F22,F35为什么难以战胜?谈谈它们的技术优势

山石1 收藏 5 3345
导读:猛禽群飞---成熟隐身战术飞机的实质威胁 F117夜鹰的经验让美国人明白了,隐身技术是杀手锏。但是仅仅具备隐身功能,并不能将这个杀手级别的性能发挥到极致。随着人类航空事业逐渐壮大和航空工程技术的不断进步,更重要的是伴随着种种涉及隐身作战飞机战斗力实现的基础理论慢慢成熟,真正的隐身威胁开始显露。这一次绝不是像夜鹰那样略带瑕疵,而是美国航空产业发展壮大和工业技术基础深厚积淀的蓬勃爆发! 美国在1971年开始的一项名为“先进战术战斗机”的航空预研计划,成就了目前最强大最先进也是最

猛禽群飞---成熟隐身战术飞机的实质威胁

F117夜鹰的经验让美国人明白了,隐身技术是杀手锏。但是仅仅具备隐身功能,并不能将这个杀手级别的性能发挥到极致。随着人类航空事业逐渐壮大和航空工程技术的不断进步,更重要的是伴随着种种涉及隐身作战飞机战斗力实现的基础理论慢慢成熟,真正的隐身威胁开始显露。这一次绝不是像夜鹰那样略带瑕疵,而是美国航空产业发展壮大和工业技术基础深厚积淀的蓬勃爆发!

美国在1971年开始的一项名为“先进战术战斗机”的航空预研计划,成就了目前最强大最先进也是最具威胁的重型战斗机型号---F22。对F22和F35的实质威胁的探讨是本文最主要的内容。笔者同样从公开媒体上找来基本的资料作为参考:

F22“猛禽”是由美国洛克希德?马丁、波音和通用动力公司联合设计的新一代重型隐形战斗机。也是目前专家们所指的“第四代战斗机”(此为西方标准,若按俄罗斯标准则为第五代)。它将成为21世纪的主战机种。主要任务为取得和保持战区制空权,将是F15的后继型号。它是美国于21世纪初期的主力重型战斗机,它是目前最昂贵的战斗机。它配备了探测范围极远的有源相控阵雷达,AIM-9X(响尾蛇)近程格斗空对空导弹、AIM-120系列(AMRAAM)中程空对空导弹、推重比超过10的涡扇引擎、先进整合航电与人机接口等。在设计上具备超音速巡航(不需要使用后燃器维持)、超视距作战、高机动性、对雷达与红外线隐身性(隐身)等特性。据估计其作战能力为现役F-15的2到4倍。将会在较长的一段时间里成为世界重型战斗机的霸主。研发F-22的的技术也同时应用到了下一代F-35上。

F35“闪电2”是美国波音公司和洛克希德?马丁公司研制的多用途战术攻击战斗机,将取美军现役的所有战斗机,与F-22战斗机一起,构成美国新一代战斗机的轻重搭配。共有三种型号:一种可以从海军的航空母舰上起飞的航母型(CV);另一种是为空军设计的,可以在陆地机场上起降的常规(CTOL);第三种是为海军陆战队设计的,用于快速飞临热点地区的垂直起飞/短距降落型(STOVL)。三种飞机用相同的引擎、相同的导航设备,所有的零部件有60~80%是相同的。按计划,三种型号的战斗机大约生产5000架。美国空军将购买1783架,海军陆战队将购买609架,海军将购买408架,已经在这一项目上投资了2亿美元的英国皇家海军也将购买150架。单机价格约3000万美元标准。美国国防部于1996年开始JSF项目招标,最后决定由波音公司和洛克希德?马丁公司各自研制2架验证机,编号分别为X-32和X-35。2000年9月18日,波音公司的X-32A验证机开始试飞,该机采用无尾三角翼翼身融合体、V形尾翼、腹部进气的气动布局。2000年10月24日,洛克希德?马丁公司的X-35A验证机也进行了试飞,该机采用倾斜双垂尾常规气动布局。X-32和X-35均采用了隐身技术,推重比为10一级的发动机、推力矢量控制技术、综合航空电子系统、有源相控阵雷达和机内武器舱。2001年,美国国防部将从它们中选定一种进入工程制造发展阶段。按要求,JSF空重10.2~11.1吨,外挂载荷5.8~7.8吨,最大平飞速度1.4马赫,作战半径1300~1575公里。

通常人们将隐身战斗机划时代的性能特点归结为以下四点:隐身,超音速巡航,一体化的航空电子系统和超常规机动性。但是这几点在性能设计上不同于以往任何战斗机的特征并没有直接体现出隐身战斗机究竟是如何将这四个特点形成实质性作战优势的,而且在讨论隐身作战飞机尤其是美国的隐身作战飞机的资料中,总是充斥着大量让人眼花缭乱的理念与名词。这让我们难以清晰而重点的把握隐身作战飞机实质优势的认识。

