空中幽靈

謝高權

隱身飛機并非是指在肉眼視距內看不到的飛機，而是指利用各種技術減弱各種雷達反射波、紅外輻射等特征信息，使敵方探測系統不易發現的飛機。

隱身飛機的發展歷程? ??

隱身飛機的發展大致經歷了仿生隱身、高空高速隱身和低探測技術隱身三個階段。在前兩個階段，隱身飛機主要以偵察機的形式出現，用于深入敵境偵察敵情。隨著低探測技術和衛星偵察技術的發展，隱身飛機逐漸拓展到戰斗機、轟炸機等領域。

仿生隱身飛機主要以“鴿”式飛機為代表。一戰期間，德國“蘭普勒-鴿子”式偵察機依照仿生學原理，將飛機設計成巨大的鴿子形狀，同時采用特殊的飛機蒙皮材料，機翼在陽光下非常透薄。當飛機在高度400米左右的空中飛行時，從地面看上去就像沒有機翼一樣。“鴿”式飛機沒有安裝武器裝備，主要用于偵察敵方軍情。

高空高速隱身飛機主要以U-2和SR-71飛機為代表。二戰結束后，隨著冷戰的開始，美國迫切需要獲取蘇聯重點國防建設方面的情報。在傳統情報收集手段不能滿足需求的情況下，美國在20世紀50—60年代分別研制了U-2和SR-71偵察機，這些飛機均在不同程度上使用了隱身技術，尤其是它們的飛行高度讓一些雷達、飛機和導彈難以企及。其中SR-71（黑鳥）偵察機的飛行高度達到3萬米，最大飛行速度達3.5馬赫，比現有絕大多數戰斗機和防空導彈飛得都高、都快。正是借助高空高速的特性，使對方雷達看不到、飛機追不上、導彈打不著。SR-71曾經肆無忌憚地深入蘇聯、中國、古巴、朝鮮和越南等國家上空實施偵察。

F-117A開啟低探測技術隱身飛機的先河。在越南戰爭中，美國軍方認識到，采用隱身技術是提高飛機在高危險地區生存能力的主要途徑。于是，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）在1973年提出了一項代號為“海弗蘭”的研究計劃，標志著隱身技術實用化的開始。在之前技術積累的基礎上，“臭鼬”工廠于1981年下線量產F-117A隱身戰機并進行首飛。為了達到隱身的目的，F-117A隱身戰機采用了獨特的多面體外形、鋸齒狀的機體結構、高展弦比的機翼、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，以減小雷達散射截面，同時不配備火控雷達，以降低電磁波發散。

與此同時，由于B-1B轟炸機不具備隱身性能，突防概率低，難以有效應對蘇聯SS-24、SS-25彈道導彈的機動發射，美軍于 1981年開始了B-2A隱身轟炸機的研制工作。經歷10多年的努力，B-2A轟炸機最終于1988年實現首飛，并于1993年列裝美國空軍。

F-117A隱身戰機服役后，多次執行作戰任務，先后參加了1989年入侵巴拿馬的軍事行動、1991年針對伊拉克的“沙漠風暴”行動、1999年空襲南聯盟和2003年的“伊拉克自由”行動等。F-117A隱身戰機在戰爭中的出色表現，引起世界各國的高度重視，并紛紛投入到隱身戰機研制的行列。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隱身戰機太過關注隱身性能，犧牲了其他性能，飛行速度和機動性都無法滿足現代戰爭的需要，再加之反隱身技術愈加成熟，F-117A面臨的威脅日益增加。為了掌握空中優勢的主動權，美國加大了對隱身飛機的研發力度，先后推出了F-22和F-35兩款隱身戰機，取代了服役不到25年的F-117A隱身戰機。其中，F-22隱身戰機被公認為世界上最先進的飛機，不僅具備超機動、超音速巡航和超視距空戰等性能，而且還具備超強的隱身性。F-22隱身戰機采用新式隱身設計，使得雷達波散射中心和紅外輻射中心改變，雷達散射截面僅為0.0065平方米，使用了先進的紅外隱身技術，通過噴流冷卻矩形噴口，垂尾、平尾、尾撐向后延伸，可遮蔽發動機噴口的紅外線輻射;蒙皮采用紅外抑制涂料，有效降低了超音速巡航時產生的輻射。F-22隱身戰機由于造價過于昂貴、維修保養成本高，即使是財大氣粗的美軍也難以“消費”，在生產了187架后被迫停產。

隱身飛機的技術原理

錢學森曾指出：“隱身技術的出現，與當年的原子彈具有類似的意義。”隱身技術是現代軍事技術發展的一次重大革命，在戰斗機上的應用將徹底改變現代空戰的性質。隱身是針對傳感器而言的，主要分為雷達、紅外和射頻三種隱身方式。

雷達隱身? ?雷達的工作原理，是通過發射電磁波，并接收和處理反射回來的電磁波，從而形成物體圖像。雷達已成為信息化作戰條件下發現空中目標的主要手段。因此，飛機要隱身，首先要躲避雷達的探測與追蹤。

傳統三代戰機的雷達散射截面一般在10平方米左右，如F-15、蘇-27等。隨著隱身技術的發展，出現了F-117A和B-2隱身飛機，其雷達散射截面水平達到了0.1平方米量級，但也犧牲了部分飛行性能。同時，利用隱身技術改進的三代戰機也達到了1平方米左右的量級，如F-16改進型。F-22隱身戰機則在保持高水平飛行性能的基礎上大幅提升了隱身性能，其雷達散射截面水平達到了0.01平方米的量級。

