考就可以了,又没人强迫你全盘接受,JJYY啥呢 :o
有人不厚道啊。楼主的文章受众面是军事爱好者,语言平实多做解释是有必要的。如果是给专业人士看没必要做名词解释。能用最平实的语言解释世界上最高深的理论,能用最通俗的类比让人理解专业外的知识才是水平。因此没必要使用华丽的词语,复杂的句式,强大的逻辑。抛开内容不看,居然在军事论坛内研究语言是否拖沓冗余,楼盖的太歪了吧。
隐身飞机最主要的缺点没有谈到,那就是大家都装备隐身飞机,很多雷达就失效了,那花在雷达上的钱岂不是冤枉,浪费地球资源啊!
看不懂
进来看看,学习下~~~~~~~~~
谢谢斑竹大大对俺们这些小菜和暑假快结束的童靴的关怀...:handshake文章是另存下来留待学期里慢慢回味

这隐身技术,说穿了也是电子对抗的一种手段吧,就好象放一滴水珠进一杯水,然后在里面找出这滴水珠...
学习下。我一直觉得隐形比超音速巡航重要也要容易实现
强文顶起,版主NB!
太长,作个记号,再看
顶下,先留个爪印
好歹也是发《航档》的文章了,你发个啥《环球》保证没人挑

为了不水楼起个话题:
F22/F35这两只无影鸟大家已经熟的不能再熟了

那么,除了它们之外的,
以台风和超级虫(愿意的话还可以扯上棍B啥的)为代表的
做了小规模隐身修型考量的三代半,在现实对抗中

他们的低RCS能占到多大的便宜?很大?一般?忽略不计?
或者是面对美帝白给,撞上TG装B?

按理说它们武器外挂会严重破坏隐身
那么为什么三代半还会普遍做隐身修型的考量?
在F117的设计中,其外形的设计已不能仅从常规气动力(如升力和


1# 龙腾日月

请教明版:公共的精准时钟可否设在预先指定的指挥机(如预警机),其它战斗机取动态的与之对应的相对坐标呢?

1# 龙腾日月

请教明版:公共的精准时钟可否设在预先指定的指挥机(如预警机),其它战斗机取动态的与之对应的相对坐标呢?
下了~~有空看~
海客 发表于 2009-8-25 11:59

现在的核武器已经鸡肋了,没有隐形的作战平台就没有足够的生存能力,战斗力很成问题啊。
McCauley 发表于 2009-8-25 13:58
那是,我们中国一大学生和您F-22B设计师能比吗?
现在我们是在减少飞机落后的距离,战术的东西这个很难说不比造飞机简单

正所谓:物质文明精神文明两手抓。

PS:空版版主能不能把那个人宠封了啊,严重影响讨论氛围。
唉,KC惨白啊,想想当年国际展望上那片空军大校的绝望文章也不是空穴来风了.
总之,在外形隐形,发动机方面TG还可以摸得到,电子战方面的差距是看都看不到了.........
土球 发表于 2009-8-25 15:26
有了步枪   并不意味着刺刀没用   特别是在群殴时
楼主再编辑下  分好段落   可以去投稿了   
马克下 慢慢看