——形形色色的机载防御系统
从沙漠干热和风沙，到热带高温和高湿，再到极地冰霜和风雪，军用固定翼飞机和旋翼机在设计上要满足最严苛的环境承受标准。不仅如此，它们还要在战斗中面对众多地面威胁——从高射炮到单兵便携防空系统（MANPADS）（如红外制导的FIM-92“毒刺”和SA-18“松鸡”），再到雷达制导地空导弹。
躲避这些威胁的最好方法就是避免被发现，但如果已经被探测到，那么就要依靠机载防御系统来干扰和欺骗敌方电子传感器了，从而为自己赢得宝贵的逃脱机会。
如今的军用飞机已经安装了许多专用防御硬件，通过被动探测的方式发现并判断敌人是使用雷达、激光还是红外手段在探测、跟踪自己，或已经向自己发射了导弹。这些硬件设备的研制过程和飞机类似，也是先提出要求，然后开始设计并制造出原型机。原型机经过测试能满足要求后，这种防御硬件就开始投产，并最终安装在军用飞机上。
制造商们已经花费巨资来完善自己的防御硬件产品，其结果是机载防御系统正变得越来越可靠、越来越轻便，而且也更易集成在飞机的航电托架上。
红外辐射
飞机在飞行中总是会发出红外辐射，其中发动机尾喷管是特别强烈的红外辐射源，能被导弹红外引导头这类的小型传感器死死锁定。红外制导导弹的优势在于一旦引导头锁定某个灼热目标后，只要发射出去就不用做后续动作了，这就是术语“发射后不管”的由来。在过去，正遭受红外导弹攻击的飞机在规避时可以诱骗导弹锁定一个更热的热源，如发射镁粉热焰弹或对着太阳爬升。
飞机在飞行中产生红外辐射的部位
F-22战斗机的红外图像
但随着技术的进步，导弹引导头已经可以探测飞机表面与气流摩擦产生的热量。这种引导头被冷却到非常低的温度，对热源非常敏感，而且通过对软件优化已经能分辨出目标与太阳和热焰弹的区别。
休斯飞机公司在20世纪70年代进行了一项绝密试验，结果发现飞机表面的油漆也会影响红外辐射，光泽表面、颜色丰富的机身装饰彩条和垂尾尾号能反射足以被引导头锁定的红外辐射。所以，今天大多数军用飞机都采用无光泽涂装，机身和垂尾号码也被涂成低视色，尽量降低不必要的红外反射。
AIM-9X引导头生成的红外图像
尾喷管设计
除涂装外，军用飞机在设计中也很注重先进排气系统的设计，目标是显著降低排气温度，使某些类型的红外导弹无法维持锁定。但不管怎样设计，先进排气系统的基本原理都是通过加强灼热喷气气流与外部冷空气的掺混来降低排气温度，进而降低飞机的整体红外辐射。
A-10“雷电II”攻击机虽然没有采用先进排气设计，但两台发动机尾喷管上偏一定角度，给导弹引导头直视发动机涡轮造成一点难度，而且喷管排出的热气还能被双垂尾屏蔽。先进排气系统对军用直升机来说更加重要，不仅能在飞行和悬停中加速冷空气与热废气的混合以降低红外辐射，还能完全阻止红外引导头直视涡轮叶片。例如UH-60“黑鹰”直升机的HIRSS（悬停红外抑制系统）喷管，以及AH-64“阿帕奇”的“黑洞”喷管。
F-117“夜鹰”的尾喷管被称作“排气扩散器”，热废气通过一个扁平狭长的槽排出，大大增加冷热空气的掺混面积。而在AC-130U“幽灵”炮艇机上，每台发动机的排气管都被罩起来以加强掺混，降低红外辐射，这些罩子在非威胁区域可以拆除以减少重量和损耗。
A-10“雷电II”攻击机虽然没有采用先进排气设计，但两台发动机尾喷管上偏一定角度，给导弹引导头直视发动机涡轮造成一点难度
http://www.afwing.com/upload/2016-05/defence/JASDF_UH-60J(58-4598)_T700-IHI-401D_HIRSS_at_Komaki_Air_Base_March_13,2016_02.jpg
UH-60“黑鹰”直升机的HIRSS（悬停红外抑制系统）喷管
AH-64“阿帕奇”的“黑洞”喷管
F-117“夜鹰”的尾喷管被称作“排气扩散器”，热废气通过一个扁平狭长的槽排出，大大增加冷热空气的掺混面积
在AC-130U“幽灵”炮艇机上，每台发动机的排气管都被罩起来以加强掺混
箔条弹和热焰弹
在复杂的红外对抗系统问世前，军用飞机多年来一直使用箔条弹和热焰弹干扰和诱骗来袭导弹。箔条弹中的金属箔片散布在空中形成一个虚假的雷达目标；热焰弹则发射高强度红外信号来诱骗早期红外制导导弹。箔条弹和热焰弹需要用特殊发射器发射，如M-130、ALE-40、ALE-47等，可手动发射也可以自动发射。
C-17发射热焰弹
箔条弹的干扰原理
干扰发射器已成为军用运输机、直升机和战斗机的标准配备。美国海军陆战队的AV-8B“鹞II”在垂尾根部的后机身上方安装了4个ALE-47发射器，共可装120枚干扰弹。美国空军的A-10在翼尖安装了8个ALE-40发射器模块，每个可装30枚干扰弹，此外还在两个主起落架整流罩内安装了8个模块，共可装480枚干扰弹。对于执行近距对地支援任务的A-10来说，干扰弹数量永远不会嫌多。
为P-3C的ALE-47发射器填装弹药
A-10翼尖下方的AN/ALE-40（V）10/X发射器
红外对抗系统
导弹使用快速燃烧的固体燃料发动机来实现极高的加速性能并缩短留给目标的反应时间，但同样会发出热辐射，所以能探测到这种热辐射的机载传感器就应运而生了。
安装位置合理的导弹逼近传感器能实现全向覆盖，当传感器探测到较冷大气背景中的导弹热喷流后就向机组发出警告。当然，传感器也能与机载防御系统的其他组件相连，如热焰弹和箔条弹发射器，实现自动发射干扰弹，使机组在第一时间实施规避机动的同时对导弹进行干扰。而这种搭配就形成了最基本的红外对抗系统。
箔条弹中的干扰丝
最早的红外对抗系统体积庞大，只能装在吊舱中。今天的红外对抗系统已经发展成又小又轻的模块化组件，甚至还能发射红外能量脉冲来混淆和淹没导弹引导头，使导弹脱锁偏离目标。
用于特种作战的运输机和直升机由于要低空抵近作战，完全暴露在敌军面前，特别容易受到红外制导导弹的攻击，而且给机组留出的反应时间也很短。上世纪70年代中后期，美军为了满足特战需求，开始推动红外对抗系统的小形化高效化和轻量化，早期产品就是安装在美国空军MC-130E“战斗爪”上的AAQ-8红外对抗吊舱。
AAQ-8红外对抗吊舱
AAR-47被动导弹预警系统
AAR-47是一种被广泛使用的被动导弹预警系统，一架飞机通常安装4个装传感器以实现全方位覆盖，每个传感器负责监视一个扇区，探测导弹尾焰这样的热源。
安装在C-130J上的AAR-47系统
安装在机身表面的传感器只是AAR-47系统的一个组成部分，此外还有安装在机身内部的计算机处理单元和向机组显示威胁的显示单元。
目前众多防空武器都使用激光测距仪获得目标距离参数，所以AAR-47系统经过不断改进后，AAR-47（V）2的光学传感器转换器（OSC）已经具备了探测激光照射的能力。
AAR-47（V）2的光学传感器转换器（OSC）已经具备了探测激光照射的能力
定向红外对抗系统
ALQ-157和ALQ-144这样的红外对抗设备通过向一个很宽的弧面（ALQ-144是向360度）发射红外能量脉冲来干扰导弹引导头，虽然能进行大面积覆盖，但缺乏集中和强烈的能量输出。随着技术的进步，现在这种主动红外对抗手段已经进化成了定向红外对抗（DIRCM）。
英国空军C-130机身两侧安装的AN/ALQ-157红外干扰器
ALQ-157全家福
ALQ-144在直升机上更常见到
导弹逼近传感器探测并跟踪到导弹威胁后，定向红外对抗系统的转塔会指向导弹来袭方向，对导弹引导头发射出强烈而集中的脉冲能量，这种能量可以来自高功率氙灯或激光。定向发射脉冲能量的好处是能把所有能量击中于一点，对导弹引导头实施干扰、致眩甚至毁伤。一旦这枚导弹已经失去威胁，系统可以在极短时间转向另一枚导弹。
定向发射脉冲能量的好处是能把所有能量击中于一点，对导弹引导头实施干扰、致眩甚至毁伤
导弹引导头被激光照射时无法锁定目标
目前美军的标准定向红外对抗系统是AAR-54 PMAWS（无源导弹逼近告警系统）传感器阵列和AAQ-24“复仇者”DIRCM。这套系统是美英联合研制的，在测试中相当成功。以AC-130U“幽灵”为例，该机的尾锥上安装有3个AAR-54传感器，两个对着两侧覆盖机尾象限，一个直视下方探测从航线下方射来的导弹。AC-130U的后机身两侧还各有一个整流罩鼓包，上面各装一个AAQ-24 DIRCM转塔，不使用时球形转塔转向保护位置以避免光学窗口遭受外来物损伤（FOD）。
目前美军的标准定向红外对抗系统是AAR-54 PMAWS（无源导弹逼近告警系统）传感器阵列和AAQ-24“复仇者”DIRCM（紧凑型）
以AC-130U“幽灵”为例，该机的尾锥上安装有3个AAR-54传感器，两个对着两侧覆盖机尾象限，一个直视下方探测从航线下方射来的导弹
AC-130U的后机身两侧还各有一个整流罩鼓包，上面各装一个AAQ-24 DIRCM转塔
AAQ-24还有一种适合安装在小型飞机和直升机上的紧凑型，并已经装在了美国空军CV-22B“鱼鹰”和丹麦皇家空军的AW101上。在AW101直升机上，这两个系统安装在机身两侧的整流罩上，可提供全向覆盖。
CV-22在尾舱门两侧安装了AAQ-24
在AW101直升机上，这两个系统安装在机身两侧的整流罩上，可提供全向覆盖
激光告警系统
现代防空系统越来越多使用激光测距仪进行目标测距和测高，这些数据对发射导弹或高炮射击来说至关重要。单兵激光制导防空导弹更是需要操作员持续照射目标。所以军用机需要在机身表面安装激光告警传感器来探测这种照射，机组在受到警报后必须实施规避机动，可以飞入云层或利用地形进行掩护，让激光测距仪无法获得火控参数。AVR-2是一种被广泛使用的激光告警传感器，一般一架飞机需要装4个以提供360度覆盖。
AH-64A“阿帕奇”直升机尾梁上的AVR-2激光告警传感器
随着技术的进步，军用飞机在不久的将来可能会装备致眩或暂时致盲激光制导防空导弹操作员的主动干扰设备。这种设备能向正照射自己的敌导弹操作员射出压制激光，只要持续几秒就能使飞行中的激光制导导弹偏离目标。该系统的工作原理和定向红外对抗系统类似，传感器在探测到激光照射后，指挥转塔向激光来源方位发射强烈的多光谱激光束，敌方人员即使佩戴防护眼镜也无济于事，导致眩晕甚至暂时失明，进而使导弹偏离目标。
随着技术的进步，军用飞机在不久的将来可能会装备致眩或暂时致盲激光制导防空导弹操作员的主动干扰设备
雷达告警传感器
探测雷达辐射的机载传感器已经发展了几十年，这种调谐到已知敌方雷达频率的被动天线在探测到雷达波后会向机组发出音频和视觉警报，指示雷达波的方位、强度以及雷达的类型。大多数雷达制导高炮和地空导弹系统都使用预警/搜索雷达发现目标，然后使用指示/跟踪雷达对目标进行持续照射进行制导。被指示/跟踪雷达锁定后，飞机可以采取回避行动，或对雷达进行干扰和欺骗，让导弹去攻击一个假目标。雷达告警接收机最初也是以吊舱形式挂在机翼下方的，后来随着技术的发展，小型化到能安装在机身表面。
APR-39/ALR-69
APR-39雷达告警接收机（RWR）是美军广泛使用的硬件，结构紧凑，性能可靠，并已在世界各地的作战行动中经过了验证。该雷达告警接收机包括有5个天线（四个螺旋天线/一个刀片天线，安装在机身上提供全向覆盖），一个指示显示器，一个控制面板和电子设备“黑盒子”。该系统能够探测到E、F、G、H、I和J波段的雷达信号。
APR-39雷达告警接收机全家福
更新型的ALR-69雷达告警接收机也有四个螺旋天线和一个刀片天线，能探测到面空导弹制导信号。一旦系统分析并确定威胁后，就在显示器上向机组显示出威胁信息，自动或手动启动相应的对抗措施。使用该系统的飞机有C-130、A-10和F-16。
A-10机尾的两个ALR-69传感器
C-130H机腹的ALR-69传感器阵列
隐身
上世纪70年代末，第一种实用化的隐身飞机F-117“夜鹰”问世，该机改用独特的多面体外形，进气口安装了屏蔽格栅，扁平的尾喷管能大大降低红外辐射。虽然F-117的隐身设计在1991年的“沙漠风暴”行动中经历实战考验，但仍存在有不少缺陷，如低效的气动设计、没有雷达和自卫导弹、也没有为升级留下空间。
像F-22“猛禽”和F-35“闪电II”这样的新一代隐身飞机采用了最新的隐形技术、复杂的机身外形、先进涂层和雷达吸波结构，大大降低了雷达截面积（RCS）。更重要的是这两种战斗机在出厂时就安装了完善的防御系统，而且还能在外场进行修改或升级。
虽然F-117的隐身设计在1991年的“沙漠风暴”行动中经历实战考验，但仍存在有不少缺陷
电子战
不具备内置电子战设备或需要额外防护的军用飞机可以挂载外部电子战吊舱，这种吊舱可对一系列辐射威胁进行探测、分析，并实施针对性干扰。美国空军使用的ALQ-184和ALQ-131干扰吊舱就是其中的典型代表。
ALQ-184可以干扰地空导弹和高炮的火控雷达以及战斗机的机载雷达，已经出现了11种型号，并发展出了能容纳4个拖曳诱饵的版本。ALQ-131可以自动干扰大多数武器的火控雷达。这两种吊舱都是可编程的，其中ALQ-131的平均故障间隔时间（MTBF）超过200小时。
ALQ-184干扰吊舱
集成拖曳诱饵的ALQ-184（V）11
ALQ-131干扰吊舱
诱饵
B-1B“枪骑兵”、F-16“战隼”和F/A-18“大黄蜂”装备了拖曳诱饵，用一根长长的导线在身后拖曳一个雷达诱饵。诱饵发射出模仿载机的电子和雷达信号，诱骗雷达制导导弹把自己当成真目标进行攻击，牺牲自己保全飞机。
ALE-50拖曳诱饵
ALE-55拖曳诱饵
ALE-55的光纤拖曳诱饵
结语
和现代战争的许多其他方面一样，在机载防御领域，天平既不偏向攻击者也不偏向防御者，出现锋利长矛后，必将会有对应的坚固盾牌。今后，为了应对不断发展的威胁，机载防御系统也必将越来越独特、复杂、昂贵。
现代隐身技术，又称为低可探测技术，是一门在军事对抗中发展而来、主要服务于军事的综合性尖端学科，其作用是针对现代雷达、光学和声学等主要侦测手段，采取降低雷达散射截面（RCS）、光电对抗、视觉伪装、消音和机动规避等主被动措施，降低被对手发现和跟踪的概率，提高战场生存能力，并藉此获取不对称作战的优势。
纵观隐身技术的发展历程，其技术驱动的特性十分明显，所谓“道高一尺，魔高一丈”，探测技术的每一次进步，对应的反侦测、隐身干扰手段也会随之升级换代。设想一下，丛林中浑身迷彩伪装潜伏的神枪手趁敌不察用消声枪械实施阻击，和具备低 RCS 特征的战斗机静默状态下利用敌机雷达信号被动定位悄然逼近发起导弹攻击，从战术思想上来说二者并没有什么本质的不同，区别只在于隐蔽的手段和战斗的方式，一个是视觉伪装和消音，一个是雷达波低可探测性和无源侦测；一个是借助丛林掩护阻击，一个是利用隐身能力空战偷袭。比较相同的是，两个案例中实现隐身所采取的手段均与对应的探测技术紧密相关或属同等类型。
本文侧重从主流隐身技术，特别是雷达隐身技术在军事航空领域的发展和应用来对其进行较为全面的分析介绍，相关的依据和结论也可参照用于其他领域。
一、可见光隐身和声学隐身
可见光领域视觉隐身和声学领域听觉隐身的方法是人类创造最早、适用最广、生命力也最持久的技术。严格来说可见光视觉隐身只是光学隐身技术的一个分支，现代红外隐身技术的重要性更为突出，本文在后续章节中单独论述。
潜伏隐蔽、伪装突袭等手段很早就被人类发明创造出来用于战争，从冷兵器时代发展到近代两次世界大战，基本沿袭的都是色彩、外形的视觉伪装和静音消噪这两种路线，从未真正超出声学和可见光的范畴。在这段漫长的时期里，隐身技术的种类和层次还远未达到构成独立学科体系的地步，在整个战争体系中的地位也完全属于配角，作为一种辅助手段被掩盖在各种战略战术和武器威力的光芒之下，声名不显。
视觉隐身的典型案例是各国空军战机伪装色的演变。二战期间英国皇家空军从早期的醒目色调改为较为柔和的低可视度伪装色调，如在夜间轰炸机下表面涂上粗糙亚光的黑色 RDM2 漆，空军战机上表面采用绿色、黄褐色和土灰色搭配，下表面天蓝色或浅灰白，海军战机选择深海灰色，其目的是达到从不同视角特别是主要威胁的上下方观察，能够形成与停放地和战场背景混淆掩盖，引发视觉判断模糊或形成错觉的隐身效果，如图1，类似的德、苏、美、日等各参战国战机也都有根据各自本土和外部主战场设计的伪装涂装方案，如图2。为了隐身，人们甚至还设计过用透明材料比如赛璐珞来作为机身蒙皮材料，以减小机身在空中目视可见投影的大小，后来因为反光强烈等各种原因效果不佳才放弃作罢。
图 1、英国喷火式战斗机涂装
图 2、德国 Bf 109G-6 型战斗机涂装
二战后到冷战初期，很多国家空军曾短期放弃过伪装色，改为原装金属银色，原因一是为超音速减阻和去掉多余重量，二是据称这样对核战辐射有一定防御效果，因此只在部分海军战斗机上还保留了深蓝和浅灰等色系的组合涂装。但美国自从 70 年代越战中面临北越空中威胁和战损越来越大以后，就再次恢复了战斗机伪装色涂装，基于越南亚热带丛林地貌的背景特征，在机身上部采用丛林绿、中部绿色褐色混杂，下部浅灰色，以降低视距内被发现的概率，这就是著名的“越战迷彩”。此举后来也带动了其他国家纷纷效仿，一直到现在美国空军都还在持续对低可视度涂装进行研究，以尽可能获取空战和对地攻击时的相对视觉隐身优势。值得一提的是，在较远的距离上，涂装亮度和对比度对视觉感知的影响远大于色彩上的差异，消除高亮度反光和过大的对比度、清除阴影区是低可视度涂装的一个重点设计方向。虽然隐身战机利用低可探测性优势可以在中远距离上获得便利，但也不能排除一旦战场态势复杂化很可能会进入近距离视距作战模式，因此采用低可视度伪装涂装仍然是今后提高战机生存力的一项必要措施。目前美国战机主要伪装涂装已形成几种标准系列，如应用于空军战机的深灰/浅灰色系列组合“幽灵灰”色调，用于欧洲战场的灰/绿/浅绿“1 号方案”，用在海军的灰白涂装和陆战队的蓝灰/灰白涂装方案，以及陆军航空兵的橄榄绿/褐色涂装，见图 3 和 4。
图3、 F-22 和 F-15 的空优涂装有一定相似性
图 4、带不同“假想敌”迷彩涂装的美军战机
听觉隐身主要体现在武器、舰艇和飞机等的消声处理措施上，例如用于枪械的消声器、潜艇的发动机减震阀和表面消音瓦、航空发动机和螺旋桨降噪等等，目的也都是为了将听觉/声纳等探测手段效果降到最低实现己方隐蔽。一战时由于飞机速度慢，利用扩音器结构设计出来的声波定位器曾被与探照灯组合广泛用于要地防空警戒，有效距离可以达到十多公里以上，一直到二战期间都还有继续使用。由于声波定位器具备了一定的预警和定位能力，各国于是想方设法降低航空发动机和螺旋桨噪音，缩短飞机被探听发现的距离。
图 5、一战、二战期间的声学预警雷达——声音定位器
