在1991年的海灣戰爭中,美國空軍的F-117A隱身攻擊機顯示了伊拉克防空體系難以抵禦的強大優勢。此後,武器裝備的隱身化成為重要的發展趨勢。從早期隱身研究時起,規劃人員和設計師們也在思考着如何反隱身。本文根據近年來的中外資料,對反隱身技術的主要發展動向作一簡要介紹。
反隱身技術的機理
目前,國外對飛機隱身技術的研究主要把力量放在雷達波隱身和紅外線隱身上。在雷達波隱身中,飛機主要是靠調整外形來縮減雷達散射截面(RCS)(占RCS縮減總量的70%~80%),其次則是應用吸收雷達波的材料(RAM)。探索或研究反隱身技術,要從當前隱身技術的局限性或明顯弱點入手:
現役或在研隱身飛機以單站雷達為對抗目標
雷達是通過接收被照射目標的散射電磁波來判斷有無目標存在並測出目標所在的空間角度及空間距離。當前正在使用的雷達絕大多數是單站雷達,它的接收天線和發射天線靠得很近或接收功能及發射功能共用一個天線完成。對於單站雷達,接收機接收到的目標散射電磁波是沿入射電磁波路線返回的回波。調整飛機外形只能優選雷達照射角度範圍,使回波集中到極少數方向上並偏離發射源。若設法從別的方向上接收回波,或同時從多個角度進行探測,可以作為探測隱身飛機的措施及手段。
難以在整個電磁和紅外頻譜達到相同的低可探測性
飛機調整外形以及現用RAM,只能有效對抗工作頻率在0.2~29GHz的厘米波雷達。當雷達波長與被照射目標特徵尺寸相近時,在目標反射波與爬行波之間產生諧振現象,儘管沒有直接的鏡面反射也會造成強烈的信號特徵。例如,某些陸基雷達的長波(米級波)輻射能在飛機較大的部件(平尾或機翼前緣)上引起諧振。在波長很短(毫米波)的雷達照射下,則飛機的不平滑部位相對波長來說顯然增多,而任何不平滑部位都會產生角反射並導致RCS增大。大多數RAM都含有“活性成分”,經雷達波照射後其分子結構內部產生電子重新排列,分子振盪的慣性會吸收一部分入射能量。但是,照射波的波長越長,分子振盪越慢而吸波效果越不明顯。雷達跳出目前隱身技術所能對抗的波段,將使飛機的隱身性能大大降低或失效。另外,目前的雷達波隱身技術主要是針對微波雷達的,飛機的紅外輻射可以減弱並限制在一定的方位角內但卻不能完全消除。發展可見光或接近可見光波段的探測器,以及提高紅外傳感器的探測性能,也可作為探測隱身飛機的措施及手段。
與飛機隱身技術一樣,反隱身技術也是綜合性技術,單獨採用某一種反隱身技術都不可能獲得好的反隱身效果,必須綜合運用各種反隱身技術才能提高探測隱身飛機的效能。
反隱身措施及手段
目前,正在研究或探索的反隱身措施及手段主要有:
雙(多)站雷達
雙站雷達系統是將發射機和接收機分置在兩個不同的站址,其中包括地面、空中、海上或衛星等多種平台。利用遠離發射機的接收機接收隱身飛機偏轉的雷達波,並因無源而不會受到反輻射導彈的威脅。多站雷達是在雙站雷達基礎上,由多個分置的發射機和接收機組成。可以採用一部發射機和多部接收機或多部發射機和多部接收機的配置,從而組成一個多元一體化的雷達網同時從各個照射角度對隱身飛機進行探測。不論是雙站還是多站雷達,接收機都必須在發射波束的作用範圍之內並與發射機精確同步。解決這個問題的一個辦法是,採用廣角天線並利用全球定位系統(GPS)。廣角天線內大量的介電材料,按輸入信號到達的角度將其折射到一系列站口中的一個。通過接收機在這些站口上“快速轉接”,雙(多)站雷達可以跟蹤發射機脈衝。稱為“脈衝追蹤”的這種操作,使得接收機能夠探測照射波束作用範圍內的任何目標並確定其方位。GPS可以快速確定發射機與接收機的相對位置並使兩者精確同步,這使得雙(多)站雷達易於設計並且使用更加靈活。