笔者经过自己的思考后,把隐身战斗机共同的实质作战优势归结为以下公式:

隐身战斗机实质优势=看不到的频谱优势+全面的信息优势+强大的火力优势

下面笔者将会分别进行探讨和分析。

1.看不到的频谱优势=隐身与气动兼顾+先进多功能射频管理

成熟的隐身战斗机已经摆脱了夜鹰时代只能通过多面体近似的方式进行隐身和气动设计。现代先进军用处理器构成的巨型军用计算机在多年研究已经开花结果的隐身气动综合算法软件控制下能够构架起隐身与气动兼顾的隐身飞行器设计平台。 F/A-22隐身设计的特点非常明显。最主要的是通过大量的平行设计使回波波峰集中到少数几个非重要方向上。其迎头RCS在0.06平方米左右,侧向RCS在2平方米左右,比起rcs动辄十几甚至几十平方米的常规战斗机简直是犹如幽灵一般。不仅如此,在具备极其优秀的隐身性能的前提下,猛禽在气动方面达到了当今战斗机设计的巅峰,跨时代的超音速巡航和非常规机动使得猛禽如虎添翼。闪电2的隐身气动设计也别具特色,与猛禽相比,闪电2在隐身方面一样出色,但是在机动性方面似乎没有很多的噱头。这是由两者的任务特性决定的,猛禽作为一款重型空优隐身战斗机其主要作战任务是在充满杀机的空域为己方空中作战力量撑起制空权的保护伞,自然需要与争夺制空权相应的强悍的高速机动性能和灵巧的中低速机动性能。闪电2在美国空中战术体系的位置是执行多用途任务,其主要是在猛禽支撑起的制空权保护下遂行各种对地攻击或者辅助空优任务,在机动性方面不需要顶尖的性能或者非常规特性。即便如此,拥有先进气动外形的闪电2在人类航空史上最优秀的大推力涡扇发动机驱动下,其机动性依然属于高端层次。

当然,隐身战斗机不是对所有的雷达频段都有效果,实际上隐身战斗机的隐身外形设计都是对于现有火控雷达所工作的分米波段进行隐身设计的结果。换言之,采用米波或者毫米波都是可以在足够的接战距离上发现并跟踪隐身战斗机的。另外,隐身战斗机的隐身效果在迎头方向最为明显,侧向或者俯视探测也可以对隐身机获得不错的接战距离。目前公开媒体可以搜集到的基本所有反隐身措施也都是出于隐身战斗机这两个基本的“缺陷”。

比如,对隐身机采用米波或者毫米波反隐身雷达进行探测,发现目标后开始接战,从而破除隐身神话。实际上,这样的作战形式在目前的技术条件下只是一厢情愿。绝大部分火控雷达采取厘米波波段不是空穴来风,而是有着基本的物理信号特性作为依据,采取米波或者毫米波作为反隐身雷达工作波段有其固有的基本缺陷。雷达工程设计上通常会选取分辨率先天较好,大气衰耗相对较小的厘米波。做一个通俗而不严谨的比喻,雷达波的波长与分辨率成反比,就像尺子上的刻度,厘米波对应的刻度是1厘米,米波对应的刻度是1米,我想不用笔者做过多解释大家就已经能看出这两种尺子在测量物体几何尺寸的精度的差异。另外,雷达的天线要想实现较高的效率信号的发射与接收,其几何尺寸必须与雷达工作波长在一个数量级上,也就是说,米波雷达的外形尺寸要用米这个单位来衡量。显然,目前来说没有任何一型战斗机能安装如此巨大的火控雷达,更别说空空导弹了。米波雷达在目前大多数情况还是作为远距离的警戒或者搜索雷达,其分辨率,扫描频率等参数都不符合火控雷达的要求。火控雷达是实现导弹接战的首要保证,没有精度良好,目标数据更新较快的火控雷达也就没有导弹武器精准有效的火力打击。也许有人会问,那毫米波呢?笔者的回答是,毫米波作为火控雷达的分辨率是足够的,事实上有些近距离的火控雷达就工作在毫米波段。但是毫米波又在大气衰耗方面有着天然缺陷。换言之,毫米波还未传播很远就已经衰减的比较弱了,这会很大的降低雷达接收机的信噪比。也就是说,想要达到同样的探测距离,毫米波雷达要付出比厘米波雷达更大的发射功率。事实上,目前制约雷达尤其是火控雷达探测距离进一步增加的就是雷达发射机的发射功率。即便通过时间与精力的投入,研制出反隐身毫米波火控雷达,在工作距离方面也与猛禽有着较大差距,只能起到一定程度缓解隐身飞机严重威胁的作用,无法真正实现反隐身目的。当然,雷达工作波段与隐身机优化设计是一门极为复杂高深的学科,笔者上述的探讨极为浅显。但是仅通过如此浅显的角度就已然能够发现,猛禽所谓的“罩门”也许并非美国人不得不留下的漏洞,而是根本没有必要去实现所谓的“全频域隐身”,单单在大部分火控雷达工作波段达到低可探测性就已经对战场局势产生不可逆转的影响。

