關於RCS的觀點之爭
昨天的文章【殲-35 RCS 0.01平方米?說點刺激的,傻子才會只關註雷達反射截面積】引起爭議,有人認為美國重視RCS指標而我們不重視是不對的。其實,大家反應過度了。
順便提一句,美國能夠制造隱身飛機,其實是得益於蘇聯科學家的貢獻。
隱身技術先驅研究
這是美國空軍早期關於隱身技術的研究報告,標題為【物理繞射理論中的邊緣波方法】。作者P. Ya. Ufimtsev(彼得·雅科夫列維奇·烏菲莫切夫)是一位蘇聯物理學家和數學家。他在1964年發表於【莫斯科科學院無線電工程學報】的文章,8年後被美國FTD(外國技術部)轉譯。
該論文引導了美國在隱身技術上的所有努力,使烏菲莫切夫被譽為「隱身技術之父」。他目前在俄羅斯,曾獲蘇聯國家獎、萊羅伊·藍道爾·格魯曼獎章和隱形先驅榮譽會員等稱號,並在退休後擔任加州大學電氣工程客座教授。
自1972年起,美國馬丁公司開始設計X-24驗證機,其主要任務之一便是測試飛行器的隱身效能。
到1974年,洛克希德接手研究並建造了F-117的前身「擁藍」。
當然,還有諾斯羅普的「默藍」。
波音和麥道合作的計畫被稱為「肉食鳥」。
覆寫為簡潔語言:
波音與麥道的合作計畫名為「肉食鳥」。
隱身技術的理論基礎
所有這些隱身計畫都基於烏菲莫切夫的理論,該理論指出物體對雷達訊號的反射不僅受幾何光學影響,還與電磁波在表面不連續處形成的「邊緣波」有關。透過數學建模預測這些邊緣波,設計者可以調整物體形狀,減小雷達反射截面積(RCS)。
這標誌著隱身技術的重大突破,使設計者能主動調整目標形狀以削弱雷達訊號,而不再僅依賴吸波材料。從美國的X-24、F-117到B-2,再到中國的殲-20和殲-35,這些飛機的設計均受益於這一理論。烏菲莫切夫因此被譽為「隱身技術之父」。
請問中國的研究是從何時開始的?
隱身技術早期研究與發展
早在90年代中期,我們就認識到隱身技術的重要性。阮穎錚教授在1982至1985年作為存取學者在美國紐約理工大學工作,回國後發表了多篇重要電磁學文獻。他關於隱身技術的關鍵著作【雷達截面與隱身技術】於1998年出版,但其研究早在1988年就已取得進展。
隱身技術的挑戰與實踐差距
雖然我們在隱身技術的理論研究上不落後於美國,甚至更早起步,但理論和工程實施之間存在巨大差距。理論是技術發展的基礎,但實際套用涉及多方面突破與協作。隱身技術就是一個典型例子:盡管理論研究奠定了基礎,但將其套用於實際飛行器設計和制造仍充滿挑戰。
例如,理論上1+1=2,但在實踐中很難實作。同樣地,上世紀90年代,盡管隱身飛機的理論已經成熟,但由於制造工藝、材料科學、制造精度和裝配水平等方面的限制,直到現在,如殲-20和殲-35這樣的飛機表面才達到高度光滑和精密的標準。
工藝進步需時間
我們不應嘲笑珠海航展上展出的俄羅斯SU-57工藝落後。畢竟,上世紀90年代,我們的先進戰鬥機也只是殲-8F。
殲-10的崛起與發展
W君常提的「遙遙領先」令人反感,因為他自己也存在問題。比如,殲-8的型號字母已快用完,而我們至今仍無法制造隱身飛機,直到2005年殲-10才服役。如今,殲-10外觀精美,與國外先進機型相比毫不遜色。
簡化後:
W君常提「遙遙領先」令人反感,因殲-8型號快用完且我們曾造不出隱身飛機,直到2005年殲-10才服役。如今殲-10外觀精美,不輸國外先進機型。
盡管殲-10C是在2005年剛剛服役,但當時的殲-10看起來依然很簡陋。
制造隱身戰機的挑戰與突破
寄希望於當前的生產工藝來制造隱身戰鬥機,無異於癡人說夢。這涉及工程學問題。只有國家制造水平、材料技術和裝配工藝提升後,我們才能制造出隱身戰鬥機,即把1公尺長的棍子延長到接近2公尺,雖然不能完全達到2公尺,但2.0001或2.0002公尺是可能實作的。
上世紀90年代末,我們知道實作隱身設計需從三方面入手:
