前言:短短不到24 小时内,中国先后试飞两款未来隐形战机,展现了与日俱进的航空实力,随即引发西方航空专家的疑问——这些设计是否与美国的6代空优战斗机相同,通常6代机指的是空优战斗机,有专家认为,中国现在似乎正在试飞两款不同,但非常先进的战机,其中一款比较小,在成本、复杂性和性能上具有某些优势,有专家认为更大的一款可能是美国国防部2019年发布的中国报告提到的歼/轰-XX中程战斗轰炸机,可能是互补的「中型/重型」未来载人战机战斗组合,还有的军事媒体认为新型战机的构型相当冒险,有的称作“特制炸弹”,也有质疑中国两款隐形战机是不是只有六代战斗机外形。

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一:什么才是六代机

飞机用于军事后,从侦察到投弹,最终变成相互空中驱逐,战斗机在一战时期崭露头角,二战时期就变成了主力,二战后成为战争的主宰,单纯制空权就可以让一个国家完全屈服,因此各国都投入巨资研发先进战斗机,力图确保空中优势,二战时双方的螺旋桨战斗机都没有压倒性的优势,也没有分代之说,德国率先发明的ME262喷气战斗机凭借着速度和升限彻底淘汰了螺旋桨飞机,战后的F-80 和米格-9只是在螺旋桨战斗机的机身上换装了喷气发动机,飞行速度很难有进一步提高,F-86、米格-15飞行速度提高到高亚音速,但作战方式还是二战时的机炮或者机枪快速占位扫射,由于轰炸机也升级到喷气轰炸机,为尽快拦截喷气轰炸机,美国F-100和苏联的米格-19都将速度提到1.4马赫,但武器还是机炮,第三代的F-4,米格-23战斗机装备了火控雷达和导弹,但技术不够成熟可靠。

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随着导弹和雷达技术不断提高,第四代喷气战斗机不再追求极速性能优势,重点突出中/低空、亚/跨声速能量机动,追求高过载和大迎角特性,采用了大型脉冲多勒普雷达配合中距雷达制导空空导弹,加上全向攻击红外导弹,设计空战场景是先进行中距迎头拦射,然后进行中低空近距格斗,在空战中往往能以非常大的交换比碾压三代机,由此产生了F-14/-15/-16和F/A-18,台风、阵风和鹰狮,米格-29/35和苏-27/30/35等至今仍是世界大多数国家空军中坚的高机动战斗机,第五代战斗机在进一步提高飞行性能上增加了隐身性能,由此在作战能力与上一代飞机产生了巨大差距,在对抗演习中创造的144:0的惊人战绩,尽管90年代后入役的四代战斗机在航电和武器方面有明显提高,但不具备隐身这一核心性能特征,靠小修小改局部、外覆吸波涂层、座舱盖金属镀膜也无法与五代机正面对抗。

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四代战斗机正面雷达反射截面积在3~10平米之间,地面远程对空警戒雷达可在400千米外发现,三坐标对空引导雷达可在300千米外发现,战斗机机载雷达可在100千米外发现,如果雷达反射截面积下降十倍,雷达发现距离缩小2/3,即使能量孔径积提高十倍也只能增加一半的发现距离,发射功率30千瓦、天线波束宽度2.2度、噪音系数3分贝、系统损耗9分贝、搜索范围水平90度垂直30度.搜索时间10秒的S波段有源相控阵雷达在无电子干扰条件下可发现147千米外0.008平米的目标,在电子干扰条件下会缩小到约50千米,四代战斗机的战斗机机载雷达对0.001平米的雷达反射截面隐身战斗机搜索距离只有30~50千米,电子干扰环境下缩小到5~20千米,即使隐身战斗机被四代战斗机飞行员目视发现,四代战斗机的机载雷达也无法锁定隐身战斗机。

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隐身战斗机拥有在四代机探测距离外“先敌发现、先敌锁定、先敌开火、先敌脱离”的战术优势。可使战场单向透明,呈一边倒的态势。总的来说,领先一代的前提能以非常大的交换比碾压前代机,因此六代机必须至少拥有一项比较特殊、最压倒性的性能特点,可带来装备体系、部队编制、战术战法的颠覆性变化,现代战斗机研制费用几百上千亿,如果没有颠覆性性能,那就是巨大的浪费,中国已经研发出了歼-20战斗机和歼-35隐身战斗机,性能已经超过了F-35、F-22战斗机,本着装备一代、研制一代、预研一代的精神,中国应该在2017年开始研制六代机。

