国产四代战机与美军F-22设计侧重之差异!

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导读:F-22战斗机的相关背景研究从1969与70年提出的“美国空军战术力量1985年研究”(TAC-85)文件开始,到1983年确定ATF计划需要怎样的战斗机,至此确定了F-22战斗机的使用环境和任务模式。1991年敲定YF-22中标胜出,这已经是考虑在技术上如何实现前面的要求,而与提出什么样的要求无关。也就是说,F-22的需求是在70年代到80年代早期确认的,因此分析其需求诞生的背景就要明确当时的冷战局势。 在这一个时间段,随着苏联洲际弹道导弹射程的增加,鄂霍次克海和巴伦支海的战略核潜艇堡垒逐步发展完善,机

F-22战斗机的相关背景研究从1969与70年提出的“美国空军战术力量1985年研究”(TAC-85)文件开始,到1983年确定ATF计划需要怎样的战斗机,至此确定了F-22战斗机的使用环境和任务模式。1991年敲定YF-22中标胜出,这已经是考虑在技术上如何实现前面的要求,而与提出什么样的要求无关。也就是说,F-22的需求是在70年代到80年代早期确认的,因此分析其需求诞生的背景就要明确当时的冷战局势。

在这一个时间段,随着苏联洲际弹道导弹射程的增加,鄂霍次克海和巴伦支海的战略核潜艇堡垒逐步发展完善,机动式导弹发射车开始担负战备值班,美苏核均势逐步形成。在这里要强调一点,那就是核武器是当今世界最重要的军事力量,大国之间的军备竞争无不围绕着核军备展开,离开这点就无法理解很多事情的发展原因(古巴导弹危机就是一个经典的例子,忽视美苏核弹头数量差异而只看航母的多少,是无法理解苏军为何撤出伊朗北部的)。美国人要对苏联形成最强的威慑,最有效的就是摧毁苏联二次核反击的能力,也就是摧毁其战略核潜艇洲际导弹发射车。

从技术上来说,天基与空基侦察平台对地面小型机动隐藏目标的发现与识别到现在都是非常困难的事情,可以说基本上不用指望。雷达的识别能力太差,即使是合成孔径雷达也很容易被铁丝网加工的模型迷惑;光学/红外识别能力较强,但是距离要接近到20千米以内,这就导致侦察机非常容易陷入对方防空火力伏击圈中。因此到目前为止,空基侦察力量对陆上目标都是作为战役侦察力量,搞战术侦察和目标指引只对移动目标或者大型固定目标有效。最好的证据就是1999年的科索沃战争,北约空军倾力空袭区区一个南联盟,实际摧毁的坦克装甲车数量还不到自己宣称规模零头的零头,真是让空军将领们情何以堪。

因为空地远程识别的困难,因此要打击这些能藏能跑的洲际导弹发射车就必须动用同时具备侦察识别打击能力的特殊轰炸机,以便在发射机机动时及时发现;再考虑到搜索苏联中亚与西伯利亚地区广袤面积所需要的巨大航程,还有提高敌后作战时自身生存能力的隐身要求,美军70年代确定的B-2轰炸机的技术要求已经浮现。

虽然B-2是为深入敌后猎杀导弹发射车研制的,拥有最优秀的隐身效果,但是这种毫无空战自卫能力的飞机的生存能力还是不令人放心。万一某一架苏军战斗机发现了B-2,那么美国空军就要承受相当于2艘海军主力驱逐舰的经济损失,所以护航力量一定要加强,不能再重现二战对德战略轰炸初期B-17轰炸机单独出击的悲剧。因此1980年4月,F-22研制历程中出现了真正针对空战需求的“战斗飞机技术R-Q 7036(4)63230F”文件,提出要发展1种"air domain"(空域控制)的战斗机,到83年最后确定。说了这么多,就是为了说明F-22的主要设计意图之一就是为深入苏联腹地猎歼洲际导弹发射车的B-2轰炸机护航,因此对其设计取向的分析一定要从这个基点出发,而不能把它理解为F-15等3代机的简单升级。

假定我国4代机在2020年前服役,那么其项目起动大约会在2000年以后,因此要针对这个时间段进行分析。在美国轰炸我大使馆一周年时,决策层经过大讨论再次确认了“当今世界的主题是和平与发展”,认为2020年前是我国的战略机遇期,可以集中精力解决经济和社会问题。在00-05年间,美国人冷战后提出要在30年战略机遇期中解决中东、中亚的计划正在进行,一举拿下了伊拉克和阿富汗;如果他们实现这一目标,那么2020年后就能腾出手来对付其他竞争者。因此从当时的角度判断,空军一定会优先发展一种防空型战斗机,而不是像F-22这样的进攻型战斗机。就算从现在的角度看我们未来的压力也许没有那么大,优先发展防空型战斗机也是正确的,毕竟我们将来可能的对手也没有苏联那么强,不需要B-2加F-22这么强悍的组合,只要发展一种类似小号B-2的中远程隐身轰炸机即可。

