早在20世紀30年代,英德兩國的科學家就已發現,由於無線電波碰到物體會反射,透過計算反射所需要的時間就可以探測到人類視線範圍以外物體的位置及速度。
之後,英國科學家羅伯特瓦特成功研發出能夠探測出飛機的雷達,英國因此建立了世界上第一個以雷達為核心的綜合防空系統。透過這個系統,英國人可以提前探測出德國飛機的數量、飛行的速度等資訊。根據這些資料,民眾不但可以得到提前的疏散,皇家空軍還可以提前作出部署,從而搶得戰場上的先機。
在位於倫敦市郊的英國皇家空軍司令部,還有專門的雷達指揮部。在這樣的一個專門的指揮機構當中,彙總了來自前線雷達所傳回的各種各樣的資訊資料,會有專業的情報分析人員對他們進行分析和梳理,這樣的話就可以讓統帥機構做出統一的調動。
而且英國當時已經擁有了世界上第一支雷達部隊。據說這支部隊經過專業的培訓,而且都是專業雷達兵組成的。
不列顛空戰後,雷達被英軍更廣泛的運用到其他領域。他們將雷達安裝在車輛上,成為一個個移動的前線雷達站。他們將雷達架設在戰列艦上,使得德國的水上狼群無處藏身。
隱身戰機初問世
最為關鍵的是,雷達總能限制德軍極為仰仗的空中力量,這讓空軍總司令戈林十分氣憤。但是當時的格林並沒有完全意識到雷達的威力,他只是一味要求航空部儘快研製出具備“3個1000”效能的飛機,即可以達到1000公里的時速,可以攜帶1000公斤的炸彈以及飛往1000公里以外的目的地。
對於格林的這一要求,航空部給出了否定的答覆。在他們看來,以當時的技術水平能夠同時滿足速度、載彈量以及航程的要求幾乎是不可能的。但是有人卻給出了肯定的答案,那就是霍頓兄弟。
早在上世紀30年代,沃爾特霍頓和雷馬霍頓這兄弟二人就加入了當時的飛行俱樂部,並開始了戰機的研發工作。值得一提的是,霍頓兄弟的設計思路有別於傳統的機身佈局,他們採用了當時極為罕見的飛翼式佈局。這種佈局的機身與機翼幾乎融為一體,能夠最大程度的降低飛行中的阻力。
而且碩大的機翼還可以搭載更多的炸彈。當霍頓兄弟將這款戰機的模型擺到格林面前時,已經焦頭爛額的格林十分滿意,併為它命名為Go229。
在他看來,這款戰機足以滿足他“3個1000”的效能需求。1944年Go229的原型機研製成功。由於外形怪異,人們甚至將他稱為德國空軍的大飛鏢。
應該說Go229是在一個非常倉促的情況下產生的。首先Go229它的動力裝置原本是打算用寶馬公司的BMW003型發動機。但是在戰爭期間德國的資源損耗是非常嚴重的,寶馬的工廠也經常遭到盟軍的轟炸,所以說只能臨時換裝梅塞施米特262發動機。
而且由於暫時的資源短缺,當時整個機身的中心夾層是由鋼管焊接而成的。它的機翼部分甚至不是由金屬構成的,而是由木炭,包括一些木屑的混合物粘起來。
據測算,Go229的各項效能指標完全滿足格林提出的“3個1000”要求。而更令人意想不到的是德國的地面雷達居然完全探測不到Go229。
Go229型飛機具備一定的隱身能力是霍頓兄弟在設計之初完全沒有想到的。而他之所以能夠成為隱身飛機的先驅,主要取決於兩個方面。首先一點就是它採用的飛翼式氣動佈局,相對於傳統的飛機V式佈局的雷達反射截面是比較小的。這一外形特點,我們在F117隱身攻擊機和B2隱身轟炸機上都能看到。
第二點就是材料,Go229的機身和機翼很多部位都是用木頭製作的,而相對於金屬材料,木質材料有一定的透波效果,電磁波的反射率也比全金屬飛機低得多。所以說Go229在不經意間成為了一架隱身效果不錯的軍用飛機。
