为什么开发隐形飞机这么难？(圖)
美国 F-22 （图片来源: 美国乔州国民警卫队/CC BY 2.0）
【看中国2021年12月27日讯】（看中國記者凌遠山編譯) 第五代戰機最重要的特點之一就是隱身，但當人們在討論飛機的隱身性能時，往往會簡單的把隱身説成是戰鬥機或轟炸機具有或不具備的某種單一的東西。但事實上，隱身技術要比人們想像的要複雜的多。更準確的説法是：隱身是一系列技術、設計和生產方法以及戰鬥戰術的結合，用以推遲或限制被敵方探測，以從而提高飛機的生存能力。
真的隱身嗎？
像B-2"幽靈"或F-35聯合攻擊戰鬥機這樣的隱身飛機確實採取了一些措施來限制它們的視覺特徵，或者說讓它們在天空中不容易被發現，但可以肯定的是，它們並不真正的隱形。
與流行的誤解相反，隱身不是使飛機在雷達面前完全遁形--事實上，許多隱身飛機在某些較低頻率如VHF和UHF波段的雷達上是明顯可見的。那麼也就是説，隱身的目的並不總是為了達到一點都不被發現......而是為了避免被擊落，因爲發現一架飛機並不等於獲得一個武器級的鎖定。
對於隱身性，最常見的理解是，如何擊敗、防止或推遲在地面和戰鬥機上敵方雷達陣列的探測。現代隱身計畫對此採取了多種多樣的方法，包括利用先進的設計，通過數字建模使雷達波偏離飛機，以及利用雷達吸收材料來捕捉沒有被安全偏轉的雷達波的能量。
機身設計
擁有一個特別適合將雷達波從飛機上偏轉開來的設計是第五代戰鬥機的一個固有特色，但這一特點卻是在已退役的F-117"夜鷹"上最能得到淋漓盡致的體現。"夜鷹"有棱有角不同尋常的外觀代表了當時計算機在計算雷達偏轉方面所能達到的最高水平。儘管今天的F-35戰鬥機擁有更多的曲線而不是硬角，這充分展示了美國軍方在計算能力上的長足進步，但二者的設計思路仍然是一脈相承的。
"飛機的形狀旨在將雷達能量偏離源頭，就像一面傾斜的鏡子一般，"哈羅德-卡特在談到F-35時說。卡特曾是洛克希德-馬丁公司具有傳奇色彩的臭鼬工廠的高級研究科學經理。"它的平滑的表面使雷達能量能夠順利地『流』過—就像水在光滑表面上的流動。"
雷達吸收
但僅靠這種外形上的隱身設計無法根本解決問題。一架飛機的機翼前緣、噴氣口、垂直尾翼以及戰鬥機的其他部分都容易產生雷達回波，卻無法通過先進的設計來消除。因此，你會經常看到在飛機的這些部分進行雷達吸收邊緣處理。更多的雷達吸收材料（RAM）被納入渦輪風扇進氣口內的蜂窩狀結構中。
阿德裡安-穆裡茨在學術教科書《航空航天材料簡介》中寫道：RAM的工作原理是飛機吸收電磁波能量，以盡量減少反射信號的強度，通過隱身技術的最優化設計和應用，有可能將戰鬥機的雷達反射截面減少到一隻中型鳥類的大小。
現代美國戰鬥機所使用的雷達吸收材料（RAM）的重要性不言而喻，據測試，可以吸收高達70-80%以上的入射電磁能量。但同時它也很昂貴，維護起來也非常耗時（這也是維護F-22和F-35的巨大開支的一部分）。飛行過程中產生的材料高溫也是RAM的一個難於解決的問題，這甚至被認為限制了一些隱形戰鬥機維持超音速而不受損的能力。
生產公差
使隱身戰鬥機或轟炸機投入實際使用如此困難的，不僅僅是數學的複雜性和RAM的費用。還有一個很少被提及但卻是異常重要的因素，就是以極其嚴格的生產公差大量建造飛機的工業能力。隱身戰鬥機的機身面板之間哪怕只是一個微小的縫隙，都能使其在雷達上更容易被捕捉到。所以，隱身飛機的組裝過程是一個極其艱苦的過程，需要大量的專業知識和相當昂貴的專業設備。
