隐身那些事儿——讲述隐身技术发展及应用的故事

万磁王

B-1A/B
　　上世纪 60~70 年代另外一个值得一提的方面是美国在隐身轰炸机方向的进展。美国空军研制的马赫 3 级别的战略轰炸机 XB-70 在 1963 年被国防部命令放弃，由于研制新一代具隐身能力的“先进技术轰炸机”（ATB）技术跨越较大，短期之内无法实现，为了维持美国“战略铁三角”（陆基洲际弹道导弹、潜射弹道导弹、战略轰炸机）的完整和保持威慑力，有必要研发一种具备低空渗透能力的战略轰炸机来填补这段时期的空档。新战略轰炸机不追求 XB-70 那么大的速度，而是以音速左右的低空进攻为主。
　　北美航空（后与罗克韦尔合并，最终被波音收购）于 1970 年初提出以 XB-70 技术为基础的 B-1 轰炸机方案，并造出了四架 B-1A 原型机，1974 年首飞。该机吸取了翼身融合和圆滑曲面过渡的设计思路，武器内藏在弹舱内，在一定程度上降低了雷达散射截面，其前向 RCS 大约在 10~15 平方米的级别，远低于 B-52 的 100 平方米 RCS 水平，但仍不具备隐身能力，见图 29。由于造价高昂，且穿透能力不如弹道导弹，1977 年时任美国总统卡特取消了 B-1A 装备计划，但已经建造的四架原型机仍持续试飞至 1981 年 4 月，其中第二架 B-1A 原型机在试飞过程中达到了最高 2.22 马赫的飞行速度。

图 29、涂有越战迷彩的 B-1A

　　继任总统里根在大选时曾经激烈抨击卡特政府在国防战略上的软弱，其中取消 B-1 采购计划是其驳斥的一个关键焦点。到里根政府上台后，不排除为了兑现政见和大选承诺的原因，在 1981 年决定恢复采购 100 架改良自 B-1A 的 B-1B 轰炸机。新的 B-1B 研制时吸收了 70 年代中期“海弗兰”计划（F-117）和“先进技术轰炸机”（ATB）计划取得的一些低可探测性技术成果，使得其隐身性能得到大幅改善，严格的说已经代表的是 80s 年代初的新一代隐身技术水平，与前身 B-1A 不在同一个层次。其隐身技术主要包括：前后部雷达天线及基座倾斜 45 度并贴敷吸波材料，驾驶舱风挡玻璃改为带金属镀层屏蔽，改为浅 S 形进气道，道壁嵌入 RAM 吸波结构材料，并增加了大型吸波导流片屏蔽发动机叶片，机身局部如翼根等高散射区贴敷吸波材料，并改善机表导电连续性（缝隙、开口处理）等。据称 B-1B 前向 RCS 大幅减少到了 0.75~1 平方米左右，可以称得上是准隐身战机，同时电子对抗能力也得到加强，但红外辐射水平方面没有变化。由于进气道的隐身改动等原因，对该机的高速性能产生了较大影响，最大平飞速度下降到了 1.25 马赫左右，见图 30。

图 30、B-1B 轰炸机采用浅 S 形进气道、道壁嵌入 RAM 和大型吸波导流片

　　B-1B 的作战使用方式方面，需要在事先侦察好敌方防空设施位置的情况下，提前制定几条可行的攻击路线，利用低空、超低空地形掩护和电子对抗手段保护自身，对敌纵深目标实施打击，进攻过程中只有有限机会选择改变路线，基本上一击投弹之后就要全速脱离以降低战损，在对手仍具有较完善防空导弹体系和有下视/下射能力的截击机时，实施这种战术存在很高风险，因此实际上很多场景下还不能完全脱离空中优势战机和电子支援机的保护。1985 年 B-1B 正式量产进入美国空军服役，首次投入实战是在 1998 年 12 月的沙漠之狐行动中，对伊拉克进行了空中轰炸。1999 年，6 架 B-1B 参与了北约各国对塞尔维亚的联合轰炸任务，在仅占总飞行架次 2% 的情形下，投掷了超过 20% 的弹药量总和。2001 年阿富汗战争初期，8 架 B-1B 共投掷了包括约 3,900 枚 JDAM 在内的各型炸弹，而之后在第二次伊拉克战争中，B-1B 也少量参与了空袭任务。

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四、现代隐身飞机与“黑计划”

　　1970s 年代中期开始的“海弗兰”计划（F-117）是隐身技术发展史上的一个分水岭，在这一阶段雷达散射理论和计算方法基本已完善，并引入了计算机辅助隐身设计，隐身材料和结构化技术经过早期的设计验证已经形成体系，进入了快速发展阶段，从 1975 年至 1990 年前后，是隐身技术发展的真正飞跃期，也是从这一阶段开始，“隐身”（Stealth）的概念开始进入大众的视野，为世界各主要军事强国重视和跟随，作为隐身技术发展和应用的先驱者和头号霸主，美国在这一阶段真正拉开了与其他对手的差距，率先进入了一个全新的大隐身时代。
　　在继续论述隐身技术发展和应用前，有必要解释一个颇为神秘的名词——“黑计划”，在我们前文中已经数次提到过。在美国，“黑计划”泛指被政府、军方或武器承包商等严禁公开、高度机密的军事/防御计划。“黑计划”最早可以追溯到制造原子弹的“曼哈顿计划”，也包括前文所述的 U-2、SR-71，以及 F-117、B-2 和 RQ-170 隐身无人机等。历届美国政府的防务预算中，总有很大一部分份额会投入到打着“黑计划”名号的机密项目中。由于无法知晓其中情况，甚至政府和军队必要时还会出面否认或遮掩计划的存在，等到公开承认时往往已经服役多年，因此在外界看来越发觉得神秘。因为保密工作滴水不漏，有时会出现一个军种投入大量经费研发的计划与另一个军种的计划重复却互不知情的窘况。据统计，在美国军事投入高峰期的 80 年代末，同时进行的“黑计划”曾经多达 200 余项。
　　隐身项目在美国诸多“黑计划”中一直是投入重点，其中保密期最长也最为著名的是 F-117。从 1977 年初合同正式签署列入空军“黑计划”到 1988 年 11 月公开解密，处于高度机密状态长达 12 年，这在美国过往“黑计划”的历史上还从来没有过，甚至连 1980 年开始研制的更先进的 B-2 都已在 1988 年解密。其中原因据说是因为 F-117 隐身思路完全依靠外形，自身战斗力很弱，不像 B-2 那么先进完善难以对付，美军担心一旦曝光其缺陷很可能会被敌对国家提早发现和利用，失去隐身优势。实际上 80s~90s 年代期间隐身技术发展飞快，技术上来看 F-117 基本已无继续保密的必要。