消音技术对于枪械和潜艇等的意义不言而喻，对航空也同样具有重要价值。现代的军用航空领域，降低机身各部位因气动、振动等各种原因引发的噪音，特别是发动机和螺旋桨噪音始终是一项持续性的研究课题，对于需要绝对隐蔽性的特种作战行动更是如此。2011 年美国特种部队乘坐经隐身和消音处理的直升机潜入巴基斯坦腹地击毙拉登的行动，过程中因为一架隐身直升机的意外坠毁使得这种神秘装备首次被公之于众。美国人的这次反恐行动震撼了世界，行动过程中不仅巴方雷达防空系统对这些飞机毫无察觉，而且因为消音效果显著，所过之地居民甚至都没有明显感觉。长期以来，人们对隐身手段的关注点一直集中在主流的雷达和红外探测技术领域，声学方面进展更多的是研究水面舰艇、潜艇等应对声纳探测的消音措施方面，对军用航空装备战场消音并未给予足够重视。例如武装直升机等有必要降噪的情况，设计时基本上不会将消除噪音与性能问题等放在同一级别上去对待，降低到可接受的程度也就罢了，然而出乎很多人意料之外，在隐身技术上执牛耳的美国人原来一直也没真正撂下过对这门技术精益求精地投入和研发，在这方面又搞出了登峰造极的作品。这次事件也再一次证明传统隐身技术仍然具有强大的生命力，隐身技术作为一个体系化的学科，必须结合不同场景下的军事需要进行统筹研究和综合运用，存在的即是合理的，研究上不应有厚此薄彼的想法。
二、雷达和红外隐身
1、红外探测技术和隐身措施
红外线波长位于可见光和电磁波之间，从 0.75~1000μm（分为近、中、远和极远红外四个子波段），除了具备在介质中传导和辐射、反射等基本特性外，还可对一些活跃金属如硒产生光电导效应。在红外光照射下，这类金属的导电性会产生改变，利用这一特性可以把红外辐射强弱转化为流过金属导体的电信号大小变化，经放大后在屏幕上显示出来，或作为信号源用于目标分析。不同类型的物体对近红外线反射特性差别较大，可以据此在转换出的图像上进行区分识别。自然界的任何物体本身都会产生红外辐射，温度越高，波长越短，对于特定温度范围的物体其辐射的红外波长范围也是一定的，因此可以有针对性地选择合适的感应器进行探测。此外，大气中红外线传递有3个主要的传递“窗口”——0.75~2.5μm、3~5μm 和 8~14μm，分属于近、中、远红外波段，恰好也是各类导弹、发动机的主要热辐射波段，可以透过大气远距离传导。军事上正是利用了红外线具有的这些特殊效应来实现红外探测，具体实现方式上分为主动和被动两类。
上世纪 30 年代首部红外变像管装置诞生，制造红外探测装置变为现实。之后美、德等国二战期间将第一代的主动红外探测装置用在了战场上，通过自带的光源设备主动产生近红外辐射照射目标区域，然后接收目标返回的红外信号，转换为可视图像进行观察分析。例如德国研制的车载主动红外夜视仪可用于夜间无灯光条件下隐蔽行进，并通过这种手段避开同盟国的监视，秘密地把 V-2 导弹运送到前线。美国在太平洋岛屿战中，把一种略嫌笨重的主动式红外瞄准具装在了步兵枪械上，取得了夜战中对日军的优势。由于主动式红外探测器需要携带光源发生装置和电池等，体积和重量较大，而且近红外波段受大气环境中云雾和烟尘干扰较严重，探测距离较短，适用性上受到较大限制，60 年代后其地位逐步被被动式红外探测器即热成像仪所取代。
图 6、红外成像系统原理结构及成像原理
1964 年，美国人研制出世界上第一部热成像仪，经过不断完善，并在 70 年代按照通用化、模块化、组件化思路优化生产后开始大规模装备陆、海、空三军。热成像仪可以通过检测物体自身辐射波长的不同，把温差以图像色彩和亮度的差异显示出来，不需要自身携带红外光源，实现了全天候被动式探测。借助温差分辨能力，使用热成像仪可以轻松识别伪装目标，包括隐藏在掩体后的目标，而且还可以结合目标局部温度的动态变化判断其发动机或武器工作状态，尤其适合远距离观察人和装备等常温目标（热辐射波长在 8~14μm，不易受大气环境中云雾和烟尘干扰，传导距离远）。第一代红外热像仪主要采用光机扫描等技术实现热点搜索扫描，效率和精度受到光学部件结构和机械旋转的限制。第二代热像仪则采用了红外 CCD 焦平面凝视技术，能够在几个平方厘米大小的阵面上集成上万个探测器件（例如 128X128、256X256 阵列），以类似人眼视觉的方式进行并发激励，不仅大大减少了活动部件，体积和重量大大减小，而且提高了搜索效率、分辨率和可靠性，探测距离可远达数十公里。
图 7、美国 AIM-9 响尾蛇系列导弹（图中型号不全）
二战后红外制导导弹和机载红外搜索跟踪系统（IRST）的出现给隐身技术带来了新的挑战。50年代美国率先研制出了著名的响尾蛇导弹（AIM-9 系列），前苏联 1956 年推出了 K-5（北约代号 AA-1），后续各国都陆续研制了类似的近红外波段的空空弹，发展到今天已经历经了四到五代的演进。目前普遍采用了红外成像导引技术，如 AIM-9X、R-73、ASRAAM、IRIS-T、怪蛇-5 等，导引头敏感度和分辨能力大幅提高，性能和命中率得到极大提升。有数据显示现代空战中红外制导弹击落敌机的数量占到空空导弹击落总量的近 9 成，足见其对空军战机的巨大威胁。此外，上世纪 50 年代末 60 年代初，休斯公司研制的红外搜索跟踪系统（IRST）开始陆续安装在了 F-101、F-102、F-106 等机型上，探测距离超过 5 公里，与雷达信息结合可以有效解决对方电子干扰和箔条干扰迷惑等问题。后续又研制过几型 IRST 系统，如 AAA-4 等，装备在 F-4 和 F-14 等战机的部分型号上。现代的 F-117、F-22 和 F-35，俄罗斯米格-29、SU-27、T-50 和欧亚各国主战战机也都配套开发有新的热成像搜索跟踪系统，并且 IRST 有效探测距离大大增加，基本都已达到或超过 70~80 公里以上的水平，F-35 上装备的 EODAS 系统更是实现了 360 度全向搜索跟踪能力。
图 8、三、四代战机上普遍安装了前视红外搜索跟踪系统
由于红外探测不受电子干扰和箔条丝等技术影响，一般只能采取大过载机动结合红外诱饵的方式对其进行干扰和摆脱。这种方法在对付早期采用位标法等方式搜索跟踪的红外制导弹有一定效果，但在对付后期采用热成像技术，尤其是采用了凝视焦平面阵列导引头，并具备质心分析、轨迹推测等能力的新型导弹时，就显得完全力不从心了。
图 9、1974 年一架改装的 QF-4B 无人机在测试中被一枚响尾蛇导弹击毁
面对红外搜索系统和红外制导导弹的威胁，必须研究降低战机主要气动热点、发动机和尾焰红外辐射的措施，通过降低自身热辐射水平和与环境温差，尽可能减少红外制导头有效探测距离，同时改进红外诱饵的信号逼真程度，增加导弹识别判断难度。降低本机辐射水平比较常见的解决措施包括采用尾翼或机身遮挡、增加循环冷却系统、增加冷空气混合、涂覆红外变频涂料、在燃料中混入具有降温效果的化合物等。特别是四代隐身战机，为了达到全频隐身的效果，普遍都采取了比较全面的红外隐身增强措施。据说 F-22 除采用较扁平的二元矩形喷口增加冷空气掺混冷却效果外，还在尾喷口结构中增加了喷口强制制冷系统（携带液氮），可以在被红外制导导弹咬尾跟踪时，择机短时强制制冷，并结合红外诱饵和大过载规避机动迅速摆脱追踪。据分析，F-22 的尾喷口设计可以使得尾部红外辐射减弱 80~90%，辐射波瓣也大幅缩小，达到了极佳的红外隐身效果。
2、雷达出现对战争带来的巨变
英国是最早研制出雷达的国家，1935 年 2 月 26 日，罗伯特.沃森-瓦特爵士利用一套如今看起来相当原始的收发装置实现了人类历史上第一次利用电磁波信号对飞机目标的探测和回波接收，见图 10，这一探测技术在当时被称为“无线电定位技术”，这套设备也成为了现代雷达的鼻祖。当时的理论水平对电磁波的产生和发射机制有了足够的认识，但对电磁波遇到物体感应的散射机理认知还很粗浅，只知道当电磁波照射目标时可以在其中感应出电磁流，这个电磁流的运动会产生二次辐射形成反射，但具体规律和计算方法如何基本没有什么明确的概念，如图 11。同时专家们也发现尺度为半波长的导电体在雷达波照射下会产生强烈的二次辐射，因此普遍观点认为，要有效的探测空中目标，最好选取典型轰炸机翼展或机长（25~30 米）两倍的波长，即频率 6 兆赫、波长 50 米的雷达波。但测试发现，该波长会被高空电离层折射造成回波信息杂乱无法分辨，后来又陆续测试了 26 米/11.5 兆赫和 13 米/23 兆赫两种波长/频率，结果23兆赫效果较好，以此为基础建成了“锁链之家（Chain Home）”预警雷达。战争期间，英、德专家又研究发现继续缩短波长一方面有利于在同等天线尺寸下获得更窄的波束，提高雷达精度和分辨率，另一方面也有利于减小天线大小和雷达设备体积实现舰载和机载，这一结论对后续雷达探测技术得以在飞机、舰艇等各种平台上广泛应用和发展意义重大。
图 10、英国科学家 1935 年完成的人类历史上第一部雷达接收装置
图 11、早期对雷达波散射机理的理解比较简单
二战期间，随着无线电和半导体技术的进步，雷达探测技术开始应用于战争中。英、德、美等技术领先国家除装备陆基雷达探测装置外，还普遍在其夜间战机、轰炸机和海军主战舰艇上装备了雷达，初步具备了在视觉不利条件下探测和作战的能力，并取得了显著战果，如图 12。这一时期设计制造的飞机上应用了大量的金属，由于隐身外形设计和吸波涂层技术尚在萌芽中没有可实用的成果，飞机设计的关注点主要集中在性能方面，也因此飞行目标很容易被雷达探测到。尽管当时的雷达频率不高，多为几十到数百兆赫，功能非常简单，探测距离短，只具备粗略定位和测距能力，故障率也较高，但即便如此也已经极大地改善了防空预警能力和视觉不佳条件下的作战能力。随着战事的发展，人们渐渐意识到掌握战争的平衡已经开始被打破，传统的战术和武器性能决胜论变得不再可靠，隐约中有一种无形的力量开始越来越显著地左右着战场态势的发展。
图 12、装有 90 MHz 甚高频 FuG 220 Lichtenstein SN-2 雷达系统的德国 He 219A-5 型夜间战斗机
3、雷达隐身技术的黎明和前苏联的目不识珠
二战期间，各国为了对付日益增长的雷达威胁，减少战场上的被动和损失，除尽快装备同等的雷达系统外，也纷纷加速研究雷达波散射的机理，以及如何躲避、干扰雷达探测。正是从这个时期开始，隐身技术的触角开始延伸到了一片更为宽广莫测的舞台。
上世纪 40 至 50 年代，雷达散射的一些基本原理和机制基本被揭示明确，雷达散射截面积（RCS）的概念被定义出来，用于衡量物体对雷达波散射的强弱程度。1947 年 E.M.铂赛尔在《辐射实验室》丛书雷达系统工程卷中有这样的描写——“重要的是懂得，一个给定目标的截面积不仅取决于波长，也取决于雷达观测目标的角度”、“雷达截面积随目标方位的变化是由目标各个部分的反射波间干扰引起的……只有在一些特殊的情况下才能粗略计算出雷达截面积，对于大多数目标来说，雷达截面积必须从雷达数据推导出来。”这些内容文字是有据可查的，对雷达截面积概念较早和较系统化的描述。
如今我们已经知道，雷达散射截面积实际上是一个“虚拟的面积”，它衡量的是在雷达辐射场中，目标被照射后产生散射，到达雷达天线处可被截获接收的辐射功率。从测量的角度，RCS 的大小等于目标在单位立体角内向接收天线散射的功率和入射到目标处单位面积内的功率之比的 4π 倍。本义上 RCS 是一个无量纲的比值，后来为定义和度量使用方便，电子工程师们采用了等效几何面积和米制的概念，把一个物体的RCS等效为同一电磁场内系统可测得相同散射能量的标准球体径向横截面积的大小，比如某物体 RCS 为1m^2，即等同于半径是 0.564m 的金属球（几何横截面积1m^2）所反射的 RCS 效果。通过实验和研究发现，一个目标的 RCS 大小与探测距离无关，但会随下列四个因素变化而变化：
①. 目标的几何形状（含大小）及材料的电性能。同样的形状的物体，导电率越高引起的散射辐射越强；
②. 入射波的频率。当波长远大与目标长度时，目标体积决定了反射量的大小，此时称为瑞利散射；当波长与目标尺度相近时会引发谐振，其中目标长度为半波长时谐振和二次辐射最强；但波长远小于目标尺度时，散射效应接近于光学散射特性，称之为光学区；
③. 雷达天线的极化方式。电磁波在介质中的传递可以分解为一对相互垂直的电场矢量和磁场矢量以波动方式向前传播，对雷达而言可测量的是其电场分量。天线极化方向即指其可接收和发送的电场矢量方向，只有与天线极化方向一致的电波才能被雷达有效接收，其它方向的电波接收增益会明显下降或不能接收；
④. 目标相对于入射方向和雷达接收方向的姿态角。除各向同性的均质球形物体外，目标相对辐射场的姿态角发生改变时，在辐射场中引发的散射效应会有明显差别。
雷达波散射理论体系逐渐清晰后，在实现雷达波隐身和找到工程化应用的道路上，还面临着另外一个大难题需要解决——如何准确计算不同形状目标的 RCS。早期的飞机外形隐身措施更多的是靠定性的推测和试验来摸索，缺少定量的计算方法和实用化技术手段，研究方向比较盲目，试验的时间周期和成本代价较高，研制进度和成效往往很不理想。对于无形无相的电磁波来说，实验手段多数情况下只能作为辅助验证和修正，没有计算方法和理论指导，就无法进行量化的分析推导，从而找到减少 RCS 的具体方向和解决措施，更无法与飞机的空气动力学外形设计结合落实到工程制造。
历史上 RCS 计算问题的解决颇有一些戏剧性。早在 1953 年，美国数学家约瑟夫·B 科勒提出了几何绕射理论，通过积分方程来精确描述电磁波的绕射效应，但该理论只能分析几种极简单的几何结构，最初在美国并没有引起很大反响。1962 年，莫斯科大学无线电工程专业的首席科学家乌菲姆谢夫受到几何绕射理论和另一美国人克莱莫提出的边缘电流理论启发，在《莫斯科学院无线电工程学报》上发表了一篇名为“物理衍射理论中的边缘波行为”（Method of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction）的论文，其中阐述了几个非常重要的结论：
①. 物体对雷达电磁波的反射强度和物体的尺寸大小无关，而和边缘布局有一定数学比例关系；
②. 远绕射场可以近似为镜面反射场加上一个修正量，而这个修正量可以用绕射系数来描述，并且该修正量可以等效为由一个边缘电流所产生；
③. 说明了如何计算导体表面和边缘的雷达反射面。
根据他的理论，导电体的雷达散射截面积是可以精确计算逼近的，而且无论飞机大小轻重，都可以被设计成能够“隐身”的。由于当时前苏联官员对隐身的概念和重要性还没有什么认识，经过官方审查后，这项后来被证明在隐身技术发展史上具有重大奠基性意义的理论被认为是没有军事价值的，因此完全没有采取任何保密措施，论文得以公开出版。而在同一时期，为了收集了解苏联在雷达技术方面取得的进展，美国空军收集和翻译了大量俄文文献，1971 年 9 月 7 日，乌菲姆谢夫的理论被美国空军司令部怀特-帕特森分局的国外科技处翻译成了英文。当 1975 年洛克希德的工程师丹尼斯·奥瓦霍塞正在为解决 RCS 计算正确性问题走投无路时发现了这个英译版，立刻意识到该理论很适合于精确计算飞机的雷达散射截面积，因为这个平面中的边缘电流效应是可累加的，即复杂物体的散射场可以模拟成众多细小的平面反射场加上所有边缘电流的总效应，而边缘电流的电磁场效应是可以精确计算的，依据该理论完全可以解决困扰多年的 RCS 计算问题。几个月后，这套理论方法就被融汇编写进了臭鼬工厂的“ECHO-1”RCS 计算软件中，并依靠这套软件完成了 F-117 战斗机的隐身设计，而此时前苏联的官员们对由于自己的无知评判拱手送出的大礼包还毫无知觉。如果没有这次乌龙事件，也许 RCS 计算和工程实用化的工作还只能继续依靠摸索、猜测和试验积累缓步推进，隐身技术的鼎盛时期也不会这么快到来。
图 13、乌菲姆谢夫是现代隐身技术理论奠基人之一
乌菲姆谢夫的论文在西方公开出版
战斗机的外形构成包含了大的方面气动布局和小的方面大量具有复杂形状和组合关系的细节部件，在高频电磁波区域，除了各类部件自身具备的 RCS 特征贡献外，还需要考虑部件组合在一起以后的多重耦合效应，因此要比较精确的计算一架飞机的整体 RCS 是一项非常复杂且计算量十分庞大的高难度工作。根据合适的理论和计算方法构建算法，并利用高速计算机进行模拟演算，可以在相对短的时间内找到最适合既定气动布局和隐身指标要求的降低外形可探测性方案，再通过不同比例的样机进行微波试验全面验证优化，最终设计制造出符合设计目标要求的隐身战机。对于采用传统设计未经隐身处理的战斗机，在机身上会存在一些具有高散射特征的区域或部位，这些部位是构成整机 RCS 大小和特征的主要源头或称“亮点”，如图14。如果采取适当的隐身措施对这类“亮点”进行局部改造，降低该区域散射能量水平，综合起来就可以显著降低战机整体的可探测性，达到在相关方位角降低雷达发现距离和压缩反应时间，以较小的成本和性能代价换来提高战场生存力的目的，这也正是近年来对三代战机进行降低雷达散射截面改造提升到三代半的主要思路。
图 14、米格-25 的非隐身特征
4、雷达吸波材料的进步
在雷达探测和隐身理论技术不断发展的时候，对雷达吸波材料的研究也在同步推进前行中。雷达吸波材料的产生起源于早期的介电材料导电性研究，在实验中先后发现了两类具有吸波特性的介质，一类是宽频吸收型，一类是谐振型介质，例如碳和铁氧体磁性材料。在后续对吸波效果的探索研究中，又演进出了两种物理实现形式，即涂敷型和结构化型（RAM）吸波材料，其中涂敷型材料可用于表面喷涂，但不具备承力特性，而结构化材料可用于承力部位。不同的隐身材料实际基本形式都是这四种因素的组合。
谐振型吸波材料的基本设计思想是针对特定波长，构造一种具有 1/4 波长厚度的介质材料衬以金属反射底板，当进入介质并被金属底板反射回表面的部分电磁波与介质表面直接反射的部分电磁波叠加时，因为前者来回多走了半个波长，其相位刚好与后者相反，于是互相干涉对消，如图 15。但这种材料只对特定波长有效，且物理体积和重量与波长有关，比较笨重，适用性比较差。
图 15、谐振型吸波材料原理示意图
之后又设计出了介电型吸波材料，这种材料表面是一层透波薄片，中间是可以将电磁能量转化为热能的介电材料，如碳，通过电阻耗能使得最终散射出去的能量减少。测试发现这种材料效果并不理想，于是又推出了基于铁氧体磁性介质的吸波材料，由于材料中的磁偶极子随着入射波谐振运动而耗能，最终同样达到减弱散射能量的效果，厚度合适的话还能把干涉和耗能衰减两种效应结合起来。最关键的是这种材料本身极易与橡胶混合并保持谐振特性，而橡胶又很容易制成薄片胶贴到机身表面，所以这种吸波材料在上世纪 50 年代最先应用在了飞机隐身上。
为了拓宽吸波材料的吸波频带范围，早期专家们曾通过叠加多层电阻率逐渐降低的吸波材料，初步实现了较宽频带的吸波，这种材料也叫乔曼材料。二战时期德国希望研制一种用于潜艇表面隐身（水面航行时）的材料，当时的方法是 7 层导电率不断降低的含碳纸，每层间用不导电的泡沫塑料薄层分割。可以吸收 3 厘米和 10 厘米两种波段电磁波，但材料本身厚度达 6.35 厘米且很难弯曲，最后未能投入实用。
