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编者按:美国著名的《联合力量季刊》2010年第二季发表澳大利亚防务专家卡罗·库珀博士的文章,称在不久的将来任何冲突中,美军都会面临由中俄两国新旧防空系统构成的防空网络的挑战。由于缺乏F-22战机的高空渗透与超音速巡航能力,美军即将大批列装的F-35战机届时将成为多数现代中/远程地对空导弹的猎物。本刊刊发此文绝非同意其观点。亦非证实其内容,仅供有兴趣的读者参考。本文在编辑过程中有删节,标题和节标题为编者所加。
冷战结束以后,美国常规军事力量的核心和前提便是掌握制空权,这种战争模式已经在1991年的沙漠风暴,1999年南斯拉夫和2003年的伊拉克战争中得到体现和验证。
美国空中力量优势的核心便是隐身技术,它保证了美国空军拥有了能轻松刺穿防空系统(尤其是冷战时代的防空体系)的能力。上世纪七八十年代发展起来的隐身技术堪称冷战时期最重要的军事技术成果。冷战后时代:俄系防空系统的进步
冷战最后十年,美国在隐身战机领域的投入和研发并没有引起苏联的过度忧虑。他们研发和部署了先进的高机动性地空导弹系统——S-300v/SA-12和S-300P M/SA-10B以及第四代战斗机米格29和苏-27(按苏联战斗机划代标准——译者注),新一代雷达给它们提供了有力支持。苏联决策层相信,在军备竞赛中,军事技术的钟摆摆向了他们一边。直到1991年,伊拉克的防空系统在美军“哈姆”反辐射导弹和EF-111A、EA-6B电子战飞机的打击下彻底崩溃,这才引起了对苏联特色的高密度、复杂重叠式防空模式的普遍怀疑。最令苏联防空模式支持者尴尬的是F-117A“夜鹰”可以在伊拉克防空系统最严密的巴格达上空自由来去,毫发无伤。
冷战的结束对于庞大的苏联国防工业是一个毁灭性的打击,这个曾经高度中央集中,几乎拥有无限资金获取权以及长期稳定的销售市场(苏联武装力量、华约组织国家和大量的第三世界国家)的军工体系一夜之间被颠覆了。整个90年代,俄罗斯国防工业都在围绕着技术密集型和商业竞争为基础的模式进行重组。与此同时,新一代的主要由工程技术人员组成的管理层也取代了前苏联时期的党的干部。在许多方面,目前俄罗斯的国防工业类似于美国20世纪五六十年代的情况——聪明,有竞争力,进取心,愿意承担技术上和商业上的适当的风险,并且主要通过出口销售获取资金。
隐身或者称之为低可探测技术;大规模使用的精确制导武器以及先进的情报、监视侦察技术(ISR)确保了美国武装力量对天空的控制。自苏联解体后,这三个关键技术基本可以用来定义美国的空中力量甚至美国的战争模式。美国在1991年取得的惊人成功对俄罗斯国防工业带来了巨大的冲击,为了生产出能遏制-美国的军事行动能力的高标准的武器装备。20世纪90年代中后期,俄国防行业的规划者们开始为下一代产品制定标准。焦点集中在三个方面,击败美国的精确制导武器、击败美国的ISR能力,最重要的是打破美国空军的隐身垄断。同时,作为对美国新一代战机的反应,俄罗斯也开始研发四代半和五代战机,例如苏35和-米格35以及PAK-FA项目,此外还有大量翻版美国设计的精确制导弹药和与众不同的俄罗斯超音速打击武器。
俄罗斯工业率先发起了对美国军事能力关键领域的追赶,但他们很快便被中国和前苏联加盟共和国,包括白俄罗斯和乌克兰超越。随着全球化的进展,先进技术的引入和推广促使其他国家拥有了追赶美国军事科技实力的机会,尤其是计算机软硬件方面。俄罗斯和中国的国防工业目前都足以在基本的机械制造等领域与美国相抗衡。目前,美国只在隐身技术领域维持一个强大的领先地位,并由此衍生出相对应的军事技术,包括最先进的雷达和光电设备。
击败精确制导弹药的途径建立在三个技术基础上。首先是点防空武器,尤其是那些可在精确制导武器弹道终端予以拦截的——9K332“道尔”M2E(由SA-15发展而来)、96K6 SI/SA-22都是装备有相控阵雷达的数字化武器系统,专门用来对付高速反辐射导弹、小直径直接打击弹药、“宝石路”激光制导炸弹、联合防区外打击武器和巡航导弹。综合预警和反制系统也已整合在了防空雷达上,包括导弹接近告警器、雷达诱饵、箔条和红外诱饵弹发射器、烟雾发生器以及全球定位系统干扰器。
最后,前苏联时期广为运用的半机动或固定式防空导弹/雷达系统完成了一个全面的转变。这些笨重的装备全部实现了自行化。目前,俄罗斯防空系统已经具备了5分钟“打跑”能力。后期型的S-300PM U2/SA-20、S-400/sA-21、9K332“道尔”M2E和96K6 SI/SA-22都可以达到这个标准。俄罗斯最近的计划是将S-300VMK/SA-X-23装上轮式底盘以及研发Buk M2/SA-17的轮式衍生型。所有这些系统都装备了相控阵雷达和数字式无线电通信网络,并与战场管理和支持系统相连。
逼迫美军更加依赖隐身战机
现在和不远的将来,美国空军的战机将面对如同狙击手一般采用“隐藏一射击一撤离”模式的现代防空系统的挑战,也许美军将会发现他们发射的大量精确制导弹药只有很少一部分能逃过近程防空导弹、高炮和电子反制系统的拦截。对付美国ISR能力的努力已经衍生出一系列的技术并且被运用在改进那些仍在生产线上的苏式防空系统。
早在冷战末期,苏联就装备了数量庞大的陆基和空基干扰器,它们被用来对付北约的E-3预警机、U-2高空侦察机和E-8预警机,也被安装在反辐射导-弹上。空基干扰器被安装在雅克-28PP、图16P/PP飞机上(其角色类似于美国空军的野鼬鼠中队——EF-111A和E A-6B电子干扰机)。苏联解体前后研制的用来对付美军雷达的陆基干扰器现在不仅仍在生产,并且进行了改进。它们包括Signal Topoi E(专门针对美国海军E-2C预警机)l Pelena-1/2系列(针对E-3预警机雷达)以及Kvant SPN-2/1RL248系列(覆盖x波段和Ku波
雷达反隐身技术
飞机调整外形以及现用雷达吸波材料,只能有效对抗工作频率在0.2-29GH z的厘米波雷达。当雷达波长与被照射目标特征尺寸相近时,在目标反射波与爬行波之间产生谐振现象,尽管没有直接的镜面反射也会造成强烈的信号特征。例如,某些陆基雷达的长波(米级波)辐射能在飞机较大的部件(平尾或机翼前缘)上引起谐振。在波长很短(毫米波)的雷达照射下,则飞机的不平滑部位相对波长来说显然增多,而任何不平滑部位都会产生角反射并导致Rcs增大。大多数雷达吸波材料都含有“活性成分”,经雷达波照射后其分子结构内部产生电子重新排列。分子振荡的惯性会吸收一部分入射能量。但是,照射波的波长越长,分子振荡 越慢而吸渡效果越不明显。雷达跳出目前隐身技术所能对抗的波段,将使飞机的隐身性能大大降低或失效。另外,目前的雷达波隐身技术主要是针对微波雷达的,飞机的红外辐射可以减弱并限制在一定的方位角内但不能完全消除。发展可见光或接近可见光波段的探测器,以及提高红外传感器的探测性能,也可作为探测隐身飞机的措施及手段。