"如果飛機外部結構件被精確地加工到一起，公差特別小，那麼隱身要求就可以更容易滿足，"羅伯特-瓊斯在製造工程師協會發表的一篇文章中寫道，"也就是說，在實現飛機的隱身特性方面，減少以致幾乎消除結構件之間的間隙是非常必要的。"
以令人難以置信的嚴格公差製造飛機的能力也正是美國保持其在隱身方面優勢的原因之一，即使國家級的競爭對手已經紛紛投入使用他們各自的隱身飛機。
隱蔽性能非常好的F-22猛禽即是一個很好的例子。F-22猛禽的製造公差僅為1/10,000英吋，這在建造該機型的20世紀90年代和2000年代，簡直就是不可思議的，儘管縫隙処仍然必須用膠帶、填縫劑和RAM來處理，以保持飛機的隱身外形。據稱，F-35在組裝時的生產公差還要再小"幾個數量級"，但即使這樣，在雷達吸收材料RAM覆蓋的飛機上，縫隙仍然是可能發生的。
隱形的紅外和電磁
現代隱身飛機要面對的不僅僅是敵人的雷達，因此，現代隱身計畫也努力限制噴氣機的紅外和電磁信號。
簡單來説，飛機的紅外信號就是飛機產生的熱量。東西越熱，就越容易被看到、追蹤到，從而被擊落。問題是，隱形飛機通過將空氣與燃料混合併產生爆炸來提供動力......而爆炸的溫度往往是相當高的。
為了減少所有這些熱量，隱形飛機通常將其發動機安置在機身深處，在排氣口周圍有護罩，以便在其釋放時擴散熱量。這種方法也有助於管理飛機的聲學和視覺特徵（換句話說，它的聲音有多大，以及在天空中用肉眼多麼容易發現）。
"無人駕駛戰鬥機的排氣系統不僅影響其空氣動力特性和紅外特徵，而且還影響其尾部和側面的電磁散射特性，"北京的周澤洋和黃俊（音譯）在今年早些時候發表於《科學報告》的一篇同行評審論文中寫道。"研究排氣系統的綜合設計對飛機的紅外/雷達隱身性能具有重要意義"。
並不是所有的"隱身"飛機都能有效地遮蔽其發動機。當然，這並不意味著這些無人機和戰鬥機一定"不隱身"，只是缺乏這些隱身元素。
這仍然不是隱身故事的結束，因為現代隱身飛機還利用了電子戰套件，旨在干擾附近的探測手段甚至是通信。因為即使是"隱身"戰鬥機，在不同的情況下仍然可以被探測到，所謂隱身不過是爲了提高生存能力而採取的一種主動的應對方式罷了。
隱身戰術
最後，即使你把所有的隱身材料塞進飛機，任務仍然沒有完成。美國的飛行員花費無數的時間來計畫他們的作戰行動，以確保他們在各種可能的情況下保持優勢地位。
這意味著利用地形圖、已知的敵人陣地和設備，以及對飛機性能的瞭如指掌來規劃一條路線，以盡量減少暴露在可能有機會發現或與你交戰的敵人防禦系統下。這也意味著需要制定計畫，在出現問題時如何擺脫困境，而不至於駕駛著價值1億美元的隱形戰鬥機直接飛到另一個威脅之中。
"第五代飛機從五個主要方面獲得「低可見度」屬性：雷達橫截面、紅外光譜、視覺光譜、聲學發射和無線電頻率發射，"F-35A情報正式培訓單位的教官和課程主管斯蒂芬妮弗拉奧利空軍上尉解釋說。"由於技術的進步，這些機體更加依賴任務規劃來實現有效的隱身。"
畢竟，正如著名的F-14雷達攔截軍官沃德-卡羅爾曾經指出的那樣，對於F-35戰鬥機，在進行視距內纏鬥時，"隱形對子彈是無能爲力的"。