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宏亮瞻局丨“猛禽”之外,4S是否為五代機的唯一標準?

20世紀60年代初,當以F-4“鬼怪”和米格-21“魚窩”為代表的第二代戰(zhàn)斗機(傳統(tǒng)美標)剛剛大規(guī)模服役時,美蘇兩國已經(jīng)開始暢想下一代戰(zhàn)斗機的模樣——按照當時的空戰(zhàn)思維慣性,下一代戰(zhàn)斗機必須飛的更高更快——80年代的空戰(zhàn)將主要出現(xiàn)在3萬米以上的高空,雙方戰(zhàn)斗機格斗時的速度至少達到3馬赫。換言之,“雙3”標準本將成為四代機的標配。
然而,后來的事實證明,第四代戰(zhàn)斗機沒有一款能夠達到“雙3”,就連“屬于21世紀”的五代機也仍然只能仰望“雙3”。自第一次世界大戰(zhàn)出現(xiàn)空戰(zhàn)以來,高度與速度一直就是評價戰(zhàn)斗機性能優(yōu)劣的最核心指標,是什么原因扭轉了歷史本應遵循的“規(guī)律”?
戰(zhàn)爭中,適者生存!殘酷的達爾文主義同樣適用于武器發(fā)展。冷戰(zhàn)時期,“雙3”在技術上難度太大,空戰(zhàn)中卻不一定好用。越南與中東上空的一系列空戰(zhàn)孕育出后來的四代機,更加強調均衡的性能(盡管并沒放棄高空高速)。在此之后,沒有經(jīng)歷過實戰(zhàn)檢驗的F-22和4S標準橫空出世,它脫胎于四代機的均衡設計理論,卻至今還沒能在“物競天擇”中證明自己是否又是一個虛幻的“雙3”……
中國人對于五代機的所謂4S標準曾有各種五花八門的說法。按照F-22制造商洛克希德?馬丁公司的官方釋義:4S包括Super Maneuverability、Super Sonic Cruise、Stealth、Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness,前三個S沒有疑義,譯成中文就是“超機動性”、“超聲速巡航”和“隱身能力”。但最后一個S的涵義卻相對模糊,直譯應為“高級戰(zhàn)役意識和效能的航空器”,顯然太費解。因此有人干脆將其定義為“超視距打擊”,或者“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”,還有人認為是“高可維護性”……其中,“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”似乎更接近原意。
必須承認,以F-22為代表的五代機(新美標)的確是一種高效能主戰(zhàn)裝備,并由其需求牽引設計開發(fā)。不過,雖然其他國家現(xiàn)有裝備的更新?lián)Q代必須加速推進,各國卻因自己的需求不同未必要一味跟隨“猛禽”。然而,經(jīng)過冷戰(zhàn)后20多年的爭論,中俄等國最終卻仍然為自己的五代機選擇了4S,其中原因值得玩味。
超機動性
媒體與業(yè)界在渲染F-22領先一代的性能時,總是更強調“這是一款隱身戰(zhàn)斗機”。實際上在洛馬公司對4S的官方解釋中,超機動性才是排在首位的。由于隱身多少會對飛機氣動性能造成不良影響,因此發(fā)動機的性能將很大程度上決定第五代戰(zhàn)機是否能夠達到超機動性。所幸還有矢量噴管——完全“智能化”的矢量噴管在俄羅斯的四代半戰(zhàn)機上已經(jīng)得到應用,甚至米格-29OVT上早已實現(xiàn)了全向矢量控制。
也就是說,F(xiàn)-22的縱向二元矢量控制算不上什么“黑科技”。其使用的F119發(fā)動機最值得稱道之處在于實現(xiàn)了高性能指標的同時還兼具極佳的可靠性,這與材料加工工藝和軟件編程等基礎科技水平直接相關。蘇聯(lián)同級別的AL-41發(fā)動機就是在可靠性上拖了后腿。