图 31、1988 年 11 月美国政府首次公开承认了 F-117 的存在

划时代的“海弗兰”（Have Blue）计划与 F-117“夜鹰”
　　早期的隐身飞机设计和战术效果并不理想，由于现代地对空导弹（SAM）和防空火炮（AAA）对空军的威胁越来越大，依赖高度和速度确保战机生存力的提升空间和时效性终有极限。越南战场上非隐身战机在对地面攻击时必须借助空优战机掩护和支援战机对地面防空预警系统的摧毁压制（SEAD），1973 年中东“赎罪日战争”中，全套美制装备的以色列空军仅仅只 18 天内就被各种防空武器打下了 109 架战机，鉴于冷战时期前苏联日益完善的国家防空体系，美国人意识到仅靠当时已经取得的一些技术成果并不能占据对抗优势，必须研制真正能隐身、雷达探测不到的战机。
　　1974 年美国国防部先进研究项目局（DARPA）启动了战斗机低可探测技术的预研，诺斯罗普、麦道公司首先受邀并获得了 10 万美元的研究合同。由于洛克希德此前已经有近 10 年未研制过战斗类机种，因此初期并未被邀请加入，但洛克希德加州公司技术总监 Ed•马丁和“臭鼬工厂”总裁本•李奇一起说服了 DARPA，让洛克希德在没有合同的情况下（DARPA 该项目启动经费不足）加入到项目研究中，并得到 CIA 许可允许把 A-12/SR-71、D-21 项目中的一些降低 RCS 的设计经验共享出来。结果作为后来者洛克希德的这一打酱油式的加入举动，最后却赢得了方案竞争的胜利。F-117 的研制过程充满了戏剧性和创造性，其经验和成果对后续美国隐身技术的迅速发展和领先堪称奠基石，在此我们略微花多一些篇幅来讲述这段意义不凡的历史。

图 32、位于加州帕姆代尔的“臭鼬工厂”一角（注意 Logo）

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　　在初期研究中，设计师迪克•希瑞向专家丹尼斯•奥瓦霍塞请教如何设计外形以达到降低 RCS 的目标，奥瓦霍塞回答说：“这很简单，你只要用平坦的表面将雷达波反射开，在把一系列这样的平面组合起来，边缘偏离雷达探测的方向，基本上这样就可以把辐射能量都反射到了雷达视角以外的方向。”随后他在一张纸上画了一架看起来十分怪异的具有多面体外形的飞机，正是源于这段简短的谈话和这张粗略的手稿，为后来 F-117 经典的多面体钻石状多棱外形定下了基调。

图 33、F-117 生产型是经典的多面体钻石多棱外形

　　奥瓦霍塞聘请了数学家比尔•施罗德加入隐身设计小组，事实上此前正是施罗德教会了奥瓦霍塞用数学方法来进行隐身分析。在后续几周内，他们根据麦克斯韦和索末菲等人的基础理论，很快编制出了一套 RCS 计算软件“ECHO-1”，对简单形状和复杂形状的非金属目标 RCS 可以得到比较满意的计算结果，但在计算复杂金属导电物体的散射 RCS 时则很不准确。幸运的时刻到了，奥瓦霍塞在困境中及时找到了前文所述乌菲姆谢夫的物理绕射理论，并很快将该方法融会编写进了“ECHO-1”软件中。此时项目评估时间已经临近，而洛克希德提出的备选方案足足有 20 个，不可能有足够的成本和时间把每种方案的模型都做出来再去实测 RCS，必须尽快挑选出具有最佳隐身效果的方案。当时计算机能力有限，还无法计算出复杂曲面外形物体的RCS，但好在对多面体外形可以用较曲面少得多的平面单元来建模和计算（注 1：把目标外形分解为有限数量的小平面单元，依据物理绕射理论来模拟计算导电目标散射特性的方法是今天 RCS 计算方法的基础，随着计算机能力增强可以算出更复杂曲面更多微小面元的 RCS 综合效果），关键时刻“ECHO-1”不负众望，在较短的时间内完成了所有方案的 RCS 计算评估，挑选出来的最优方案是一个尖菱形升力体，如图 34 中的第1个方案。这个方案是如此的怪异，以至于连凯利•约翰逊都表示了怀疑，并与本•李奇打赌说：“这真是一个毫无希望的菱方块，看上去咱们 D-21 无人机的 RCS 都会比这个糟糕的菱方块低。”