长波雷达可以对付隐身飞机的外形调整设计及现用的雷达吸渡材料,使得隐身飞机外形设计与雷达吸波材料(涂层厚度有难以实现的过高要求。近年来,一些国家重新重视研制长波雷达。目前发展很快的长波雷达是超地平线雷达(OTH),其工作波长达10~60米(频率为5--28MHz),完全在正常雷达工作波段范围之外。这种雷达靠谐振效应探测大多数目标,几乎不受现有雷达吸波材料的影响。国外还非常重视发展毫米波雷达,目前已有可供实用的毫米波雷达。但是,频率越低波束越难集中,而频率越高波束传播损耗越大。美国空军曾在1990年有关反隐身对抗的总结报告中称,甚高频(VHF)雷达(频率160--180MHz,波长1.65~1.90米)在探测低飞目标或对付人工干扰时存在严重问题;OTH雷达提供的跟踪和定位数据不够精确:毫米波雷达(频率约为94GHz)探测概率不高。
反方观点:米波雷达反隐身也是神话
米波雷达的反隐身能力不被一部分专家看好,有人评论说,米波雷达其实很早就出现在了雷达发展史上。其产生和发展基本就是由于其本身波段的特点,和隐身战机无关。所以不用看到哪个国家(尤其是像南斯拉夫这样的落后国家)装备了米波雷达就兴奋地认为其具备了反隐身机能力,这更可能是因为没钱换新装备。
米波雷达的特点基本来讲,就两条:首先是,大气衰减小。同样的发射功率,同样的传播距离,雷选波的衰耗程度基本与波长成反比。因此米波雷达格外适合做远距离探测手段,比如远程二坐标预警雷达:第二是精度差。雷达的方位分辨率与天线尺寸成正比,与雷达波长成反比。也就是说对于同样大小的天线,波长更长的雷达波的探测分辨率越低。通常情况下,米波雷达的波束宽度在1°~5°左右,也就是说只能提供精度在1°以上的目标坐标。如果雷达探测距离是300公里,在雷达最大作用距离处发现目标,其方位角误差可能高达1°这就意味着雷达探测到的坐标和实际目标位置相差数公里。因为精度太差,常规米波雷达提供的高度信息基本可以无视,所以米波雷达通常都作为二坐标预警雷达存在。
技术的发展给了米波雷达新的生命。随着现代雷达技术的发展,雷达领域涌现出大量新思路新技术,这些巨大的技术进步使得现代米波雷达能够在某种程度上克服本身物理缺陷。在使用发射面机械天线的时候,由于天线尺寸相对于波长较小,米波雷达精度不足。随着雷达阵列的发展和波束成形技术的出现,使用稀疏布阵的米波发射机阵列即可实现米波雷达较高精度探测。米波三坐标雷达也开始出现。
20世纪80年代末至今,俄罗斯就利用很多新的研究成果,研制出了多种性能先进的米波三坐标雷达系统,采用已经非常成熟的雷达技术,如线性调频脉压、稀布阵列天线,相干积累、DBF技术等等。法国国家航空航天局(ON ERA)联合汤姆逊CSF公司于20世纪70年代提出了米波综合脉冲孔径雷达(R1AS),这是一种全新体制的米波三坐标雷达。这种雷达采用了全向天线单元稀疏布阵,宽脉冲全向辐射。该雷达还是一种全计算机波束形成的雷达,采用米波频段,既具有米波雷达在反隐身和对抗反辐射导弹方面的优势,又克服了常规米波雷达分辨率差和抗干扰性能弱等缺点。该雷达集搜索,引导和跟踪于一体,既能够测量目标的距离、方位和高度,还可以精确地测量出目标的瞬时速度,抗干扰性能优异。RIiAS还是一种边搜索边跟踪雷达(TAS),且搜索与跟踪完全相互独立开来。
不过虽然技术进步很大,但是米波雷达本身的物理特性缺陷只能弥补,却不能完全改变。即便是采用了数字波束成形的雷达稀疏阵列,雷达方位分辨率依然受制于雷达天线尺寸。比如俄罗斯55K6-3米波雷达的天线外形是一种开放式框架水平网络,宽约15米,上部有一个高约20米的垂直开放式框架,这样的结构比较复杂,需要用很多拉索稳定,架设或拆收需要约22个小时。而且雷达阵元的尺寸也需要与雷达波长相比拟,相控阵米波雷达的阵元尺寸需要0.5米甚至数米才能保证发射效率。事实上,相控阵雷达要想产生一个俯仰波束宽度1°方位波束宽度1°的波束,大致需要1 0000万个等权阵元。米波雷达要想实现这个精度的探测,岂不是要足球场那么大的天线阵列,大尺寸的天线设备导致了米波雷达战术灵活程度很低,基本只能作为固定预警雷达使用。诚然在最近出现了一些机动预警雷达,但是其天线架设依然难度较大。
米波雷达对于隐身飞机和反辐射导弹具备一定探测能力不假,但是探测到不意味着能准确探测,探测到不意味着能打掉隐身飞机。由于米波雷达先天的精度缺陷,即便是发现了隐身飞机也无法提供精确的三维坐标,从而无法有效制导防空导弹进行拦截。而且当敌军采用低空突防战术时,米波雷达又只能在目标进入自身视野范围内才能实现截获。如果使用米波雷达作为引导雷达,哪怕是敌军在几百公里外就暴露,但米波雷达无法提供隐身飞机的精确坐标,只能引导己方飞机前往大致的作战区域进行自行搜索。这时候,米波雷达基本上只起到了早期预警和粗略引导的作用,剩下的搜索作战任务依然还是要推给己方战斗机来完成。而且像固定预警雷达这样明显的目标,在战争初期很容易被作为火力打击的对象。反辐射导弹对于米波雷达作战效能确实较差,但是谁规定了打雷达就必须用反辐射导弹。隐身战斗机通常都装备有先进相控阵机载雷达,其具备完善的对地成像模式。其只需要低空突防,然后对地搜索成像即可确定米波雷达的位置和斜距。把这些作战诸元装订进JDAM或者小直径炸弹之类的惯导/卫星导航制导弹药即可实现对于雷达阵地的有效摧毁精确打击。
段,针对E-8预警机、U-2侦察机、“全球鹰”无人机和为数众多的战斗机、无人机搭载的高分辨率地形成像雷达)。
俄罗斯防空体系软杀伤能力提升的同时,硬杀伤能力也获得了长足进步。冷战期间,唯一的苏制反辐射导弹是S-200/SA-5防空导弹,它的一些衍生型号可以命中300公里外的高空目标。90年代末,俄罗斯将全部SA-5退役并将其中一部分卖给了其他国家,包括伊朗。整个90年代,俄罗斯研发了大量反雷达武器,其中绝大部分仍在生产。R-37/AA-13,由米格一31和苏27M挂载,可击落预警机,甚至可以打击300公里外的空中加油机,超过美国海军的AIM-54C“不死鸟”空空导弹的射程,而后者现已退役。更大型的R-172,计划装备苏-35S战机,射程远达400公里。
更重要的是。俄罗斯已经研制出拥有现代制导能力的先进远程防空导弹。Almaz在90年代的实验表明,如果防空导弹向战区弹道导弹那样沿着一条弹道飞行,而不是像传统的那样“爬升一巡 航”,它将拥有更远的射程。这种技术还将赋予防空导弹更强的终端毁伤效果,因为导弹沿弹道轨迹飞行,最后是俯冲攻击目标,拦截点速度将达到最大值。SA-20和SA-21导弹的最终改进型就运用了这种技术,有效射程扩展到200-250公里。新的SA-21导弹拥有400公里的最大射程,可有效打击预警机。增加的射程有效地抵消了雷达功率的增长,并且拥有了打击隐身战机的能力。
中国在俄制SA-10和SA-20防空导弹基础上发展了自己的FD-2000型号,又利用FD-2000的弹体配合反辐射导引头,研制出了更先进的FT-2000防空导弹,据称其导引头可覆盖大部分雷达波段,堪与“哈姆”反辐射导弹的导引头媲美。迄今为止,没有证据表明俄罗斯为其防空导弹安装了任何反辐射导引头,但他可以很轻松地为Kh-31PD/AS-17反辐射导弹装上精度很高的AvtomatikaL-112系列导引头。
