2009年4月2日星期四

反制F-22可能嗎? -- 另類眼光看21世紀初期歐、俄新戰機

“Anti F-22”?An alternative way to estimate fighters in 21st century
─The highlights of European and Russian new fighters─

前言:
  F-22是目前世界上最先進的戰鬥機,它的出現為制空戰機設定了技術制高點:隱形、超音速巡航、超機動、航空電腦、資訊整合、簡易後勤等。他於是成了衡量戰機制空能力的標竿:順其者王,違之者寇。此外其後續的JSF(F-35)則突顯冷戰結束後的今天戰機的另一重要任務:精確打擊。兩者影響戰機發展思想甚鉅,今日所見許多有關戰機發展建議或戰機性能衡量標準的文章多立基於F-22與F-35。
  然而,符合美國需要的解不見得是通解,也不見得是唯一解。本文基於對F-22與F-35的反思及21世紀初期空戰環境之分析,提出對21世紀初期戰機與防空體系發展的另類建議。並可作為分析21世紀初期戰機戰力之另一標準。

一‧F-22與JSF的啟示與反思
1.F-22的啟示
  F-22是因應冷戰時期空戰需要─〝擊落蘇聯轟炸機與戰鬥機,控制天空〞─而生的產物。講求在視距外對敵先視、先射、而後先脫離,必要時又要無懼於近戰纏鬥,於是有了隱形、超音速巡航、超機動的需要。這些技術特性允許F-22在以下的遊戲規則下控制天空:藉著隱形技術確保遠在敵機發現自己之前自己就發現目標;藉著相對較高的巡航高度以及超音速巡航速度確保飛彈能發揮較大射程;射完武器後,藉著強大機動力在超音速進行大G迴轉,一方面盡速脫離戰場避免進入纏鬥,二方面能讓對方可能已經發射的飛彈進行相應的機動縱而耗損能量、減少射程。此外,超音速巡航能力大幅縮減了趕赴戰區的時間,利於在廣大領空執行任務;而超機動性除了用在超視距脫離外,當然能勝任於其真正用武之地─纏鬥─。
  
當然F-22的強項還很多,諸如超級電腦、資訊整合、專家介面、空對空寬頻資料鏈等〝新世代戰機必備選項〞。但環視各國已經問世的戰機,上述這些都不是F-22的專利:EF-2000、Rafale跟Su-33UB都有超級電腦;資訊整合與專家介面甚至早在Su-35就用上,甭論其他新機種;戰機間資料鏈也早已是俄4+代、歐洲4代機的標準配備;超音速巡航目前F-22做最好,但他是否為掌握空優的重要飛行性能在俄法等國尚有疑議。
  但F-22的一項特性無疑是令各家望塵莫及的獨門武功,是確保其超視距遊戲規則的最關鍵技術,也往往成了衡量一架飛機是否為第五代(西方四代)的門檻,那就是其隱形技術。F-22的隱形技術含蓋隱形外型、吸波材料、吸波結構、降低無線電被解讀之機會、天線罩、乃至表面縫隙等層面。使得F-22的雷達反射截面積(RCS)大約只是傳統戰機的1/1000,EF-2000等〝低可視〞戰機的1/100!而造就這一獨門武功的最關鍵又在隱形外型,誠如一句名言:〝匿蹤有三要素,第一是形狀,第二是形狀,第三還是形狀〞,而美國在隱形外型的設計上擁有大量經驗,不像其他隱形技術般容易被趕上。就目前全球隱形技術發展看,除非引入俄國電漿隱形技術,否則沒有飛機能不依靠形狀就達到F-22等級的隱形性能(注1)。
  這使得隱形外型成了多數戰機設計師設計外型的目標、成了多數評論家衡量戰機優劣的指標。甚至有的評論家是以隱形外型的有無來判定屬不屬於第五代(西方四代)。
(註1:依據負責俄電漿隱形系統開發的卡拉提葉夫(Koroteyev)博士所言,電漿隱形系統之所以別於美式隱形,是藉由將雷達波〝吸收〞(cushion)與〝打散〞(disperse)達成[1],具體的說是〝吸收部份雷達波,剩下的在特殊的物理機制下傾向(bend to)機身行進,而使RCS降低2個數量級(即1/100)〞[2]。筆者推測這可能與電漿對電磁波的不等向交互作用有關:倘若能將垂直於表面的分量吸收,就能做到如其所言的機制了。若然,則這種機制雖不同於隱形外型,但結果卻類似。因此在其他隱形技術相同的情況下,電漿隱形飛機應有可能達到形狀匿蹤等級的隱形性能。此外,報導也指出俄電漿隱形系統已通過國家級試驗[1],〝俄將很快建造電漿隱形戰機〞[1]。)

2.JSF的啟示
  聯合打擊戰機(Joint Strike Fighter , JSF)最初是與F-22配套的相對廉價戰機(雖然事實上一點都不廉價),其作戰環境想定是在F-22取得制空權後對敵精確轟炸。不知是〝早有預謀〞亦或存屬巧合,JSF的需求恰好符合冷戰結束後的今天對絕大多數空軍的需要:對美國空軍而言,唯一能與他搶奪藍天的俄國空軍已不如往常,而許多小國空軍的對手也不具備太強的空優戰力,現有戰機或是JSF亦足以滿足空防需求,這都使得像F-22這樣的頂級制空戰機需求驟減;而另一方面,第一次波灣戰爭與柯索夫戰爭則表明,以空中武力對敵進行〝外科手術式打擊〞具有決定戰爭勝負的效果,這突顯了像JSF這類以攻擊為主要取向的隱形飛機及與之配套的低成本精確攻擊武器如JDAM等在現代戰場上的重要性。
  影響所及,JSF的技術特性成了另類〝先進戰機必備性能〞,甚至,有些美國國會議員主張美國有了JSF就不需要F-22。

3.反思
  今日戰機均在F-22設定的遊戲規則下設定性能需求,但偏偏各項技術制高點都被F-22奪去了,這使得其他飛機與F-22相較,比什麼輸什麼,更令F-22的技術制高點與空戰規則更顯得無懈可擊,而F-35所強調的精確打擊性能等就近年空戰史觀之也無疑議。無可否認,F-22與F-35的搭配的確是相當夢幻的高低搭配。
  然而值得深思的是,F-22與F-35這種符合美國需求的解,是否就是放諸全球皆準的通解?在冷戰結束後的今天,戰機首要追求的是否真的只是精確打擊而非過去強調的空優?
  隱形外型是目前認為達到頂級隱形性能的唯一途徑,但他無可避免要破壞飛機的氣動性能,而一旦氣動性能被破壞,就造成一連串讓飛機不得不加大加重的因素:氣動效率降低,就需要更大的推力來維持加速性、巡航性能等,在此條件下為避免航程降低太多,就會需要耗油率更低的引擎以及更大的燃油儲量,後者又可能造成體積與重量的增加‧‧‧。美國擁有最佳的超級電腦和數十年的隱形外型研究經驗,使其隱形飛機之外型在達到隱形性能之同時,盡可能擁有較佳的氣動力效率,儘管氣動效率不是盡善盡美,但其先進的航電技術允許有較輕的航電系統,有助減輕飛機重量,另外其推進技術也是當代屬一屬二。權衡之下,F-22依然擁有超低的翼負荷、超高的推重比,飛行性能甚至超越EF-2000、Su-35等特別講求氣動效率的對手。
  然而其他國家不見得有此優越的技術背景。其他國家在隱形外型的設計上才剛起步,目前其他航空先進國家也僅在無人飛機、巡弋飛彈等不苛求靈巧性的飛行器上全面使用隱形外型,而在戰鬥機這類講求靈巧性的飛行器上則仍以氣動設計為主要考量。事實上他們若不依靠美國的協助是不可能在短期內開發出像F-22這樣兼具飛行性能與隱形性能的完美外型的,而美國當然不會任意傳授這項絕活,因此其他國家若貿然跟進〝形狀隱形俱樂部〞則可能設計出不論隱形或氣動性能都不如人的飛機。再者,除了俄羅斯外也沒有任一國具有媲美或超越美國的動力技術來補償隱形外型造成之氣動力效率下滑。因此僅有俄羅斯有本錢弄出氣動效率因遷就隱形外型而被破壞,但飛行性能又數一數二的飛機,而儘管俄羅斯真的弄出這樣的飛機,其航電技術整體仍遜於美國,將使得這架飛機不具優勢。俄羅斯的處境都如此,其他國家若試圖加入形狀隱形俱樂部,相信情況更不樂觀。
因此,考慮其他國家的技術背景,可以斷言,F-22的設計思想雖然完美,但對這些國家而言卻未必是最好的選擇。
是否有必要在戰機發展之初就比照F-35的需求去發展有關的對地精確攻擊必備航電和武器甚至將追求制空權當作〝冷戰時期的思想〞而列入次要考量也必須深思。
十年來,兩次波灣戰爭、科索夫戰爭之空中行動凸顯了精密對地攻擊的重要性,其中除了第一次波灣戰爭還有傳統爭奪制空權的空戰外,空軍行動皆主要侷限在對地精密攻擊。這也讓人產生〝精確對地攻擊是21世紀初期戰機的主要訴求,F-22已是冷戰空戰思想的產物〞之觀念。部分美國國會議員甚至因此主張保留F-35而減購F-22。然而,安全的深入敵境進行精密轟炸的前提是空優的掌握,上述三場近十年發生的空戰中,美國都輕易的掌握空優,特別是科索夫戰爭與第二次波灣戰爭中,美國幾乎打從一開始就沒有空優顧慮。事實上,即使歐洲四代機與俄四代半戰機在空優技術性能上已超越美國現役戰機,但短期內數量難與美國抗衡,再加上美國擁有質量俱佳的空中指揮體系,因此幾年內,現有的美國空軍即使不裝備F-22也足以贏得空優,只是不具備壓倒性優勢而已。
試問,有幾個空軍能像這樣有把握從假想敵手中贏得空優?如果假想敵的空優能力比自己強,就難以確保深入敵境精確轟炸之安全性,在此情況下,精密對地攻擊就不見得是首要訴求了。誠如美國空軍所主張的,JSF與F-22是一體的,如果沒有F-22,JSF任務的前提就沒了,其任務、性能需求也將需要重新設定‧‧‧。
所以,雖然F-22與F-35的搭配如此完美,但他不見得是符合所有空軍的通解。那麼,21世紀初期的戰機應該是什麼樣貌?還可以從哪些指標評價21世紀初期的戰機?

