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【軍事博評】William:印軍聲稱探測到殲20事件淺釋

(網上圖片)

話說年初當美國宣布F-22飛往南韓做短暫部署沒多久,內地有網絡消息指中國的雷達探測到F-22,然後消息就不斷被炒作。至5月20日,台灣大小傳媒忽然又引述俄國衛星通訊社(英文版),指印度空軍司令稱印軍SU-30MKI已於一月時找到在西藏訓練的殲20,又稱不但SU-30 MKI看到J-20,而且連普通雷達都看到云云。

報道溯源:原話究竟是怎樣的?

衛星通訊社指消息式是出自印度防務研究聯隊網站IDRW 5月17日的報道,那當然先找他們的原文了。事實上,原來IWRG網站近日也忽然收到巨量電郵查詢,所以於20日出來再次澄清一翻,並附以當日的訪問片段作為佐證 (感謝網友柳成梁先生提供)。

篇幅所限,筆者只概括 IDRW 5月17日原文,重點如下:

  1. 標題使用疑問句”Did India’s Su-30s were able to see Chinese J-20 Stealth aircraft?”;
  2. 三月時印度軍方在殲20正式部署及展開對抗演習後首次舉行對抗演習;
  3. 空軍司令指殲20「隱身能力不太好」,印度空軍有能力處理這威脅,而印方亦想加速購買S-400防空系統,以強化中印邊境空域的監控能力;
  4. 作者指出空軍司令的話可能證實「很多」(原文)印度與西方研究機構所指,中方殲20未必那麼「隱身」,且可以不用任何特殊反隱身技術,用現有雷達技術即可探測。
  5. 作者明言,儘管(印軍司令)沒有為他的聲稱提供任何證據,或者本質上可能只是辭令,但已引起那些關注殲20的西方情報機構的注意。
  6. 文章小結提出一連串疑問,但指中國無疑會在殲20的量產化準備好後,在中印邊境進行部署;印方也會持續盡量收集殲20的資料,以應付未來可能出現的衝突。

針對衛星通訊社的報道,IDRW 20日的澄清中再重申那段是作者自行評估的,並非印軍所說(中文是筆者的翻譯):

……The article in Question was pen downed by Abhoy Roy for ” MY TAKE ” Section where he had only speculated How Indian Su-30MKI might have detected J-20s after IAF Chief confirmed that Su-30MKI Can Detect J-20 in Recorded Media Interview after Conclusion of IAF’s Gagan Shakti Air Exercise.(……那段落是由Abhoy Roy在”個人短評”中所寫,只是在印空軍司令在演習後的新聞簡報會上指出SU-30MKI可測得J-20,個人推測是透過什麼方法測到的。)

印空軍司令訪談片段,大部分是印地語

他們又將3月空軍司令訪問片段及英文內容公開。事實上,印軍司令的說法這樣的:

Indian Air Force chief (0.18): Our forces deployed in the northern border are capable of taking on the Chinese threats, as per airforce to airforce goes you will know that in Tibet they have more problems in comparison to us since their airfields are at high altitudes and also they don’t have required infrastructure. Against China, our air force is on the Strong wicket and our new induction process are more than adequate to take on the J-20.
司令:我們在北方邊境的部隊有能力承受中國的威脅。就空軍對比言, 你會知他們在西藏那邊的問題比我們多, 因為他們的機場處於更高高度,同時他們也缺乏所需基礎設施。面對中國,我們的空軍處於更強大的三柱門(板球運動中的龍門),而我們新的搜索及發現手段已超過獵取J-20所需的技倆。

Indian Reporter (1.00): It does not come under the radar? (referring to J-20)
記者: J-20不會被雷達偵測到嗎?

