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日志

 
 

2011年08月23日  

2011-08-23 08:35:01|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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歼二十强于F35但弱于F22

  我国新型战斗机J-20横空出世后,其隐身性能及雷达性能成为广大军迷和读者关注的焦点之一。J-20到底有多隐身呢?它的雷达是不是有源相控阵雷达?其性能与F-22的雷达相比如何?J-20怎样与我国已装备的先进预警机协同作战?带着这些问题,记者专访了电子装备专家、国产某型预警机常务副总设计师曹晨研究员。

  到底应该有多“隐身”

  记者:提起作为四代机的歼-20,大家最关注的问题之一是它的隐身特性。您从雷达和电子的角度,如何看待战斗机的隐身问题?

  曹:在四代机的4s特征中,第一个s指的就是隐身特征。战斗机如果能不被雷达发现,是因为它对雷达照射过来的电波,反射回雷达的非常少,专业上称为“低可观测性”,这就是“隐身”的含义。实际上,关于具备哪些条件才能称为“四代机”,在世界范围内并没有达成一致。我国新一代战机到底应该怎么搞,也未必一定要遵循目前西方四代或俄罗斯五代的路子。但是无论如何,在信息化战争时代,加强新一代战机在信息争夺方面的优势,是最重要的也是在发展方向上最没有争议的。而在谋求信息优势方面,至少有两个方面的含义,一是自己的雷达要能看到对方;二是让对方的雷达不能看见自己。

  记者:如何评价战斗机的隐身能力?

  曹:虽然也有红外隐身,但雷达是最主要的探测器,所以,隐身能力主要是看雷达反射截面积(RCS),它衡量了一个物体把照射到自己的雷达波反射回雷达的能力。反射回的能量越多,RCS就越大,雷达接收信号也就越强,雷达对这个物体看得也就越远。如果某个物体的RCS是5米2,这个物体反射雷达波的能力就相当于一个截面积为5米2的圆球。

  记者:F-22、F-35和T-50这些四代机的RCS一般是多大?

  曹:从研制厂家自己提供的数据看,在x波段(频率为8吉至12吉赫兹,波长为3厘米),雷达波从F-22的迎头部位照射过去,其雷达反射截面积(RCS)是0.01米2。F-35的是0.1米2,T-50则在0.05米2以上。而三代机以及更早的战斗机,在同样条件下,其雷达截面积为3~10米2。

  记者:四代机的RCS比三代机缩小了几百倍甚至上千倍,为什么新一代战斗机在RCS上有这么大的变化?

  曹:人们想缩减RCS,是因为雷达的探测距离与RCS的四次方成正比。如果把战斗机RCS从5米2降到0.01米2,即原来的1/500,雷达的探测距离将减少到原来的20%。加上战斗机的速度提高了一倍,对方的预警时间将大幅度减少。原来设计为能看400千米的雷达,只能看80千米,对现有的雷达系统冲击很大。RCS缩减带来作战效能的影响确实深远。我国著名科学家钱学森曾认为,隐身对现代战争的影响与核武器相当。

  记者:同为四代机,它们的RCS却并不相同。那么,战斗机的RCS到底做到多大才合适呢?

  曹:RCS 不能无限制降低。首先,RCS同探测距离不是正比关系,而是开四次方的关系。把RCS降低16倍,探测距离才能减半,并不经济。其次,降低RCS需要花费很大代价。要降低战斗机的RCS,主要有两个办法,一是外形设计,使对方的雷达波照过来,反射回去的方向不是对方雷达的方向:二是吸波,使得对方的雷达波照射过来以后,反射的雷达波能量很小。吸波材料的研制很难,因为除了要吸收电磁波的能量外,还要轻,不能影响气动特性。隐身飞机的外形常常气动特性不好。所以,把RCS做小是有限制的,需要同其它方面折衷考虑。