二‧21世紀初期空戰環境分析
1.‧攻與守
掌握了制空權,偵察機可以更安全的貼近目標區偵查、攻擊機可以安全的深入敵境轟炸、陸軍可以安全的佔領目標。所以對於攻擊方而言,在低成本無人偵察機、攻擊機、巡弋飛彈具備足夠質、量以至於能承擔消耗(被敵軍攔截)而完全主導戰爭之前,制空權仍是確保後續攻擊任務能否成功的前提。而對於防守方而言,制空權的爭奪更形重要。
制空權的爭奪又分兩大部分,其一是擊落空中目標,避免敵空優戰機取得空優,或是避免攻擊機、巡弋飛彈實施攻擊,並防止偵察機偵察;其二是主動出擊,破壞敵防空體系如雷達站、防空飛彈陣地等,或是攻擊機場,直接將敵空中武力癱瘓於起飛之前。
只要後者實行成功,他甚至比前者更有效。因為前者要對付各式各樣的目標,而機載武器數量又有限,且沒人能保證每一枚飛彈就能擊落一架敵機,倘若面對的又是像美國空軍這樣有大量先進攻擊機甚至無人攻攻擊機的對手,對再先進的空優戰機也將構成沉重負擔;反之,一旦攻勢型空軍攻擊敵機場成功,敵方有再多在厲害的飛機都無法起飛或必須延後起飛,此外,一旦攻勢空軍成功攻擊敵方預警、防空系統,成百上千的老舊飛機都可以安然蜂擁而上,在敵人領空上自由行走。
這使吾人察覺以主動攻勢取得制空權的引人之處,但這是否表示新世代戰機要像F-35這樣讓空優性能遷就攻擊性能呢?還是那句老話:對美國而言,值得;對其他國家而言,不盡然。
對預警、防空系統和機場的先遣攻擊其實可以由長程巡弋飛彈或是攜帶精靈炸彈的無人攻擊機達成。要讓這兩種飛行器隱形遠比讓有人飛機隱形(特別是讓兼顧高機動性的有人飛機)容易許多。再加上他們沒有乘員因而可允許消耗,所以讓他們進行先遣攻擊似乎比用任何先進的載人攻擊機實惠,美國空軍現在也打算讓F/A-22攜帶長程巡弋飛彈進行先遣打擊。至於採用雷射導引或衛星導引這類低成本炸彈進行精密攻擊則可在先遣攻擊後交由成百上千的改良型傳統攻擊機來達成。
至此,筆者得到的觀念是,新世代戰機的發展思路仍可比照F-22、EF-2000等的模式,先講求制空能力的優化,之後若有餘力再求精密攻擊能力的優化。至於對機場、雷達站等重要據點的先遣攻擊任務則由長程隱形巡弋飛彈或是無人攻擊機達成,後續的精密攻擊交由改良型傳統攻擊機達成。新世代戰機同時要具備指管能力,以期奪取制空權並成為巡弋飛彈、無人攻擊機的載台或指揮平台。
21世紀初期的空優重點將是對隱形目標的攔截。在這個時代,不論巡弋飛彈、無人飛機、有人飛機等都隱形化,而與隱形戰鬥機爭奪制空權更是重點任務。前一個論點的依據是各國在隱形技術上都已有一定的成果,因此21世紀初之戰機多具有0.1平方米以下之RCS,美製戰機更具有0.001平方米級甚至更低之RCS。第二個論點的依據在於,巡弋飛彈這類隱形目標不具反擊能力,因此只要能發現它,不論發現距離多短,並搭配能鎖定他的武器系統,則理論上就能擊落它。然而,隱形〝戰鬥機〞具備反擊能力,因此若不能在空戰性能上與之抗衡,戰時就只能將制空權奉上。

2.分析21世紀初之空戰模式
筆者研判,一旦新世代低可視、隱形戰機逐漸普遍,空戰模式將再次向傳統空戰靠攏,〝戰鬥〞色彩將大於〝攔截〞色彩。
目前,F-22以外之俄、歐系新式戰機(1.44,Su-47、EF-2000、Rafale)之RCS在0.1平方米級,雷達對RCS=3平方米級目標之探距約150km,換算得這類飛機彼此發現之最大距離約在60km,不如上一代戰機(西規第三代機彼此發現之最大距離通常在80~100km),考慮到可識別並鎖定目標之距離更短,以及目前普遍使用的火箭動力中程飛彈之射程受交戰雙方飛行條件(高差、速度)限制甚鉅,使得配備傳統飛彈且搭配雷達作戰時,這些新式戰機難免回到傳統的機動搶位空戰模式。不過,倘若搭配衝壓空對空飛彈,則由於其不可逃脫射程大於戰機彼此發現之距離(如流星飛彈之不可逃脫射程為80km),故受交戰雙方飛行條件限制較少(例如,在高空時,倘若60km處之目標正在逃逸,則火箭動力飛彈恐無法打擊之,而流星飛彈則可),較能實現遠距殲敵之理想,但戰機有時仍難免要機動搶位(例如與目標之高度差太多等)。
若上述俄、歐系新式戰機對上F-22,則前者以雷達至多能在30km左右發現後者,而後者則能在110km以上發現前者。後者之數據與西方三代戰機類似,因此在無預警機支援下,使用AIM-120這等火箭動力中程飛彈之F-22仍需在100kmj左右進行機動搶位方能對〝半隱形〞飛機發動攻擊。這與F-22在打擊非隱形戰機時能在200~300km外發現目標,提早佔位以致能發揮飛彈之最大射程之〝攔截〞情況並不同,更趨近於〝戰鬥〞。
若交戰雙方皆為F-22等級的隱形戰機,擁有特別低的RCS(這裡取0.001平方米),以及特別好的雷達(APG-77能在200km外發現RCS=1平方米之目標),換算得彼此發現距離為35km,相當於MiG-21打MiG-21的情況,空戰模式更趨近傳統空戰,甚至視距內纏鬥將佔有頗大的比重。
可以發現,即使某個國家完全比照F-22的思路造出〝仿F-22〞,也只能確保F-22不會在超視距時消滅它,並把戰場拉近至30km,讓真假F-22打一場像越戰時期一樣的空戰。又由於〝仿F-22〞與F-22的彼此發現距離過短,使得在上述戰鬥發生前,攻擊方的F-22(以及其他隱形戰機)可能早已破壞防空體系,這時,〝仿F-22〞再怎麼強悍也難以扭轉戰局。因此,即使付出大量時間與金錢開發出〝仿F-22〞,充其量只能在與F-22的性能比較表上風光一時,未必有太好的實質效果,換言之,將不具良好的效費比。
事實上,一些被F-22的開發人員視為非必要的、多餘的已存在或開發中的技術,正足以用來打造一架〝反F-22〞。這些技術包括:光電射控系統、過失速機動技術、衝壓空空導彈、相對長射程之短程空空導彈等。另一方面,F-22所帶動之超級巡航、超音速機動性等其他國家視為奢侈性能者,對〝反F-22〞而言卻是相當必需的。
本文旨在探索一種不完全採納F-22之設計思想,但符合21世紀初期空戰環境,且足與F-22抗衡之戰機之樣貌及其可行性,供分析美國以外國家之新型戰機及防空建設作為時之參考。該機姑且稱為〝反F-22〞。還要特別說明的是,本文以下所用的〝F-22〞泛指〝隱形外型至上且仗著隱形優勢而將其他技術置於次等地位的全隱形戰機〞,用〝F-22〞只是讓讀者易於想像這樣的飛機。
三‧〝反F-22〞之各項性能要求
〝反F-22〞在隱形性能上起碼要做到〝低可視度〞,RCS起碼要低至0.05平方米以下,若低至0.01平方米以下更好;飛行性能上要有超音速巡航能力及超音速靈巧性,並強調能量機動性;在探測系統上必須配備熱影像儀等光電系統並將之用做主要射控系統之一;必須擁有環場飛彈來襲警告系統並與雷達、熱像儀同步處理以增強對隱形目標之判斷;武器方面必須配備衝壓中程飛彈及最大射程約30km以上之長射程型纏鬥飛彈;自衛系統上應重視主動防禦技術之發展。

