未來新一代轟炸機隱身特性需求分析

徐頂國，艾俊強，雷武濤，王立波

(航空工業第一飛機設計研究院 總體氣動設計研究所，西安 710089)

0 引 言

近年來, 隨著探測技術和制導武器的迅猛發展，對作戰飛機的戰場威脅越來越嚴重。為了提升作戰飛機的生存力，各軍事強國投入了大量的人力、物力和財力進行研究。隨著國內外政治、經濟環境的變化，使得作戰飛機尤其是轟炸機的發展思路已經發生了重大變化，遠程戰略轟炸機作為國家重要的空基戰略威懾和遠程打擊工具之一，其自身隱身性能提升和隱身航跡策略規劃越來越受到重視[1-2]。國內，秦五詩[3]總結了美國下一代轟炸機發展動向；陳黎[4]總結了美國空軍下一代轟炸機主要突防措施分析；麻連鳳等[5]提出了新一代戰機隱身需求分析；和國強等[6]分析了下一代轟炸機發展動向及性能特征。由于隱身技術涉及軍事機密，國外相關資料很少報道。

本文通過對比分析美俄下一代隱身轟炸機的隱身性能以及所面對的威脅，指出未來新一代隱身轟炸機更高的隱身特性需求，并歸納出未來高隱身戰略轟炸機的主要突防措施和方式。

1 美俄未來轟炸機的隱身特點及發展趨勢

目前, 美國軍方正在探討以系統家族(family of systems)的全新概念發展下一代遠程打擊系統(Next Generation Long Range Strike，簡稱NGLRS )。按照這種構想, 繼B-2A 隱身轟炸機之后的新一代遠程打擊系統將不再是某種單一型號的轟炸機,而是一個包括下一代轟炸機(Next-Generation Bomber，簡稱NGB，目前美國軍方和媒體有時也將其稱為遠程打擊飛機)、遠程彈道導彈和巡航導彈等成員在內的系統家族。家族內各成員之間在任務執行能力上互補, 而轟炸機將在其中發揮主力和核心的作用[7-10]。遠程戰略轟炸機作為重要的空基戰略威懾和遠程打擊工具，其除了具備大航程、大載荷、網絡化協同、獨立作戰、武器配置靈活等基本特征外，還應具備很強隱身能力，才能在戰時突防到敵方的嚴密防控體系縱深區域，摧毀敵方戰略目標。轟炸機采用非隱身與隱身后的突防區別如圖1所示[11]。

(a) 非隱身飛機突防

(b) 隱身飛機突防

美國下一代戰略轟炸機“襲擊者”(B-21)和俄羅斯下一代戰略轟炸機“遠程航空兵的未來飛機”(PAK DA)兩型轟炸機在生存力方面，都強調高隱身能力[12-14]。美國下一代B-21轟炸機示意圖如圖2所示[14]，俄羅斯下一代轟炸機PAK DA示意圖圖3所示[14]。

圖2 美國B-21轟炸機示意圖

圖3 俄羅斯轟炸機PAK DA示意圖

相對于以隱身性能絕佳而被稱為“幽靈”的B-2戰略轟炸機，其美國新一代戰略轟炸機B-21整機隱身效果進一步加強。B-21可能采用全頻段、全向隱身技術，能夠在很大程度上避免被米波雷達發現，而后者正是現有反隱身雷達的主要類型。由于新一代抗氣流沖蝕、防雨水高速沖擊的長壽命隱身材料和密封材料投入應用，其維護性和部署靈活性也將更好。該機還將配裝一體化電子偵察與對抗系統，并與隱身偵察無人機和空中電子攻擊裝備等組成遠程打擊“系統簇”，能盡可能“靜默”并在強對抗環境中突破先進防空系統。該機很可能還未配裝攔截來襲導彈的自衛激光武器，預留了空間、重量和功率，以進一步提高生存力。

俄羅斯雖未按照“系統簇”的思想設計PAK DA，但該機將是俄羅斯首款隱身轟炸機，能夠避免被米波雷達和厘米波雷達發現。將配裝基于PAK FA的航電系統和隱身材料，包括等離子體技術，其中很可能包括PAK FA的“喜馬拉雅”綜合電子戰系統的改型。俄媒還曾披露，該機將可攜帶超視距空空導彈以進一步提高生存力[15-17]。

除了轟炸機自身隱身外，美俄等國家還在大力發展低頻雷達反隱身技術。目前，美俄在低頻的雷達已占反隱身遠程預警雷達總量的37%以上，例如俄羅斯的“P-18M”三坐標雷達等和美國的FPS-115雷達等，如圖4～圖5所示[18-20]。

圖4 俄羅斯低頻預警雷達

圖5 美國典型低頻預警雷達

此外，采用低頻雷達定位精度大幅增強，通過信息網絡化體系作戰，低頻雷達系統正在具備引導防空導彈進行遠程打擊能力。

2 未來隱身轟炸機的隱身需求分析

美俄新一代轟炸機對高隱身性能的需求非常明確，從隱身布局、隱身材料、隱身關鍵技術等方面進行了大量的人力、物力和財力研究。根據資料顯示，新一代轟炸機應該在2030年左右形成初始作戰能力，具備獨立執行敵方縱深轟炸能力，必須能夠對抗裝備下一代先進電子攻擊設備、先進戰斗機、先進地面預警防控系統、綜合支援系統、定向武器和網絡電磁攻擊設備的敵軍。因此，國外下一代轟炸機除了具備雷達隱身、紅外隱身、射頻隱身等隱身能力需求外，還具備隱身突防能力。