铁氧体最早由东京工业大学阳五郎加藤博士发明，并在 1932 年卖出专利。后来 NEC 公司通过把铁氧体磁性粉末混入环氧树脂液制造出了一种可以像油漆那样喷涂的窄带吸波涂料，后来逐步演进形成系列。铁氧体吸波材料的比重较大，吸波效率与入射波频率和涂敷厚度有关。国外一种产品在涂敷厚度 2mm 时，对 8~12GHz 厘米波段的两个选定频率吸收效率可以达到 98~99.4%，峰值外附近频段可吸收 90~97%，但每平方米涂层的重量已达到了 6kg 的程度。据悉 F-117 机表应用的也是这类材料，其全机表面涂敷的吸波材料总重量将近1吨。这类材料的另一个明显缺点是高温时（400~500℃）会迅速氧化，在 300℃ 以上一段时间后也会逐渐失效，因此基本上不能用在发动机喷管附近的高热部位。
如果能制造一种导电率连续变化的材料，把空气和机体的导电率平滑地连接匹配起来，就不会形成导电率上的突变或跳跃点，不会对入射波形成反射。吸波棱锥体就是基于这种思路设计的，当入射波从椎体顶部开始向底部传导时，导电率是连续平滑下降的，没有反射面，能量不断地被阻抗消耗直至基本消失。这种吸波棱锥体就是我们经常见到的微波暗室中的那些深黑灰色锥形物体，上世纪 60 年代这种椎体形吸波材料还被设置在 SR-71 型高速侦察机的机翼前后缘结构内，通过多次反射吸收入射波达到降低 RCS 的效果。由于结构重量和体积较大，这种形状的材料在飞机上只能局部进行应用。
图 16、尖棱锥形吸波结构是构造微波暗室的基础材料
上世纪 80 年代期间，一种导电塑料物质被用于研制吸波结构材料，美国人通过多层不同导电率缓变的导电塑料薄片组合达到了多层介电型吸波材料较宽频吸波的效果。这种导电塑料的添加剂含有有毒化合物，曾经引起了一桩员工健康控诉案件，并且有消息说这种材料已经被用在了“黑计划”的项目中。1987 年卡耐基.梅隆大学在研究中意外发现了一组复杂的席夫碱基盐类化合物，这种物质具有比铁氧体基材料更强的吸波特性和仅 1/10 的重量，并且具备系列化吸收各频段电磁波的特点，只需解决粘合剂问题就可以应用到隐身用途。擅长爆料的《航空周刊》杂志报道了这条消息，但随后有关这种材料的消息进入了保密状态，使用情况不详。
涂敷型吸波材料还有一个缺点，如果希望把吸收频段扩展到 S 或 L 波段，涂敷厚度和重量会增加到不可接受的地步，对米波波段就更不用想了。为解决这个问题，后来设计出带柱状蜂窝、锥形蜂窝、泡沫等夹芯构型的含碳吸波耗能材料，表面覆盖玻璃钢或凯芙拉类透波材料薄层，可以在夹芯中构成多次反射耗能，取不小于波长 1/10 的厚度，即能在 S 波段也具备较好的吸波效率。这种结构用在嵌入复合材料进气道管壁时，可以取得很好的吸波和消音效果，并且比重较轻，目前也被大量应用，图 17 展示了 F-117 翼面的内部吸波蜂窝结构。
图 17 这块 F-117 翼面残骸清晰地展示出了内部的柱状蜂窝吸波结构
随着 RCS 计算问题的解决和吸波材料的不断进步，工程化隐身的应用前景已经十分明朗，制约隐身技术大发展黎明前的黑暗已经过去，历史悄然翻开了新的一页。
三、早期的隐身飞机设计
早期的隐身飞机实际都只在局部采取了一定隐身措施，有限降低了 RCS，不具备真正的隐身能力，但作为隐形技术的先期验证，在隐身外形、吸波材料等的研制和应用中逐步积累了较多的经验和教训，为后续 70s 中期到 80s 年代隐身技术的飞跃奠定了坚实的工程基础。
Horton go.229
历史上首开雷达隐身技术工程化应用尝试先河的其实是德国人。二战末期时，德国研制了几种降低雷达 RCS 的验证飞机，其中对后世隐身战机设计最有影响的是 Horton go.229 飞机，见图 18。该机采用了十分前卫的飞翼型设计，结构使用局部钢管加强的木质结构，机翼前缘的板材结构中被加入了特制的碳质材料，当时德国人发现这种碳质材料可以吸收雷达波，能够有效降低飞机的 RCS。以现代人的视角，但凡第一次看到 Horton go.229 的设计都会大吃一惊，这款具备明显隐身特征的飞机无论是从翼身融合的飞翼外形、为波形反射优化的边缘轮廓、进气道和喷口的屏蔽，还有吸波结构应用（碳质材料）和弱电介质蒙皮（木质）的一整套设计思路和技术应用，与后世的 B-2 都存在着惊人的相似点，令人不得不由衷地佩服德国人在二战期间隐身设计思想的前瞻性和创造力。遗憾的是这款飞机出现太晚，随着德国的战败最终未能完成研发，曾有传言战后其部分技术资料被美国人获得，而诺格公司也确实曾经复制出一架 Horton go.229 样机进行分析测试，证实了其隐身特性。时至今日个中曲折已无法辩其真伪，只是不知道当风华绝代的 B-2 隐身轰炸机幽幽掠过欧洲航展上空之时，这个世界上还有多少人能够依稀回想起曾经惊艳一时的 Horton go.229。
二战中的 Horton go.229 原型机
图 18、昙花一现、生不逢时的纳粹德国 Horton go.229（复制机）
德国人的隐身技术研发虽然拔了头筹，只可惜实在生不逢时，历史不可重来，从冷战时期前苏联官员慷慨送出大礼包的那一刻起，铸就隐身技术春天的荣耀注定将落在对此锲而不舍、雄心勃勃的美国人身上。
U-2
上世纪 50~70 年代，从朝鲜战争到越战和冷战，华约的防空体系日益增强，给美国空军的侦察和战斗行动带来了的巨大威胁。1953 年，美国空军起草了一份关于研制一种能在 21,000 米以上高空飞行对前苏联地面目标进行侦察的飞机，其生存力主要依赖于飞行高度，但也同时提到了要减缩飞机的 RCS 以降低被防空雷达探测到的机率。虽然降低 RCS 作为一个设计目标被列入洛克希德的 U-2 方案和马丁的 RB-57 方案中，但以当时的技术基础其实没有什么实际措施能够采用。位于美国内华达州马夫干湖床区神秘的 51 区被洛克希德“臭鼬工厂”选作 U-2 的试验场地，经测试服役后，U-2 被用于对苏联、中国、古巴等国家进行高空侦察。在其服役的头三年里可谓风光无限，因为前苏联当时还没有能在 2 万米高空以上拦截它的导弹和战机，不过雷达可以轻易跟踪到 U-2 的飞行轨迹。随着前苏联具有 25,000 米高度拦截能力的 S-75 导弹开始装备并在 1960 年首次击落 U-2 后，美国逐渐减少了 U-2 在高威胁地区的飞行任务。
图 19、U-2 高空侦察机
图 20、位于美国内华达州马夫干湖床区神秘的 51 区
为降低 U-2 的 RCS，减少被雷达发现跟踪和导弹攻击的概率，1957 年洛克希德的设计天才凯利·约翰逊曾打算用在机身表面贴敷新研制的铁氧体胶合物吸波片，并围绕机身布置谐振导线网的方法实现雷达隐身，这个方案被称为“彩虹”。但随后的实验证明“彩虹”U-2 的方案是失败的，吸波贴片造成机体热量难以散发过热，外部导线增加了飞行阻力也使得飞机升限下降 1,500 米，航程减少 20%，如图 21。在 1957 年 4 月的一次试飞中由于发动机过热熄火导致座舱失压，飞行员面罩脱落缺氧昏迷，最后飞机失控坠毁。此前“彩虹”U-2 也曾经进行过实战飞行，但发现前苏联雷达仍然可以排除干扰保持跟踪，而且飞机性能的下降也增加了被拦截的风险，因此 1958 年该计划被取消。
图 21、U-2“彩虹”隐身试验机
图 22、洛克希德“臭鼬工厂”的传奇设计大师凯利·约翰逊
U-2 是最早应用隐身吸波涂层的有人战机，并逐步改进具备了较强的电子对抗能力，从上世纪 50 年代开始到现在，先后共发展了多达 18 种型号。由于其使用维护相对简单、滞空时间长等各种原因，能够以低成本满足大多数场合的使用需求，因此目前仍在服役中，空军对其退役时间也一推再推，最新消息可能会延寿使用到 2023 年，是一款名副其实的长寿机。
A-12
早在1956 年初，美国中情局（CIA）就已开始着手寻找一种全新的、强调降低雷达反射截面（RCS）和高空高速的间谍机来取代 U-2。当时的技术条件下，拥有极高的飞行速度会造成雷达信号检测和显示不稳定闪烁甚至消失，跟踪困难，如果结合降低 RCS 措施，能极大地压缩雷达制导防空导弹的反应时间，降低拦截成功率。在多家飞机制造商提出的方案竞争中，洛克希德凯利·约翰逊带领团队设计的具有翼身融合和吸波结构设计的高速大三角翼 A-12 方案（经历了 A-1 到 A-11 等多个方案演进而来）最终赢得了胜利。
图 23、编号 06932 的 A-12 在飞行中
洛克希德公司在 A-12 的方案设计中吸取了“彩虹”U-2 隐身改进计划失败的经验，在当时的理论技术水平上尽一切可能设计制造出外形对雷达隐身的飞机，这些经验包括：
1、发动机与飞机内一切金属结构必须用吸波材料进行屏蔽；
2、不能被屏蔽的结构必须用透波材料制造；
3、为防止 S 波段和 X 波段雷达的探测跟踪，飞机的外形必须能把入射波反射到远离雷达的无威胁方向；
4、为降低反射，飞机的外形边角应该柔和过渡，使得结构导电率变化平缓连续，例如翼身融合结构。
图 24、A-12 金属样机在 51 区外场测试 RCS
A-12 第一架原型机在 1962 年 4 月首飞，先后一共制造了 13 架，其中包括 3 架截击型 YF-12A 和两架无人机载机 M-21（这两项计划均以失败告终）。A-12 从 1963 年开始服役，由于担心前苏联地空导弹的巨大威胁，以及技术安全和保密原因，CIA 并未把 A-12 用于前苏联和古巴等危险地区，而主要对北越和北韩的空中侦察。1968 年 A-12 由于财政预算和让位于 SR-71 等原因退役。
图 25、携载了 D-21 无人机（子机）的 M-21 验证机（母机），合称 MD-21
SR-71
SR-71 属于“黑计划”发展项目，其前身来自为 CIA 所做的 A-12 设计。60 年代初美国空军也在寻找 U-2 的替代机型，经比较后发现 A-12 的性能潜力超过空军一直在发展的马赫 3 级 RS-70（即 XB-70 的改型），1962 年 12 月，美国空军决定在 A-12 基础上秘密发展一款新型的战略侦察机。洛克希德确定的厂家编号是 R-12，生产型出来时原本空军定的正式编号是 RS-71，但当时的空军参谋总长李梅却更喜欢 SR（Strategic Reconnaissance——战略侦察）这个缩写的意义，于是最终定为 SR-71。
空军对新机的要求与 CIA 的 A-12 不同，机身更长更重，以便携载更多燃油，改成双人驾驶，侦察设备方面也加装了电子侦听和侧视雷达等新系统。在继承 A-12 外形隐身设计的基础上，进一步加宽边条增强隐身性能，机身截面看起来更扁平，有利于把入射波反射到较远的无威胁方向，保留内倾双垂尾设计，机翼前后缘成锯齿状布置三角锥形吸波结构材料，当雷达波进入后会在机翼结构中来回反射逐渐被吸收削弱，见图 26 和 27。进气锥高速时向前移动，完全遮挡后部的发动机，避免雷达波直接照射叶片。测试中发现飞机RCS主要反射位置在进气口前缘和垂尾前端，后来又采用半透波的耐高温复合材料取代了垂尾上的钛合金蒙皮。经过上述这些改进，生产型的 SR-71 前向 RCS 减少到了 10 平方米左右，在当时已经算是很不错的结果了。当然实际上 SR-71 在雷达上并不隐身，其飞行时尾迹中含有大量带电离子，仍然会被雷达发现，但由于其高速性进行持续跟踪会比较困难。此外，由于飞行高度达到 24,000 米以上，黑色表面吸波涂装在仰视侧视条件下也有利于融入深色的太空背景中，有一定的视觉隐身作用。
图 26、SR-71 三面图，注意机翼前后缘排列的锯齿状三角锥形吸波结构
图 27、SR-71 的生产车间，注意机翼前后缘的吸波区结构框架设计
SR-71 未采用红外隐身设计措施，因为以马赫 3 以上的极高速飞行时，机身的气动加热现象十分严重，机表局部温度甚至高达 500℃。想象一下一团数百摄氏度燃烧的火球拖着长长的高温尾流划过天空是什么场景，其拉风程度只怕较之太阳神战车巡游也不遑多让，这种情况下任何抑制红外辐射的措施都是没有意义的，相反倒是需要重点解决如何使机体不致过热而造成结构变形损坏。最后在不增加低温环控设备的情况下，特别设计了一套利用燃油沿机身边条结构内部循环降温的方法，取得了较好效果。
图 28、一架刚刚完成空中加油的 SR-71（翼面上还有脱离时渗漏的油迹）
SR-71 在 1966 年 1 月正式装备美军，由于极高的速度和具备一定的隐身能力，当时的雷达很难持续跟踪到这种飞机，也没有哪种飞机和导弹能跟得上它的高度和速度，因此根本无法进行拦截。前苏联一直到 3 年后的 1969 年米格-25 战斗机装备部队时，才初步具备了对 SR-71 的遏制能力，最关键的是，在隐身技术研究和应用上，前苏联远远落在了美国之后。
B-1A/B
上世纪 60~70 年代另外一个值得一提的方面是美国在隐身轰炸机方向的进展。美国空军研制的马赫 3 级别的战略轰炸机 XB-70 在 1963 年被国防部命令放弃，由于研制新一代具隐身能力的“先进技术轰炸机”（ATB）技术跨越较大，短期之内无法实现，为了维持美国“战略铁三角”（陆基洲际弹道导弹、潜射弹道导弹、战略轰炸机）的完整和保持威慑力，有必要研发一种具备低空渗透能力的战略轰炸机来填补这段时期的空档。新战略轰炸机不追求 XB-70 那么大的速度，而是以音速左右的低空进攻为主。
北美航空（后与罗克韦尔合并，最终被波音收购）于 1970 年初提出以 XB-70 技术为基础的 B-1 轰炸机方案，并造出了四架 B-1A 原型机，1974 年首飞。该机吸取了翼身融合和圆滑曲面过渡的设计思路，武器内藏在弹舱内，在一定程度上降低了雷达散射截面，其前向 RCS 大约在 10~15 平方米的级别，远低于 B-52 的 100 平方米 RCS 水平，但仍不具备隐身能力，见图 29。由于造价高昂，且穿透能力不如弹道导弹，1977 年时任美国总统卡特取消了 B-1A 装备计划，但已经建造的四架原型机仍持续试飞至 1981 年 4 月，其中第二架 B-1A 原型机在试飞过程中达到了最高 2.22 马赫的飞行速度。
图 29、涂有越战迷彩的 B-1A
继任总统里根在大选时曾经激烈抨击卡特政府在国防战略上的软弱，其中取消 B-1 采购计划是其驳斥的一个关键焦点。到里根政府上台后，不排除为了兑现政见和大选承诺的原因，在 1981 年决定恢复采购 100 架改良自 B-1A 的 B-1B 轰炸机。新的 B-1B 研制时吸收了 70 年代中期“海弗兰”计划（F-117）和“先进技术轰炸机”（ATB）计划取得的一些低可探测性技术成果，使得其隐身性能得到大幅改善，严格的说已经代表的是 80s 年代初的新一代隐身技术水平，与前身 B-1A 不在同一个层次。其隐身技术主要包括：前后部雷达天线及基座倾斜 45 度并贴敷吸波材料，驾驶舱风挡玻璃改为带金属镀层屏蔽，改为浅 S 形进气道，道壁嵌入 RAM 吸波结构材料，并增加了大型吸波导流片屏蔽发动机叶片，机身局部如翼根等高散射区贴敷吸波材料，并改善机表导电连续性（缝隙、开口处理）等。据称 B-1B 前向 RCS 大幅减少到了 0.75~1 平方米左右，可以称得上是准隐身战机，同时电子对抗能力也得到加强，但红外辐射水平方面没有变化。由于进气道的隐身改动等原因，对该机的高速性能产生了较大影响，最大平飞速度下降到了 1.25 马赫左右，见图 30。
图 30、B-1B 轰炸机采用浅 S 形进气道、道壁嵌入 RAM 和大型吸波导流片
B-1B 的作战使用方式方面，需要在事先侦察好敌方防空设施位置的情况下，提前制定几条可行的攻击路线，利用低空、超低空地形掩护和电子对抗手段保护自身，对敌纵深目标实施打击，进攻过程中只有有限机会选择改变路线，基本上一击投弹之后就要全速脱离以降低战损，在对手仍具有较完善防空导弹体系和有下视/下射能力的截击机时，实施这种战术存在很高风险，因此实际上很多场景下还不能完全脱离空中优势战机和电子支援机的保护。1985 年 B-1B 正式量产进入美国空军服役，首次投入实战是在 1998 年 12 月的沙漠之狐行动中，对伊拉克进行了空中轰炸。1999 年，6 架 B-1B 参与了北约各国对塞尔维亚的联合轰炸任务，在仅占总飞行架次 2% 的情形下，投掷了超过 20% 的弹药量总和。2001 年阿富汗战争初期，8 架 B-1B 共投掷了包括约 3,900 枚 JDAM 在内的各型炸弹，而之后在第二次伊拉克战争中，B-1B 也少量参与了空袭任务。
四、现代隐身飞机与“黑计划”
1970s 年代中期开始的“海弗兰”计划（F-117）是隐身技术发展史上的一个分水岭，在这一阶段雷达散射理论和计算方法基本已完善，并引入了计算机辅助隐身设计，隐身材料和结构化技术经过早期的设计验证已经形成体系，进入了快速发展阶段，从 1975 年至 1990 年前后，是隐身技术发展的真正飞跃期，也是从这一阶段开始，“隐身”（Stealth）的概念开始进入大众的视野，为世界各主要军事强国重视和跟随，作为隐身技术发展和应用的先驱者和头号霸主，美国在这一阶段真正拉开了与其他对手的差距，率先进入了一个全新的大隐身时代。
在继续论述隐身技术发展和应用前，有必要解释一个颇为神秘的名词——“黑计划”，在我们前文中已经数次提到过。在美国，“黑计划”泛指被政府、军方或武器承包商等严禁公开、高度机密的军事/防御计划。“黑计划”最早可以追溯到制造原子弹的“曼哈顿计划”，也包括前文所述的 U-2、SR-71，以及 F-117、B-2 和 RQ-170 隐身无人机等。历届美国政府的防务预算中，总有很大一部分份额会投入到打着“黑计划”名号的机密项目中。由于无法知晓其中情况，甚至政府和军队必要时还会出面否认或遮掩计划的存在，等到公开承认时往往已经服役多年，因此在外界看来越发觉得神秘。因为保密工作滴水不漏，有时会出现一个军种投入大量经费研发的计划与另一个军种的计划重复却互不知情的窘况。据统计，在美国军事投入高峰期的 80 年代末，同时进行的“黑计划”曾经多达 200 余项。
隐身项目在美国诸多“黑计划”中一直是投入重点，其中保密期最长也最为著名的是 F-117。从 1977 年初合同正式签署列入空军“黑计划”到 1988 年 11 月公开解密，处于高度机密状态长达 12 年，这在美国过往“黑计划”的历史上还从来没有过，甚至连 1980 年开始研制的更先进的 B-2 都已在 1988 年解密。其中原因据说是因为 F-117 隐身思路完全依靠外形，自身战斗力很弱，不像 B-2 那么先进完善难以对付，美军担心一旦曝光其缺陷很可能会被敌对国家提早发现和利用，失去隐身优势。实际上 80s~90s 年代期间隐身技术发展飞快，技术上来看 F-117 基本已无继续保密的必要。
图 31、1988 年 11 月美国政府首次公开承认了 F-117 的存在
划时代的“海弗兰”（Have Blue）计划与 F-117“夜鹰”