图 34、“海弗兰”方案演进和生产型的方案对比

　　洛克希德制作了两个 1:2 的缩比模型，一个用于先期风洞测试和气动分析，但测试结果表明，低速下这个升力体能够产生的升力十分有限，根本就飞不起来，不得已项目组延长了外部前缘形成机翼，并增加了一对内倾双垂尾改善操控质量。另一个修改后的模型在表面包上金属蒙皮后，被送去进行 RCS 实测，后续测试的结果证实了“ECHO-1”的计算是准确的，并且 RCS 低于 D-21。本•李奇赢了赌局，而远在万里之外的乌菲姆谢夫同志也胜利了——他的理论终于得到了实际验证和应用。

图 35、外场 RCS 测试中的“海弗兰”2 号模型

　　1975 年夏天，DARPA 非正式地要求 3 个厂家以“验证生存力测试”（XST 计划）的名义分两阶段进行验证，其中第一阶段制造可用于 RCS、风洞等测试的全尺寸模型进行评估，第二阶段将选定一家提供合同，用于制造两架样机进行测试和试飞。麦道公司因为没有能力完成而退出，剩下的洛克希德和诺斯罗普两家在方案上外形布局有些类似，都是大后掠角尖锐外形，但后者的低 RCS 方案不是依靠多面体，而是参考 A-12、D-21 那样的更常规一些的设计，而且诺斯罗普也有一套与“ECHO-1”类似的“GENSCAT”软件用于计算 RCS。两家公司的模型被送往位于新墨西哥州白沙空军基地的雷达散射测试场进行评估，1976 年 4 月，DARPA 宣布洛克希德的方案获胜，并在 1977 年初获得了制造样机的合同，该项目随即被美国空军列为“黑计划”，开始秘密进入后续的测试试飞阶段。为节省时间和成本，“海弗兰”样机采用了很多现有成品，包括通用电气的 J85-GE-4A 无加力发动机、F-5 战机的起落架，以及 F-16 的电传操纵系统等。样机与生产型的 F-117 已经很相似，不过机翼前缘后掠角更大（72.5°），双垂尾内倾，后来试飞过程中为提高升力特性和操控性，把后掠角改小，同时因为内倾双垂尾带来向后下方反射本机红外辐射的负面效应，不符合对地攻击任务设计要求，最终被改为向外倾斜。生产型的项目名称叫“大趋势”（Senior Trend），机身尺寸和重量加大，增加了机内弹仓和正式的航电设备，发动机也改为通用电气的 F404-GE-F1D2 无加力涡扇发动机。

图 36、“海弗兰”样机，编号 HB1001

图 37、这架 F-117 初期型号涂有迷彩验证视觉效果

图 38、F-117 生产型初期涂装是灰色，后来才根据军方官员要求改成深黑灰色

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　　空军要求 F-117 从声音、红外、可见光和雷达波等全方位进行隐身，在生产型的 F-117 上可以看到很多经典的设计，如倾斜的多面体表面设计、金属镀膜座舱罩、进气口吸波屏蔽网、全覆盖的表面吸波涂层，部分翼面采用含蜂窝状吸波结构的复合材料等，比较有特色的还有扁平且带格栅分隔的尾喷口设计，部件采用高温陶瓷制造，兼具雷达、红外隐身和消音的效果，据称发动机全开时在几百米外就基本听不见噪音了。此外，少量外露部件，如机头两侧多余度备份的空速管也设计成较扁平的菱柱形隐身外形。F-117 机身结构部分构件和翼梁、翼肋等应用了碳纤维复合材料，但因为年代较早的原因，复合材料应用比例上不如后续的 B-2 等机型。为了尽可能降低 RCS 和自身主动辐射，F-117 甚至未计划安装雷达，只保留了前视红外探测系统（FLIR）和激光测距装置，安装在机鼻上部的吸波屏蔽罩后。根据美国官方公布的信息，F-117 前向 RCS 大幅下降到了 0.025 平方米的级别，成为世界上最先服役的第一型真正具备极低可探测性能力的隐身战机。在美国方面进行的测试中，美军当时的空中和地面搜索跟踪雷达（非米波段的）均不能有效发现空中飞行的 F-117，即使雷达性能极强的E-3预警机在探测到 F-117 时，对方也已经接近到了数十公里的距离。

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图 39、生产线上的 F-117，由于研制较早复合材料应用比例不高

　　在 1988 年解密以前，F-117 都只在黑夜中训练和执行任务，到了外形保密降级以后才逐渐开始增加白天的行动。执行任务时，F-117 的主要作战方式并非依靠自身搜索发现来决定攻击行动，而是通过事先输入预定好的路线和目标位置等信息直接发起攻击，其自身防御和生存能力基本完全依靠极低的 RCS 和有限的电子对抗能力。在 1991 年的海湾战争中，美军共出动 F-117 战机 1,296 架次，占联军出动总架次的 2.5%，但击中或摧毁的目标却占了联军总量的 40%。1999 年 3 月 27 日，一架F-117在南斯拉夫贝尔格莱德以西被老式的萨姆-3 导弹击落，说明了战斗中隐身战机在一定条件下仍然有暴露的可能。作为现代隐身战机的先驱者，F-117 的极低可探测性隐身能力是以牺牲速度和机动性为代价换来的，而下一代的隐身战机代表 F-22 和 F-35 则将隐身性能、速度和机动性等完美地融为了一体。

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图 40、F-117 机头部隐身特征特写，注意机鼻上方隐藏的前视光电探测系统

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图 41、显眼的黑色涂装其实并不适合隐身攻击机使用，即使夜晚也是如此

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图 42、外形怪异科幻的 F-117 集群出动时很有一种外星人入侵的感觉

　　“海弗兰”计划和 F-117 研制的成功在战机乃至整个军事发展史上都具有重大意义，证明了具备低或极低可探测性特征的隐身战机是完全可以制造出来的，并且必将对今后的空-空、空-地作战模式带来巨大变革。在这项计划中验证的隐身技术和计算机辅助隐身设计的经验和成果，极大地推动了美国后续隐身战机的研制速度，由此掀开了隐身技术发展史全新的一页。

