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2018年，美國(guó)曾經(jīng)有人提出“隱身無(wú)用論”，本文作者是來(lái)自美國(guó)空軍巴雷特少將，他從作戰(zhàn)指揮員的視角，經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析，提出未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)，隱身仍然是確保飛機(jī)生存能力的核心要素。隱身技術(shù)不僅在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)是可行的，而且它的優(yōu)勢(shì)顯然比以往任何時(shí)候都重要。巴雷特少將在他的職業(yè)生涯中，曾在中隊(duì)、小組和高級(jí)別指揮，并從2007年4月到2009年5月領(lǐng)導(dǎo)了弗吉尼亞州蘭利空軍基地第一個(gè)F-22戰(zhàn)斗機(jī)大隊(duì)。還擔(dān)任過(guò)空軍參謀長(zhǎng)中的作戰(zhàn)部隊(duì)和項(xiàng)目整合司司長(zhǎng)，并在2009年5月至2010年6月期間擔(dān)任空戰(zhàn)司令部監(jiān)察長(zhǎng)。擁有北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的工程學(xué)學(xué)士學(xué)位，并獲得安布里-里德?tīng)柡娇沾髮W(xué)的航空科學(xué)技術(shù)和國(guó)家戰(zhàn)爭(zhēng)學(xué)院的國(guó)家安全戰(zhàn)略碩士學(xué)位。作為一名指揮飛行員，巴雷特在F-15C/D和F-22中有超過(guò)4500小時(shí)的飛行時(shí)間，在西南亞的部署中有超過(guò)300小時(shí)的戰(zhàn)斗時(shí)間。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，美國(guó)及其盟國(guó)將面臨越來(lái)越多的強(qiáng)大數(shù)字多波段雷達(dá)的探測(cè)威脅。由于地基探測(cè)系統(tǒng)規(guī)模可以更大，并且能夠部署更大的陣列，它們的理論探測(cè)范圍和能力將比戰(zhàn)斗機(jī)和空中預(yù)警機(jī)配備的探測(cè)系統(tǒng)更加強(qiáng)大。如果地面系統(tǒng)能夠成功探測(cè)和定位飛機(jī)，就可以向地空導(dǎo)彈和戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)出威脅位置警報(bào)——也許永遠(yuǎn)不會(huì)失去跟蹤目標(biāo)?，F(xiàn)代化的雷達(dá)技術(shù)將給美國(guó)隱身飛機(jī)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，但在這場(chǎng)攻防斗爭(zhēng)中，有幾個(gè)因素需要牢記：通過(guò)控制RCS，能夠有效減少飛機(jī)可被探測(cè)的距離，在未來(lái)實(shí)戰(zhàn)過(guò)程中可以提供巨大的作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。如果較新的雷達(dá)能夠探測(cè)到較遠(yuǎn)距離的隱身飛機(jī)，它們探測(cè)非隱身飛機(jī)的能力也會(huì)增強(qiáng)。目前作戰(zhàn)的隱身飛機(jī)具有高度協(xié)同工作的系統(tǒng)，可以探測(cè)敵方雷達(dá)，并利用飛機(jī)的RCS特征來(lái)優(yōu)化作戰(zhàn)路線，以便將探測(cè)和交戰(zhàn)的可能性降到最低。隱身不僅是減少的RCS，而且是用于以最佳方式使用減少目標(biāo)特征的策略。隨著更多的多波段雷達(dá)投入使用，多波段或?qū)拵щ[身的重要性將會(huì)增加。目前這種雷達(dá)仍處于初級(jí)階段，但在未來(lái)幾十年內(nèi)數(shù)量將緩慢增長(zhǎng)。這將使未來(lái)飛機(jī)把重點(diǎn)放在更大的，無(wú)尾的設(shè)計(jì)，如B-2，B-21和X-47。像F-22和F-35這樣的飛機(jī)，針對(duì)高頻雷達(dá)(如戰(zhàn)斗機(jī)裝備的雷達(dá)系統(tǒng))的RCS降低進(jìn)行了優(yōu)化，仍將享有巨大的作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，但低頻雷達(dá)將更容易探測(cè)到。由于SA-21等地空導(dǎo)彈系統(tǒng)的傳感器和導(dǎo)彈性能使得側(cè)面探測(cè)和交戰(zhàn)成為可能，垂直尾翼戰(zhàn)斗機(jī)的任務(wù)規(guī)劃也將變得越來(lái)越復(fù)雜。然而，有效利用速度、機(jī)動(dòng)性、干擾和完整的戰(zhàn)斗空間傳感器圖片在一定程度上緩解了這種情況。  