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歼-20总设计师杨伟在航空工业权威杂志《航空学报》的文章勾勒出中国六代机的大致面貌,杨伟认为,六代机设计理念瞄准的是未来战场穿透性制空作战和进入反介人/区域拒止的需求,就是追求大航程、高速、全向全频隐身和载弹量,具备良好的穿透性制空能力,飞翼布局隐形性能好,减少了机身不连续面和独立结构散射区,因此具备针对L、S波段预警雷达更好的全向隐身能力,但机动性差。要提高机动性,就需要性能更加强大、具有矢量推力的发动机,六代机还要求高空高速,要实现高超声速飞行就必须尽减少空气阻力,现有战斗机的飞行高度只有1万多米,只有2万米以上高空空气稀薄阻力小。

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因此六代机飞行高度至少在2万米以上,如果还需要1万千米航程则要达到3万米以上。而传统涡扇发动机需要吸入大量的空气,无法在这个高度运行,只有变循环与超燃冲压发动机才行,变循环技术发动机可以减小30%油耗,增加50%推力,当年的SR--71侦察机就是在涡喷发动机的基础上改成了变循环发动机,但随着速度增加到3马赫,涡轮喷气发动机受限于超温往往已经无法工作了,只有超燃冲压发动机才能提供高超声速飞行所需的动力,冲压发动机没有活动组件,结构简单重量较轻,但最低启动速度在2马赫以上,

三:中国已经实现的六代机技术

中国已经研制成功“有源频率选择蒙皮”,这是一层很薄的印刷电路板,下方有半导体和铜片结构,通电后其可以吸收一定频率的微波,而且吸收的具体波段可调,还将雷达天线、光学探测装置、发射机、接收机、信号和信息处理机,射频电缆和其它传感器设备也附在蒙皮上,使飞机具备360度全方位态势感知能力,六代机的高隐身要求对中国已经不是问题。杨伟还认为各国战机隐身化趋向势不可挡,大家都发现不了对方,战机信息化成为主要性能,仅凭六代机自身传感器会有极大限制,还要控制辐射降低被敌人发现的概率,最好的方法还是让有一定的图像和视频自主处理能力的无人机作为分布式系统的节点,作战单元自主决策和六代机可以完美融合,六代机本身可以被体系赋能。

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目前中国通信传输速率达兆字节级以上,实现分布式作战并不难,目前歼-20S双座战斗机已经可以架带着16架“利剑"或飞鸿隐身无人机,无人机没有高档的相控阵雷达和航电,体型小、无驾驶舱,雷达反射截面积比歼-20还小一个数量级,作战时每架无人机携带4-6枚导弹前出占据有利发射位置由歼-20引导实现A射B导,一架歼-20就有近百枚导弹火力。歼-20都能实现的技术六代机实现起来更不是问题,由于需要处理大量情报和控制多架无人机,六代机也会采用双座设计,甚至可以实现指挥整个战区的所有传感器和火力。六代机就是物联网构成的作战平台,可连接任何物品联接,实现智能识别,定位、跟踪、监控和管理,无论是什么授权用户都可在线访问,并进行识别、定位、跟踪、监控、管理和操作。

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中国早在2012年就创建了“军事物联网联合实验室",研制了军用自组网、专用芯片空间加密技术、机器人识别控制定位技术等诸多军事技术,歼-20的“有源相控阵雷达+分布式光学孔径系统”具有强大的信息化,多传感器融合技术已达到世界先进水平,为六代机技术奠定了基础,目前的有源相控阵雷达探测范围有限,战斗机通常要保持固定而紧密的队形相互补盲,因此六代机还需要具有颠覆性的新概念雷达,目前有太赫兹雷达和微波光子雷达可以选择,太赫兹成像雷达可以越过隐身涂层获得涂层下的金属图像,不但可以发现隐身目标,还能发现水下以及伪装目标,中国电子科技集团公司在2016年就顺利研制成功首部全固态太赫兹成像雷达。