在执行空优任务时,迎头RCS极小的猛禽能够显示出极强的非对称优势。由于现有的机载火控雷达和地面传感器对猛禽的接战距离大致不会超过30公里(这还是没有考虑猛禽对敌方雷达实施主动烧穿的情况下,如果考虑到APG77雷达的主动干扰能力此距离还会大幅度减少),即便是敌方已经对隐身战斗进入战斗做好了充分准备和反隐身预案,敌方又能通过什么方式得知猛禽已经进入战斗区域从而开始实施所谓的反隐身方案呢?比如反隐身方案是针对猛禽侧向RCS较大的缺点进行考虑的,那么现在就连猛禽是否进入战斗区域都不知道,又如何实现绕到猛禽侧面对其进行打击的目的?即便,假设敌方已经装备了毫米波反隐身火控雷达,但是由于在工作距离上先天不足,在发现猛禽的同时其实已经被猛禽发现,在战术机动企图已经暴露在猛禽面前的基础上,又何谈战术机动成功达成?何况,猛禽在研制之初就已经确定了安装侧视相控阵天线的计划。如果猛禽经过此阶段的改进计划,就已经进化为一款能够前半球无盲区感知的战斗机,为的就是在预警机的引导下,通过自身强大的战场感知能力,打破敌方利用猛禽自身缺陷进行偷袭的战术企图。后来此项计划搁浅,原因是:需求不足。因为美国在逐步的作战试验中发现,猛禽现有的先进相控阵雷达已经能够保证自身安全和强大攻击能力。

如果说猛禽隐身与气动双顾双全的外形设计能够使其在敌方严密的防空阵地与空优力量的围堵中,依然能够游刃有余地成功夺取制空权。那么四代成熟隐身战斗机在射频管理上的巨大优势,足以让敌方在看不见的电波交锋中毫无还手之力。

通常有人在探讨第四代隐身战斗机的时候经常把先进有源相控阵雷达,座舱显示设备和一体化航空电子系统放在一起。实际上,这体现出一种对于电子科学与信号处理科学的混淆,虽然它们听上去都和电子有关系而且在人们传统观念中,似乎这些东西就是一起的。实际上,雷达系统,雷达告警系统,通信系统和电子对系统是信号以及信号处理理论的研究成果,虽说它们都涵盖在航空电子系统的范围内。

而探讨航空电子系统架构,数据总线和高速处理器通常都是在电子或者微电子领域。也许读者会感觉这里有些难以理解,我会说,这是正常的---实际上,由于信息以及电子相关学科的相互渗透和交叉,很多在大学学习信号处理或者电子信息技术四年甚至更长时间的学生对自己的专业的认识也都存在某种程度的模糊。笔者尝试用一句话将这两个专业领域的区别说清楚,那就是:信号与信号处理科学探讨的是如何把电磁信号变成我们想要的样子---就是信号处理算法,电子科学探讨的是如何将信号处理算法用实际的电路实现。虽然我们通常说“电子对抗”但实际上,进行对抗的不是电子设备而是信号。如果读者还没有完全搞清楚,没有关系,随着下文的继续探讨也许您就会有更深的理解。

猛禽装备了APG-77有源相控阵雷达和ALR-94雷达告警接收机。闪电2装备了AN/APG-81和多功能综合射频系统/电子战系统。上述两型有源相控阵雷达除了传统雷达的功能外,都还能用于情报侦察、电子干扰和通信。通常,有人认为隐身飞机要想实现真正的隐身,就必须将雷达和通信设备全部关闭或者不能使其发射电磁信号,达到“无线电”静默,从而得出隐身机并不可怕的结论。因为如果隐身战斗机想要攻击敌机就必须打开雷达,或者必须依赖别机的传感器,而这时候被攻击的敌机就会感知到自己被照射从而规避或者反击。如果隐身飞机不能自由使用自己的雷达,那隐身机的作战效能显然不像宣传手册上那样可怕。这个理论在夜鹰时代是成立的,事实上,夜鹰为了实现低可探测性避免了使用有源传感器。但是夜鹰不是猛禽,夜鹰的瑕疵并没有遗传给后代。目前流行的采用无源反隐身雷达对隐身机进行探测定位然后进行打击的战术恐怕也不会产生什么较大的效果。

