自從第五代戰(zhàn)斗機(jī)問世,第六代戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)該什么樣就成為話題。第五代戰(zhàn)斗機(jī)以4S為基本特征:隱身(Stealth)、超巡(Supercruise)、超機(jī)動(Super Maneuverability)、傳感器融合(Sensor Fusion),傳感器融合有時也換成信息優(yōu)勢、超級態(tài)勢感知、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)能力等說法。
在很長時間里,人們對第六代戰(zhàn)斗機(jī)的想象大體從4S延伸,但第六代戰(zhàn)斗機(jī)的跨越性特征可能在于全向隱身和超大航程,這些并非4S的簡單延伸。
第五代戰(zhàn)斗機(jī)首先將隱身引入戰(zhàn)斗機(jī)世界,但不管是F-22、F-35還是殲-20、殲-35,重點(diǎn)都是前向隱身,蘇-57則能不能算隱身戰(zhàn)斗機(jī)都有爭議。
前向本來就是雷達(dá)特征相對較小的方向,有短板也相對容易控制。尖銳的機(jī)頭、大后掠角的機(jī)翼都是有利于將入射的電磁波向側(cè)后散射的。座艙容易導(dǎo)致空腔反射,但可通過導(dǎo)電金屬鍍膜降低影響。雷達(dá)天線是強(qiáng)反射源,可以通過天線適當(dāng)上仰和選擇性透波雷達(dá)罩降低影響。進(jìn)氣口不僅是空腔,也有壓氣機(jī)葉片轉(zhuǎn)動的強(qiáng)烈閃爍反射的影響,但可以通過彎曲進(jìn)氣道、內(nèi)壁吸波涂料降低影響。機(jī)翼后緣也有爬行波折返的問題,可以通過前掠、后掠和邊緣對齊降低影響。
這些其實(shí)就是前向隱身為主的隱身戰(zhàn)斗機(jī)的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)。但對于側(cè)向入射的電磁波來說,側(cè)面投影面積造成的反射面積本來就大,可用的降低雷達(dá)特征的措施也有限。雙垂尾降低側(cè)向的投影面積,適當(dāng)外傾進(jìn)一步降低投影面積,還有利于將入射的電磁波向側(cè)下方散射,但依然高大的垂尾還是繞不過去的反射面積。鴨翼和平尾在側(cè)向是一樣的突出物,是同樣的“壞影響”。
后向是不同的問題。如果隱身戰(zhàn)斗機(jī)被敵機(jī)摸到背后近處了,這也太失敗了。固定的地面雷達(dá)沒有辦法,深入敵后之后必然有暴露后背的問題,好在迅速離去本身就是迅速縮小威脅窗口的過程。
前向隱身不完美,但依然是戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展歷史上的突破。先敵發(fā)現(xiàn)、先敵開火,機(jī)動擺脫攻擊,快速轉(zhuǎn)移陣地,這些從來就是戰(zhàn)斗機(jī)致勝的不二法寶。隱身就是不讓敵機(jī)做到先敵發(fā)現(xiàn)。
在接近戰(zhàn)線時和在淺近縱深內(nèi),前向隱身可以有效地阻止敵人空中和地面探測手段的先敵發(fā)現(xiàn),為奪取戰(zhàn)場空中優(yōu)勢創(chuàng)造條件。
F-22在“先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)”(ATF)階段其實(shí)是要求深入敵后的。按照美國空軍的設(shè)想,ATF和“先進(jìn)技術(shù)轟炸機(jī)”(ATB)是同步發(fā)展的。ATB后來發(fā)展成B-2轟炸機(jī),要求能依賴全向的高度隱身,無護(hù)航地深入到幾千公里的蘇聯(lián)縱深,打擊戰(zhàn)略指揮通信節(jié)點(diǎn),獵殲機(jī)動發(fā)射的洲際導(dǎo)彈。