这些防空导弹的火控和跟踪雷达系统已经安装了专门的针对电子干扰设备的被动探测器。与此同时,大量先进的被动探测系统已经研制成功并整合到了许多防空导弹系统内。这些变化部分地体现在冷战时期的著名的KTRP-81 Ramona or Soft Bali和后来的KTRP-86/91 Tamara or TrashCan。它们包括85V6 Orion/Vega系列、1L222 Avtobaza以及中国的YLC-20,后者在研制过程中部分采用了乌克兰Topaz Kolchuga M系统的技术。
它们可以精确探测和跟踪有雷达和无线电信号发出的空中目标,不仅可以追踪敌机大功率雷达以及电子战系统发出的信号,还可以发现低功率的联合战术信息分配系统/Link-16数据链甚至敌我识别器发射机发出的信号。最近,美国空军决定为联合战术无线电系统(JointTactical Radio System)优先安装先进数据链就和这类系统的技术扩散有关。
俄罗斯在反制美军精确制导弹药和IsR平台技术上的努力与反制隐身战机的技术努力密切相关。在隐身技术出现以前,突防战术主要是依靠ISR能力获取敌方防空系统方位信息,然后通过电子干扰或者使用反辐射武器摧毁其雷达的方式瘫痪对方的防空体系。而现在,俄罗斯和中国都可以通过威胁美军ISR平台,以及拦截处在飞行末段的智能弹药,使这种突防战术失效。即使这样还谈不上能彻底击败美国空中力量,至少它也能大大削弱后者的作战效力,并且使美国空军在突防技术上更加依赖于隐身战机。
米波雷达反隐身
在不久的将来的任何冲突中,美军将不得不面对一个复杂的全方位覆盖的空中防御系统,包括传统的苏制防空系统以及俄罗斯和中国的新型防空系统,以及这两个时代的各种防空武器的各种类型的组合搭配。随着其突破防空系统的传统武器系统逐渐被淘汰,美国对隐身战机的依赖性将不断增强。为应对这种情况,俄中两国目前正积极开发反隐身技术。
俄罗斯反隐身技术的支柱是甚高频波段雷达(VHF band,也即米波雷达——译者注)。隐身是典型的针对性设计,其目标是某些特定型号的,特定波段的雷达。目前在实际中运用的有两种截然不同的隐身理念:假如一种战机需要进行纵深突防,面对敌方多种防空系统的联合,那么它必须被设计成“宽频谱隐身”;如果某种战机只需要执行浅近纵深突防任务或者只需面对分散的野战防空系统,那么它只需要“窄频谱隐身”,通过击败对方的火控和跟踪雷达,打断对方防空系统的“杀伤链”(发现一锁定一引导攻击一评估结果的作战流程)就足够了。技术人员有两种不同的方法可以降低战机的雷达反射信号。那就是外形隐身和吸波涂料。
从雷达波反射特性来讲,米波雷达对于隐身飞机和反辐射导弹确实具有优势。各类飞机目标的RCS(雷达发射截面积)显著地依赖于被观察飞机的类型、照射频率和姿态角,同时也与照射波极化有关。标准散射体与锥球体等目标的RCS明显依赖于照射频率。而飞机属于复杂结构形状目标,后向散射较为复杂。正由于飞机的隐身设计一般针对常用的微波频段,因此飞机RCS的频率响应通常两端高,中间低。也就是说对于波长很长和波长很短的雷达波而言,隐身作战效能并不突出。而且米波在目标上会产生谐振效应。雷达波在打到与自身波长可比拟的导体上后,会在目标上产生自发的震荡并且对于雷达回波有很强的加强作用。由于隐身飞机的外形尺寸与米波雷达波长恰好相比拟,因此在米波打在机翼、垂尾等处时会发生谐振。这会增加隐身飞机的RCS,导致隐身飞机作战效能下降。
俄罗斯反隐身雷达设计师已公开声明,他们聚焦干甚高频波段雷达是因为无论外形隐身还是吸渡涂料在这个波段上效能都将大幅降低。在西方,米波雷达的研究工作在20世纪50年代就基本被放弃了。苏联坚持这种技术直到冷战末期,主要是因为米波雷达在制造上便宜得多,它被广泛用在信号传输上。苏联时期最为人所知的米波雷达是数以千计的P-8/P-10以及后来的P-12/P-18雷达,并作为S-75或SA-2防空导弹的搜索雷达广泛出口。此外还有不那么出名的更大的P-14雷达,它被用作S-200/SA-5防空导弹营的搜索雷达使用。
这些雷达十分笨重,部署和转移极为不便,目标方位测量很不精确,没有测高功能,对低空目标几乎无效,抗干扰能力也差。西方对俄罗斯米波雷达技术的认知基本以P-12/18和P-14雷达为标杆。后冷战时代,米波雷达在设it~已经出现根本性变革,并且运用了最新的固态雷达技术和先进的COTS计算机和软件技术。至少有两种是主动有源相控阵设计,拥有敏捷的改变波束方向能力(agile beam-steeringcapabilities),类似于美国海军著名的sPy-1“宙斯盾”雷达,每个天线单元都有小型化固态发射机和接收机。先进的杂波抑制技术是俄罗斯两种最新型米波雷达的设计特征。
抛开加工技术不谈,有源电子阵列技术的使用是这些雷达的关键性进步,因为它不仅提供了快速准确的目标角速度(使用单脉冲测角技术),还允许使用强有力的调零技术(nullingtechniques)消除敌方的电子干扰。据称,一些新的米波雷达的精度已经达到了俄罗斯目前用作地空导弹跟踪雷达的L和S波段雷达的水平。与冷战时期的设计不同,新一代米波雷达均采用了自行化设计,足以实施名副其实的“打一跑”战术。
目前最大、探测距离最远的米波雷达是NNIIRT 55Zh6 Nebo U,它们现在作为SA-21防空导弹系统的一部分部署在莫斯科防空圈。这种雷达体积巨大,几乎没有机动能力。它有一个倒T形天线,并提供非常准确的测高能力。
相对而言,性能比较均衡的是Rezonans N/NE,它的生产厂商给它贴上了“隐身战机早期预警雷达”的标签。和Nebo U/UE系列一样,它是一种战略级别的远程防空预警系统,完成部署几乎要花24小时。生产数量不详。与Nebo U/UE不同,它使用了波束成形技术。新型的NNIIRT 1L119 Nebo SVU和Nebo MRLM-M雷达,是自行式的,主要配属野战防空导弹系统。
早期的Neb0 SVU采用了有源电子扫描阵列设计,半拖车拖曳,可在20分钟内完成部署,这在苏俄式防空雷达系统里算是异类。
Neho M RLM-M雷达是Nebo SVU的衍生型,性能更先进,更精确,机动能力更强。使用了结构相同但更大的液压天线阵列,它的电扫阵列有168个发射单元,搭载在8×8 BAZ-690915全地形底盘上,作为SA-21防空导弹系统的雷达。它的探测距离差不多是Nebo SVU的一倍半,精度也更高。
RLM-M是一种相当优异的雷达。它属于Nebo M多频带反隐身雷达系统的一部分,后者包括甚高频的RLM-M、L波段的RLM-D和S波段的R L M-S有源电扫相控阵雷达,它们通过RLM-Ku指挥控制单元连接起来。Nebo M系统采用综合探测原则,米波雷达将探测出入侵的隐身战机正面反射信号,而L波段和s波段雷达将负责隐身效果往往较差的敌机侧面信号。
另一个最新型号是白俄罗斯KBR公司研制Vostok E米波固态雷达,其液压系统可在6分钟内完成部署和工作准备,离防空导弹营所要求的“t7-跑”的时间要求非常接近了。KBR公司最近声称该产品已经得到海外订单,用户保密。VostokE雷达于2007年首次装备部队。KBR公司声称,装备了全新设计的更紧凑天线阵列的Vostok E可在40海里外发现F-117A级别的隐身目标。