圖1 F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī) 正如雷達(dá)受益于數(shù)字時(shí)代的進(jìn)步一樣，隱身飛機(jī)的設(shè)計(jì)也同樣受益于數(shù)字時(shí)代的進(jìn)步。與隱身飛機(jī)近50年的合作，使美國(guó)在開(kāi)發(fā)下一代隱身平臺(tái)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。美國(guó)目前正在研發(fā)第四代隱身飛機(jī)，而世界上還沒(méi)有其他大國(guó)部署過(guò)可投入使用的隱身飛機(jī)。F-117和B-2的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能力與現(xiàn)在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的能力相比簡(jiǎn)直是小巫見(jiàn)大巫。設(shè)計(jì)和各種威脅雷達(dá)之間相互作用的模擬現(xiàn)在更加精確和真實(shí)，允許在任何硬件實(shí)際建造或測(cè)試之前對(duì)隱身設(shè)計(jì)解決方案進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化。這種能力應(yīng)該在B-21的發(fā)展中驅(qū)動(dòng)重大的成本和時(shí)間效率，RCS降低技術(shù)將全面超越當(dāng)今水平。
隱身飛機(jī)將與非隱身飛機(jī)協(xié)同工作。后者的特點(diǎn)是擁有更大的RCS，這必然會(huì)引起敵方防御系統(tǒng)的注意。由于這種差異，隱身飛行員明白他們的飛機(jī)可能會(huì)在混亂中“消失”，因?yàn)樗麄兊哪繕?biāo)特征非常小。在高速的空戰(zhàn)中，防御者要在大量的非隱身平臺(tái)和電子干擾系統(tǒng)中試圖定位隱身飛機(jī)是非常困難的。低可觀測(cè)技術(shù)，加上網(wǎng)絡(luò)能力，對(duì)潛在的對(duì)手來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。電子戰(zhàn)、干擾和其他用于降低敵方飛機(jī)交戰(zhàn)能力的隱身工具都是有效的，但是包含針對(duì)威脅系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)可以進(jìn)一步減少針對(duì)隱身飛機(jī)的探測(cè)和交戰(zhàn)范圍。雷達(dá)問(wèn)世以來(lái)，電子戰(zhàn)能力的發(fā)展穩(wěn)步提高。在老一代的飛機(jī)上，對(duì)手已經(jīng)部署了DRFM吊艙，為對(duì)方雷達(dá)提供虛假目標(biāo)。小型隱身飛機(jī)的RCS與先進(jìn)的處理和數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合，使得使用機(jī)載AESA電子攻擊射頻系統(tǒng)的低功耗欺騙來(lái)執(zhí)行“數(shù)字偽裝”和從敵方顯示器中消失變得更加容易。這種能力，加上一般的廣域干擾，將進(jìn)一步復(fù)雜化對(duì)手的防御問(wèn)題。現(xiàn)代雷達(dá)和隱身飛機(jī)之間持續(xù)的攻防之戰(zhàn)將在未來(lái)幾十年持續(xù)下去。數(shù)字時(shí)代對(duì)雷達(dá)的改進(jìn)被同樣的數(shù)字技術(shù)對(duì)隱身飛機(jī)設(shè)計(jì)的影響所抵消。與F-22和F-35等必須平衡隱身和空氣動(dòng)力學(xué)性能要求不同，B-21將提供所謂的“全方位寬帶隱身”--因?yàn)樾屡d的A2/AD威脅需要這種類型的隱身技術(shù)，而現(xiàn)代技術(shù)水平正在使之成為可能。
“全方位”僅僅意味著當(dāng)從任何方向探測(cè)飛機(jī)時(shí)RCS都會(huì)減少，而詳細(xì)的規(guī)格對(duì)公眾來(lái)說(shuō)是未知的，美國(guó)空軍發(fā)布的B-21圖像描繪了一種不使用垂直飛行控制面(如機(jī)尾)的設(shè)計(jì)。沒(méi)有從側(cè)面反射雷達(dá)的垂直表面，新的轟炸機(jī)將有客觀RCS水平，不僅可以減少?gòu)那胺胶秃蠓剑€可以減少?gòu)膫?cè)面觀測(cè)的RCS，使得從任何角度進(jìn)行探測(cè)都是一個(gè)挑戰(zhàn)。像洛克希德·馬丁公司的F-22和F-35這樣的飛機(jī)被設(shè)計(jì)成平衡空氣動(dòng)力學(xué)性能和隱身能力，這導(dǎo)致了射頻(RF)特征信號(hào)的設(shè)計(jì)類似于“蝴蝶結(jié)”，因?yàn)閺膫?cè)面增加了射頻回波信號(hào)，如圖1所示。由于戰(zhàn)斗機(jī)執(zhí)行的傳統(tǒng)任務(wù)與隱身轟炸機(jī)不同，這些戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)本質(zhì)上是用一些側(cè)面隱身能力來(lái)?yè)Q取高機(jī)動(dòng)性(以及機(jī)動(dòng)所需的垂直尾翼)。一架更大、機(jī)動(dòng)性更差的亞音速轟炸機(jī)比戰(zhàn)斗機(jī)更依賴于隱身來(lái)生存，而轟炸機(jī)的隱身設(shè)計(jì)反映了這一點(diǎn)。