Indian Air Force chief (1.03): Nooooh , It is not, it is not, how do I say it, it not so stealthy that it can’t be picked up by any radar, Your Su-30 Radar (referring to IAF’s Sukhoi-30MKI) is good enough and can pick it up from many kilometers away.
司令:不……不是的。怎樣說好呢?這(J-20)不是隱身到任何雷達都查不到. SU-30MKI的雷達性能足夠在數十公里外搜到它…..(由上文下理推斷,他指的新搜索及發現手段可能是指SU-30MKI的雷達)

 

訪問及報道至少揭示4個問題:

  1. 空軍司令從來沒有提過SU-30MKI在西藏上空發現過J-20或J-20曾出現在西藏(事實上,IDRW 亦對殲20是否到過西藏抱有懷疑)。
  2. 空軍司令只說SU-30MKI的雷達性能足夠在數十公里外搜到殲20,並沒有講印度空軍真的搜索到殲20,也沒有提出相應證據。
  3. 司令的原話是不是任何雷達都不能探測到20,可不是甚麼「普通雷達都探測到20」!該網站5月17日的文章亦從來沒講過印軍指「普通雷達都能探測到殲20」,只是作者個人根據司令原話的猜想,認為SU-30MKI上的N011M這類已比較普遍的相控陣雷達可能可以偵測殲20。
  4. 衛星通訊社指印度空軍的司令叫Arup Shaha,但3月接受訪問的印度空軍司令,其實是Birender Singh Dhanoa;Arup Shaha 早於2016年年底已退役!而現時英文資料中涉及Arup Shaha與J-20的報道,幾乎全都是引自衛星通訊社,且是最近兩天才出現!

就這4點來看,俄國衛星通訊社的報道似乎和原文及原訪問大有出入,難怪IDRW要趕忙出文澄清了。

杜城亞丁機場是世界海拔最高的機場,殲20 2016年時曾短暫停留。(網絡圖片)

本年1月初,網上的確有消息指殲20到過西藏進行訓練(不過談論的不是網絡論壇就是名不見經傳的小報),不過情況有點像中國雷達偵察得到F-22,可能一直是個網上傳言:事實解放軍戰機近年一直不定期的停駐於西藏的昌都與日額則機場,然而諸如JANES或AVAIATIONIST似乎沒有跟進報道過殲20在西藏訓練的消息,同時也沒有衛星偵照公司放出過殲20在西藏任一個機場停駐的衛星照片,現時所能找到的衛星照及近照,都只發現殲10A、11B及空警500型預警機而已。過去所知殲20最接近西藏的時間,是16年8月底,地點在四川的杜城亞丁機場,距藏南超過300公里。

新華社公佈及DS大彪兄拍得的拉薩機場解放軍戰機。(照片來自超級大本營及新華社)

 

隱身戰鬥機:設計上的取捨?

好了,算是解說了報道出現的問題,然而有些問題可還未解決,例如,隱身戰鬥機是否真的有機會被探測到?

先旨聲明,這篇文不是討論殲20是否具隱身能力,或者在隱身性能上比F-22弱多少,我不是人形RCS測量器,也沒有準確的數學模型可以模擬。台灣著名軍事作家FLAK先生,曾撰文對隱身原理作了一次握要的科普,概括文中的論點。簡單地說,隱身機的設計並非要全吸收電磁波,而是透過特殊設計原則,減少雷達截面積(下稱RCS),以「壓制對方雷達的探測距離,延遲防空系統的反應時間」(註1),讓自己完成既定任務;這些設計是將主要電磁波反射或散射去另一些方向(愈少方向愈好),避免原來的雷達接收到訊息,包括:

  1. 邊緣的設計盡量要「斜」,不能垂直,否則雷達波會反射回原發射方向(或者經邊緣繞射由邊緣彈回原有方向);
  2. 愈少凸起物及曲面愈好(或者盡量不要對向電波發射方向),因為這會產生強大的電波散射效應(註2),令對方雷達更容易探測回波;
  3. 須先就任務特性設定最大威脅方向,寧願讓回波反射到其他方向上,都不能讓這方向有大回波;
  4. 飛機如果夠長,面對低頻雷達會更「著數」;
  5. 隱身主要靠外形,隱身塗層用在斜面及必須的凸出物附近,以吸收電磁波部分能量,減少散射。

 

B-2的RCS主要波峰方向。(網絡照片)

