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[军事] 《出鞘》2020-05-19:道高一尺魔高一丈:四代机之间真的只能近距离格斗吗

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发表于 2020-5-19 11:48 AM |显示全部楼层








道高一尺魔高一丈:四代机之间真的只能近距离格斗吗
2020年05月19日 20:38


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随着美国F-22、F-35,我国歼-20、俄罗斯苏-57等第四代战斗机的相继服役,雷达隐身已经成为了现代空战的主流配置。众所周知,目前主流视距外空空导弹均采用了主动雷达导引头,而隐身技术的普及又意味着飞机在与空空导弹导引头的较量中具备了不小的优势。因此,四代机之间的空战到底应该怎么打也成为了很多人争论的焦点。甚至有一些激进的观点认为,四代机之间就不存在超视距空战的概念了,空战将完全以视距内格斗的方式进行。但事实果真如此吗?



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目前,空空导弹使用的发展最为成熟的两种导引头分别为雷达导引头和红外导引头。两种导引头分别广泛用于中远距离的超视距导弹和近距离格斗导弹。相信看到这,就会有小伙伴说了:那要是我偏不走寻常路,非要用雷达导引头制导格斗弹、用红外导引头制导超视距弹呢?是不是就可以避免超视距导弹被隐身飞机克制的问题了?



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事实上,仅从原则上说,这一想法确实是可以成立的。只不过,考虑到两种制导方式在实际使用中的差别,这种思路却是极难实现的。从工作模式上来说,雷达导引头主要依靠雷达天线本身的视场进行搜索,相对而言其转向架的偏转角度相对较小,以美国AIM-120导弹为例,其雷达天线本身的视场约为15°,加之一定的天线偏转能力。以AIM-120为代表的雷达制导导弹接受载机的指令制导对准目标后,在开机距离上可以自行搜索并锁定目标。



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而与之相比,红外导引头的视场则要小得多。以美国AIM-9家族为例,最初量产的AIM-9B导弹的导引头视场仅为4°,后来为了增强该系列导弹的性能,这一数字甚至被进一步减小到了2.5°上下。不过因为红外导引头本身体积小、重量轻,因此其可以搭配转速较高、旋转范围较大的转向架。如AIM-9D导弹的转向架偏转角度上限就为25°以上,而像AIM-9X这样的新型导弹,其转向架的偏转角度甚至可以接近180°。



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红外导引头自身较小的视场意味着其几乎不可能在发射后通过自动搜索来锁定目标,因此绝大部分格斗导弹都需要在载机通过自身机动或雷达、头盔瞄准与导弹导引头的联动等手段辅助导弹导引头锁定目标后才能发射。最近,以AIM-9X blockII为代表的部分第四代格斗导弹已经具有了发射后瞄准、越肩攻击等功能。实现这些功能的手段通常是弹载数据链与导引头转向架的联动,或导引头脱锁后自动通过帕金森扫描来重新搜索目标的旧有功能等。但相较于雷达制导导弹,这些可以发射后锁定的导弹在自行搜索锁定目标的能力上仍有不足,可靠性和作用距离仍然较短。因此,红外导引头至今仍然很难作为超视距空空导弹的主要制导手段。目前,世界范围内也仅有R27T、R77T等极少数超视距导弹采用这种制导手段。



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既然红外中距弹一时半会还挑不起大梁,那么超视距反隐身导弹势必还是要回到雷达制导的老路上来。而想要了解四代机时代战斗机与空空导弹的博弈,我们还必须从第四代战斗机的隐形原理讲起。目前,战斗机的隐形主要通过两种手段来实现,即涂层隐身和外形隐身。所谓涂层隐身其实指的就是第四代战机所特有的吸波材料,这些材料通常是一些有限电导率的介质材料,当电磁波进入这些材料时,会产生传导电流和位移电流。此时,入射电磁波的一部分能量就会以热损耗的形式被消耗掉而不会产生回波。



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而所谓外形隐身指是通过适当的外形变化将雷达波的能量反射到无关紧要的方向上,这样一来,在规定方向上的雷达回波自然也就变小了。为了尽可能的降低雷达波的后向散射,第四代战斗机普遍采用了S型进气道、V型或A型双垂尾、座舱盖镀膜等设计。这可以在最大限度上避免飞机表面形成凹腔效应(也就是土质角反射器),降低了飞机的RCS。