1.隱形性能
說沒必要做到如F-22般徹底的隱形性能,並非表示完全不須降低RCS。在完全不採低可視度處理之情形下,現有戰機如F-16與Su-27分別會在約300及390km處遭F-22偵獲,而目前探測能力最好的戰機雷達(包括F-22自己所用之APG-77)僅能於約30km左右偵獲F-22。因此相對而言,完全非隱形戰機遇上F-22猶如以MiG-21 對抗有預警機輔助之F-15。
所以反F-22所應採取的隱形設計應為:在不過份犧牲氣動效率之前題下盡力追求低RCS。事實上這種思路正廣為美國以外之國家所採用,不論俄國之Su-47抑或歐系之Rafale、EF-2000等皆如是。問題在於該如何折衷。

反F-22之RCS要做到"讓F-22發現它的距離下降至其非X波段雷達之探測設備能偵獲F-22之距離"即可。由於 F-22等隱形戰機現階段主要對X波段雷達隱形,且其隱形機制主要是將回波集中至遠離接收機方向而非單純吸收,因此要提升X波段雷達對F-22的探測距離已相當困難,故方須借重"非X波段雷達"以偵獲之。目前已存在、有望在遠距離發現F-22的探測系統便是已幾乎成為21世紀初非美系戰機必備的熱影像系統。以EF-2000所用之熱像儀之數據推斷,其能於70km甚至100km遠外發現以超音速巡航迎面而來的F-22(註2)。 誠然,以光電系統儘管有在100km級距離發現F-22之可能性,其使用限制(如天候適性、威脅判斷力等)必然較雷達為多,但足以大輻減弱F-22之優勢,此乃"彷F-22"所不能。關於光電系統有何種限制、以及在這些限制下如何能大輻消弱F-22之優勢,將於射控系統一段詳論。
估計EF-2000之熱像儀能於70km以上、150km以下偵獲超音速巡航而來之F-22,若以此數據作為反F-22上之熱像儀之性能級,則反F-22之隱形性能須使F-22對其之探測距離降至100km級。若取100km則換算得RCS須在 0.06平方米以下。
現存之半隱形飛機如Rafale、EF-2000、1.44之RCS約為0.1平方米,可將F-22對其之探距降至約110km,勉強可接受。若能將其RCS減少1/2達0.05平方米,則可滿本文所定之需求,若減少9/10達0.01平方米,則可將F-22對其探距降至約65km。因此可說0.05平方米是反F-22之RCS需求,而0.01平方米是理想。
完全不採低可視度處理的F-16尺度之中輕型戰機之RCS約為5平方米,而目前已公佈之最先進吸波塗料或俄國之電漿隱形系統均具稱可將RCS降至原來之1/100,這些均可使F-16這類飛機達到本文對反F-22之隱形要求。而根據俄製1.44實驗機之RCS數據及當時已公佈之俄製吸波塗料性能推算,像1.44之類外型排除匿蹤大忌而設計之半隱形飛機不使用塗料之RCS約為1平方米(註3)。故估計使用上述新塗料或電漿隱形設備後,其RCS可達本文所定之理想要求。
於是,採用MiG-29噸位之機體(中型戰機),排除各種隱形設計大忌,佐以最新銳之隱形塗料,欲達反F-22之RCS需求甚至理想並非難事,對於隱形科技更強的國家而言,甚可令1.44噸位之重戰機達上述標準。若進而採用電漿隱形系統,則採上述二種佈局之反F-22必可達其理想RCS值。

(註2:Su-35所用的52Sh探熱儀在中空、正常天候對最大軍推的F-15迎面探距為40km。此數據或可為同條件下對超音速巡航中的F-22的迎面探距下限。此系超巡中F-22溫度理應高於前述條件中之F-15所致。儘管F-22用了燃油降溫等技術減少超巡時之熱輻射,然由其將表面材料改用鈦合金可推斷。其長時間超巡仍須鈦合金方可承受,故推測其超巡時溫度高於以最大軍推飛行之F-15。EF-2000、Rafale所用的熱影像儀探距均稱達140km級[3][4]。雖不知數據成立於追擊或迎面,但即使該數據僅指追擊距離,然由迎擊探距通常為追擊探距之半可得,其迎面探距在70km左右。故推測對超巡中之F-22之迎面探距在70km以上(若其140km之測試條件指追擊探距)
,甚至在140km以上(若其140km之測試條件指迎擊探距)。)

(註3:1.44的RCS約0.1平方米,90年代所公佈之俄國吸波塗料約能降低RCS達1/10,由此反算機體本身之RCS約為1平方米。)