俄羅斯與中國目前尚沒有一款可與F119相媲美、推重比超過10的實用化渦扇發(fā)動機,俄軍第一批量產(chǎn)的T-50只能安裝由AL-31深度改進的117S發(fā)動機,這顯然會讓T-50的超機動性大打折扣。有趣的是,兩位俄羅斯航空業(yè)權威人士卻不約而同認為,超機動性對第五代戰(zhàn)斗機來說價值不大。
曾擔任俄羅斯國家航空系統(tǒng)科學研究院院長的費多索夫對超機動性持明確否定態(tài)度,他認為:“以機動性來評價戰(zhàn)斗機好壞的時代已經(jīng)過去,第四代和第五代之間的主要區(qū)別在于機載系統(tǒng),進一步強調超機動性沒有實際意義。超機動性在近距格斗中能夠使武器運用更加靈活,但為了在這種發(fā)生概率極少的典型近戰(zhàn)中獲勝,卻不得不付出巨大的設計代價——為了使發(fā)動機在復雜飛行狀態(tài)中保持穩(wěn)定工作,就必須耗費大量時間和資金用于發(fā)動機和進氣道的研制?!?/p>
令人驚異的是,蘇霍伊功勛總設計師西蒙諾夫也持類似觀點。西蒙諾夫從1983年開始擔任蘇霍伊設計局總師,正是在他的時代,機動性能超群的蘇-27取代米格戰(zhàn)斗機,成為蘇聯(lián)與俄羅斯空軍真正的王牌。在西蒙諾夫兼任俄航空工業(yè)部副部長時,他也明確指出蘇-35級別的機動性能已經(jīng)可以滿足未來空戰(zhàn)需要。
然而,盡管發(fā)動機研制滯后,我們今天看到的T-50卻沒有如費多索夫和西蒙諾夫所建議的那樣放棄超機動性。該型機極具創(chuàng)新性的可動邊條翼就是為了在不破壞隱身外形的前提下提供更好的機動能力。費多索夫非??粗亍皺C載系統(tǒng)”的作用,簡單說,就是相信未來的機載雷達及遠程空空導彈可以在視距外解決問題;即使被拖入近距格斗,戰(zhàn)斗機也可以憑借大離軸角發(fā)射的高性能近距空空導彈贏得勝利。
但T-50顯然沒有體現(xiàn)出費多索夫式的自信,看來在經(jīng)過20年猶豫和爭論之后,俄國人對于“機載系統(tǒng)”完全主宰天空的前景尚存疑慮。
超聲速巡航
速度的重要性在4S中再次得到體現(xiàn)。五代機的高速與二代機、三代機追求最大速度的概念不同,五代機要求更持續(xù)的超聲速飛行,即在不開加力的情況下,以1.5馬赫以上的速度巡航。
費多索夫認為超聲速巡航的價值主要體現(xiàn)在兩方面:其一,快速完成大空域巡邏任務;其二,盡快進入遠程截擊陣位。費多索夫可謂一針見血地點出了對于那些國土面積廣袤的國家來說,超聲速巡航在執(zhí)行防空截擊任務時的巨大意義:可以超聲速巡航的五代機將為國土防空系統(tǒng)提供更具彈性的攔截手段,并大幅節(jié)省在國境線上高密度部署防空導彈的成本。上述特點不僅是俄羅斯空軍所需要的,對于中國空軍來說同樣適用。
不過僅從技術上看,西蒙諾夫顯然不認為超聲速巡航有多少“革命意義”。蘇霍伊總師的觀點是超聲速巡航將隨著發(fā)動機技術的提高自然實現(xiàn),如換裝117S發(fā)動機的蘇-35就可以實現(xiàn)跨聲速巡航(超過1馬赫)。而出于成本控制需要,類似F-35這樣的“低配”五代機具備跨聲速巡航能力就足夠了。
西蒙諾夫也許說的沒錯,不過“發(fā)動機技術的提高”也絕非易事。超聲速巡航的一般定義是在作戰(zhàn)狀態(tài)下,以超過1.5馬赫的速度(0.75至1.5馬赫屬于跨聲速)持續(xù)飛行30分鐘以上,與米格-31這樣可以超聲速巡航的截擊機不同,F(xiàn)-22在實現(xiàn)超聲速巡航的同時還兼具可控的過失速機動性。如此嚴苛的性能要求需要一款推重比達到10的全權數(shù)字式發(fā)動機,這也是絕大多數(shù)國家根本不可能跨越的門檻。目前具備相關開發(fā)潛力的公司在全世界屈指可數(shù),只有美國的普惠、通用電器,英國的羅羅,以及俄羅斯的留里卡-土星、禮炮,以及剛成立的中國航發(fā)等數(shù)家企業(yè)。
