中国反隐形作战体系全解 | |
www.wforum.com | 2025-07-06 17:45:52 世界军事网 | 0条评论 | 查看/发表评论![]() |
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川普政府发动的“午夜之锤”突袭行动中,美军六架B-2隐形轰炸机从本土起飞,在125架支援机群的配合下,对伊朗福尔多、纳坦兹等核设施投掷了14枚GBU-57巨型钻地弹。这是幽灵轰炸机自1999年5月8日投下五枚联合直接攻击弹药(JDAM)悍然轰炸中国驻南联盟大使馆以来又一次洲际作战任务,也是美国空军第一次以常规武器摧毁对方核能力的战役级打击行动。 自从1989年7月17日首架B2隐形轰炸机试验机试飞成功以来,通过不断升级改造,直至35年后的今天,单机造价高达24亿美元的B2依旧是世界上独一无二的最先进隐形战略轰炸机,号称可以肆意穿透世界最严密的防御系统进行多域协同精确攻击。其能够牵制同体量的对手大量的战略防御资源,而且这些能力也和美军反反介入与区域拒止作战的核心战术高度契合。作为五常中唯一被B2攻击过的国家,幽灵是否能够穿透中国的天空呢? 我们知道,在冷战登峰造极的上世纪80年代初期,为了应付在一望无际的西伯利亚森林中穿梭的前苏联陆基机动洲际导弹,美国迫切需要一款能携带大量有效载荷,穿透苏联严密的防空雷达,甚至使用地形匹配和地形规避技术以进行低空突防,深入敌方纵深领土,利用下视雷达搜索和摧毁苏联陆基导弹,当然也能投掷核武器的隐形战略轰炸机。幽灵的作战任务远比初代隐身轰炸机F-117复杂,F117只需要作为“银子弹”穿透东欧前线在目标区投掷2枚激光制导炸弹。 "幽灵"的隐身护身符首先来自其平滑曲面构成的无尾飞翼的翼身融合体和基于平行设计的简洁的2波系边缘线条。其中B2的机翼前缘形状是全机隐身设计的重中之重,其前缘后掠角为33度,为高亚音速进行了优化。在早期设计中它采用的是刀锋一样尖锐的形状以降低雷达反射面积。但美军战略空军司令部提出B2在战时有可能不得不在计划外的机场起降,因此需要具备在任何能起降737的机场部署的能力。为了能够在跑道长度不足的机场紧急低速起飞,机翼前缘必须加厚以增加升力。因为如果前缘过于尖锐,低速高攻角起飞时机翼上表面的气流将沿展向移动,从而造成流向机翼后部的气流不足,在满载条件下机翼很容易失速,后缘的控制面也会丧失舵效。但是机翼前缘加厚又会大幅度增加雷达散射,增大RCS。气动专家萨姆·克雷格(Sam Craig)为了在隐身和气动方面取得折中,提出采用变截面前缘方案,将原来厚度恒定的机翼前缘改为中间钝厚、两端尖锐的“牙签”形态。对于内翼段,翼型前缘半径减小,下表面向内凹陷,呈现“鹰嘴”特征,可降低雷达回波的镜面反射强度,雷达隐身性好。同时下表面“凹陷”带来的抬头力矩有利于减小舵面配平带来的升力损失与阻力增量。对于外翼段,前缘肥厚,翼型上表面外形趋于平坦,可兼顾气动和隐身特性。对于翼尖区,前缘半径适当缩小,后缘弯度增大,失速攻角增大,保证在低速时具有良好的升阻特性和力矩特性。 B2没有垂尾,由机翼外段后缘的诺斯罗普专利开裂式阻力方向舵负责偏航控制。由于飞翼表面的附面层的存在,开裂式阻力方向舵至少要开裂 5 度以上才能起到作用。所以在正常飞行中,两侧的方向舵都处于5度的张开位置,当需要进行控制时就立即可以起作用。但是张开的方向舵会影响飞机侧向和后向的隐身效果,所以B2在需要隐身突防的危险战区时,方向舵会完全闭合,完全依靠发动机推力差进行偏航控制。 美国战略空军司令部那时还不安地发现苏联投入了新型的陆基低波段防空雷达,有可能具备引导米格-25在高空拦截B2的能力,于是提出了接近音速的低空突防需求。