2.飛行性能
F-22的飛行性能需求正是反F-22所需要的,後者甚至更需要那些性能。這些飛行性能包括:超音速巡航、超音速持續高過載機動、如上一代戰機般強調能量機動性能勝過過失速機動性等。但仍必須擁有過失速機動能力。
如前述,低可視技術之普遍使得先進戰機間之戰鬥具有突發性─彼此互相發現時可能都即將進入或已經進入彼此射程內(特別是衝壓AAM問世後)─因此雖然作戰起始距離在超視距範疇,但與傳統超視距攔截作戰不同之處在於武器可發射時往往不在最能發揮其射程之狀態,當雙方武器性能同級時,就以先讓飛彈具有較佳的發射初始條件者佔優勢,這就仰賴飛機的飛行性能。此處所提之〝較佳的發射初始條件〞包括:減少離軸角、在瞄準線上較高的發射初速、較目標高的高度等三項。第一項要求戰機優異的指向性,第二項要求機動後仍具高能量,兩者合一就要求飛機需要有優異的能量機動性能;此外,為滿足第二項與第三項,還要求飛機有高初始速度與高初始高度,這是因為速度與高度雖可由加速與爬升而來,但空戰的突發性使得戰機可能來不及為之,因此速度與高度是平常就必須準備好的;再者,為了維持或快速恢復速度與高度,良好的加速性與爬升性能自然不可少。
對於要對抗隱形戰機的半隱形戰機而言,對上述飛行性能之需求量更大,這是因為當半隱形戰機發現隱形戰機時,隱形戰機不是已經搶好位就是正在搶位,無論如何隱形戰機總是較佔優勢。
為達上述需求,反F-22要有盡可能高的巡航速度及巡航高度,以及在上述條件下具備優異的持續高過載運動性。這樣的需求與F-22、EF-2000類似,可參考其表現做為反F-22之目標:即超音速巡航能力,以及巡航狀態下5G級的不減速機動能力。這除能創造良好的飛彈發射初始條件外,超音速巡航對於防禦隱形空軍的一方而言更為重要,此因防守方之防空體係難以像防禦非隱形空軍那樣早對隱形空軍預警,故需要戰機有更高的巡航速度來縮短趕赴戰區之時間以補償較晚發現敵機的遺憾。
然而保持能量只是理想,實戰中(特別是近戰)若永遠死守能量機動原則,則高機動戰機的一些機動力優勢便形同虛設。例如在交戰雙方短程飛彈同級之情況下,在10km左右之近戰場合,超音速巡航戰機難以打擊大離軸角處之敵機,此時能先指向對手者獲勝機會更高,反之,若死守能量機動原則,就可能立刻遭以瞬間高機動指向我機的敵人擊落。對於採納能量機動理論設計氣動外型之戰機(如F-16)而言,必要時犧牲能量來換取指向性本來就是其本份,並未有所抵觸。
但瞬間大機動帶來的是能量驟失,此狀態之戰機直到加至一定速度前將失去應付某些後續威脅的能力,這也是能量機動理論要求戰機要有高升阻比與高推重比並且沒事不要浪費能量的動機所在。與向量推力控制結合的過失速機動(本文稱向量過失速機動)由於可應付後續威脅,縮小對自身有威脅的敵機集合,而化解了此後顧之憂,縱而讓飛行員較能不計後果的發揮戰機的機動性能潛力。
向量推力控制(TVC)為必備項目。在氣動力巳幾乎失效的過失速態,TVC讓戰機繼續保有非凡指向性;在尚未失速但速度過低或戰機酬載過多以致當時氣動力不足以拉出大攻角、或是在令飛機趨於穩定的超音速狀況下,TVC依然可令戰機拉出大攻角,以取得高升力係數,而完成高過載機動。因此TVC可說是確保戰機在任何狀態之高機動性之關鍵技術。
TVC對能量機動亦有助益,用TVC調節姿態時不若翼面那樣產生誘導阻力,因此操控阻力低;或是調整出適當的推力方向使各控制面做較少的校正便達到所需的穩定性。對F-22與EF-2000而言,這甚至是使用TVC的主要動機(而非增強纏鬥性能)。再者,TVC在超音速時飛機穩定性提高之情形下一樣使飛機輕易拉大攻角,這使有TVC之戰機在靈巧性比美穩定裕度更低的無TVC戰機之同時,擁有較後者低之配平阻力。
因此,反F-22應如上一代戰機那樣採符合能量機動理論之氣動外型,並配上TVC以增強能量機動優勢。若行有餘力更應添加相應之飛控軟體使具過失速機動性能。
至於採用之氣動布局,這裡討論鴉式布局、傳統布局(含其變體,三翼面布局)、前掠翼布局。
鴉式布局(前翼-三角翼)是21世紀初期戰機的主流布局之一。它擁有超音速效率高、空間好分配、掛點好分配、內容量大等優點[5]。在20世紀末西歐與蘇聯的論証中被認為是最能滿足新世代戰機高速攔截、纏鬥、對地攻擊所需高籌載等需求之氣動布局。然追求高超音速意味著成本的增加(如材料上不是大量用昂貴的鈦就是用笨重的鋼,且不得不用複雜的可調進氣道);另一方面,使用經驗顯式,速度並非戰鬥機該追求之唯一目標,且實戰時飛機極少用到2馬赫以上極速。故在速度的追求上,僅追求1.3至2馬赫間之高效率。如F-22之最大巡航速度達1.8馬赫,優化1.5馬赫左右之效率;EF-2000巡航速度1.4馬赫級(換裝EJ-230)等。在這樣的速度範圍,震波阻力還不具決定性,因此三角翼的優勢尚不明顯,且一旦進行高過載機動,三角翼大掠角、低展弦比所帶來的高誘導阻力將大不利於其能量之維持,必需靠更高的推重比予以捕償。
傳統佈局(以下見[6])主翼掠角在40至45度(三角翼在60度左右),展弦比3至3.5( 三角翼約為2),因此通常升力係數較高,誘導阻力係數較低,即最大升阻比較高。唯超音速時氣動效率隨馬赫數增加而減少;此外,一般傳統布局飛機表面積負荷較三角翼布局小,即高次音速低過載阻力較大,因此一般而言,傳統布局在低次音速不論在升力性能或低阻力方面佔全面優勢,高次音速領域起升力大小仍佳但阻力開始大過三角翼布局。然上述結論僅指一般而言,對於像Su-27、F-16這類有舉升體設計之飛機而言,表面積負荷仍有與三角布局相當甚至更大之可能(如Su-35之表面負荷便已與EF-2000相當,但Su-35有許多表面積是來自當年為容那蘇聯笨重航電而生的碩大前機身,以今日俄國之航電科技大幅西化之態勢觀之,是有可能打造出前機身相對較小但功能不減的Su-35的,這種縮小版的Su-35表面積負荷就有機會比EF-2000大),這就化解了其高次音速效率的不利點。此外,在現代戰機空戰速度範圍內,與三角翼相比其超音速缺陷(阻力大)尚不明顯,復考量過載性能、機動阻力因素後,傳統佈局在現代空戰速度範圍內之能量機動表現甚至較三角翼布局更具優勢。簡言之,在某個臨界馬赫數以下,傳統佈局能透過巧妙的設計而在氣動效率上全面壓倒三角翼,在該臨界馬赫數以上開始在阻力上出現劣勢,直到最後才全面遜於三角翼。對於掠角42度之傳統布局而言,該臨界馬赫數至少在1.34馬赫以上,與現代戰機之設計空戰速度(約1.5馬赫)僅差距0.16馬赫。
但三角翼失速攻角較高以及機動阻力較大之特點也付予它較傳統佈局更佳的急轉、指向性能[6],這在近距空戰非常有用。可以說,相較於傳統佈局,若推重比相同,三角翼機較不適宜持續或經常性的進行機動飛行,但卻可採平時維持高速飛行不機動,必要時急停急轉急指向的戰術彌補上述缺陷。這與能量機動各有優劣,在極端環境下甚至較能量機動法優異。因此要僅由氣動特性評比三角翼與傳統佈局之纏鬥性能優劣實非易事,因其與戰術使用大有關係。然而,若引入過失速機動,則傳統佈局飛機可無懼於失速,而在失速前發揮其高攻角性能之極限而拉近與三角佈局之高攻角性能差距。
由於失速後機動性能與氣動設計已無關。故換言之,若引入過失速機動,則傳統佈局飛機在現代戰機空戰速度範圍內擁有較三角翼佈局更好的先天條件。而傳統佈局之變體-像Su-35上的三翼面佈局或F/A-18上的大邊條怖局─都能提升其失速前高攻角能力。
前掠翼(Forward swept wing) 則是一種以速度取向觀之平淡無奇又問題多多,但在許多層面又極其誘人的氣動怖局。簡言之,前掠翼有如下特性(1~5見[7])1)FSW佈局能延緩穿音速時震波之生成並減少超音速時後緣震波之強度。(2)所以在相同穿音速震波阻力係數之前提下,FSW可減少掠角,縱而換來較高的升力係數。(3)FSW的升力中心集中在翼根,因而能減少翼根負荷,使翼根弦長可以減少,即做出更細長、展弦比更高的機翼,這又為其帶來更高的升力係數與更低的誘導阻力係數。(4)升力係數的提升使翼面得以縮小。(5)超音速後(約1.2~1.3馬赫以上)前緣震波出現,此時掠角較低的FSW會較快變成"超音速前緣"(設此時馬赫數V1,V1>1.2或1.3),但也由於後緣震波較弱,使得震波阻力係數依然較低,直到更高馬赫數(V2>V1)才開使有較高的震波阻力係數,又由於翼面積較小,所以速度又要高一些(V3>V2)其阻力大小才會超過傳統佈局(後掠翼)。(6)前掠翼因機翼前掠之故,升力中心較前,使可安裝於較後方,而令重心附近有充足空間可置油箱或武器艙,此優點與三角翼類似。
以上分析係指對穿音速優化之前掠翼而言,實際上,在上述例子中,若加大前掠角,便可降低超音速時之震波阻力係數縱而提高超音速巡航速度與極速(蘇霍設計局高層表示,要製造用於超音速的前掠翼戰機,必需將掠角提升到30度以上)。前掠角增大會導致升力係數減少,可透過增大翼面積來解決,無論如何,只要前掠角不要過大,前掠翼的前述優勢就存在。
但用上述增加掠角方法來提升超音速性能是有限制的。此係實用上前掠翼掠角不能太大之故。對後掠翼而言,當掠角非常大時可乾脆減少後緣掠角使變成三角翼來增加面積;而前掠翼不允許這麼做。
因此,前掠翼在超音速巡航速度以及極速的追求上先天不如三角翼,但會存在一個臨界超音速速度,在此速度以下妥善設計的前掠翼在氣動效率上全面佔優(瞬間轉彎、持續盤旋、加速性),而不像傳統佈局與三角翼相比時互有高下。此外,前掠翼還有失速攻角高、失速初期依然易於控制等優點。
前掠翼的理論優點人類在二次大戰時便知道,但在實行上卻屢遇難關。主要是在前掠翼的結構發散效應(即無法收歛的扭轉行為)。這種效應讓金屬機翼必須以不可接受的重量為代價來避免被折斷,後來美國X-29實驗機靠複合材料製造輕巧又不會被折斷的機翼,並藉由纖維方向的妥善佈置讓機翼在某些情況只彎曲不扭曲而減少阻力,但其於超音速後仍無法避免機翼扭曲導致阻力暴增。後來在俄製S-37實驗機上,更透過自適應技術解決超音速結構發散問題[8][9]。在材料的量產方面,S-37上的椱材板塊係由預製板塊加工而成,利於量產。事實上,歐美目前也正從事複材預製、自適應技術等之研究,計畫用在將來的飛機上。
只要材料的量產問題無虞,則前掠翼不失為一相當理想之制空戰機構型,儘管在速度的追求上較吃虧,然一但進入空戰(特別是戰鬥色彩大於攔截色彩的未來空戰)則幾乎佔盡優勢。
  
