反隱形技術

反隱形技術

反隱形技術是對付隱形技術的方法和措施,反隱形技術主要用於軍事上。由於隱形技術的迅速發展,對戰略和戰術防禦系統提出了嚴峻挑戰,迫使軍事科研人研究反隱形技術,用於摧毀隱形兵器。目前,反隱形技術的發展重點是針對雷達的。雷達實現反隱形的技術途徑主要有以下三個方面:提高雷達本身的探測能力;利用隱形技術的局限性,削弱隱形兵器的隱身隱形;開發能摧毀隱形兵器的新武器。目前,美、俄、英、法、日等國家都在積極發展反隱形技術,取得了可喜的進展,如研究高靈敏度雷達,擴展雷達的工作波段,將雷達系統安裝在空中或空間平台上,提高現有雷達的探測能力等,提高了雷達本身的探測能力。反隱形技術是在隱形技術基礎上發展起來的新的軍事科學技術。反隱形技術與隱形技術的發展,是相輔相成的,它們相互制約、相互促進的,無論哪一方有新的突破,都將引起另一方的重大變革。反隱形技術的發展是建立在新的反隱形技術理論上,其發展方向是:綜合運用,系統綜合,開發新的反隱形技術武器系統。

反制技術競爭

中國的殲-20升空,重新掀起了各界對“隱形戰機”這一敏感而神秘話題的熱議。殊不知,反隱形技術同樣是各軍事強國的重要發力點。事實上,美軍的反隱形技術早已呈現出“攻擊態勢”,“發現並摧毀”對手隱形戰機的能力正穩步提升。航空及電子系統專家戴維·福戈2011年1月11日就在美國《航空周刊》網站上撰文稱,F-35早已進行過多次反隱形測試。英美媒體此前還披露過美國空軍“反隱形演習”的蛛絲馬跡。最近,網際網路上又傳出俄羅斯防空部隊依靠“鎧甲”雷達跟蹤到F-22“猛禽”隱形戰機的說法。可見,在隱形技術不斷成熟的今天,各軍事強國已在競相尋求反制手段。

隱形平台最主要的特點是難以被發現和跟蹤。反隱形首先必須解決能夠發現和跟蹤隱形目標的問題。未來反隱形探測技術包括靈敏雷達、相控陣雷達、被動探測裝置、光纖、能力有很大突破的計算機和微電子電路、數據融合和處理。隱形並沒有使現在的雷達概念陳舊,只是對它的效能提出挑戰,提高和改進現有雷達性能仍是反隱形探測的重要措施。美國1977年在國防部建立了反隱形辦公室,對各種時間段發展反隱形技術和能力的效費比進行了研究,結果是發展反隱形技術比發展隱形能力要困難100倍,認為值得為發展隱形技術投資。美軍提出並分析了50種非常規防空概念,並對其中的一些進行了詳細分析,還進行了一些實驗。這些概念包括:聲學系統、雙基地雷達系統、紅外探測方法、電暈放電探測、與宇宙射線相互作用、被動相干探測方法、雷達影子探測、“地雷”、磁擾動探測、混合雙基地空間雷達、高頻表面波雷達、探測飛機輻射、探測輻射度、飛行器氣動尾跡探測、超寬頻(脈衝)雷達。反隱形措施的研究正在向著全方位、綜合運用、系統集成的方向發展。

研製高靈敏度雷達。這種雷達利用某些特種技術措施來提取目標重要信息。包括先進的單基地雷達(寬頻帶/超寬頻帶雷達、超視距雷達)、雙/多基地雷達、毫米波雷達、超高距離解析度雷達、合成孔徑/逆合孔徑雷達、多功能相控陣雷達、雷射雷達等。美國的高靈敏度雷達正處於研究、樣機試驗階段。預計高靈敏度雷達技術(如研製穩定度更高的頻率發生器、信號處理能力更強的系統,以及動態範圍更寬的接收機和模擬/數字轉換器等)將會有新的突破。