圖4 第五代戰(zhàn)斗機(jī)(如左側(cè)的F-35)的概念“蝴蝶結(jié)”與無(wú)尾飛行機(jī)翼(如右側(cè)的X-47)的概念全方位射頻信號(hào)特征相比較當(dāng)今最先進(jìn)的隱身設(shè)計(jì)被稱為“寬帶隱身”設(shè)計(jì)，因?yàn)樗哂蟹浅挼念l率范圍，可以減少飛機(jī)依賴于固有頻率的RCS。寬帶隱身使飛機(jī)在所有類型的敵方雷達(dá)面前顯得非常小——從低頻、早期預(yù)警到高頻、火控和導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)。在計(jì)算改進(jìn)使現(xiàn)代隱身建模和分析成為可能之前，RCS的頻率依賴性使隱身設(shè)計(jì)變得非常復(fù)雜。這種復(fù)雜性常常迫使飛機(jī)設(shè)計(jì)只在EMS的有限部分進(jìn)行優(yōu)化，以對(duì)抗特定的雷達(dá)類型。例如，F-117被優(yōu)化以減少EMS高頻率部分的回波信號(hào)，以對(duì)抗火控雷達(dá)和導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)。盡管非常成功，一架F-117最終在1999年在塞爾維亞上空被擊落，使用的是低頻雷達(dá)、改進(jìn)型導(dǎo)彈和熟練的空中防御者的組合，他們利用的正是美國(guó)空軍作戰(zhàn)訓(xùn)練的不足。正如這一事件所強(qiáng)調(diào)的，低頻率系統(tǒng)現(xiàn)在能夠進(jìn)行更高分辨率的跟蹤，因?yàn)樗鼈兏倪M(jìn)的計(jì)算能力允許它們消除過(guò)去阻礙它們的信號(hào)雜波。任何新的隱身平臺(tái)都必須在更廣的頻帶上從各個(gè)角度隱身，以應(yīng)對(duì)所有類型的雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)和跟蹤。在目前的美國(guó)空軍機(jī)群中，只有像B-2這樣的飛機(jī)擁有這種全方位的寬帶隱身能力。這種寬帶能力有助于優(yōu)化現(xiàn)代隱身與其他技術(shù)資源一起使用，以在對(duì)抗現(xiàn)代A2/AD防御的戰(zhàn)斗中生存下來(lái)。
除了優(yōu)化飛機(jī)的RCS以減少敵方雷達(dá)的有效探測(cè)距離外，其他傳感器屬性也必須考慮在內(nèi)，因?yàn)樗鼈儗?duì)飛機(jī)的整體隱身性能和生存能力同樣有著極大的影響。在射頻信號(hào)特征探測(cè)之后，任何噴氣式飛機(jī)的下一個(gè)最重要的特征是紅外(IR)特征，它主要是由噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量產(chǎn)生的。在過(guò)去的隱身設(shè)計(jì)中，這個(gè)問(wèn)題是通過(guò)將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口和排氣放置在飛機(jī)的頂部，并將引擎盡可能深地埋入飛機(jī)結(jié)構(gòu)中來(lái)解決的。利用排氣系統(tǒng)中的混合技術(shù)，可以進(jìn)一步冷卻來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣。這種發(fā)動(dòng)機(jī)位置可以有效降低地面紅外傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)或飛行軌跡的探測(cè)，并與飛機(jī)表面形成熱隔離。埋藏式發(fā)動(dòng)機(jī)和隱身進(jìn)氣道的使用已被證明對(duì)降低飛機(jī)紅外隱身特性非常有效。
圖5 在這張照片中，B-2轟炸機(jī)的頂部引擎進(jìn)氣口，將空氣引導(dǎo)到埋藏的引擎中。埋藏式發(fā)動(dòng)機(jī)和特殊配置的隱身進(jìn)氣道的使用證明對(duì)降低飛機(jī)紅外隱身特性非常有效。3、一個(gè)新興的挑戰(zhàn)：紅外搜索和跟蹤威脅一些分析人士推測(cè)，下一代長(zhǎng)波紅外搜索與跟蹤(LW-IRST)傳感器的出現(xiàn)，將使遠(yuǎn)程被動(dòng)探測(cè)和跟蹤成為可能，并可對(duì)現(xiàn)代美國(guó)隱身飛機(jī)實(shí)施被動(dòng)(非發(fā)射)致命打擊。事實(shí)上，先進(jìn)的輕武器系統(tǒng)并沒(méi)有像最初預(yù)期的那樣與潛在的敵方機(jī)載系統(tǒng)增加。雖然先進(jìn)的長(zhǎng)波紅外搜索與跟蹤傳感器已經(jīng)在一些北約飛機(jī)上少量部署，中國(guó)和俄羅斯在他們的機(jī)載系統(tǒng)上部署這些傳感器方面沒(méi)有取得重大進(jìn)展。此外，這些傳感器的制造、維護(hù)成本都非常高昂。