3.航電
F-22在航電設計上所達到之境界無疑是所有戰機效法之對象,不論是硬體技術還是軟體整合:以一個超級電腦統一處理全機資訊而非以一個電腦整合其他電腦;追求良好的狀況意識(SA)儘可能讓飛行員了解戰場狀況;極其簡易的後勤,地勤只需一台筆記型電腦便能做各項檢測,甚至飛機尚未降落其機上狀況就已透過資料鏈回傳至地面等。儘管F-22在這些方面並不全是先驅,但卻集其大成。
不過,F-22的設計方向固然需要追求,但完全〝猛禽化〞的航電設計卻非完美設計,特別對於非美國空軍而言,全猛禽化航電甚至有其太過與不足。
在隱形空戰環境中,戰機需注意以下三大項:〈1〉反隱形射控技術與其多樣性〈2〉擁有自主的最後防線預警能力〈3〉更新銳的自衛技術,最好是主動防禦技術。
a.反隱形射控技術與其多樣性
戰鬥機在反隱形作戰中之所以不能被防空飛彈取代,就在防空體系對反隱形射控技術的需求。目前的隱形飛機主要是針對兼具探測距離與射控級精確度的X波段雷達隱形。僅僅如此就對敵防空體系構成嚴重威脅。因為儘管探測隱形飛機的方法已經存在或是正在開發,然其不是精確度奇差就是離大量部署尚有距離。例如使用米波或更長波段的超長程雷達,因使用波段與飛機尺度相近,致F-22這類飛機對其無法產生將波束反射到遠離接收端方向或吸收之效,因而有機會對隱形飛機提早預警,然其誤差或達數十公里之遙,除非使用核子彈頭,否則這種精確度根本不能引導飛彈接戰;另外如使用超導濾波器之雷達站台,或是採用全被動探測的〝無聲哨兵〞雷達則尚在開發且即使開發成功仍需時間部署。因此,隱形飛機儘管不能保證沒有人看到它,但至少能確保不短的時間內幾乎沒有一樣中長程防空武器能攔截它。戰機藉其較大的運動範圍以及自主多樣的探測能力,而成為遠程警戒系統粗略發現敵機後,唯一有希望的攔截工具。
當然,上述結論的前提是戰機的反隱形射控能力。這並不是說戰機已經具有這項能力了,而是說戰機是搭載這項能力的良好平台,因為戰機使用中或開發中的設備已經漸漸提供其這項能力。
X波段雷達無疑是最主要的探測及射控系統。他是目前唯一能兼顧探測距離與射控精確度的全天候自主探測系統,而具有的都卜勒濾波技術又能用以濾除地面雜訊並測得目標速度以供射控電腦做精確的彈道計算等。其它探測與射控方法至今都只是X波段雷達的輔助(注4),而隱形技術正是X波段雷達的剋星,因此除非有重大科技突破,否則反隱形射控技術就必須仰賴X波段雷達以外的方法,也就是過去的〝輔助方法〞,又除非發生重大科技突破,否則這些輔助方法往往有其使用限制。是故,反隱形射控技術不但需要存在,而且還須具備多樣性以補償其使用限制較多的問題。