早期的隐身飞机设计和战术效果并不理想，由于现代地对空导弹（SAM）和防空火炮（AAA）对空军的威胁越来越大，依赖高度和速度确保战机生存力的提升空间和时效性终有极限。越南战场上非隐身战机在对地面攻击时必须借助空优战机掩护和支援战机对地面防空预警系统的摧毁压制（SEAD），1973 年中东“赎罪日战争”中，全套美制装备的以色列空军仅仅只 18 天内就被各种防空武器打下了 109 架战机，鉴于冷战时期前苏联日益完善的国家防空体系，美国人意识到仅靠当时已经取得的一些技术成果并不能占据对抗优势，必须研制真正能隐身、雷达探测不到的战机。
1974 年美国国防部先进研究项目局（DARPA）启动了战斗机低可探测技术的预研，诺斯罗普、麦道公司首先受邀并获得了 10 万美元的研究合同。由于洛克希德此前已经有近 10 年未研制过战斗类机种，因此初期并未被邀请加入，但洛克希德加州公司技术总监 Ed·马丁和“臭鼬工厂”总裁本·李奇一起说服了 DARPA，让洛克希德在没有合同的情况下（DARPA 该项目启动经费不足）加入到项目研究中，并得到 CIA 许可允许把 A-12/SR-71、D-21 项目中的一些降低 RCS 的设计经验共享出来。结果作为后来者洛克希德的这一打酱油式的加入举动，最后却赢得了方案竞争的胜利。F-117 的研制过程充满了戏剧性和创造性，其经验和成果对后续美国隐身技术的迅速发展和领先堪称奠基石，在此我们略微花多一些篇幅来讲述这段意义不凡的历史。
图 32、位于加州帕姆代尔的“臭鼬工厂”一角（注意 Logo）
在初期研究中，设计师迪克·希瑞向专家丹尼斯·奥瓦霍塞请教如何设计外形以达到降低 RCS 的目标，奥瓦霍塞回答说：“这很简单，你只要用平坦的表面将雷达波反射开，在把一系列这样的平面组合起来，边缘偏离雷达探测的方向，基本上这样就可以把辐射能量都反射到了雷达视角以外的方向。”随后他在一张纸上画了一架看起来十分怪异的具有多面体外形的飞机，正是源于这段简短的谈话和这张粗略的手稿，为后来 F-117 经典的多面体钻石状多棱外形定下了基调。
图 33、F-117 生产型是经典的多面体钻石多棱外形
奥瓦霍塞聘请了数学家比尔·施罗德加入隐身设计小组，事实上此前正是施罗德教会了奥瓦霍塞用数学方法来进行隐身分析。在后续几周内，他们根据麦克斯韦和索末菲等人的基础理论，很快编制出了一套 RCS 计算软件“ECHO-1”，对简单形状和复杂形状的非金属目标 RCS 可以得到比较满意的计算结果，但在计算复杂金属导电物体的散射 RCS 时则很不准确。幸运的时刻到了，奥瓦霍塞在困境中及时找到了前文所述乌菲姆谢夫的物理绕射理论，并很快将该方法融会编写进了“ECHO-1”软件中。此时项目评估时间已经临近，而洛克希德提出的备选方案足足有 20 个，不可能有足够的成本和时间把每种方案的模型都做出来再去实测 RCS，必须尽快挑选出具有最佳隐身效果的方案。当时计算机能力有限，还无法计算出复杂曲面外形物体的RCS，但好在对多面体外形可以用较曲面少得多的平面单元来建模和计算（注 1：把目标外形分解为有限数量的小平面单元，依据物理绕射理论来模拟计算导电目标散射特性的方法是今天 RCS 计算方法的基础，随着计算机能力增强可以算出更复杂曲面更多微小面元的 RCS 综合效果），关键时刻“ECHO-1”不负众望，在较短的时间内完成了所有方案的 RCS 计算评估，挑选出来的最优方案是一个尖菱形升力体，如图 34 中的第1个方案。这个方案是如此的怪异，以至于连凯利·约翰逊都表示了怀疑，并与本·李奇打赌说：“这真是一个毫无希望的菱方块，看上去咱们 D-21 无人机的 RCS 都会比这个糟糕的菱方块低。”
图 34、“海弗兰”方案演进和生产型的方案对比
洛克希德制作了两个 1:2 的缩比模型，一个用于先期风洞测试和气动分析，但测试结果表明，低速下这个升力体能够产生的升力十分有限，根本就飞不起来，不得已项目组延长了外部前缘形成机翼，并增加了一对内倾双垂尾改善操控质量。另一个修改后的模型在表面包上金属蒙皮后，被送去进行 RCS 实测，后续测试的结果证实了“ECHO-1”的计算是准确的，并且 RCS 低于 D-21。本·李奇赢了赌局，而远在万里之外的乌菲姆谢夫同志也胜利了——他的理论终于得到了实际验证和应用。
图 35、外场 RCS 测试中的“海弗兰”2 号模型
1975 年夏天，DARPA 非正式地要求 3 个厂家以“验证生存力测试”（XST 计划）的名义分两阶段进行验证，其中第一阶段制造可用于 RCS、风洞等测试的全尺寸模型进行评估，第二阶段将选定一家提供合同，用于制造两架样机进行测试和试飞。麦道公司因为没有能力完成而退出，剩下的洛克希德和诺斯罗普两家在方案上外形布局有些类似，都是大后掠角尖锐外形，但后者的低 RCS 方案不是依靠多面体，而是参考 A-12、D-21 那样的更常规一些的设计，而且诺斯罗普也有一套与“ECHO-1”类似的“GENSCAT”软件用于计算 RCS。两家公司的模型被送往位于新墨西哥州白沙空军基地的雷达散射测试场进行评估，1976 年 4 月，DARPA 宣布洛克希德的方案获胜，并在 1977 年初获得了制造样机的合同，该项目随即被美国空军列为“黑计划”，开始秘密进入后续的测试试飞阶段。为节省时间和成本，“海弗兰”样机采用了很多现有成品，包括通用电气的 J85-GE-4A 无加力发动机、F-5 战机的起落架，以及 F-16 的电传操纵系统等。样机与生产型的 F-117 已经很相似，不过机翼前缘后掠角更大（72.5°），双垂尾内倾，后来试飞过程中为提高升力特性和操控性，把后掠角改小，同时因为内倾双垂尾带来向后下方反射本机红外辐射的负面效应，不符合对地攻击任务设计要求，最终被改为向外倾斜。生产型的项目名称叫“大趋势”（Senior Trend），机身尺寸和重量加大，增加了机内弹仓和正式的航电设备，发动机也改为通用电气的 F404-GE-F1D2 无加力涡扇发动机。
图 36、“海弗兰”样机，编号 HB1001
图 37、这架 F-117 初期型号涂有迷彩验证视觉效果
图 38、F-117 生产型初期涂装是灰色，后来才根据军方官员要求改成深黑灰色
空军要求 F-117 从声音、红外、可见光和雷达波等全方位进行隐身，在生产型的 F-117 上可以看到很多经典的设计，如倾斜的多面体表面设计、金属镀膜座舱罩、进气口吸波屏蔽网、全覆盖的表面吸波涂层，部分翼面采用含蜂窝状吸波结构的复合材料等，比较有特色的还有扁平且带格栅分隔的尾喷口设计，部件采用高温陶瓷制造，兼具雷达、红外隐身和消音的效果，据称发动机全开时在几百米外就基本听不见噪音了。此外，少量外露部件，如机头两侧多余度备份的空速管也设计成较扁平的菱柱形隐身外形。F-117 机身结构部分构件和翼梁、翼肋等应用了碳纤维复合材料，但因为年代较早的原因，复合材料应用比例上不如后续的 B-2 等机型。为了尽可能降低 RCS 和自身主动辐射，F-117 甚至未计划安装雷达，只保留了前视红外探测系统（FLIR）和激光测距装置，安装在机鼻上部的吸波屏蔽罩后。根据美国官方公布的信息，F-117 前向 RCS 大幅下降到了 0.025 平方米的级别，成为世界上最先服役的第一型真正具备极低可探测性能力的隐身战机。在美国方面进行的测试中，美军当时的空中和地面搜索跟踪雷达（非米波段的）均不能有效发现空中飞行的 F-117，即使雷达性能极强的E-3预警机在探测到 F-117 时，对方也已经接近到了数十公里的距离。
图 39、生产线上的 F-117，由于研制较早复合材料应用比例不高
在 1988 年解密以前，F-117 都只在黑夜中训练和执行任务，到了外形保密降级以后才逐渐开始增加白天的行动。执行任务时，F-117 的主要作战方式并非依靠自身搜索发现来决定攻击行动，而是通过事先输入预定好的路线和目标位置等信息直接发起攻击，其自身防御和生存能力基本完全依靠极低的 RCS 和有限的电子对抗能力。在 1991 年的海湾战争中，美军共出动 F-117 战机 1,296 架次，占联军出动总架次的 2.5%，但击中或摧毁的目标却占了联军总量的 40%。1999 年 3 月 27 日，一架F-117在南斯拉夫贝尔格莱德以西被老式的萨姆-3 导弹击落，说明了战斗中隐身战机在一定条件下仍然有暴露的可能。作为现代隐身战机的先驱者，F-117 的极低可探测性隐身能力是以牺牲速度和机动性为代价换来的，而下一代的隐身战机代表 F-22 和 F-35 则将隐身性能、速度和机动性等完美地融为了一体。
图 40、F-117 机头部隐身特征特写，注意机鼻上方隐藏的前视光电探测系统
图 41、显眼的黑色涂装其实并不适合隐身攻击机使用，即使夜晚也是如此
图 42、外形怪异科幻的 F-117 集群出动时很有一种外星人入侵的感觉
“海弗兰”计划和 F-117 研制的成功在战机乃至整个军事发展史上都具有重大意义，证明了具备低或极低可探测性特征的隐身战机是完全可以制造出来的，并且必将对今后的空-空、空-地作战模式带来巨大变革。在这项计划中验证的隐身技术和计算机辅助隐身设计的经验和成果，极大地推动了美国后续隐身战机的研制速度，由此掀开了隐身技术发展史全新的一页。
“先进技术轰炸机”（ATB）计划与 B-2“幽灵”
DARPA 的官员意识到两家公司在“海弗兰”低可探测性研究计划中取得了很多进步性成果，特别关键的是在引入计算机建模计算 RCS 的软件上的突破，为后续的隐身项目奠定了很好的技术基础，因此敦促诺斯罗普公司团队留下继续参与研究，先后曾加入了“战场监视飞机验证”计划和后续“鲸”（Tacit Blue）前线隐身监视飞机验证计划，并参与 1979 年启动的“先进技术轰炸机”（ATB）计划。其中有必要提一下“鲸”（Tacit Blue）前线隐身监视飞机验证计划，该计划主要研究并验证一种能够深入战场后方环境进行持续地面态势监视，并为己方地面指挥中心提供实时目标指示等信息的飞行器所需的各种先进隐身技术和传感器技术，特别是与利用灵巧制导武器隐蔽状态下进行远程打击模式相关的技术研究。该计划基本与 ATB 计划同时启动，1985 年结束，其外形比较独特，如背部陷入式进气道、宽边条低可探测性曲面机身、V 形双垂尾兼顾方向和俯仰控制等。Tacit Blue 计划在隐身技术和传感器方面验证的一些成果最后被用于 B-2“幽灵”和 E-8“联合星”项目。
图 43、Tacit Blue 先进隐身技术验证机
1970s 年代中期，美国空军一直在努力寻找和发展替代 B-52 轰炸机的后续方案，面对越来越强的地面防空导弹和具备下视/下射能力的战机的威胁，诸如 B-70、B-1A 这类单纯依靠高度、速度或低空地形掩护来对前苏联防空体系进行穿透、打击的战术显然很不可靠，因此美国政府和国防部先后取消了上述机型的采购或研制计划。但到了 1975~1976 年间，随着“海弗兰”计划在隐身技术上所取得的巨大进步，为解决这个难题提供了一条完全不同的实施途径，研制具备低可探测性、雷达难以发现的大型隐身轰炸机成为可能。
具有低可探测性的隐身轰炸机可以带来一种全新的作战方式，相比 B-1 执行轰炸任务时只能借地形掩护并绕开事先探知的敌方防御点，沿途只有有限的几条预设攻击路线可选择应对局势变化，最后轰炸时快进快出的单调僵化的打法，隐身轰炸机可以凭借其雷达难以发现的优势，长时间在战场纵深区域上空巡曳，凭借先进的传感器和友军数据链传递的信息搜索和随机打击各类有威胁的地面目标，特别是重点防御的高价值目标。在核交换战役中，隐身轰炸机也可以安然呆在辐射区外，在第一波核攻击后进入战场寻找遗漏和存活的威胁目标实施过杀伤式的清除行动。高度隐身能力的另外一个好处是可以降低对战机飞行速度、高度的性能要求，降低对电子对抗设备的能力要求（复杂性和重量，B-1B 因为保留了过重的电子对抗设备而备受指责），从而带来降低制造和维护成本的优势。这里顺带说明一下，对于 1977 年取消 B-1 采购事件曾经在美国引起的争议很大，但卡特政府很可能是基于当时隐身战机研制上已取得的进展权衡优劣后做出的决定，作为对里根在总统大选时抨击其软弱的回击，卡特政府在 1980 年 8 月向公众透露了国防部正在研制雷达探测不到的隐身战机，包括隐身轰炸机的消息。直到这个时候，隐身战机的存在才第一次从断断续续的秘密传言中转为公开，引发了全球性的关注。
图 44、1988 年 11 月 22 日，B-2 隐身轰炸机首次公开亮相
1979 年“先进技术轰炸机”（ATB）计划正式启动，随后便转为了“黑计划”项目秘密开展研制工作，项目代号“奥罗拉”。经过对各家报的方案初步评估筛选后，范围缩小到诺斯罗普/波音和洛克希德/罗克韦尔两个联合团队，其中诺斯罗普有研制 YB-35 和 YB-49 两种飞翼飞机的经验。1981 年 10 月，经过一番激烈竞争后诺斯罗普/波音击败了洛克希德/罗克韦尔，获得了隐身轰炸机的研制合同，新机同时被命名为 B-2“幽灵”。由于 1980s 年代中期对B-2的作战需求从高空转为兼顾低空地形跟随方式，因此不得不对设计方案进行修正，并导致新增了 10 亿美金的成本，首飞也推迟了两年。生产型的 B-2 首次向公众开放露面是在 1988 年 11 月 22 日，原计划只给前来观礼的嘉宾看到正面形状，结果有记者为了争取独家爆料这款极其神秘的战机外形的机会，居然在当天乘坐一架轻型飞机从展区上方低空掠过，并拍到了飞机外形的照片，一时传为佳话。事实上“奥罗拉”虽然不是“黑计划”历史上保密期最长的项目，但却是保密程度最高的项目，据统计先后用于与 B-2 相关的研制/生产设施、场地、人员和机要资料的安全保密措施共花费了近 20 亿美元，创造了一项史无前例的记录。
图 45、B-2“幽灵”的称号机如其名
图 46、B-2 尾喷口附近的高热区材料后来进行了升级
B-2 设计上首先选择了对隐身极为有利的扁平飞翼布局，根据作战要求从声音、红外、视觉和雷达隐身等全方面进行了低可探测性设计。B-2 整机外形边缘严格按照平行原则设计，散射主波系只有四个方向，减少了被截获的概率；对前向反射较强的机翼前缘，B-2 采用了吸波结构材料直接替代蒙皮，并在其后加设厚厚的不规则蜂窝吸波嵌入式结构的办法，对 S 波段以下达到超过 99.5% 的吸收效果；座舱罩外形沿隐身曲面无缝设计，并使用带金属屏蔽效果的风挡玻璃；进气道位于飞翼机身上部略靠后的位置，以达到对地面雷达仰视视角遮挡的效果，进气道本身带 S 型设计，有内部吸波导流片，四台 F118-GE-100 无加力改型发动机提供推力，发动机低陷入飞翼结构中，气流经扁平的尾喷口喷出前也要经过一段弯曲和逐渐变扁平的通道，同时与上表面开口吸入的冷空气混合降低尾流红外辐射，前后隐身效果都非常好；弹仓隐藏在机身中部腹内，所有口盖均按照与主翼波系平行原始设计边缘倾斜或锯齿；机身和机翼主要承力结构和发动机舱尾段主要采用钛合金，其余部分包括基础蒙皮均采用了复合材料，并且很少使用铆接，减轻多余重量的同时也提高了隐身性能；全机表面涂敷了新研制的吸波涂料，对高频波段具有很好的吸收效果，由于其可维护性较差，且发动机舱喷口附近温度较高（300℃左右）的部位时间长后容易出现材料老化皲裂的情况，后来在 2004 年替换为一种易修复的新的磁性吸波材料，比重更轻一些，且吸波效果有所加强。B-2 在雷达航电上很注意控制主动辐射问题，其无源相控阵侧视雷达APQ-181安装在机头下方两侧的飞翼结构中，外部采用特定频率选择的介质屏蔽罩遮挡，雷达本身工作于甚高频的12~18GHz频段，与国际卫星广播通信的频段相同，主要是有利于提高合成孔径和逆合成孔径工作方式的精度和分辨率，目前由于容易与民用广播间造成干扰，美军打算对其进行升级改造，并在调整频率范围的同时改为有源相控阵列天线。B-2 同时具有较为强大的电子对抗能力，拜自身隐身优势所赐，对机载电子对抗设备的功率要求大大降低，因此节省了不少宝贵的机内占用空间和重量。
图 47、B-2 是美国空军具备低可探测性和高生存率的远程打击平台
由于 B-2 在隐身设计上不遗余力，基本上把美国 80 年代期间能够拿出来的最好的技术都应用上了，虽然造成了生产制造和维护成本高昂，但隐身性能着实大幅降了下来，根据测试其沿水平周向 RCS 基本低于 0.1 平方米，创造了这类大型作战飞机的新纪录，也使其成为美国在隐身技术领域领先地位和保持“战略铁三角”威慑力的一个典范之作。
B-2 对大多数厘米波段或分米波段的搜索跟踪雷达具有很好的隐身特性，但仍然可以被俄罗斯和中国等的米波远程预警雷达在数百公里外发现，但这类雷达探测本身是不精确的，而且在较近的距离内由于波束角小扫描速度慢反而容易丢失目标，因此在大多数情况下 B-2 是一种非常有威胁的具有高生存率的远程空中打击力量。由于价格昂贵不易维护，B-2 自诞生之日起就不断引发争议，其采购量也从最初的 132 架一减再减到 21 架，其中一架在 2008 年因事故坠毁，目前共有 20 架 B-2 在役。B-2 第一次投入实战是在 1999 年的科索沃战争，对塞尔维亚投掷了大量常规弹药，其后在伊拉克和阿富汗战场中都有使用，最新的使用记录是 2011 年对利比亚的打击行动，暂无在战争中被击毁的记录。
五、上集小结
1950s 到 1990 年的近半个世纪，隐身技术发展经过探索试验和早期应用，逐步成熟后进入了一段快速发展的时期，在这一阶段基本是美国人唱独角，一家独大，过程充满艰辛但也精彩纷呈，而 1990s 至现在这段时期则进入了隐身技术集大成、实现突破和全球化的鼎盛时期，隐身武器已经渐渐发展成为了各类战场的主角，隐身技术也真正演进成为综合性的学科体系。隐身技术涵盖的方方面面和发展历程限于篇幅在本文上集中尚未完全讲述，电子对抗、隐身战术和反隐身技术等方面的内容待进一步阐述，下集将会更加精彩，敬请读者关注。
续言
【蝶恋花·答李淑一】：“我失骄杨君失柳，杨柳轻飏直上重霄九。”——当美国人在隐身领域一路领先高歌猛进的时候，俄罗斯在新一代战机研制进展方面却连遇挫折，在国家动荡和经济衰退的影响下，其近20多年来的发展历程可谓是一波三折、曲折坎坷。同一时期，我国正深陷于薄弱基础之上，引进、消化、吸收和自主开发三代战机举步维艰的泥潭之中，先进的隐身战机与我们现实中二代当家的窘境看起来是那么的遥远。然而就是在这样的困境中，经历了痛苦和磨难，俄、中两个难兄难弟最终都挺了过来，各自研发出了独具特色的五代战机，同时也跨入了隐身大时代的门槛。“谁无暴风劲雨时，守得云开见月明”，从“望尘莫及”到“望其项背”，如今甚至已经盘算着什么时候可以“并驾齐驱”——虽然未来仍然充满变数，但是——我们已经上路了。
在本文上篇中，讲述了隐身技术在军事航空领域的发展和截止到上世纪 80’s ~90’s 年代前的主要应用。由于这一时期也是隐身技术步入大成阶段的一个分水岭，本文将延续上篇的内容，对美国在隐身战机设计上的另外两款巅峰之作 F-22 和 F-35 进行分析，然后讲述俄罗斯、中国等在此项技术方面的追赶进展。本文后半部分将尝试从隐身无人机、电子对抗、战机生存力和隐身战术等方面作综合性论述和探讨，以引领读者略窥隐身技术涉及领域的全貌。