為了搜尋機(jī)動發(fā)射的洲際導(dǎo)彈,美國還計(jì)劃研制超長航時、超高空的無人機(jī),用于為B-2指引目標(biāo)。這種無人機(jī)采用超大直徑、超低轉(zhuǎn)速螺旋槳推進(jìn)。槳葉太長,所以只能雙葉,在起飛和著陸時停止轉(zhuǎn)動、鎖定在水平位置,由獨(dú)立的小型噴氣發(fā)動機(jī)推進(jìn),升入高空后才啟動更加省油的螺旋槳推進(jìn)。不過后來計(jì)劃下馬了。
ATF的作用則是以超巡速度深入戰(zhàn)線后方800公里以上,獵殲蘇聯(lián)的預(yù)警機(jī)和其他空中指揮飛機(jī)(如空中戰(zhàn)略指揮中心)。ATF打掉預(yù)警機(jī)后,防空壓制(SEAD)飛機(jī)可以進(jìn)一步打掉地面防空雷達(dá)和指揮中心,然后“鷹墻”就可以發(fā)威了。
對于戰(zhàn)斗機(jī)來說,隱身是用來保障在第一時間全面開花的,超巡則是安全進(jìn)出的剛需,也減少航渡時間帶來的夜長夢多。ATF最初要求任務(wù)包線內(nèi)60%的時間按照超巡飛行,F(xiàn)-22實(shí)際上沒有達(dá)到ATF的原定目標(biāo),超巡時間在30-60分鐘范圍,隱身也不足以支持深度突防,但相比于四代機(jī),還是革命性的。
戰(zhàn)斗機(jī)隱身和超巡突防是美國空軍攻勢制空思維的延續(xù),而攻勢制空是空中戰(zhàn)爭的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
直到二戰(zhàn)初期,戰(zhàn)斗機(jī)的使命主要是驅(qū)逐敵機(jī)、保護(hù)自己的城市和部隊(duì),所以也稱驅(qū)逐機(jī)。在實(shí)質(zhì)上,這是增廣的防空平臺,可以看做空中機(jī)動的高炮。
對于轟炸機(jī)來說,在西班牙內(nèi)戰(zhàn)時代還能依靠高速強(qiáng)行突防,二戰(zhàn)中后期就必須用戰(zhàn)斗機(jī)護(hù)航了。但緊密編隊(duì)的戰(zhàn)斗機(jī)護(hù)航要到敵機(jī)打到眼前才能開始反應(yīng),太被動了,尤其是敵機(jī)采用對沖戰(zhàn)術(shù)時,相對速度太快,根本來不及反應(yīng)。
隨著P-47、P-51等航程較大的戰(zhàn)斗機(jī)投入使用,美國空軍(當(dāng)時還叫陸軍航空隊(duì))開始派戰(zhàn)斗機(jī)前出掃蕩,確保轟炸機(jī)群的安全。進(jìn)一步發(fā)展,就是攻勢制空了。
這是從被動的護(hù)航改為主動控制空中戰(zhàn)場。戰(zhàn)斗機(jī)不再以轟炸機(jī)的出動來組織戰(zhàn)斗,而是以掃清區(qū)域內(nèi)的敵人空中力量為目標(biāo),確保轟炸機(jī)在任何時候都能安全出動。這對支援地面作戰(zhàn)也特別有用,轟炸機(jī)的目標(biāo)和出動時機(jī)只需要考慮地面作戰(zhàn)的需要,不需要組織戰(zhàn)斗機(jī)護(hù)航和事先前出掃蕩。
“鷹墻”是攻勢制空思維的頂點(diǎn)。大量F-15“鷹”式戰(zhàn)斗機(jī)一線平推,在優(yōu)勢態(tài)勢感知和超視距空空導(dǎo)彈的支持下,把敵機(jī)硬推出空中戰(zhàn)場。
但防空導(dǎo)彈的發(fā)展使得攻勢制空復(fù)雜化了,戰(zhàn)斗機(jī)不光要應(yīng)對敵機(jī),還要應(yīng)對防空導(dǎo)彈。SEAD成為攻勢制空時代的前出掃蕩,二戰(zhàn)時代的攻防螺旋形升級再現(xiàn)。
隱身就是用來打破這種螺旋形升級的,將原本線性作戰(zhàn)的“鷹墻”擴(kuò)大到戰(zhàn)線后的網(wǎng)格作戰(zhàn)。用地面戰(zhàn)爭來比照,這是從正面強(qiáng)攻改為突破前沿、迂回側(cè)后、以點(diǎn)帶面、摧枯拉朽。
