在人類軍用飛機發展史上,F-117是一個獨特的存在,它是人類第一款"隱身"戰鬥機。當然所謂的"隱身"戰鬥機並不是肉眼看不見,而是相對於雷達系統而言,該機能夠實現"隱身",從而在對方防空系統毫無知覺的情況下,對敵人的防空系統或者地面目標實施突然襲擊。這款徹底改變戰爭模式的飛機,既有在巴拿馬、伊拉克創造的輝煌,也有被南聯盟擊落的苦澀,不過,由它引發的隱身技術革命,至今依然影響著世界大國的航空科技和空軍戰術走向。
(F-117"夜鷹")
一個大膽想法:做一架雷達看不見的飛機!
"隱身"技術本身其實很早就有應用,古代戰爭中,就有將軍們指揮士兵把樹枝、稻草等蓋在身上,欺騙敵人的探子,隱蔽部隊的行蹤,這就是最早也最簡單的視覺隱身。在人類進入工業時代後,陸軍的各種迷彩服、偽裝網開始流行,甚至在海上航行的戰列艦、巡洋艦等主力艦們也都噴塗了各種欺騙性迷彩,以擾亂敵方的目視偵察。不過飛機的隱身技術則可以追溯到上個世紀60年代,可以說是誕生時間最晚的一種軍用隱身技術。
(二戰時期B-17轟炸機由於飛行高度低,因此在執行戰略轟炸任務時,經常面臨德國戰鬥機和高射炮的雙重打擊)
飛機隱身技術的誕生有著相對比較複雜的背景。首先,在飛機誕生之初,由於各國主要防空武器為高射炮,因此飛得更高,更快,就成為提升飛機防禦和生存能力的關鍵。所以我們看到在二戰時期,美軍的高空轟炸機飛行高度一路走高,其中B-17轟炸機雖然最大升限可達10700米,但是由於該機使用的是非加壓敞開式機艙,所以上升到10000米以上時,機艙溫度會下降到-50℃,飛行員和炮手們根本受不了。
所以B-17一般飛行高度只有5000~6000米左右,為了確保投彈精度,有時受甚至只飛到3500米高度,這樣就導致整個轟炸機叢集在執行轟炸任務時必須穿越德國防空部隊的火力網,很多B-17型轟炸機因此被擊落。到了戰爭後期在美國轟炸日本的作戰中,由於使用的是新式的B-29轟炸機,最終可以躲開日軍的防空炮火。因為B-29轟炸機雖然飛行高度也是12000米左右,但是由於其配備了專門的全封閉加壓式機艙和渦輪廢氣加溫裝置,所以即使在-50℃的高空,其機艙內的溫度依然保持在15℃以上,並且飛行員處於正常大氣壓之下。而當時日軍無論是高射炮還是戰鬥機,都無法對1萬米以上飛行的B-29構成威脅,所以,我們看到同樣是戰略轟炸,美軍轟炸日本和轟炸德國相比,轟炸機的損失率大幅減小,以至於到了後期美軍甚至不攜帶護航戰鬥機,而直接派B-29編隊轟炸日本。
(U-2飛機飛行高度極高,即使在今天,大部分戰鬥機也達不到這個高度,圖為從U-2的駕駛艙向外拍攝的照片)
不過這段"快樂時光"很快就被打破了,二戰結束後,美軍雖然曾經多年使用高空飛行的U-2戰略偵察機持續偵察蘇聯,但是由於全新的防空武器——防空導彈的出現,一切都發生了變化。1960年5月1日美國飛行員弗蘭西斯·鮑爾斯駕駛一架U-2從巴基斯坦的白沙瓦基地起飛,一路向北飛往挪威,在其經過蘇聯列寧格勒市(原名聖彼得堡,現名彼得格勒)上空時,被蘇軍裝備的SA-2防空導彈一舉擊落,鮑爾斯跳傘後被俘。
防空導彈的出現,讓早先依仗高空高速頻繁入侵他國領空的美國飛機倍感壓力。儘管美國人後來又研製了更為先進的SR-71"黑鳥"高空高速偵察機,但是這種飛機同樣不具備隱身能力,而且蘇聯不但研發出了著名的米格-25專門對其進行攔截,還很快推出了各種新式防空導彈,儘管SR-71黑鳥在其服役的歲月裡從未被擊落,但是其飛行也受到了極大的限制,作戰效能遠不能與當年的U-2相比。
(夜幕之中加力全開的SR-71黑鳥偵察機,該機也應用了部分隱身技術,不過主要還是以高空高速為主)
為此,美國航空界開始研究全新的技術——隱身技術。實際上在U-2和SR-71上面,美國已經運用了部分隱身技術,不過這兩種飛機還是主要以考慮飛行效能為主,隱身技術只是附帶使用。這時候美軍決心研製一款以隱身為核心目標的全新飛機。這就是後來大名鼎鼎的F-117"夜鷹"隱身戰鬥機,它也是全世界第一款以隱身技術打造的全新飛機。
