空中幽灵

谢高权

隐身飞机并非是指在肉眼视距内看不到的飞机，而是指利用各种技术减弱各种雷达反射波、红外辐射等特征信息，使敌方探测系统不易发现的飞机。

隐身飞机的发展历程    

隐身飞机的发展大致经历了仿生隐身、高空高速隐身和低探测技术隐身三个阶段。在前两个阶段，隐身飞机主要以侦察机的形式出现，用于深入敌境侦察敌情。随着低探测技术和卫星侦察技术的发展，隐身飞机逐渐拓展到战斗机、轰炸机等领域。

仿生隐身飞机主要以“鸽”式飞机为代表。一战期间，德国“兰普勒-鸽子”式侦察机依照仿生学原理，将飞机设计成巨大的鸽子形状，同时采用特殊的飞机蒙皮材料，机翼在阳光下非常透薄。当飞机在高度400米左右的空中飞行时，从地面看上去就像没有机翼一样。“鸽”式飞机没有安装武器装备，主要用于侦察敌方军情。

高空高速隐身飞机主要以U-2和SR-71飞机为代表。二战结束后，随着冷战的开始，美国迫切需要获取苏联重点国防建设方面的情报。在传统情报收集手段不能满足需求的情况下，美国在20世纪50—60年代分别研制了U-2和SR-71侦察机，这些飞机均在不同程度上使用了隐身技术，尤其是它们的飞行高度让一些雷达、飞机和导弹难以企及。其中SR-71（黑鸟）侦察机的飞行高度达到3万米，最大飞行速度达3.5马赫，比现有绝大多数战斗机和防空导弹飞得都高、都快。正是借助高空高速的特性，使对方雷达看不到、飞机追不上、导弹打不着。SR-71曾经肆无忌惮地深入苏联、中国、古巴、朝鲜和越南等国家上空实施侦察。

F-117A开启低探测技术隐身飞机的先河。在越南战争中，美国军方认识到，采用隐身技术是提高飞机在高危险地区生存能力的主要途径。于是，美国国防部高级研究计划局（DARPA）在1973年提出了一项代号为“海弗兰”的研究计划，标志着隐身技术实用化的开始。在之前技术积累的基础上，“臭鼬”工厂于1981年下线量产F-117A隐身战机并进行首飞。为了达到隐身的目的，F-117A隐身战机采用了独特的多面体外形、锯齿状的机体结构、高展弦比的机翼、V形的尾翼、埋入式的武器舱和可伸缩的天线，并大量使用吸波或透波材料和表面涂层，以减小雷达散射截面，同时不配备火控雷达，以降低电磁波发散。

与此同时，由于B-1B轰炸机不具备隐身性能，突防概率低，难以有效应对苏联SS-24、SS-25弹道导弹的机动发射，美军于 1981年开始了B-2A隐身轰炸机的研制工作。经历10多年的努力，B-2A轰炸机最终于1988年实现首飞，并于1993年列装美国空军。

F-117A隐身战机服役后，多次执行作战任务，先后参加了1989年入侵巴拿马的军事行动、1991年针对伊拉克的“沙漠风暴”行动、1999年空袭南联盟和2003年的“伊拉克自由”行动等。F-117A隐身战机在战争中的出色表现，引起世界各国的高度重视，并纷纷投入到隐身战机研制的行列。俄罗斯于2010年完成T-50（苏-57的前身）的首飞。而我国也于2011年完成歼-20的首飞，并于2016年列装空军。由于F-117A隐身战机太过关注隐身性能，牺牲了其他性能，飞行速度和机动性都无法满足现代战争的需要，再加之反隐身技术愈加成熟，F-117A面临的威胁日益增加。为了掌握空中优势的主动权，美国加大了对隐身飞机的研发力度，先后推出了F-22和F-35两款隐身战机，取代了服役不到25年的F-117A隐身战机。其中，F-22隐身战机被公认为世界上最先进的飞机，不仅具备超机动、超音速巡航和超视距空战等性能，而且还具备超强的隐身性。F-22隐身战机采用新式隐身设计，使得雷达波散射中心和红外辐射中心改变，雷达散射截面仅为0.0065平方米，使用了先进的红外隐身技术，通过喷流冷却矩形喷口，垂尾、平尾、尾撑向后延伸，可遮蔽发动机喷口的红外线辐射;蒙皮采用红外抑制涂料，有效降低了超音速巡航时产生的辐射。F-22隐身战机由于造价过于昂贵、维修保养成本高，即使是财大气粗的美军也难以“消费”，在生产了187架后被迫停产。

隐身飞机的技术原理

钱学森曾指出：“隐身技术的出现，与当年的原子弹具有类似的意義。”隐身技术是现代军事技术发展的一次重大革命，在战斗机上的应用将彻底改变现代空战的性质。隐身是针对传感器而言的，主要分为雷达、红外和射频三种隐身方式。

雷达隐身   雷达的工作原理，是通过发射电磁波，并接收和处理反射回来的电磁波，从而形成物体图像。雷达已成为信息化作战条件下发现空中目标的主要手段。因此，飞机要隐身，首先要躲避雷达的探测与追踪。

传统三代战机的雷达散射截面一般在10平方米左右，如F-15、苏-27等。随着隐身技术的发展，出现了F-117A和B-2隐身飞机，其雷达散射截面水平达到了0.1平方米量级，但也牺牲了部分飞行性能。同时，利用隐身技术改进的三代战机也达到了1平方米左右的量级，如F-16改进型。F-22隐身战机则在保持高水平飞行性能的基础上大幅提升了隐身性能，其雷达散射截面水平达到了0.01平方米的量级。