而为了应对低空突防时强阵风环境,在不改变2波系边缘线条的基础上,B2后缘兰姆达构型被改为锯齿状的双W型,以便让气动控制面尽量远离气动中心,增大控制力矩,同时内翼段新增了两块控制面,机身末端安装了一块五边形扁平可动尾锥"海狸尾"以自动补偿阵风扰动。 B2是先天静不稳定设计,依靠四余度线传系统实现稳定飞行。在B2风挡前的机翼前缘安装有6组24个大气数据传感器,向飞控系统提供大气数据以确定飞机的迎角和侧滑量等参数。不过在2008年2月23日,堪萨斯幽灵号在关岛安德森空军基地因为3个传感器受潮而坠毁。原来这架B2从美国本土转场来关岛前,曾因怀特曼空军基地有暴风雪,延迟了一天出发。而在等待的时候,堪萨斯幽灵号就直接停在了没有任何遮挡的停机坪上而被淋湿。尽管起飞前维护人员发现传感器数据异常,并进行了数据校正,但未对传感器进行加热以便清除湿气。飞来关岛后,当地潮湿的空气让传感器的水汽无法自然挥发,甚至受潮更加严重。所以B2在关岛起飞前即便进行了数据校正,但传感器数据依然继续偏离,传感器的空速误差导致飞机滑跑距离比平常缩短了457米,而错误的起飞迎角数据导致了30度的上仰偏差,结果只有1.6G的加速度加上不当的迎角最终导致B2进入失速偏航状态,直到左侧机翼撞上地面,莱恩少校和贾斯汀上尉跳伞逃脱。 B2还费尽心机的实现多维度的隐形。为降低白天目视可见度,B2机身涂有消光涂料, 机腹为深灰色,以适配15000米高空环境,与天空背景融合。同时会依据传感器数据警示机组调整飞行高度以避免凝结尾迹的形成。B2通过深埋4台F118-GE-100型涡扇发动机来降低红外特征,发动机取消了加力燃烧室,进气道底部引入边界层吸入气流,与高温尾气混合减少尾流的红外特征。 对于雷达隐形,我们知道,虽然外形设计占总体隐身的90%,但剩下的10%可以说是决定隐身等级的关键。B2的吸波材料构成极为复杂。机身和机翼蒙皮外面涂覆镍钴铁氧体吸波材料,而蒙皮则是多层碳纤维蜂窝夹层结构以及由碳纤维、玻璃纤维和凯夫拉纤维组成的层间混杂结构。通过减缓表面电流的转捩,减少了边缘波散射;通过吸收电流,减少了行波反射;通过吸收入射的雷达波,减少了边缘衍射。每个方向的RCS都由此显著降低。此外,它的隐身蒙皮是通电的,蜂窝壁用介电电阻损耗材料制成,可以智能化改变吸收效率,针对不同威胁雷达频率加强吸收效率。不过B2的涂层材料具有高度亲水性,飞行时容易吸收水分,在飞行中与空气摩擦导致水沸腾,最后促使材料起泡,影响隐身性能。 B2因为巨大的躯体,从而可以在重点部位采用米级大尺寸的吸波结构件。其是由包括阻抗匹配层、损耗吸收层和反射层等多层复合材料通过热固性工艺制成多孔的泡沫结构,有效吸收带宽甚至能跨越2~40GHz,即从超高频UHF扩展到L、S、C和X波段,并进一步扩展到Ka波段。即使按照80年代美国隐身材料水平来估计,这种吸波材料对30~300MHz频段的VHF的照射下的RCS也至少能有-20dBsm以上的影响,而B21这种应用了新一代材料的隐身轰炸机只会更低。 可见,B2这类战略隐身轰炸机因为具备比F22、F35大得多的电大尺寸,特别是B21还取消双W型机翼后缘,所以其无尾飞翼外形可以应对全向更低频段的雷达波探测,加之更厚的吸波涂层和蒙皮、大尺寸的吸波结构件,对长波具备更好的隐身性能。中国先进米波雷达之父吴剑旗院士也认为B2在UHF和VHF米波波段也能达到-20dBsm以下级别的LO特性,即RCS仅为0.01平方米,隐身能力相当强悍。作为对比,F22和F35这样的隐身战斗机,主要是针对厘米波段进行优化,但是在UHF和VHF米波雷达的频率内,大部分目标的散射波都处于瑞利区和谐振区。在瑞利区,目标的RCS与形状无关。