擴展雷達的工作波段。由於隱形平台通常是針對厘米波段(1~20GHz)雷達的,而且能夠吸收雷達能量的隱形材料的厚度與1/4雷達波長有關。對超高頻(300~1000MHz)和甚高頻(100~300MHz)的較低頻段,隱形效果不好。在眾多的反隱形技術中,使用低頻(<500MHz)是最有效的。因此,將雷達的]二作波段向米波段和毫米波段,甚至紅外波段和雷射方面擴展,都將具有一定的反隱形能力。美軍正在製造工作在米波段的AN/FPS118超視距預警雷達;已研製成功一種海軍用的可機動的小型戰術超視距雷達;另一種艦載超視距反隱形雷達也在研製中,這兩種雷達都工作在米波段。澳大利亞、俄羅斯、英國、法國、日本等也在部署超視距雷達。美空軍計畫為“愛國者”防空飛彈安裝35GHz的毫米波雷達導引頭,並開展紅外探測系統和雷射雷達預警系統的研究工作。
提高現有雷達的探測能力。採用先進技術改進現有雷達,包括採用頻率捷變技術、擴頻技術、低旁瓣或旁瓣對消、窄波束、置零技術、多波束、極化變換、偽隨機噪聲、恆虛警電路等技術,以提高雷達的抗干擾能力,從而提高雷達的測鍘能力;通過採用功率合成技術和大時寬脈衝壓縮技術,來提高雷達的發射功率;通過採用數字濾波、電荷耦合器件、聲表面濾波和光學方法等先進技術,來提高雷達接收機的信號處理能力等等。在此基礎上,再通過雷達聯網,從整體上提高雷達的反隱形能力。
研製新體制雷達。①諧波雷達。諧波雷達能接收隱形兵器所輻射的入射波諧波,但輻射能量很低,有待於進一步解決。②無載頻雷達。無載頻雷達又稱衝擊脈衝雷達。無載頻雷達改變信號基波和諧波的混合,重新形成波形,取代發射所要求的波形,一般用方形脈衝,脈衝極窄(0.1~1ns),其瞬時頻譜帶極寬(0~15GHz),可能發現隱形目標並進行識別和分類,在一定程度上可降低隱形的效能。目前正處於原理性探索階段。③雙頻段雷達。隱形兵器的隱形措施在一定頻率範圍內起作用,雙頻段體制的雷達有助於探測隱形目標。
區別於常規雷達的新型探測手段採用光學、紅外探測系統探測隱形目標。目前,採取的隱形措施主要是反雷達隱形,降噪、反紅外和可見光措施較少,技術難度大。採用光學、紅外和紫外探測裝置,可以彌補雷達探測的缺陷。1996年,英國“輕劍”光電跟蹤系統,曾在6千米的距離上截獲並跟蹤了B-2隱形轟炸機。1997年底,美第366空中遠征聯隊從美國本土飛赴巴林時,曾使用商業成像衛星的圖像跟蹤常規飛機。由此可見,採用可見光偵察衛星能夠發現隱形飛機。海事電光監視系統(MEOSS)可用於小艦,其探測範圍是向上30度,向兩邊各170度,採用8~12um波長,可探測7.5千米外20m長的艇,1.5千米外的人。“紅外搜尋和跟蹤”(IRST)掃描器、ARISE(ARE可重構建的紅外掃描裝備)能夠進行360度監視。
將雷達系統安裝在空中平台上。隱形飛行器的隱形重點多放在鼻錐方向正負45度範圍內,其他方位的隱形效果較差。將探測系統安裝在空中平台上,通過俯視探測,可提高對雷達截面較小的目標的探測機率。美空軍的E-3A預警機(採用高PRF脈衝都卜勒雷達)和海軍正在研製的“鑽石眼”預警機(採用有源相控陣雷達)以及高空預警氣球(載大型孔徑雷達),都能有效地探測隱形目標。俄羅斯、英國和印度等國都很重視發展預警機。改進機載預警系統的措施是:提高脈衝都卜勒雷達的靈敏度,以跟蹤更遠距離的更小目標;安裝先進的平面態勢顯示器;多個感測器一體化;採用數字通信系統、衛星通信、寬頻譜甚高頻無線電設備;利用全球定位系統等。
新型被動探測系統。其工作原理是:利用晝夜不停工作的電視台和電台在近地空間傳輸的電磁波,通過區分和處理隱形目標反射的這些電磁波的信號,探測、識別和跟蹤諸如飛機、直升機、巡航飛彈,甚至衛星等目標。1998年美國演示了“利用周圍射頻跟蹤衛星”地基被動探測監視系統,可探測軌道高度為1000千米以下的衛星;同年,美國還演示了洛克希德-馬丁公司生產的“寂靜哨兵”被動探測裝置。“寂靜哨兵”對180hn外、有效散射面約為lO平方米的飛機進行了探測和跟蹤。輻射源是距接收站50千米的超短波廣播電台。經過改進,該系統可識別空中目標,探測和跟蹤距離將增至220千米,改進後的系統可處理幾個(不少於三個)輻射轉播發射機的信號,可同時探測和跟蹤200個空中目標。美準備將“靜中心”系統接收機安裝在飛機和無人機上。

