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这两天,东部战区举行了大规模环台演习,东部战区还用繁体字介绍了此次出动的歼-20、歼-16、052D、071等“杀独神器”参与演习。

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可在台湾媒体的报道中,我们却没有发现任何歼-20的踪影,对此,台湾名嘴赖岳谦在中天新闻节目中表示,台防务部门没有发现歼-20,这说明问题大了,可能已经飞过来了,而台军看不到。

他为什么要这么说呢?

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我们常说的隐身飞机其实并不是肉眼看不见,而是主要指不易被敌方探测器发现。一般来说,可以依靠雷达、红外线、可见光以及声波等方式探测飞机

在目前各种探测敌方飞机的手段中,其中有60%是来自雷达探测,有30%是来自红外探测,其他一些探测方式都很难起到作用。

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雷达的工作原理其实很简单,就跟蝙蝠利用超声波探测一样,地面或者机载雷达探测器会主动发射电磁波,电磁波遇到物体时会发生发射,其中镜面反射的一部分会沿原路返回探测设备,通过发射与接收时间差加以计算就可以确定目标距离。

然后,再利用目标运动时,雷达发射波和反射波频率不同的多普勒效应,经过多次探测后就能得出飞机的具体位置、飞行速度以及飞行方向了。

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而所谓的飞机隐身,就是通过对飞机进行巧妙地设计,让雷达回波强度尽可能的降低,这样就会使飞机不能被雷达探测到。

这其中,雷达回波强度主要是依靠雷达反射截面积(Radar Cross-Section,RCS)来衡量,这个截面积的数值越大,也就意味着飞机反射的回波强度越大,飞机越容易被雷达发现,反之则回波强度越小,越不容易被雷达发现。

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一般来说,隐身飞机的RCS要小于0.5平方米,像下图的轰炸机RCS对比示意图中,也就只有F-117A和B-2算得上是隐身飞机。

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从另一个角度讲,飞机的RCS越小,也就意味着雷达的有效探测距离就越短,隐身飞机也就越容易突破敌方的防空系统,像下图就展示了各种飞机的雷达探测距离,很显然这个飞机的隐身性能越好,飞机被发现的距离就越近。

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而对于红外探测来说,由于飞行中涡扇/涡喷/冲压发动机的尾喷管,会喷出大量高温高压燃气,形成强烈的热辐射,红外探测设备就可以依据飞机的红外特征,准确探测到飞机的具体位置,但其探测距离要远比雷达探测近。

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▲B-52轰炸机的红外成像

要想规避红外探测,无外乎在飞机尾部装有隐蔽红外线特征的设备,减少发动机喷口的热源,尽可能地拉近敌方探测距离,而要想规避雷达探测,那讲究可就多了。

这其中最重要的就是要想办法阻挡反射波回到雷达,这是需要综合考虑外形、材料、制造工艺等多方面因素的。

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上世纪60年代,苏联科学家彼得·乌菲莫切夫他通过研究简单二维物体的电磁波反射方程,设计出了一种叫做“金字塔”的物体,它由四个三角形组成,每个三角形都与雷达垂直,并且每个三角形都有一个小孔。

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当雷达发射电磁波时,这个物体只会产生四个很弱的反射波,并且这四个反射波都会从小孔中逃逸出去,从而使得雷达无法探测到这个物体。

美国在上世纪70年代根据乌菲莫切夫的理论,并制造出了F-117战斗轰炸机,它的机体表面都由看起来棱角分明的平面组成,垂尾、机身边缘、进气道等都具有一定倾角,尽量避免飞机表面被雷达垂直照射,使大量的电磁波被散射到各个方向,只有很小的一部分雷达波反射回雷达。

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它的机身的外部没有任何武器挂架,武器挂架全部隐藏在机身内,有效规避弧面产生宽角反射和绕射雷达波的问题。

可以说,外形设计在隐身设计中起到基础性作用,F-117的隐身设计对后来的隐身飞机影响深远,像B-2轰炸机直接取消了垂尾,歼-20战斗机的垂尾带有倾斜角,都是为了解决传统垂尾所产生的二面角反射问题。