在开始讲述之前，有必要同时关注的一个现象是，上世纪 80’s ~90’s 年代是计算机和雷达技术突飞猛进的一段时期，计算能力的提高使得隐身和气动设计仿真更为高效精细，但同时也促成了雷达特别是相控阵雷达等技术的大幅提升。尤其是 80 年代伴随着微机和高速处理芯片技术的飞速进步而形成的数字化波束技术（DBF），为现代雷达发展带来了一次革命性的变革。这项技术从多波束控制和自适应波形变换等方面极大地拓展了雷达的性能和功能，也使得雷达系统的升级能够更方便地与微处理器技术的进步同步，结合后续新体制的双基地雷达、现代中低频雷达、无源相干探测等技术发展，对隐身战机构成了新的全方位威胁，由此也将促进电子对抗手段和隐身战术的进一步发展演变。本文虽不会重点讲述这方面内容，但军事爱好者们有必要对其中的重要性和关联关系有所认识。
一、 隐身时代的“绝代双骄”
F-22 和 F-35 是隐身技术与气动设计、机动性等完美结合的典范之作，也是美国隐身战机设计到目前为止的巅峰之作，其特点在于对超机动性、低可探测性（LO）、超巡、先进综合航电和态势感知、高可维护性等方面取得了较好地平衡和全面突破，一改 F-117 这类低性能亚音速超低可探测性（VLO）战机的诸多设计缺陷，为高生存力和高性能“鱼和熊掌得兼”树立了模版。其中 F-22 具备的 4S 特征——Stealth（隐形）、SuperSonic Cruise（超音速巡航）、Super Maneuverability（超机动）、Superior Avionics for Battle Awareness and Effectiveness（超级战场感知和效能综合航电），已成为其他各国隐身战机设计上跟踪仿效的标准，同时 F-22 也是后来者 PAK-FA T-50 和 J-20 的主要设计对抗目标，以其为代表的这一代战机被统称为第四代战机，俄版分法为第五代，后来为国际市场竞争目的，美国在 F-35 服役时也以五代标称，为方便起见，本文后续也统称为五代机。
F-22、F-35 等的隐身技术措施主要针对当前主要装备的 S、X 波段搜索、跟踪雷达，在毫米波和 L 波段的部分相邻段内也有一定的降低可探测性效果。在隐身外形设计上，凹凸曲面菱形机身、兼顾隐身和气动边条作用的全线长棱边、菱形机翼和 V 形垂尾是五代战机的共同特征。相对而言，在目前已出现的五代战机中，只有 F-22 真正贯彻了全向隐身设计要求，并较好地兼顾了红外和视觉隐身性能，其他几款或多或少都存在侧面和尾部隐身性能设计方面的各种缺陷和取舍折衷。另一方面，在隐身技术光鲜亮人的前景背后，其设计、制造和地面维护的综合成本仍然十分高昂，远超此前的三代战机，因此在性价比方面一直存在比较多的争议。相比 F-117、B-1B、B-2 等较早期的隐身战机在空-面攻击实战中已经取得的优势和成功，在制空任务中隐身战机的作用和价值还缺乏实战考验。虽然隐身技术存在的意义已经毋庸置疑，但就其技战术本身的缺陷和完善而言，仍有待在将来可能发生的有质量、有份量的战争中进行更为全面的检验和改进。
图 1、F-22 在具有高隐身性能的同时兼顾了高机动性，是隐身与气动设计结合的典范
F-22“猛禽”
F-22 的研制源自于美国 20 世纪 70 年代早期开始的先进技术战斗机（ATF）计划，是美国战术空军司令部 TAC-85 研究计划的一部分，该研究通过预测 1970~1985 年战术空军面对的作战环境，明确指挥与控制、侦察、特种空军、空运和战斗机领域的能力要求。受越南战争期间地面雷达网、地-空导弹和雷达制导的防空火炮构成的防空体系对战术空军的巨大威胁影响，并考虑到同期 F-15 制空战机已在研发，因此 TAC-85 对 ATF 的研究强调的是具有高生存力的战术攻击机以应付中高强度冲突，以空-面任务为主，有一定的空战自卫能力，计划取代对象是 F-4、F-105、F-111 这类机型。后续陆续开展的先进战斗机技术综合（AFTI）、目标截获与武器投放（TAWD）、空-面技术评估与综合（ATS）、进攻性空中支援任务分析（OASMA）等系列研究，一直到 1976~1977 年的战术攻击系统研究（S3）均以空-面攻击为主要研究方向，其中在 ATS 研究中提出了隐身和机内/保形武器挂架的必要性。
1977~1979 年间，西方利用卫星侦察等各种手段发现前苏联正在发展几种新型战机（即后来的 Mig-29 和 Su-27），根据收集的情报分析这些战机的性能尤其是空战能力有了很大提升，很可能已经具备了与 F-15、F-18 和 F-16 等战机匹敌的能力，即使发展中的 F-15 在面对这些战机时也不能确保取得空中优势。在这样的背景刺激下，1979 年末开始，ATF 的研究作了重新规划，空-空任务被放在了与空-面任务平等的地位。这两项任务研究均由空军飞行动力实验室管理，其中空-空任务研究以“1995 战斗机研究”的名义展开，在 1981 年完成。期间承包商验证了“从超音速巡航状态下的高空突防到低空突防再到隐身技术的最大突防距离”，也包括了短距/垂直起落的优化设计。根据修改后的 ATF 计划还进行了先进战术攻击系统任务分析（ATASMA）研究，涉及到了低可探测性和电子对抗技术研究以及“质量对数量”的性能分析，强调以质取胜。1981 年 7 月 6 日发布的 ATF 新的任务需求书（MENS）中，使用低可探测性（LO）等新技术来实现高生存性被明确列为其中一项关键任务。实际在稍早一些的 5 月 21 日，美国空军航空系统部就已经给波音、洛克希德、诺斯罗普等 9 家公司提出了 ATF 的信息征询书（RFI），要求各公司提供概念设计进行评估。同年 11 月 23 日，美国政府批准 ATF 计划正式进入方案论证阶段。
图 2、早期 ATF 计划中洛克希德（大图）和波音（小图）提出的两种概念方案
在 1981~1982 年期间对 RFI 和 ATF 初始设计方案的讨论分析中形成了一些有共识的结论，比如：理想的空-空平台将把低可探测性和超音速巡航、高机动性等结合起来，Ma1.4~1.5 的巡航速度和 15,240~21,336 米的升限是比较合理的设计目标范围，通过隐身和远程空-空攻击能力压制包括苏联正在研制的 AWACS（A-50）和 Mig-29、Su-27 等空中力量。由于空-面战斗机不一定能完成空-空战斗机的任务，而空-空战斗机相对较容易改装完成空-面战斗机的作战任务，因此在 1982 年 12 月空军发布的最终 RFI 报告中，明确了以空-空任务为主，空-面任务为次要地位的空中优势战斗机目标，并在 20 世纪末取代 F-15 以应对下世纪早期将面对的空中威胁。1983 年 5 月，美国空军提出了 ATF 方案开发招标书（RFP）的调查需求，低可探测技术是其中一项重要内容，对洛克希德和诺斯罗普这样的已经在隐身飞机设计和应用中取得长足经验的公司来说无疑是占据了一定优势。经过近两年的方案论证和评估，以及对新战斗机单价成本的控制要求讨论，最终美国空军在 1985 年 9 月确定并发布了正式招标书，计划于 1986 年 1 月完成招标，后来推迟到 4 月。此后在美国国会施压下，美国海军也同意在 90 年代末期采购海军型 ATF（NATF），全尺寸研制、首飞和初始作战能力形成（含 52 架飞机）计划时间分别定为 1989 年、1991 年末和 1995 年。
图 3、较为难得的 YF-22 与 YF-23 比翼齐飞的照片，只是如今 YF-23 已芳踪渺渺
初期方案设计包括结合先进计算机能力，以相对低成本制造全尺寸和缩比模型进行风洞、RCS 计算和航电等子系统试验，从而大幅降低昂贵的飞行试验成本。在后续方案研究中还对演示验证阶段的 RFP 进行了修改，增加了战斗机后部低可探测性的要求（主要是喷口设计）。1986 年 5 月，空军宣布对 RFP 作一项重大改变，将不再从初期演示验证的理论方案中选定最终承包商，而是将演示验证扩展至原型机飞行试验阶段，让两种最有希望的设计方案竞争，并各制造两架原型机用于评估，同期，两家发动机制造公司通用电气 GE 和普·惠 PW 也将进行原型机竞争。为确保各自利益，波音、洛克希德和通用动力公司宣布达成联合协议，一旦其中一家方案被选中，另外两家将作为主转包商分包部分设计开发合同，随后诺斯罗普和麦道也达成了类似协议（格鲁门和洛克韦尔因 B-1B 项目无暇顾及 ATF，已先期退出）。后来事件发展的结果证明，这种联合模式有效地把各家所掌握的最优技术集中在了一起，如隐身外形设计和材料技术，推力矢量技术、先进综合航电和传感器技术等，从而真正实现了高起点的划时代的设计方案。1986 年 10 月 31 日，洛克希德和诺斯罗普的方案经评估优于其他公司，两家公司分别获得了 6.91 亿美元的主合同，开始进入原型机演示验证阶段。在这一阶段的方案布局与后续的 YF-22 和 YF-23 还存在比较大的区别，如图 4。洛克希德和诺斯罗普两个联合团队的原型机 YF-22 和 YF-23 最终都在 1990 年中完成了总装，并很快开始了验证试飞。
图 4、F-22 的方案演进过程
美军在模拟分析中发现，借助隐身技术，在空-空任务中实现先敌发现、先敌发射和超视距攻击，被攻击目标的生存概率只有 10% 左右，正是因为这个结论，在研制过程中军方对隐身性能指标进行了极为严格的要求和控制。在隐身设计验证方面，要求两家公司利用实际元件和计算机 RCS 预测模型、缩比和全尺寸飞机进行试验与分析，并要求高保真的全尺寸 RCS 飞机模型具有全部的雷达目标发射装置和有可能实际采用的吸波材料，最后在新墨西哥州白沙靶场的雷达散射实验室对两套模型进行了对比评估。YF-23 和 YF-22 原型机分别在 1990 年 8 月末和 9 月末开始进行试飞，各自用了 104 天和 91 天完成了全部试飞验证项目，两架飞机都展现了完全满足 ATF 预计要求的性能和特征，其中除高机动性一项外，其他如武器容量、隐身指标等方面 YF-23 均超过 YF-22，但差距并不是太大。由于设计安装了二元矢量喷管，YF-22 在机动性上，尤其是大仰角（60°）和较低速的机动敏捷性和可控性方面远远超过 YF-23，尽管后者也同时满足了 ATF 的机动性设计要求。同时，通用电气的 YF120 变循环发动机在超音速巡航中的表现也胜过了普·惠的 YF119 发动机，YF-22 在装备 YF120 试飞时超巡速度达到了 Ma1.56，超过了安装 YF119 时 Ma1.4 的表现。但是在 1991 年 4 月 23 日，空军司令赖斯宣布方案相对保守常规的洛克希德小组和普·惠分别获胜，之所以 YF-22 和 YF-119 能够最终胜出，更关键的原因在于方案的全寿命周期预测成本较低，技术风险和未来预期发展投入也更低。YF-23 由于无尾气动布局过于超前，可能给飞控和性能发展带来不确定性，同样的理由也针对发展潜力更大但风险和研制成本更高的 YF120 变循环涡扇发动机。
图 5、这架总装完的 F-22 正在进行表面隐身涂料喷涂，以增强雷达、红外吸收效果
为控制飞机重量和提高可维护性，F-22 对吸波材料（RAM）和吸波结构（RAS）的应用在满足 RCS 设计指标的情况下被降低到了最低限度，主要通过外形和结构的优化设计方面来实现隐身。按照一个较为普遍认同的观点，F-22 的隐身效果 85% 由外形决定，其余 15% 通过吸波材料和吸波结构实现，根据一项较为公认的的数据分析，其前向 RCS 约为 0.065m2，只有典型三代机的 1/100 左右。F-22 的隐身设计遵循“平衡可探测性”原则，在具备突出的雷达隐身性能的同时，还兼具优秀的红外隐身和声音隐身性能，在隐身设计与气动布局以及推力矢量的结合方面，达到了一个前所未有的高水平。根据已公开的数据，仅在演示验证阶段，花在 YF-22 的 RCS 测试时间累计就已达到了 3,200 小时，YF-23 此项也基本类似。
F-22 外形隐身设计特征主要包括：
①. 机身采用带两侧棱边的凹凸曲面机身设计，包括带金属镀膜的整体式座舱盖外形设计也符合这一低 RCS 原则。得益于计算机技术的极大提高，F-22 的 RCS 分析设计采取了整机计算机模拟方法（含吸波进气道、吸波材料和结构影响），较十几年前 F-117 的分段分部件模拟和合成更精确和全面，且不再受计算能力限制只能进行少量多面体设计，实现了更符合气动要求的连续曲面设计，该机的 RCS 试验结果与计算机模拟预测值偏差很小，其中关键频率 73% 与预测值差异在 2dB 以内，97% 在 3dB 以内；
②. 飞机所有边缘、缝隙、平面倾角等均按照平行原则设计，严格保持与主翼面前后缘和V形垂尾平面倾斜角度的一致性，以合并减少边缘反射的主要波峰数量。同时，所有无法避免的断面、端面如襟副翼等活动翼面侧端均按照倾斜平面要求进行削尖处理，减少直接镜面反射量；
③. 机身和机翼采取翼身融合设计，并保持了机身棱边、边条和机翼边缘的连续延展，减少外形上影响电磁波传递的不连续断点，这条棱边兼顾了气动设计上边条的作用，前机身的 3 段式棱边可以产生有利的组合涡系增加升力；
④. 采用双斜切入口的 Caret 式 S 形进气道，避免入射波直接照射发动机叶片，同时涂覆吸波材料，通过电磁波在S形弯曲吸波通道内不断反射吸收，逐步衰减回波能量；
⑤. 雷达天线和底框采用固定倾角安装，局部贴覆吸波材料，雷达罩采用低 RCS 外形并应用频率选择表面设计（FSS，一种分层滤波网络，具有频率带通特性），这样只有在本机雷达工作频段内的电磁波可通过，并将其他目标发射的该频段雷达波大部分反射至其他方向和吸收削弱；
⑥. 机表主要开口采用致密的菱形金属导电格栅网屏蔽，同时主要天线和传感器也不再伸出机表，而是采取内埋保形设计，部分有活动口盖，在非工作状态时可屏蔽；
⑦. 机身主要边缘和带转角点应用吸波材料和吸波结构，外表喷涂吸波和红外抑制涂料，对机身和机翼前缘的一些气动热点设计了燃油循环冷却装置（关于这项设计，还记得洛克希德 SR-71 的燃油循环冷却系统吗？）；
⑧. 正常作战状态无外挂，武器隐藏在机身两侧和腹部的内置武器舱内，机炮口也设置舱盖屏蔽。普通武器外挂架单件就可能造成 0.5~1m2 左右的 RCS 增量，因此武器内置或采取保形外挂的方式对隐身战机来讲是不可或缺的措施；
⑨. 采取喷口较扁平的二元矢量喷口设计，边缘锯齿倾角也符合平行设计原则，F-22 的二元喷管虽然推力损失了 2~3% 左右，但由于具有较大的管壁面积和较低的高度，有利于后机身的融合一体化设计和空气混合冷却，雷达隐身和红外隐身效果突出，其中 3~5μm 红外抑制效果达到 80~90% 左右，红外辐射波瓣大幅缩小。同时， F119 发动机还带有液氮冷却装置，可以瞬间降低尾部喷流局部温度，在面对红外格斗导弹尾追攻击时可在一定程度上达到瞬间红外隐身的效果，降低被击中概率。
除上述外形相关的隐身设计外，F-22 还采取了天线共用减少辐射孔径、光缆传输、可定向收发的窄波束数据链等措施，进一步降低了主动向外辐射暴露位置的可能性。虽然 APG-77 有源相控阵雷达具备一定的被动探测功能和自适应调零能力，但 F-22 隐蔽接敌模式的被动探测和情报收集能力主要依靠的是其综合电子战系统（INEWS），其中关键是 AN/ALE-94 雷达告警接收机（RWR），这方面的分析本文将在后面电子对抗章节中详细论述。
图 6、演习中的两架 F-22 战斗机
F-22 首架生产型于 2005 年底交付，由于苏联解体冷战结束，美国空军在全球面临的威胁降低，加上本身研发制造成本剧增等原因，F-22 的计划生产数量多次调减，从最初的 750 架一直削减到了 187 架（4 架已坠毁），按照美国方面评估，这个数量应该可以满足支持同时开展两场中等烈度地区性战役的需要。在美军历次举行的演习中，F-22 取得了令人难以置信的骄人战绩，例如对 F-15、F-16、F/A-18 等机型 0：144 的交换比；在对欧洲战机 EF-2000 和阵风的对抗演习中，只在近战和限制过载的情况下有过被“击落”记录；另一次是在对抗 EA-18G“咆哮者”时，据称被对手利用电子对抗手段抢到先机并“击落”。
图 7、EA-18G 在演习中曾击败过 F-22，左图为在 HUD 中显示锁定 F-22 的情形
F-22 自服役以来至今经历了增量 2、增量 3.1、增量 3.2 等多次系统升级和 4 次武器能力更新，包括战术数据链从 IFDL 到 TTNT(增强 Link-16)、MADL（多功能先进数据链，与 F-35、B-2 通用）的升级，APG-77 雷达增加合成孔径（SAR）功能实现对地面机动目标的成像分辨和精确打击能力，增加电子攻击能力，优化武器投放能力（超音速状态下投放空-空和空-面武器）等。其中增量 3.2 计划分为多个阶段：阶段A预计在 2014 年完成，主要针对雷达、通讯数据链和电子对抗设备等升级；阶段 B 计划 2018 年完成，将使全部 183 架 F-22 具备使用 AIM-9X 和 AIM-120D（增程型，有效射程>180公里）的能力，阶段 C 尚未定义完成。研究中的后续计划还包括升级 AN/AAR-56 导弹发射探测系统，并加载类似 F-35 的全向态势感知和红外搜索跟踪系统（SAIRST），综合战斗力将进一步得到完善和提高。
图 8、近期经过升级的 F-22 已经具备了使用发射 AIM-9X 的能力
总体来看，隐身性能是 F-22 克制现役其他三代战机的最大技术优势之一，即使是依靠机载电子设备和武器升级改进的三代半战机，综合起来也不具备对抗 F-22 的能力。一般的观点认为，唯有在借助更先进的反隐身探测技术发现 F-22 的大致方位的情况下，借助电子干扰压制等手段，设法逼近搜索锁定（瞬时 LPI 探测或红外多谱段无源探测等，近距离锁定），或者在其开机状态下依靠无源探测技术快速定位和攻击，才有可能在一定程度上实现与 F-22 的对抗和遏制。但实际战争中战场环境十分复杂，态势瞬息万变，各种技术手段层出不穷，因此这类战术的有效性还很难准确预测，而且在找到切实可行的对抗措施和方法前，很可能首先要付出较为沉重的代价。装备相近技术水平的隐身战机，并就隐身技战术和对抗方法进行模拟演练和研究，同时提前做好关键区域反隐身雷达网的部署和准备，有可能是对抗隐身战机威胁的唯一途径。对于美军在全球的任何一个对手来说，在具备同等水平的战机和战术支援体系前，F-22 绝对是这个世界上最强大和最难以对付的战斗机。
F-35“闪电”