總的來看,各方即便任務需求有所不同,但對于一款重型五代機應具備超聲速巡航能力幾乎沒有爭議。超聲速巡航可以讓戰(zhàn)斗機外推攔截線、快速接近敵機和占位、擴大導彈攻擊區(qū)、高速脫離戰(zhàn)區(qū)擺脫攻擊等。按美軍公布的基本計算模型,F(xiàn)-22在超聲速巡航狀態(tài)下的空戰(zhàn)效能比在跨聲速狀態(tài)下高3倍。在進行攔截作戰(zhàn)時,若攔截機相對于目標有2比1的速度優(yōu)勢,攔截能力可比1比1的狀態(tài)提高5倍。此外,超聲速巡航能力與F-22的大航程、先進的綜合式航電系統(tǒng)結合,使其可控制空域面積比F-15增大11倍。超聲速巡航對于高速突防、快速通過敵防空區(qū)也極為有利,高速戰(zhàn)斗機留給敵方防空火力的攔截窗口將被大幅壓縮。
隱身
費多索夫甚至對隱身也持懷疑態(tài)度。他認為:海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭經(jīng)驗表明,防空系統(tǒng)面臨的最大威脅不是飛機,而是防區(qū)外發(fā)射的空地制導武器,如果漏掉這些雷達反射截面積(RCS)在0.1平方米左右的高速制導彈藥,防空系統(tǒng)就會被打開缺口,之后各種不隱身飛行器將從缺口大量涌入。換言之,費多索夫認為,與其為了實現(xiàn)隱身而讓戰(zhàn)斗機在速度、載彈量、可操縱性和機動性上做出重大犧牲,還不如進一步提高機載彈藥的射程和隱身性能來的劃算。
西蒙諾夫不同意上述觀點:“當敵機具有隱身能力時,如果本方戰(zhàn)斗機不隱身,就很可能在相當遠的距離上被攻擊,此時甚至不知道對方是誰。”不過西蒙諾夫建議的RCS標準是0.3平方米,比F-22的正向RCS大了約3倍。西蒙諾夫認為,達到這一標準的俄軍戰(zhàn)機可使對方發(fā)現(xiàn)本機的距離縮短到50公里內,俄方有信心在此距離內通過多種傳感器發(fā)現(xiàn)目標,從而確保與對方至少同時發(fā)起攻擊的平等開火條件。重要的是,實現(xiàn)這一隱身目標將不會對飛機氣動外形構成嚴重破壞。不難看出,T-50基本遵循了西蒙諾夫的上述思路。
其實洛馬公司在設計F-22時也秉承了與西蒙諾夫一致的觀點。YF-22的隱身性能遜于競標對手YF-23,這并不是因為洛馬無法設計出隱身性能更好的戰(zhàn)斗機,而是YF-22的設計師需要平衡戰(zhàn)斗機其他性能指標的結果。洛馬宣稱F-22與早期隱身飛機(F-117A、B-2A)相比,將吸波材料的使用降低到了最低限度,其氣動外形也比YF-23傳統(tǒng)的多。
蘇霍伊和洛馬對于隱身價值的判斷基本一致。即隱身戰(zhàn)機在遭遇非隱身戰(zhàn)機時將擁有不對稱打擊優(yōu)勢。但隱身不是萬能的,沒有必要為了追求所謂全向或全頻譜隱身過分犧牲飛行性能。具體需要什么級別的RCS,不僅與戰(zhàn)斗機所承擔的任務類型有關,還與本機的傳感器探測性能密切相關。簡單地說,在研制時,可以遵循機載雷達的探測距離與隱身性能呈反比的基本原則——機載雷達探測性能越強,隱身性能就可以相對差一些。
至于費多索夫的觀點則有些自相矛盾。他顯然已經(jīng)承認隱身在第一波“踹門”中的價值;同時,飛行平臺能夠在防區(qū)外從容發(fā)射空地導彈的前提是必須掌握制空權,西蒙諾夫則解釋了隱身在爭奪制空權時的具體作用。
網(wǎng)絡中心戰(zhàn)
費多索夫認為4S中唯一有用的是網(wǎng)絡中心戰(zhàn)。他對此的說法是“由于隱身引發(fā)了對目標探測的更高技術要求,為了發(fā)現(xiàn)并攻擊對手,需要大幅提升現(xiàn)有機載傳感器的技術性能。此外,機載數(shù)據(jù)鏈和計算機應具備快速可靠的處理功能,以便管理諸如任務計劃、導航和飛行狀況等各種內部信息,并判讀來自機載傳感器、地面控制中心、預警機、友機和衛(wèi)星采集的外部信息??傊?,這一切將為飛行員提供完全透明的戰(zhàn)場態(tài)勢,并以圖像形式將所有相關信息通過多功能顯示器直觀反映出來?!?