由於幾乎所有隱身飛機都要遵從以上設計特點,它們的機身及翼形設計很相似,例如無人攻擊機及轟炸機為追求全向隱身以潛入對方領空,都盡量造成稜形幾何並採用飛翼構形。這構形被認為是最好的隱身構形,因為翼面少(主翼翼面與機身一體化),基本反射面已經是最少的了,且也減少了主翼與尾翼之間的不連續面,亦減少了電波散射的機會;加上機身平面夠大夠長,對長波雷達都有一定的隱身作用;最重要的是,現行飛翼構形的RCS波峰主要集中在四個角度上,只要在任務規劃時審慎設定飛行路線,務使「四隻角」盡量避開沿途的陸基雷達,就難以被發現了。

隱身科技可使搜索雷達的搜索距離大幅縮短,令飛機可以繞過這些雷達的監控範圍,對後方展開攻擊。(網絡圖片)

 

絕望鑽石和B-2一樣,RCS峰值應該只有四隻角。這算是美國擁藍計劃提出的最初構形,RCS值甚至大大低於後來的F-117,不過很快就被放棄了,原因是……這東西可資控制的翼面太小,升力也不足,幾乎肯定飛不起來……(網絡照片)

 

當然,飛翼構形最大的問題就是可控性較差,需要靠飛控系統才能穩定飛行,而且靈活性不足;超音速飛行時,操縱性更會惡化至不能控制的地步,故一選飛翼,幾乎就肯定放棄超音速性能。

美軍從來沒有公佈過F-22及F-35的RCS圖,現時所有圖都是研究機構用精密3D模型及程式來模擬的,且對於細部RCS處理的吸收能力只是估計值,故這些模擬圖只有大概的參考價值,尤其前向隱身能力的最低水平未必準確;F-35模擬圖的出處更是出自南京大學的論文,奇怪的是,他們的模擬圖測得F-35前向部分方向的RCS值只有0.0001平方米,這和今天對F-35前向隱身能力的評估比較接近。

 

隱身設計主要的問題出在戰鬥機上:隱身戰鬥機由於要兼顧機動性及超音速性能,故翼面及氣動面要多,翼的不連續面更多,引擎噴口也不能製作成沒活動面的扁長方形(這樣就無法透過改變噴管的內部面積調整推力),故電波的反射方向無可避免要增加,且機尾RCS的增加也幾變得不可避免。所以即使諸如F-22及F-35,在設計上都要有所取捨,就最大的威脅(正前方)進行隱身設計,而兩邊及後方的就要著量犧牲隱身性。事實上,22及35的機身後方雖然也強調隱身,但模擬數據顯示,後方仍有大約0 dBsm的RCS(1平方米),大約相當於F-18E/F的正前方RCS。

所以,除非你遇到的是B-2或F-117這些強調全方向隱身能力的飛機,否則現時任一架隱身戰鬥機側向或者以機尾向著某部雷達,它亦可以在較長距離內「看」到;而就算是前向,只要機載雷達夠靈敏的話,基本上可在15-30公里左右探測到(註3),故實在很難一口咬定這位印度長官講法有問題。當然,如在戰時15-30公里距離才發現敵機,僚機甚至自己可能就早被擊落了。

紅圈是各機的雷達訊號反射裝罝,F-117是裝在機身兩側的。需要指出的是,美軍從來沒講清楚B-2的反射裝置是放在哪裏,但一般軍事愛好者都認為是紅圈中那個長方形小物件。(網絡照片)

隱身機平日也需要現身?

另外,隱身機平日大部分時間也可能是非隱身的:基本上隱身飛機進行普通飛行、轉場或訓練任務時,大多數會裝上雷達反射器或一種叫龍勃透鏡(Luneburg lens)的東西。雷達反射器是以可反射雷達波的金屬弄成多個呈直角的平面,無論任何方向射來的雷達波,在角反射器內經過數次反射後,會射回原有方向;而龍勃透鏡通常是個球形物體,一面是透波物質,另一面則是電波反射面,內部是多層介電常數不一的透波層,能將電磁波聚焦到電波反射球面上,然後反射回原方向。

龍勃逶鏡及其折射/反射原理。(網絡圖片)