看不見的"夜鷹"
和其他的戰鬥機不同,作為劃時代的產品,F-117全身上下都透露這一種與常識格格不入的特性,而這也是這架飛機讓人過目不忘的根本原因。曾經有一位試飛F-117的美軍上校試飛員在其回憶錄中寫道:從空氣動力學的角度看,F-117怎麼看都不像是能飛的東西。此言大概是絕大多數人第一次看到F-117隱身戰鬥機時的心聲。
(地面整備狀態的F-117夜鷹戰鬥機,其稜角分明的外觀讓人實在難以忘記,也絕對不會和其他任何飛機混淆)
F-117夜鷹戰鬥機是全球第一種以"隱身"為首要目標設計的戰鬥機,由於隱身實際上包括三個方面,即雷達隱身、紅外隱身和光學隱身。所以F-117在這三個方面可以說是做足了文章,某些技術指標即使今天的F-22和F-35也未必能夠超越。這也是F-117戰鬥機最為獨特的地方。
首先,由於現代雷達技術的不斷髮展,不但地面防空雷達已經被各國廣泛部署,還有空中預警飛機也成為重要的高空雷達站。蘇聯早在1960年代末就研製並裝備了自己的第一代圖-126"苔蘚"預警飛機,在1971年的第三次印巴戰爭中,印度空軍的米格-21戰鬥機能夠取得對巴基斯坦F-104戰鬥機的一邊倒勝利,甚至能夠深入巴方國土縱深100公里,對巴方軍事目標實施精確打擊,在沒有GPS導航系統的時代,預警飛機是唯一的解釋。
(蘇聯空軍第一代圖-126型預警飛機數量稀少並且嚴格保密,但是它確實參加了1971年的印巴戰爭)
同樣,預警飛機由於居高臨下,因此對於戰鬥機有很強的偵測能力,可以在數百公里以外就能夠發現來襲的戰鬥機,並對己方防空部隊和戰鬥機發出警報。如果預警飛機的體積尺寸足夠大,還能裝得下大量的航空指揮裝置以及人員,並且直接用於指揮己方戰鬥機進行防空和攻擊作戰,這一點在1971年的印巴戰爭中已經得到驗證。
而隱身飛機不僅要躲避地面雷達,還需要躲避空中預警飛機的雷達偵察,所以其全向雷達隱身能力是考慮的重中之重。為此F-117可以算是把隱身做到了極致,根據美國官方給出的數字,F-117的雷達反射面積(RCS)僅有0.001平方米,而美軍第五代的F-22戰鬥機是0.01平方米,F-35則為0.02~0.05平方米,顯然都不及F-117做得徹底。
(F-117是完全以"隱身第一"的要求設計建造的飛機,從某種意義上說,它也可以看作是一款技術驗證機)
F-117戰鬥機從外形上看就是一架極富有特色的飛機,因為該機一反現代飛機光滑平緩的外形設計,而是採用了金字塔型的外形設計,所有的飛機蒙皮都採用平面設計,並透過雷達的反覆照射驗證,進而取得最佳的傾斜角度。為了儘可能提升隱身能力,F-117採用了下單翼設計,整個機腹設計為平緩光滑的一整塊,並且沒有設計任何外掛點,全機僅設計1個彈艙,並在彈艙內設計了2個掛點,可以攜帶2枚2000磅(907公斤)鐳射制導炸彈用於精確打擊。雖然在理論上F-117的彈倉也可以攜帶空空導彈執行對空作戰任務。但是為了實現完全的無線電靜默隱身,F-117乾脆連機載雷達也沒有安裝,而僅安裝了紅外/光學/鐳射三合一瞄準裝置,所以實際上F-117不具備使用空空導彈進行空戰的能力。
(為了照顧隱身效能,F-117犧牲良多,其中就包括武器攜帶能力和空戰能力)
為了實現最大限度的隱身能力,F-117的座艙甚至也使用了金字塔設計,座艙風擋為五片式金屬鍍膜玻璃,從而完全消除了座艙的"空穴效應",但是由於照顧隱身設計,所以F-117的飛行員視野非常不好,該機駕駛起來可以說相當困難。不僅如此,該機所有蒙皮都採用了不連貫平面設計,因此飛機的氣動效能非常惡劣,這樣外形的飛機在現在稱之為"靜不穩定"型飛機,因為氣流在透過飛機表現時會出現不可控的變化,在早先根本無法成功升空。只是由於在1970年代美國開發出了數字化的飛控系統,透過飛機的機載飛控計算機,可以自動操縱飛機保持姿態,這樣才能夠確保F-117能夠安全飛行。不過即使這樣,F-117依然是世界上最危險的飛機之一,該機一共僅生產42架,就有多架因操作不當而墜毀,導致美軍早早將其退役,這也算是該機為隱身所付出的最慘重代價。