  记者:看来在提高战斗机的隐身能力方面,只有适度隐身,没有绝对隐身。

  曹:是的。人们在谈论隐身特征时,实际上存在很多误区。我个人不赞同“绝对”隐身和“适度”隐身的说法。做这种区分本身就是不必要的。所谓隐身,是指降低战斗机本身对外来电磁波的反射特征,或者是自身辐射电磁波的特征。因为电磁波所覆盖的频率范围太宽,从几兆赫兹到成千上万个吉赫兹,覆盖无线电波频段、可见光频段、紫外和红外,要想让战斗机在这么宽的频率范围内做到隐身是绝对不可能的。另外,隐身的效果还要看频段和方向。一般讲的隐身,主要指的是对x波段的雷达反射比较小,世界上所有的战斗机上的雷达基本上都在这个波段工作。如果换一个别的波段,特别是米波波段,其雷达截面积可能大几十倍甚至几百倍。其二,战斗机本身的隐身特性,跟电磁波照射的方向有很大关系。F-22的0.01米2,指的是飞机的鼻锥方向,或者说是迎头方向:如果是侧面或尾后方向,RCS要大几十倍甚至上百倍都是有可能的。因此,你不可能在各个方向上对各个频段做到隐身。

  为什么要采用有源相控阵雷达

  记者:从世界范围来看,西方的四代机以及俄罗斯的五代机,甚至包括很多三代机,像米格-29、F/A-18C/D等等,为提高探测距离,都采用有源相控阵雷达,为什么呢?

  曹:这是因为有源相控阵优点很多:可以非常灵活和快速地改变波束在空间的指向,容易获得更大的功率,可靠性高。举例来说,现有战斗机上雷达一般100小时内不会出故障,有源相控阵雷达在2000小时内都不会出故障。

  有源相控阵还有一个优点就是在传递能量的过程中损失很小。这主要因为雷达发射机(收发组件)位于天线单元的后面,电流能量发射出去的路径很短,传输损失小,这对提高雷达的发现距离更有利。而非有源相控阵雷达,发射机离天线单元的距离远远大于有源相控阵雷达。通常,有源相控阵的能量损失比非有源相控阵少3~4 倍。所以,有源相控阵雷达容易获得更远的探测距离。

  记者:我们在有的资料上常能看到固态有源相控阵,固态是什么意思?

  曹:雷达发射机的主要作用,是把输入进来的电流能量放大,如果此过程是在半导体中进行的就叫“固态”。并没有液态的发射机或有源相控阵,固态是相对于电真空器件来说,比如电子枪。在固态放大器出现之前,现役雷达的集中式发射机大多采用电真空器件。

  记者:采用有源相控阵雷达的战斗机,相比传统的采用机械扫描雷达的战斗机,其探测距离上有多大改进?

  曹:据洛马公司宣称,其有源相控阵雷达AN/APG-77对1米2的目标,探测距离能达到200千米;F-35的探测距离为150千米。而传统的战斗机雷达,对于5米2的目标,其探测距离也就100千米左右;如果折算到同样1米。的目标,只有70千米。所以,采用有源相控阵雷达,其探测距离可以扩展三倍,还能控制辐射功率和照射时间,被敌方侦察设备截获的概率大大降低。也就是说,敌方看不到我,我却能看到敌人。

  记者:您认为歼20上的雷达应该什么样?能否同F-22的火控雷达相当?

  曹:我个人认为,歼-20上肯定是有源相控阵雷达。我国的有源相控阵雷达技术通过预警机工程,已在本世纪初取得重大突破,在机载预警雷达的应用领域达到了世界先进水平。有源相控阵雷达技术应用在机载火控雷达领域,也就是战斗机上,要求把其关键部件——收发组件做得更轻、更小、对电能的利用率更高。即使我国在高波段收发组件的研制方面存在与先进国家的差异,但在歼-20正式形成装备的5~8年后,达到F-22服役(2005年)的水平,应该是没有问题的。所以,歼20的雷达性能与F-22的雷达性能相当,应该是比较现实的推测。但是,如果歼-20本身的雷达反射截面积比F-22高,则F-22对歼-20将占据优势。按照俄罗斯说法,歼-20的雷达截面积按0.05米2计算,歼-20对F-22的探测距离将比F-22对歼-20的探测距离低1/3。

  记者:目前各国战斗机采用有源相控阵的情况如何?

  曹:美国、日本和欧洲等国对战斗机上的有源相控阵雷达研制已有多年,但最终形成实用装备的只有F-22上的AN/APG-77,美国人从20世纪60年代中期开始,历时35年,直到20世纪90年代末才研制成功。它工作在x波段,工作频率10G赫兹,工作波长3厘米,天线直径1米,每部雷达约有2000个收发组件。每个组件的输出功率为10瓦,重量少于15克,体积约为6厘米3。通过增加批量来降低收发组件成本,F-22上的雷达收发组件将会用到F-35、 F-15和F-18E/F等战斗机上。欧洲EF-2000上也采用了有源相控阵雷达,包含约1000个收发组件。日本也在为FS-X下一代战机开发有源相控阵雷达。

  预警机与四代机的对抗与协同

  记者:预警机和F-22相互对看,大概能看多远?

