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中国反隐雷达为何在叙利亚被摧毁:技术还落后美10年

中国反隐雷达为何在叙利亚被摧毁:技术还落后美10年
2019年02月21日 12:08 新浪军事
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  叙利亚战场上,中国出口的雷达被以色列F35摧毁。以下进行深度解读,从隐身发展史的角度,谈为什么至少几年、十年后,中国才会出现真正的反隐身雷达。

  在飞机隐身技术的发展上,国内有一则源于早年体制内军事刊物的古老谣言;声称隐身思路最早是苏联工程师提出,在本国不重视的情况下启发了美国人,之后发展出F117。实际上电磁隐身概念最早由德国在二战中提出,但主要针对潜艇——避免通气管被飞机探测到。

  米格21有着奇妙的历史缘分,它极大程度上决定了美中两国的五代机走向,这个故事笔者放在之后再写

  必须要强调的是,在整个隐身技术体系的发展中,美国的认识也是不断深化、扩展的;绝不是在六十多年前,他们就预知了今天的隐身作战需求,然后做好了规划,一路顺风顺水的发展下来:典型的例子就是,战斗机最初不是隐身技术的应用目标。美国是在F4战机早期雷达无法下视的性能缺陷被越南的米格21抓住、实施针对性战术造成严重损失以后;才在新一代战机规划中,想到要融合侦察机/攻击机的隐身技术。

  图:林肯试验室,红圈处的楼顶小屋就是美国隐身研发起步的摇篮,里面有最初的隐身理论模型、测试材料和一些雷达设备

  美国飞机隐身设计起步于1956年的彩虹项目,当时是为了解决U-2侦察机不被地面雷达侦测的问题;项目由林肯实验室作为核心,因为它是美国的防空国家试验室,二战开始就是美军雷达探测技术研发的中心。很多我们今天熟知的隐身设计基本原则和电磁信号测量/技术验证思路(比如避免直面、直角相交),在1957年已经被明确提出、或是出现原型。

  图:早期坠毁的U-2改装隐身验证机的蜂窝结构吸波层

  图:加装吸波层的U-2验证机

  探索阶段的隐身技术局限性极大,只在特定条件(比如特别的飞行高度、航线角度、飞行姿态、非常狭窄的雷达波段)的测试下才能展现出显著的性能,无论是进行隐身化改装的U-2试验机;还是美国第一种明确隐身要求、基本设计即纳入隐身设计考虑的实用型号系列——黑鸟家族,都没有实现真正意义上的隐身能力。

  图:这些撑起来的带磁珠导线,是一种被淘汰的隐身设计,1956年

  要指出的是,由于电磁信号的发射/接收/处理器件本身的特性,很小的信号误差也可能会在电路中形成几万、几十万倍乃至更强的错误放大。因此在有限的水平下——包括设备硬软件、人员素质、实验设计/组织等各种因素影响,这类测试会出现大量的不确定性结果。比如早期坚定美国发展隐身信心、好得出奇的一次测试结果,后来发现其实是试验设计步骤错误导致的无效数据。

  CIA解密提供的1957年美国隐身技术会议相关笔记

  所以当面对各种相互矛盾的测试结果,尤其是期望的好结果难以稳定重现的时候;如何解读结果背后的机理和技术路线的发展潜力,对于最终的决策走向会起到至关重要的影响。美国探索阶段的隐身技术,特别是在黑鸟上的表现,在当时即使解读为“耗费巨资但无实际效果、在战场上不可靠、易被各种手段破解(比如不同指向雷达交叉探测)、不值得继续发展”都很正常。但美国对隐身技术的判断眼光极为毒辣敏锐,持续不断投入将其完善,最终取得巨大回报。

  值得一提的是,在美国早期不成熟的隐身技术探索中,包括了等离子云吸波隐身技术——不只是在试验室和验证机上应用,实际上它已经发展为黑鸟系列正式设计的一部分。所以后来苏俄一些专家寄予厚望的“等离子隐身”技术;根本不是什么创新,而是几十年前就被美国放弃掉的方向;想要依靠它实现弯道超车,最后结果一定是绝路翻车。

  图:黑鸟采取了较为原始的隐身设计,但隐身目标的实现是失败的

  隐身技术探索阶段的思路,主要集中在实现最基本的、可实用化的被动隐身能力上;也就是简单的把照射过来的雷达波吸收掉、或者反射到目标雷达无法接收的方向上去。被动隐身的初步完善和实用化在1983年交付的F117上完成,代表着美国隐身技术发展进入初步成熟阶段。