俄罗斯在反隐身领域的努力并不局限于传统的米波雷达。NNIIRT 52E6MU Struna-1MU/Barrier E雷达,使用了无源相干定位技术(PCL),类似于美国的LM “沉默哨兵”系统(Silent Sentry)。和后者一样,Barrier E只在对付中低空目标时有效。
虽然米波雷达是俄罗斯反隐身技术发展的重点领域,大功率L波段雷达(波长在24-30厘米),也是一个积极发展的领域,因为隐身设计针对厘米波段雷达的优化会导致飞机的雷达反射信号在L波段有显著增加,仅次于甚高频波段。VNIIRT 67N6E Gamma DE就是这类产品中的佼佼者,它是一种大功率L波段有源电扫相控阵雷达,可用作防空反导。和Nebo SVU以及NeboM RLM-D雷达—样,既可进行机械扫描,也可锁定一个区域进行电子束扫描扇面搜索。VNIIRT公
雷达波长小常识
电磁波起初登上历史舞台的时候,其波段管理并不规范。各国处于保密的原因,对于雷达波段并不进行明确严格的划分,而是用具有一定隐晦意义的字母进行标定。最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm,这一波段被定义为L波段,意为Long WaVE长波(后来这一波段的中心波长变为22e m)。波长为10cm的电磁波被使用后,其波段被定义为s波段,意为Short wave短波,就是比以前波长更短的波段。在主要使用3cm电磁波的火控雷达出现后,3cm波长的电磁波被称为x波段,因为x代表座标上的某点。为了结合x波段和s波段的优点,逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达,该波段被称为c波段,意为Compromise结合两种波长优点的意思。在英国人之后,德国人也开始独立开发自己的雷达,他们选择1.5cm作为自己雷达的中心波长。这一波长的电磁波就被称为K波段,意为Kurtz,德语中“短”的意思,这和英国人的命名很像。由于最早的雷达使用的是米波,这一波段被称为P波段,意为Preylous以往的波段。该系统十分繁琐、而且使用不便。后来被一个以实际波长划分的波分波段系统取代。在我国的电磁波段划分中,米波就是波长1—10米的电磁波段,频率30MHZ-300MHZ,称之为甚高频波段,英文缩写VHF。司声称该雷达足以探测和跟踪70海里外0.01平米大小的空中目标。低频段雷达并非仅限于地面雷达,中国最新型的KJ-2000和KJ-200预警机似乎就安装了L波段相控阵雷达,而之所以采用L波段的部分原因在于,与S波段的美国APY-1/2预警雷达相比,L波段雷达的固态发射机易于制造。中国空警2000是仿效以色列“费尔康”预警机建造的——2000dr年7月,在克林顿政府的压力下,以色列曾被迫取消对华出口“费尔康”预警机合约。
俄罗斯提赫米洛夫仪器制造研究院tibetT--款新型L波段有源相控阵雷达,可安装在苏-27/30战机机翼前缘。该雷达功率及天线尺寸都还有着相当大的发展潜力,并且已针对厘米波段威胁经过优化,可有效对付隐身战机。它可以探测到20海里外的0.01平米大小的L波段目标,这对于战机而言是一个有用的战术距离。
总之,俄罗斯在反隐身雷达领域的努力是广泛、卓有成效并且意义深远的。未来十年,美国就将面对这样一个防空体系。有人或许会问“为什么俄系防空系统就一定会比1991年表现的更好?”基本的事实是,苏制防空系统在1991年的伊拉克遭遇到得困境随着技术的发展和革新已经得到了解决,在这个领域,俄罗斯取得的成就绝不比欧洲和美国差。F-35战机无法规避现代地空导弹
目前,有一种认为隐身技术已经过时不值得再为它投入的观点很有市场,但这种理念从根本上就是错误的。因为,新一代防空系统的杀伤力和生存能力是如此之高,传统的突防技术几乎完全失效。超远程“弹道”防空导弹将会使通常远离作战空域的预警机和电子战飞机的飞行员不再可能悠闲自在。尽管俄罗斯在米波反隐身雷达领域投入了大量的资金和精力,但米波雷达对B-2轰炸机几乎无效,因为后者的外形尺寸不与米波发生谐振。这个特征将被会被用在美国新一代轰炸机上,如果它不被国会否决的话。
俄罗斯米波反隐身雷达将成为未来美军空中力量面临的主要挑战,因为美军隐身战机的外形设计在面对米波雷达时几乎无效。虽然跟踪距离会比传统非隐身战机更短,但米波雷达仍能在有效的战术距离上搜索跟踪隐身战机。一架战机的生存能力将凭借其飞行速度、高度不给防空系统发射机会;通过高机动能力来规避地空导弹,利用隐身与电子战装备干扰地空导弹导引头的末端制导。
F-22A“猛禽”战机绝对在这方面立于不败之地,因为这种战机具备高空渗透与超音速巡航能力,使之免遭大多数地空导弹的攻击,除非它面对的是最新型的性能最好的远程地空导弹。其隐身 设计对除米波雷达之外的,从Ku波段至L波段全部有效。F-22战机的高机动能力使之可以规避地空导弹的攻击。这款飞机的体积也足够大,可以内置电子对抗装置,足以用来自保。
不过,对于未来十年列装美国空军、海军以及海军陆战队的F-35战机来说,情况就不这么乐观了。由于缺乏F-22战机的高空渗透与超音速巡航能力,所以F-35战机处于多数现代中/远程地空导弹的射程之内。鉴于其并没有规避现代地对空导弹的机动能力,所以这款飞机只能完全依赖其隐身性能与电子对抗装置实现自保。
F-35战机的支持者指出,该战机的隐身性能,配以其所配APG一8l有源相控阵雷达对X波段与部分S波段雷达的干扰,F-35战机足以穿透由现代地对空导弹构成的防空系统。已经退役的SA-20防空导弹经常被拖出来作为例证。不幸的是,这样的防空系统将利用火控雷达上的被动角跟踪系统和辐射源定位系统,探查有源相控阵雷达干扰源,瞄准目标,并引导地对空导弹攻击。事实上,将有源相控阵雷达作为电子战反制装置,带来的危险可能会比其效用更大。而且,将有源相控阵作为定向能量武器使用,使来袭导弹电子设备失灵,也是一种值得怀疑的战术,因为不用花费多大代价就可以改善导弹性能,使之应对这种模式的攻击。
因此,F-35战机的生存力完全仰赖于其隐身性能。F-35机身正面对X波段雷达的反射横截面达到0.001平米,这是一个惊人的成就,但是,这个数字将随着雷达波长的增加而急剧上升。F-35战机的一些外形特点——例如低机身、轴对称排气管等——不适合用来穿透先进防空系统,它们会被L波段至x波段雷达的大功率雷达从任何角度探测到。这就是这些外形特征没有出现在F-117A“夜鹰”、B-2A“幽灵”、F-22A和A-12A等全隐身战机上的原因。
而F-35战机之所以采用了这些设计是因为可以威胁到它的系统将在空战开始阶段,被F-22战机利用小直径炸弹及ALR-94雷达警告定位系统发现和摧毁。如果是在十年之前这种作法还是可行的,而不是在面对当前根据“隐藏一射击一溜走”理论研制的高机动、网络化的现代防空系统的时候。美国空中力量的第一攻击波不再可能取得闪电般的战果,很有可能空中力量与地面防空系统的对决将变得复杂和缓慢。1999年北约对南斯拉夫实施的空中战役是一个很好的例子,它充分展示了采用“打一跑”战术原则的先进防空系统能给空中力量带来多大的困扰——几乎所有参战的SA-6防空导弹营都逃过了北约空军的打击。
美国的选择