現時幾乎所有隱身飛機都有放置以上兩項設備的位置,例如B-2、F-22與殲20都是裝在機底(殲20幾乎所有照片都是裝著透鏡的),F-35裝在引擎附近的機身上下方,F-117則是裝在機身兩側;唯一未見有裝的是……SU-57

為何隱身飛機需要以此顯示自己的存在?一來是在訓練時讓隊友及地面控制塔等知道自己的位置,而且訓練有時也會經過機場附近的民航機航道,航管雷達等得知飛機的位置,至少能叫其他飛機避開;另方面,由於日常巡邏飛行或轉場可能也遇到對手或其他民航雷達的搜索,加設以上裝備能隱藏自己的雷達訊號特性(例如哪個方向有較強的反射源),令潛在對手或「好事之徒」無法有效分析。事實上,此前內地報道聲稱解放軍用雷達發現F-22之日,正好就是F-22轉場往南韓的日子,轉場任務幾乎一定會帶龍勃透鏡,故即使真有其事,其實也沒有意義。

小結:

近年來,各種新聞媒體為求「追新聞」、「追速度」,很多時都未去追究事情真偽或可信度,一於「出咗先算」,而在報道外國新聞並引用二手報道時,更是「照搬」二手報道的內容,很少比較和原報道的差異;部分媒體更喜歡在報道上「加鹽加醋」,以吸引特定讀者群,今次事件似乎又應驗了這種現象了。這件事亦告訴我們,看外國轉載 / 翻譯新聞(尤其是軍事及科技新聞)一定要先看原文,因為你如果不去比較,你很難知道有沒有人在中間「造手腳」或「加鹽加醋」……

 

 


 

註1: 雷達理論有個有趣的現象:「偵測距離與雷達截面積的1/4次方成正比」,這表示你將雷達截面積縮小10倍,偵測距離才縮短44%;RCS要縮小到10,000倍,偵測距離才會小到難以發現的1/10。舉個例,F-18E正前方的RCS是1平方米(0 dBsm),你的雷達可在100公里外偵測到;但要探測RCS 0.0001平方米(-40 dBsm,也是F-22正前方最低RCS方向的強度)目標,距離就是10公里。

倒過來,這引出另一個問題:殲20因為有前翼,一般都認為隱身能力不如F-22,不過這個「不如」究竟到達什麼程度就無定論了。假設20的正前方最低RCS是0.001平方米(-30 dBsm,即F-22的10倍),同一部雷達的可發現距離是……17.5公里。17.5公里與10公里,差異其實「很不明顯」,且基本都已是目視或前視紅外線探測儀(IRST)的探測範圍之內。

註2: 人稱「隱身科技之父」的前蘇聯物理學家及數學家Petr Ufimtsev,最大的貢獻在於發展出計算邊緣散射的「物理散射理論」(PTD,Physical Theory of Diffraction),令設計人員成功「反向」算出甚麼外形有助將電磁波散射減到最少。

在空戰中,隱身機同樣可壓制非隱身機的探測距離,從而享有單向獵殺的優勢。(網絡照片)

 

註3:現時小型機場雀鳥雷達,可在6公里的距離探測0.003平方米RCS的物體,若加大功率及陣面面積,一般機載雷達也可能在15-20公里內測得隱身戰鬥機,如果是相控陣雷達(如印度的N011M型或其他更靈敏的型號),更可透過改變個別雷達單元陣列的照射方向,集中照射並識別可疑目標,令偵察距離進一步延長;當然,這距離其實未必有意義,因為屆時甚麼東西都可能打到你頭上了。

現時中俄的長波段隱身雷達已大幅縮小並可機動部署(不過還是很巨大)。只是這些東西的效果如何,有待觀察。(網絡照片)

現時各國仍發展新的偵察手段,以在更遠距離發現隱身機,例如功率更強更靈敏的主動相控陣雷達、SU-57上多組不同波段的雷達系統(以進行比對)、地基多部雷達聯網監察等。然而,這些東西不是尚在發展中,就是成效不明,又或者誤差仍較大(例如長波雷達),部分更是規模非常大,部署的費效比可能非常低……

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William Lam
現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

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