除了必要的雷達隱身之外,F-117還充分考慮了紅外和光學隱身的必要意義,為此該機使用了原本為美國海軍A-12隱身攻擊機設計的F404-GE-F1D2型非加力渦扇發動機,為了充分的隱身效能,該機的進氣口設計在飛機背部,同時在進氣口上設計一層細密的鋼絲網,這樣雖然導致進氣效率損失高達30%,但是卻完美地遮蔽了進氣道和發動機風扇葉片,讓發動機的RCS小到完全可以忽略的程度,不過由於這種設計導致發動機進氣損失實在太大,無論是美軍後續的F-22、F-35還是俄羅斯蘇-57等飛機,都再也沒有采用這種設計。
為了降低飛機的紅外特徵,F-117還採用了獨特的口琴式噴氣口,而且其噴口向上噴氣,這樣就加大了從下方對F-117進行紅外探測的難度。同時,F-117還在噴口內設計了11片垂直導流片,並且在機身前部設計專門的導管,將冷空氣加壓匯入,和發動機燃氣混合後噴出。根據測試,F-117戰鬥機的尾噴口燃氣溫度僅有區區66℃,而F-15、F-16這樣的第四代戰鬥機,其發動機噴口溫度通常超過800℃。即使放在今天,絕大部分紅外尋的防空導彈也無法捕捉F-117如此微小的紅外特徵。
F-117發動機進氣口布置了細密的鋼絲網(紅圈);沒裝雷達,駕駛艙下方(黃圈)有一套光電綜合偵察瞄準系統
而且,由於自身惡劣的飛行效能(F-117受氣動外形限制,而且沒有安裝加力發動機,所以無法進行超音速飛行)的限制,F-117雖然被冠以"戰鬥機"的名號,但是實際上卻不具備任何"戰鬥"的能力,所以該機通常只能在夜間或者黃昏等昏暗氣象條件下出動,利用夜色和不良視線來為自身提供光學庇護。不過湊巧的是,F-117所噴塗的第一代雷達吸波材料正好也是深灰泛黑的顏色,所以客觀上有利於F-117在夜間活動("夜鷹"名副其實)。
悲喜交加的參戰之路
F-117隱身戰鬥機在研製成功並裝備美軍之後,美國空軍隨即摩拳擦掌,計劃將其投入作戰檢驗,而這個機會很快就來了。在1989年美軍入侵巴拿馬的"正義事業"軍事行動中,F-117戰鬥機首次上陣,在第一波空襲中向巴拿馬國防軍的兵營投擲了907公斤的鐳射制導炸彈,巴拿馬軍隊隨即亂成一團,很快被美軍擊潰。不過由於巴拿馬原本就只是一個小國,兵少國弱,無法真正檢驗F-117飛機的效能。而很快,冷戰中的最後一次大戰,就給了F-117另外一個展示自我的舞臺。
(B-2和F-117的組合,在F-22服役之前,這就是全球最強大的隱身空中力量)
1990年伊拉克軍事強人薩達姆·侯賽因突然出兵鄰國科威特,並很快佔領了這個富裕的小鄰居。之後美國在聯合國授權下,組織了多達54萬兵力的多國部隊,浩浩蕩蕩進駐沙特,準備和伊拉克一決高低,著名的海灣戰爭由此爆發。
而伊拉克絕不是小國巴拿馬所能比擬。在1980~1988年的兩伊戰爭中,伊拉克依靠出口石油換取的美元,在歐洲、蘇聯等國大規模採購先進武器。在1991年海灣戰爭之前,伊拉克正規軍總兵力超過50萬人,並且裝備有先進的幻影F1、米格-29、米格-25等先進戰鬥機,同時伊拉克陸軍還裝備有T-72M1型坦克、BMP-1步兵戰車,以及大量歐洲製造的先進火炮、防空導彈等武器。
伊拉克軍隊還建立了一個足以覆蓋全國的雷達、防空導彈火力網,任何敢於踏足伊拉克領空的飛機,都將遭到該火力網的猛烈打擊。不僅如此,伊拉克空軍甚至還自行改裝了一架伊爾-76預警飛機,他們把法國的"海虎"雷達搬上了一架伊爾-76,將其改裝為伊拉克空軍的第一架,也是唯一的一架預警飛機。擁有空地協同,並且掌握大量先進的歐洲和蘇聯防空導彈的伊拉克,確實是F-117所面臨的強勁對手。
