进入20世纪90年代,隐身武器成了各国军队最热门的武器,隐身飞机、隐身军舰、隐身战车、隐身导弹……各国都忙于研制各种隐身兵器,一时间,隐身技术成了高技术领域中的“顶尖技术”,占据了军事高技术的一个制高点。特别是处于领先地位的形形色色的隐身飞机,已成为21世纪空中战场的重要武器。
现代战争中,侦察与反侦察、打击与反打击的斗争愈演愈烈。首先,在侦察领域,空中、太空、地面、水上水下各种侦察平台,利用雷达、电子、红外、可见光、声波等各种探测技术,使对方难以藏身。同时,各种精确制导武器也大量投入使用,杀伤手段向“发现即命中”的方向发展,这使得侦察技术在战争中的地位和作用大大提高。
一、隐身技术发展的直接动因
20世纪50年代,美国就开始尝试在侦察机上使用隐身技术。1953年,美军在研制新型侦察机时就提出“最大限度降低被对方雷达探测的可能性”的设计要求。根据这个设计思想,U-2高空战略侦察机诞生了。尽管U-2的隐身性能并不理想,但是,它是较早使用吸波涂料的军用飞机。接着是SR-7l“黑鸟”高空高速战略侦察机,从开始设计就运用了隐身技术,其向内倾斜的双垂尾,双三角机翼及翼身融合的外形,外表涂有“铁球”吸波涂料,都是为了隐身。60年代末期研制的B-lA战略轰炸机,采用翼身融合外形,使用了雷达吸波材料等低可探测性技术。而促使美国发展隐身技术的直接动因,是越南战争中美军飞机的重大损失,更深层的原因,是为适应当时美苏争霸的需要。
越南战争中,美军在空中战场的巨大损失,无疑是对美军的沉重打击。
美国历来企图利用空中优势称霸世界,但越南战争却使它大失面子,整个战争共损失各型飞机四千多架,其中“后卫二号”战役,美军一下子损失15架“空中巨无霸”——B-52战略轰炸机,使美国大惊失色。1972年12月18日晚上开始,美国为阻止越南北方对越南南方的后勤支援,对越南河内和海防地区进行了大规模空中袭击。美国为这次为期11天的空袭行动起的代号为“后卫二号”战役。“后卫”的意思就是采用空袭手段彻底摧毁越南后方的战争潜力,使越南失去后方守卫能力。这年12月一天的夜间,美国空军一个庞大的空中突击编队出现了。编队中间由9架B-52“同温层堡垒”战略轰炸机组成,编队的最前面是4架F-4G“野鼬鼠”反雷达飞机,反雷达飞机后面是电子干扰机编队和F-111可变翼战斗轰炸机用于压制防空,在编队的左右还有若干架F-4战斗机为其护航。在接近越南河内上空前,B-52轰炸机离投弹点还有2分钟时间,突然地面几十枚萨姆-2地空导弹冒着白烟冲上天空,直向美军的轰炸机机群飞去。有3架B-52立刻被击中起火,并很快失去控制坠向地面。整个战役期间美国出动B-52轰炸机七百二十多架次,出动F-1l1、F-4、A-6和F-105战斗机640架次,共投弹15200吨,其中大约三分之二是由B-52轰炸机投掷的。北越发射萨姆-2地空导弹一千二百多枚,共击落美机39架,其中B-52轰炸机15架。B-52轰炸机被美国称为“空中重锤”,它一次可载弹27吨。仅仅几天的战役,美军就损失B-52轰炸机15架,美国朝野大为震惊,惊呼苏联的萨姆导弹太厉害了。
随后,在1973年的第四次中东战争中(西方称“赎罪日”战争),以色列在18天内损失了109架飞机,这些飞机大都是被埃及和叙利亚平日缺乏训练,装备二流的苏联出口型萨姆导弹部队击落的。美国在越南战争中的经验和以色列在“赎罪日”战争中的教训毫无置疑地表明,苏联制造的日益先进的萨姆导弹和防空雷达已对美国及其盟友构成了威胁。这时,美国的有关情报又显示,苏联将很快部署一种先进的具备俯视/俯射能力的截击机;还有,萨姆-5地空导弹的射高可以达到38100米,不仅命中误差非常小,并且可以装载核弹头。对此,如何突破敌方对空防御,已成为美国急迫需要解决的重大问题。
面对战术飞机易毁性的日益加大,当时解决问题的方法之一就是实施电子战来干扰敌方雷达,或者直接攻击敌方的防空系统。但越南战争和中东战争经验似乎表明,实施一般电子战和对敌人的防空系统进行压制仍无法降低飞机日益增长的战损率。美国的科技人员研究了各种技术资料,终于提出了降低战术飞机雷达反射截面的办法。这将使敌方的雷达对目标的有效探测距离缩短,使执行轰炸任务的飞机在抵达目标上空前不会遭到拦击。于是,被美国空军列为高度机密的“黑色计划”的关键部分,以“低可探测性技术”为主要标志,即“生存能力强的秘密全天候侦察攻击计划”(代号为“哈维”Harey),开始启动了。