通常认为，雷达散射截面在1平方米以上为非隐身目标;当0.1平方米≤雷达散射截面≤1平方米时，为低可探测性目标（LO）;当0.01平方米≤雷达散射截面<0.1平方米时，为极低可探测性目标（VLO）;当0.001平方米≤雷达散射截面<0.01平方米时，为超低可探测性目标（VVLO）。

减小飞机雷达散射截面的主要手段有三个方面：一是气动布局，二是吸波结构设计，三是吸波材料。飞机通过气动布局、结构设计和表面吸波涂层，将雷达照射的能量向其他方向散射或吸收，大幅减少反射回照射雷达接收天线的能量，使雷达接收的信号能量不够，达不到相应的信噪比要求，分辨不出目标，从而使飞机达到隐身效果。

气动布局设计的目的除飞行性能外，主要是使入射的雷达波反射回去的方向是其他方向，而不是照射雷达的方向，使照射雷达收不到散射回来的电磁波，难以对目标进行测量。气动布局设计对飞机雷达隐身的贡献率一般大于85%。典型的外形设计有飞翼式结构、翼面前缘平行设计、机头棱边设计等。F-22隐身战机在气动布局上主要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。

吸波结构设计的目的是使入射的雷达波被吸收或衰减掉。典型的吸波结构设计有内埋式弹仓、背负式进气道、S形进气道等。

吸波材料的作用是将入射的雷达波能量衰减吸收掉，减少反射的雷达波能量。理论和实践证明，吸波材料的涂层厚度与入射波的1/4波长相当时，其吸收效果最好。对于X波段的雷达，雷达波涂层的厚度在7.5毫米左右。因此，对于一架飞机而言，雷达吸波涂层的重量可达几百千克，若考虑到对长波雷达的吸波效果，则涂层就会更厚。

红外隐身   飞机的红外辐射是一种有源目标特征，敌方可利用被动传感器进行探测。飞机的红外辐射主要来源于飞机的蒙皮热辐射、发动机尾喷管热辐射、发动机排出的尾焰辐射，以及飞机对环境辐射的反射。

要降低飞机的红外辐射，通常是通过飞机的结构设计来减少辐射强度或被探测的概率。如采用遮挡设计以减少发动机红外辐射被侧面探测的概率，同时还可以采用翼面蒙皮下敷设燃油管散热和在蒙皮上喷上红外涂层等措施，以减少翼面的红外辐射。据报道，F-22隐身战机就可能在蒙皮下采用油管冷却的方式降低蒙皮的表面温度，从而减少蒙皮的红外辐射量。此外，也可以采用喷液氮、气溶胶等方法在短时间内大幅降低飞机发动机的红外辐射，从而使导弹的红外导引头失锁。

射频隐身   射频隐身是指通过对电子装备射频有源信号进行特征控制，有效避免被敌方无源电子侦察装备截获、分选识别和定位。要实现射频隐身，可通过辐射源功率控制技术，使辐射信号始终保持在截获接收机门限值以下;也可通过定向天线技术，降低天线次要方向辐射的功率，从而减少被敌方截获的概率;或通过低截获波形技术，减小敌方无源探测设备的截获距离，降低精度;还可以通过辐射源信号最大不确定性技术，提高信号的抗分选、识别能力，利用频率特征的不確定性变化来实现信号的射频隐身。因此，射频隐身并不是单一技术或者单一机载设备的问题，而是多种设备和多项技术的集合运用。

隐身飞机的发展趋势

技术是能力的支撑。随着隐身技术的不断发展，隐身飞机将在现有技术的基础上优化升级，并采用新型气动结构和新型材料，向宽频谱全向隐身发展。

优化升级现有技术   现有技术的优化升级包括采用背负式进气道、取消垂尾、提升雷达罩隐身性能、座舱镀膜优化、提升加工精度等技术措施。这些技术措施的采用估计可以将飞机隐身性能提升一个数量级左右。提升加工精度对保证飞机隐身性能的贡献不可小觑，飞机表面的加工缺陷可以导致飞机整体的隐身性能下降1～2个数量级。F-117A隐身战机在隐身测试中就因为一个螺钉没有拧紧而导致隐身性能大幅下降。现代隐身飞机从外形上看，不再是一件粗糙的武器，而是一件精美的工艺品。

设计新型气动结构   隐身和气动结构之间存在一定矛盾。有专家认为，F-22隐身飞机将隐身与气动结构的结合已经做到了极致，后续发展将很难超越。这种认识在当前看来有其合理性，但随着技术的发展，在隐身与气动结构的结合上还将找到新的平衡点。英国BAE公司最新研制的新型MAGMA无人机，在设计上突破了传统思维，取消了飞机的襟翼和副翼，也没有任何控制面，取而代之的是气流喷射控制系统，同时解决了机械结构复杂性和隐身问题。

研发和采用新型材料   新型材料的运用可以对入射的电磁波进行人为控制，从而实现更高层次的主动隐身。这样的新型材料包括对电磁波的吸波材料和透波材料。吸波材料能够吸收或衰减入射的电磁波，并将电磁能量转换成其他形式的能量消耗掉，或者能够调制电磁波使其发生干涉从而相互抵消，最终达到大幅减小飞行器的雷达散射截面的目的。透波材料可以通过调整介质的电磁参数，控制电磁波的传输方向，从而形成从外部看来“不可见”的空间，既没有散射波的产生，也没有由于吸收而导致的电磁波“阴影”，从而实现完美隐身。

隐身飞机是军用航空技术发展的产物，是空战战术与防空战术、隐身技术与探测技术长期对抗产生的必然结果。从本质上来说，它只是一种先进技术，而不是解决飞机性能和取得胜利的万能钥匙，所以，对隐身技术和隐身飞机不能产生迷信，也不应该迷信。