F-35 的研制源自 JSF 计划，该计划是由美国 20 世纪 80 年代的“通用低成本轻型战斗机”（CALF）和“联合先进攻击技术”（JAST）计划合并演变而来。CALF 计划主要为海军陆战队研究一种具备短距起飞和垂直降落能力（STOVL）的轻型战机，替代其使用的 F-16“战隼”。后来在洛克希德的游说下，1992 年空军和海军陆战队同意联合研制一款具有先进短距起飞和垂直降落能力的通用经济型轻型战斗机，这也是后来 F-35B 和 F-35A 区分的由来。JAST 计划是美国国防部 1993 年在取消多用途战斗机（MRF）、海军 A-12 及后续 A/F-X 先进攻击机计划后提出的一项替代计划，目标是开发一种三军通用的联合攻击机系列（延续了此前低成本联合攻击机JAF三军通用的思路），替换几种已经老旧的美制（F-16、A-6、A-10 等）和英制战机（鹞/海鹞/AV-8B）。考虑到 CALF、JAST、JAF 等计划相互重叠，1994 年 10 月美国国会将几项计划合并到了 JAST 计划，新计划将发展一个三种型别的通用飞机家族，包括美国空军和英国皇家空军使用的常规起降型（CTOL），美国海军的舰载型（CV），以及美国海军陆战队和英国皇家海军使用的 STOVL 型。后续的研究中确定了单发单座基本型的设计思路，海军曾一度希望设计双发版本确保可靠性，最后也接受了单发的建议，普·惠的 F119 发动机被定为首选动力，通用电气的 YF120 作为后备。
图 9、波音的 X-32 与洛克希德的 X-35 具有完全不同的气动外形和设计思路
图 10、F-35 已经开始小批量交付美军使用
1996 年 3 月，JAST 计划正式更名为 JSF 计划，并在 5 月份成为国防部正式采办项目。同年 11 月 16 日，波音和洛克希德·马丁公司被选为 JSF 为期 51 个月概念验证阶段的发展商，各自制造两架验证机完成三个型别的概念研究，其中波音的研制方案编号 X-32，洛克希德·马丁的方案编号 X-35。项目同时要求以概念机为基础研究一套武器系统，以满足三军需求，在整个计划中最为苛刻的一条是要求新机全寿命周期成本低于现役的同类战斗机。美国军方还同意普·惠公司以 F119 为基础研发一款提高可靠性、可维护性和推力的新发动机，以平衡发动机研发成本（后定型为 F135 发动机）。按照计划，所有型别的 JSF 战斗机都可用同一条生产线制造，使用同一种针对 CV 和 STOVL 优化的发动机，拥有尽可能多的通用部件，并使用通用的支援和维护系统。
图 11、F-35 机体结构中复合材料占比达到 30%，翼盒采用单块式结构，与机身集成为一体，同时还采用了大面积整体蒙皮覆盖
波音和麦道公司签署了协议合作研发 JSF，1997 年 8 月两家公司合并，另一方面，诺斯罗普·格鲁门和英国宇航公司则加入了洛克希德·马丁研制小组，两组在方案设计上存在很大的不同，如图 9。2000 年 9 月和 10 月 X-32A 和 X-35A 先后实现首飞，经过 10 个月的对比试飞，洛克希德·马丁的 X-35A 在 2001 年 10 月获得了最后胜利，赢得了工程制造与发展阶段（EMD）合同。客观地说，波音公司的下颌进气无尾大三角翼 X-32 方案（包括后期推出的有尾翼方案）在技术上很有特色，但由于在垂直降落方面出现的事故（进气口吸入前升力喷口的高温气流引发高度骤降）暴露了设计缺陷，在空中加油试验中也出现了漏油情况，加上军方对其隐身能力和机动性前景不确定性的担忧，最终导致了竞争失败。而洛克希德·马丁相对常规的 X-35 方案和轴传动升力风扇设计则相对可靠和安全很多（如图 12），没有高温后燃气吸入发动机的风险，空中加油试验十分顺利，一切表现都相当令人放心，因此决定性地获得了最后合同。
图 12、洛马的 STOVL 升力风扇方案采用轴传动常温设计，无燃气吸入风险
图 13、这架 F-35B 正在海上进行垂直着舰试验
F-35 三个型别在设计上针对不同任务进行优化，其中 A/CTOL 型与其他型通用性最高，达到 80%，B/STOVL 型通用性为 70%，C/CV 型由于结构加强、翼展增大和可折叠等原因通用性只有 35%。
图 14、F-35C CV 海军型翼展加大，可折叠，以减少上舰占用空间
隐身设计措施方面 F-35 主要技术继承自 F-22，总体来看设计上既有创新也有折衷让步，不同之处主要在于：
①. 进气道采用了 DSI 加 S 形进气道设计，其中进气道侧壁由验证机的四唇缘改为带大倾斜角的三唇缘设计，以改善大迎角进气效率。DSI 设计在隐身方面的特点笔者在《善隐者，上隐于九天》一文中（以下简称《善》）有详细分析，主要具有正面和侧前方位入射波直射范围小收集量少，以及结构较轻等优点。但受机身长度制约，F-35 的 S 形进气道偏短和陡，在进气道内多次反射吸收的效果方面会略差，前掠唇口也会在前向的行波反射贡献上稍有不利（由于唇口斜切，行波反射会沿唇口边缘法线方向散射出去，基本不会回到原入射方向）；
②. 梯形主翼的后掠角只有 35° 左右，由于侧前方 ±35° 方位仍然属于战术上威胁较大的方位，从这两个方位附近入射的雷达波会在翼前缘形成较强的直接镜面反射。此外，机翼前缘对正前向入射波的镜面反射偏移角也偏小，可能导致部分反射旁瓣回到原入射方向。按照通常的隐身设计原则，机翼前缘后掠角越大对主要威胁角散射偏移越有利，一般建议超过 40° 以上，以提高对威胁最大的正前-侧前方隐身效果；
③. 尾喷口设计上，F-35的 CV 和 CTOL 型并未采用类似 F-22 的二元矢量偏转喷口，估计主要是出于与 STOVL 型保持尾部框架结构通用的原因考虑。为提高后部隐身性能，F-135 发动机的尾喷口采取了有纵向尖拱倾斜面和锯齿化叶尖等措施，在降低雷达散射的同时，对尾流与冷空气掺混也有一定效果，有利于较快降低尾流的红外辐射强度；
④. F-35 机身偏短粗，在前机身座舱段（含座舱盖）、中机身侧下部等迎面角偏大，凸截面较多，在控制散射偏转方向效果上较 F-22 要略差一些，带升力风扇的 STOVL 型外形影响更大；
⑤. F-35 在复合材料应用比例上比 F-22 更高，达到整机结构的 30% 左右，包括全复合材料一体成形机翼和垂尾等，对降低直接散射和表面行波反射等有利。舰载 CV 型的外形略大，翼展增加了 23%，机翼可折叠（图14），带有保形外壳的可弹出着舰尾勾，基于舰载考虑结构作了不少加强，复合材料应用比例略低于其它两型，结构通用性有明显下降；
⑥. 机表主要开口缝隙采用了特制的柔性导电材料填充抹平，同时主要活动机构如翼面转轴接缝部位也采用了柔性导电蒙皮连接，以达到表面导电连续性和遮挡缝隙入口的目的；
⑦. 相对 F-22 的“宝石柱”航电系统架构而言，F-35 的“宝石台”架构综合水平进一步提高，航电雷达和各类天线孔径的共用度也提升到了一个全新的水平，按任务需求书要求 F-35 上应至少有 37 种不同类型的天线孔径，最后经过综合和共用大幅削减到了 9 个，从而显著降低了自身辐射暴露和天线被动暴露的概率。
综合来看，F-35 受限于相对小尺寸下兼顾多军种任务对结构、机体内容积和外形设计等的制约，其侧面和后部外形上的隐身效果有限，结合吸波材料等手段也只能在前向 RCS 特性上较接近 F-22，侧面和后向 RCS 特性较 F-22 差，不过综合起来仍然满足低可探测性要求。F-35 三种型别 RCS 特性略有不同，常规起降的 CTOL 型外形隐身效果最好，CV 型和 STOVL 型次之。
图 15、F-35 设计配备 HMDS 先进头盔显示系统、座舱整体式综合显示系统集成度很高
图 16、F-35 机头下方的综合光电瞄准系统（EOTS）外罩按隐身需要修形，内部传感器不一定安装，而是根据型号和任务需要配置，但外罩始终保留
鉴于任务定位和研制时期的不同，在对地攻击能力、先进传感器和态势感知能力等方面，F-35 具有 F-22 不可比拟的优势，如图 15、16 所示。但也正因为这方面的原因以及多军种任务通用的要求，F-35的研制和生产成本始终居高不下，走货价格在不断向上攀升。最新数据显示 F-35 的 B、C 型 2012 财年采购单价已超过 2 亿美元（含配套武器），虽然其机体预期使用寿命较长，但全寿命周期成本仍然显著高于美军其他三代或三代改战机，这与其研制初衷“经济可承受”的要求显然已经严重背离（根据 2000 年确定的联合需求文件计划采购单价最高不超过 3,800 万美元），同时也会明显影响其最终采购数量。目前 F-35 已小批量交付美军试装，其中给英国皇家空军使用的国际版 F-35B STOVL 型首架也已交付。
图 17、首架交付英国皇家空军的国际版 F-35B 型隐身战斗机
由于其特殊的定位和研制历程，F-35 自诞生之日起就是一款极富争议的焦点战机，除成本和价格问题外，各盟国和客户对其隐身性能、机动性、武器载荷等方面存在各种质疑。例如澳大利亚对 F-35 的隐身性能、机动性能否有效对抗周边 Su-35 等表示担忧，同时也认为其航程不足，难以满足远程攻击任务要求。还有部分国家则对 F-35 内置武器数量较少，尤其空战模式下只能配备两枚中程对空导弹表示不满。此外，有人猜测很可能在美军使用的机型和英国等其他国家使用的机型上对隐身技术会有所保留，可能存在些微差别（例如隐身材料、涂料等细节差异）。出口型 F-35 的隐身性能实际情况如何尚无法证实，但事实上此前美国政府在许可出口 F-15SE“沉默鹰”时已经有过先例，根据波音 F-15 项目经理琼斯的说法——“这不是你能够达到怎样的隐身水平的问题，而是允许达到怎样的隐身水平的问题，美国政府控制着这个事情。” 他说：“我们可以根据不同国家来设计不同的隐身水平，我们需要决定在飞机的各个部位做些什么以达到特定的 RCS 水平，采用什么样的技术组合取决于我们要求的 RCS 水平和在什么部位做。”
根据洛克希德试飞员的描述，F-35 在内置 2 中+2 近空-空导弹执行空战任务时整机推比接近 1，其飞控系统允许飞行员在 50 度攻角以内进行机动，且加速性方面优于 F-16。从目前仍在进行的任务机动包线试飞中，F-35 表现出来的飞行品质和机动能力与 F/A-18 很相似，对其高机动能力的疑问也许在全部包线测试完成后会得到一个较为令人满意但又不会太意外的答案。此外，海军的 F-35C CV 型目前在着舰试验方面碰到了较为严重的结构设计问题，最终解决时间尚不确定。在己方掌握制空权并压制摧毁对方主要防空体系效能的情况下，F-35 可以采取武器外挂的方式遂行攻击任务扩大战果，此时对隐身性能的要求已不那么重要和苛刻。不过在这类任务场景下，特别对武器载荷能力和航程等方面而言，F-35 的潜力显然还无法与经过隐身改造后的 F-15SE“沉默鹰”相比，但二者在成本上却存在着明显差距，这也是一直以来存在的另一个有争议的话题。
图 18、F-35 采用外挂武器方案时隐身性能下降，且武器载荷能力不如 F-15SE“沉默鹰”
二、 那些年，我们一起追过的猛禽
F-22“猛禽”在以 4S 为特征的综合能力指标方面达到了很高的标准，从技术追赶的角度来说这也是横亘在所有挑战者面前的一堵高墙。有全球最先进的大推力发动机技术、最深厚的隐身技术和设计功底、最高级的航电综合技术为基础保证，F-22 在飞控气动，比如放宽静稳定度程度、减小翼载、二元矢量推力（隐身效果与推力损失）、以及结构设计方面所获得的弹性空间及裕度，在全向隐身性能方面所能达到的高度，对俄罗斯、中国等其他国家而言短期内是根本难以比肩的。唯一现实的做法，是在本国力所能及的领域，如气动布局、高机动性和超巡等某一个或某几个方面实现赶超，再借助战术和体系的调整支援来一定程度上弥补其它的短板，才有可能在综合战力上尽量扯平。一直有人说美国在 F-22 的隐身性能上花费了太多力气，影响了超机动性和态势感知体系作战的战术能力，是一种不平衡的设计产物，但必须清醒地认识到，即便是那些所谓相对不足的能力，对其他国家而言也存在着绝对的水准优势，以至于俄、中两国不得不损失了部分全向隐身性能的情况下，使尽浑身解数从气动布局、载荷空间及电子对抗手段等方面寻求弥补和小幅赶超，以图缩小与 F-22 的综合实力差距。
俄罗斯——“我失骄杨君失柳，杨柳轻飏直上重霄九”
俄罗斯在四代机（俄版五代机）论证起步方面其实并不比美国滞后多少，早在美国所谓“F-19”（即 F-117 的流言版，还记得 80 年代那个著名的 F-19 隐身飞机玩具模型事件吗？）和 ATF 计划泄露后不久的 80 年代中后期，俄罗斯就已经正式启动了对应的方案研究。目前俄罗斯在新一代战机研制方面的落后局面，更主要应归咎于自 20 世纪 80 年代以来其国家和政体经历的一系列演变和动荡造成的影响，特别是国家经济实力的严重衰退，新战机研制的经费得不到充足的保障，人才大量流失，相关的基础技术研究也缺乏投入进展缓慢。尽管如此，俄罗斯在此过程中还是推出了一系列的新一代战斗机背景研制方案，如米格系列的 1.42、1.44 方案和苏霍伊 S-37“金雕”（早期叫 S-32）等，其中后两者在上世纪 90 年代后期还制造出了验证机进行试飞测试。此外，在对应美国 JSF 计划的轻型战斗机方案方面，俄罗斯方面也有对应的 LFI/LFS 计划，包括米格 I-2000 和苏霍伊的 S-55，这些方案虽然无一能成功走到最后，但仍体现出了一些独特的设计思想和能力。
图 19、1986 年 7 月，美国泰斯特模型公司的“F-19”模型引发了全球对隐身战机的关注
早期 MiG 1.42 是类似 F-22 的常规布局方案，进气口前上方有较大边条，受 F-19 模型影响的双垂尾内倾设计等，后来几经变迁演进到了 MiG 1.44 的鸭式布局方案，如图 20、21。MiG 1.44 在隐身设计上并没有走 F-22 的路子，机体外观显得比较钝圆，一度让很多人猜测其隐身是否将依赖等离子体隐身等技术。事实上等离子体隐身技术由于在激励能耗、体积重量和覆盖稳定性等方面存在较多局限性，虽然前景美妙，但即便到目前为止仍未真正达到可以作为主要隐身手段上机实用的地步。另一方面，苏霍伊最初在新一代战机研制上提出的是鸭式布局和三翼面两种方案，后来为获得更好的大迎角可控性、高升阻比和结构布局上的优势，西蒙诺夫大胆在两个方案中均应用了十分前卫的前掠翼设计，并最终研制出了曾经轰动一时的 S-37“金雕”，如图 22。得益于三翼面（尾撑延展可动边条面积较大，参与配平，形成小平尾）加前掠翼的气动布局，S-37 在尚未安装推力矢量装置的情况下即可获得大迎角过失速机动、超巡、小半径甚至 0 半径翻转等超常规机动能力。在隐身设计上，S-37 采用的倾斜曲面、遮挡、S 进气道（图 23）、尾流红外抑制和吸波材料应用等方面综合水准较之 MiG 1.44 更进一步，虽然还远未达到 F-22 的隐身性能标准，但已显示出了较大的发展潜力。
令人遗憾的是，在经济衰退的影响下，俄罗斯的战斗机研究经历了极为动荡的 20 年，米高扬的 MiG 1.44 和苏霍伊的 S-37 项目相继折翼，最终都未能完成从验证到生产装备的转换，直到后来借助拉拢印度投资参与 PAK-FA 未来前线战斗机计划，俄罗斯的新一代战机研制才重新有了起色，这也正应了那句“我失骄杨君失柳，杨柳轻飏直上重霄九”。尽管结局令人扼腕，但俄罗斯通过 MiG 1.44 和 S-37 的研制，还是对新一代战机气动布局、动力系统、复合材料技术、高机动性、超巡、飞控以及综合隐身技术进行了卓有成效的研究和验证尝试，为后续的 T-50 奠定了良好的技术基础。
图 20、米格 1.44 早早夭折，这张照片的后机身难免令人想起了 J-20
图 21、米格 1.44 四面图
图 22、S-37 的前卫气动外形和超机动性曾经令世人侧目
图 23、S-37 的隐身设计有所进步，图中可见进气道明显弯曲呈 S 形
在 2007 年与印度签署协议合作研制 PAK-FA T-50 之前，苏霍伊一直在坚持缓慢发展第五代战机计划，而在获得印度的资金投入后该项目进展明显加快，2010 年 1 月 T-50 实现首飞。T-50 在总体气动布局和结构设计上沿袭了一些 Su-27 的思路，比如翼身融合、分离较宽的进气道和发动机吊舱等，面积较大的前机动边条起到了类似鸭式前翼的作用，在大迎角机动中具有三翼面操控的一些特性，较宽大和向两侧延展较好的横向气动布局设计，结合升力体和矢量推力技术，可获得优秀的大迎角操控能力和高升阻比，在超机动性方面具有相当可观的发挥空间，如图 24。而在其超音速性能方面，虽然可能存在双发间距大、迎头浸润面积较大，阻力偏高的问题，但其相对较大的主翼后掠角和超薄翼型等降低了阻力，主翼与尾翼耦合也较好，加上动力系统具备较大的超音速段推力，超巡能力和极速方面应无太大困难。
图 24、“我失骄杨君失柳，杨柳轻飏直上重霄九”，历经挫折的俄罗斯战机研制能力能否借着 T-50 的春风东山再起
T-50 的隐身性能分析笔者在《善》文中有较详细的说明，主要是在机体下部、进气道和尾段设计存在缺陷，同时笔者也认为其在前上方向具备低可探测性（假定座舱盖和光电头外形问题解决），下方和侧后向则有必要作出改进，较之早期的 MiG 1.44 和 S-37，T-50 的隐身设计水平已经有了大幅提升。从近期 52 号机的照片（图 25）可以看到一些积极改变，如部分造成散射 RCS 加大的转动面接缝等已采用柔性蒙皮连接覆盖，雷达罩与机身结合的边缘则采用锯齿状吸波贴片遮挡，显示俄罗斯已经注意到这些缺陷并开始着手逐步改进。虽然从细节上看其隐身控制水平和工艺仍低于 F-22 和 J-20，不过未来有望获得进一步的优化完善。
图 25、T-50 的 2 号试验机细节处透露出了对隐身性能进行逐步优化的信号
中国——“谁无暴风劲雨时，守得云开见月明”
我国对隐身技术开始关注始于 80 年代初期，这段时间也正是关于美国在研发雷达看不见的飞机的消息开始逐步公开的时候，最早在“六五”末期时南航等少数单位就已开始对隐身技术进行初步探索。1985 年底，国防科工委正式将隐身技术列为高技术预研课题，作为“七五”期间跨部门重点预研项目之一，并成立了国防科工委隐身专业组，初步规划了研究计划指南。经科技局研究指定 601 所作为预研项目的总承包单位，牵头组织各大院校和专业所、主机所展开分项研究。1987 年底成立的航空工业部隐身技术研究课题组也是由 601 所总承包，李天担任课题技术负责人，参与单位有 620、621、611 所和北航、南航、西工大，研究内容包括外形、进气道、材料、计算方法等。“七五”期间隐身研究最大的贡献是在隐身技术认识、理论分析和实验测试方法、RCS 计算方法和软件等方面初步建立了较为全面的研究体系和基础，这其中也包括了对二元喷管红外抑制试验研究、座舱风挡镀膜技术验证、吸波结构材料研制等关键性的探索研究工作。