在4S中,只有隱身是質(zhì)變,超巡、超機(jī)動、信息融合都是量變。也就是說,在四代機(jī)的基礎(chǔ)上深度改進(jìn),也同樣可以達(dá)到一定程度的超巡、超機(jī)動、信息融合。一些四代半戰(zhàn)斗機(jī)也確實(shí)在不同程度上達(dá)到了這些能力。
但隱身是什么四代機(jī)也做不到的,這是五代機(jī)的跨越之所在。也因?yàn)槿绱耍_(dá)到隱身但在超巡、超機(jī)動方面尚有短板的話,依然是作為五代機(jī)對待的,如F-35。當(dāng)然,五代機(jī)還是前向隱身。信息融合則是時代的紅利,在五代機(jī)時代研發(fā)或者深度改進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)都在不同程度上做到信息融合。
對于六代機(jī)來說,超巡、超機(jī)動、信息融合都有進(jìn)一步的量變,還需要有AI和有人-無人組隊(duì)作戰(zhàn)(MUM-T)能力,但跨越的質(zhì)變在于全向隱身和超大航程。
超巡的意義不僅在于快速進(jìn)入和退出戰(zhàn)斗,還在于快速轉(zhuǎn)移戰(zhàn)場。兵貴神速,貴就貴在速度可以在一定程度上等效于兵力。在不同方向上對同一目標(biāo)迅速發(fā)動接連的進(jìn)攻,或者在不同戰(zhàn)場上迅速發(fā)動接連的進(jìn)攻,都可以等效為更大的可用兵力。
超巡的主要技術(shù)在于高推重比和高熱工效率的發(fā)動機(jī),次要技術(shù)在于氣動減阻。“不開加力就能達(dá)到超音速”實(shí)際上是ATF時代從“60%任務(wù)包線為超巡飛行”降低后的要求,六代機(jī)需要恢復(fù)到“真正的超巡”,主要巡航時間里都以超音速飛行,而且達(dá)到M1.5以上才有意義,M1.2那樣勉強(qiáng)超過音速是不夠的。
超機(jī)動不僅包括過失速機(jī)動,還包括超音速機(jī)動。在F-22之前,戰(zhàn)斗機(jī)在超音速狀態(tài)下基本上只能直線沖刺。由于超音速續(xù)航時間很短,超音速機(jī)動的需求并不迫切。在長時間超巡的時代,超音速機(jī)動成為剛需。超音速機(jī)動的主要技術(shù)在于矢量推力,先進(jìn)氣動控制也有貢獻(xiàn)。
信息融合將各種信息匯總,“融合、提煉”出目標(biāo)的有用信息,最后呈現(xiàn)單一、明確的目標(biāo)信息,來源則是透明?,F(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)除了雷達(dá)(包括前視雷達(dá)和側(cè)視雷達(dá))之外,有多種信息來源,包括本機(jī)的紅外光電、空中的預(yù)警機(jī)、地面的雷達(dá)、電磁偵察手段甚至衛(wèi)星。飛行員需要知道的是目標(biāo)在哪里、什么性質(zhì),是雷達(dá)、紅外光電還是預(yù)警機(jī)、地面?zhèn)魉瓦^來的并不重要。
AI必定有大用,但到底什么用、如何用,現(xiàn)在還有很多不確定。
這些都可以在五代機(jī)及其改進(jìn)型上實(shí)現(xiàn),不足以成為六代機(jī)的跨越性特征,但全向隱身和超大航程就難以做到。
全向隱身不是前向隱身的簡單延伸,在技術(shù)上需要無垂尾,這更是戰(zhàn)斗機(jī)從戰(zhàn)術(shù)平臺向戰(zhàn)略平臺演變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
在一戰(zhàn)前夜的1914年,英國人弗雷德里克·蘭切斯特對戰(zhàn)斗過程用微分方程描述,第一種情況是平均施加火力,最后得到線性律,第二種情況是集中兵力火力,最后得到平方律。
線性律表明,平均施加火力的結(jié)果是拼消耗,兵力和火力優(yōu)勢的一方獲勝。兵家追求的是在兵力相當(dāng)甚至弱勢情況下的制勝之道,拼消耗是低效的戰(zhàn)斗。線性律的優(yōu)點(diǎn)是便于遠(yuǎn)距離發(fā)揚(yáng)火力。