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材料技术的运用则能够进一步提升战机隐身特性,于隐身设计反射雷达波不同,它的作用是利用吸收剂与电磁能的相互作用而损耗电磁能,达到吸收雷达波的目的。

吸波材料可以是在飞机表面大面积喷涂吸波涂层,也可以像歼-20、F-22、F-35战机座舱那样采用电磁屏蔽薄膜技术,减少座舱等重点部位的雷达散射。

由于使用吸波材料几乎不影响飞机气动和强度,所以特别适用于一些无法或难以采取外形措施的部件,比如机翼前缘部位。

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像F-117就是因为采用隐身外形设计和雷达吸波材料隐身两种技术,在雷达上的反射面积只有一枚银币大小,在海湾战争中首次参战,即成功突破伊拉克的防空系统

隐身战机在制造时还会采用极高水平的表面工艺控制技术,为了减少缝隙,歼-20的口盖数量明显减少,而且表面非常光滑,这样可以避免由于电磁边界突变产生的行波和绕射。

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此外,由于普通喷气式飞机在飞行中产生的白色凝结尾迹会暴露航迹,因此,隐身飞机还会采用了燃料添加剂和飞机尾部导流系统,将冷空气与发动机排出的热气混合在一起,消除凝结尾迹的形成。

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可以说,隐身设计是一项涉及全局和细节的复杂性技术,任何破坏隐身设计的因素,都可能导致隐身设计功亏一篑,而且毕竟飞机的隐身性是一定条件下的。

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台湾到底能不能发现歼-20?

由于现有技术很难做到全向雷达身和全频段雷达隐身,因此,隐身飞机主要是针对厘米波频段进行优化,而对毫米波、米波、红外波段的雷达,隐身效果就会下降,特别是在长波雷达的监控下几乎没有隐身效果,曾在南联盟击落美军F-117隐身战机的就是米波雷达。

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▲JY-26远程三坐标对空警戒雷达

再就是采用双(多)基地雷达也可以发现隐身飞机,它是将雷达的发射机和接收机分开放置,这样就有机会截获被隐身战机反射到其他地方的雷达波,从而破除隐身效果。

还有一种不发射电磁波的无源被动雷达也能反隐身,它能通过监听隐身战机反射民用调频广播信号时产生的微弱变化,实现对隐身战机的探测、定位、跟踪。

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此外,由于雷达隐身效果还与观察角有关,当观察仰角大于40°时,隐身效果明显降低,因此,将空中平台或卫星进行俯视雷达探测,也可提高对隐身目标的探测概率。

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目前,台军能对隐身飞机形成威胁的主要是E-2K预警机,还有本岛和众多离岛建的78处雷达站,主要包括铺路爪雷达、长白雷达和爱国者II/III防空系统配备的雷达。

其中,铺路爪雷达工作频率450兆赫,即波长0.67米,但由于E-2预警机的雷达工作频率为433兆赫,波长0.7米,而歼-20专门针对这一波段进行了优化,因此“铺路爪”和E-2T预警机没有发现歼-20实属正常。

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长白雷达是天弓II/天弓III防空系统的搜索跟踪雷达,其工作的S波段与E-3预警机相同,而爱国者II的MPQ-53雷达和爱国者III的MPQ-65雷达工作的C波段为远程防空导弹系统所常用,都是歼-20重点反制的波段,因此,也不太可能探测到歼-20。

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▲长白雷达

而且由于MPQ-53和MPQ-65这两种雷达都具备火控功能,为防止其参数泄露,台军不一定敢随便开机,虽说E-2K预警机的ALR73被动探测系统发现歼-20的概率较高,但前提是歼-20得主动向外发射电磁信号。

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▲MPQ65雷达

其实,早在前两年的战备巡航中,歼-20就已经进入过台湾所谓12海里“领海基线”,当时采访我军飞行员杨俊成时,就有过“清晰看到台湾的海岸线和山脉”的表述。

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而台湾当局到现在仍然当鸵鸟,无非是确实发现不了,不然以他们的调性早就炒翻天,恨不得让天下人都知道了,这其实也就说明,在未来的统一战争中,台湾的所谓“领空”在歼-20面前必然是不设防的。