“八五”、“九五”期间继续深化隐身理论、方法体系和技术研究，重点是建立了包括总体/气动/隐身综合外形设计、隐身外形与结构设计、飞/推综合、飞/火综合等关键性的设计方法和技术体系，并对推力矢量（重点是轴对称推力矢量技术）进行了深入研究，此外，在隐身措施实用化、RCS测试手段等方面作了大量有益的尝试。“八五”末期，在对隐身技术演示验证机的选择问题上，主要院所间出现了明显的分歧，最后结果是分别以歼 7（611 牵头）、歼 8II（601 自筹）两种现役战机为对象，重点进行三大强散射源：进气道、座舱、雷达舱的隐身改进。“九五”期间两组人马分别实施了大规模的外场实机 RCS 测试（图 26），其中 歼 8II 的测试过程邀请了俄方专家现场观摩指导。值得一提的是，在初期 RCS 测试的手段、工具都很不完善，很多设备器具都是研究人员们手推肩扛一点一点手工赶制出来的，条件十分艰苦，但也为后来的研究工作打下了坚实的基础，其奋斗精神令人敬佩。
图 26、J-7 和 J-8II 外场 RCS 测试的两张珍贵照片，几块白色泡沫塑料人工垒砌的简陋测试支架和转台，还有测试人员脸上的笑容，记载着那段艰苦岁月的辛酸和坚定
同样是在这段较为特殊的历史时期，中俄间关于下一代战机背景机研究的交流合作可谓是影响深远，其中米格的 I.44、苏霍伊的 S-37 和三翼面方案在后来 601、611 的几型五代机方案中或多或少都残留了一些影响。所不同的是 611 后来经过 J-10 研制历程中的研究和积累，在鸭式气动布局和数字飞控技术掌握方面已经独树一帜，对 DSI（Bump）进气道的研究和应用也比较及时。而 601 虽然一直对俄系设计思想推崇备至和秉持甚笃，但也对美制 F-22 等隐身战机进行了大量分析研究和模型试验，在气动/隐身综合总体设计、隐身进气道设计（研究了 Caret 和 Bump 两种进气道形式）等方面研究积累较深，视野并不局限于俄系设计。两大主机所在经过“九五”、“十五”期间对背景机方案的广泛预研之后，最终都拿出了具备一定特色和创新的自主方案参与我国五代机方案竞争。
在“十一五”阶段，我国采用全程竞标方式确定了五代隐身战斗机的最终方案。601 和 611 所在竞标前对各自提出的几种方案进行了大量风洞试验和预研，针对型号方案的 4S 能力有详尽的分析报告。根据有关资料和目前流传的一些信息，601 的主推方案发展自“十五”期间研究的“98-03”方案，采用了三翼面和三维矢量推力设计，在大迎角性能、机动性、敏捷性方面最优，并可在 65° 以上仰角情况下保持航向稳定和机动可控，但缺点是隐身性能在所有方案中最差，升力特性也较差。611 的主推方案是一种结合升力体机身、带全动 V 型垂尾和三维矢量推力的中距耦合鸭式布局战斗机，该机在所有方案中隐身性能最优，大迎角机动性和升力特性排第二，机动性第三。关于这次竞标，有传言是 601 不能保证原型机出厂时间（预计 2015 年），而 611 承诺的是 2010 年首飞，这个与 J-20 在 2010 年末高滑试验曝光，次年 1 月初首飞的时间看起来相差不大（注：这里也不确定被军迷拍摄到的是否首飞）。竞争的结果众所周知，胜出的是 611 的鸭式升力体布局方案。当年的这个方案与今天我们所见的 J-20 在外形上还存在一些较明显的区别，主要改变是从机腹进气改为两侧进气方式，并采用 DSI 进气道，主翼前增加了较大的边条改善各种迎角条件下的升力特性，鸭翼和全动垂尾从原菱形翼形改为后掠翼形。至此，我国几乎在刚刚啃下三代战机研制这块硬骨头的同时，转眼间又拿下了五代先进隐身战机的制高点，正所谓“谁无暴风劲雨时，守得云开见月明”，当 J-20 如蛟龙腾飞在天之时，就是对这 20 多年来经历的一切艰辛和付出的努力的最好回报。
图 27、J-20 在隐身和气动结合设计方面也达到了很高水平，这张盘旋过程的照片鸭翼下偏角明显，说明处于较大攻角状态
J-20 采用偏远距耦合鸭翼加较大边条和中等后掠角菱形主翼，融合升力体机身设计的气动布局，具有大的迎角可控性（满足 60° 迎角可控）和很高的升力系数，布局也有利于超音速飞行和机动，结合未来的矢量推力系统可以确保其超机动性和超巡等能力的要求，同时较大的机腹内置弹仓也给遂行多用途任务能力和防区外打击能力提供了更大的拓展空间（图 27）。J-20 的隐身特性参见笔者在《善》文中的详细分析，就外形隐身效果而言，前向和侧向上 RCS 应该与 F-22 接近，满足低可探测性要求，后向较差，有必要作进一步优化完善。
图 28、J20 的 01、02 号机外观上只有细微差别，备受关注的后机身和发动机暂无改动
对于这次意义重大的竞标，以今天的观点来看，如果 601 的方案能够保证在 2011 年上半年左右出厂的话，事态也许有机会发展成类似美国 YF-22、YF-23 那样两种机型对比飞行试验决定竞标结果的局面。我国在结构、材料、航电和动力等各方面设计制造能力与美国存在明显差距，如果采用与 F-22 相近的设计显然在性能水平上很难实现超越，而从气动布局等方面进行突破则有可能获取超常的收益，这一点俄罗斯也类似，从苏霍伊的前掠翼、三翼面设计方案就可以深刻体会得到。此外，还有一个值得关注的情况，美、俄等国的新一代战机方案气动布局和结构设计均在很大程度上沿袭了前一代制空战机 F-15、Su-27 的路子，这样做的优点是可以降低整体方案的技术风险，缩短研制周期，同时也能够充分挖掘同一类型方案的潜力。反观这次的方案竞争，611 的鸭式方案得益于已经吃得很透的 J-10 的气动布局，以及日渐完善的先进飞控系统设计，在鸭式布局基础上增加较大边条以获取更高的升力系数和大迎角控制能力，是有基础有继承的突破，技术风险较小，研制周期可控性强；而 601 在三翼面的气动特性和控制上并无太多实际经验，很大程度上降低了方案的前景预期和时效把握。如果我们站在国家和军队的需求角度来看，在深切感受到美国近 30 年来历次现代化战争所反映的实力差距与隐身战机的威胁，并经受过 96 年事件等多次近海摩擦吃亏的刺激，又要面对美国不断增加亚太区军力部署（包括 F-22 进驻等）与日俱增的外部压力的严峻形势下，4~5 年的时间差距和对技术风险的把握，在决策影响上完全可以说是压倒性的。
图 29、近期 601 所设计的另一款新型隐身战机曝光，证明隐身技术壁垒已彻底被我国攻克
纵观俄、中两国在新一代战斗机设计方案上的演变和思路，均体现出在动力、隐身和航电等偏弱的情况下，集中力量从气动布局入手，提高超机动性、大迎角和超巡等方面的性能，这样在各自防空体系的支援和有针对性的战术选择下，完全有机会与 F-22 进行对抗和遏制，在综合体系上获取较为均衡的机会。相对而言，有经济实力的保障，在航电水平进步较快的情况下，如发动机问题顺利解决，J-20 的综合性能将与 F-22 最为接近甚至局部反超。J-20 和 T-50 的追赶也令美国人深感忌惮，为保持未来军事优势，近来已加快了对 F-22 的升级，并加强了对下一代战机以及隐身无人机的研究。
小国也疯狂——我们一起追
在主要大国的身后，作为美、俄传统的盟友和附庸，欧洲、日本、韩国、瑞典、印度等都在开展隐身战机的研制工作，有美、俄一定程度上的技术支持，这些战机方案隐身性能方面或不至于太差。但由于自身在综合技术体系的完备性、研究基础和设计制造能力水平上的全面差距，这些战机即使研制出来，各方面的性能也显然是无法超越其师的，甚至很可能被中途遏制自有技术能力，最终发展成不得不放弃并转为购买美、俄外贸战机的局面。因此对于这些国家，除了有可能在材料、机载设备等方面实现局部创新突破外，其余方面并不值得重点关注，能够压制 F-35，自然也能压制各种猛禽斯基和山寨闪电。另一方面，这些国家的方案多数还停留在纸面或预研阶段，少数进入了原型机/验证机制造阶段，由于动力系统的限制多数是中、轻型战斗机方案，隐身设计方面基本上是抄袭和借鉴前文所述的几种机型，因此本文不再详细进行分析，仅附图略作一览。
图 30、日本、韩国、瑞典的隐身战机设计方案，由于体积较小，基本都采取外挂武器或保形吊舱的方式
三、 乱花——种类繁多的隐身无人战机
隐身技术发展成熟后，在无人机（UAV）等领域得到了迅速应用，由于无人机具有更隐蔽、低风险、被击毁时损失较小等优点，通常被用在高危险区域执行纵深侦察、情报收集和对地面机动目标精确打击等任务，同时也可以低成本的优势替代执行大量的日常侦察任务，而有人隐身攻击战机如 B-2 和 F-35 等则主要用于在战役中压制和摧毁高价值目标。在隐身无人机的研制方面，仍然是美国领先全球，无论在 UAV 研制经验、种类、性能和数量方面都位居首位，其他欧美亚国家与之相比可谓相形见绌，但也不乏闪光之作。我国在这个领域目前已全面发力，渐入佳境，近来也取得了十分令人鼓舞的成绩。
由于无人机一般不强调高机动性而偏重航程和有效载荷，因此在进行隐身和气动设计时很自然地会选择具有较高升阻比的气动外形，如后掠角偏小的飞翼外形或较长的平直翼形，结构和蒙皮上可以采用大比例或全复合材料设计（结合吸波结构材料），当采用涡扇发动机为推力系统时同样要对进气道进行口面斜切、S 形弯道屏蔽或加吸波导流片屏蔽等措施，在尺寸和推力足够的情况下，尾喷口通道还可以考虑 S 形偏转或采用扁平格栅式喷口，这一点在美国的几款新型 UAV 上已普遍应用。由于前述的种种便利，无人机隐身设计往往较之有人驾驶战机更容易和更彻底，RCS 经过精心设计后可以达到极低可探测性的要求。
如果追溯对无人机采取降低 RCS 措施的历史的话，其实最早在上世纪 50 年代的时候美国人就开始在其火蜂无人机上试验了，当时主要采取表面贴吸波片和对进气口加金属屏蔽网等方式，曾经被用于执行对中国大陆沿海地区的夜间侦察任务，但由于效果有限，有过多次被地面雷达发现和击落的记录。在上世纪 90 年代隐身技术发展成熟后，美国先后研制了一系列性能优越的隐身无人机，在历次战争和地区冲突中发挥了巨大作用，成为他国纷纷效仿的标杆。
RQ-4“全球鹰”
全球鹰是美国 90 年代中后期发展的一款隐身无人机，其研制目的主要是取代 U-2 对敌对国家进行高空侦察、情报收集等任务，机上安装了侧视雷达（合成孔径模式 SAR）/光电/红外等探测装置和电子监听设备。
图 31、美国先进的材料和发动机技术是“全球鹰”长航时的保证
RQ-4A 原型机在 1998 年 2 月首飞，并在正式装备前就被美国空军派到了阿富汗战场进行实战检验，随后 9 架试生产型 RQ-4A 又被用于伊拉克战场，在这两场战争中发挥了重要作用。RQ-4A 具备较低的 RCS，最大航程达到 24,985 公里，最高升限接近 2 万米，可以连续不断飞行 36 小时，是名副其实的全球鹰。RQ-4 发展了多种型号，包括基本型的 RQ-4A，海军增加载荷航程降低的 RQ-4B 型，德国的 RQ-4E“欧洲鹰”，以及用作战场通信指挥节点的 EQ-4B 型等。
图 32、“欧洲鹰”在 RQ-4B 基础上安装了欧洲航空防务及航天公司的情报侦察系统
RQ-1/MQ-1“食腐者”
食腐者是美国上世纪 90 年代中期发展的另一款著名的轻型隐身无人机，翼展 14.8 米，标准起飞重量仅 1.02 吨，其任务是战场支援和前线观察。MQ-1（M 表示具有武器携带能力）正常情况下可携带两枚 AGM-114 海尔法导弹，利用机载的电视/红外探测装置搜索，通过卫星数据链将信号传递给后方的地面控制站，由操作人员远程操纵选择目标和攻击，是一种人在环路的作战模式。
图 33、“食腐者”是一款低成本高效能的经典无人机
RQ-1/MQ-1 采用全碳纤维机身和螺旋桨推进，具有低 RCS 和低噪声的特点，其每小时 130~165 公里的巡航速度并不快，但在掌握了制空权的情况下对地面小机动目标具有巨大威胁，其地面控制站通过远程视频信息和类似游戏杆的操纵装置，可以轻松操控 RQ-1/MQ-1 完成远在 600~700 公里外的搜索攻击任务，十分简单方便。RQ-1/MQ-1 自 1995 年装备以来几乎被美国用在了每一场战争、地区冲突和反恐袭击任务中，包括阿富汗、巴基斯坦、波斯尼亚、塞尔维亚、伊拉克、利比亚和索马里等。
图 34、地面控制站的操作人员通过远程视频等信息遥控无人机行动
MQ-9“捕食者”
捕食者是美国 2000 年前后研制的一款专用于执行地面目标寻-歼任务的远程长航时隐身无人战机，在设计和作用上是更像是一款尺寸放大和攻击力增强版的 MQ-1，其作战模式和地面控制站与 MQ-1 也一样，正式装备服役是在 2007 年。
图 35、“捕食者”就是更大号的“食腐鸟”
MQ-9 机长 11 米，翼展 20 米，巡航速度每小时 580 公里，可满负荷飞行 14 小时，最大起飞重量达到了 4.76 吨，最多可携带 1.4 吨外挂武器和内置 360 公斤（单挂架）武器，包括 GBU-12 激光制导炸弹、AGM-114 海尔法导弹、GBU-38 JDAM 和 AIM-9 响尾蛇导弹等，是一款战斗力十分强大的无人战斗机，被用在伊拉克和阿富汗等地区执行战区猎杀任务。2008 年美国还以 MQ-9 组建了首个无人战斗机联队，替换国民警卫队驻纽约第 174 大队的部分 F-16 战斗机。
RQ-170“哨兵”
RQ-170 是美军用来承担远程情报收集交换枢纽角色的隐身无人机，采用了低 RCS 飞翼外形设计，机长 4.5 米，翼展 12 米，由洛克希德·马丁公司臭鼬工厂设计研制，2007 年装备入役。关于 RQ-170 使用最为著名的两次事件是：2011 年 5 月在美军偷袭并击毙本·拉登的行动前后全程担当情报收集控制枢纽；2011 年 12 月在被干扰欺骗 GPS 导航信息后，被伊朗捕获并公开展示，技术上存在已泄露和破解的风险。
图 36、虽然被俘获暴露了作战弱点，但“哨兵”的战术情报枢纽价值还是很值得称道的
美国研制中的几款隐身 UAV
目前美国正在研制中的几款隐身 UAV 包括诺斯罗普的 X-47B、波音的“幽灵射线”（X-45 系列最新发展型）等，早期也都是美国国防部先进研究项目局（DARPA）资助的演示验证项目，后来 X-47B 成为国防部正式立项合同项目，将主要用于美国海军航母舰载作战，波音的 X-45 系列虽然最终未立项，但一直在自行发展和研究中。这几款 UAV 外形上均采用了飞翼设计以实现极低可探测性目标，其中 X-47B 外形非常科幻，基本是在中央菱形机体外侧接了两片平直后掠机翼，翼展 18.92 米/折叠后 9.41 米，最大起飞重量达到了 20.2 吨，可在 2 个内置弹仓携带 2 吨弹药，最大航程 3,889 公里。计划中的加大型 X-47C 翼展将达到 52.4 米，载弹量增加到 4.5 吨。
图 37、诺斯罗普的 X-47B 外观看起来非常科幻
X-47B 计划在 2013 年进行航母着舰/起飞试验，波音的计划不详。根据已知消息，源自 X-45N 研究的自动着舰系统已经被波音公司成功应用在了 F/A-18F 舰载机上，而诺斯罗普的 X-47B 上则采取了另外一种完全不同的方式，通过一套远程控制系统由地面/舰载人员遥控引导无人机实现精确着舰，目前还在开发试验中。不论是哪一款 UAV 最后被美国海军选中，一个比较明确的前景是，未来隐身无人战斗机将随美军航母搭载部署，与舰载 F-35C、F/A-18E/F 等战斗机配合执行美军全球作战任务，将在一定程度上改变未来海空战模式，并给其所有对手带来巨大的威胁和麻烦。
图 38、波音的 X-45 系列设计优秀，但在项目合同上一无所获
其他国家的隐身无人机研究
隐身无人机不止美国在研究，欧洲、俄罗斯和我国等都在积极投入研发，其中比较值得一提的有英国的“Taranis”（8 吨级，类似 X-47B），俄罗斯米格设计局的“Skat”（10 吨级，武器载荷近 2 吨），德国的“Barracuda”（3 吨级，战场支援）等。我国近年来在隐身无人机研究方面进展较快，研制种类较多，但多数偏小型和微型，在中大型隐身无人机研制方面受美国思路影响较明显，但也有一定的中国特色，例如采用了连翼布局的某型远程隐身无人侦察机，采用飞翼布局和着舰验证系统的某型隐身无人机等，这些机型受限于动力系统和材料技术的差距，在航程、载荷等方面较之美国类似型号还存在较明显的不足，但满足我军在周边亚太地区和局部范围的战术使用已基本够用。
图 39、英、俄、德、以四国在研的几种 UAV
四、 暗战——电子对抗与战机生存力
在上篇和本文前半部分，我们已经重点讲述了隐身技术的作用和发展应用，在本节，笔者将对电子对抗能力，以及与此相关的所谓主动隐身技术作简要介绍，并提供一些与战机生存力相关的参考数据来说明其作用及效果，最后分析美制 EA-18G“咆哮者”的案例。
战机生存力，是战斗机躲避或对抗人为敌对环境的能力，其定量描述可以用生存概率的计算公式来表达：
Ps = 1 - Pd*Pt*Pl*Pk
其中 Pd 表示被对方搜索发现的概率，Pt表示被跟踪锁定的概率，二者与对方雷达等探测能力、己方战机探测敏感性（主要由隐身性能和电子对抗能力决定）有关；Pl 是对方攻击武器（导弹、火炮等）的发射/命中概率，与该武器效能、制导精度，以及己方战机敏感性等因素相关；Pk 是己方战机被武器击中后的损毁概率，与武器威力和飞机抗损毁性有关。由这个公式可看出降低己方战机敏感性，即提高隐身性能和电子对抗（ECM）能力，将至少决定和影响 3 个关键的概率因子，对提高战机生存能力有着举足轻重的作用。
一方面，缩减 RCS 是最直接有效的提升战机生存力的技术，可以直接缩短雷达发现和跟踪距离，降低导弹和火炮命中率，并为提高电子对抗效果创造有利条件。根据雷达探测距离与目标 RCS 的关系，正常情况下该距离将随 RCS 缩减比例的 0.25 次方变化，比如 RCS 缩减 1/2，探测距离缩短至 84%，而 RCS 缩减到十分之一或者百分之一，相应的探测距离减少到原来的 55% 和 30%。但这一距离-RCS 关系在实际应用中仅适用于已发现目标后进行稳定跟踪的情况，当雷达处于地面或空中搜索状态时，前者相当于对应一片未知的曲面区域扫描，后者相当于对一个立体空间体积进行扫描，考虑雷达针状波束扫描完所有空域所花费的时间和发现并建立目标信息（一般需要最少 3~6 次连续扫描信息才能确定目标）的概率，缩减 RCS 造成的发现距离缩短情况会更加严重。根据美国的一项研究，对于传统的机械扫描方式（非电扫相控阵雷达），地面搜索警戒雷达的有效探测距离-RCS 缩减比例关系将变为约 0.5 次方，机载雷达搜索的发现距离-RCS 缩减比例关系更低，大约为 0.75 次方，对应的探测距离-RCS 相对比例情况如下表 1 中数据所示：
表 1、实际应用中机械扫描雷达在不同搜索方式下目标 RCS 缩减造成的发现距离缩短比例
另一方面也有研究表明，单纯采用降低 RCS 的方法提高战机生存力的做法并不明智。当我们采取简单的外形修改或应用吸波材料使飞机 RCS 下降 10dB 左右时，飞机的成本、重量和机动性等的影响变化尚可承受，但指标要求提高到削减 20dB 及以上时，所付出的这类代价将翻数倍提高，这一点从 F-22、F-35 高昂的研制和维护成本也可以看得出来。在这种情况下，要想进一步提高战机生存力，就需要借助于电子对抗技术的能力。