使用聲學系統探測隱形目標。基本探測裝置是麥克風。由5個麥克風組成的每個探測器陣列可以探測8千米外的B-2轟炸機的聲音,能夠粗略估計信號到達的方向。每個探測器陣列將探測到的信號傳送給中央設施進行處理。利用這種探測器陣列建造警戒線,覆蓋B-2轟炸機可能進入蘇聯的路徑,需要400個探測器陣列,總長約22400千米。這樣的“警戒線”能對飛過覆蓋區的任何飛機發出警報,這是一種簡單的防空系統。為跟蹤和攻擊隱形飛機,需要擴大“警戒線”的縱深,以確保隱形飛機在足夠的時間處於被跟蹤狀態。假設隱形飛機以0.8馬赫速度飛行,15分鐘應該飛行240千米,要求“警戒線”的部署達到類似深度,即“警戒線”應該覆蓋544萬平方公里。每個聲探測器陣列可探測8千米的距離,覆蓋面積為20.2萬平方米,覆蓋544萬平方公里需要27000個探測器陣列。美國建設這樣的系統需要11200千米長;圍繞北美需要16000千米長。
研究探測裝置融合技術。將雷達與紅外、電光系統、雷射系統以及其他非射頻探測裝置融合在一起,並以最佳方式將來自各個探測裝置的數據融合到一個協同的信息庫中,形成一種多功能、多頻譜的綜合探測系統,用以探測隱形目標。

猛禽磨練F-35

《航空周刊》的文章稱,各國的防空系統如今正變得日益強大,機載“有源相控陣雷達”(AESA)等裝備的性能不斷提升。戴維·福戈稱,2009年,美國空軍在愛德華茲基地測試了探測隱形戰機的技術。“當時,洛克希德·馬丁公司的‘貓鵲’驗證機(由波音-737改裝而來)搭載了F-35全套電子設備和雷達,同F-22隱形戰機、F-15戰鬥機進行聯合測試,並成功地跟蹤到了F-22。”負責項目測試工作的F-35項目主管丹·克勞利當時自信地宣稱,“F-35的航電系統是目前世界上同類裝備中最精密、最強大的”。福戈認為,克勞利的表態足以說明F-35的反隱形能力可有效對付外國新式戰鬥機。這也暗示了F-35可能在設計之初就融入了反隱形技術。