实际上,“猛禽之眼”APG-77与“闪电怒目”AN/APG-81都已经不是简简单单的机载火控雷达,而是多功能射频管理系统。如果将此二者的工作特点加以概括,那就是:

多功能射频管理系统= 以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性+灵敏的威胁告警+主动电子对抗+多功能射频集成

正如上文所述:打算通过截获隐身战斗机雷达信号,然后进行定位、打击的作战方式只是看起来可行,实际上,在看不见的空间中电磁信号的交锋才是真正的惊心动魄并且通常都在瞬间决出胜负。隐身战斗机的隐身不仅仅是外形的隐身,还有在电磁信号方面的低可截获特性。由于“猛禽之眼”APG-77在空优作战中更具代表性,下文主要以此为论述对象。

代号APG77由美国诺斯罗普格鲁曼公司电子传感器与系统分部研制的F22雷达是三两千个T/R模块构成的有源电扫阵(AESA)雷达.正是这一技术使F-22的性能有超群的能力,也正是AESA技术实现了雷达功能与电子情报收集、ECM干扰、监视和通信等功能的综合,也正因为AESA技术能如此集中地赋予一架隐身飞机众多的射频功能,才使从前认为隐身飞机若辐射电子信号会暴露自己位置的陈固观念重新刷新。APG77实现低可截获特性的主要手段包括猝发脉冲工作模式,跳频和扩频。

现代雷达系统都采用数字电路设计,便于应用数字信号处理,数字波束合成,编码解码等等现代雷达技术。基本所有的数字电路都需要在一个共同的时钟控制下运行。比如,在进行二进制数字通信时,接收端已知发送端只会发送“0”和“1”两种符号。但是在信号传播途中会叠加进各种形式的电磁噪声,接收端通常会采取一种叫做“门限判决”的形式对接收到的信号进行解调(可以理解为“解读”)。门限判决的原理很简单,就是在时钟的控制下,接收端用固定频率对接收信号进行抽样(可以理解为每隔固定时间就检测一次接收电路的电压值),若接收信号电压大于某个设定好的门限值,接收端就判决为“1”,若接收信号的电压值小于这个门限值就判决为“0”。大家可以看出,除了这个门限值很重要之外,发送端发送二进制信号的频率与接收端抽样接收信号的频率一定要同步。一旦“失步”(可以理解为同步被破坏),接收端就无法按照发送端发送信号的对应频率进行抽样。做一个浅显的比喻,当阅兵的时候,士兵们的步伐不能达到整齐的状态,阅兵方阵就很有可能会走乱。正是基于破坏敌方对于APG77信号截获同步的考虑,APG77采用猝发脉冲工作状态,其工作时每个脉冲发射的时间间隔不固定,也就是说脉冲的发射并不像其他雷达信号一样是周期的。这就对敌方截获APG77信号造成了很大麻烦。并且,APG77在工作时,也并不采用周期性的脉冲。换言之,其工作波形处于不断变化的模式。发射时间不固定,发射脉冲不固定,再结合下文将要探讨的频率捷变(工作频率不固定),也就是说APG77的信号各个参数都处于快速变化的状态。敌方告警接收机或者无源雷达即便截获了APG77的几个波形,也无法将这些频率,波形,时间上都不相同的信号识别为一个雷达发出的!这样来说,所谓的无源雷达别说定位隐身战斗机的辐射信号,恐怕就连正确的识别都很难达到!

如果进一步说,猝发脉冲是将截获到APG77信号的敌方无源雷达迷惑搞晕,那么APG77所采取的扩频和跳频技术就根本没有给敌方无源传感器被搞晕的机会!----因为敌方传感器根本就无法探测到APG77的信号!

其实,广义上的扩频技术是包括跳频的,但是为了能够清晰的让读者认识二者的区别,笔者将其分别阐述。跳频是一种利用载波跳变实现频谱展宽的扩频技术。广泛应用于抗干扰的通信和雷达系统中。其方法是把一个宽频段分成若干个频率间隔(称为频道,或频隙),由一个伪随机序列控制发射机在某一特定的驻留时间所发送信号的载波频率。从字面角度理解就是信号的频率不是固定的,而是按照一定的规定跳来跳去的。如果雷达发射机和接收机能够按照同样的规律调整发射和接收频率,就可以实现频率捷变。再做一个浅显的比喻,如果您和您的朋友各自有一台收音机,如果您和您的朋友按照商量好的方式调台,那您和您的朋友一定可以一直收听到相同电台的节目。虽然看似很麻烦,但是跳频技术让截获雷达信号的难度上升了相当的高度。在没有采用跳频技术时,打算截获一台雷达的信号只需要在一定的频率内进行搜索,如果在某个频点发现了较强电磁辐射,就可以认定已经截获了这个雷达的信号,再通过两个不同方向的截获信号的分析,就可以给此雷达的大致位置。但是打算截获采取跳频技术的雷达就绝对不那么简单了,频率捷变雷达的频率时刻出于跳变之中,即便在一定频点上能截获到一星半点的信号,也会由于雷达频率捷变立刻失去对其频率的跟踪,除非截获方能够一定程度的掌握频率捷变雷达跳频的规定从而进行稳定跟踪。在没有掌握敌方雷达频率捷变规律的情况下,只能采取大范围频段搜索的手段去“碰运气”。也就是说,现有条件下,企图对APG77进行稳定跟踪基本上不现实,所谓的“无源反隐身雷达”最多能够截获APG77一定的电磁辐射在运气良好的情况下也许能够对猛禽实施粗略定位。但是这种定位既不稳定也没有足够的精度。