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

減小飛機雷達散射截面的主要手段有三個方面：一是氣動布局，二是吸波結構設計，三是吸波材料。飛機通過氣動布局、結構設計和表面吸波涂層，將雷達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接收天線的能量，使雷達接收的信號能量不夠，達不到相應的信噪比要求，分辨不出目標，從而使飛機達到隱身效果。

氣動布局設計的目的除飛行性能外，主要是使入射的雷達波反射回去的方向是其他方向，而不是照射雷達的方向，使照射雷達收不到散射回來的電磁波，難以對目標進行測量。氣動布局設計對飛機雷達隱身的貢獻率一般大于85%。典型的外形設計有飛翼式結構、翼面前緣平行設計、機頭棱邊設計等。F-22隱身戰機在氣動布局上主要通過大量的平行設計使回波波峰集中到少數幾個非重要方向上。

吸波結構設計的目的是使入射的雷達波被吸收或衰減掉。典型的吸波結構設計有內埋式彈倉、背負式進氣道、S形進氣道等。

吸波材料的作用是將入射的雷達波能量衰減吸收掉，減少反射的雷達波能量。理論和實踐證明，吸波材料的涂層厚度與入射波的1/4波長相當時，其吸收效果最好。對于X波段的雷達，雷達波涂層的厚度在7.5毫米左右。因此，對于一架飛機而言，雷達吸波涂層的重量可達幾百千克，若考慮到對長波雷達的吸波效果，則涂層就會更厚。

紅外隱身? ?飛機的紅外輻射是一種有源目標特征，敵方可利用被動傳感器進行探測。飛機的紅外輻射主要來源于飛機的蒙皮熱輻射、發動機尾噴管熱輻射、發動機排出的尾焰輻射，以及飛機對環境輻射的反射。

要降低飛機的紅外輻射，通常是通過飛機的結構設計來減少輻射強度或被探測的概率。如采用遮擋設計以減少發動機紅外輻射被側面探測的概率，同時還可以采用翼面蒙皮下敷設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。據報道，F-22隱身戰機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間內大幅降低飛機發動機的紅外輻射，從而使導彈的紅外導引頭失鎖。

射頻隱身? ?射頻隱身是指通過對電子裝備射頻有源信號進行特征控制，有效避免被敵方無源電子偵察裝備截獲、分選識別和定位。要實現射頻隱身，可通過輻射源功率控制技術，使輻射信號始終保持在截獲接收機門限值以下;也可通過定向天線技術，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;或通過低截獲波形技術，減小敵方無源探測設備的截獲距離，降低精度;還可以通過輻射源信號最大不確定性技術，提高信號的抗分選、識別能力，利用頻率特征的不確定性變化來實現信號的射頻隱身。因此，射頻隱身并不是單一技術或者單一機載設備的問題，而是多種設備和多項技術的集合運用。

隱身飛機的發展趨勢

技術是能力的支撐。隨著隱身技術的不斷發展，隱身飛機將在現有技術的基礎上優化升級，并采用新型氣動結構和新型材料，向寬頻譜全向隱身發展。

優化升級現有技術? ?現有技術的優化升級包括采用背負式進氣道、取消垂尾、提升雷達罩隱身性能、座艙鍍膜優化、提升加工精度等技術措施。這些技術措施的采用估計可以將飛機隱身性能提升一個數量級左右。提升加工精度對保證飛機隱身性能的貢獻不可小覷，飛機表面的加工缺陷可以導致飛機整體的隱身性能下降1～2個數量級。F-117A隱身戰機在隱身測試中就因為一個螺釘沒有擰緊而導致隱身性能大幅下降。現代隱身飛機從外形上看，不再是一件粗糙的武器，而是一件精美的工藝品。

設計新型氣動結構? ?隱身和氣動結構之間存在一定矛盾。有專家認為，F-22隱身飛機將隱身與氣動結構的結合已經做到了極致，后續發展將很難超越。這種認識在當前看來有其合理性，但隨著技術的發展，在隱身與氣動結構的結合上還將找到新的平衡點。英國BAE公司最新研制的新型MAGMA無人機，在設計上突破了傳統思維，取消了飛機的襟翼和副翼，也沒有任何控制面，取而代之的是氣流噴射控制系統，同時解決了機械結構復雜性和隱身問題。

研發和采用新型材料? ?新型材料的運用可以對入射的電磁波進行人為控制，從而實現更高層次的主動隱身。這樣的新型材料包括對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，并將電磁能量轉換成其他形式的能量消耗掉，或者能夠調制電磁波使其發生干涉從而相互抵消，最終達到大幅減小飛行器的雷達散射截面的目的。透波材料可以通過調整介質的電磁參數，控制電磁波的傳輸方向，從而形成從外部看來“不可見”的空間，既沒有散射波的產生，也沒有由于吸收而導致的電磁波“陰影”，從而實現完美隱身。

隱身飛機是軍用航空技術發展的產物，是空戰戰術與防空戰術、隱身技術與探測技術長期對抗產生的必然結果。從本質上來說，它只是一種先進技術，而不是解決飛機性能和取得勝利的萬能鑰匙，所以，對隱身技術和隱身飛機不能產生迷信，也不應該迷信。