(註4:即使第五代戰機能透過資料鏈取得僚機傳來的射控資訊因而全程不開雷達完成射控,但這比射控資料的來源,一般也是需要用X波段雷達才能得到〝最完整〞的射控資料,因此〝整個機群〞的射控資料仍以X波段雷達為主要來源。目前僅有Rafale因兼具探測距離很遠的熱像儀與操作距離達40km之雷射測距儀,因而能完全不依靠雷達完成超視距射控[3]。)
現有或已公佈正在開發中之反隱形射控系統如下:毫米波雷達、熱影像儀、雷達預警接收器與反輻射飛彈。
a.1.毫米波雷達:隱形飛機很難免除毫米尺度的縫隙,毫米波在這些地方發生之共振繞射等效應使隱形飛機在毫米波雷達前難免現形。與長程雷達不同的是,毫米波擁有射控級精確度,因此只要發現隱形飛機,理論上便可射控。被認為是有希望的反隱形探測、射控系統。唯毫米波較X波段易受天候影響,故目前無法取代X波段雷達之遠程探測功能。但在未來的隱形空戰戰場上,戰機以X波段互視距離降至數十公里之情況下,毫米波的探測距離就未必算短。俄國第五代戰機雷達便可能引入毫米波段(但不確定是用於前視還是環場探測)[10]。
a.2. 雷達預警接收器與反輻射飛彈:隱形戰機因作戰所需,難免要放出電磁輻射,以機上配備之雷達預警接收器(RWR)接收並解讀該輻射資訊、據此輻射定位並發射反輻射飛彈便是一種反隱形方式。由於此時電磁波是以被動方式接收,其行進路程只是〝來〞,而不若主動探測般的〝去回〞,因此往往能在大於對方探測距離處便發現輻射源,如俄製SPO-15系列(Su-27等四代機使用)及SPO-32系列(Su-35等4+代使用)便能於敵方探測雷達探測距離之1.2被處查覺之,而美製ALR-94(F-22所用者)最大被動探距超過460km。在反輻射武器方面,俄國R-27P/EP及美製AIM-120都能以被動方式打擊輻射源,其中R-27EP被動鎖定距離達110km以上。因此目前對戰機的反輻射射控法已經問世。唯F-22之類先進戰機擁有複雜多變之波形,且其主動相列雷達能依據目標遠近改變功率,將功率儘可能減小,而減少被發現機會,因此能接收並解讀功率低波形雜之雷達波的RWR是反輻射射控法的關鍵。由於RWR本身就是戰機自衛系統的核心設備,因此只要是想存活於未來戰場之戰機都必須有上述等級的RWR,被動射控技術不過是借用之。
反輻射射控法的優點在於全天候、遠距離,缺點則是仰賴敵機打開輻射源。但隱形飛機往往都被設計僅在必要時打開輻射源或根本全程無線電靜默即可完成任務,因此反輻射法實際用處有限,唯此法之存在可造成敵機飛行員之心理壓力,且增加敵機執行任務之困難度。
a.3.熱影像儀:紅外線探測與RWR一樣都是被動接收輻射,唯RWR是接收敵機〝人為〞產生的電磁波,而紅外線探測儀則是接收溫度超過0K就會發出的紅外輻射。飛行器飛行時與空氣摩擦,無可避免要放出高於環境的熱幅射。俄國1980年代開發出用於Su-35的52Sh探熱儀對使用最大軍推之F-15的迎面探距可達40km,Rafale、EF-2000所用的熱像儀對上述目標之探距估計在70km以上,甚至可能達140km(見註2),甚至與隱形戰機發現低可視戰機之距離相當或更遠,且紅外線探測之方位精度高於雷達,若能用以開發反隱形射控技術,則可望大幅削弱隱形戰機在正常天候的威脅。
熱像儀可用的射控法有不測距、先測距兩種。
不測距射控法意即知道目標方位後,不測其距便發射武器攻擊之。由於紅外線探測之方位精確度極佳,即便到百公里外誤差也只有幾公尺級,飛彈本身之終端歸向及彈頭威力即可補償誤差,因此只要目標在飛彈射程內,理論上便能打下敵機。但這種〝看到影子就打〞的方式很多時候會造成飛彈浪費。以Su-35所用的52Sh之探測能力看,其所發現之目標可能是遠達180km外開後燃器逃跑的F-15(依Su-27所用的36Sh之數據換算,對開後燃目標之追擊探距約是對開最大軍推者的2倍),這種距離不用說R-77、AIM-120打不到,就算是流星、RVV-AE-PD之流也不見得打得到,更何況搭配用於EF-2000、Rafale所配備之探距更遠之熱像儀?因此採用看到影子就打的方法最後不是發射一堆飛彈去打根本打不到的目標,就是拿長程飛彈去打短程飛彈就打得到的目標。不得已的情況下這的確可用,但一點也不理想。
對付傳統飛機時,能由雷達提供距離、速度資料,搭配紅外線極精確的方位資料進行射控運算,但若目標為隱形飛機,雷達可用距離大為縮短,不能指望其提供距離資料。有的機種在追熱儀之外又附有雷射測距機,但就算雷射完全不受隱形設計影響,其操作距離本來就很小,Su-35所用者操作距離僅15km,Rafale所用者為40km,無法完全支援熱像儀強大的探測能力。因此採用傳統的紅外線測方位、雷射或雷達測距僅能確保視距內及略超過視距之定位,支援熱像儀探測能力的測距機制必須用他法。有兩種技術可透過軟體就讓紅外線設備具備測距功能。其一為三角測距,其二為熱影像測距。
進一步探究紅外線測距法之前,必須做個心理建設:〝很大的誤差也是可以允許的〞。用雷達探測時,距離數據依據光波來回時間及光速計算,誤差非常小,僅在數十米級,可考慮為沒有距離誤差,其誤差主要體現在方位誤差(即橫向誤差),若此誤差過大,則可能發生誤差大過彈頭破壞力所及之距離,造成飛彈根本無法傷害目標,故以雷達探測時,百公尺級的誤差都有點難以接受。而紅外線探測之方位精確度特高,以Su-27S所用的36Sh計(5秒,約0.001度),到100km外橫向誤差也僅有1.7m,皆在彈頭破壞範圍內,可考慮為沒有方位誤差。只要方向正確,讓飛彈沿正確方向飛行,則目標一定在導引頭視野範圍內,即使距離誤差再大也無太大影響,唯飛彈必須幾乎沿著目標方向飛行,不能像AIM-120那樣以拋物彈道來增加射程。簡言之,紅外線測距只要能估計距離以判定飛彈打出去是否會浪費即可。
三角定位法原理是用兩台(或以上)探測器偵測目標之方位,加上兩台探測器彼此之距離則理論上可由三角幾何原理訂定目標座標。這種定位方法老早用在戰機上:RWR的被動測距。因此相關的計算軟體幾乎是現成的,但熱感應器麻煩之處在於,能像RWR那樣分布在機身周圍的熱感應器,如飛彈來襲警告器,探測距離很短,遠不及有更好冷卻系統及透鏡組的前視熱像儀。因此若要在單機上應用熱像儀的三角測距,就必須至少有兩台熱像儀,雖然並非不可行,但必須大改結構、增重增成本,無法以軟體更動廉價的改良之。廉價的可行方法是,透過資料鏈結合兩架裝有熱像儀戰機的方位資料加上兩機相對位置資料而以三角測量法算出目標距離。在俄、歐系新世代戰機中,都有熱像儀與寬頻資料鏈,而機隊內相對定位也是早已成熟之技術,因此理論上透過軟體便能讓俄、歐系新戰機具備這項測距能力,唯飛機飛行時相對位置不斷變化以及相對定位系統之定位誤差使得難以達成精確測距。再者這種方法的缺點在於必須有兩架以上飛機合作,且合作的飛機之相對位置必須儘可能固定(否則軟體會很難寫或寫不出來),容易被破解。

b.擁有自主的最後防線預警能力
這裡所謂〝最後防線〞係指戰機週邊數公里至十數公里範圍內。F-22的SA很強,其APG-77雷達擁有極大的探測距離(對RCS為1平方米目標探距在200km以上),ALR-94雷達預警接收器預警範圍遠至460km,並有戰機間資料鏈、戰機預警機間資料鏈獲得僚機情報。然此種SA係指遠距離、大範圍SA而言,在近距離SA上F-22有其不足:其缺乏環場探測系統,對於近距離威脅除雷達可視範圍外,僅能透過資料鏈取得僚機資訊,而不能自主發現。F-22目前享有隱形技術的絕對優勢,且美國空軍早有預警機數量與指揮能力之優勢,因此F-22短期內確實沒有要應付不知從何而來的敵人的顧慮。然而在其他國家將來的低可視度戰機間、低可視戰機與隱形戰機間(如俄國以KS-172擊毀或擊退美製預警機,其五代機與美隱形機之對抗)、乃至隱形戰機間之對抗時,空戰為突發性的,發現敵機時敵機可能已發射飛彈,此時用於探測來襲飛彈並判定威脅等級的近距環場自主預警能力就相當重要。歐洲新世代戰機如EF-2000、Rafale乃至美國F-35皆有完善的自主近距警告系統,F-22之所以不用除前述原因外,即是經費考量,而非真不需要。
目前近距自主探測系統有被動的環場紅外線及紫外線探測器,以及主動的環場雷達,各有其優缺點。被動探測方面,飛彈飛行之任何階段都要發出紅外輻射,而紫外線主要產生於火箭工作階段,故紅外線探測方能探測任何階段任何導引方式的來襲飛彈。但其探測距離較短(應在十餘公里),且只能測向不能測距測速。環場主動雷達則有較遠的探測距離、且能測距測速增加判斷威脅等級的參考依據。然雷達之方位精確度不如紅外線探測器,可能較不利於對來襲飛彈之主動反制。
簡言之,紅外線探測器是必須的,其於技術上最為成熟(如俄國1980年代就推出MAK系列飛彈來襲警告器),且經證實虛警率非常低,有了它,便能確保對認何漏網之魚提供預警。若經費及技術許可,則再添加主動環場探測雷達,主動環場雷達透過測速能判定紅外線探測器看到的為飛彈或飛機,其測距資料能供自衛系統選定適當的反制措施,甚至在本文所提之熱像射控法中用來校正熱像測距誤差,當然,他也能確近距內空戰時我機在任何姿態都能自主掌握附近敵情。
c.更新銳的自衛技術,最好有主動防禦技術。
低可視度戰機發現彼此時,通常已進入中程飛彈射程內,又當其配備衝壓空對空飛彈後,發現彼此時甚至已在飛彈的不可逃脫射程內。再者,當低可視度戰機對上隱形戰機時,前者於發現後者時後者可能已經發動攻擊。因此筆者建議未來戰機的空戰想定上除了朝先視先射發展外,還應將反制對手攻擊納入重點項目,即將威脅反制積極的視為作戰想定的一部份而不只是消極的當做必要時的保命符。
自衛系統除應儘可能保證反制來犯威脅外,還應儘可能讓戰機在反制的同時不失去對目標的攻擊性。也就是,儘可能減少戰機的戰術動作在反制成功率中佔的比重。例如現代戰機在以金屬干擾絲干擾雷達導彈時,往往需藉助側轉或高機動讓敵機雷達短暫脫鎖後錯把反射訊號大的干擾絲當作目標。此時戰機戰術動作在干擾成功與否中佔相當比重,但在這些戰術動作的同時自己也往往失去目標,且機動過程中必然損失能量,因此以傳統空戰眼光而言,此時僅管反制威脅成功,本身也處於不利態勢。理想的自衛方法是,在反制威脅的同時儘可能保有自身的攻擊性,以期於反制成功後迅速投入戰場,甚至於反制過程中發動攻擊。
目前已存在或開發中技術可滿足上述需求的有:環場雷達、追熱導引頭損壞雷射、拖曳誘餌、空空導彈攔截技術等。由於這些技術不是已存在就是正在開發,因此本文所述之自衛技術並非虛幻。
環場雷達約可掌握中近距以內的戰情(如俄國用於LERX內的Epaulet〝肩章〞相列雷達對MiG-21探距20km,較大較新的的Faraon後視相列雷達則為70km),使飛機進行各種機動時能繼續追蹤目標。當然,由於尺寸的限制,環場雷達探測距離自不可能高於前視雷達,因此大範圍環場空情仍須由僚機提供。
追熱導引頭致盲雷射是未來主流自衛技術之一,係於探測出來襲飛彈後,以高能雷射照射之,損壞其導引頭之感熱元件而失去歸向功能。此項技術美俄等航空大國甚至中共都在開發,美國甚至已推出供運輸機、客機使用的成品。一但此項技術實用化,相當於將戰機所受威脅減半。
以往使用金屬干擾絲干擾雷達導彈的作法在今後效果有限。此因新型雷達導彈之導引頭不若早期飛彈只追大RCS目標,而會分辨目標運動趨勢。干擾絲之運動趨勢與飛機不同,易遭新型導引頭破解。因此有了拖曳誘餌的出現。拖曳誘餌放出後藉由纜線被飛機拖著跑,因此運動趨勢與飛機相同,此舉可令導彈偏離,且使用者的RCS越小偏離程度越大。拖曳誘餌可回收使用,有的是任務中回收,有的是返場回收,甚至可添加其他功能,如透過纜線供油燃燒以干擾追熱飛彈等。
一但上述反制方法都失效,那麼若能以空對空飛彈攔截來襲飛彈,則不失為可考慮之方法。雖然此法成本遠高於各種干擾手段,且讓戰機少了一枚飛彈可用,但比起戰機跟飛行員則便宜得多。以往的中程飛彈必須到約30km內才能保證堪用,且戰機彼此發現距離在數十公里甚至百公里外,可事先選擇逃避。而未來低可視度戰機普遍以及衝壓空對空飛彈的時代,中程飛彈不可逃脫射程達30km之二、三倍或更多,超過戰機互發現距離。因此,戰機使用中程飛彈的機會大為增加,反言之,戰機遭受之威脅也大為增加。像R-73M2、IRIS-T甚或MICA這類有向量推力的高機動短程飛彈搭配環場飛彈來襲警告系統如感熱式飛彈來襲警告器後理論上便具備反空空導彈能力。早期便有資料顯示,Su-35搭配機背上的飛彈來襲警告器便能指引R-73攔截來襲導彈,而德國幾年前也意外發現IRIS-T有此潛力[11]。倘若這種能力能付諸實用,就消極面可作為一切反制無效後的最後希望,積極面則是在導引頭致盲雷射使用且無效後,在拖曳誘餌使用之前先行發射飛彈將敵飛彈攔下,使戰機能不必進行反制機動,而繼續執行任務。筆者推測後者適用於低可視度戰機確定遭遇隱形戰機後的狀況:低可視戰機發現隱形戰機時,對方的第一波攻擊可能已經發動,此時若採傳統反制措施,則儘管反制成功,也只能繼續等待下一波攻擊,趨於被動,倘若以導引頭致盲雷射及空對空飛彈主動反制第一波攻擊,那便能在反制的同時持續準備攻擊隱形飛機,由被動態勢化為對等甚至主動。