再退一万步说,如果对猛禽通过长时间跟踪,获得了大量APG77电磁辐射信号,从而进行了大量数学分析掌握了其频率捷变规律呢?是否可以说是达到反隐身要求了呢?答案依然是否定的。APG77不仅仅采取了频率捷变技术,而且划时代的采取了“伪随机码扩频”信号处理技术。扩频技术是一种信息处理传输技术。扩频技术是利用同域传输数据(信息)无关的码对被传输信号扩展频谱,使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。由于课本上对于扩频原理采取的是“相乘扩频码扩频再相乘扩频码解扩”的介绍涉及过多数字信号处理方面的专业知识,笔者采用一种浅显但是不是很严谨的方式向读者们解释一下,如果说跳频技术是通过让雷达信号的频率跳变而减少被截获概率的话,扩频就是让雷达信号在同时出现在多个频点!如果我们把起伏的电磁背景噪声的频域比喻成一个湖泊波光粼粼的水面,雷达辐射脉冲比喻成露出水面的石头。猝发脉冲技术就是让石头露出水面的时间符合某种随机性,没有任何节奏感,让无源雷达无法有效的截获;脉冲变换技术就是让每次露出水面的石头都不一样,让无源雷达无法有效识别;频率捷变技术就是让每次石头露出水面的位置都不同,迫使敌方必须同时监视整个湖面并且无法进行跟踪;而扩频技术的划时代意义就在于石头根本就不露出水面!读者也许会惊讶,雷达发射机的信号完全掩盖在噪声之下,那雷达接收机又如何有效的接收自身雷达发出的信号?让笔者再次用一个生活上的比喻进行说明。扩频技术其实是把信号进行分解,信号被分解后就形成了成百上千的小信号(现代扩频系统的扩频系数可以达到上千!),而发射机就把每个小信号分配到一个频点上,不同的小信号被分配到不同的频点上---就像把成百上千个萝卜埋在农田里---然后同时向一个方向发射出去。由于每个小信号的功率极小,每个小信号都会被掩盖在背景电磁噪声之下(就像海洋的背景噪声可以掩盖潜艇的噪声一样,不过这个例子讲的是是声波,雷达是电磁波),在这些小信号碰到目标后就会形成回波,同时被反射回接收机。对于接收机来讲,它看到的只是一望无垠的农田(因为萝卜都被埋在农田下面),但是发射机埋萝卜的精确位置(也就是每个小信号的具体频点)告知接收机,接收机就按照发射机的地图---“按图索萝卜”---将隐藏在农田一下的萝卜一一挖出(也就是将每个小信号从各自的频点里找出来)。最后就是把找到的小信号组成原来的大信号,在根据这个大信号的方向,相位,频率或者传播时间去解算目标的位置,速度等等参数。而无源雷达是完全不可能弄清每个小信号的频点的!也就是说,无源雷达或者其他告警设备即便是已经被APG77反复照射多次,也只能盯着平静的湖面丝毫不知自己已经被强悍的猛禽握在爪中,致命的导弹随时都会从天而降。想要截获APG77的信号就必须对噪声随机起伏下的信号特征进行详尽综合的分析,就像下水摸石头,只有整个湖底都被摸完,大部分小石头都被找到的情况下,才能达到截获的要求。而这本身就是一项耗时费力的工程,目前技术条件下,还没有出现能对“伪随机码扩频”雷达信号进行准确截获无源雷达或者雷达告警接收机。由于“伪随机码扩频”雷达信号的低可截获特性极强,为了在将来能够有可能应对此类雷达信号,雷达学术界已经开始了一门叫“智能频域检测”学科的研究。其研究目的就是找到能够成功截获“伪随机码扩频”雷达信号的可实用算法,但是目前只能找到少数可行的理论算法,而且都对无源雷达和雷达告警设备的实时处理能力提出了极高的要求。事实上,笔者也曾经企图通过对于噪声信号和“伪随机扩频”信号的差异分析来达到截获此类信号的目的。但是,如同前文所述,所需要的实时处理能力已经大大超过目前所有数字信号处理芯片的计算能力,而且笔者在前文仅仅讲述的是扩频信号的基础知识,实际上,为了防止通过信号与噪声的统计特性差别而截获伪随机扩频信号,美国人还在“伪随机”上做足文章。“伪随机”顾名思义,就是信号从统计上来讲很像随机噪声,但是对于清楚信号数学特性的发射机来讲,这种随机性只是表面的。通过伪随机扩频,雷达信号已经在功率谱密度、统计特性上与噪声信号没有明显差别,不通过大量数学解析根本无法有效区分。而以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性还仅仅是APG77所采取的电子对抗措施中的一个,美国极强的雷达研制能力和信号处理科研水平可见一斑!

