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93大阅兵:从歼10/歼11看中国超视距作战能力

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视频:阅兵训练营震撼视频首曝光。

1.本次参阅的国产战斗机都具备非常强的超视距作战能力

在今年的9•3抗战胜利纪念阅兵中,中国空海军派出了歼10、歼11B、歼15等战斗机参阅,实现了全三代机阵营。而过往历次阅兵中的常客,包括歼7系列、歼八系列均已不在出现。总的来看,本次阅兵的装备阵营安排有两个重要标准:第一是具备实战能力的现役装备,招之能战;因此歼20、歼10B等尚在试飞,或者刚刚批量装备部队的型号就没有安排参阅。而第二条标准,就是战之能胜;因此战斗力不佳、较为老旧的型号也没有安排参阅。


图:挂载霹雳12中距导弹的歼10。

事实上除了主要定位于对地对海攻击任务的JH7A飞豹战斗轰炸机,由于控制航空电子系统成本、并且避免和对地对海的导弹或者精确制导炸弹抢夺能够挂载重型武器的硬挂点,最终没有设计超视距空战能力以外;其余参阅国产战斗机均已装备最新型的霹雳12导弹,实现了能够发现、跟踪、锁定多个远距离目标,并同时发起攻击的强大超视距作战能力。

而在2000年以前,作为中国空军最强大战斗机的歼11A(歼11系列中,仿制国产化从B型开始,此前为国内组装改进的苏27SK型),现在已经是本次阅兵中航空电子系统、武器系统技术水平和性能指标最为落后的型号了。在歼11A的地位起落中,中国十几年的发展成果彰显无遗。

在装备的交替中,在中国已经服役将近50年的歼7系列走向全面退役是最容易被理解的。这型飞机的基本设计源于苏联上世纪四十年代末期的超声速阻力研究,由于当时风洞和气动水平的限制;苏联出于成本和进度的考虑,采用了机头进气而大幅简化了总体气动设计难度。但这也使歼7系列难以安装较大尺寸的雷达,使它难以获得实用的超视距空战能力。

而中国在歼7基础上放大改进而来的歼八II型系列战斗机,虽然最终依靠改进为两侧进气获得了前机身的雷达安装能力解放,但由于飞行性能差而且基本设计缺陷较多;虽然发展到歼八H、歼八F时已经具备超视距作战能力,但早已不能满足现代空战的需要。在歼10与歼11B产量攀升上来以后,全面退役已经是情理之中的事情。

2.艰难的萌芽——中国超视距能力早期发展

中国在战斗机超视距作战能力规划的萌芽,最早可以追溯到60年代的歼八战斗机研制;而学术意见上的分歧,在特定历史背景下演化成了研制单位的分裂变迁,最终形成了中国今天的战斗机研制中心地区分布。

歼八战斗机项目提出时,中国空军的方案论证能力远不及今天的系统化、深入化;只是简单的表示,需要一架比歼7飞的更远、在高空滞空时间更长的新战斗机。因为歼7自身燃油不够,要在接近20 000米的高度拦截U2侦察机时拦截窗口很小,只要稍有差错就会引起拦截失败。在确定要做一个更大、更强的方案以后,当时601所对于怎么放大歼7出现了两个方向的分歧。


图:歼八采用双发动机共用单进气口的设计

导弹派认为,随着技术的发展,以后战斗机一定是要以导弹为主要作战武器,而且作战范围迟早要打到飞行员肉眼看不见的几十公里远距离上;因此给前机身留出雷达安装空间至关重要,必须采用两侧进气方案。而机炮派虽然不否定这一观点,但是认为这样对于歼7的原始布局改动太大,风险太高。当时机炮派尤其是害怕机炮的安装位置不方便安排,打炮时炮口喷出的大量燃气被两侧进气道吸入,引起发动机喘振停车,因此坚决要求保留歼7的机头进气方式。

然而歼八采用两台发动机,双发共用一个进气口在歼六上就已经被证明会造成严重的互相干扰;严重时常常造成发动机启动困难、空中容易停车而且一台停车会诱发另一台也停。如何解决这个问题,机炮派并未说明。但在后来歼八II的两侧进气道研制报告中,曾经的机炮派很自豪的说,歼八II是中国第一款设计之初就要求重点考虑进气道与发动机工作匹配的战斗机。

最终机炮派获得了歼八项目的研制权,导弹派的布局设计被安排成了一个远期的非主力型号计划,就是歼九项目;这个项目最大的特色在于,它安排了一套半主动制导的火控雷达和导弹系统,用以实现超视距攻击。由于当时的格斗导弹性能很差,只能在目标屁股后面追着红外信号最强烈的发动机喷口打,这种能够迎头射击的远程导弹系统就被称之为“拦射武器系统”。