4.空對空武器系統
a.中長程
即使因敵我識別科技之進步使得EF-2000這類先進戰機號稱可於100km級之距離完成敵我識別並發射飛彈,但在低可視技術普遍使用的21世紀初期空戰環境中,除F-22、F-35以外之戰機彼此以雷達探測之距約50km級或更低,為上述敵我識別距離之半,當低可視戰機以雷達探測F-22時,發現距離更短至30km以內甚至視距內,再者,即便本文稍早提及之熱像測距射控法確實可行,也僅於數十公里內方能確保可行。
這意味著:<1>90年代末期戰機於100km左右發現目標卻要等到30km左右方能完成肯定的敵我識別之狀況在新世代戰機上應不會發生。取而代之的事在數十公里內才發現但一發現就可使用武器。空戰節奏將變得更緊湊。<2>就用於與敵戰機爭奪空優之中長程AAM而言,追求100km以上射程不甚必要,倒是應優化100km以內之性能。
衡量上述需求與各國中長程AAM發展趨勢可發現,衝壓空對空飛彈相較於傳統火箭動力飛彈擁有壓倒性優勢。其可在尺寸噸位相當於傳統中程AAM之情況下擁有遠得多的不可逃脫射程。如歐製流星飛彈,發射重與R-77相當,然不可逃脫射程達80km,遠高於後者的30km級。且80km射程又滿足本文所述中長程空戰需要。有了流星這類衝壓飛彈,戰機在發現低可視戰機後幾乎可迅速發射飛彈,而省去使用火箭動力飛彈時還要詳加分析目標飛行動態以判斷命中機率之步驟。而在本文提及之熱像測距射控法中,這也能補償因測距誤差造成之發射可行性誤判所引起之彈藥浪費,大幅增加該射控法之可行性。
流星之射程固然夠,但在對抗F-22這種全隱形戰機時仍不算完美。此因其不可逃脫射程不能完全補償光電係統之測距誤差。在搭配測角精度5秒之熱像儀進行熱像射控法時,流星80km之不可逃脫射程最遠只能保證打到70km之大目標及35km內小目標;若不可逃脫射程為100km則最遠可保證打到85km大目標及43km小目標。後者對隱形飛機之攻擊能力已相當於隱形飛機對半隱形飛機之最佳供擊能力。若以流星飛彈之不可逃脫射程與最大射程之比例(0.8)類推其它衝壓AAM,得最大射程160km之RVV-AE-PD之不可逃脫射程近130km,對隱形戰機更具威脅。然RVV-AE-PD重達225kg,對中輕型戰機而言過重,亦不盡然為理想武器。
因之,若反F-22之RCS再予降低使F-22對其最大攻擊距離減至70km以內,則流星飛彈之射程完全足夠;而對RCS不那麼低的半隱形戰機而言,則應選用射程與重量介於流星與RVV-AE-PD間之衝壓AAM。
另一方面,低可視戰機之普遍使中長程AAM不能只追求高速高射程,而應強調全程高機動性與高操控性。對於與半隱形機搭配以對抗隱形機之中長程AAM而言更是如此。
低可視技術之普遍使空戰節奏變得更緊湊,戰機從發現目標到可發動攻擊之間隔短暫而致難以充分準備,因此飛彈之機動能力不能過低。特別是搭配熱像測距法時,目標不是一個點而是在一個距離區間內的無數可能點。在打擊這種不確定目標時,就不是對一個位置與運動趨勢明確的點目標設定最佳路徑讓飛彈去逼進,而是對該距離區間之下限設定最佳路徑去逼進後,沿可能點構成之直線飛行至尋標器發現目標為止。如此一來,目標對飛彈而言更屬於突發性目標,這就要求飛彈必須全程具備高機動性與高可控性,像AIM-120那樣對目標設定最佳彈道以逼近之的作戰模式在反F-22對抗隱形戰機時幾乎派不上用場。
對此,R-77與RVV-AE-PD所用之網格控制面是非常理想之控制面,雖然其有直飛時阻力較大之缺陷,然其擁有控制力矩大、所需轉矩小、控制律易於編寫、機動阻力小等特性,這些特性又特別成立於超音速時[12],因此對長時間超音速飛行且常須對付突發性目標之衝壓AAM而言,將是非常理想之控制面。
除與網翼搭配之衝壓AAM外,擁有向量推力控制(TVC)的無翼面衝壓AAM亦為可選項目。這種飛彈由於無翼面因此能有較高之飛行速度,又由於衝壓AAM幾乎全程有動力,故TVC也幾乎全程有效因而擁有全程高機動性。唯必須擁有可長時間可靠使用之TVC噴嘴,成本必將高於網翼彈。
筆者以為,射程與重量略大於流星,採用網翼或小翼-TVC控制之衝壓AAM為未來中程AAM之最理想配置。