万磁王

“先进技术轰炸机”（ATB）计划与 B-2“幽灵”
　　DARPA 的官员意识到两家公司在“海弗兰”低可探测性研究计划中取得了很多进步性成果，特别关键的是在引入计算机建模计算 RCS 的软件上的突破，为后续的隐身项目奠定了很好的技术基础，因此敦促诺斯罗普公司团队留下继续参与研究，先后曾加入了“战场监视飞机验证”计划和后续“鲸”（Tacit Blue）前线隐身监视飞机验证计划，并参与 1979 年启动的“先进技术轰炸机”（ATB）计划。其中有必要提一下“鲸”（Tacit Blue）前线隐身监视飞机验证计划，该计划主要研究并验证一种能够深入战场后方环境进行持续地面态势监视，并为己方地面指挥中心提供实时目标指示等信息的飞行器所需的各种先进隐身技术和传感器技术，特别是与利用灵巧制导武器隐蔽状态下进行远程打击模式相关的技术研究。该计划基本与 ATB 计划同时启动，1985 年结束，其外形比较独特，如背部陷入式进气道、宽边条低可探测性曲面机身、V 形双垂尾兼顾方向和俯仰控制等。Tacit Blue 计划在隐身技术和传感器方面验证的一些成果最后被用于 B-2“幽灵”和 E-8“联合星”项目。

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图 43、Tacit Blue 先进隐身技术验证机

　　1970s 年代中期，美国空军一直在努力寻找和发展替代 B-52 轰炸机的后续方案，面对越来越强的地面防空导弹和具备下视/下射能力的战机的威胁，诸如 B-70、B-1A 这类单纯依靠高度、速度或低空地形掩护来对前苏联防空体系进行穿透、打击的战术显然很不可靠，因此美国政府和国防部先后取消了上述机型的采购或研制计划。但到了 1975~1976 年间，随着“海弗兰”计划在隐身技术上所取得的巨大进步，为解决这个难题提供了一条完全不同的实施途径，研制具备低可探测性、雷达难以发现的大型隐身轰炸机成为可能。
　　具有低可探测性的隐身轰炸机可以带来一种全新的作战方式，相比 B-1 执行轰炸任务时只能借地形掩护并绕开事先探知的敌方防御点，沿途只有有限的几条预设攻击路线可选择应对局势变化，最后轰炸时快进快出的单调僵化的打法，隐身轰炸机可以凭借其雷达难以发现的优势，长时间在战场纵深区域上空巡曳，凭借先进的传感器和友军数据链传递的信息搜索和随机打击各类有威胁的地面目标，特别是重点防御的高价值目标。在核交换战役中，隐身轰炸机也可以安然呆在辐射区外，在第一波核攻击后进入战场寻找遗漏和存活的威胁目标实施过杀伤式的清除行动。高度隐身能力的另外一个好处是可以降低对战机飞行速度、高度的性能要求，降低对电子对抗设备的能力要求（复杂性和重量，B-1B 因为保留了过重的电子对抗设备而备受指责），从而带来降低制造和维护成本的优势。这里顺带说明一下，对于 1977 年取消 B-1 采购事件曾经在美国引起的争议很大，但卡特政府很可能是基于当时隐身战机研制上已取得的进展权衡优劣后做出的决定，作为对里根在总统大选时抨击其软弱的回击，卡特政府在 1980 年 8 月向公众透露了国防部正在研制雷达探测不到的隐身战机，包括隐身轰炸机的消息。直到这个时候，隐身战机的存在才第一次从断断续续的秘密传言中转为公开，引发了全球性的关注。

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图 44、1988 年 11 月 22 日，B-2 隐身轰炸机首次公开亮相

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　　1979 年“先进技术轰炸机”（ATB）计划正式启动，随后便转为了“黑计划”项目秘密开展研制工作，项目代号“奥罗拉”。经过对各家报的方案初步评估筛选后，范围缩小到诺斯罗普/波音和洛克希德/罗克韦尔两个联合团队，其中诺斯罗普有研制 YB-35 和 YB-49 两种飞翼飞机的经验。1981 年 10 月，经过一番激烈竞争后诺斯罗普/波音击败了洛克希德/罗克韦尔，获得了隐身轰炸机的研制合同，新机同时被命名为 B-2“幽灵”。由于 1980s 年代中期对B-2的作战需求从高空转为兼顾低空地形跟随方式，因此不得不对设计方案进行修正，并导致新增了 10 亿美金的成本，首飞也推迟了两年。生产型的 B-2 首次向公众开放露面是在 1988 年 11 月 22 日，原计划只给前来观礼的嘉宾看到正面形状，结果有记者为了争取独家爆料这款极其神秘的战机外形的机会，居然在当天乘坐一架轻型飞机从展区上方低空掠过，并拍到了飞机外形的照片，一时传为佳话。事实上“奥罗拉”虽然不是“黑计划”历史上保密期最长的项目，但却是保密程度最高的项目，据统计先后用于与 B-2 相关的研制/生产设施、场地、人员和机要资料的安全保密措施共花费了近 20 亿美元，创造了一项史无前例的记录。