在谐振区,RCS成几何倍数放大。比如飞机垂直尾翼的翼尖部分,短于某个波长的八分之一时,全方位谐振效应就会引起“步进变化”的现象,会显著增大飞机的RCS数值。所以早在2013年2月10日,中国第三代陆基米波雷达JY-27在450公里外就能探测并跟踪在我东海防空识别区附近的美国F22隐形战机,并且立即出动海军航空兵战机飞赴目标空域实施查证。而空警500、空警600和空警3000这样的预警机更是具备相当强悍的反战术隐身目标能力。 不过要在复杂电磁对抗的实战中,远距离稳定探测并跟踪B2和B21这样的战略隐形目标,甚至比对洲际导弹的预警还困难,其对于任何一个大国都是极具挑战的任务,这也是当今超级大国都不遗余力构建空基隐形战略威慑平台的核心原因。 毋庸置疑,对于唯一被B2攻击过的大国,中国一直在持续构建陆、海、空、天多维度、多频率协同探测网络,以不断增强对空中隐形威胁的探测和防御能力。 天基探测方面,我们知道,中国在2010年部署陆基东风21D反舰弹道导弹后,相应的天基侦查手段也逐渐到位。仅公开的民用或军民两用卫星包括:2009至2015年,中国发射了遥感8号,15号,19号,22号,27号共五颗光学海洋监视卫星,飞行在约1200公里高的太阳同步轨道上,保证了中国绝大部分时候对西太平洋能做到2小时频率的情报更新。中国在2022年完成高分三号合成孔径雷达卫星的三星组网,支持C频段多极化,最高分辨率达到1米,最大成像幅宽650公里,可以实现高精度运动目标检测,是国际上综合性能最高的C波段合成孔径雷达卫星。中国还发射了商业光学小卫星群“吉林一号”系列,2025年完成全部138颗卫星的组网,全球任意地点重访更新频率降到10分钟。其中的内蒙古一号卫星是国际上幅宽最大的亚米级光学遥感卫星,成像幅宽大于150千米,全色分辨率0.5米,多光谱分辨率2米。这些卫星有很多都是几十千克级别的小卫星,成本甚至比反卫星导弹还低,即使美军不计工本地把它们打下来,我军使用基于东风31研发的快舟快速反应火箭,可以迅速而廉价地补充战损。同时这些卫星还搭载红外成像仪,因此夜间也能实施侦查。 低轨道卫星有重访时间的问题,地球同步轨道卫星则可以实现持久性监视。从2015年开始,中国发射了3颗地球同步轨道光学卫星,分别是最高分辨率为50米的高分4号、最高分辨率为15米的高分13号和高分13-02号,面阵凝视方式成像,是目前世界上空间分辨率最高、幅宽最大的地球同步轨道遥感卫星。2023年12月15日,采用整流罩加长50%的长征5号运载火箭,中国向地球同步轨道发射了“遥感41”卫星,其成像镜头直径达到了4.03米,是最大单片镜头的太空望远镜,其光学分辨率更是可能接近2.5米。 除了这些光学遥感卫星外,中国还在地球同步轨道上运行着一颗"陆地探索-4"合成孔径雷达卫星,该卫星于2023年8月发射,是全球最大的合成孔径雷达观测卫星,也是世界上第一颗也是目前唯一一颗带有合成孔径雷达有效载荷的地球同步轨道卫星,其分辨率为20米,具备全天时、全天候观测能力。 未来几年,中国将计划使用“量子成像系统”卫星来实现地球静止轨道1至2米的分辨率,即利用量子纠缠或经典关联的光子对,即使相隔遥远,也能通过探测其中一个光子的状态,推断另一个光子的信息,从而不依赖传统光学镜头,而是通过测量单个光子的时间、位置或动量关联性,结合算法重建目标图像。量子信号天然对大气湍流、背景噪声等干扰不敏感,适合远距离或隐形目标探测。中国早在2016年就发射了“墨子号”全球首颗量子科学实验卫星,其单光子探测、高精度跟踪、量子载荷设计、地面站协同等核心技术为量子成像奠定了基础。2020年,中科院团队在大气层内完成了公里级量子成像实验,验证了技术的可行性。