二、美国隐身计划的启动
根据“哈维”计划,1973年,美国空军和国防高级研究计划局签订了代号为“海弗蓝”(Hare Blue)的一系列研究合同,开始全力发展隐身飞机。就在同一年,美国空军开始对温德克研制的“鹰”式玻璃纤维飞机进行试验,以检验飞机使用的复合材料对降低雷达截面到底有多大作用。为进一步降低雷达截面而对“鹰”式所做的改进,为“海弗蓝”计划指明了研究方向。
到1973年底,“海弗蓝”计划已取得了相当多的研究成果,于是美国空军决定向航空工业界招标生产技术验证原型机,即被称为XST“实验隐身战术”计划。该计划的目的是要研制一种具有雷达截面小,蒙皮和内部构件广泛使用吸波材料,采用能减小雷达截面的机身外形设计,采用低噪音和低排气温度发动机,以减小其声音和红外信号特征,安装特种平显,能携带先进电子干扰、电子反干扰和电子支援设备,目视信号特征较低,在几百码(1码为0.914米)以外都难以发现这种飞机。
1975年进行招标,次年,洛克希德公司获得了生产XST飞机的合同。XST原型机于1977年12月1日在美国内利斯空军基地的托诺帕靶场格鲁姆旱湖进行了首次飞行。经过多次试飞,XST飞机对付雷达、声学、电子、红外和视觉等探测系统十分有效。XST飞机即是F-117A隐身战斗轰炸机的雏形,该机于1978年正式发展。
在研制实验隐身战术(XST)飞机的同时,隐身轰炸机计划也在展开。1977年,一个“先进战略穿透机”(ASPA)计划出笼了。到1979年,隐身轰炸机的概念在美国空军和美国国防部逐渐得到重视。1980年美国空军正式对洛克希德和诺斯罗普两家公司发出招标建议,要求发展“先进战略穿透飞机”。结果诺斯罗普公司的设计获得美国空军的青睐,得到73亿美元的发展先进技术轰炸机(ATB)的合同,即B-2隐身轰炸机。
美国发展先进技术战术和战略飞机,是建立在对隐身技术研究、试验比较成熟的基础上的。隐身技术将是美军夺取2l世纪前叶空中战场优势的动力之一。
三、形形色色的隐身技术
要想使飞机完全不被探测到,是不可能的。但采取隐身措施,使敌方探测器材只能在很短的距离内才能发现目标,从而使防空武器失去作用,也就初步达到目的了。所以隐身技术又称为低可探测技术或目标特征控制技术。它是改变武器装备等目标的可探测信息特征,使敌方探测系统不易发现或发现距离缩短的综合性技术。降低作战飞机的可探测技术——隐身技术一直是飞机设计师们极为关注的问题。随着计算机辅助设计和高级复合材料的应用,才使隐身技术出现长足的进展。针对现代战场上侦察探测系统,主要有雷达、电子、红外、可见光、声波等探测系统,隐身措施需要综合运用减弱雷达、红外、目视和声学信号特征技术,再加上无源和有源电子干扰手段等几个方面着手,以保证飞机具备不被探测或降低其被探测的隐身能力。
(一)缩小雷达反射截面
从现代局部战争不难得出这样的结论,地空导弹和空空导弹是作战飞机的最大威胁。而这些导弹又是靠什么来制导和引导的呢?当然是各种程式的雷达,以及由雷达和红外制导的导弹。雷达侦测范围大,可全天候作业,而且可以准确显示目标的方位、距离,因此是目前最广泛采用的防空侦测器材。
雷达侦测,基本上是由雷达天线发出无线电脉冲波,碰到目标后,再反射回电磁波,通过雷达显示系统判定目标的存在。雷达波在照射到目标以后,反射回去的电磁效应有好多种情况,比如直接反射、角隅反射、空洞反射,有的除反射外还会有散射等等。
(二)降低红外信号特征
任何物体只要其温度高于绝对零度,就会自动放出电磁波(也称黑体辐射)。以地球上的温度来说,一般物体放出的电磁波频率主要在红外线波段内,而温度越高强度就越大。因为大气层吸收红外线,所以只有某些频谱可以在大气层中用来搜索目标用。红外隐身设计,就是要逃避这些频谱上对隐身飞机的追踪。目前,军事上常用的红外线频率有三个波段。第一个波长在l~2微米之间,这个波段很容易被大气吸收,其传播距离又近,只要发动机降低喷气的温度,就可以大大降低红外追踪被发现的概率。第二个波长是3~5微米,这个波段不容易被干扰,适合远程侦察。但比较容易被水气吸收。第三个波长是8~12微米,大气不吸收这个波段的红外线。隐身武器面对这个波段的隐身方式,就要使隐身材料转变成容易被大气吸收的波段,以达到隐身效果。