航电设备

从航电设备来说,F-22要进入苏联纵深作战,这时根本无法得到己方预警机等信息平台的支援,只能靠己方小机群编队自身的空情掌握能力,所以对机载侦察系统提出了很高的要求 。它一方面靠AN/ALQ-94机载电子侦察系统和AN/APG-77雷达在隐蔽状态下搜集信息,另一方面靠共享多机编队的情报减少自身盲区,同时还能通过卫星数据链与后方保持通讯畅通。这套系统的能力确实非常强悍,当然技术难度和造价也极其夸张。

我国的4代机作为防空型战斗机,由于是在自己控制区内执行任务,可以得到己方地面对空搜索雷达的协助,能够及早得到目标信息;即使是执行战场空优任务,在敌纵深200千米范围内也可以得到预警机的支援,因此对战场信息的掌握比独闯敌营的F-22更好,对电子情报系统也就没有那么高的需求。能跟上美国“宝石台”、“宝石柱”项目的水准当然更好,如果只有阿拉斯加最新版F-15的能力也不是不可以接受。

超巡与机动性

超音速巡航是指发动机不开加力燃烧室时飞机就能以1.5M以上的速度持续飞行,这一要求最早是美国空军针对攻击机项目需求提出的,认为以1.5M速度跨越战区的攻击机会比亚音速攻击机减少近一半的被拦截机会,可以大幅度提高攻击机的生存能力。当然,战斗机实现超音速巡航的好处也是巨大的。

空空导弹的固体火箭发动机只能工作4、5秒,剩下的几十秒时间内都是靠惯性飞行,因此打击目标的距离越远速度就越慢,能做出的机动过载也就越低,拦截效果也就越差。提高导弹发射时的初始速度可以节省导弹自身加速的过程,从而提高同样距离上的速度存量,也就能提高导弹拦截能力。因为空战发生前双方战斗机彼此开始被引导加速的距离不会太远,通常是120千米左右,因此接近到40-60千米的攻击距离前可以用来加速的时间也不会多,大概只有1分半钟,对三代战斗机来说只能从常用的0.7M加速到1.2M。而对于能够超音速巡航的战斗机来说,同样的时间内可以加速到1.8M甚至更高,从而扩大导弹的有效攻击范围,抢先发起攻击。

F-22的任务之一是在苏联境内为B-2护航,对方的战斗机如果保持无线电静默,依靠地面雷达引导接近到60千米距离上才开机搜索锁定F-22,那么无疑将占有先攻优势,靠隐身也不可能将这点彻底抵消。因此F-22具备超巡能力后可以保持本机在较高速度,以抵消由于空情掌握能力上的劣势而造成的被动。

对于F-22来说,超巡还有其他好处。苏联的中亚和西伯利亚地区广袤无垠,白杨导弹发射车队可以脱离作战基地几星期,在巨大的地域内活动,因此B-2轰炸机的搜索地域也十分广阔;再加上B-2必须近距离识别目标,因此作战时必定十分分散,彼此距离遥远。F-22战斗机虽然最初750架的订货是B-2轰炸机132架的5倍,但是它同时还要承担与苏联空军/防空军争夺制空权等任务,能专门用于护航的也不多,不可能对每一架B-2都进行贴身保护,这样双方也难以协同,只能是在一个空域内部署若干架B-2和F-22,轰炸机有危险时由战斗机前来掩护。考虑到前面所说的轰炸机之间距离遥远,因此对战斗机的快速救援能力提出很高挑战,只能亚音速巡航的战斗机是无法同时满足续航时间和救援飞行速度要求的,而可以超音速巡航的战斗机就能控制更大的范围,从而减少对护航战斗机的数量需求,也就能节省军费开支用于其它方面。

F-22的机动性和敏捷性虽然远远超过3代战斗机,但主要依靠的是推力强劲的F-119发动机及其矢量喷管、更优秀的飞行控制软件,在气动设计上并没有投入太大精力。当年的YF-23也是一个侧证,作为竞争者,它对机动性的倾向更少,对超巡的偏向更多;我相信这不是一种巧合,而是进攻型战斗机在这种作战环境下的必然需求。

防空型战斗机有己方整个国土防空系统的支援,能够依赖地面雷达、预警机、地面引导站来获取空情信息,掌握空战中的位置优势,提前加速以扩大导弹有效攻击范围,所以不需要超巡能力来弥补空情掌握上的缺陷。在拦截过程中,防空战斗机可能在接近到60-80千米雷达开机时才被对方战斗机发现,此时双方高速接近,在60秒左右就会接近到格斗距离,80-100秒就会交错。虽然看上去时间不少,但这段时间内双方最多只来得及进行2-3次攻击就要各自闪躲对方发射的空空导弹;如果其中一方不愿意进入格斗,那么在发射过一轮导弹后就会掉头躲闪。

