空中幽靈

謝高權(quán)

隱身飛機(jī)并非是指在肉眼視距內(nèi)看不到的飛機(jī)，而是指利用各種技術(shù)減弱各種雷達(dá)反射波、紅外輻射等特征信息，使敵方探測(cè)系統(tǒng)不易發(fā)現(xiàn)的飛機(jī)。

隱身飛機(jī)的發(fā)展歷程? ??

隱身飛機(jī)的發(fā)展大致經(jīng)歷了仿生隱身、高空高速隱身和低探測(cè)技術(shù)隱身三個(gè)階段。在前兩個(gè)階段，隱身飛機(jī)主要以偵察機(jī)的形式出現(xiàn)，用于深入敵境偵察敵情。隨著低探測(cè)技術(shù)和衛(wèi)星偵察技術(shù)的發(fā)展，隱身飛機(jī)逐漸拓展到戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)等領(lǐng)域。

仿生隱身飛機(jī)主要以“鴿”式飛機(jī)為代表。一戰(zhàn)期間，德國(guó)“蘭普勒-鴿子”式偵察機(jī)依照仿生學(xué)原理，將飛機(jī)設(shè)計(jì)成巨大的鴿子形狀，同時(shí)采用特殊的飛機(jī)蒙皮材料，機(jī)翼在陽(yáng)光下非常透薄。當(dāng)飛機(jī)在高度400米左右的空中飛行時(shí)，從地面看上去就像沒(méi)有機(jī)翼一樣。“鴿”式飛機(jī)沒(méi)有安裝武器裝備，主要用于偵察敵方軍情。

高空高速隱身飛機(jī)主要以U-2和SR-71飛機(jī)為代表。二戰(zhàn)結(jié)束后，隨著冷戰(zhàn)的開始，美國(guó)迫切需要獲取蘇聯(lián)重點(diǎn)國(guó)防建設(shè)方面的情報(bào)。在傳統(tǒng)情報(bào)收集手段不能滿足需求的情況下，美國(guó)在20世紀(jì)50—60年代分別研制了U-2和SR-71偵察機(jī)，這些飛機(jī)均在不同程度上使用了隱身技術(shù)，尤其是它們的飛行高度讓一些雷達(dá)、飛機(jī)和導(dǎo)彈難以企及。其中SR-71（黑鳥）偵察機(jī)的飛行高度達(dá)到3萬(wàn)米，最大飛行速度達(dá)3.5馬赫，比現(xiàn)有絕大多數(shù)戰(zhàn)斗機(jī)和防空導(dǎo)彈飛得都高、都快。正是借助高空高速的特性，使對(duì)方雷達(dá)看不到、飛機(jī)追不上、導(dǎo)彈打不著。SR-71曾經(jīng)肆無(wú)忌憚地深入蘇聯(lián)、中國(guó)、古巴、朝鮮和越南等國(guó)家上空實(shí)施偵察。

F-117A開啟低探測(cè)技術(shù)隱身飛機(jī)的先河。在越南戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)軍方認(rèn)識(shí)到，采用隱身技術(shù)是提高飛機(jī)在高危險(xiǎn)地區(qū)生存能力的主要途徑。于是，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）在1973年提出了一項(xiàng)代號(hào)為“海弗蘭”的研究計(jì)劃，標(biāo)志著隱身技術(shù)實(shí)用化的開始。在之前技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，“臭鼬”工廠于1981年下線量產(chǎn)F-117A隱身戰(zhàn)機(jī)并進(jìn)行首飛。為了達(dá)到隱身的目的，F(xiàn)-117A隱身戰(zhàn)機(jī)采用了獨(dú)特的多面體外形、鋸齒狀的機(jī)體結(jié)構(gòu)、高展弦比的機(jī)翼、V形的尾翼、埋入式的武器艙和可伸縮的天線，并大量使用吸波或透波材料和表面涂層，以減小雷達(dá)散射截面，同時(shí)不配備火控雷達(dá)，以降低電磁波發(fā)散。

與此同時(shí)，由于B-1B轟炸機(jī)不具備隱身性能，突防概率低，難以有效應(yīng)對(duì)蘇聯(lián)SS-24、SS-25彈道導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)發(fā)射，美軍于 1981年開始了B-2A隱身轟炸機(jī)的研制工作。經(jīng)歷10多年的努力，B-2A轟炸機(jī)最終于1988年實(shí)現(xiàn)首飛，并于1993年列裝美國(guó)空軍。