1. 最佳化目標形狀(如多面體設計以減少雷達波反射)。
2. 使用吸波材料以減少表面電磁波反射。
3. 處理細節,如接縫、鉚釘和艙門邊緣的隱身設計。
但當時的技術條件不允許。這是個遺憾,也是我們實作隱身技術時間晚於美國的原因之一。制造上的突破是關鍵,高精尖武器反映的是綜合國力,而非單一技術領域的突破。
為何制造對飛機RCS(雷達反射截面積)有如此大影響?傳統RCS是「等效」面積,單位為平方米。但空中飛行的飛機並非平板,而是復雜形狀的物體。
簡化後的版本:
寄希望於當前工藝造隱身戰機,如同癡人說夢。這涉及工程學問題。只有提高制造水平、材料和技術,才能接近目標。上世紀90年代末,我們了解了隱身設計的三個關鍵:最佳化外形、使用吸波材料和細節處理。當時技術不足,導致我們落後於美國。制造上的突破是關鍵,高精尖武器反映綜合國力。RCS是「等效」面積,但實際飛機是復雜形狀,制造精度至關重要。
飛機RCS綜合效應
飛機在某一方向的RCS是該方向下各基本形體和部件不同區域綜合的雷達波散射效果。
飛機RCS方向圖波動特性
這些特征的修正需要高精度的零件制造和裝配。飛機包含數十個主要「散射中心」和無數較小散射源(如接縫、窗戶和鉚釘)。由於散射體眾多,隨角度變化,各部份貢獻不斷同相與反相,相互幹涉,導致總雷達散射截面(RCS)方向圖出現大幅波動。
在制造過程中,細微的縫隙也會散射雷達訊號。
隱身飛機與國家實力
機身固有縫隙和制造誤差影響了隱身效果。W君認為,成功制造隱身飛機是國家綜合實力的體現。我們確實造出來了,但今天的主題不是討論隱身指標「RCS」的變化。
【宋史·劉锜傳】記載金人鐵浮圖:「兀術穿白袍,騎甲馬,率三千精兵督戰。士兵皆重鎧甲,號稱‘鐵浮圖’。」
重裝鐵騎的利弊
金國在滅遼後獲得了豐富的鐵礦和工匠,進而組建了重裝鐵騎,其騎兵身披重甲,據記載盔甲重達70公斤,在宋末戰場上的威力堪比現代坦克。
現在的問題是,我們還需要鐵浮圖嗎?需要讓士兵穿戴70公斤重的盔甲沖鋒嗎?
在強調平等的今天,別說70公斤的重甲,即使是20噸的步兵戰車也都能被擊穿。
防護不再重要,但也不意味著讓士兵毫無保護地作戰。
技術進步重塑軍事格局
像【第一滴血】中的「戰場二哈」其實沒有戰場生存能力。盡管需要裝備鋼盔和防彈板,但這些只能提供有限保護,並非對抗14.5mm機槍彈。
RCS(雷達截面)在現代軍事科技面前逐漸失效。隨著時代和技術的變化,我們不應固步自封。例如,打敗康師傅牛肉面的不是白象泡麵,而是美團外賣。同樣,隱身技術雖然能在與雷達的較量中占據優勢,但電腦和網路技術的發展給這種平衡帶來了新的挑戰。尤其是自20世紀70年代以來,電腦技術以指數級速度發展,遠遠超出了傳統的線性增長模式。
這種指數級的技術進步,特別是芯片效能的飛速提升(得益於莫耳定律),正在重塑軍事領域的格局。
雷達組網探測技術
昨天提到,現代軍用雷達透過組網方式探測目標,這在2000年或2010年前難以想象,但現在已成為現實。一個雷達可能探測不到的飛機,其他雷達卻能發現。
詳細實作方法可參考昨天的文章,不再贅述。基本原理依賴於電腦處理技術和網路同步技術。
技術叠代與體系作戰
這些訊號檢測、背景過濾及光電傳感器復合辨識等技術,實為電腦訊號處理的一部份,並非傳統雷達技術。這就像將普通燈泡換成智慧燈泡,雖仍用於照明,但處理方式已大為不同。
因此,RCS(雷達散射截面)這一指標如今有些過時,雖然有用,但效果有限。戰場技術總是在不斷發展、被克制、再發展的迴圈中前進。隱身戰機固然重要,但現代軍事依賴的是綜合體系的全面支持,而非單一技術。
不必因美國有某些技術而自慚形穢,我們追趕上來後,技術仍有發展空間。正如過去追求高度和速度的二代機被認為錯誤,現在六代機又轉向亞軌域和高超音速,這並非錯誤重現,而是技術進步的體現。
就像城裏人不再用紙擦屁股,轉而使用濕廁紙一樣,技術總在不斷前進演化。