猛禽和闪电2也都装备了灵敏的雷达告警器。灵敏的电磁传感器融合进一体化的航空电子系统架构中,为四代隐身机在被敌方雷达照射和锁定的危机提供预警和快速反映的必要条件。“猛禽卫士”ALR-94雷达告警接收机在方位和俯仰上都提供了全向预警覆盖,探测距离超过460千米而且还可以足够的预警精度在己方被锁定条件下提供精确的敌方雷达波来袭方向。并且在一体化航空电子系统快速的计算能力和巨大的数据库支持下,可以对被截获的敌方雷达信号进行进一步分析,通过其波段,信号特征等等参数分析出敌方雷达波的调制方式和威胁程度,并且与数据库预存的信号特征进行一一比对判断出被截获雷达波是何种型号雷达发出的。通过一系列快速而精准的计算和有效的战术态势评估,灵敏的雷达告警器可以为己方如何对敌方雷达扫描和锁定进行反映提供决策依据。如果是敌方火控雷达扫描并且锁定猛禽,猛禽立刻会采取主动干扰的方式破坏和干扰敌方雷达锁定,如果被截获信号并不是高威胁等级的目标发出,则可以按照处理器里预先编程的处理程序进行存储,继续跟踪,监视或者抛弃等行为。

如果说,以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性和先进灵敏雷达告警器都是以防御性原则面对信号对抗的交锋,那么主动电子对抗则是彻头彻尾的攻击行为。与以往传统雷达仅仅能够完成探测或者提供火控导引功能不同,APG77还可以提供主动电子对抗功能。通常情况下,为了保证己方作战平台在纷繁复杂战场中的生存,交战双方都会提供大量电子对抗系统执行干扰敌方雷达或者通信设备。但是以往的干扰措施都相对粗放,基本上都是根据电子侦查情报对敌方可能采用的频段或者频点施加较大功率的电磁噪声,降低敌方雷达或者通信系统的信噪比。但是这样的传统干扰方式效果有限,针对性不强,而且由于主动干扰要施放大量电磁辐射,很有可能还未对敌实现有效干扰就已经成为敌方反辐射武器的战果。相比之下,猛禽以一体化航电做基础,先进雷达告警器和APG77主动干扰功能配合使用的作战方式就更具效率和生存性。在ALR-94感知到猛禽被敌方锁定情况下,会将敌方来袭雷达波方向角,频率,调制方式等等参数交给航电系统综合处理,经过精心编制的计算机程序实时处理的信号特性要比以往根据电子侦查情报提供的各种参数要更加具有时效性和有效性。APG77在参照敌方雷达信号特征处理结果以后,根据具体情况在主动干扰模式下提供不同的干扰方案。虽然APG77进行主动干扰的时候,也会施放电磁辐射,但是在敌方雷达方向,频率和调制方式已知的情况下,显然远远不需要以往传统干扰方式那么高的干扰功率,并且把所有干扰功率都集中于敌方雷达波来袭方向,不向其他无关方向辐射任何信号。猛禽的传感器系统和计算机还能通过识别敌方雷达信号决定敌雷达建立起锁定状态所需时间长短,于是猛禽能确保它向敌方雷达发射主动干扰信号的时间刚好使敌方雷达解锁就够了。当敌雷达重新开始锁定时APG77则去干扰别的雷达去了,或者转为监视或分析任务,但它将继续及时返回与这个敌雷达对垒,直到这个敌雷达处于APG77的跟踪距离之外为止。APG77能够提供如此高效的干扰模式与其采取主动相控阵天线是分不开的。主动相控阵天线中T/R模块可以形成铅笔形波束的千扰信号,发射的干扰信号功比"EA-6B“徘徊者”的干扰信号还强,因为F-22的AESA雷达天线仅仅只干扰很窄频带,而EA-6B却要把它的千扰功率分配子很宽的频带和很宽的方位扇面内。APG77的主动干扰功率其实很小,符合低可截获特性,干扰效果更好是因为针对性强。通常,只在需要的时间内用这点功率准确干扰想要干扰的领域,干扰辐射的时间长短以刚好使敌人的地面制导雷达或火控雷达不能建立起锁定为准。与此同时,F22能够分析敌人的电子战斗序列即能够对敌人辐射源定位、识别以及准确标示其位置。即使F22在跟踪空对空目标时,特别是正在跟踪从空中射来的防空导弹时,也想知道下面的SAM威胁此刻有何举动,以便及时采取应对的干扰措施。此时,F22的低可观测性能与电子战结合起来,因为F22是世界上第一种能使传感器和处理机强大的计算能力结合起来这么做的隐身飞机。据美国空军的官员认为,若对F-22的航空电子设备特别是多功能射频系统稍加改进,如使其能存储、分析并调用能够收集到的电子情报数据,猛禽将更具威慑力,更难与之抗衡。猛禽在了解恐慌总威胁,避免被检测,先敌发射导弹以及作为电子干扰机平台建立对敌人的电磁非对称优势方面大有潜力可挖。