图 45、B-2“幽灵”的称号机如其名

图 46、B-2 尾喷口附近的高热区材料后来进行了升级

　　B-2 设计上首先选择了对隐身极为有利的扁平飞翼布局，根据作战要求从声音、红外、视觉和雷达隐身等全方面进行了低可探测性设计。B-2 整机外形边缘严格按照平行原则设计，散射主波系只有四个方向，减少了被截获的概率；对前向反射较强的机翼前缘，B-2 采用了吸波结构材料直接替代蒙皮，并在其后加设厚厚的不规则蜂窝吸波嵌入式结构的办法，对 S 波段以下达到超过 99.5% 的吸收效果；座舱罩外形沿隐身曲面无缝设计，并使用带金属屏蔽效果的风挡玻璃；进气道位于飞翼机身上部略靠后的位置，以达到对地面雷达仰视视角遮挡的效果，进气道本身带 S 型设计，有内部吸波导流片，四台 F118-GE-100 无加力改型发动机提供推力，发动机低陷入飞翼结构中，气流经扁平的尾喷口喷出前也要经过一段弯曲和逐渐变扁平的通道，同时与上表面开口吸入的冷空气混合降低尾流红外辐射，前后隐身效果都非常好；弹仓隐藏在机身中部腹内，所有口盖均按照与主翼波系平行原始设计边缘倾斜或锯齿；机身和机翼主要承力结构和发动机舱尾段主要采用钛合金，其余部分包括基础蒙皮均采用了复合材料，并且很少使用铆接，减轻多余重量的同时也提高了隐身性能；全机表面涂敷了新研制的吸波涂料，对高频波段具有很好的吸收效果，由于其可维护性较差，且发动机舱喷口附近温度较高（300℃左右）的部位时间长后容易出现材料老化皲裂的情况，后来在 2004 年替换为一种易修复的新的磁性吸波材料，比重更轻一些，且吸波效果有所加强。B-2 在雷达航电上很注意控制主动辐射问题，其无源相控阵侧视雷达APQ-181安装在机头下方两侧的飞翼结构中，外部采用特定频率选择的介质屏蔽罩遮挡，雷达本身工作于甚高频的12~18GHz频段，与国际卫星广播通信的频段相同，主要是有利于提高合成孔径和逆合成孔径工作方式的精度和分辨率，目前由于容易与民用广播间造成干扰，美军打算对其进行升级改造，并在调整频率范围的同时改为有源相控阵列天线。B-2 同时具有较为强大的电子对抗能力，拜自身隐身优势所赐，对机载电子对抗设备的功率要求大大降低，因此节省了不少宝贵的机内占用空间和重量。

图 47、B-2 是美国空军具备低可探测性和高生存率的远程打击平台

　　由于 B-2 在隐身设计上不遗余力，基本上把美国 80 年代期间能够拿出来的最好的技术都应用上了，虽然造成了生产制造和维护成本高昂，但隐身性能着实大幅降了下来，根据测试其沿水平周向 RCS 基本低于 0.1 平方米，创造了这类大型作战飞机的新纪录，也使其成为美国在隐身技术领域领先地位和保持“战略铁三角”威慑力的一个典范之作。
　　B-2 对大多数厘米波段或分米波段的搜索跟踪雷达具有很好的隐身特性，但仍然可以被俄罗斯和中国等的米波远程预警雷达在数百公里外发现，但这类雷达探测本身是不精确的，而且在较近的距离内由于波束角小扫描速度慢反而容易丢失目标，因此在大多数情况下 B-2 是一种非常有威胁的具有高生存率的远程空中打击力量。由于价格昂贵不易维护，B-2 自诞生之日起就不断引发争议，其采购量也从最初的 132 架一减再减到 21 架，其中一架在 2008 年因事故坠毁，目前共有 20 架 B-2 在役。B-2 第一次投入实战是在 1999 年的科索沃战争，对塞尔维亚投掷了大量常规弹药，其后在伊拉克和阿富汗战场中都有使用，最新的使用记录是 2011 年对利比亚的打击行动，暂无在战争中被击毁的记录。
五、上集小结
　　1950s 到 1990 年的近半个世纪，隐身技术发展经过探索试验和早期应用，逐步成熟后进入了一段快速发展的时期，在这一阶段基本是美国人唱独角，一家独大，过程充满艰辛但也精彩纷呈，而 1990s 至现在这段时期则进入了隐身技术集大成、实现突破和全球化的鼎盛时期，隐身武器已经渐渐发展成为了各类战场的主角，隐身技术也真正演进成为综合性的学科体系。隐身技术涵盖的方方面面和发展历程限于篇幅在本文上集中尚未完全讲述，电子对抗、隐身战术和反隐身技术等方面的内容待进一步阐述，下集将会更加精彩，敬请读者关注。