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此外,细心的军迷也肯定注意到了,隐身飞机要么就装相控阵雷达(歼-20、F-22等),要么就压根不装雷达(F-117)。这其实并不完全是因为“隐身飞机当然要用最好的雷达”,更主要的原因是传统雷达本身就是一个巨大的反射源。毕竟,雷达罩本身是不能做隐身处理的,否则自身的雷达也要失效。而相较于传统的倒卡天线或平板缝隙天线,相控阵天线不需要把自身旋转至正对目标就可以对目标进行探测。因此,机载相控阵雷达本身也可以通过倾斜安装雷达天线来降低飞机在目标方向上的RCS。



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而空空导弹想要在与隐身战机的博弈中取胜,也要从这两个方面入手。对于吸波涂料的吸波能力,有如下等式:D=ln(Er/Ei)/2β,其中D为涂层厚度,β为一个与雷达频率和涂料的相对介电常数成正比的数,称为相位常数而Er、Ei分别为反射和入射的信号强度。换句话说,涂层厚度约薄吸波效果越差、介电常数越小吸波效果越差、雷达频率越小、吸波效果越差。在这三个因素中,只有入射雷达波的频率是受进攻方控制的,因此,想要破除飞机的“隐身功”,导弹导引头的雷达频率必须可以足够的低。



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除了能让隐身涂料的吸波能力变差以外,降低雷达频率意味着雷达波的波长也会提升,而当雷达波的波长上升到一个足够高的数值时,目标飞机的特征尺寸会与波长相比拟,目标的雷达截面积处在谐振区,会随雷达频率的变化而剧烈起伏。用大家都能听得懂的话来说,就是, “这个飞机他突然就不隐身了”。同样的原理也被用在了像JY-27反隐身雷达上;同时,导弹大小的武器之所以非常难隐身也是基于相同的原理(并没有专门黑LRASM和JASSM的意思)。



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不过,问题也随之而来。一旦雷达的频率过低、波长过高,则势必会导致雷达的探测精度下降。比如上文我们说的,前几天刚刚发现了F-22A隐身战机的JY-27反隐形雷达,其本身的探测精度非常低,只能提供大致的预警,而无法作为火控雷达使用。想要达到火控级别的精度,雷达至少需要工作在X波段(频率为8~12GHz),而目前主流空空导弹导引头的工作波段更进一步达到了Ka波段(27~40GHz),部分导弹导引头的工作波段甚至为W波段(75~100GHz)。换句话说,如果导弹导引头只能在0.5~10.5GHz工作的话,虽然其能够破除飞机的“隐身神功”,但依旧不能对隐身飞机造成威胁。



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为了解决这一问题,几乎在隐身飞机问世的同一时间,冲激雷达又回到了人们的视野中(这种雷达最早诞生于上世纪60年代,不过主要用于地质勘探)。与传统雷达不同,冲激雷达具有极宽的工作频率,其频率范围从几kHz一路覆盖到了几十GHz,可以完美兼顾中段制导时的反隐身能力和末端制导精度。据推算,冲击雷达导引头在面对隐身目标时,有30分贝以上的潜在优势,因而,这种导引头也成为了目前空空导弹导引头的重要研究方向之一。



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解决了导弹自身的反隐形问题后,摆在我们面前的就只剩下战斗机本身的反隐形设计了。虽然冲激雷达在原理上非常适合战斗机使用,但限于高功率冲激产生器等元器件方面的限制,制造大功率、远探测距离的冲激雷达供战斗机使用却是不现实的(导弹所需探测距离的冲激雷达功率大概只有飞机所需探测距离的万分之一)。因此,战斗机还需要其他的反隐身手段。目前,最为成熟的机载反隐身手段是红外探测器,如较古老的IRST、阵风战斗机使用的OSF红外探测器、F-35和歼-20使用的DAS系统和EOTS瞄准系统等等。



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根据法国人的宣传,其阵风战斗机使用的OSF系统对空重目标的探测距离可达100公里左右,可有效应对如F-22这样的隐身战斗机。而F-35的AAQ-37  DAS系统不仅在90公里以外的距离上成功探测到过F-16,还曾经成功跟踪到过1300公里外的弹道导弹。在实战中,这些战斗机可以使用红外探测系统对目标进行持续的跟踪,并通过数据链系统持续对导弹进行指令引导,直到其导引头能够烧穿隐身飞机。



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当然,隐身战斗机之间的超视距空战也远非上文所提到的两种方法可以一言以蔽之的。比如载机可以通过数据链系统指引导弹在敌机RCS较大的方向上发起攻击(比如从天而降或者左右勾拳)、导弹本身可以使用雷达-红外双模制导、各战机之间可以通过数据链进行目标信息的实时共享,通过A射B导的方式在远距离攻击敌军的隐身战机等等。但总归有一点是可以肯定的,隐身并不是无解的,攻防手段总是在攀比着进步的,指望雷达隐身“一招鲜吃遍天”,取缔超视距空战并不现实。
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