F-117A隱身戰(zhàn)機(jī)服役后，多次執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，先后參加了1989年入侵巴拿馬的軍事行動(dòng)、1991年針對(duì)伊拉克的“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)、1999年空襲南聯(lián)盟和2003年的“伊拉克自由”行動(dòng)等。F-117A隱身戰(zhàn)機(jī)在戰(zhàn)爭(zhēng)中的出色表現(xiàn)，引起世界各國(guó)的高度重視，并紛紛投入到隱身戰(zhàn)機(jī)研制的行列。俄羅斯于2010年完成T-50（蘇-57的前身）的首飛。而我國(guó)也于2011年完成殲-20的首飛，并于2016年列裝空軍。由于F-117A隱身戰(zhàn)機(jī)太過(guò)關(guān)注隱身性能，犧牲了其他性能，飛行速度和機(jī)動(dòng)性都無(wú)法滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，再加之反隱身技術(shù)愈加成熟，F(xiàn)-117A面臨的威脅日益增加。為了掌握空中優(yōu)勢(shì)的主動(dòng)權(quán)，美國(guó)加大了對(duì)隱身飛機(jī)的研發(fā)力度，先后推出了F-22和F-35兩款隱身戰(zhàn)機(jī)，取代了服役不到25年的F-117A隱身戰(zhàn)機(jī)。其中，F(xiàn)-22隱身戰(zhàn)機(jī)被公認(rèn)為世界上最先進(jìn)的飛機(jī)，不僅具備超機(jī)動(dòng)、超音速巡航和超視距空戰(zhàn)等性能，而且還具備超強(qiáng)的隱身性。F-22隱身戰(zhàn)機(jī)采用新式隱身設(shè)計(jì)，使得雷達(dá)波散射中心和紅外輻射中心改變，雷達(dá)散射截面僅為0.0065平方米，使用了先進(jìn)的紅外隱身技術(shù)，通過(guò)噴流冷卻矩形噴口，垂尾、平尾、尾撐向后延伸，可遮蔽發(fā)動(dòng)機(jī)噴口的紅外線輻射;蒙皮采用紅外抑制涂料，有效降低了超音速巡航時(shí)產(chǎn)生的輻射。F-22隱身戰(zhàn)機(jī)由于造價(jià)過(guò)于昂貴、維修保養(yǎng)成本高，即使是財(cái)大氣粗的美軍也難以“消費(fèi)”，在生產(chǎn)了187架后被迫停產(chǎn)。

隱身飛機(jī)的技術(shù)原理

錢學(xué)森曾指出：“隱身技術(shù)的出現(xiàn)，與當(dāng)年的原子彈具有類似的意義。”隱身技術(shù)是現(xiàn)代軍事技術(shù)發(fā)展的一次重大革命，在戰(zhàn)斗機(jī)上的應(yīng)用將徹底改變現(xiàn)代空戰(zhàn)的性質(zhì)。隱身是針對(duì)傳感器而言的，主要分為雷達(dá)、紅外和射頻三種隱身方式。

雷達(dá)隱身? ?雷達(dá)的工作原理，是通過(guò)發(fā)射電磁波，并接收和處理反射回來(lái)的電磁波，從而形成物體圖像。雷達(dá)已成為信息化作戰(zhàn)條件下發(fā)現(xiàn)空中目標(biāo)的主要手段。因此，飛機(jī)要隱身，首先要躲避雷達(dá)的探測(cè)與追蹤。

傳統(tǒng)三代戰(zhàn)機(jī)的雷達(dá)散射截面一般在10平方米左右，如F-15、蘇-27等。隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了F-117A和B-2隱身飛機(jī)，其雷達(dá)散射截面水平達(dá)到了0.1平方米量級(jí)，但也犧牲了部分飛行性能。同時(shí)，利用隱身技術(shù)改進(jìn)的三代戰(zhàn)機(jī)也達(dá)到了1平方米左右的量級(jí)，如F-16改進(jìn)型。F-22隱身戰(zhàn)機(jī)則在保持高水平飛行性能的基礎(chǔ)上大幅提升了隱身性能，其雷達(dá)散射截面水平達(dá)到了0.01平方米的量級(jí)。