平方律表明,集中兵力火力的話,優(yōu)勢一方在全殲對手后,損失反而更小。這是與戰(zhàn)爭實(shí)踐相符合的。但平方律需要接近敵人,包圍敵人,才能集中兵力火力。
平方律還可以靈活運(yùn)用。比如在遠(yuǎn)距離開始交戰(zhàn)時不計(jì)代價拼消耗、沖上去,接近敵人后轉(zhuǎn)入集中火力,發(fā)揮平方律的優(yōu)勢。還可以將優(yōu)勢敵人首先分割,然后利用局部優(yōu)勢一塊一塊吃掉。
這是戰(zhàn)術(shù)的作用,但也都有各自的局限。比如說,在拼消耗接近敵人的過程中,如果自己實(shí)力消耗太大,接近后依然不能形成局部優(yōu)勢,反而會被對方集中火力吃掉?;蛘哒f在分割敵人成功后,阻擊部隊(duì)頂不住增援之?dāng)车募谢鹆?,主力反而遭到合圍?/p>
水無常形,兵無常勢。技術(shù)的作用就是幫助“兵”更有常勢,尤其是通過隱蔽穿插,達(dá)成分割圍殲敵人。
前向隱身幫助在淺近縱深形成優(yōu)勢兵力,全向隱身則有利于深入縱深分割敵人,奪取更大的勝利。這不只是小分隊(duì)突擊,還是大部隊(duì)突擊。精銳小分隊(duì)摸到敵后古已有之,但志愿軍首創(chuàng)了大部隊(duì)隱蔽潛入敵前、擇機(jī)發(fā)動突襲、發(fā)揚(yáng)近戰(zhàn)優(yōu)勢的先例。全向隱身可以在空中戰(zhàn)場上達(dá)到同樣的目的,這是革命性的。
在任何時候,戰(zhàn)斗可能小型化、狙擊化,但戰(zhàn)役的勝利還是要靠大部隊(duì)大量消滅敵人的有生力量才能取得。沒有戰(zhàn)爭是靠狙擊手贏得的。這對空中戰(zhàn)場也是一樣。當(dāng)然,時代不同了,近戰(zhàn)未必是刺刀對刺刀,進(jìn)入到幾十公里距離內(nèi)發(fā)射導(dǎo)彈可能對21世紀(jì)就是近戰(zhàn)??s短交戰(zhàn)距離也在壓縮敵機(jī)反應(yīng)窗口和確保導(dǎo)彈機(jī)動能量兩方面確保敵機(jī)處于必殺區(qū)內(nèi)。
小機(jī)群的深遠(yuǎn)隱身突防依然有用,可用來打掉敵人在縱深的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),撼動敵人的整個作戰(zhàn)體系,真正達(dá)到“震撼戰(zhàn)術(shù)”。
但這也要求很大的航程,否則無法達(dá)到有用的深度,發(fā)揮全向隱身的優(yōu)點(diǎn)。
進(jìn)一步提高航程意味著更大的燃油系數(shù)。燃油系數(shù)定義為正常起飛重量里燃油重量的百分比,正常起飛重量一般指機(jī)內(nèi)滿油加基本作戰(zhàn)載荷后的起飛重量。
英意日聯(lián)合研制的“暴風(fēng)”(日本可能改稱“烈風(fēng)”)戰(zhàn)斗機(jī)要求用機(jī)內(nèi)燃油達(dá)到跨大西洋航程,以倫敦到紐約為例,這就是5500公里的航程?,F(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的航渡航程達(dá)到4500公里的很多,但那都是掛滿副油箱的結(jié)果。單靠機(jī)內(nèi)燃油,大多不超過2500-3000公里,蘇-27是個例外,靠機(jī)內(nèi)燃油就達(dá)到4000公里,燃油系數(shù)也高達(dá)40%,基本型蘇-27甚至不具備外掛副油箱的能力。F-18E的燃油系數(shù)只有31.3%。
簡單放大的話,5500公里航程或許意味著“暴風(fēng)”的燃油系數(shù)要高達(dá)50%。即使正常起飛重量不變,燃油重量也將高達(dá)11750公斤。實(shí)際上,增加的2350公斤燃油意味著更大更重的機(jī)體,發(fā)動機(jī)的推力和重量需要相應(yīng)增加,為了維持燃油系數(shù),正常起飛重量進(jìn)一步增加。也就是說,超大航程決定了六代機(jī)的起飛重量將大大超過四代機(jī)時代的重型機(jī)。