考虑到中国从50米的地球同步轨道光学分辨率到近2.5米只用了不到8年的时间,毫无疑问中国迟早会实现量子成像卫星的工程实用化。 考虑到原计划生产132架的B2现役只有19架,隶属于美国唯一具备全核能力的第509战略轰炸机联队,其常驻基地只有一个:密苏里州的怀特曼空军基地,其建有21座恒温恒湿单价500万美金的大型专用机库。B2的前进基地也仅有三个:英国费尔福德,印度洋迪戈加西亚和关岛安德森空军基地,其配备了单价250万美金的超大型可部署机库系统。另外,每7年B2将返回加州帕姆代尔空军第42工厂进行为期1年耗资6千万美元的大修。加之B2那翼展达52.4米的庞大身躯在天基光学传感器面前几乎无处可藏。所以同时将来自不同卫星的数据与训练有素的AI算法进行配对,人工智能技术会自动加速识别和接续跟踪解放军感兴趣的物体。 不过,幽灵一般选择夜间出动,而在夜间或者天气不佳时,卫星的红外成像很可能无法对红外隐形的B2进行可靠侦测。而合成孔径雷达卫星对于实时移动物体成像的性能不足,且易被电子干扰和欺诈。所以只基于天基卫星侦察和预警,一大半的时间对B2是不设防的。 此时需要天波超视距雷达出场了。最早呼吁要研究超视距雷达的是钱学森,但是直到1982年,包养浩、焦培南才研制出中国第一部“脉冲体制天波超视距试验雷达”,并成功在强杂波中检测到900~1500km的民航机。而2018年度国家最高科学技术奖获得者、时代楷模、著名的雷达专家刘永坦,除了研制成功“海疆千里眼”高频地波超视距雷达,还负责了天波超视距雷达项目的研制。我们知道,早在20世纪早在20世纪50~60年代,前苏联的Duga、美国Teepee, Madre和AN/FPS-95天波超视距雷达作为弹道导弹早期预警系统就开始了部署。90年代,美国空军的AN/FPS-118完成部署,用于检测美国海岸线以外的来袭远程战略轰炸机。美国海军还在阿拉斯加的阿姆奇特卡岛部署了一部由雷神公司设计制造的可搬迁式天波超视距雷达AN/TPS-71,用于支援美国海军的战斗机群和发现从各方向逼近威胁美国海军舰队的舰只和飞机。洛克希德·马丁还于2003年帮助澳大利亚完成JORN天波超视距雷达,重点覆盖中国南海方向。俄罗斯“集装箱”天波超视距雷达则于2015年开始投入使用。 当天波超视距雷达工作时,发射机向电离层发射大功率的HF高频频段电磁波。这些电磁波在进入电离层后,带电粒子能够对高频电磁波产生折射和反射作用,使得电磁波能够在电离层与地面之间进行多次反射,从而实现超视距的传播。而电离层是一个时变非平稳的传输介质,为了适应电离层的变化,天波超视距雷达通常具备实时监测和调整工作频率的能力。通过电离层探测系统,雷达可以实时获取电离层的参数,如电子密度、虚高、临界频率等,根据这些参数选择最佳的工作频率,以确保雷达波能够有效地反射到目标区域。目标会对雷达波产生后向散射,一部分散射波会沿着与发射波相似的路径再次通过电离层返回雷达接收机。然后接收机需要从复杂的背景噪声和干扰中提取出目标回波信号,必须采用先进的信号处理技术,如脉冲压缩、相干积累、自适应滤波等,来提高信号的信噪比,以便在复杂的环境中有效地探测和跟踪远距离目标。 由于天波超视距雷达电波需要照射电离层,所以这类雷达的初始波束仰角巨大,波束在天线发射后经由电离层反射到地面时,会产生高达1000公里左右不能被探测到的近距盲区。以中国面向太平洋战略方向的天波超视距雷达为例,其庞大的收发天线就部署在湖北、河南、安徽三省交界处,离东部海岸线近1000公里距离的中原腹地,以求尽可能的减小近距盲区对其实际预警探测效果的影响。其探测范围即可覆盖整个东南沿海,东到日本东京以南的西太平洋海域,南到菲律宾以东海域。加上位于内蒙的第二座天波雷达,两者覆盖范围将交集在西太平洋。