万磁王

续言

　　【蝶恋花•答李淑一】：“我失骄杨君失柳，杨柳轻飏直上重霄九。”——当美国人在隐身领域一路领先高歌猛进的时候，俄罗斯在新一代战机研制进展方面却连遇挫折，在国家动荡和经济衰退的影响下，其近20多年来的发展历程可谓是一波三折、曲折坎坷。同一时期，我国正深陷于薄弱基础之上，引进、消化、吸收和自主开发三代战机举步维艰的泥潭之中，先进的隐身战机与我们现实中二代当家的窘境看起来是那么的遥远。然而就是在这样的困境中，经历了痛苦和磨难，俄、中两个难兄难弟最终都挺了过来，各自研发出了独具特色的五代战机，同时也跨入了隐身大时代的门槛。“谁无暴风劲雨时，守得云开见月明”，从“望尘莫及”到“望其项背”，如今甚至已经盘算着什么时候可以“并驾齐驱”——虽然未来仍然充满变数，但是——我们已经上路了。
　　在本文上篇中，讲述了隐身技术在军事航空领域的发展和截止到上世纪 80’s ~90’s 年代前的主要应用。由于这一时期也是隐身技术步入大成阶段的一个分水岭，本文将延续上篇的内容，对美国在隐身战机设计上的另外两款巅峰之作 F-22 和 F-35 进行分析，然后讲述俄罗斯、中国等在此项技术方面的追赶进展。本文后半部分将尝试从隐身无人机、电子对抗、战机生存力和隐身战术等方面作综合性论述和探讨，以引领读者略窥隐身技术涉及领域的全貌。
　　在开始讲述之前，有必要同时关注的一个现象是，上世纪 80’s ~90’s 年代是计算机和雷达技术突飞猛进的一段时期，计算能力的提高使得隐身和气动设计仿真更为高效精细，但同时也促成了雷达特别是相控阵雷达等技术的大幅提升。尤其是 80 年代伴随着微机和高速处理芯片技术的飞速进步而形成的数字化波束技术（DBF），为现代雷达发展带来了一次革命性的变革。这项技术从多波束控制和自适应波形变换等方面极大地拓展了雷达的性能和功能，也使得雷达系统的升级能够更方便地与微处理器技术的进步同步，结合后续新体制的双基地雷达、现代中低频雷达、无源相干探测等技术发展，对隐身战机构成了新的全方位威胁，由此也将促进电子对抗手段和隐身战术的进一步发展演变。本文虽不会重点讲述这方面内容，但军事爱好者们有必要对其中的重要性和关联关系有所认识。
一、 隐身时代的“绝代双骄”
　　F-22 和 F-35 是隐身技术与气动设计、机动性等完美结合的典范之作，也是美国隐身战机设计到目前为止的巅峰之作，其特点在于对超机动性、低可探测性（LO）、超巡、先进综合航电和态势感知、高可维护性等方面取得了较好地平衡和全面突破，一改 F-117 这类低性能亚音速超低可探测性（VLO）战机的诸多设计缺陷，为高生存力和高性能“鱼和熊掌得兼”树立了模版。其中 F-22 具备的 4S 特征——Stealth（隐形）、SuperSonic Cruise（超音速巡航）、Super Maneuverability（超机动）、Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness（超级战场感知和效能综合航电），已成为其他各国隐身战机设计上跟踪仿效的标准，同时 F-22 也是后来者 PAK-FA T-50 和 J-20 的主要设计对抗目标，以其为代表的这一代战机被统称为第四代战机，俄版分法为第五代，后来为国际市场竞争目的，美国在 F-35 服役时也以五代标称，为方便起见，本文后续也统称为五代机。
　　F-22、F-35 等的隐身技术措施主要针对当前主要装备的 S、X 波段搜索、跟踪雷达，在毫米波和 L 波段的部分相邻段内也有一定的降低可探测性效果。在隐身外形设计上，凹凸曲面菱形机身、兼顾隐身和气动边条作用的全线长棱边、菱形机翼和 V 形垂尾是五代战机的共同特征。相对而言，在目前已出现的五代战机中，只有 F-22 真正贯彻了全向隐身设计要求，并较好地兼顾了红外和视觉隐身性能，其他几款或多或少都存在侧面和尾部隐身性能设计方面的各种缺陷和取舍折衷。另一方面，在隐身技术光鲜亮人的前景背后，其设计、制造和地面维护的综合成本仍然十分高昂，远超此前的三代战机，因此在性价比方面一直存在比较多的争议。相比 F-117、B-1B、B-2 等较早期的隐身战机在空-面攻击实战中已经取得的优势和成功，在制空任务中隐身战机的作用和价值还缺乏实战考验。虽然隐身技术存在的意义已经毋庸置疑，但就其技战术本身的缺陷和完善而言，仍有待在将来可能发生的有质量、有份量的战争中进行更为全面的检验和改进。

图 1、F-22 在具有高隐身性能的同时兼顾了高机动性，是隐身与气动设计结合的典范

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F-22“猛禽”
　　F-22 的研制源自于美国 20 世纪 70 年代早期开始的先进技术战斗机（ATF）计划，是美国战术空军司令部 TAC-85 研究计划的一部分，该研究通过预测 1970~1985 年战术空军面对的作战环境，明确指挥与控制、侦察、特种空军、空运和战斗机领域的能力要求。受越南战争期间地面雷达网、地-空导弹和雷达制导的防空火炮构成的防空体系对战术空军的巨大威胁影响，并考虑到同期 F-15 制空战机已在研发，因此 TAC-85 对 ATF 的研究强调的是具有高生存力的战术攻击机以应付中高强度冲突，以空-面任务为主，有一定的空战自卫能力，计划取代对象是 F-4、F-105、F-111 这类机型。后续陆续开展的先进战斗机技术综合（AFTI）、目标截获与武器投放（TAWD）、空-面技术评估与综合（ATS）、进攻性空中支援任务分析（OASMA）等系列研究，一直到 1976~1977 年的战术攻击系统研究（S3）均以空-面攻击为主要研究方向，其中在 ATS 研究中提出了隐身和机内/保形武器挂架的必要性。
　　1977~1979 年间，西方利用卫星侦察等各种手段发现前苏联正在发展几种新型战机（即后来的 Mig-29 和 Su-27），根据收集的情报分析这些战机的性能尤其是空战能力有了很大提升，很可能已经具备了与 F-15、F-18 和 F-16 等战机匹敌的能力，即使发展中的 F-15 在面对这些战机时也不能确保取得空中优势。在这样的背景刺激下，1979 年末开始，ATF 的研究作了重新规划，空-空任务被放在了与空-面任务平等的地位。这两项任务研究均由空军飞行动力实验室管理，其中空-空任务研究以“1995 战斗机研究”的名义展开，在 1981 年完成。期间承包商验证了“从超音速巡航状态下的高空突防到低空突防再到隐身技术的最大突防距离”，也包括了短距/垂直起落的优化设计。根据修改后的 ATF 计划还进行了先进战术攻击系统任务分析（ATASMA）研究，涉及到了低可探测性和电子对抗技术研究以及“质量对数量”的性能分析，强调以质取胜。1981 年 7 月 6 日发布的 ATF 新的任务需求书（MENS）中，使用低可探测性（LO）等新技术来实现高生存性被明确列为其中一项关键任务。实际在稍早一些的 5 月 21 日，美国空军航空系统部就已经给波音、洛克希德、诺斯罗普等 9 家公司提出了 ATF 的信息征询书（RFI），要求各公司提供概念设计进行评估。同年 11 月 23 日，美国政府批准 ATF 计划正式进入方案论证阶段。