从技术上讲,研制反米波波段雷达的大功率干扰装置是可行的,但远程“弹道”防空导弹的出现又威胁到了干扰装置搭载平台的生存。因此战斗机和无人战机要想在先进的防空系统下生存下来必须围绕以下两种设计方案。一种是“隐身+速度+高度+敏捷”,代表便是F-22A“猛禽”,另一种则是“彻底的外形隐身,覆盖大部分雷达波段”,代表便是夭折了的A-12A“复仇者”攻击机和X-47无人机。
冷战结束以后,美国常规军事力量的核心和前提便是掌握制空权,这种战争模式已经在1991年的沙漠风暴,1999年南斯拉夫和2003年的伊拉克战争中得到体现和验证。
美国空中力量优势的核心便是隐身技术,它保证了美国空军拥有了能轻松刺穿防空系统(尤其是冷战时代的防空体系)的能力。上世纪七八十年代发展起来的隐身技术堪称冷战时期最重要的军事技术成果。冷战后时代:俄系防空系统的进步
冷战最后十年,美国在隐身战机领域的投入和研发并没有引起苏联的过度忧虑。他们研发和部署了先进的高机动性地空导弹系统——S-300v/SA-12和S-300P M/SA-10B以及第四代战斗机米格29和苏-27(按苏联战斗机划代标准——译者注),新一代雷达给它们提供了有力支持。苏联决策层相信,在军备竞赛中,军事技术的钟摆摆向了他们一边。直到1991年,伊拉克的防空系统在美军“哈姆”反辐射导弹和EF-111A、EA-6B电子战飞机的打击下彻底崩溃,这才引起了对苏联特色的高密度、复杂重叠式防空模式的普遍怀疑。最令苏联防空模式支持者尴尬的是F-117A“夜鹰”可以在伊拉克防空系统最严密的巴格达上空自由来去,毫发无伤。
冷战的结束对于庞大的苏联国防工业是一个毁灭性的打击,这个曾经高度中央集中,几乎拥有无限资金获取权以及长期稳定的销售市场(苏联武装力量、华约组织国家和大量的第三世界国家)的军工体系一夜之间被颠覆了。整个90年代,俄罗斯国防工业都在围绕着技术密集型和商业竞争为基础的模式进行重组。与此同时,新一代的主要由工程技术人员组成的管理层也取代了前苏联时期的党的干部。在许多方面,目前俄罗斯的国防工业类似于美国20世纪五六十年代的情况——聪明,有竞争力,进取心,愿意承担技术上和商业上的适当的风险,并且主要通过出口销售获取资金。
隐身或者称之为低可探测技术;大规模使用的精确制导武器以及先进的情报、监视侦察技术(ISR)确保了美国武装力量对天空的控制。自苏联解体后,这三个关键技术基本可以用来定义美国的空中力量甚至美国的战争模式。美国在1991年取得的惊人成功对俄罗斯国防工业带来了巨大的冲击,为了生产出能遏制-美国的军事行动能力的高标准的武器装备。20世纪90年代中后期,俄国防行业的规划者们开始为下一代产品制定标准。焦点集中在三个方面,击败美国的精确制导武器、击败美国的ISR能力,最重要的是打破美国空军的隐身垄断。同时,作为对美国新一代战机的反应,俄罗斯也开始研发四代半和五代战机,例如苏35和-米格35以及PAK-FA项目,此外还有大量翻版美国设计的精确制导弹药和与众不同的俄罗斯超音速打击武器。
俄罗斯工业率先发起了对美国军事能力关键领域的追赶,但他们很快便被中国和前苏联加盟共和国,包括白俄罗斯和乌克兰超越。随着全球化的进展,先进技术的引入和推广促使其他国家拥有了追赶美国军事科技实力的机会,尤其是计算机软硬件方面。俄罗斯和中国的国防工业目前都足以在基本的机械制造等领域与美国相抗衡。目前,美国只在隐身技术领域维持一个强大的领先地位,并由此衍生出相对应的军事技术,包括最先进的雷达和光电设备。
击败精确制导弹药的途径建立在三个技术基础上。首先是点防空武器,尤其是那些可在精确制导武器弹道终端予以拦截的——9K332“道尔”M2E(由SA-15发展而来)、96K6 SI/SA-22都是装备有相控阵雷达的数字化武器系统,专门用来对付高速反辐射导弹、小直径直接打击弹药、“宝石路”激光制导炸弹、联合防区外打击武器和巡航导弹。综合预警和反制系统也已整合在了防空雷达上,包括导弹接近告警器、雷达诱饵、箔条和红外诱饵弹发射器、烟雾发生器以及全球定位系统干扰器。
最后,前苏联时期广为运用的半机动或固定式防空导弹/雷达系统完成了一个全面的转变。这些笨重的装备全部实现了自行化。目前,俄罗斯防空系统已经具备了5分钟“打跑”能力。后期型的S-300PM U2/SA-20、S-400/sA-21、9K332“道尔”M2E和96K6 SI/SA-22都可以达到这个标准。俄罗斯最近的计划是将S-300VMK/SA-X-23装上轮式底盘以及研发Buk M2/SA-17的轮式衍生型。所有这些系统都装备了相控阵雷达和数字式无线电通信网络,并与战场管理和支持系统相连。
逼迫美军更加依赖隐身战机
现在和不远的将来,美国空军的战机将面对如同狙击手一般采用“隐藏一射击一撤离”模式的现代防空系统的挑战,也许美军将会发现他们发射的大量精确制导弹药只有很少一部分能逃过近程防空导弹、高炮和电子反制系统的拦截。对付美国ISR能力的努力已经衍生出一系列的技术并且被运用在改进那些仍在生产线上的苏式防空系统。
早在冷战末期,苏联就装备了数量庞大的陆基和空基干扰器,它们被用来对付北约的E-3预警机、U-2高空侦察机和E-8预警机,也被安装在反辐射导-弹上。空基干扰器被安装在雅克-28PP、图16P/PP飞机上(其角色类似于美国空军的野鼬鼠中队——EF-111A和E A-6B电子干扰机)。苏联解体前后研制的用来对付美军雷达的陆基干扰器现在不仅仍在生产,并且进行了改进。它们包括Signal Topoi E(专门针对美国海军E-2C预警机)l Pelena-1/2系列(针对E-3预警机雷达)以及Kvant SPN-2/1RL248系列(覆盖x波段和Ku波
雷达反隐身技术
飞机调整外形以及现用雷达吸波材料,只能有效对抗工作频率在0.2-29GH z的厘米波雷达。当雷达波长与被照射目标特征尺寸相近时,在目标反射波与爬行波之间产生谐振现象,尽管没有直接的镜面反射也会造成强烈的信号特征。例如,某些陆基雷达的长波(米级波)辐射能在飞机较大的部件(平尾或机翼前缘)上引起谐振。在波长很短(毫米波)的雷达照射下,则飞机的不平滑部位相对波长来说显然增多,而任何不平滑部位都会产生角反射并导致Rcs增大。大多数雷达吸波材料都含有“活性成分”,经雷达波照射后其分子结构内部产生电子重新排列。分子振荡的惯性会吸收一部分入射能量。但是,照射波的波长越长,分子振荡 越慢而吸渡效果越不明显。雷达跳出目前隐身技术所能对抗的波段,将使飞机的隐身性能大大降低或失效。另外,目前的雷达波隐身技术主要是针对微波雷达的,飞机的红外辐射可以减弱并限制在一定的方位角内但不能完全消除。发展可见光或接近可见光波段的探测器,以及提高红外传感器的探测性能,也可作为探测隐身飞机的措施及手段。
长波雷达可以对付隐身飞机的外形调整设计及现用的雷达吸渡材料,使得隐身飞机外形设计与雷达吸波材料(涂层厚度有难以实现的过高要求。近年来,一些国家重新重视研制长波雷达。目前发展很快的长波雷达是超地平线雷达(OTH),其工作波长达10~60米(频率为5--28MHz),完全在正常雷达工作波段范围之外。这种雷达靠谐振效应探测大多数目标,几乎不受现有雷达吸波材料的影响。国外还非常重视发展毫米波雷达,目前已有可供实用的毫米波雷达。但是,频率越低波束越难集中,而频率越高波束传播损耗越大。美国空军曾在1990年有关反隐身对抗的总结报告中称,甚高频(VHF)雷达(频率160--180MHz,波长1.65~1.90米)在探测低飞目标或对付人工干扰时存在严重问题;OTH雷达提供的跟踪和定位数据不够精确:毫米波雷达(频率约为94GHz)探测概率不高。