從根本上說(shuō)，紅外搜索和跟蹤傳感器的物理特性限制了它們?cè)诖蝺?yōu)環(huán)境條件下的有效范圍、作戰(zhàn)效能和視場(chǎng)(因此也限制了搜索能力)。與機(jī)載雷達(dá)和視覺(jué)探測(cè)距離相比，歐洲戰(zhàn)斗機(jī)的IRST系統(tǒng)的最佳性能如圖3所示。該系統(tǒng)使用長(zhǎng)波紅外來(lái)增加射程，并試圖補(bǔ)償環(huán)境條件和中波紅外來(lái)提供探測(cè)和攻擊敵人所需的分辨率。
圖6 最佳條件下雷達(dá)、紅外和視覺(jué)探測(cè)范圍的比較這個(gè)簡(jiǎn)單的比較表明，紅外傳感器仍然是不同于現(xiàn)代雷達(dá)。在惡劣天氣條件下，IRST系統(tǒng)性能下降，雷達(dá)性能保持相對(duì)不變。由于搜索的局限性，IRST系統(tǒng)往往需要得到提示，以便獲取已經(jīng)在其操作探測(cè)范圍內(nèi)的目標(biāo)。雖然它們的作用在未來(lái)可能會(huì)擴(kuò)大，但基礎(chǔ)物理學(xué)表明，成本和能力的限制降低了LW-IRST系統(tǒng)在短期內(nèi)作為反隱身系統(tǒng)解決方案的吸引力。但主動(dòng)式熱工技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域的新進(jìn)展表明，美國(guó)國(guó)防工業(yè)在開(kāi)發(fā)反長(zhǎng)波紅外材料解決方案方面還沒(méi)有達(dá)到任何特定的閾值。射頻特征管理在過(guò)去的幾年里隨著低可探測(cè)技術(shù)和電子戰(zhàn)的改進(jìn)而不斷發(fā)展，同樣，反紅外傳感器解決方案在實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)威脅的同時(shí)也必將得到發(fā)展。目前，對(duì)紅外特征管理技術(shù)的研究正在進(jìn)行中，并取得了很大的進(jìn)展。近年來(lái)，將熱能轉(zhuǎn)化為可用能量的第二定律(SL-IRSM)概念有了顯著的進(jìn)展，納米和微電子機(jī)械裝置(NEMS和MEMS)在將余熱轉(zhuǎn)化為可用能量方面顯示出了巨大的潛力。近期的應(yīng)用，如紅外熱斗篷，由于淺層地下目標(biāo)與背景土壤的熱物性不同，影響了整個(gè)區(qū)域表面的溫度場(chǎng)分布，容易被敵方探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并擊毀。在研究人員的想法中，隱身飛機(jī)的自然延伸是顯而易見(jiàn)的。長(zhǎng)期來(lái)看，SL-IRSM推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用前景也很可觀。NEMS和MEMS設(shè)備啟用主動(dòng)IRSM能力的潛力正導(dǎo)致一些人得出這樣的結(jié)論：“使用SL-IRSM技術(shù)推進(jìn)和紅外隱身飛機(jī)在原則上似乎都是可能的。“這些技術(shù)在B-21隱身轟炸機(jī)這樣的平臺(tái)上的應(yīng)用程度將取決于新出現(xiàn)的威脅，但物理學(xué)似乎很有前景。總體而言，紅外探測(cè)能力具有比視覺(jué)探測(cè)更大的范圍，但距離現(xiàn)代雷達(dá)仍然存在差距。與視覺(jué)檢測(cè)類似，紅外探測(cè)也會(huì)因不利的大氣條件(如雨和云)而退化。此外，紅外傳感器硬件昂貴且難以維護(hù)。所有這些因素都限制了紅外傳感器的整體效能，并導(dǎo)致迄今為止有限的擴(kuò)散和使用。然而，如果紅外系統(tǒng)克服了這些缺陷并在未來(lái)得到普及，可以利用隱身技術(shù)和飛機(jī)紅外信號(hào)主動(dòng)管理手段將威脅降到最低。美國(guó)空軍也在研究其他非常規(guī)的防空方法。對(duì)于美國(guó)的隱身能力來(lái)說(shuō)，有許多想法似乎既有可行性又具威脅性。正因?yàn)槿绱耍偌由想[身技術(shù)對(duì)現(xiàn)代空中作戰(zhàn)的重要性，美國(guó)空軍保持了一個(gè)強(qiáng)有力的項(xiàng)目，以評(píng)估飛機(jī)在面對(duì)新出現(xiàn)的和潛在威脅時(shí)的生存能力。在過(guò)去的30年里，受到密切關(guān)注的威脅之一是不斷發(fā)展的聲探測(cè)威脅。大型噴氣式飛機(jī)噪音很大，但聲學(xué)傳感器(即麥克風(fēng))相對(duì)便宜。從表面上看，將聲學(xué)探測(cè)用于防空似乎很有意義。