APG77借助于主动电扫雷达天线,首次实现了雷达,电子对抗和通信的多种射频功能的综合。关键是主动电扫雷达可以同时产生多个波束,一些波束用于检测和定位空中或地面目标,引导第二组波束干扰,第三组波束则可与己方资源通信,也就是说,以前分别由雷达天线,干扰天线和电子对抗接收机在计算机控制下完成的射频功能,现在可由这个电扫描阵列几乎同时进行!

闪电2作为一款多用途四代战斗机,在频谱对抗非对称优势技术手段上更具特色。 闪电2采用的是先进的第四代有源电扫描阵列雷达AN/APG81,该雷达是在F22飞机APG 77雷达的基础上改装发展而来的,目前已由诺斯罗普?格鲁门公司进行了数年体制样机的科研阶段试飞,工程样机的试飞在2005年开始,这些试飞都将在其他飞机上预先进行后,再由F一35飞机来试飞。在APG一81雷达中综合了电子战功能,即多功能综合射频系统,其性能相当于APG一77雷达。在多功能综合射频系统(MIRES)中,雷达、通信、导航、识别和电子战功能不仅共用公共的处理机,还将共用公共的隐身天线。这种电子扫描有源阵天线将装在JSF的机头,发射和接收高增益的X波段信号。由于天线阵列可能要用到1000个以上的发射/接收(T/R)模块,因此,降低发射/接收模块的成本和重量、提高其可靠性是十分重要的。在空地作战中,F一35的雷达将支持合成孔径雷达(SAR)地面成像功能及逆合成孔径雷达(ISAR)舰船识别功能。在空空作战中,传感器将提供诸如引导搜索、无源搜索和多目标、超视距跟踪以及定位等支援功能。由于波束能在百万分之一秒的时间内从一点移向另一点,所以在一秒钟内对一个目标能进行多达15次的“观察”。

在战场前沿执行更具危险性对地攻击任务的闪电2不仅仅在雷达,信号对抗方面不次于猛禽,而且在光电系统设计方面可谓独树一帜!闪电2的电光瞄准系统((EOTS)将由诺斯罗普?格鲁门公司电子传感器与系统部和洛克希德?马丁公司导弹与火控部研制,该系统将嵌在JSF的机头下部。该系统由两个传感器组件组成,其中前视电一光瞄准系统是一种红外系统,用来定位并帮助识别目标。它能融合红外和合成孔径雷达图像,以最小的辐射能量探测和识别目标。电一光瞄准系统还将作为一种远距的红外搜索与跟踪(IRST)系统,用来探测和识别空中目标。 闪电2还采用分布孔径系统(DAS),该系统采用多个外部传感器提供导弹告警,并使飞行员能够“看透”飞机的底部和侧面。飞行员在头盔显示器上可以看到由分布孔径系统提供的数据。分布孔径系统可同时提供导弹告警、态势感知、红外搜索和前视红外导航功能,能在飞机周围的所有方向上同时提供所有这些功能。闪电2的电子战系统由诺斯罗普?格鲁门公司电子系统分公司和英国宇航SANDERS公司提供。诺斯罗普?格鲁门公司电子系统部将向英国宇航系统公司提供用于JSF电子战装置的有关设备。闪电2的多功能综合射频系统(MIRES)/电子战系统完全采用无源射频元件,该系统将采用专用的天线和多功能前视阵列。洛克希德?马丁公司已对其闪电2的电子战系统进行了鉴定,?括信号特征、电子对抗系统和传感器等几方面。飞机的信号特征和电子对抗系统的试验是在美国空军电子战鉴定仿真系统上进行的,其特点是在存在大量雷达和红外制导威胁系统的条件下,进行实时、实际频率、“硬件在回路”和“人在回路”的仿真。其中1500多次试验是为对抗红外制导的空空与面空导弹进行的,而250次以上是为对抗雷达制导导弹进行的,包括约1500个面空导弹发射机会。