图:歼8II

歼九上的拦射系统并非从无到有的完全自研,很大程度上是在美国F4战斗机残骸中的相关设备基础上,重现复制美方的技术设计。但由于电子电气、精密化工等工业能力上的差距,这套系统的开发极不顺利。在70年代末期,歼九项目彻底停滞、并很快下马以后,拦射系统被计划移植到歼八II平台上。

但对当时的中国来说,这套拦射系统已经不是唯一的发展方向了。在中西蜜月时代,同样是歼八II平台上就推动了和平典范计划,由美国以F16的航电技术对歼八II进行现代化改进。奈何项目虽早,进展却过于缓慢,80年代末期风云突变以后,和平典范计划搁浅;而中国最早的拦射武器系统也因为研制时间太晚而性能指标严重落后,最终导弹和雷达先后下马、淘汰。

3.歼10赢得竞争使中国少走了数十年弯路

在上世纪6、70年代,601所的导弹派先后被分配进歼9项目组;随后整个歼9项目组都被借着大三线战备建设的名义,被分配到四川成都,并成为今天611研究所的前身。虽然身份和体制在变迁,但是以宋文骢院士为首的导弹派们却没有失去初衷。


图:一些歼九的风洞模型。

即使是在因为涡扇六发动机等因素几乎看不到歼9项目研制成功希望、也看不到自己下一个重大项目机会在哪里的时候,611所仍然在不断的探讨超视距作战的理论和发展方向。从1975年初开始,611所牵头607、612、613、西工大等单位连续召开了五次研究讨论,并联系空军找到有经验的飞行员进行合作协同,在地面进行拦射武器系统的动态模拟试验。

这段研究在今天看来虽然水平粗浅,理论漏洞太多,而且并没有形成实际的装备成果,但它宣告着中国对于超视距空战的发展,从设计师们懵懵懂懂的定性推测和猜想正式转变成了严谨化的科学工程研究,是整个中国超视距作战理论体系的真正开端,也成就了后来611在歼10方案竞争中获胜的核心优势。

在八十年代初的第三代战斗机选型中,三机部(今天中航的前身)和空军原本内定了601所的歼13方案。这个方案延续了当年歼八机炮派的一贯作风,技术应用和功能设计保守;因此包括电传飞控、放宽静稳定、超视距作战能力等设计或者功能一概欠奉。


图:歼13。

国防科工委(国务院下属部门)对此极为恼火,安插了611所半途插入选型会议发言。事实上用当时国防科工委飞机局局长杨易正的话来说,他们早就计划要把成都的611所建设成“中国的达索”。为何是法国的达索?主要是因为法国和中国航空有很类似的大背景,中国在与法国密切的军事交流(比如谈判引进幻影2000)中受到了巨大的震撼。

法国当时发动机水平也不好,材料技术在欧洲不算一流;但法国极其善于从总体规划和设计细节上优化总体性能,而且对于空战理论探索极富前瞻性——高瞬间盘旋、高滚转能力的敏捷型战斗机开发,以及超视距导弹和近距格斗导弹合一,法国都比美国早很多。这些先进思想的传入,对于当时611所等一直没有实际机会验证自己猜想和理论和理论的单位来说,无异于久旱逢甘霖。

宋文骢并没有辜负国防科工委的期待,他在竞争会议上抛出的不仅是一套新型的鸭式飞机方案;更是一整套扬长避短、针对国内发动机水平不佳,材料工艺落后,电子设备体积重量大的被动现实,如何尽可能利用能量机动理论和飞机敏捷性来设计、发挥优势区性能,并将视距内空战与超视距空战紧密结合起来的空战理论体系。

在差距早已超越方案性能和功能本身,又有国防科工委背后力促的情况下,611所戏剧性的实现了半路杀出翻盘的逆转。今天回过头来看,如果当时赢得竞争的不是歼10,而是歼13方案,中国的自主战斗机研发进步至少要被拖慢二十年以上。

4.西方雷达技术与导弹的引进

精神原子弹不能凭空让人填饱肚子,光有先进的空战理论,但没有实实在在的武器硬件,那也是打不下敌人飞机的。歼10上彻底放弃了原来歼九那套过时的拦射武器系统,而是选择了利用中西蜜月的大时代背景,从西方多国引进当时来说也相当先进的成体系技术,开发全新的火控和航空电子、武器系统。而另一个关键,就是将包括火控雷达等大量的关键分系统、设备的研制任务分配都不再局限于中航内部,而是交由国内那些真正具备研究实力的单位比如中国电子科技集团进行开发。


图:平板缝隙阵列天线

公正的说,西方确实长期对中国实施着严密的技术封锁,但也确实出口给了中国大量的先进技术。比如歼10火控雷达上所采用的平板缝隙阵列天线,它对于材料工艺和精密加工的水平要求就极高,这两者都一直是工业基础中的大弱项。而英国当时向中国出口了全套的平板缝隙阵列天线精密加工技术,正是歼10火控雷达的研制基础之一;同等级别的技术,不要说苏联,俄罗斯至今都未能掌握。