2.1 雷達隱身

在現代戰爭中，低空突防到敵縱深進行轟炸仍然是轟炸機的作戰模式，在這種模式下轟炸機的隱身的重點仍將是雷達隱身。隨著雷達隱身技術的發展，反隱身技術也在飛速的發展。通過采用有源相控陣等技術，使得雷達的目標探測性能、目標容量、可靠性都大為提高。

此外，目前國外正大力發展空中平臺監視系統，包括空中預警機系統、系留氣球載雷達系統、飛艇載雷達監視系統等。該系統與地面警戒雷達及戰斗機載雷達組成了多頻段、多層次的雷達覆蓋網，如圖6所示[21]。

圖6 雷達組網

通過在大角度范圍內的多部雷達，從隱身飛機的下面、背面和側面多點觀察，所有截獲的信號由數據中心進行數據融合和相關處理，從而準確發現和識別目標。這對隱身飛機的雷達隱身能力也提出了新的要求。

為了適應未來的戰場環境，新一代轟炸機具備全頻譜、全方位的隱身技術，必須進一步降低平臺在P、X 等重點頻段的RCS，從而增大被地面預警雷達和空中火控雷達截獲和鎖定的距離，且應該具備更強的隱身能力，例如電磁對消技術、等離子體隱身技術、智能蒙皮、超材料應用。

2.2 紅外隱身

近年來，紅外探測器及探測系統發展突飛猛進，機載紅外搜索與跟蹤(Infrared Search and Track，簡稱IRST)系統對飛機的探測距離已達到200 km，與機載雷達的作用距離相當，對飛機構成了日益嚴重的威脅。目前，國外的大部分先進戰斗機均已裝備IRST系統，如圖7所示[22]，紅外探測器的定位研究也已經取得突破性進展，使得紅外探測器具備了定位能力。

第四代多波段制導導彈采用先進的控制系統和氣動外形，其制導方式同時采用紅外制導和雷達制導，探測器采用焦平面陣列多元成像技術(如圖8所示[23])，通過紅外誘餌彈與加速機動已不能有效對抗第四代制導導彈。因此，飛機對紅外隱身的需求越來越迫切，紅外隱身作用越來越重要。

圖8 紅外焦平面陣列導引頭成像

遠距離的紅外探測飛行器和紅外制導導彈已經對轟炸機構成實質上的威脅。因此，隨著紅外探測技術的進一步提高，下一代轟炸機應在3～5 μm和8～14 μm波段，全方位進行紅外隱身抑制技術研究。例如，主動冷卻技術、紅外低發射率材料技術以及末端主動隱身防御系統[24]，主動隱身技術——氣溶膠技術如圖9所示。

圖9 氣溶膠技術示意圖

2.3 射頻隱身

除了具有優異的雷達隱身和紅外隱身性能外，轟炸機還應該具備全面實施全機射頻綜合控制與管理技術的能力，確保隱身狀態的無線電靜默以及低截獲概率的射頻發射，否則可能反而在更遠的距離上被對方電子對抗(ESM) 系統探測定位，如圖10所示[25]。其有源相控陣雷達全面采用輻射功率、輻射方向圖、輻射時序等控制與管理，確保雷達開機時的低截獲概率(Low Probability of Intercept，簡稱LPI)。

圖10 無源探測系統定位以及追蹤

美國在F-117 研制過程中，就全面驗證過射頻隱身技術，美國1980年美國射頻隱身飛行驗證的結果如表1所示，可以看出：在采用射頻隱身手段后，雷達天線被接收機截獲的距離大幅縮減，RHAW、ELTNT和ARM對雷達探測距離分別下降了97.55%、99.12%和99.13%。

表1 機載雷達射頻隱身前后被探測距離比較

3 未來隱身轟炸機隱身突防措施分析

目前，美國空軍下一代轟炸機的研討論證仍在進行中，新機的主要性能指標是有人、還是無人駕駛，飛行速度是超聲速還是亞聲速，航程和載彈量大小等均需確定，但是基于上述對未來戰場威脅的分析，美國軍方和工業界已開始探討采取多種措施來提高下一代轟炸機在未來戰場上的突防和生存能力，并且要進行隱身突防策略。