虽说在美国空中战术体系中猛禽的位置是最重要的,但是作为一款中型多用途战斗机闪电2在航电技术先进程度上却超过了号称世界第一重型空优机的猛禽。 闪电2装备新一代的雷达、电子战装置、红外传感器和卫星通信数据链来完成对信息的搜集。但要把收集到的信息变成有用的数据则要依靠仍在研制中的专用计算机处理器,即综合核心处理器(ICP)。研究人员采用了商用C语言、商用操作系统和商用货架产品雷达处理器,不仅降低了成本,也显著地提高了性能。JSF的综合核心处理器与F一22的公共综合处理器所起的作用都是相同的,所有的机载传感器都使用这些处理器。但}F上的综合核心处理器几乎在每个方面(如结构、设计原理以及设计实现等方面)都与F一22不同。猛禽的处理器结构所采用的标准不是商用标准或广泛使用的标准,因为F一22的核心处理器是在20世纪80年代末设计的,当时的选择余地很小。而且需要特制的模件将两块2英寸*4英寸的多芯片混合结构安装在专用集成电路上。闪电2采用的是商用货架产品,不仅获得了与F22相当的封装密度,而且闪电2的处理器比猛禽的处理器在性能上提高了一个数量级。采用商用封装部件又能显著节省费用。猛禽中需要进行几种不同的处理器,“等待时间短”的专用处理器适用于通信处理、电子战的信号分类或雷达信号处理,另一些常规处理器用于图像处理。闪电2的综合核心处理器的数量则会大大减少。猛禽中用于处理器内部的各个部分间互联的总线有多条,各个处理器之间的数据交换用一种总线,处理器与存储器之间用另一种总线,而各传感器与存储器之间的数据传输用的又是一种总线。另外,由于猛禽的公共综合处理器是装在两个机架上

的,两个机架之间的数据交换还需要一种总线。每条总线需要一个不同的芯片用作接口,在操作系统中,每条总线还需要有各自的驱动程序,每条总线的工作方式也有所差异,因此在软件设计时需要将所有这些方面都考虑到。 而在闪电2的航电架构设计方案中,核心处理器采用的是已被广泛使用的商用互联方法,这种方法已试验证明非常适用于闪电2的核心处理器。

现在让我们再次回顾一下笔者总结的猛禽时代隐身战斗机非对称频谱优势的公式:

看不到的频谱优势=隐身与气动兼顾+先进多功能射频管理

先进多功能射频管理=以猝发脉冲跳频扩频为主要手段的低可截获特性+灵敏的威胁告警+主动电子对抗+多功能射频集成

可以看出,无论是兼顾气动的隐身设计还是基于先进航空电子系统架构的先进多功能射频管理,隐身机的频谱优势在现代航空武器技术进步的推动下绝不仅仅是简简单单的一个雷达隐身可以概括。在看不到的频谱战场上,四代隐身战斗机优势其实更加明显。在高速时钟电路驱动下,敌我双方在频谱领域的对抗不仅同现实战场一样无比惨烈,并且立见高下!如果不能清晰而深刻的认识到美国隐身战斗机在各个方面所具有的巨大威胁,采取一定措施,那么无论谁都会在未来战场上与其隐身空中力量交锋中付出惨重的代价!

当然电磁波只是实现战略战术目的的工具,具备频谱优势“软实力”的四代隐身战斗机,必然会把其看不到的电磁威力转化为实实在在的作战能力。通过有效应用自身技术非对称优势,对战斗机战术运用乃至整个战场态势产生重大影响的最典型案例大概就是猛禽的出现让传统的空优战术彻底颠覆。

AIM-120系列主动雷达中距空空导弹在历经多次改进后,在射程,机动性,抗干扰能力,体积,重量等等重要指标上大幅度进步。射程达到140公里,采用双向数据链和先进导引技术的AIM-120D从各方面角度来说都可以说是新一代远程先进主动雷达导引空空导弹。一般中距弹由于自身发动机体积限制,在射程,过载能力等指标上很大程度要考虑载机发射速度和高度。因此猛禽具有革命性的超音速巡航能力能够极大的提高导弹的能量特性!在全面而牢牢把握频谱优势和战场信息优势后,猛禽和闪电2可以将其装备的各类先进空空和空地精确制导武器运用到极致!

实现战略威慑对等---自主研制隐身作战飞机是对抗幽灵霸权的唯一出路

1
回复主贴
聚焦 国际 历史 社会 军事

猜你感兴趣

更多 >>
5条评论
点击加载更多

发表评论

更多精彩内容

热门话题

更多
广告 大型核武军事模拟 坦克 装甲 战机 航母
发帖 向上 向下
广告 关闭