不過F-117在這樣強大而嚴密的防空網面前並未令人失望,在長達38天的"沙漠風暴"行動中,F-117戰鬥機是聯軍唯一能夠飛臨伊拉克首都巴格達執行空襲任務的飛機,並且在整個海灣戰爭中,沒有1架F-117型飛機被伊拉克發現或者遭到攻擊,而在海灣部署的F-117戰鬥機總共的出動架次僅佔聯軍所有飛機出動架次總數的4%,但是卻摧毀了40%的各類目標,而且幾乎所有的高價值目標都是由F-117摧毀,該機在海灣戰爭中充分展示了隱身飛機對於未來空戰的顛覆性意義,也正因為如此,美國空軍才加緊了後續F-22戰鬥機的研製。
不過俗話說,常在河邊走,哪能不溼鞋。在上陣20年後,F-117戰鬥機最終迎來了其服役生涯唯一的一次敗績。在1999年的南斯拉夫科索沃戰爭中,終於有一架F-117隱身戰鬥機在執行轟炸任務時,被塞爾維亞人使用老式的SA-3防空導彈擊落,不過隨後北約出動了強大的搜救部隊,成功救走了F-117戰鬥機的美國飛行員戴爾·澤爾科(Dale Zelko),算是為這次失敗挽回了一點面子。
(被南聯盟軍隊一舉擊落的F-117夜鷹戰鬥機)
關於F-117被擊落的傳聞至今依然眾說紛紜,但是南聯盟官方的說法是,南軍使用了老式的米波雷達成功捕獲了F-117戰鬥機的行蹤。實際上人類早期的對空警戒雷達通常使用的就是米波雷達,米波雷達探測距離遠、不易受氣象和電子干擾,但是缺點是探測精度低,無法為防空武器指引目標,同時體積龐大笨重,容易遭到攻擊。但是由於米波雷達的波長很長,所以米波雷達的電波在接觸到隱身飛機時,不會像其他釐米波一樣被折射到其他方位,而是會原路被彈回來。因此米波雷達反而具備很好的反隱身功能,南聯盟防空部隊正是利用了老式米波雷達這一特點掌握了F-117每次進出南斯拉夫上空的時間和路徑,然後在其必經之地上設伏,將F-117一舉擊落。
戰術和技術一樣重要,繼續發展的隱身戰鬥機
隨著F-117被擊落,美軍認為F-117的機密已經洩露,所以很快讓該機退出現役,並使用更新的F-22和F-35戰鬥機取而代之。目前全球中美俄三大國都已經研製並裝備了自產的新式隱身戰鬥機,也被稱之為"第五代戰鬥機"。在可以預見的時間裡,戰鬥機的全面隱身化已經是現代戰鬥機的一個重要發展方向。
(F-22和F-35編隊飛行,美軍的第二代隱身戰鬥機,在效能上已經遠遠優於F-117)
目前美軍的F-22、F-35等戰鬥機包括俄羅斯的蘇-57戰鬥機等,都曾經在敘利亞戰場上短暫部署。美俄飛機甚至還曾在敘利亞上空"切磋技藝",為此俄軍蘇-35戰機飛行員甚至在社交媒體網站上曝出了自己駕駛蘇-35戰鬥機使用IRST裝置拍攝下的美軍F-22戰鬥機影像。這也看出,在特定條件下,隱身飛機依然有其自身的弱點需要完善和彌補。
常識上說,沒有完美的武器,隱身戰鬥機為了充分實現低可探測性的設計目標,其武器裝備通常攜帶量不大。因為外掛的武器彈藥會增加飛機的雷達反射面積,所以五代戰鬥機在執行隱身作戰任務時,一般都只能使用內建式彈艙,這都是學習了F-117戰鬥機的成功經驗。同時現在研製的隱身飛機都已經適當放寬了對於隱身效能的追求,不再像F-117那樣追求極致,同時對飛機的其他效能,比如航程、載荷、特別是空戰能力都有了相當高的標準,這一點從F-22戰鬥機在歷次紅旗演習和阿拉斯加防空演習上"大殺四方"就能看出一二。
(儘管只生產了195架,但是F-22依然是如今戰鬥力最強的戰鬥機之一,F-117也算是"後繼有機"了)
綜上,任何一款武器都不可能獨步天下,必須要有合適高效的作戰系統與之相配合,F-117被擊落很大程度上其實是北約自身鬆懈了,美國空軍想當然地認為南聯盟不可能擊落自己先進的隱身飛機,所以F-117甚至每天在同一時間走相同的飛行線路對南聯盟進行轟炸,這就讓南軍摸到了規律,從而成功伏擊了不可一世的F-117戰鬥機。從這一點不難看出,即使在技術存在碾壓的情況下,合理的戰術依然能夠產生奇效。
儘管F-117隱身戰鬥機已經退役十多年,不過各國對於隱身戰鬥機的研究和發展不會停止。而是會繼續發展下去,就像矛和盾的迴圈一樣。