图 2、早期 ATF 计划中洛克希德（大图）和波音（小图）提出的两种概念方案

　　在 1981~1982 年期间对 RFI 和 ATF 初始设计方案的讨论分析中形成了一些有共识的结论，比如：理想的空-空平台将把低可探测性和超音速巡航、高机动性等结合起来，Ma1.4~1.5 的巡航速度和 15,240~21,336 米的升限是比较合理的设计目标范围，通过隐身和远程空-空攻击能力压制包括苏联正在研制的 AWACS（A-50）和 Mig-29、Su-27 等空中力量。由于空-面战斗机不一定能完成空-空战斗机的任务，而空-空战斗机相对较容易改装完成空-面战斗机的作战任务，因此在 1982 年 12 月空军发布的最终 RFI 报告中，明确了以空-空任务为主，空-面任务为次要地位的空中优势战斗机目标，并在 20 世纪末取代 F-15 以应对下世纪早期将面对的空中威胁。1983 年 5 月，美国空军提出了 ATF 方案开发招标书（RFP）的调查需求，低可探测技术是其中一项重要内容，对洛克希德和诺斯罗普这样的已经在隐身飞机设计和应用中取得长足经验的公司来说无疑是占据了一定优势。经过近两年的方案论证和评估，以及对新战斗机单价成本的控制要求讨论，最终美国空军在 1985 年 9 月确定并发布了正式招标书，计划于 1986 年 1 月完成招标，后来推迟到 4 月。此后在美国国会施压下，美国海军也同意在 90 年代末期采购海军型 ATF（NATF），全尺寸研制、首飞和初始作战能力形成（含 52 架飞机）计划时间分别定为 1989 年、1991 年末和 1995 年。

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图 3、较为难得的 YF-22 与 YF-23 比翼齐飞的照片，只是如今 YF-23 已芳踪渺渺

　　初期方案设计包括结合先进计算机能力，以相对低成本制造全尺寸和缩比模型进行风洞、RCS 计算和航电等子系统试验，从而大幅降低昂贵的飞行试验成本。在后续方案研究中还对演示验证阶段的 RFP 进行了修改，增加了战斗机后部低可探测性的要求（主要是喷口设计）。1986 年 5 月，空军宣布对 RFP 作一项重大改变，将不再从初期演示验证的理论方案中选定最终承包商，而是将演示验证扩展至原型机飞行试验阶段，让两种最有希望的设计方案竞争，并各制造两架原型机用于评估，同期，两家发动机制造公司通用电气 GE 和普•惠 PW 也将进行原型机竞争。为确保各自利益，波音、洛克希德和通用动力公司宣布达成联合协议，一旦其中一家方案被选中，另外两家将作为主转包商分包部分设计开发合同，随后诺斯罗普和麦道也达成了类似协议（格鲁门和洛克韦尔因 B-1B 项目无暇顾及 ATF，已先期退出）。后来事件发展的结果证明，这种联合模式有效地把各家所掌握的最优技术集中在了一起，如隐身外形设计和材料技术，推力矢量技术、先进综合航电和传感器技术等，从而真正实现了高起点的划时代的设计方案。1986 年 10 月 31 日，洛克希德和诺斯罗普的方案经评估优于其他公司，两家公司分别获得了 6.91 亿美元的主合同，开始进入原型机演示验证阶段。在这一阶段的方案布局与后续的 YF-22 和 YF-23 还存在比较大的区别，如图 4。洛克希德和诺斯罗普两个联合团队的原型机 YF-22 和 YF-23 最终都在 1990 年中完成了总装，并很快开始了验证试飞。

图 4、F-22 的方案演进过程

　　美军在模拟分析中发现，借助隐身技术，在空-空任务中实现先敌发现、先敌发射和超视距攻击，被攻击目标的生存概率只有 10% 左右，正是因为这个结论，在研制过程中军方对隐身性能指标进行了极为严格的要求和控制。在隐身设计验证方面，要求两家公司利用实际元件和计算机 RCS 预测模型、缩比和全尺寸飞机进行试验与分析，并要求高保真的全尺寸 RCS 飞机模型具有全部的雷达目标发射装置和有可能实际采用的吸波材料，最后在新墨西哥州白沙靶场的雷达散射实验室对两套模型进行了对比评估。YF-23 和 YF-22 原型机分别在 1990 年 8 月末和 9 月末开始进行试飞，各自用了 104 天和 91 天完成了全部试飞验证项目，两架飞机都展现了完全满足 ATF 预计要求的性能和特征，其中除高机动性一项外，其他如武器容量、隐身指标等方面 YF-23 均超过 YF-22，但差距并不是太大。由于设计安装了二元矢量喷管，YF-22 在机动性上，尤其是大仰角（60°）和较低速的机动敏捷性和可控性方面远远超过 YF-23，尽管后者也同时满足了 ATF 的机动性设计要求。同时，通用电气的 YF120 变循环发动机在超音速巡航中的表现也胜过了普•惠的 YF119 发动机，YF-22 在装备 YF120 试飞时超巡速度达到了 Ma1.56，超过了安装 YF119 时 Ma1.4 的表现。但是在 1991 年 4 月 23 日，空军司令赖斯宣布方案相对保守常规的洛克希德小组和普•惠分别获胜，之所以 YF-22 和 YF-119 能够最终胜出，更关键的原因在于方案的全寿命周期预测成本较低，技术风险和未来预期发展投入也更低。YF-23 由于无尾气动布局过于超前，可能给飞控和性能发展带来不确定性，同样的理由也针对发展潜力更大但风险和研制成本更高的 YF120 变循环涡扇发动机。