反方观点:米波雷达反隐身也是神话
米波雷达的反隐身能力不被一部分专家看好,有人评论说,米波雷达其实很早就出现在了雷达发展史上。其产生和发展基本就是由于其本身波段的特点,和隐身战机无关。所以不用看到哪个国家(尤其是像南斯拉夫这样的落后国家)装备了米波雷达就兴奋地认为其具备了反隐身机能力,这更可能是因为没钱换新装备。
米波雷达的特点基本来讲,就两条:首先是,大气衰减小。同样的发射功率,同样的传播距离,雷选波的衰耗程度基本与波长成反比。因此米波雷达格外适合做远距离探测手段,比如远程二坐标预警雷达:第二是精度差。雷达的方位分辨率与天线尺寸成正比,与雷达波长成反比。也就是说对于同样大小的天线,波长更长的雷达波的探测分辨率越低。通常情况下,米波雷达的波束宽度在1°~5°左右,也就是说只能提供精度在1°以上的目标坐标。如果雷达探测距离是300公里,在雷达最大作用距离处发现目标,其方位角误差可能高达1°这就意味着雷达探测到的坐标和实际目标位置相差数公里。因为精度太差,常规米波雷达提供的高度信息基本可以无视,所以米波雷达通常都作为二坐标预警雷达存在。
技术的发展给了米波雷达新的生命。随着现代雷达技术的发展,雷达领域涌现出大量新思路新技术,这些巨大的技术进步使得现代米波雷达能够在某种程度上克服本身物理缺陷。在使用发射面机械天线的时候,由于天线尺寸相对于波长较小,米波雷达精度不足。随着雷达阵列的发展和波束成形技术的出现,使用稀疏布阵的米波发射机阵列即可实现米波雷达较高精度探测。米波三坐标雷达也开始出现。
20世纪80年代末至今,俄罗斯就利用很多新的研究成果,研制出了多种性能先进的米波三坐标雷达系统,采用已经非常成熟的雷达技术,如线性调频脉压、稀布阵列天线,相干积累、DBF技术等等。法国国家航空航天局(ON ERA)联合汤姆逊CSF公司于20世纪70年代提出了米波综合脉冲孔径雷达(R1AS),这是一种全新体制的米波三坐标雷达。这种雷达采用了全向天线单元稀疏布阵,宽脉冲全向辐射。该雷达还是一种全计算机波束形成的雷达,采用米波频段,既具有米波雷达在反隐身和对抗反辐射导弹方面的优势,又克服了常规米波雷达分辨率差和抗干扰性能弱等缺点。该雷达集搜索,引导和跟踪于一体,既能够测量目标的距离、方位和高度,还可以精确地测量出目标的瞬时速度,抗干扰性能优异。RIiAS还是一种边搜索边跟踪雷达(TAS),且搜索与跟踪完全相互独立开来。
不过虽然技术进步很大,但是米波雷达本身的物理特性缺陷只能弥补,却不能完全改变。即便是采用了数字波束成形的雷达稀疏阵列,雷达方位分辨率依然受制于雷达天线尺寸。比如俄罗斯55K6-3米波雷达的天线外形是一种开放式框架水平网络,宽约15米,上部有一个高约20米的垂直开放式框架,这样的结构比较复杂,需要用很多拉索稳定,架设或拆收需要约22个小时。而且雷达阵元的尺寸也需要与雷达波长相比拟,相控阵米波雷达的阵元尺寸需要0.5米甚至数米才能保证发射效率。事实上,相控阵雷达要想产生一个俯仰波束宽度1°方位波束宽度1°的波束,大致需要1 0000万个等权阵元。米波雷达要想实现这个精度的探测,岂不是要足球场那么大的天线阵列,大尺寸的天线设备导致了米波雷达战术灵活程度很低,基本只能作为固定预警雷达使用。诚然在最近出现了一些机动预警雷达,但是其天线架设依然难度较大。
米波雷达对于隐身飞机和反辐射导弹具备一定探测能力不假,但是探测到不意味着能准确探测,探测到不意味着能打掉隐身飞机。由于米波雷达先天的精度缺陷,即便是发现了隐身飞机也无法提供精确的三维坐标,从而无法有效制导防空导弹进行拦截。而且当敌军采用低空突防战术时,米波雷达又只能在目标进入自身视野范围内才能实现截获。如果使用米波雷达作为引导雷达,哪怕是敌军在几百公里外就暴露,但米波雷达无法提供隐身飞机的精确坐标,只能引导己方飞机前往大致的作战区域进行自行搜索。这时候,米波雷达基本上只起到了早期预警和粗略引导的作用,剩下的搜索作战任务依然还是要推给己方战斗机来完成。而且像固定预警雷达这样明显的目标,在战争初期很容易被作为火力打击的对象。反辐射导弹对于米波雷达作战效能确实较差,但是谁规定了打雷达就必须用反辐射导弹。隐身战斗机通常都装备有先进相控阵机载雷达,其具备完善的对地成像模式。其只需要低空突防,然后对地搜索成像即可确定米波雷达的位置和斜距。把这些作战诸元装订进JDAM或者小直径炸弹之类的惯导/卫星导航制导弹药即可实现对于雷达阵地的有效摧毁精确打击。
段,针对E-8预警机、U-2侦察机、“全球鹰”无人机和为数众多的战斗机、无人机搭载的高分辨率地形成像雷达)。
俄罗斯防空体系软杀伤能力提升的同时,硬杀伤能力也获得了长足进步。冷战期间,唯一的苏制反辐射导弹是S-200/SA-5防空导弹,它的一些衍生型号可以命中300公里外的高空目标。90年代末,俄罗斯将全部SA-5退役并将其中一部分卖给了其他国家,包括伊朗。整个90年代,俄罗斯研发了大量反雷达武器,其中绝大部分仍在生产。R-37/AA-13,由米格一31和苏27M挂载,可击落预警机,甚至可以打击300公里外的空中加油机,超过美国海军的AIM-54C“不死鸟”空空导弹的射程,而后者现已退役。更大型的R-172,计划装备苏-35S战机,射程远达400公里。
更重要的是。俄罗斯已经研制出拥有现代制导能力的先进远程防空导弹。Almaz在90年代的实验表明,如果防空导弹向战区弹道导弹那样沿着一条弹道飞行,而不是像传统的那样“爬升一巡 航”,它将拥有更远的射程。这种技术还将赋予防空导弹更强的终端毁伤效果,因为导弹沿弹道轨迹飞行,最后是俯冲攻击目标,拦截点速度将达到最大值。SA-20和SA-21导弹的最终改进型就运用了这种技术,有效射程扩展到200-250公里。新的SA-21导弹拥有400公里的最大射程,可有效打击预警机。增加的射程有效地抵消了雷达功率的增长,并且拥有了打击隐身战机的能力。
中国在俄制SA-10和SA-20防空导弹基础上发展了自己的FD-2000型号,又利用FD-2000的弹体配合反辐射导引头,研制出了更先进的FT-2000防空导弹,据称其导引头可覆盖大部分雷达波段,堪与“哈姆”反辐射导弹的导引头媲美。迄今为止,没有证据表明俄罗斯为其防空导弹安装了任何反辐射导引头,但他可以很轻松地为Kh-31PD/AS-17反辐射导弹装上精度很高的AvtomatikaL-112系列导引头。
这些防空导弹的火控和跟踪雷达系统已经安装了专门的针对电子干扰设备的被动探测器。与此同时,大量先进的被动探测系统已经研制成功并整合到了许多防空导弹系统内。这些变化部分地体现在冷战时期的著名的KTRP-81 Ramona or Soft Bali和后来的KTRP-86/91 Tamara or TrashCan。它们包括85V6 Orion/Vega系列、1L222 Avtobaza以及中国的YLC-20,后者在研制过程中部分采用了乌克兰Topaz Kolchuga M系统的技术。