費多索夫尤其看重新一代機載雷達的作用:無論什么型號的五代機,都必須裝備一款完全數(shù)字化的相控陣雷達。傳統(tǒng)脈沖多普勒雷達的反應速度、多目標管理、多任務管理等能力都無法滿足網(wǎng)絡中心戰(zhàn)需求。相控陣雷達——尤其是有源固態(tài)相控陣雷達——徹底革新了雷達工作體制,可以從容應對信息化戰(zhàn)爭時的海量信息獲取與信息管理工作。
網(wǎng)絡中心戰(zhàn)能力對于現(xiàn)代戰(zhàn)爭來說是必不可少的,不僅僅是五代機,任何武器裝備要想在今天的戰(zhàn)爭中生存并發(fā)揮作用,都必須具備信息化能力。但必須指出的是,網(wǎng)絡中心戰(zhàn)是雙向的,一款五代機在具備節(jié)點功能的同時,還應具備保護節(jié)點的能力。從某種程度上來講,信息化戰(zhàn)爭體系比機械化戰(zhàn)爭體系更脆弱,某一個關鍵節(jié)點失效就可能導致整個作戰(zhàn)鏈條無法工作。因此,為了避免一旦體系被癱瘓后陷入無還手之力的窘境,第五代戰(zhàn)斗機有必要明確界定自身對體系的依賴程度,也就是說其機載系統(tǒng)必須具備在失去體系支持后仍可部分獨立作戰(zhàn)的功能。
4S缺一不可
縱觀人類戰(zhàn)爭史,一款具備戰(zhàn)略意義的劃時代武器的出現(xiàn)必然帶來作戰(zhàn)方式的變革,當?shù)谖宕鷳?zhàn)斗機或已服役部署,或正加緊研制試飛時,未來的空中戰(zhàn)場也即將跨入“第五代”。4S性能所賦予五代機的新能力將改變飛行員、空中與地面指揮人員的思維方式,但“交戰(zhàn)規(guī)則”到底如何,由于還未經(jīng)受真實空戰(zhàn)檢驗,包括美國空軍在內也只能通過“紅旗”對抗演練等方式摸著石頭過河。
僅從美方公布的演習結果來看,4S證明了自己的價值,以及美國空軍當初對未來空戰(zhàn)設想的正確性。美國空軍自然不會公布自己演習的整個過程和細節(jié),為了更直觀的了解第五代空戰(zhàn)的特點,我們下面將做一個最簡化的紙上推演:
在一場模擬的第五代空戰(zhàn)中,雙方均以超聲速巡航狀態(tài)高速接近,先發(fā)現(xiàn)對手的一方會首先發(fā)射導彈,并打開加力高速脫離。然而,由于雙方均可以超聲速巡航,被鎖定的戰(zhàn)機仍擁有足夠能量機動規(guī)避,即便先開火也并不能保證擊落對手,空戰(zhàn)有可能進入視距格斗。另一方面,假設雙方的隱身性能都足夠好,雷達發(fā)現(xiàn)距離急劇縮短,空戰(zhàn)仍會被拖入視距內。
因此超機動性仍然是必要的,它不僅有利于格斗,還可幫助戰(zhàn)斗機規(guī)避敵方視距外發(fā)射的導彈。此外,速度仍然十分重要,可以超聲速巡航意味著被導彈突襲擊中的概率極低,而一旦進入視距內格斗,更高的速度維持能力將保證戰(zhàn)斗機從進入格斗到脫離的全過程都有足夠的機動能量。
從以上推演不難看出,4S之間環(huán)環(huán)相扣,互相支撐。如果空戰(zhàn)中的一方換成沒有隱身能力的四代半,如蘇-35,就會被具有隱身性能的敵機遠距離發(fā)現(xiàn),從而在雙方接近過程中遭遇多輪導彈打擊,卻無法還手。同理,4S中缺了任何一環(huán)都會陷入被動,都會形成“代差”。
(“宏亮瞻局”系上海交通大學國家戰(zhàn)略研究中心特約副研究員王宏亮為澎湃防務開設的個人專欄,力求在兼顧分析的深度和厚度的同時,在前瞻性、敏銳度上更上一層樓,每周一期,不見不散)





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