在1991年的海湾战争中,美国空军的F-117A隐身攻击机显示了伊拉克防空体系难以抵御的强大优势。此后,武器装备的隐身化成为重要的发展趋势。从早期隐身研究时起,规划人员和设计师们也在思考着如何反隐身。本文根据近年来的中外资料,对反隐身技术的主要发展动向作一简要介绍。
反隐身技术的机理
目前,国外对飞机隐身技术的研究主要把力量放在雷达波隐身和红外线隐身上。在雷达波隐身中,飞机主要是靠调整外形来缩减雷达散射截面(RCS)(占RCS缩减总量的70%~80%),其次则是应用吸收雷达波的材料(RAM)。探索或研究反隐身技术,要从当前隐身技术的局限性或明显弱点入手:
现役或在研隐身飞机以单站雷达为对抗目标
雷达是通过接收被照射目标的散射电磁波来判断有无目标存在并测出目标所在的空间角度及空间距离。当前正在使用的雷达绝大多数是单站雷达,它的接收天线和发射天线靠得很近或接收功能及发射功能共用一个天线完成。对于单站雷达,接收机接收到的目标散射电磁波是沿入射电磁波路线返回的回波。调整飞机外形只能优选雷达照射角度范围,使回波集中到极少数方向上并偏离发射源。若设法从别的方向上接收回波,或同时从多个角度进行探测,可以作为探测隐身飞机的措施及手段。
难以在整个电磁和红外频谱达到相同的低可探测性
飞机调整外形以及现用RAM,只能有效对抗工作频率在0.2~29GHz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RAM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,分子振荡越慢而吸波效果越不明显。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却不能完全消除。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。
与飞机隐身技术一样,反隐身技术也是综合性技术,单独采用某一种反隐身技术都不可能获得好的反隐身效果,必须综合运用各种反隐身技术才能提高探测隐身飞机的效能。
反隐身措施及手段
目前,正在研究或探索的反隐身措施及手段主要有:
双(多)站雷达
双站雷达系统是将发射机和接收机分置在两个不同的站址,其中包括地面、空中、海上或卫星等多种平台。利用远离发射机的接收机接收隐身飞机偏转的雷达波,并因无源而不会受到反辐射导弹的威胁。多站雷达是在双站雷达基础上,由多个分置的发射机和接收机组成。可以采用一部发射机和多部接收机或多部发射机和多部接收机的配置,从而组成一个多元一体化的雷达网同时从各个照射角度对隐身飞机进行探测。不论是双站还是多站雷达,接收机都必须在发射波束的作用范围之内并与发射机精确同步。解决这个问题的一个办法是,采用广角天线并利用全球定位系统(GPS)。广角天线内大量的介电材料,按输入信号到达的角度将其折射到一系列站口中的一个。通过接收机在这些站口上“快速转接”,双(多)站雷达可以跟踪发射机脉冲。称为“脉冲追踪”的这种操作,使得接收机能够探测照射波束作用范围内的任何目标并确定其方位。GPS可以快速确定发射机与接收机的相对位置并使两者精确同步,这使得双(多)站雷达易于设计并且使用更加灵活。
长波或毫米波雷达
长波雷达可以对付隐身飞机的外形调整设计及现用的RAM,使得隐身飞机外形设计与RAM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10~60m(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RAM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1.65~1.90m)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。
无载频超宽波段雷达
无载频超宽波段雷达被称为“反隐身雷达”,无载频脉冲可以覆盖L、S、C等许多波段。产生这种脉冲的小型低功率雷达已广泛用于民用,用于混凝土结构的内部成像以检查空隙和结构缺陷。目前,尚未出现适用于防空的无载频超宽波段雷达。发展无载频超宽波段雷达除必须提高雷达平均功率外,还要解决在没有载频引导下保证宽波段接收机能区分出噪声与目标回波的问题。
激光雷达和红外探测系统
美国自80年代末开始研究激光反隐身探测系统。为了探测从空间发射的导弹,美国在弹道导弹防御计划中试验过激光雷达。另外,许多公司也在探索将其用作空对面武器的导引头。相干多普勒激光雷达已经用于飞机尾流的探测和成像,但是飞机尾流很小可能使得探测距离较短而无战术用途。微波雷达的工作方式是在金属物体上产生电磁场,而脉冲激光雷达能在不可渗透的物体上产生可探测区分的红外图像。但一般频率的激光大都易被二氧化碳、氧气和水吸收、难以在极远距离上聚焦,所以要想把红外探测系统用于反隐身,就必须提高其作用距离以及在恶劣环境下的使用效能。
此外,提出探索或研究的反隐身措施及手段还有很多。例如,提高现有雷达的探测性能,包括增大发射功率储备、改善信息采集和信号综合处理能力等;研制单(双或多)站无源雷达,通过探测隐身飞机自身的电磁辐射对它进行方位跟踪或定位;发展谐波雷达,这种雷达将人造金属目标(如飞机)的极低谐波再辐射能量作为回波;研制被动的射频探测器,用它发现隐身飞机在飞行时因气动加热引起的微弱无线电信号;发展用于追踪隐身飞机的地球磁场变异探测器,以及摧毁隐身飞机的微波束武器等等。
要想对抗隐身飞机,就必须综合采取多种措施及手段。可靠的反隐身探测/攻击系统的关键,是要组成一个采用不同原理并在不同波长上工作的复杂传感器网络。这个网络的重要组成部分不仅包括传感器本身,而且包括对不同来源的数据进行收集、处理、关联及显示的过程。另外,为了达到所需的高探测概率并向拦截系统提供精确的目标数据,传感器所在的位置(不仅沿边界而且向领土纵深部署,还包括空、天警戒)也很关键。