它们可以精确探测和跟踪有雷达和无线电信号发出的空中目标,不仅可以追踪敌机大功率雷达以及电子战系统发出的信号,还可以发现低功率的联合战术信息分配系统/Link-16数据链甚至敌我识别器发射机发出的信号。最近,美国空军决定为联合战术无线电系统(JointTactical Radio System)优先安装先进数据链就和这类系统的技术扩散有关。
俄罗斯在反制美军精确制导弹药和IsR平台技术上的努力与反制隐身战机的技术努力密切相关。在隐身技术出现以前,突防战术主要是依靠ISR能力获取敌方防空系统方位信息,然后通过电子干扰或者使用反辐射武器摧毁其雷达的方式瘫痪对方的防空体系。而现在,俄罗斯和中国都可以通过威胁美军ISR平台,以及拦截处在飞行末段的智能弹药,使这种突防战术失效。即使这样还谈不上能彻底击败美国空中力量,至少它也能大大削弱后者的作战效力,并且使美国空军在突防技术上更加依赖于隐身战机。
米波雷达反隐身
在不久的将来的任何冲突中,美军将不得不面对一个复杂的全方位覆盖的空中防御系统,包括传统的苏制防空系统以及俄罗斯和中国的新型防空系统,以及这两个时代的各种防空武器的各种类型的组合搭配。随着其突破防空系统的传统武器系统逐渐被淘汰,美国对隐身战机的依赖性将不断增强。为应对这种情况,俄中两国目前正积极开发反隐身技术。
俄罗斯反隐身技术的支柱是甚高频波段雷达(VHF band,也即米波雷达——译者注)。隐身是典型的针对性设计,其目标是某些特定型号的,特定波段的雷达。目前在实际中运用的有两种截然不同的隐身理念:假如一种战机需要进行纵深突防,面对敌方多种防空系统的联合,那么它必须被设计成“宽频谱隐身”;如果某种战机只需要执行浅近纵深突防任务或者只需面对分散的野战防空系统,那么它只需要“窄频谱隐身”,通过击败对方的火控和跟踪雷达,打断对方防空系统的“杀伤链”(发现一锁定一引导攻击一评估结果的作战流程)就足够了。技术人员有两种不同的方法可以降低战机的雷达反射信号。那就是外形隐身和吸波涂料。
从雷达波反射特性来讲,米波雷达对于隐身飞机和反辐射导弹确实具有优势。各类飞机目标的RCS(雷达发射截面积)显著地依赖于被观察飞机的类型、照射频率和姿态角,同时也与照射波极化有关。标准散射体与锥球体等目标的RCS明显依赖于照射频率。而飞机属于复杂结构形状目标,后向散射较为复杂。正由于飞机的隐身设计一般针对常用的微波频段,因此飞机RCS的频率响应通常两端高,中间低。也就是说对于波长很长和波长很短的雷达波而言,隐身作战效能并不突出。而且米波在目标上会产生谐振效应。雷达波在打到与自身波长可比拟的导体上后,会在目标上产生自发的震荡并且对于雷达回波有很强的加强作用。由于隐身飞机的外形尺寸与米波雷达波长恰好相比拟,因此在米波打在机翼、垂尾等处时会发生谐振。这会增加隐身飞机的RCS,导致隐身飞机作战效能下降。
俄罗斯反隐身雷达设计师已公开声明,他们聚焦干甚高频波段雷达是因为无论外形隐身还是吸渡涂料在这个波段上效能都将大幅降低。在西方,米波雷达的研究工作在20世纪50年代就基本被放弃了。苏联坚持这种技术直到冷战末期,主要是因为米波雷达在制造上便宜得多,它被广泛用在信号传输上。苏联时期最为人所知的米波雷达是数以千计的P-8/P-10以及后来的P-12/P-18雷达,并作为S-75或SA-2防空导弹的搜索雷达广泛出口。此外还有不那么出名的更大的P-14雷达,它被用作S-200/SA-5防空导弹营的搜索雷达使用。
这些雷达十分笨重,部署和转移极为不便,目标方位测量很不精确,没有测高功能,对低空目标几乎无效,抗干扰能力也差。西方对俄罗斯米波雷达技术的认知基本以P-12/18和P-14雷达为标杆。后冷战时代,米波雷达在设it~已经出现根本性变革,并且运用了最新的固态雷达技术和先进的COTS计算机和软件技术。至少有两种是主动有源相控阵设计,拥有敏捷的改变波束方向能力(agile beam-steeringcapabilities),类似于美国海军著名的sPy-1“宙斯盾”雷达,每个天线单元都有小型化固态发射机和接收机。先进的杂波抑制技术是俄罗斯两种最新型米波雷达的设计特征。
抛开加工技术不谈,有源电子阵列技术的使用是这些雷达的关键性进步,因为它不仅提供了快速准确的目标角速度(使用单脉冲测角技术),还允许使用强有力的调零技术(nullingtechniques)消除敌方的电子干扰。据称,一些新的米波雷达的精度已经达到了俄罗斯目前用作地空导弹跟踪雷达的L和S波段雷达的水平。与冷战时期的设计不同,新一代米波雷达均采用了自行化设计,足以实施名副其实的“打一跑”战术。
目前最大、探测距离最远的米波雷达是NNIIRT 55Zh6 Nebo U,它们现在作为SA-21防空导弹系统的一部分部署在莫斯科防空圈。这种雷达体积巨大,几乎没有机动能力。它有一个倒T形天线,并提供非常准确的测高能力。
相对而言,性能比较均衡的是Rezonans N/NE,它的生产厂商给它贴上了“隐身战机早期预警雷达”的标签。和Nebo U/UE系列一样,它是一种战略级别的远程防空预警系统,完成部署几乎要花24小时。生产数量不详。与Nebo U/UE不同,它使用了波束成形技术。新型的NNIIRT 1L119 Nebo SVU和Nebo MRLM-M雷达,是自行式的,主要配属野战防空导弹系统。
早期的Neb0 SVU采用了有源电子扫描阵列设计,半拖车拖曳,可在20分钟内完成部署,这在苏俄式防空雷达系统里算是异类。
Neho M RLM-M雷达是Nebo SVU的衍生型,性能更先进,更精确,机动能力更强。使用了结构相同但更大的液压天线阵列,它的电扫阵列有168个发射单元,搭载在8×8 BAZ-690915全地形底盘上,作为SA-21防空导弹系统的雷达。它的探测距离差不多是Nebo SVU的一倍半,精度也更高。
RLM-M是一种相当优异的雷达。它属于Nebo M多频带反隐身雷达系统的一部分,后者包括甚高频的RLM-M、L波段的RLM-D和S波段的R L M-S有源电扫相控阵雷达,它们通过RLM-Ku指挥控制单元连接起来。Nebo M系统采用综合探测原则,米波雷达将探测出入侵的隐身战机正面反射信号,而L波段和s波段雷达将负责隐身效果往往较差的敌机侧面信号。
另一个最新型号是白俄罗斯KBR公司研制Vostok E米波固态雷达,其液压系统可在6分钟内完成部署和工作准备,离防空导弹营所要求的“t7-跑”的时间要求非常接近了。KBR公司最近声称该产品已经得到海外订单,用户保密。VostokE雷达于2007年首次装备部队。KBR公司声称,装备了全新设计的更紧凑天线阵列的Vostok E可在40海里外发现F-117A级别的隐身目标。
俄罗斯在反隐身领域的努力并不局限于传统的米波雷达。NNIIRT 52E6MU Struna-1MU/Barrier E雷达,使用了无源相干定位技术(PCL),类似于美国的LM “沉默哨兵”系统(Silent Sentry)。和后者一样,Barrier E只在对付中低空目标时有效。