德軍原本寄希望於Go229能夠躲過英國人的雷達,然而Go229還沒有達到量產階段,納粹德國就已難逃戰敗的命運。但即便如此,Go229還是成為世界上第一架隱身戰機。
二戰末期,隨著ME262的誕生,噴氣式戰機的發展進入了快車道。從高亞音速到超因素,從跨越音障到突破熱脹,各式戰機隨著技術的革新,不斷將飛行推向極限。同時人類對於隱身戰機的研發工作也從未停止過腳步。
洛克希德馬丁公司旗下的臭鼬工廠一直秉承著創新的設計理念,1964年,臭鼬工廠推出了世界上第一款突破熱脹併兼具隱身效能的偵察機SR71黑鳥。當時人們對於隱身技術的認知還處於一個初步的探索和摸索的階段,那麼它的隱身效能更多的是在減少機身的雷達反射截面。
但是黑鳥是一款高空高速偵察機,它在高速飛行的時候會產生很高的溫度,包括巨大的紅外特徵,這樣的一些特徵都是很容易被雷達所識別所捕捉到的。由於極其高昂的製造和使用費用,黑鳥只量產了32架就宣告退役。
很快,隱身技術又在戰鬥機的研發上得到了應用。彼得烏菲姆謝夫,蘇聯莫斯科無線電工程學院首席科學家。他在1964年發表了一篇題為《物理理論中的邊緣電磁波繞射方式》的學術論文。在論文中烏菲姆謝夫示範瞭如何計算給定任意二維物體外形的雷達散射截面,包括物體的面與邊緣的線。同時他還解釋瞭如何利用計算機程式來解析這組方程式。
但遺憾的是,由於技術所限制,烏菲姆謝夫的論文並沒有得到廣泛的應用,僅僅是被刊登在一本學術期刊上。但正是蘇聯人的這個無意之舉,引起了臭鼬工廠極大的關注。
他們細心分析了烏菲姆謝夫的論文,認為這種理論可將飛機完全隱身的設想變為現實。於是他們將一架飛機的雷達散射截面分解為一系列的三角形平面計算,設計出由八個三角形平面組成的菱形八面體機形模型。這個模型完全不像是可以飛的飛機,因此他們給這個模型取了一個暱稱,無望鑽石。
但無望鑽石畢竟僅僅是一個模型,如何讓它成為真正的飛機呢?
臭鼬的結構工程師埃德鮑德溫給出了設計方案,鮑德溫在外形上採用了獨特的多面體設計,鋸齒狀的機體結構,並採用了一對高展弦比的機翼。由於需要向兩側折射雷達波,飛機還採用了很高的後掠角雙翼。為了降低電磁波的發散和雷達截面積,飛機沒有配備火控雷達,機身表面和轉折處還被設計成使反射波集中於水平面內的幾個窄波束,這樣就能使兩撥數之間的微弱訊號與背景噪聲難以區別。這種波數束很窄,已知雷達不能夠得到足夠連續的微波訊號,從而達到隱身的效果。
1981年6月和1982年2月,這款新式隱身戰機正式進行了試飛。美國軍方動用了當時現役的各種陸基與機載雷達來驗證它的隱形效果,結果沒有任何雷達能夠鎖定它,這意味著無望鑽石的設想終於變成了現實。軍方為這款飛機命名為F117。
作為世界上第一款完全以隱身為設計目標的飛機。F117的外形與眾不同,它可將入射的雷達波集中為幾速,然後散射到遠離發射源的地方。為了保證飛機的低可探測性效果,F117不但在機體上塗了一層先進的吸波塗料,而且幾乎所有的艙門和口蓋都帶有鋸齒狀邊緣,以抑制雷達波的反射。
自1982年投放使用,F117先後生產了65架。他們出現在多次區域性戰爭之中,還為後來隱形戰機的研製提供了寶貴的經驗。
1977年,美國國防部正式批准了ATB專案及先進技術轟炸機計劃。根據這一計劃的要求,新式的轟炸機要具備低可偵測性,並能夠安全地穿過嚴密的防空系統進行攻擊。