  曹:世界上现役的预瞽机,主要是针对常规非隐身空中目标设计的,探测隐身目标时性能下降严重。以E-3预警机为例,看三代机能够有400千米以上的发现距离,但看F-22只有100千米左右。据报道,F-22在美国国内飞行时,由于RCS极小,雷达难于发现,必须打开角反射器,增大RCS,使得雷达能够正常发现F-22。反过来,由于预警机比四代机的RCS要大成百上千倍,可达100米2左右,所以,四代机看预警机要比预警机看四代机远数倍。当然,E-3的雷达是机械扫描的,其扫描速度是固定的。如果采用相控阵雷达,可以通过降低扫描速度,来增加探测距离。

  记者:预警机和四代机在探测距离上有这么大的差距,那仗怎么打呢?

  曹:首先,四代机虽然能够看这么远,但是够不着。目前空空导弹的打击距离一般不超过150千米。即使地空导弹的距离更远,但预警机一般远离前线作战,发挥看得远的优势。当然,隐身飞机大大缩减了预警机的这种优势。一方面也需要大力发展隐身飞机,另一方面,预警机也需要与隐身战斗机协同。而且,目前预警机与四代机都装备有被动侦察系统,所以四代机在进入攻击区域的过程中要保持主动雷达静默方式,采用被动侦察方式。而敌我四代机均静默时,双方无法发现对方,此时必须由预警机引导,预警机对四代机的探测能力就成为作战的关键因素。

  记者:敌我双方既有三代机,也有四代机,预警机与战斗机的协同是不是比较复杂?

  曹:如果一方有四代机,一方仅有三代机,仗没法打。以F-16为例,F-22对F-16探测距离可达246千米,而F-16对F-22有60千米左右。因此,一方的四代机可在敌三代机发现之前,在视距外进行攻击。因此,具备隐身性能的四代机对三代机具有绝对空中优势。美国的多次军演也证明了这一点。2007 年,“红旗”军演中,F-22与F-16取得了1:36的交换比。由于四代机对三代机的绝对空中优势,因此根据空中态势,预警机引导己方的四代机对敌三代机进行进行超视距攻击,局部区域的作战完全由四代机自我掌控。

  记者:如果敌我双方都有四代机,预警机与战斗机如何协同?

  曹:比较现实的是,敌我双方都有四代机和三代机,预警机需要与四代机和三代机进行混编和协同。预警机负责全战场的态势控制,将混编战斗机群引导至空战区域,四代机可以承担局部空域的指挥引导任务,为三代机提供情报,并指挥三代机攻击。更趋近战场前沿的三代机可将雷达图像传送到四代机,四代机可同时监视多架三代机的攻击。假如两架三代机锁定相同目标,四代机可通知三代机进行修正,使三代机同时攻击不同目标。电商,电商圈,电商的圈。

  记者:在这种情况下。围绕四代机所开展的作战协同是不是一个重点?

  曹:是的。四代机是双方的作战焦点。举个例子,假设己方四代机前出己方预警机160千米,己方预警机可在300千米左右探测到敌方四代机等隐身目标,并保持对隐身飞机高数据率跟踪,在140千米外,双方四代机相互探测不到对方:在两机相距150千米时,已方预警机直接指挥己方四代机发射空空弹,并将敌四代机位置信息连续发送给己方四代机,由己方四代机通过指令制导导弹,当两机相距60千米时,预警机可以命令己方四代机打开雷达,迅速锁定敌四代机,并利用自身探测信息继续对空空弹实施更精确制导。

  记者:如果敌方仅有四代机参战时,预警机与战斗机又该怎么协同呢?

  曹:如果双方四代机的隐身特性有差异,将导致隐身差的一方在没看到对方时,已被敌方锁定。这种情况下,如果己方有预警机,而敌方没有预警机,己方仍有可能取得优势。如果对方也有预警机,己方预警机看得更远仍可能取得优势。以歼-20为例,在前面提到的歼-20、F-35和F-22的RCS假设下,在己方预警机的支持下,歼20 雷达可以获得与F-35的优势;在对方没有预警机或者我方预警机占优的情况下,歼-20雷达可能获得与F-22在台海上空决战时候的均势。

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