在B-2研制過(guò)程中，為了更好地了解威脅，美國(guó)空軍做了一個(gè)廣泛的研究來(lái)評(píng)估聲學(xué)探測(cè)飛機(jī)的可行性。美國(guó)空軍發(fā)現(xiàn)，威脅的有效性在于細(xì)節(jié)。與本研究早期示例中的有限檢測(cè)范圍導(dǎo)致的指數(shù)復(fù)雜性類似，如果防御者選擇使用范圍為5英里的麥克風(fēng)覆蓋由1000英里的邊界定義的區(qū)域并延伸200英里的內(nèi)陸，則他們將需要超過(guò)2500個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。這似乎是可行的，直到你考慮到這個(gè)數(shù)字是如何爆炸到接近23000個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，以覆蓋中國(guó)大約9000英里的海岸線。此外，美國(guó)空軍的研究顯示，采取這樣一種防空方法存在相當(dāng)明顯的作戰(zhàn)困難。其中一些包括：飛機(jī)在高空飛行時(shí)，會(huì)發(fā)出非常微弱的聲音信號(hào)。所有飛越防御上空的飛機(jī)都會(huì)觸發(fā)警報(bào)，而不僅僅是敵機(jī)，沒(méi)有具體區(qū)分的方法。幾枚美國(guó)巡航導(dǎo)彈有意沿邊界飛行，會(huì)發(fā)出許多警報(bào)并耗盡防御反應(yīng)。美國(guó)可以摧毀邊境的一小部分，或者將一支滲透性的轟炸機(jī)部隊(duì)只穿過(guò)幾個(gè)地方， 使防空攔截系統(tǒng)飽和，而防空攔截系統(tǒng)必須覆蓋整個(gè)邊境。該研究還發(fā)現(xiàn)了這種聲學(xué)檢測(cè)方法的技術(shù)挑戰(zhàn)：聲學(xué)傳感器受到風(fēng)噪聲的影響極其嚴(yán)重。大氣傳播效應(yīng)會(huì)造成“安靜”區(qū)，導(dǎo)致麥克風(fēng)接收不到很好的聲音（就像海洋中不同溫度層為潛艇提供了藏身之處一樣）雪、冰和雨可能會(huì)降低麥克風(fēng)的可操作性和可靠性(對(duì)俄羅斯這樣的國(guó)家來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)特別的問(wèn)題，因?yàn)槎砹_斯的大部分邊境都靠近北極圈)。如前所述，攔截器仍然有一個(gè)非常困難的任務(wù)，那就是探測(cè)、跟蹤并擊落全方位的寬帶隱身飛機(jī)。另一種被標(biāo)記為隱身飛機(jī)潛在威脅的非常規(guī)探測(cè)方法是探測(cè)飛機(jī)在空中飛行時(shí)產(chǎn)生的大氣擾動(dòng)，也稱為“尾跡探測(cè)”。所謂的“紋影特征”(這個(gè)詞在德語(yǔ)中是“條紋”的意思)，也被稱為“尾跡特征”，多年來(lái)一直被用于探測(cè)風(fēng)洞和其他受控環(huán)境中的飛機(jī)，這個(gè)過(guò)程被稱為Schlieren photography（紋影攝影）。甚至有人聲稱使用這種方法可以“意外”探測(cè)到隱身飛機(jī)。但是，對(duì)現(xiàn)代隱身飛機(jī)的尾跡探測(cè)到底有多大的威脅呢？Schlierenphotography的過(guò)程大約始于1864年，最初是為了研究超音速?zèng)_擊波而發(fā)展起來(lái)的。可以簡(jiǎn)單地說(shuō)，亞音速隱身轟炸機(jī)并沒(méi)有造成這種程度的大氣擾動(dòng)，如果到目前為止還沒(méi)有人找到一種方法使其投入使用，它就不會(huì)對(duì)隱身飛機(jī)的生存能力構(gòu)成重大威脅。Schlierenphotography在現(xiàn)代航空學(xué)中仍然是一個(gè)有趣的課題。美國(guó)航天局繼續(xù)對(duì)21世紀(jì)Schlieren photography技術(shù)的現(xiàn)代化進(jìn)行研究，部分是為了改進(jìn)超音速飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。然而，這種用于飛機(jī)探測(cè)的方法的一個(gè)明顯的問(wèn)題是數(shù)據(jù)采集對(duì)光源的依賴。即使在理想的照明條件下有效，Schlieren photography技術(shù)的發(fā)展在夜間或其他不利的環(huán)境條件下肯定會(huì)受到影響。學(xué)術(shù)研究繼續(xù)顯示飛機(jī)尾跡干擾檢測(cè)的前景，但這一概念的實(shí)際實(shí)現(xiàn)仍然很遙遠(yuǎn)。尾跡探測(cè)可以通過(guò)脈沖多普勒雷達(dá)或基于激光的LIDAR(光檢測(cè)和測(cè)距)來(lái)進(jìn)行。LIDAR通過(guò)測(cè)量反射脈沖來(lái)確定脈沖激光到目標(biāo)的距離。多普勒激光雷達(dá)似乎是迄今為止最成熟的尾流探測(cè)技術(shù)。已經(jīng)進(jìn)行了一些成功的實(shí)驗(yàn)，但科學(xué)文獻(xiàn)中引用的范圍在操作上是微不足道的。如前所述，理論將表明雷達(dá)距離應(yīng)該比光學(xué)LIDAR更長(zhǎng)，但到目前為止，測(cè)試只實(shí)現(xiàn)了10英里以下的雷達(dá)尾跡探測(cè)范圍。考慮到除了受范圍限制外，任何基于LIDAR的解決方案都對(duì)所有光學(xué)系統(tǒng)共有的環(huán)境條件具有高靈敏度，從而進(jìn)一步降低了應(yīng)用性。