  图:F117残骸,目前较为公认的推测是弹舱打开时暴露

  很多人将南联盟战争中F117被击落视作“隐身神话的破产”,实际上恰恰相反。这种70年代中期开始设计的飞机,在90年代以后面对伊拉克、南联盟等装备的先进苏俄防空系统(当时而言),执行了以千架次计数的实战攻坚任务,摧毁大量核心节点目标而只损失一架,这是人类把飞行器投入战场以来,历史上从未有过的成就,在非隐身时代是想都不敢想的。

  要知道就在近些年的俄周边战争中,面对防空装备水平与当年伊拉克/南联盟相当、甚至还不如(装备老化、缺乏维护)的格鲁吉亚,俄军飞机在对目标防空系统性能特征了如指掌的情况下,依旧连接被击落——还包括图22M3这样的高价值目标。

  F117上的早期隐身技术存在两个严重的缺陷:

  图:多面体的F117

  首先是隐身设计与飞行性能严重冲突。由于早年的技术能力限制,F117无法处理复杂曲面的隐身设计,因此全机外形不得不分割为大量简单的立体多面结构组合,这严重破坏了飞行性能。F117只是个机动性要求很低的攻击机,这一点尚可接受,但在战斗机上是绝对行不通的。

  其次F117不具备“主动性”的隐身能力。如果它进行通讯联络、雷达对空对地搜索,则主动发射的电磁信号会暴露自己的存在,并使对手能确定自己的大致方位;因此F117连雷达都没有装,只有相当简单的红外和激光指示等光电设备——这使它只能打击有限类别的地面目标,别的活都干不了。

  图:充满连续曲面的B2

  随着电子技术、控制技术、空气动力学的快速进步,在80年代开始研制的B2和F22上,这两个问题就被相当大程度的解决了,这也意味着隐身飞机开始进入完善发展时期:

  复杂曲面造型的信号特征可以被精确的计算,测量;新的气动设计可以兼顾低信号特征与高气动效率;而雷达/数据链/电子战天线的信号发射,也可以伪装成噪声信号、根据情况以最低功率高度精确的指向很狭窄的范围,极其难以被捕获。

  比如B2基本上做到了隐身与(轰炸机所需类型的)飞行性能同时实现最优化水平,而且安装了即使是进行对地搜索也难以被地面防空系统发现的低可截获设计雷达。F22不仅隐身能力出色,而且机动性能是至今所有战斗机中最强悍的;俄系飞机没有一种能与之相比,即使是在俄罗斯人天天自夸的过失速超机动上。

  图:F22外形看不到明显的边条,但涡流增升效果极其强悍

  图:三代常规战机靠边条拉出涡流增加机翼升力,强化机动性。F22把三代机的独立边条,分三段融入前机身的侧面棱边、进气道前沿、进气道侧面小边条;以大幅度提升飞控设计难度为代价,实现隐身的同时,大大减小了重量、阻力,还极大的强化了机动性。

  此外F22和B2都具备一定程度的隐身电子战能力,但毕竟年代较早;发射功率、使用条件的局限性都较大,和咆哮者EA-18G这样的专业电子战飞机差距巨大;比如针对B2,美国空军近年来的评价,就认为它针对未知防空目标的侦测和干扰能力有所不足——这是B-21项目的重点改进方向。

  F35

  发展到F35时代,战斗机已经可以在保持总体隐身能力的情况下,集成大量原来专业电子战飞机才具备的高精度侦测定位、强力干扰/欺骗等作战功能;在近几年的红旗军演中,F35甚至展示过不依赖反辐射导弹,硬闯防空阵地中枢、近距投掷精确制导炸弹摧毁防空雷达/导弹的可怕能力。主动发射的电磁信号不仅不再是暴露隐身飞机的源头,而且还反过来成为隐身飞机主动强力致盲、欺骗对方目标的有效手段。

  图:微波暗室中的雷达

  任何一个深入了解过隐身技术发展历史的人都必然会发现、也必然理解的规律就是,隐身技术从最初就是探测技术的副产品。探测和隐身、包括通讯/电子战的核心,都是基于对各类信号(以电磁信号为主)的发射/接收和分析处理,是一体多面的关系——没有高精度的探测技术,连可靠、准确的测量试验目标的信号特征都做不到。比如美国对于中长波雷达信号的研究水平提升就是如此:

  体现在探测上,可以使E-2系列的预警机雷达获得非常高精度的火控引导能力,可以直接指引导弹进行防空反导拦截。原本这种八木天线为主的分米波雷达(波长0.1-1米),应该是看得远、但是严重看不清的类型;只能告诉你大概在哪个方向和距离有目标过来了,起到预警的功能,而位置、速度等具体信息是非常模糊且断续不稳定的。

  而体现在隐身上,F35通过新一代涂料,对于长波雷达的隐身效果显著超越了B-2轰炸机。而按照传统的理论,战斗机的尺寸级别,在长波雷达面前反射特征会特别强烈;当尺寸要大到B-2这个级别,吸波隐身才能起到显著效果。这两个突破传统观念结论的性能变化,都是美军近年来的战斗力提升核心因素。

  图:歼10雷达的成熟有着里程碑意义

  中国探测能力的现代化发展,是从70年代末改开后大量引入西方电子产业技术开始的,但真正消化吸收完成研发生产体系和产品规格升级,形成高速发展基础,已经到了2000年之后。不夸张的说,中国五代机的路线竞争具备很大的不确定性和风险性——特别是90年代中俄进行了针对五代机的联合摸底研究,当时国内雷达水平还不如俄罗斯,部分单位受俄罗斯观念影响极大。

  以费得索夫、古特涅夫为代表的俄罗斯航空学术/工业界主流态度对于隐身的敌视及其核心观点,真实原因只要对比下美国隐身发展史中出现过的错误和挫折教训就一目了然:

  图:对非隐身飞机的信号特征研究工作,也是美国隐身技术体系的核心部分

  从90年代以来,俄罗斯被迫接受、承认了隐身技术的存在和优越性、必要性,并一定程度上组织起了相关研究。但包括制造F22等美式隐身机的特征模型进行测试在内的研究中,由于技术水平和工程经验积累的差距,无法在试验中稳定的复现出高水平的隐身效果;无法实现自己的雷达/数据链/电子战等机载设备在工作状态下,其电磁信号是难以被探测和截获的。

  图:苏57体现的核心设计思路混乱、自相矛盾的尖锐程度,是航空史上罕见、甚至可以说绝无仅有的

  对此类现象,俄拒绝解释为自身能力低下,而将其认定为隐身技术的固有缺陷——但这又与美国的隐身战机性能结论冲突。正是基于这样的矛盾,俄罗斯才会在苏57的总体设计和宣传上显得如此精神分裂:一方面苏57大量参考了F22的隐身设计元素,另一方面从基本布局到全机细节处处违背隐身设计原则;一方面高喊美式战机指标虚夸、隐身设计局限巨大、前景黯淡,另一方面宣称苏57隐身性能优越、歼20其实根本不隐身。

  类似的问题在中国也出现过——90年代的一些研究,在时隔十多年国内相关水平突飞猛进以后进行复盘,信号特征的计算结果能差出2-3个数量级,也就是几百倍到几千倍。而最终歼20和苏57截然不同的走向与战斗效能潜力,只能这么说:

  如果实在不知道怎么办,那么相信美国人的结论,总好过相信俄罗斯人的。这不需要什么扯毛淡的智慧或者辩证能力,其实是小学生都懂的取舍——对自己的解题思路内心不太敢确定,去参照别人的作业;一个近年次次考90多分,一个近年次次考5、60分,换做是你,你选择参照谁的?

  图:歼20

  美国隐身能力的每一次进步,都是在和雷达等探测技术的发展中,相互对抗、相互支持,不断磨合而成。没有优秀的探测能力,就没有隐身技术论证、研发的可靠基础。没有完整成熟的隐身型号毫无保留(各种战场场景设定、各种高度/方向/姿态、雷达/数据链/电子战设备的不同模式工作状态等等)的作为陪练,反复进行各种极为深入的高精度信号特征测试,并长期分析积累数据库和优化算法、针对性改进硬件,根本不可能进一步诞生具备可靠反隐身能力的探测技术。

  这也是笔者在几年前反复强调,俄罗斯、捷克等国吹嘘的所谓反隐身雷达毫不可信,目前反隐身能力强大的国家有、且仅有美国。在歼20彻底成熟并积累大量的深度使用经验之前,中国不可能有真正靠谱的反隐身装备和能力的原因所在——这至少还需要好几年、甚至十年的时间。这就是为什么对于叙利亚战场上的结果,笔者毫不意外。(作者署名:候知健)

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