3.1 更先進隱身技術

在近年來的多次局部戰爭中，美國空軍F-117A 隱身戰斗轟炸機和B-2A 隱身轟炸機所表現出的作戰效能、尤其是高生存力充分證明了作戰飛機采用隱身技術的巨大價值， 因此, 下一代轟炸機仍會將隱身作為提高自身防護的首要手段。為了應對近年來反隱身技術的快速發展， 下一代轟炸機將綜合采用多種手段來全面提高自身的隱身性能，包括通過外形設計(先進的翼身融合體和飛翼布局)、吸波材料(先進的輕量化、寬頻帶、結構/隱身一體化材料)和有源對消等技術來獲得全向(前、后和側向)和寬頻(可對付低頻雷達)的雷達隱身性能; 通過非常規噴管外形、燃料添加劑和隔熱/屏蔽等技術來降低紅外特征; 通過采用智能蒙皮、凝結尾跡消除等技術來降低目視特征。

3.2 體系支持

根據美國軍方的設想, 今后包括下一代轟炸機在內的遠程打擊系統家族的全部成員都將接入美軍全球信息柵格(Global Information Grid，簡稱GIG )并連入全球指揮控制系統(Global Command and Control System，簡稱GCCS ) 中，從而與美軍作戰體系中的其他裝備無縫結合在一起，在為整個體系提供信息的同時也從中獲得支持。戰時，美軍將綜合運用其作戰體系中的各個成員，根據戰場態勢和任務要求，相互配合，協同作戰，在追求任務效能和效率最大化的同時，也將任務風險降到最低[26-30]。在此背景下， 美軍在重視通過各種技術措施來提高下一代轟炸機的單機突防/生存能力的同時, 更強調在戰時通過體系支持、協同作戰的手段來達到同樣目的。

戰時，下一代轟炸機將會在美軍信息網絡支持下， 與陸、海、空、天中的各種節點進行信息交換，借助體系的支持來協助自身完成任務。例如，下一代轟炸機在突防過程中可實時接收敵方防空導彈、截擊機的動向等相關威脅信息，通過任務規劃選擇更加安全的飛行路線; 或者實時召喚己方F-22 /35 戰斗機、彈道/巡航導彈、電子戰飛機壓制敵防空系統，協助自身突防。

兩架F-22進行伴飛B-2轟炸機如圖11所示[26]。

圖11 兩架F-22進行伴飛B-2轟炸機

3.3 高空突防

自20世紀60年代以來，作戰飛機采用低空、超低空突防以盡量降低敵方雷達發現概率的戰術，廣為世界各國軍方所推崇。但是隨著空中預警機、脈沖多普勒雷達等技術裝備的廣泛使用，這種戰術的價值已經大幅降低。由于目前美國軍用飛機隱身技術世界領先，再結合其先進的電子戰手段，已經可以確保高空飛機被敵方雷達發現的概率大幅降低，也沒必要再為此而采取低空、超低空突防戰術。不僅如此，根據近年來多次局部戰爭的經驗教訓，作戰飛機在戰時低空、超低空飛行，通常會面臨敵方由各種中/低空防空導彈、便攜式防空導彈、中小口徑高炮、高射機槍甚至步兵輕武器所組成的密集防空火力，這將對自身安全構成極大威脅, 對于目標信號特征明顯、機動性差、備彈面積大的轟炸機來說更是如此。

從美國和北約國家軍隊在近期幾次局部戰爭中損失飛機情況可以看出，多數是被各種低空防空火力所擊落，尤其是操作簡單、隱蔽性好、讓人防不勝防的便攜式防空導彈更令美國軍方頭疼。若提升作戰飛機的飛行高度，則可大幅降低這類威脅。根據目前美國軍方和工業界擬議中的一種技術方案，下一代轟炸機有望將飛行高度提高到18 288 m，這將超過多數現役戰斗機， 鑒于此高度以上的天空背景接近黑色，而且不易形成凝結尾跡，無疑將會大幅降低飛機被敵方飛行員目視發現的機率。

3.4 加裝自衛武器

為了給下一代轟炸機提供一種更加積極主動的生存力增強手段，目前美國軍方正在考慮為其配備空空導彈和激光定向能武器作為自衛火力。然而，為了保證不破壞全機的隱身性能， 下一代轟炸機攜帶的空空導彈將很可能由內埋彈艙攜帶，戰時發射制導空空導彈所需的信息也盡可能通過被動手段獲取或由友鄰平臺提供， 自身則保持電磁靜默。

從長遠計劃看，美國軍方也在考慮為下一代轟炸機配備機載激光武器，戰時不僅可以將其作為近距自衛火力，還可用來對付來襲導彈，實施火力攔截，從而極大地提高飛機的生存力。

4 結束語

隨著科技的發展和戰場環境的變化，未來作戰飛機無不體現當今隱身技術的最高水平。新一代轟炸機的隱身能力需求遠遠高于現役戰機水平，為了實現綜合隱身能力，需要引入新的隱身技術思路。可以歸納總結成以下兩點：

(1) 除了傳統的被動雷達技術以外，還應考慮主動隱身技術、智能蒙皮、超材料應用的雷達隱身技術，并且兼顧高低頻隱身；采用基于主動降溫、智能蒙皮、低發射率材料應用的紅外/可見光等隱身技術；采用基于低截獲概率(LPI) 系統以及功率管理等射頻綜合隱身技術。

(2) 根據未來作戰環境，結合新型隱身技術思路，實現隱身轟炸機的突防策略和需求發展的未來作戰投防模式。