目前,红外侦察、探测、制导和热成像处理技术发展很快。战斗机使用的前视红外探测仪能探测到80千米远处香烟发出的红外辐射。先进的红外制导武器系统会根据发动机的红外线辐射来侦察和打击舰船、飞机和坦克,所以必须把发动机的辐射源消除或屏蔽起来。目前,采取反红外探测措施已成为隐身技术的重要内容之一。
目标的红外辐射源,主要来自发动机本身的热辐射。飞机发动机从尾后喷出的热气流,其红外信号特别明显,这正是红外线制导导弹要追踪的信号,导弹循着这个信号就可以跟踪目标将其击落。这里面还有一个故事,那是在1958年的台湾海峡空战中,国民党空军企图凭借美国装备的F-86战斗机和“响尾蛇”空空导弹向大陆挑衅,在激烈的空战中,国民党飞机没占什么便宜。但其中也发生了一个奇怪的事情,大陆一架歼-5型喷气式歼击机不知什么时候,飞机尾后受到偷袭,飞行员感觉飞机受到撞击,但没有影响飞机的作战性能,待空战返回机场,检查飞机时,发现一枚“响尾蛇”导弹夹在飞机尾喷管部位竟没有爆炸,被飞机完整地带回机场。事后,苏联专家把这枚导弹运回国内进行研究,据此还研制出了第一种苏制红外制导的AA-2空空导弹。这是因为红外制导的“响尾蛇”导弹追踪发动机喷气热量,可能因导弹故障而没有爆炸。这件事也提醒人们,飞机必须降低其红外信号特征,以防御导弹的攻击。同时,要针对红外导弹的工作波段,采取防红外探测的隐身措施。
(1)减少发动机本身热量辐射。
(2)改进发动机尾喷口设计,减少红外辐射。
(3)使用特殊燃料以降低发动机排气的红外辐射。
(4)采用吸热、隔热材料和涂料,以消除或减弱红外辐射。
(三)降低视觉信号特征
隐身飞机虽然可以避开雷达的探测,但在战场近距离内,用目视光学系统仍然可以发现目标。特别是目前星光观察仪、夜视镜、前视红外系统等微光探测装置有了很大发展,所以采取视觉隐身措施也不能不重视。
(1)用伪装或光学诱饵,是减小视觉信号特征的最常用方法。运用适当的伪装色使其与飞机活动区域的地形环境相适应,飞机就会较好地淹没于背景中。
(2)避免飞机的反光,这也是一个难题。反光一般指整个飞机的反射光,但是使用特殊的油漆喷涂后反光就会减弱。只要掌握好色度和使用某种偏振片,就能使座舱的反光大大减少。
(3)控制飞机尾喷口的火焰和飞机尾迹。采用转向喷口或进行遮挡以控制喷口火焰。
在视觉方面,美国国防部列出了与隐身有关的技术:光敏、热敏和电化材料,还研究了可减小反光90%的技术、视觉对比度和光学截面积等。这些技术均可减小雷达截面和视觉特征。据推测,无人机可能首选应用这种“低可探测性技术”。
(四)降低声学信号特征
飞机、坦克和舰艇发动机都会发出噪声,极易被敌方噪声传感器、声呐等声波探测系统探测到。因此,作为隐身兵器降低声学信号特征也是重要措施之一。
(1)隐身飞机采用非常先进的减小声学信号特征技术,包括在加力燃烧室里使用防噪声吸音层和带内向角锥体的复合材料夹层,以吸收发动机噪声。
(2)在舰艇和坦克上采用减振和隔声装置,采用双弹性支撑基座、橡胶和软塑料坐垫等可以起到减振作用;采用隔声罩、消声器、消声瓦等则可隔声。
(3)减小螺旋桨运动对介质的扰动噪声。
(五)“等离子”隐身术
“等离子”隐身技术,这是一种新概念隐身方法。传统的雷达隐身材料主要有两种类型:一种是吸波涂料,它是在油漆中加入磁性材料,涂覆在飞机表面以吸收入射的雷达波;另一种是采用可以吸收雷达波的导电材料,该材料可以使雷达波衰减。还有一种可能吸收雷达波的方法是用电子枪或电弧放电器对飞机表面的气体进行电离而形成等离子体。据研究人员的看法,飞机蒙皮上存在的等离子体可使入射的雷达波产生衰减。研究表明,在某种情况下,厚度1厘米的等离子体可以使反射的雷达波产生20分贝的衰减。不论厚度如何,等离子体是无重量的,也不像传统的吸波材料有关于磨损及撕裂等方面的问题。缺点是它在夜间有可能成为大的可视信号源。等离子隐身技术已将隐身技术带入新的一代。目前的飞机隐身技术已进入第四代,F-117A及B-2隐身飞机属于第三代,F/A-22和F-35联合攻击战斗机(JSF)可能属于第四代。
(摘自《聚焦隐身战机》,蓝天出版社2011年1月版,定价: 28.00元)