图 5、这架总装完的 F-22 正在进行表面隐身涂料喷涂，以增强雷达、红外吸收效果

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　　为控制飞机重量和提高可维护性，F-22 对吸波材料（RAM）和吸波结构（RAS）的应用在满足 RCS 设计指标的情况下被降低到了最低限度，主要通过外形和结构的优化设计方面来实现隐身。按照一个较为普遍认同的观点，F-22 的隐身效果 85% 由外形决定，其余 15% 通过吸波材料和吸波结构实现，根据一项较为公认的的数据分析，其前向 RCS 约为 0.065m²，只有典型三代机的 1/100 左右。F-22 的隐身设计遵循“平衡可探测性”原则，在具备突出的雷达隐身性能的同时，还兼具优秀的红外隐身和声音隐身性能，在隐身设计与气动布局以及推力矢量的结合方面，达到了一个前所未有的高水平。根据已公开的数据，仅在演示验证阶段，花在 YF-22 的 RCS 测试时间累计就已达到了 3,200 小时，YF-23 此项也基本类似。
　　F-22 外形隐身设计特征主要包括：
　　①. 机身采用带两侧棱边的凹凸曲面机身设计，包括带金属镀膜的整体式座舱盖外形设计也符合这一低 RCS 原则。得益于计算机技术的极大提高，F-22 的 RCS 分析设计采取了整机计算机模拟方法（含吸波进气道、吸波材料和结构影响），较十几年前 F-117 的分段分部件模拟和合成更精确和全面，且不再受计算能力限制只能进行少量多面体设计，实现了更符合气动要求的连续曲面设计，该机的 RCS 试验结果与计算机模拟预测值偏差很小，其中关键频率 73% 与预测值差异在 2dB 以内，97% 在 3dB 以内；
　　②. 飞机所有边缘、缝隙、平面倾角等均按照平行原则设计，严格保持与主翼面前后缘和V形垂尾平面倾斜角度的一致性，以合并减少边缘反射的主要波峰数量。同时，所有无法避免的断面、端面如襟副翼等活动翼面侧端均按照倾斜平面要求进行削尖处理，减少直接镜面反射量；
　　③. 机身和机翼采取翼身融合设计，并保持了机身棱边、边条和机翼边缘的连续延展，减少外形上影响电磁波传递的不连续断点，这条棱边兼顾了气动设计上边条的作用，前机身的 3 段式棱边可以产生有利的组合涡系增加升力；
　　④. 采用双斜切入口的 Caret 式 S 形进气道，避免入射波直接照射发动机叶片，同时涂覆吸波材料，通过电磁波在S形弯曲吸波通道内不断反射吸收，逐步衰减回波能量；
　　⑤. 雷达天线和底框采用固定倾角安装，局部贴覆吸波材料，雷达罩采用低 RCS 外形并应用频率选择表面设计（FSS，一种分层滤波网络，具有频率带通特性），这样只有在本机雷达工作频段内的电磁波可通过，并将其他目标发射的该频段雷达波大部分反射至其他方向和吸收削弱；
　　⑥. 机表主要开口采用致密的菱形金属导电格栅网屏蔽，同时主要天线和传感器也不再伸出机表，而是采取内埋保形设计，部分有活动口盖，在非工作状态时可屏蔽；
　　⑦. 机身主要边缘和带转角点应用吸波材料和吸波结构，外表喷涂吸波和红外抑制涂料，对机身和机翼前缘的一些气动热点设计了燃油循环冷却装置（关于这项设计，还记得洛克希德 SR-71 的燃油循环冷却系统吗？）；
　　⑧. 正常作战状态无外挂，武器隐藏在机身两侧和腹部的内置武器舱内，机炮口也设置舱盖屏蔽。普通武器外挂架单件就可能造成 0.5~1m² 左右的 RCS 增量，因此武器内置或采取保形外挂的方式对隐身战机来讲是不可或缺的措施；
　　⑨. 采取喷口较扁平的二元矢量喷口设计，边缘锯齿倾角也符合平行设计原则，F-22 的二元喷管虽然推力损失了 2~3% 左右，但由于具有较大的管壁面积和较低的高度，有利于后机身的融合一体化设计和空气混合冷却，雷达隐身和红外隐身效果突出，其中 3~5μm 红外抑制效果达到 80~90% 左右，红外辐射波瓣大幅缩小。同时， F119 发动机还带有液氮冷却装置，可以瞬间降低尾部喷流局部温度，在面对红外格斗导弹尾追攻击时可在一定程度上达到瞬间红外隐身的效果，降低被击中概率。
　　除上述外形相关的隐身设计外，F-22 还采取了天线共用减少辐射孔径、光缆传输、可定向收发的窄波束数据链等措施，进一步降低了主动向外辐射暴露位置的可能性。虽然 APG-77 有源相控阵雷达具备一定的被动探测功能和自适应调零能力，但 F-22 隐蔽接敌模式的被动探测和情报收集能力主要依靠的是其综合电子战系统（INEWS），其中关键是 AN/ALE-94 雷达告警接收机（RWR），这方面的分析本文将在后面电子对抗章节中详细论述。

图 6、演习中的两架 F-22 战斗机