通常認(rèn)為，雷達(dá)散射截面在1平方米以上為非隱身目標(biāo);當(dāng)0.1平方米≤雷達(dá)散射截面≤1平方米時(shí)，為低可探測(cè)性目標(biāo)（LO）;當(dāng)0.01平方米≤雷達(dá)散射截面<0.1平方米時(shí)，為極低可探測(cè)性目標(biāo)（VLO）;當(dāng)0.001平方米≤雷達(dá)散射截面<0.01平方米時(shí)，為超低可探測(cè)性目標(biāo)（VVLO）。

減小飛機(jī)雷達(dá)散射截面的主要手段有三個(gè)方面：一是氣動(dòng)布局，二是吸波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，三是吸波材料。飛機(jī)通過(guò)氣動(dòng)布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表面吸波涂層，將雷達(dá)照射的能量向其他方向散射或吸收，大幅減少反射回照射雷達(dá)接收天線的能量，使雷達(dá)接收的信號(hào)能量不夠，達(dá)不到相應(yīng)的信噪比要求，分辨不出目標(biāo)，從而使飛機(jī)達(dá)到隱身效果。

氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)的目的除飛行性能外，主要是使入射的雷達(dá)波反射回去的方向是其他方向，而不是照射雷達(dá)的方向，使照射雷達(dá)收不到散射回來(lái)的電磁波，難以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)對(duì)飛機(jī)雷達(dá)隱身的貢獻(xiàn)率一般大于85%。典型的外形設(shè)計(jì)有飛翼式結(jié)構(gòu)、翼面前緣平行設(shè)計(jì)、機(jī)頭棱邊設(shè)計(jì)等。F-22隱身戰(zhàn)機(jī)在氣動(dòng)布局上主要通過(guò)大量的平行設(shè)計(jì)使回波波峰集中到少數(shù)幾個(gè)非重要方向上。

吸波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是使入射的雷達(dá)波被吸收或衰減掉。典型的吸波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有內(nèi)埋式彈倉(cāng)、背負(fù)式進(jìn)氣道、S形進(jìn)氣道等。

吸波材料的作用是將入射的雷達(dá)波能量衰減吸收掉，減少反射的雷達(dá)波能量。理論和實(shí)踐證明，吸波材料的涂層厚度與入射波的1/4波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，其吸收效果最好。對(duì)于X波段的雷達(dá)，雷達(dá)波涂層的厚度在7.5毫米左右。因此，對(duì)于一架飛機(jī)而言，雷達(dá)吸波涂層的重量可達(dá)幾百千克，若考慮到對(duì)長(zhǎng)波雷達(dá)的吸波效果，則涂層就會(huì)更厚。

紅外隱身? ?飛機(jī)的紅外輻射是一種有源目標(biāo)特征，敵方可利用被動(dòng)傳感器進(jìn)行探測(cè)。飛機(jī)的紅外輻射主要來(lái)源于飛機(jī)的蒙皮熱輻射、發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管熱輻射、發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾焰輻射，以及飛機(jī)對(duì)環(huán)境輻射的反射。

要降低飛機(jī)的紅外輻射，通常是通過(guò)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)減少輻射強(qiáng)度或被探測(cè)的概率。如采用遮擋設(shè)計(jì)以減少發(fā)動(dòng)機(jī)紅外輻射被側(cè)面探測(cè)的概率，同時(shí)還可以采用翼面蒙皮下敷設(shè)燃油管散熱和在蒙皮上噴上紅外涂層等措施，以減少翼面的紅外輻射。據(jù)報(bào)道，F(xiàn)-22隱身戰(zhàn)機(jī)就可能在蒙皮下采用油管冷卻的方式降低蒙皮的表面溫度，從而減少蒙皮的紅外輻射量。此外，也可以采用噴液氮、氣溶膠等方法在短時(shí)間內(nèi)大幅降低飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的紅外輻射，從而使導(dǎo)彈的紅外導(dǎo)引頭失鎖。