最終經過近十年的研發工作,一款代號為B2的隱身轟炸機出現在世人面前。從外形上看,B2很容易令人聯想到四十多年前的Go229飛翼佈局,平面輪廓由12根互相平行的直線組成,機翼前緣與機翼後緣和另一側的翼尖平行。機身尾部後緣為W型鋸齒狀,邊緣也與兩側機翼前緣平行,這樣的設計可以最大程度的降低雷達的反射波。
作為第二代隱身飛機,應該說B2在隱身技術方面又上了一個臺階。該機的機體結構和蒙皮使用了大量的對電磁波反射率較低的複合材料,其外表還塗敷有一層淺灰色的塗料,這種塗料對於雷達、紅外和可見光等探測器均具有一定的隱身能力。B2的吸波塗層不但效能更佳、比重更輕,而且在某些部位還能充分利用等離子體技術來達到隱身的目的。
B2的隱身並非僅侷限於雷達偵測層面,還包括降低紅外線、可見光與噪音等不同訊號,使被偵測與鎖定的可能性降到最低。此外,B2在空中不加油的情況下,作戰航程可達1.2萬公里。
從B2身上我們可以看出隱形戰機發展到的一個概況,就是不僅僅依靠氣動佈局來達到隱身的效果,而是要在它的機身的外表面塗上一層特殊的塗料。但是這種昂貴的塗料在飛機表面的附著能力並不是特別強,每當B2戰略轟炸機進行長期飛行之後,相關的地勤人員包括一些技術人員都會對它的外表面的塗層進行修補。而且新塗上的塗料一定要在特定的溫度和特定的溼度條件下進行固化。在這個時候飛機一定要在很條件非常良好的空調機庫當中進行維護。
儘管此時隱身戰機在效能上還存在著各式各樣的問題,但各國都已明確的將隱身戰機的研發作為空軍建設的重中之重。
上世紀80年代初期,美軍方又擬定了著名的4S標準,即超機動性、超音速巡航、隱身能力和短距起降,特別是在隱身效能上,各大飛機制造廠商可謂絞盡腦汁。
1997年洛馬公司推出了一款綽號為猛禽的雙發高隱身性戰鬥機F22。為了加大F22的隱身效果,臭鼬工廠首先在平尾、尾撐,二元噴口和尾椎的後援組成了一個不規則的鋸齒狀外形,其目的是為了消散從後面射來的敵方雷達波。
此外,該機的座艙框架、起落架、艙門、雷達罩,甚至一些小的口蓋等均採用了鋸齒型結構設計,以便使雷達波呈X型集中消散。而且F22還採用了二元噴霧管的設計,這種設計可明顯降低整個動力系統的噪聲水平,壓縮紅外輻射區域,並減小後向雷達反射截面積,從而改善飛機的低可探測性,提高其戰場的生存能力。
作為一種空中優勢戰鬥機,F22不僅要考慮隱身效能,還需要兼顧各項戰術技術指標,比如說高機動性、超音速巡航、短距起降、超視距空戰等等。據測算,F22的雷達反射面積僅僅只有0.01平方米。和一隻普通的飛鳥幾乎相同,這使得F22在實際交手中往往能夠隱藏自己,並率先發動攻擊。
隨著戰機技術的發展,隨著現代化戰爭的需要,隱身戰機已經成為各軍事強國空軍建設的必需品。
KF-X隱形戰機由韓國研製。他的前翼與機身邊條趨於一體化,可以達到較好的隱身效果。
T50戰鬥機由俄羅斯蘇霍伊航空集團公司研製,它採用等離子隱身技術,機頭、機艙、機翼、進氣管等都採用了獨特的形狀設計,雷達散射截面僅有0.5平方米。
二戰時期,德國人的一個無心之舉,造就了戰機家族中的一個另類。隨著科技的進步,隨著現代戰爭的需要,可以預見隱身戰機這種看不到的殺手,必然會引起各國各飛機制造廠商之間激烈的競爭。而他在空戰中也必然會扮演起越來越重要的角色。