長波或毫米波雷達
長波雷達可以對付隱身飛機的外形調整設計及現用的RAM,使得隱身飛機外形設計與RAM塗層厚度有難以實現的過高要求。近年來,一些國家重新重視研製長波雷達。目前發展很快的長波雷達是超地平線雷達(OTH),其工作波長達10~60m(頻率為5~28MHz),完全在正常雷達工作波段範圍之外。這種雷達靠諧振效應探測大多數目標,幾乎不受現有RAM的影響。國外還非常重視發展毫米波雷達,目前已有可供實用的毫米波雷達。但是,頻率越低波束越難集中,而頻率越高波束傳播損耗越大。美國空軍曾在1990年有關反隱身對抗的總結報告中稱,甚高頻(VHF)雷達(頻率160~180MHz、波長1.65~1.90m)在探測低飛目標或對付人工干擾時存在嚴重問題;OTH雷達提供的跟蹤和定位數據不夠精確;毫米波雷達(頻率約為94GHz)探測概率不高。
無載頻超寬波段雷達
無載頻超寬波段雷達被稱為“反隱身雷達”,無載頻脈衝可以覆蓋L、S、C等許多波段。產生這種脈衝的小型低功率雷達已廣泛用於民用,用於混凝土結構的內部成像以檢查空隙和結構缺陷。目前,尚未出現適用於防空的無載頻超寬波段雷達。發展無載頻超寬波段雷達除必須提高雷達平均功率外,還要解決在沒有載頻引導下保證寬波段接收機能區分出噪聲與目標回波的問題。
激光雷達和紅外探測系統
美國自80年代末開始研究激光反隱身探測系統。為了探測從空間發射的導彈,美國在彈道導彈防禦計劃中試驗過激光雷達。另外,許多公司也在探索將其用作空對面武器的導引頭。相干多普勒激光雷達已經用於飛機尾流的探測和成像,但是飛機尾流很小可能使得探測距離較短而無戰術用途。微波雷達的工作方式是在金屬物體上產生電磁場,而脈衝激光雷達能在不可滲透的物體上產生可探測區分的紅外圖像。但一般頻率的激光大都易被二氧化碳、氧氣和水吸收、難以在極遠距離上聚焦,所以要想把紅外探測系統用於反隱身,就必須提高其作用距離以及在惡劣環境下的使用效能。
此外,提出探索或研究的反隱身措施及手段還有很多。例如,提高現有雷達的探測性能,包括增大發射功率儲備、改善信息採集和信號綜合處理能力等;研製單(雙或多)站無源雷達,通過探測隱身飛機自身的電磁輻射對它進行方位跟蹤或定位;發展諧波雷達,這種雷達將人造金屬目標(如飛機)的極低諧波再輻射能量作為回波;研製被動的射頻探測器,用它發現隱身飛機在飛行時因氣動加熱引起的微弱無線電信號;發展用於追蹤隱身飛機的地球磁場變異探測器,以及摧毀隱身飛機的微波束武器等等。
要想對抗隱身飛機,就必須綜合採取多種措施及手段。可靠的反隱身探測/攻擊系統的關鍵,是要組成一個採用不同原理並在不同波長上工作的複雜傳感器網絡。這個網絡的重要組成部分不僅包括傳感器本身,而且包括對不同來源的數據進行收集、處理、關聯及顯示的過程。另外,為了達到所需的高探測概率並向攔截系統提供精確的目標數據,傳感器所在的位置(不僅沿邊界而且向領土縱深部署,還包括空、天警戒)也很關鍵。