为中国提供了包括弹道导弹早期预警、反隐身以及对航母战斗群跟踪定位在内的多种战略能力。 显然,天波超视距雷达不受地球曲率的影响,探测距离达3000-5000公里,不存在低空盲区,对覆盖区内低空、超低空飞行目标均具有探测能力。又由于其波长长达十几至几十米,B2这样的大型隐身目标通常会落入谐振区或瑞利区,B2外形隐形设计对天波超视距雷达无效的。同样,其吸波涂料和结构件对天波雷达十米量级波长的电波不起作用。据估算、B2遭到天波超视距雷达照射时,其雷达反射截面积可达1000平方米级。即便B2采用低空突防战术,天波超视距雷达仍是迄今为止最为有效的超远程预警探测手段之一。 不过,天波雷达探测性能会受电离层随机起伏的电子浓度的影响。而且天波超视距雷达空间解析度极为粗糙,即便优化天线阵列单元的排列方式和间距,实现低副瓣和高分辨率的波束特性,即便通过脉冲压缩技术,超视距雷达可以将发射的大功率宽脉冲信号压缩成窄脉冲,从而实现对目标的精确测距,但距离分辨率仍然在3~15千米之间,只能实现预警,而无法做到火控雷达精度。加之还有1000公里左右的近距盲区。因此还是需要地波超视距雷达、陆基和海基米波雷达、空基预警机或预警无人机,才能构成一个完善的察打一体网络。 地波超视距雷达也是采用极强反隐身能力的HF高频频段,但其工作原理与天波超视距雷达有着显著的差异。其依靠高频电磁波沿地球表面,特别是导电性能较好的海洋表面的绕射特性来实现对远距离目标的探测。通过对目标散射回波信号的分析和处理,雷达可以获取目标的距离、方位、速度等信息。其弥补了天波超视距雷达在近程探测方面的不足,又能够有效地监视常规陆基微波雷达难以探测到的低空盲区。不过其测距误差一般达到探测距离的1%,测角误差一般达到1度左右,还是无法充当火控雷达。 当然,基于对B2的10千米级的定位和跟踪,接下来调用陆、海、空多种频段、多种体制的雷达,基于狭小的视场从不同角度搜索“幽灵",完全可以对其形成瓮中捉鳖之势。 中国有一种独步天下的反隐形”撒手锏“,即中国电科38所吴剑旗团队研制的MIMO稀布阵综合脉冲孔径雷达。早在1992年,正是海湾战争中F117肆无忌惮投下2000吨精确制导炸弹摧毁伊拉克40%高价值目标的第二年,吴剑旗反复奔走和艰难游说,固定阵列式“稀布阵米波综合脉冲孔径试验系统”得以立项。几年后,同是中国电科38所的吴曼青敏锐意识到数字化和软件定义是雷达技术的未来,率先在国内提出数字阵列雷达概念,即接收波束和发射波束均采用数字波束形成技术的全数字有源相控阵雷达,并于1998年研制出4单元数字波束形成发射阵,2006年研制成功产品化的数字阵列雷达。 我们知道,即便采用比天波或地波超视距雷达HF波段频率更高的30~300MHz的VHF米波波段,如果采用传统雷达体制,其测距、测角精度都依然无法做到直接引导导弹的水准。比如在科索沃战争期间的1999年3月27日,南联盟军队在摸清F117的出没规律后,指挥官佐尔坦·达尼率领第250防空导弹旅第三营在其必经之路设伏。那天本来护航的携带电子战吊舱和反辐射导弹的F16因为天气不佳返航,VHF波段的俄制P-18预警雷达得以长时间开机,并在几十公里外,从浓密的云层中探测到美国空军中校泽尔科驾驶的F117。但其无法引导萨姆3导弹进行攻击,SNR-125火控雷达即便有预警雷达的指引也无法发现对X波段做了充分隐形优化的“夜莺”。直到F117正好下降到3000米打开弹舱投弹,而且因为恶劣天气导致炸弹对激光制导信号接收不稳定,使得弹舱打开的时间大幅度超过了安全时间23秒。萨姆3的火控雷达这才得以发现并锁定了F117,第三营抓住这转瞬即逝的机会,仅用17秒以13公里的半径发射了两枚导弹,美国人自负到甚至没有给F117配备铝箔弹来保命。