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微波光子雷达也是雷达领域的颠覆性技术,由光生微波源、光发射通道、射频前端、天线.光接收通道、雷达信号处理系统组成,集微波和光信号的传输、处理于一身,由光生微波源产生光载微波,经光发射通道滤波、放大、延时、移相,在射频前端进行光电转换,再形成波束微波信号,接收端接收到微波信号经电光转换,由光接收通道进行滤波、放大、采样及模数转换,生成的数字信号进行处理,微波光子雷达探测距离远,目标识别能力强,抗干扰能力强,系统体积小,重量轻,是新一代超宽带,多功能、软件化雷达,中科院电子学研究所己于2017年成功研制出了微波光子雷达。

四:中国实现难度较高的六代机技术

中国六代战斗机能否实现的技术是武器和发动机,发动机一向是中国航空的短板,目前中国空军使用的涡扇-10发动机无法满足歼-20超机动性和超声速巡航需求,第四代的涡扇-15大推力发动机标志着中国的航空发动机技术已经进入了与世界航空发动机强国,但六代机所需的变循环发动机还没有准确的消息,激光武器杀伤原理是烧蚀破坏飞机的结构和光电器件,飞机壳体一般都是熔点1500'C的铝合金,破坏临界值为1~10千瓦/平方厘米,100千瓦二氧化碳激光器5千米内的单个脉冲功率密度在100千瓦~10兆瓦/平方厘米之间,假设机载激光器达到1立方米的体积和2吨重量输出功率就达100千瓦,1秒内就可破坏5~10千米范围内的飞机蒙皮。

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激光武器光学镜头可以向各个方向发射激光束,无需机动飞行也可以将敌机纳入攻击范围,所以战斗机不再需要近距离格斗,航炮和红外制导空空导弹可能会彻底消失。但激光武器因透射光学部件、光学镀膜和抖动导致跟瞄精度200微弧度,在5千米处误差为100毫米,光斑直径380~2760毫米,从10千米增加到20千米时光斑直径扩大又导致功率密度下降,距离增加到20千米时,照射时间要3~5秒,如果目标进行机动,照射可能达到10~20秒,而100千瓦激光武器照射4秒就要60秒冷却时间,这就要极大提高散热要求,云层、雾霾、沙尘暴也会导致大幅缩减射程,所以预计机载激光武器的有效攻击距离只有10千米。

六代机还是需要在机内弹仓中携带若干中远程空空导弹,如果在100-150千米距离上发起攻击,4马赫速度的空空导弹只要100-160秒就可击中目标,这种空空导弹中国已经有了,但六代机之间的空战探测距离会局限在5一20千米范围内,假设进攻战斗机以2马赫飞行速度在20千米以3秒间隔发射4枚空空导弹要9秒时间。第一枚导弹12秒命中目标,第四枚导弹5秒可命中目标,在这段时间内战斗机向前飞行6千米,双方距离达到10千米,受攻击的六代机用机载激光武器拦截空空导弹,如果击毁一枚导弹要1秒,转移目标需要3秒,即需要4秒,就可拦截9秒内发射的4枚空空导弹。

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进攻战斗机则需要6枚空空导弹才能突破防守战斗机的拦截,如果飞机和导弹保持同一航向,不需要转移目标,就需要17枚导弹才能突破拦截,如果进攻战斗机接近到机载激光武器的照射范围内,那么双方将比拼激光的杀伤能力和防护能力,抢先照射的一方有可能直接摧毁对方的光电跟踪和激光跟瞄发射设备,但如果照射时机过早,功率密度不足以在激光器过热关机之前摧毁对方,那就有可能被对方在激光器冷却时趁机照射而赢得胜利,总之,六代机要解决激光器功率和缩短冷却时间与重量和尺寸的矛盾。此外,六代将取消大型凸出式驾驶舱,代之以有防激光涂层的半封闭/全封闭驾驶舱,驾驶舱也放弃了平面显示器,一切信息全靠AR头盔和联网的航电系统来提供,系统自动和其他战机互通互联,自动捕获和识别敌我,飞行员只需通过虚拟现实设备控制飞机。

五:结语

杨伟在《航空学报》的文章提出六代机越早生产出来越好,最好5年内完成定型,5年内完成部署,而不是像以往那样要十几年论证和研发,可见中国已经解决了六代机的所有技术问题,预计2030年内装备部队,如中美发生战争,就是歼40对美军的F-35,F-15XE等战斗机展开大屠杀了。