在这种态势下,能够更快进行180度掉头甩掉对方来袭导弹,并在这期间保持速度与高度(也就是能量)的一方将在下一轮导弹对射中占据优势,从而逐步赢得空战的主动。那么靠什么甩掉导弹重新占领攻击位置呢,就是飞机的机动性和敏捷性,更高的持续盘旋角速度、更高的角点速度(持续盘旋最快的飞行速度)、更快的飞行状态转换,这些都有利于飞机赢得主动。也就是说,防空型战斗机可以牺牲超巡性能来换取更高的机动性能,这对其执行防空拦截任务整体上更加有利。

空中攻击机群的编队往往是反辐射飞机最前,战斗机组成的护航编队在攻击机群前方及两侧保护,其任务就是阻止对方飞机接近己方攻击机群;要做到这一点,就必须在己方拦截线外将敌机击落,否则敌机一旦突破拦截线,尾追攻击时的有效攻击范围就会大大缩减,对方战斗机很可能给自己的攻击机群造成巨大损失。进攻型战斗机虽然也需要空战机动性,但缠斗空战并不能起到开辟空袭通道、阻止对方拦截机群威胁己方攻击机群的目的,因此宁可向超巡性能妥协。

当然,防空型战斗机在执行拦截对方空袭兵器任务时,对于高速飞行性能也是很需要的,但这时候对航程的要求没有那么高,开加力加速也可以接受,因此可以向机动性能妥协一点。超巡和机动这两者并不是绝对的只选择一个,而是哪一个优先。

隐身的不同需求

冷战中军事威慑的根本是核武器,苏联红军同样明白这个道理,因此他们战时对机动导弹发射车的保护必定是不遗余力;当然,要严密监视如此广袤的地区需要投入巨大的资源,苏联人也一时无法完成整个防空体系的建设。为了在危险的苏联腹地猎歼导弹发射车,B-2轰炸机不惜代价的发展了隐身技术,以求避免被对方防空雷达发现,从而提高对目标进行近距离识别与打击效果评估时的生存能力。因为B-2的不具备自卫空战能力,且机动能力很弱,因此它必须避免被发现,而不能说发现后无法锁定之类的,这会干扰其寻找导弹发射车的努力。既然F-22要与B-2在同一空域协同作战,那么自然在隐身上也要采用同一思路,以不被对方在中远距离上发现为准。否则F-22一暴露,对方就会全面提高防空警戒等级,导弹发射车队也会停车隐蔽,B-2的工作也就干不成了。

F-22选择让对方无法发现,在正面战场的空战中就可以抢先占领攻击位置抢先攻击,配合其超巡能力可以发挥出极大的威力,在空情保障相同的情况下能够稳稳的占据主动。但是这样做势必需要对飞机进行精心设计和加工,研制所需的时间和造价都会很高。

作为防空型战斗机,苏俄战斗机有另外一种隐身设计的思路。米格1.42战斗机选择的是控制自身雷达反射截面积(RCS)到1平米以下,配合电子战达到降低对方雷达信噪比,使其无法在远距离发现/锁定自己的目的。当然这样做对方也会发现米格1.42,但是作为防空战斗机,米格1.42并不担心自己被发现,只要对方无法锁定攻击自己就可以。当接近到双方互射中距弹攻击的时候,米格1.42开启等离子隐身设备,通过瞬间改变自身的RCS大小与反射特性使对方空空导弹制导雷达脱锁。前面说过,双方对攻的过程中只来得及进行2、3轮攻击,因此米格1.42的等离子设备只要能工作几秒钟,战斗机就可以趁机取得空战的主动。当双方接近到20千米以内格斗空战的距离时,雷达隐身的效果已经难以干扰双方的雷达;如果使用毫米波雷达制导的空空导弹,那么在15-20千米距离以内时也已经可以对抗大气衰减而发挥作用,也能够打破现有的隐身技术。

这种隐身思路简单易行,只要等离子设备研制成功,即使己方在外形隐身技术上较弱,也能有效对抗对方的隐身战斗机。使用这种思路,4代机还可能不采用内部弹舱,这样就能大大降低实现超巡的难度,有利于提高飞机重量,从而提高机动性。不过这毕竟还是不如F-22的思路适应性更广,只能是落后国家的无奈选择,我国更可能将这两者结合起来运用。

总之,我认为我国下一代战斗机将是一种国土防空型战斗机,其性能取向依次为超机动-隐身-超巡-空情掌握(即航电设备),设计目的是在国土防空条件下有效对抗F-22,在进攻中压倒F-35和F-15新改型,具体设计方案相信不会跳出宋总师论文中的框架。

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