在考慮基于雷達(dá)的尾跡檢測(cè)解決方案時(shí)，一個(gè)明顯的問(wèn)題是，最常見(jiàn)、最成熟的雷達(dá)成像技術(shù)——合成孔徑雷達(dá)(SAR)依賴于靜止的成像對(duì)象。移動(dòng)尾跡存在問(wèn)題，SAR成像海洋表面波的困難可能預(yù)示著基于雷達(dá)的飛機(jī)尾跡探測(cè)進(jìn)入了死胡同。尾跡檢測(cè)方法的另一個(gè)潛在問(wèn)題是，尾跡探測(cè)與飛機(jī)檢測(cè)、跟蹤、交戰(zhàn)和火力控制還有很長(zhǎng)的路要走。其理論是飛機(jī)的尾跡將指向飛機(jī)，就像水面船只的尾跡一路追溯到船只本身一樣。這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但這是一個(gè)非常困難的命題，原因有兩個(gè)。首先，為了跟蹤對(duì)飛機(jī)的尾跡干擾，飛機(jī)周圍的尾跡的很大一部分必須通過(guò)光學(xué)成像(如紋影攝影)或通過(guò)其他手段(如激光雷達(dá)或雷達(dá))再現(xiàn)，以達(dá)到識(shí)別其起始點(diǎn)(即飛機(jī))所需的程度。這個(gè)成像過(guò)程的不成熟已經(jīng)得到了解決。尾跡探測(cè)方法的另一個(gè)潛在問(wèn)題是，尾跡探測(cè)與飛機(jī)探測(cè)、跟蹤、交戰(zhàn)和火控有相當(dāng)長(zhǎng)的距離。理論是，飛機(jī)的尾跡會(huì)指向飛機(jī)，就像水面船只的尾跡會(huì)一直追溯到船只本身一樣。這聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但這是一個(gè)非常困難的命題，原因有二。首先，為了追蹤飛機(jī)的尾流干擾，飛機(jī)周圍的相當(dāng)一部分尾流必須進(jìn)行光學(xué)成像（如Schlieren photography紋影攝影），或通過(guò)其他手段（如LIDAR或雷達(dá)）進(jìn)行重建，以確定其原點(diǎn)（即飛機(jī)）。目前這個(gè)成像過(guò)程的不成熟已經(jīng)被解決了。第二個(gè)問(wèn)題可能更為嚴(yán)峻。即使現(xiàn)代提高了計(jì)算能力，圖像處理仍然是計(jì)算機(jī)普遍面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。將尾流擾動(dòng)轉(zhuǎn)化為圖像是一件事，創(chuàng)建足夠快、足夠高分辨率的圖像，并創(chuàng)建計(jì)算機(jī)算法來(lái)識(shí)別起始點(diǎn)并在其在三維空間中移動(dòng)時(shí)跟蹤它，則更加困難。在某些情況下，沒(méi)有和背景環(huán)境耦合的原始計(jì)算能力無(wú)法克服命題的復(fù)雜性。即使成功地對(duì)飛機(jī)的尾跡擾動(dòng)成像，并且足夠快地跟蹤飛機(jī)，隱身飛機(jī)仍然必須處于作戰(zhàn)狀態(tài)，這是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，即使對(duì)于更成熟的技術(shù)來(lái)說(shuō)也是如此。所有人都認(rèn)為，在未來(lái)隱身或降低飛機(jī)特征信號(hào)仍將是一種可行的能力。隱身技術(shù)是21世紀(jì)飛機(jī)任務(wù)成功和任務(wù)效能的重要方面。隨著防空能力的提高，隱身對(duì)于成功的空中戰(zhàn)役將變得越來(lái)越重要。降低現(xiàn)代敵人防空系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、追蹤和攻擊我們及盟軍飛機(jī)的能力是至關(guān)重要的。但需要強(qiáng)調(diào)的是，隱身并不是一種全有或全無(wú)的軍事能力。就像改進(jìn)的導(dǎo)彈和制導(dǎo)彈藥一樣，隱身技術(shù)在過(guò)去幾十年里也取得了發(fā)展進(jìn)步。在這項(xiàng)技術(shù)上的投資大大提高了美國(guó)飛機(jī)穿透敵人防空系統(tǒng)的能力，并為試圖削弱美國(guó)飛機(jī)隱身性能的對(duì)手創(chuàng)造了巨大的難題。對(duì)手試圖抵消這一優(yōu)勢(shì)的代價(jià)是巨大的。雖然能力很強(qiáng)，但像SA-21這樣的現(xiàn)代SAM系統(tǒng)估計(jì)每個(gè)師的成本約為4億美元(SA-21的一個(gè)師由8套發(fā)射裝置、112枚導(dǎo)彈和許多指揮、控制和支持車輛組成)。與此同時(shí)，隱身飛機(jī)比以往任何時(shí)候都更實(shí)惠。