虽然米波雷达是俄罗斯反隐身技术发展的重点领域,大功率L波段雷达(波长在24-30厘米),也是一个积极发展的领域,因为隐身设计针对厘米波段雷达的优化会导致飞机的雷达反射信号在L波段有显著增加,仅次于甚高频波段。VNIIRT 67N6E Gamma DE就是这类产品中的佼佼者,它是一种大功率L波段有源电扫相控阵雷达,可用作防空反导。和Nebo SVU以及NeboM RLM-D雷达—样,既可进行机械扫描,也可锁定一个区域进行电子束扫描扇面搜索。VNIIRT公
雷达波长小常识
电磁波起初登上历史舞台的时候,其波段管理并不规范。各国处于保密的原因,对于雷达波段并不进行明确严格的划分,而是用具有一定隐晦意义的字母进行标定。最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm,这一波段被定义为L波段,意为Long WaVE长波(后来这一波段的中心波长变为22e m)。波长为10cm的电磁波被使用后,其波段被定义为s波段,意为Short wave短波,就是比以前波长更短的波段。在主要使用3cm电磁波的火控雷达出现后,3cm波长的电磁波被称为x波段,因为x代表座标上的某点。为了结合x波段和s波段的优点,逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达,该波段被称为c波段,意为Compromise结合两种波长优点的意思。在英国人之后,德国人也开始独立开发自己的雷达,他们选择1.5cm作为自己雷达的中心波长。这一波长的电磁波就被称为K波段,意为Kurtz,德语中“短”的意思,这和英国人的命名很像。由于最早的雷达使用的是米波,这一波段被称为P波段,意为Preylous以往的波段。该系统十分繁琐、而且使用不便。后来被一个以实际波长划分的波分波段系统取代。在我国的电磁波段划分中,米波就是波长1—10米的电磁波段,频率30MHZ-300MHZ,称之为甚高频波段,英文缩写VHF。司声称该雷达足以探测和跟踪70海里外0.01平米大小的空中目标。低频段雷达并非仅限于地面雷达,中国最新型的KJ-2000和KJ-200预警机似乎就安装了L波段相控阵雷达,而之所以采用L波段的部分原因在于,与S波段的美国APY-1/2预警雷达相比,L波段雷达的固态发射机易于制造。中国空警2000是仿效以色列“费尔康”预警机建造的——2000dr年7月,在克林顿政府的压力下,以色列曾被迫取消对华出口“费尔康”预警机合约。
俄罗斯提赫米洛夫仪器制造研究院tibetT--款新型L波段有源相控阵雷达,可安装在苏-27/30战机机翼前缘。该雷达功率及天线尺寸都还有着相当大的发展潜力,并且已针对厘米波段威胁经过优化,可有效对付隐身战机。它可以探测到20海里外的0.01平米大小的L波段目标,这对于战机而言是一个有用的战术距离。
总之,俄罗斯在反隐身雷达领域的努力是广泛、卓有成效并且意义深远的。未来十年,美国就将面对这样一个防空体系。有人或许会问“为什么俄系防空系统就一定会比1991年表现的更好?”基本的事实是,苏制防空系统在1991年的伊拉克遭遇到得困境随着技术的发展和革新已经得到了解决,在这个领域,俄罗斯取得的成就绝不比欧洲和美国差。F-35战机无法规避现代地空导弹
目前,有一种认为隐身技术已经过时不值得再为它投入的观点很有市场,但这种理念从根本上就是错误的。因为,新一代防空系统的杀伤力和生存能力是如此之高,传统的突防技术几乎完全失效。超远程“弹道”防空导弹将会使通常远离作战空域的预警机和电子战飞机的飞行员不再可能悠闲自在。尽管俄罗斯在米波反隐身雷达领域投入了大量的资金和精力,但米波雷达对B-2轰炸机几乎无效,因为后者的外形尺寸不与米波发生谐振。这个特征将被会被用在美国新一代轰炸机上,如果它不被国会否决的话。
俄罗斯米波反隐身雷达将成为未来美军空中力量面临的主要挑战,因为美军隐身战机的外形设计在面对米波雷达时几乎无效。虽然跟踪距离会比传统非隐身战机更短,但米波雷达仍能在有效的战术距离上搜索跟踪隐身战机。一架战机的生存能力将凭借其飞行速度、高度不给防空系统发射机会;通过高机动能力来规避地空导弹,利用隐身与电子战装备干扰地空导弹导引头的末端制导。
F-22A“猛禽”战机绝对在这方面立于不败之地,因为这种战机具备高空渗透与超音速巡航能力,使之免遭大多数地空导弹的攻击,除非它面对的是最新型的性能最好的远程地空导弹。其隐身 设计对除米波雷达之外的,从Ku波段至L波段全部有效。F-22战机的高机动能力使之可以规避地空导弹的攻击。这款飞机的体积也足够大,可以内置电子对抗装置,足以用来自保。
不过,对于未来十年列装美国空军、海军以及海军陆战队的F-35战机来说,情况就不这么乐观了。由于缺乏F-22战机的高空渗透与超音速巡航能力,所以F-35战机处于多数现代中/远程地空导弹的射程之内。鉴于其并没有规避现代地对空导弹的机动能力,所以这款飞机只能完全依赖其隐身性能与电子对抗装置实现自保。
F-35战机的支持者指出,该战机的隐身性能,配以其所配APG一8l有源相控阵雷达对X波段与部分S波段雷达的干扰,F-35战机足以穿透由现代地对空导弹构成的防空系统。已经退役的SA-20防空导弹经常被拖出来作为例证。不幸的是,这样的防空系统将利用火控雷达上的被动角跟踪系统和辐射源定位系统,探查有源相控阵雷达干扰源,瞄准目标,并引导地对空导弹攻击。事实上,将有源相控阵雷达作为电子战反制装置,带来的危险可能会比其效用更大。而且,将有源相控阵作为定向能量武器使用,使来袭导弹电子设备失灵,也是一种值得怀疑的战术,因为不用花费多大代价就可以改善导弹性能,使之应对这种模式的攻击。
因此,F-35战机的生存力完全仰赖于其隐身性能。F-35机身正面对X波段雷达的反射横截面达到0.001平米,这是一个惊人的成就,但是,这个数字将随着雷达波长的增加而急剧上升。F-35战机的一些外形特点——例如低机身、轴对称排气管等——不适合用来穿透先进防空系统,它们会被L波段至x波段雷达的大功率雷达从任何角度探测到。这就是这些外形特征没有出现在F-117A“夜鹰”、B-2A“幽灵”、F-22A和A-12A等全隐身战机上的原因。
而F-35战机之所以采用了这些设计是因为可以威胁到它的系统将在空战开始阶段,被F-22战机利用小直径炸弹及ALR-94雷达警告定位系统发现和摧毁。如果是在十年之前这种作法还是可行的,而不是在面对当前根据“隐藏一射击一溜走”理论研制的高机动、网络化的现代防空系统的时候。美国空中力量的第一攻击波不再可能取得闪电般的战果,很有可能空中力量与地面防空系统的对决将变得复杂和缓慢。1999年北约对南斯拉夫实施的空中战役是一个很好的例子,它充分展示了采用“打一跑”战术原则的先进防空系统能给空中力量带来多大的困扰——几乎所有参战的SA-6防空导弹营都逃过了北约空军的打击。
美国的选择
从技术上讲,研制反米波波段雷达的大功率干扰装置是可行的,但远程“弹道”防空导弹的出现又威胁到了干扰装置搭载平台的生存。因此战斗机和无人战机要想在先进的防空系统下生存下来必须围绕以下两种设计方案。一种是“隐身+速度+高度+敏捷”,代表便是F-22A“猛禽”,另一种则是“彻底的外形隐身,覆盖大部分雷达波段”,代表便是夭折了的A-12A“复仇者”攻击机和X-47无人机。