所以迄今为止唯一一次隐形战机被击落实际上带有颇大的运气成分。 但是B2面对中国收紧的察打一体反隐形网络就没有运气可言了。 稀布阵综合脉冲孔径雷达基于吴曼青研制的全数字化相控阵架构,采用了先进的算法与波束自适应调整技术、MIMO多输入多输出分集技术。面对传统米波雷达由于多径干扰导致覆盖空域不连续的问题,通过波束自适应调整,在探测中高仰角空域时,着重削弱波束的旁瓣电平,用低旁瓣或零深点指向主反射区,降低多径效应的干扰。在探测低仰角空域时,注重雷达主瓣波束的宽度,要尽可能收窄雷达主波束。同时使用MIMO体制,控制天线振子单元同时以多个波形工作,用多个不同频率波形互相覆盖弥补不连续的区域。 面对传统米波雷达测角精度差、无法测高的问题,稀布阵综合脉冲孔径雷达首先能非常方便地将天线阵孔径放大,达到所需的角分辨力。比如3米的工作波长采用20米直径的环形布阵,即可达到方位0.5度、仰角5度的分辨力。如果阵面适当倾斜,仰角分辨力可提高到2度左右。其还可采用超分辨测角算法进行测角计算,例如多重信号分类(MUSIC),旋转不变子空间(ESPRIT),最大似然算法(ML)等。这些先进算法综合考虑天线高度,地球曲率,大气折射,地面水面反射模型等因素,可将目标的真实方位精确解算出来。为了应对复杂的山地城镇环境,还专门开发了先进的自适应地形匹配算法。实测数据显示,在开阔海面和平原地形上,稀布阵米波雷达对300公里距离上的目标探测测角精度误差在0.5度以内,全程测角精度均方根误差在0.2度以内,测高精度误差在500米以内;即便在复杂高山地形时,测角精度也能达到1度以内,全程测角均方根误差0.5度以内,测高精度1000米以内。这种先进米波雷达的精度甚至比很多老式火控雷达都高,达到了可以直接引导各种主动雷达制导导弹攻击的精度。这将极大简化反隐身作战的流程,可以省略引导战斗机和高精度雷达对目标区域的二次搜索,直接为防空导弹提供中段引导,极大的提升预警防空系统在复杂战场环境下,针对隐身战机这类时敏目标的打击效能。 不过对于大国而言,这还远不能高枕无忧。2015年后,为满足机动作战需求,吴剑旗团队研制出了JY-26,JY-27A陆基移动式先进米波雷达,这也是世界上首次出现陆基移动式的先进三坐标米波雷达。如今,先进米波反隐身雷达早已经完成由陆转海,由陆向空的发展。055驱逐舰、空警500、空警600、空警3000预警机、彩虹7无人机和神雕无人机,都是基于UHF等波段的数字阵列体制先进反隐形探测平台。虽然因为功率和天线孔径限制,无法采用反隐形效果更好的VHF波段和稀布阵体制,但是波长介于0.1米~1米的UHF波段具备强大的抗杂波能力,探测精度也更高。可以说,目前中国已经拥有全世界最强,最全的反隐身作战体系。预计到2028年,中国的海陆空各种先进反隐形雷达体系能够全面组网,从而实现了远场/近场统一、主被动探测统一、分布式/集中统一、探测/跟踪/成像识别统一,以及多目标的多尺度/变尺度灵活探测。将形成空地配合,进可攻,退可守,支持国土防空和进攻型空中作战。任何隐身战机在这种分布式雷达配合面前,也基本上完全丧失了隐身能力。 中国反隐身技术的发展,是一部从"被动防御"到"主动破局"的逆袭史诗。从刘永坦的天波雷达千里眼到吴剑旗的先进米波雷达,中国用30年时间编织了一张覆盖陆海空天的多维探测网络,让B2无处遁形,宣告了“幽灵”隐身霸权时代的终结。这更让对手意识到:在五常中唯一被B2轰炸过的土地上,生长出的不仅是复仇的种子,更是一套重新定义空天战争规则的"照妖镜"和“屠妖术”。 |
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