另一個辦法是由隱身加油機(jī)延長航程。這可以顯著降低戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)內(nèi)燃油量要求和尺寸、重量,降低成本。但成本壓力轉(zhuǎn)移到隱身加油機(jī)去了。
加油機(jī)需要在目標(biāo)機(jī)的作戰(zhàn)半徑遠(yuǎn)端具有至少不低于目標(biāo)機(jī)機(jī)內(nèi)燃油量的可轉(zhuǎn)移燃油量,美國海軍MQ-25“黃貂魚”可以在在800公里半徑上可轉(zhuǎn)移燃油量不低于6800公斤,這正是針對F-18E/F攜帶實(shí)際作戰(zhàn)載荷時的實(shí)用作戰(zhàn)半徑和機(jī)內(nèi)燃油量。但這樣的一帶一加油效率還是低,最好加油機(jī)能一帶多。
比照伊爾78,基本型在3000公里上可轉(zhuǎn)移燃油量為15噸,可以為兩架F-18E/F級的戰(zhàn)斗機(jī)加油。在同樣距離上,增加起飛重量、只加油不運(yùn)貨的改進(jìn)型伊爾78M的可轉(zhuǎn)移燃油量則達(dá)40噸,加油能力更大。但這是最大起飛重量達(dá)到210噸的龐然大物,而B-2的最大起飛重量只有170噸,B-21只有81噸。在深遠(yuǎn)敵后生存不是MQ-25這樣的半隱身飛機(jī)能做到的,如此重型的全向隱身飛機(jī)的成本則可想而知。
空中加油還有作業(yè)時間問題。比如說,按照MQ-25的燃油轉(zhuǎn)移速率,給一架F-18E/F加油只需要1.5分鐘。但實(shí)際操作需要“干對接”、“濕對接”、“濕脫離”、“干脫離”等步驟,耗時10多分鐘。這對兩架飛機(jī)都是束手就擒的10多分鐘。對于受油機(jī),這是難熬的10多分鐘,尤其在敵后;對于加油機(jī),這才是多個難熬的10多分鐘中的一個。
無人機(jī)和有人-無人組隊(duì)作戰(zhàn)(MUM-T)是另一個一言難盡的問題。長航時無人機(jī)的航程超大,MQ-9的留空時間高達(dá)27小時,以313公里/小時推算,理論航程可達(dá)8000公里以上。問題是這樣的中空低速有限隱身的無人機(jī)連胡賽武裝都可以在一個月里干下來7、8架,在高烈度戰(zhàn)場上毫無生存力可言。
速度、機(jī)動性、隱身、成本都達(dá)標(biāo)的無人機(jī)則航程受到很大限制。為了適當(dāng)控制技術(shù)風(fēng)險,還有將無人機(jī)上的高端機(jī)載算力集中到有人機(jī)上的趨勢,通過作戰(zhàn)云實(shí)現(xiàn)AI化?!氨╋L(fēng)”號稱“飛行的算力中心”,就是干這個用的。但這也限制了無人機(jī)可以遠(yuǎn)離有人機(jī)的距離。
MUM-T是有人戰(zhàn)斗機(jī)的有用延伸,但還是圍繞有人戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)的,只能以有人戰(zhàn)斗機(jī)為中心有限前出,不能作為航程不足的替代。
但是像五代機(jī)未必都4S俱全一樣,六代機(jī)也未必在全向隱身和超大航程方面俱全。根據(jù)目前的有限信息,F(xiàn)-47強(qiáng)調(diào)全向隱身,但較小的機(jī)體意味著航程不一定比四代機(jī)、五代機(jī)有顯著的提高?!氨╋L(fēng)”強(qiáng)調(diào)超大航程,但在全向隱身方面不超過五代半的水平。
不過最先跨代的反而常常是最具備齊全的跨越性特征的,如F-22就是齊集4S的五代機(jī)。最完整的六代機(jī)或許還要看中國了。
本文轉(zhuǎn)載自公眾微信號:晨楓老苑
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