现代电子对抗技术种类很多，总体上可分为有源和无源两大类型，其中有源方式一般从对雷达检测相关的幅值/增益、相位、频率、时间和波束旁瓣等入手，实施电子对消、覆盖干扰、角度欺骗、距离欺骗、逆增益欺骗、速度门牵引（速率滤波通带移动干扰）、交叉极化干扰、相干干涉，以及施放有源雷达、红外诱饵等等，使得雷达无法有效检测目标回波或测出错误的高度、角度、速度、数量等信息，进一步影响后续的战术、跟踪和攻击条件。无源对抗措施相对较简单，例如特制的箔条、角反射器诱饵、烟雾发生装置等，以混淆或遮掩真实目标，干扰信号检测为目的。电子对消作为一种特殊电子对抗的手段，有时也被称为主动隐身技术（图 40），其基本原理是在检测到对方雷达探测信号后，根据入射波相位和本机在入射方向的 RCS 特征值，计算并向对方发射与回波信号频率相同但相位相反，且与回波信号强度匹配（根据入射波信号强度和 RCS 计算）的反相信号，实现回波信号的完全对消，令对方雷达无法检测到有效回波信号，从而实现类似隐身的干扰效果，这项技术在美国 B-2、法国阵风等战机上都有采用。在这里也有必要提一句，在数字化雷达特别是数字相控阵雷达兴起后，对电子对消技术已经有了一定的克制能力，这方面技术笔者在后续相关专题文章中再作详细分析。机载电子对抗装置可以采取本机内置、外挂或专用电子支援（ESM）战机伴随等方式在作战中使用，对敌方空中和地面防空体系进行压制和干扰，使对方无法正常发现、跟踪、发起攻击和降低武器发射后的命中概率，从而提高作战任务中的生存力。
图 40、有源电子对消原理示意图
隐身技术与电子对抗技术结合，可以显著降低战机敏感性，提高作战生存力。在雷达和电子对抗技术中，有一个关键的技术术语——烧穿，其基本含义代表的是目标回波信号被干扰信号在幅值（强度）上刚好被淹没，从而无法被雷达检测出来的现象。当目标进一步靠近时，回波信号增强，雷达又能重新检测出目标信号，这个临界距离也被称为烧穿距离（图 41）。对于缩减了 RCS 的隐身目标，其回波信号强度显著低于非隐身的常规目标，雷达能够从各种杂波或干扰信号中发现隐身目标的烧穿距离将被大大缩短。我们换一个角度来看，己方战机在遭遇对方雷达探测时实施电子干扰，则干扰信号一定要强于本机反射回雷达的回波强度（也不能过强造成辐射距离和范围过大，额外增加暴露机会，需进行自适应功率控制），一般战机可能需要几千瓦的干扰机功率。但如果本机采取了隐身措施，RCS 下降 10dB，即反射回对方雷达的回波信号强度下降到之前的 1/10，烧穿距离被大幅缩短，同时在相同距离上如果实施保护性电子干扰，所需的功率可以同比下降 10dB，只需几百瓦即可。如果 RCS 下降 20dB，这一数值会进一步下降至几十瓦。这样在同等对抗环境下，采取了隐身措施的战机就可以大大减轻机载电子对抗设备的重量和供电压力，同时还可以节省宝贵的内部空间。
图 41、烧穿距离示意图，烧穿距离短意味着难以被探测发现
根据一些公开的文献资料，战斗机在缩减 RCS，采取电子干扰条件下从地面防空导弹和防空火炮联合攻击中生存下来的估算生存概率 Ps 如下两个表中所示：
表 2、无电子干扰情况下战斗机生存概率与 RCS 缩减关系
表 3、有电子干扰情况下战斗机生存概率与 RCS 缩减关系
由上述表格数据可见，在复杂战场环境中，单纯依靠 RCS 缩减的隐身战斗机生存概率并不是可以无限提升的，而在采取电子攻击措施辅助后，其生存力得到了大幅提高，例如 RCS 减为 1.0m2 时生存概率已经提高到 95.7%，减缩至 0.01m2 时基本上已可实现无损作战。事实上，美国对战机生存力的研究一直伴随着其隐身技术和战机的研制过程，相关的结论对 B-2、F-22、F-35 等隐身战机的设计具有纲领性的指导作用。我国在“八五”、“九五”期间对战斗机敏感性与生存力关系也进行了较为深入的研究和试验，并在后续隐身战机的研制中作为重要参考依据制定相关的设计指标要求。
对于雷达电子对抗，需要借助一些传感器和数据处理设备才能有效实施，其中包括高灵敏度的雷达告警接收机（RWR）、高速电子战处理系统、人-机终端和干扰发射机等组成。实际战争中仅靠战斗机自身携带的电子战设备往往是不够的，还需要专门的电子侦察与情报收集（ES 和 SIGINT）平台和电子支援/攻击平台来获取更大范围的增强态势感知和实施强力干扰压制，例如前面提到的 RQ-170、RQ-4 型无人机和有人驾驶的 U-2、E-8“联合星”，以及专用的电子支援/攻击战机 EA-6B、EA-18G 等，情报中心处理后的信息可以发送给空中/地面指挥中心和相应战区的战机，各战区的战机也可把各自发现的信息送回共享。目前世界各国的电子对抗系统种类和型号可谓是五花八门、琳琅满目，本文以美国海军 EA-18G 和其搭载的 AN/ALQ-99 电子对抗系统为例进行介绍。
EA-18G“咆哮者”与 AN/ALQ-99
EA-18G 是在最新型的 F/A-18F（双座型）基础上改进而来的专用电子战机，主要用于替换已过时的舰载 EA-6B“徘徊者”。波音公司 2001 年时按照 EA-18 航空电子攻击（AEA）机模式，以及配载 AN/ALQ-99 电子战系统的要求，对一架 F/A-18F 进行了改造和演示验证，随后得到了美国海军的订单，新机被称作 EA-18G“咆哮者”，生产型的首架在 2009 年 9 月入役。
图 42、陆续被替换的 EA-6B“徘徊者”舰载电子战机
图 43、EA-18G“咆哮者”提升了航母编队电子支援/攻击作战的效能
EA-18G 与 F/A-18E/F 采取的缩减 RCS 方法相同，通过一系列措施来降低敏感的前、后向 RCS，包括采用铟锡氧化物镀膜的座舱盖、倾斜布置的 AN/APG-79 AESA 雷达天线、雷达隔框覆盖 RAM，采用双斜切进气口 Caret 进气道（图 44），道内关键部位涂覆吸波涂料，并在发动机前增加了一道固定偏转角的吸波导流叶片格栅，主起落间和发动机检测舱盖边缘锯齿化，所有表面小开口覆盖菱形金属网罩，同时尽量采用平面天线和传感器装置以减少表面突出物。由于海军对 F/A-18E/F 的隐身要求不高，因此波音公司并未在机翼和尾翼前缘等较强反射面应用吸波涂料，整机吸波涂料使用量大约是 70 公斤，比 F/A-18C/D 还少了 40 公斤，主要用在了进气道唇口等位置。经过缩减后 F/A-18E/F 整机的 RCS 特征大约相当于 F-16 的水平，前向约 2~3m2 左右，事实上如果考虑 EA-18G 执行任务时通常需外挂 AN/ALQ-99 吊舱和 AIM-120、AGM-88“哈姆”等导弹的话，任何过于追求机身隐身效果的行为从成本和实战角度来说意义都不大。不过 F/A-18E/F 和 EA-18G 降低自身 RCS 后还是带来了一些实际的好处，例如编队作战时对电子对抗系统的功率要求大幅下降，配套 EA-18G 的新版 AN/ALQ-99 系统功率输出要求从原 EA-6B 旧版的 10.8 千瓦下降到了 6.8 千瓦。
图 44、F/A-18E/F 的低可探测性进气道设计，可见发动机前方的吸波导流叶片
图 45、EA-18G 作战时通常携带 3 具 AN/ALQ-99 吊舱、两枚 AGM-88 和两枚 AIM-120
电子对抗系统方面，标配的高-低波段 AN/ALQ-99 电子对抗吊舱采用了宽频谱、多信道的数字化接收机和信号分集处理等技术，可以同时实现多路信号的精确定位和监视，根据信号分析对方雷达的类型和威胁程度，并采取多种最优手段对目标进行覆盖压制或欺骗干扰，是目前世界上现役的最先进的外挂电子对抗系统。除 AN/ALQ-99 外，EA-18G 翼尖还固定安装了 AN/ALQ-218 宽带接收机，二者可搭配使用，实现了相当宽频带范围内的信号探测接收和对抗压制能力。EA-18G 一次最多可挂载 5 套 AN/ALQ-99 吊舱，以达到增强并行信号处理能力的目的。不过在实际使用中，AN/ALQ-99 的可靠性不高，经常会出现自检（BIT）错误，而且与机载的 AN/APG-79 雷达间存在一些不兼容干扰，这也增加了机组成员操作过程中的负担，同时过多的外挂阻力也降低了 EA-18G 的飞行速度。对此，波音公司正在积极寻求解决方案，其中之一是采用新的电子对抗系统来替换 AN/ALQ-99，例如发展自 F-35 项目的下一代电子对抗系统（NGJ）。EA-18G 是 NGJ 计划中的初始搭载平台，该系统采用有源电子扫描阵列技术来精确控制干扰波束的方向和波束宽度，并能自适应控制增益能量（AGC）以提高隐蔽性。尽管目前还存在种种技术问题，但配载 AN/ALQ-99 的 EA-18G 却是美军所有现役战机中唯一曾经在演习中击败过 F-22 的机种，其电子对抗系统隐含的战斗力之强由此可见一斑。
图 46、最新型光纤拖曳的 AN/ALE-55 诱饵
在 F/A-18E/F 基本型上也有一套完整的内置电子对抗系统，主要包括 AN/ALR-67（V）3 RWR、AN/ALQ-165 自保护电子对抗系统（Block I 批次）或 AN/ALQ-214 综合防御电子对抗系统（Block II 批次），以及 AN/ALE-47 分散器和 AN/ALE-55 光纤拖曳诱饵（图 46），这套系统主要起保护自身的防御作用，编队作战时电子支援/攻击仍然主要依靠 EA-18G 来完成。
图 47、在阿富汗上空巡逻的两架 F/A-18E，其中一架在脱离机动的同时施放红外诱饵
五、 矛与盾——小议隐身战术与对抗
隐身战机穿透战术运用
在上一章中，表 1 向我们展示了雷达在探测 RCS 缩减的目标时有效发现距离严重缩水的情况，利用这一现象，隐身战机可以采取穿透战术穿过对方雷达警戒网，攻击其后方的高价值目标，同时具有较高的生存机会。对手原本针对非隐身常规目标所部署的雷达警戒网络随着对隐身战机发现距离的缩短，将露出很大的空档，形成较为安全的攻击通道，如图 48、49 所示。隐身战机利用自身电子侦察、告警设备，或者借助己方收集的对方地面部署情报信息，可以寻找出或选择较安全的攻击通道逼近目标并发起攻击，这就是隐身战机穿透战术的基本思路。
图 48、非隐身常规战机在密集的空-地雷达警戒网中很难突防
图 49、隐身战机通常在空-地雷达警戒网中很容易获得突防的安全通道
在一场势均力敌的战争中，隐身战机在战争初期执行穿透战术时，通常会面对非常密集的防空雷达、机动式雷达呈网状交叠部署的情况，仅靠自身对L波段以下雷达低可探测性的优势不一定能获得全程安全的路径，特别在区域敌情不明的情况下执行随机寻-歼任务或偷袭防护严密的高价值目标时尤其如此。为获取最佳穿透路径，隐身战机一般需要结合电子侦测技术和本身 RCS 特性，选择最佳路径和合理的规避战术来最大程度地降低风险（这一方式对普通战机同样有效，只是自身隐蔽性有所差别）。最常用的规避战术有三种：等辐射强度规避战术、等方位角逼近战术和等方位角穿越战术。
图 50、雷达告警信息探测、处理、展现能力和智能在不断进步中
1、等辐射强度规避战术：在穿越雷达网时，隐身战机的雷达告警系统一般可以根据信号侦测找出航线周围有威胁的辐射源方位、类型和距离，根据目的地要求解算出最优通过路径，并与地形或地图综合显示在屏幕上（图 50）。一般最优路径的选择是从两部或多部雷达搜索范围的中间结合部，通过比较不同方位辐射信号强弱、类型，选择同类型雷达两边等辐射强度的路径，不同类型雷达则要根据威胁等级加权处理（图 51）。例如 S-300 防空导弹的搜索制导雷达威胁等级显然高于其它短距武器的雷达，这时通过加权比较会得到一条更远离前者的路径。
图 51、等辐射强度规避战术需要借助告警系统寻找平衡威胁的最佳路径
2、等方位角逼近战术：一般来说，由于隐身战机对来自不同方位的入射波呈现出不同的回波强度（还记得上篇中提到的 RCS 随不规则目标转动方位的不同而变化吗？），对于非米波及以上波段的雷达，对该隐身目标的探测距离将随着回波强度变化而变化（暂不讨论发现概率问题），如图 52 所示不规则曲线覆盖的边际范围。这个探测距离边际图与隐身战机自身的 RCS 方位图镜像的形状基本上是一致的，这样就给了隐身战机一个选择雷达探测距离最薄弱点逼近的机会，如目标就是攻击该雷达所在 C 点的话，那么最佳逼近路线就是 1->2->3 连线的路径，即使初始进入点不在最佳路径起点上，也可以根据边际图寻找最方便的发现距离较短的路径，如 A->B->D 连线。在这个战术中，同样需要借助于高灵敏度的雷达告警系统精确探测和定位，来辅助判定战机与雷达的相对方位角和距离，从而得出最优路径和精确逼近。
图 52、等方位角逼近和穿越战术在原理和方法上基本相同，只是目的不同
3、等方位角穿越战术：与上面等方位角逼近技术的原理和方法相同，只不过最后不是为了逼近摧毁该雷达，而是选择一条可以在最短时间内穿越边际图覆盖区域的路径前往最终目标方向。例如图 52 中最上方的边缘路径，或在无法远离情况下选择 F->G->H 路径穿越，将对手发现和反应机会降低到最小程度。
空-空战术运用场景
上述三种规避战术，在空战中也同样有效，只是对手换成了战斗机或者预警机之类的目标，而当隐身战机遭遇隐身战机时会发生什么情况，笔者认为很难预测，这里只是概念性地探讨一二。
一般来说，雷达告警接收机（RWR）在与机载火控雷达具有相同的灵敏度和热噪声的情况下会占有探测距离的优势。这是因为 RWR 是直接截获单程入射的信号，雷达则是靠接收目标二次散射的回波，同样的相对位置会多出返程衰减的这段距离，因此雷达实际能检测出回波信号的有效探测距离要比 RWR 显著减少。例如 F-22 的 AN/ALE-94 RWR 探测威胁目标信号的最远距离可达到 463 公里，而灵敏度相当的 AN/APG-77 雷达对 RCS 为 1m2 大小的目标探测距离只有 200~240 公里左右。既然如此，如果要推测两架 RWR 和雷达性能相当的隐身战机互相接近时可能发生的情况，大体上无外乎如下几种：
1、 双方进入时都处于无源探测状态（即静默状态），则相互间很难发现对方，直到接近后被红外搜索跟踪系统（IRST）或目视发现，或从己方情报网中获取了对方位置；
2、 如果一方开机搜索，不考虑雷达使用低截获概率技术（LPI）的实际效果，假定 RWR 可以足够迅速侦测识别对方信号的话，保持静默的一方显然会先发现对手；
3、 如双方都开机搜索，在被对方雷达探测发现之前，各自都会在更远距离上收到 RWR 检测出的威胁目标方位和距离指示，然后按己方的 RCS 优势边际逼近方位开始抢位机动，接下来就要看两方隐身水平、探测边际相对情况、BVR 能力和技战术水平了。
当然，我们知道上述几种场景是比较简化和理想化的情况，在现实世界的对手中，各国的技战术水平是存在不同差距的。RWR、机载火控雷达和隐身技术水平肯定不会完全相当，而且还要考虑所处环境、预警机、无人机、地面预警雷达、卫星侦察、数据链和指挥人、操作人等一系列体系化的内外部作战因素，实战中会发生什么确实很难预料。每一方要做的事情，就是尽可能的侦察收集情报，增强态势感知，有针对性地采取最优战术和调度，尽可能发挥己方体系的长处，攻击对方的短板或者拔掉对方体系中的关键节点。
面-空隐身对抗技战术
面对隐身战机的穿透战术时，地面防守一方防御和补救的办法通常也有几种，例如：
1、 提早部署米波段乃至 HF 频段（天波，借助电离层反射传播）搜索警戒雷达，虽然这类雷达探测精度较差，但对目前 B-2、F-35 这类主要针对 L 波段以下隐身优化的战机来说还是有比较远的发现距离。如果建立相控阵体制的米波以上频段大型/巨型雷达站，就可以在具备远至数千公里外警戒区域探测能力的同时，获得相对较高的探测精度（比 X 波段雷达来说仍然非常粗略），缩小抵近作战的搜索范围；
2、 战时通过快速调动地面机动式雷达（最好是对现有隐身战机有一定探测效果、定位引导精度较高的米波、L 波段机动雷达）对警戒空挡补缺和改变空中预警机搜索范围等方式，来加强对有限范围可疑区域的隐身目标精确搜索，也是一种相对灵活的对抗模式；
3、 利用多基地雷达组网（需建立频率、时间、相位同步机制和跟踪文件共享等机制，以便确保目标唯一性），无源相干探测（利用民用广播通信等无线信号相干扰动情况探测，不过虚警率较高）等反隐身技术手段也可以在重要目标周围建立起较为有效的警戒防御网。
对于天波雷达，需要补充一点，由于其辐射路径原因，在较近的 600~800 公里距离以内通常是探测盲区，需要部署米波雷达补盲，如图 53 所示美国的 OTH-B 雷达探测警戒范围，图 54 是美、俄的几款远程预警雷达系统。
图 53、美国东西海岸部署的 6 部 OTH-B 天波雷达警戒范围远至 5,000 公里以外
图 54、美国的 OTH-B 收发天线阵列（上 2）和俄罗斯新型远程警戒雷达站（下 2）
图 55、米波、L 波段机动式雷达是战区补盲和反隐身的重要装备
反隐身问题涉及的技术性较强，这里只是略作概述，内容程度浅尝即止，笔者有机会再另文详细分析。总体来说，隐身攻击和反隐身技术之间是矛与盾的关系，二者既互相制约也互相促进，制胜因素不仅仅由技战术决定，最终起决定作用的往往还是会回到天时、地利、人和等因素上，回归到政治与经济利益的战争本质上。
六、 展望
隐身技术在军事应用方面的发展方兴未艾，在外形隐身技术逐步成熟的情况下，对纳米、手征等各种新型吸波材料的研制日显重要，隐身技术手段正得到日益丰富和完善。隐身战机在空-面攻击任务中表现出来的巨大优势和成效已经得到广泛认可，但在空-空任务场景中，目前基本上还是只在演习中模拟和测试过，对隐身技战术方法和价值的全面验证缺少的只是一场有技术含量、具备较对等作战体系和军力的实战对抗。任何新兴武器装备在产生和成长阶段，都会经历一段探索、对抗和改进优化的时期，只有那些在实战中生存下来，并能在防御和进攻中占据重要的甚至决定性地位的军事技战术才有希望长期发展下去。有矛就有盾，新的探测技术涌现必然会推动隐身技术的进一步发展升级，生逢这个科技发展日新月异的大时代，对于隐身技术的未来，我们有足够的理由仰望和期待。
结束语：相对于《善隐者，上隐于九天》一文，本文上、下两篇主要概略性地讲述隐身技术的起源、发展和在军事航空技术领域的应用，并简要讨论了与此相关的电子对抗和隐身技战术方面的内容。因本文目的不是为了论证技战术理论和关窍，所以很多问题描述甚浅，仅限科普，以期给军事爱好者们形成一个隐身技术体系和发展应用的总体印象。
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本帖最后由 bbs12345 于 2016-5-26 11:02 编辑 ]
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