反隱形技術反隱形技術

美國“戰略之頁”、英國《飛行國際》網站也曾披露過一次“反隱形戰例”。據稱,在安德魯斯空軍基地2009年舉行的一次公開展示活動中,有人驚異地發現一架EA-18G“咆哮者”電子戰機(由F-18“大黃蜂”艦載機改進而來)機身上塗有一個F-22圖案。根據美國空軍慣例,戰鬥機駕駛員在作戰中取得戰果後,要在駕駛座艙外的機身上噴塗上擊落敵機的圖案和數量。據該機駕駛員透露,這架EA-18G曾前往內利斯空軍基地參加美國空軍聯合軍演,並在演習期間取得了“擊落F-22的戰果”。“戰略之頁”網站在評價這一戰果時認為,可能是EA-18G裝備的電子干擾設備助其“擊落”了F-22。文章同時強調,無論這個戰果是不是真的,強大的電子干擾系統確實具備壓制隱形戰機的能力。
美軍琢磨反隱形技術,顯然是希望在確保己方隱形優勢的同時,削弱對手隱形戰機的能力。考慮到美國空軍經常派出F-22參加強對抗性演習,人們可以大膽猜測,其應對隱形戰機的技術和經驗應該是目前各國中最豐富的。這也說明,一支裝備隱形戰機的空軍更需要加緊演練“反隱形戰術”。

俄靠專用雷達

美國努力攻關反隱形技術的同時,俄羅斯也不甘落後。據俄羅斯“太空防禦-VKO”網站不久前披露“俄軍S-300飛彈部隊使用‘鎧甲’無源被動雷達偵測到4架F-22隱形戰機”。雖然這則訊息真假未辨,但“鎧甲”雷達對隱形戰機的偵測能力卻絕非杜撰。
與普通雷達相比,烏克蘭生產的“鎧甲”更像是一種電子信號定位系統,它可截獲隱形戰機本身發出的電磁信號,探測距離高達800公里。據稱,“鎧甲”裝備有多目標信號特徵資料庫,記憶體幾百種無線電發射源信號,其裝備的數字計算機可對幾十種不同目標信號源的技術參數進行測量比對,使雷達準確識別多種空中、地面或海上目標。此外,由於國土遼闊,俄羅斯一向重視防空部隊的建設,加之面臨美軍隱形戰機的壓力,俄羅斯一方面加速隱形戰機的研發工作,於去年放飛了T-50驗證機;另一方面,開發與“鎧甲”相似的無源被動雷達裝備防空部隊,從整體上提升了對隱形戰機的防禦能力。
另據美國“全球安全”網站披露,2002年傳出烏克蘭要向伊拉克出口“鎧甲”雷達時,美國曾公開表示反對並向烏克蘭施壓阻止交易。美國對“鎧甲”雷達的忌憚也從側面證明了其優良的性能。顯然,在無法用空中力量抵禦對手隱形戰機時,依靠專用雷達提升防空系統反隱形能力也是一個好辦法。

中國有能力對付隱形飛機

要磨練反隱形戰術,一方面,可以像美軍那樣,出動F-22一類的隱形戰機參加聯合軍演,讓其與三代戰機進行高強度的“空中對戰”,從而使己方飛行員切身感受隱形戰機帶來的壓力,並尋求破解之道;另一方面,還可讓隱形轟炸機或隱形戰鬥機嘗試“突破”已方的防空網,以隨時尋找和補救漏洞,美軍就曾進行過類似的演練。
中國軍隊向來重視國土防空,早在上世紀90年代末就提出了“新三打三防”的口號,其中明確指出“要打隱形飛機”。經過10多年的發展,先進的相控陣雷達、新式防空飛彈和國產隱形戰機已經成為中國軍隊反制隱形戰機的利器。例如,在2009年的世界雷達博覽會上,中國某科研單位就自信地亮出了DWL-002型無源防空雷達,外界有評論指出這是當今世界上極為先進的反隱形飛機雷達。不久前亮相的殲-20隱形戰機又使人們看到了中國軍隊反隱形實力從陸地到天空的提升、從守勢向攻勢的飛越。人們可以樂觀地猜測,對付隱形戰機,中國軍隊已經心中有底。

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