例如，出售給新加坡空軍的F-15SG改型，在F-15E模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列改進(jìn)，如先進(jìn)的紅外搜索和跟蹤系統(tǒng)，現(xiàn)代的瞄準(zhǔn)吊艙，以及改進(jìn)的引擎等。這些飛機(jī)在2009至2013年間交付，每架售價(jià)約為8500萬(wàn)美元，共計(jì)購(gòu)買24架。相比之下，F-22在停產(chǎn)前下線的成本在9000萬(wàn)到1億美元之間，后續(xù)的機(jī)身成本可能更低。F-35目前的成本降低曲線略低于9000萬(wàn)美元一架，因?yàn)楫a(chǎn)量上升和客戶開(kāi)始接受現(xiàn)代的，可操作的飛機(jī)。根據(jù)這些趨勢(shì)，重要的是考慮能力和成本與需求的現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)。低可觀測(cè)飛行器是一個(gè)非常引人注目的命題，相比其他非隱身飛機(jī)甚至在10 - 20%的成本溢價(jià)，尤其是考慮到高威脅戰(zhàn)斗場(chǎng)景這些飛機(jī)可能面臨當(dāng)今強(qiáng)大的現(xiàn)代防御系統(tǒng)或軍事裝備能力的潛在對(duì)手。在某些環(huán)境中，隱身可能具有穿透能力，幾乎沒(méi)有支持。在未來(lái)，將會(huì)出現(xiàn)隱身飛機(jī)能夠在不被發(fā)現(xiàn)的情況下進(jìn)入和攻擊的戰(zhàn)斗場(chǎng)景。然而，當(dāng)與其他飛機(jī)和戰(zhàn)術(shù)一起使用時(shí)，隱身通常是最有效的。將隱身技術(shù)添加到多能力部隊(duì)包中，再加上網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)，創(chuàng)造了致命的協(xié)同效應(yīng)。將隱身飛機(jī)與常規(guī)飛機(jī)混合，欺騙，防空壓制和電子干擾將使敵人的防御問(wèn)題復(fù)雜化一個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)降低敵人發(fā)現(xiàn)攻擊者的能力，防空工作將變得更加復(fù)雜，導(dǎo)致對(duì)手在未來(lái)戰(zhàn)役中有效反應(yīng)的時(shí)間大大縮短。雖然現(xiàn)代防空不斷改進(jìn)，但隱身技術(shù)也同樣得到了改善。自從B-2研制以來(lái)，美國(guó)并沒(méi)有停止隱身研究，而是繼續(xù)創(chuàng)新。美國(guó)及其盟國(guó)對(duì)隱身和反隱身技術(shù)的投入使人們對(duì)隱身設(shè)計(jì)、材料和支持能力(如任務(wù)管理和電子戰(zhàn)自我保護(hù))有了更好的理解，這些能力是使飛機(jī)在最具敵意的威脅下生存下去所必需的。通過(guò)B-2的運(yùn)行維護(hù)，通過(guò)對(duì)平臺(tái)的各種現(xiàn)代化升級(jí)，開(kāi)發(fā)和完善了低可探測(cè)傳感器管理和低可探測(cè)路由等關(guān)鍵功能。利用現(xiàn)代計(jì)算能力，新設(shè)計(jì)的進(jìn)步顯然是可能的。隱身技術(shù)是未來(lái)空戰(zhàn)威脅環(huán)境中飛機(jī)生存能力的核心保障原則。它減少了能夠檢測(cè)、跟蹤和射擊的傳感器數(shù)量，同時(shí)增加了完成這些任務(wù)所需的時(shí)間，從而提高了平臺(tái)在防空系統(tǒng)中生存的機(jī)會(huì)。簡(jiǎn)而言之，隱身降低了敵人的殺傷率。威脅情景和相關(guān)的生存性方程現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更復(fù)雜，但有一個(gè)事實(shí)仍然存在，物理定律確保了隱身將始終使飛機(jī)通過(guò)操縱現(xiàn)代傳感器嚴(yán)重依賴電磁系統(tǒng)來(lái)提高生存能力。總體而言，微電子技術(shù)的進(jìn)步和先進(jìn)計(jì)算能力的商用顯然幫助俄羅斯和中國(guó)等美國(guó)對(duì)手發(fā)展了新的威脅能力，如寬帶AESA和DRFM干擾器。然而，以類似的方式，美國(guó)也利用這些數(shù)字創(chuàng)新來(lái)提高其對(duì)隱身技術(shù)的理解，并更快地在更廣泛的電磁系統(tǒng)范圍內(nèi)更好地優(yōu)化隱身設(shè)計(jì)。先進(jìn)的計(jì)算也使得生產(chǎn)具有極其精確的電氣和物理特性的材料成為可能，這與先進(jìn)的制造工藝(材料沉積、3D打印等)相結(jié)合，不僅使商業(yè)電子行業(yè)受益，而且使美國(guó)隱身設(shè)計(jì)的生產(chǎn)具有更嚴(yán)格的電氣公差保證。除了改善飛機(jī)制造外，這些數(shù)字進(jìn)步還使得隱身子系統(tǒng)的創(chuàng)建成為可能—射頻和紅外傳感器和通信設(shè)計(jì)可以更好地減少和控制它們對(duì)整個(gè)飛機(jī)傳感器特征信號(hào)的貢獻(xiàn)。這種情況本身就可以在組件級(jí)RCS性能方面產(chǎn)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)的改進(jìn)。