射頻隱身? ?射頻隱身是指通過(guò)對(duì)電子裝備射頻有源信號(hào)進(jìn)行特征控制，有效避免被敵方無(wú)源電子偵察裝備截獲、分選識(shí)別和定位。要實(shí)現(xiàn)射頻隱身，可通過(guò)輻射源功率控制技術(shù)，使輻射信號(hào)始終保持在截獲接收機(jī)門限值以下;也可通過(guò)定向天線技術(shù)，降低天線次要方向輻射的功率，從而減少被敵方截獲的概率;或通過(guò)低截獲波形技術(shù)，減小敵方無(wú)源探測(cè)設(shè)備的截獲距離，降低精度;還可以通過(guò)輻射源信號(hào)最大不確定性技術(shù)，提高信號(hào)的抗分選、識(shí)別能力，利用頻率特征的不確定性變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的射頻隱身。因此，射頻隱身并不是單一技術(shù)或者單一機(jī)載設(shè)備的問(wèn)題，而是多種設(shè)備和多項(xiàng)技術(shù)的集合運(yùn)用。

隱身飛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

技術(shù)是能力的支撐。隨著隱身技術(shù)的不斷發(fā)展，隱身飛機(jī)將在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上優(yōu)化升級(jí)，并采用新型氣動(dòng)結(jié)構(gòu)和新型材料，向?qū)掝l譜全向隱身發(fā)展。

優(yōu)化升級(jí)現(xiàn)有技術(shù)? ?現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)包括采用背負(fù)式進(jìn)氣道、取消垂尾、提升雷達(dá)罩隱身性能、座艙鍍膜優(yōu)化、提升加工精度等技術(shù)措施。這些技術(shù)措施的采用估計(jì)可以將飛機(jī)隱身性能提升一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。提升加工精度對(duì)保證飛機(jī)隱身性能的貢獻(xiàn)不可小覷，飛機(jī)表面的加工缺陷可以導(dǎo)致飛機(jī)整體的隱身性能下降1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。F-117A隱身戰(zhàn)機(jī)在隱身測(cè)試中就因?yàn)橐粋€(gè)螺釘沒(méi)有擰緊而導(dǎo)致隱身性能大幅下降?，F(xiàn)代隱身飛機(jī)從外形上看，不再是一件粗糙的武器，而是一件精美的工藝品。

設(shè)計(jì)新型氣動(dòng)結(jié)構(gòu)? ?隱身和氣動(dòng)結(jié)構(gòu)之間存在一定矛盾。有專家認(rèn)為，F(xiàn)-22隱身飛機(jī)將隱身與氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的結(jié)合已經(jīng)做到了極致，后續(xù)發(fā)展將很難超越。這種認(rèn)識(shí)在當(dāng)前看來(lái)有其合理性，但隨著技術(shù)的發(fā)展，在隱身與氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的結(jié)合上還將找到新的平衡點(diǎn)。英國(guó)BAE公司最新研制的新型MAGMA無(wú)人機(jī)，在設(shè)計(jì)上突破了傳統(tǒng)思維，取消了飛機(jī)的襟翼和副翼，也沒(méi)有任何控制面，取而代之的是氣流噴射控制系統(tǒng)，同時(shí)解決了機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和隱身問(wèn)題。

研發(fā)和采用新型材料? ?新型材料的運(yùn)用可以對(duì)入射的電磁波進(jìn)行人為控制，從而實(shí)現(xiàn)更高層次的主動(dòng)隱身。這樣的新型材料包括對(duì)電磁波的吸波材料和透波材料。吸波材料能夠吸收或衰減入射的電磁波，并將電磁能量轉(zhuǎn)換成其他形式的能量消耗掉，或者能夠調(diào)制電磁波使其發(fā)生干涉從而相互抵消，最終達(dá)到大幅減小飛行器的雷達(dá)散射截面的目的。透波材料可以通過(guò)調(diào)整介質(zhì)的電磁參數(shù)，控制電磁波的傳輸方向，從而形成從外部看來(lái)“不可見”的空間，既沒(méi)有散射波的產(chǎn)生，也沒(méi)有由于吸收而導(dǎo)致的電磁波“陰影”，從而實(shí)現(xiàn)完美隱身。

隱身飛機(jī)是軍用航空技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)與防空戰(zhàn)術(shù)、隱身技術(shù)與探測(cè)技術(shù)長(zhǎng)期對(duì)抗產(chǎn)生的必然結(jié)果。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它只是一種先進(jìn)技術(shù)，而不是解決飛機(jī)性能和取得勝利的萬(wàn)能鑰匙，所以，對(duì)隱身技術(shù)和隱身飛機(jī)不能產(chǎn)生迷信，也不應(yīng)該迷信。