中国在改革开放以前,雷达研制水平不高的原因,除了硬件设计制造能力差以外,对于信号的分析处理的理论水平过于落后也是重要原因。由于不能良好的分离包括地面杂波在内的各种垃圾信号与真正想要的目标信号,中国雷达很长时间都处于近视眼和白内障状态;看不远,漏看,看不见贴地的目标,几架飞机上天只能一架开雷达,否则大家雷达都被互相干扰到死的问题屡见不鲜。而中国长达30年都没有搞明白的多普勒雷达算法体系研究,同样是在这一时期依靠西方先进理论得到了突破。


图:苏27系的变态卡塞格伦天线,俗称锅盖天线。

而在中距导弹技术的引进上,因为价格等问题,中国最终没有引进法国的幻影2000与米卡组合。实际上如果引进了幻影2000,估计歼10项目很可能就会被下马了。而和美国洽谈的F16与麻雀半主动导弹的组合,最终也因为国际环境变化而没有完成;不过最终,中国倒还是绕着弯买到了麻雀家的型号,就是意大利的阿斯派德导弹。

这大概算历史给中国开的玩笑,中国最早的拦射导弹就是仿制于当时装备在F4战斗机上的麻雀导弹;而在80年代的中美F16引进谈判中,核心焦点之一也在麻雀导弹;后来买到的意大利阿斯派德导弹,还是麻雀导弹。虽然这几型麻雀之间,因为不断改进,性能早已相差巨大,但终归还是一家人。而中国最终在阿斯派德的基础上仿制开发出了霹雳11导弹,并作为主力型号广泛装备,过了几十年到底也没跳出麻雀家的圈子,只能说中国确实和麻雀导弹有缘?

5.霹雳11导弹已经逐步淘汰,霹雳12导弹构成现在中国的空防尖刀

在上世纪90年代中期,我国在歼八II机型上成功的发射了阿斯派德导弹,实现了国产战机发射中距导弹的突破,但并没有形成真正的作战能力。这一局面直到后来霹雳11、歼10、歼八H的定型才得以打破,已经是2003、2004年的事情了。

霹雳11导弹采用了半主动雷达制导体制,其原理是根据载机连续波雷达照射器的直射波信号与目标的反射波信号,测量目标视线角速度、导弹相对目标距离和距离变化率,形成制导信号,并在条件满足的情况下给出引信保险解除、引爆信号。


图:半主动中距弹飞行过程中,载机必须全程用雷达跟踪、照射目标。

半主动制导的最大缺陷,就是飞机只能看住一个目标逮着打,中间不能乱动,也看不了其它目标的情况。飞机在发动攻击之前,必须用火控雷达以单目标跟踪方式牢牢锁定目标,然后发射导弹。这个过程中飞机为了保证雷达波束始终照射在目标上,不能做机动动作,必须维持在近乎直线平飞的状态;平飞时有1G的过载,极限机动时有9G过载,而半主动导弹发射时,不允许过载超出2G。

通俗的说就是导弹只能始终沿着载机雷达照射目标的雷达波方向一直飞。这就像是两个人在完全漆黑无光的夜间徒手逮兔子,但却只有一个人有电筒;一旦后方那个打手电的人光束跟丢了兔子,或者把光给熄了,前面那个人必定失去目标。而且这个过程中,打手电的人根本看不见光柱以外的情况,和睁眼瞎差不多。

实际上霹雳11导弹对于中国来说,从一开始就定位于过渡性质的装备。中国在90年代以后,对于超视距导弹的研究重点,在于能够同时发现、跟踪、锁定、攻击多个目标,并且基本上实现发射后不用管的霹雳12主动制导导弹。这种导弹能够依靠自身携带的小型雷达,在射程的末端主动探测锁定目标。


图:R77导弹。

由于我国此前缺乏相关经验,因此引进了俄罗斯R77导弹包括导引头等在内的很多关键技术,并在此基础上展开了霹雳12的研制规划。从性能上来说,霹雳12导弹基本与美国AIM120A与R77相当。但令人遗憾的是,霹雳12导弹的研制进展远不如霹雳11顺利,设计定型和服役表现屡起波折,以至于很多真正承担战备任务的部队不得不继续使用霹雳11。比如2009年参加国庆阅兵的歼10,挂载的就是霹雳11。

此次歼10携带霹雳12参加阅兵,证明霹雳12导弹的被动时期已经过去,中国对于主动制导中距导弹的研制水平已经完全跨过门槛。这不仅使歼10这种高敏捷、高自动化机型的作战潜力得以完全解放,而且也是霹雳家族通过减小弹翼尺寸等紧凑化措施,开发为歼20内置弹仓匹配的新型号所不可欠缺的基础。比较令人遗憾的是,歼20目前还在试飞中尚未完成定型,未能在阅兵中展示我国超视距空战能力的最强战斗力。但相信在2019年的国庆阅兵中,歼20将不会缺席。

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