圖9 A2/AD中的非隱身目標(biāo)(左)與A2/AD中的隱身目標(biāo)(右)。今天，上圖中概念上所示的高威脅A2/AD環(huán)境已經(jīng)發(fā)展到了這樣的地步：在某些情況下，完全避免所有檢測(cè)可能是不可行的，但也不一定是必需的。正如本研究前面所討論的，為了擊落飛機(jī)，殺傷鏈的每個(gè)部分都必須在特定的時(shí)間窗口內(nèi)有效執(zhí)行。因此，防空系統(tǒng)必須能夠準(zhǔn)確地探測(cè)、跟蹤、識(shí)別和迎面而來(lái)的飛機(jī)，這就創(chuàng)造了許多干擾的機(jī)會(huì)。新的B-21隱身轟炸機(jī)無(wú)疑將被設(shè)計(jì)為為戰(zhàn)略目標(biāo)節(jié)省動(dòng)力干擾，并利用其被動(dòng)隱身來(lái)操縱電磁干擾系統(tǒng)，并破壞世界上最先進(jìn)的A2/AD防御系統(tǒng)。新出現(xiàn)的威脅正在把隱身技術(shù)的重要性推到對(duì)抗A2/AD戰(zhàn)略的前沿。隱身技術(shù)不僅在未來(lái)的威脅環(huán)境中是可行的，而且在比以往任何時(shí)候都更廣泛的任務(wù)中也變得越來(lái)越重要。隨著有爭(zhēng)議的空域變得越來(lái)越普遍，大幅降低現(xiàn)代雷達(dá)和其他威脅傳感器的射程和效能的能力正成為飛機(jī)生存的基本要求。此外，隱身技術(shù)還可以讓飛行員和任務(wù)規(guī)劃人員詳細(xì)了解敵方對(duì)其平臺(tái)的探測(cè)視角。這種理解對(duì)于管理風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要，因?yàn)樗軌驕?zhǔn)確預(yù)測(cè)、洞察和意識(shí)到飛機(jī)在特定威脅下的脆弱性。然而，在空中攻防比賽中，有一件事沒(méi)有改變。擊落飛機(jī)的過(guò)程在戰(zhàn)斗中仍然是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。成功地在一個(gè)點(diǎn)上破壞殺傷鏈可以導(dǎo)致攻擊者的任務(wù)成功。美國(guó)空軍使用術(shù)語(yǔ)“發(fā)現(xiàn)，修復(fù)，跟蹤，瞄準(zhǔn)、交戰(zhàn)、評(píng)估”(F2T2EA)來(lái)描述殺傷鏈，它仍然和以前一樣具有相關(guān)性。一代又一代的飛行員現(xiàn)在已經(jīng)接受了針對(duì)美國(guó)及其盟國(guó)目標(biāo)執(zhí)行這條殺傷鏈的訓(xùn)練，以及當(dāng)他們自己成為目標(biāo)時(shí)幸存下來(lái)并打破它的技能。在未來(lái)的任何空中戰(zhàn)役中，隱身都將與生存能力緊密交織在一起。兩次世界大戰(zhàn)期間的生存能力取決于速度和飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性，以便在以槍支為主要武器的戰(zhàn)爭(zhēng)中躲避其他飛機(jī)。二戰(zhàn)后，像SR-71偵察機(jī)這樣的高空超音速飛機(jī)被開(kāi)發(fā)出來(lái)以避免威脅(它也使用了雷達(dá)吸收復(fù)合材料作為其前沿，這是隱身技術(shù)的第一次使用之一)。到了20世紀(jì)70年代，隨著雷達(dá)技術(shù)和空對(duì)空導(dǎo)彈變得更加可靠和更具殺傷力，美國(guó)轉(zhuǎn)向了隱身技術(shù)的承諾，即完全避免探測(cè)。如今，數(shù)字時(shí)代的技術(shù)大大提高了美國(guó)以及全球盟國(guó)和潛在對(duì)手的能力，使得對(duì)新興市場(chǎng)的控制比以往任何時(shí)候都更加重要?，F(xiàn)代空戰(zhàn)中的隱身是電磁干擾系統(tǒng)控制的核心原則。隱身技術(shù)不僅在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)是可行的，而且它的優(yōu)勢(shì)顯然比以往任何時(shí)候都重要。由于大量資料從互聯(lián)網(wǎng)多個(gè)渠道收集整理，加之作者水平有限，可能存在認(rèn)識(shí)或理解不當(dāng)之處，更多精彩的國(guó)內(nèi)外測(cè)試、仿真以及數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容，歡迎各領(lǐng)域專家聯(lián)系本公眾號(hào)探討研究，交流指正。
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