b.短程
對21世紀初期戰機而言,以往為俄製MiG-29、Su-27獨掌之頭盔瞄準搭配離軸發射已成為近距空戰之主要模式。目前所有新世代短程AAM如俄製R-73系列、美製AIM-9X、英製ASRAAM、法製MICA、德製IRIS-T、以製巨蟒4等均與此需求相容。配有這些飛彈之戰機在近距空戰遇上配備傳統短程AAM之戰機時無疑享有絕對優勢,但同樣配有這些飛彈之戰機相較量時,卻不會因雙方皆具離軸攻擊能力而打成平手。此係飛彈行離軸攻擊時,飛彈在瞄準線上初速較小且一部份能量秏損於轉向過程,而造成射程衰減。在高空中,最大射程15與30km之短程飛彈對90度離軸角處迎面而來之目標之最大射程分別估計在10km與20km左右,對後方來襲目標射程估計在5km與10km左右.若進一步考慮中低空空氣密度較大而造成之射程衰減可知,在實戰環境中並不能永遠以離軸飛彈對視距內目標「見敵必殺」。
因此欲提升近距空戰獲勝概率,除頭盔瞄準、離軸發射技術外,還應要求飛彈射程須大於傳統短程AAM,以盡可能對任何方向來襲敵機做到"見敵必殺"。另一方面,要求戰機本身具備高指向性,以於必要時補償飛彈射程之衰減。
然飛彈射程之增加意味著較大的重量。而造出射程符合需求但過重的"短程飛彈"又不切實際。例如,R-77的高空與低空最大射程分別約100與25km,若其配有TVC,則便幾忽乎可在任何高度在視距內做到"見敵必殺",然其重高達175kg,為一般短程飛彈之1.5至2倍,一般而言將限制飛機所能攜帶它的數量,甚而抵消其優勢。
故短程AAM射程與噸位之選定一方面要考慮射程需要,二來可參考其他短程AAM之射程、噸位來折衷。前文提及之各國新型短程AAM中射程較長者擁有30~40km之最大射程,重量約110kg左右,至少能在高空視距內見敵必殺,而AIM-9X這類最大射程約15km者,即便在高空也難以符合視距內單靠飛彈決勝之需求。至此,衡量需求與對同類產品比較所得之折衷方案為,21世紀初短程飛彈最大射程應達30甚至40km以上。此外,為確保極大離軸角與極低空速時之發射初期高機動性,向量推力控制應列入必備項目。另一方面也可觀查察出,為滿足上述需求,短程飛彈突破100kg已是難免之趨勢。
現有新世代短程飛彈中,R-73M2、 IRIS-T、MICA符合本文所設需求。
四‧〝反F-22〞在防空體系中的價值
滿足以上〝反F-22〞需求的戰機大致是這樣的:〈1〉雖達不到F-22般的終極隱形,但有一定的隱形性能,對許多防空體系有隱形效果。〈2〉雖然與F-22的互視距離應仍居劣勢,但差距減少至數十km,雙方最大交戰距離約50~100km區間內,屬超視距範疇,但又具一定的〝突發性〞,〝反F-22〞便針對這一突發性來優化〈3〉對於全隱形戰機可能發動的第一波攻擊,或是近距戰鬥時來自四面八方的攻擊,他有有效的自主預警系統和反制措施,能於反制的同時盡量保有攻擊性〈4〉一但進入近距戰鬥,他靠著自主預警系統、反制系統、相對長程之纏鬥飛彈、以及超機動性來增加生存性。〈5〉能從眾目標中區別出隱形戰機,直接以長程AAM進行多目標不測距射控,或一次盯一個目標進行測距射控。〈6〉承〈5〉,透過資料鏈分配目標以補償無法多目標打擊之缺點。

這樣的飛機如同長程雷達的〝近視眼鏡〞。其理想操作過程是:米波、天波等長程、超長程雷達在遠方發現隱形戰機後,雖不能明確知道可供射控的資訊,但能推測目標群大致方位與大致距離,〝反F-22〞機群接收此資訊後便前往該區域接戰。靠有效的預警系統和積極反制措施抵禦隱形戰機第一波攻擊,同時準備進行自己的第一波攻擊,靠戰機多樣的反隱形射控系統進行較精確的射控,而且還是在視距外射控,甚至在結合戰機被動探測的方位資料及直接取自地面預警雷達的距離資料後,在更遠的距離對隱形戰機發動攻擊。如此,整個攔截過程就會相當於現代空防的攔截過程,具體來說相當於指揮MiG-29去攔截F-15後期型,反過來說,搭配F-22自己去攔截自己,會相當於指揮MiG-21去攔截MiG-21,而搭配普通戰機去攔截F-22,猶如指揮MiG-19去攔截Su-27。而一旦兩邊的第一波攻擊都失效而進入近距戰鬥,〝反F-22〞開始佔據優勢(仰賴高機動性、主動預警與相對長程纏鬥飛彈)。另一方面,一但F-22之類的隱形戰機於不佳天候採低速低空作戰,反F-22的超視距反隱形能力又將大減。但同時空防威脅也因天候較差而減少。
結果似乎令人沮喪,〝反F-22〞僅在理想天候下勉強擁有與F-22對等(但略差)的超視距戰力,那又是在一對一狀況下,若為機群作戰,則必須仰賴妥善的目標分配方能與F-22對等。而其真正能夠與F-22抗衡甚至超越的,還是在近距戰鬥。
理論上,任何配有離軸纏鬥飛彈的高機動戰機,特別是Su-37、Su-30MKI這種過失速戰機,近距戰力與F-22是對等的,甚至不必是高機動戰機在配備離軸纏鬥飛彈後也能在近距離與F-22抗衡。到頭來,〝反F-22〞最終還是只能確保近戰優勢,看起來同Su-37、Su-30MKI之流沒兩樣。然實非如此。〝反F-22〞是優化數十公里內的戰力,使在此區間提高生存性與攻擊性,另外將與F-22的互視或互射距離差距降低,並提供在超視距攔截F-22之可能性。換個角度看,Su-37、Su-30MKI與F-22的互視或互射距離差距過大(>200km);而巡F-22設計方向的隱形戰機(包括F-22本身)也難以在超視距對F-22發動攻擊,在近距離又不具優勢。因此〝反F-22〞確有其價值。
之所以下〝反F-22有其價值〞之結論除考慮其對抗隱形戰機之可行性外,還考慮其技術的可取得性。在〝反F-22〞的需求中,除主動反制措施外,多是基於現有技術或確定即將採用的技術(如衝壓AAM)加上相應的軟體而成。當然,這之中部分技術對現有戰機來說看似多餘(例如環場自主預警系統),然如本文稍早推測,當低可視度戰機與隱形飛機滿天飛之時,這些技術將越來越重要,具體的說,即使F-22自己屆時也可能得仰賴這些技術來對抗它自己。
因此,筆者認為,對於美國以外的國家而言,特別像俄國、中共這種可能遭遇隱形空軍的國家而言,與其傾全力發展〝仿F-22〞,不如參考〝反F-22〞思路折衷設計。換個角度看,在分析21世紀初期戰機空戰性能時,在目前慣用的〝以F-22的觀點衡量被比較的戰機〞之外,不妨參考〝反F-22〞的觀點作額外分析。

五‧〝反F-22〞候選
事實上,不只是〝反F-22〞所需的部份技術已經存在,連大幅吻合〝反F-22〞需求的戰機也已經存在或正在開發。
在航電技術上,EF-2000、Rafale、F-35、Su-33UB等便具有滿足〝反F-22〞所需之熱像儀、自主終端預警系統(環場飛彈來襲警告系統)等,另外由Su-33UB研判將問世的Su-35BM及PAK-FA(T-50)亦可列入名單(早期Su-35及Su-30MK系列雖然也有光電雷達,但其探熱儀並非熱影像儀,探測能力遠不及EF-2000、Rafale等所用者,故不列入)。其中EF-2000的自主預警系統用都卜勒雷達,其餘則用紅外線陣列,至於研發中的PAK-FA也可能增加環場雷達(依據有關俄新雷達系統研制方向之報導[13]及已推出的Epaulet微型相列雷達推測)。EF-2000與Rafale所用之熱影像儀性能已公佈擁有130km(Rafale)~148km(EF-2000)之探距,更增加了〝反F-22〞的可行性。在反制措施上,這些飛機中的部份將來可能配備拖曳誘餌、追熱導引頭致盲雷射等。
中長程武器系統方面,前述戰機目前採用的中長程武器為AIM-120、MICA、R-77之性能恐無法補償非雷達探測的測距誤差以及因缺乏速度資料導致不易算出最佳路徑之問題。Su-35BM預計採用的KS-172擁有300km(外銷型)或400km射程,幾乎保證任何被發現的低可視戰機類目標都在不可逃脫射程之內。但KS-172過大過重,不是最理想的空戰武裝。將來上述飛機將採用〝流星〞或RVV-AE-PD衝壓AAM才算滿足〝反F-22〞所需。
近距武器方面,英國版EF-2000用ASRAAM,雖然其最大射程號稱達到30km級,但其無向量推力控制,也幾乎沒有翼面,大離軸角攻擊能力堪慮,打擊後半球目標之可行性更不樂觀。F-35所用之AIM-9X有向量推力,理論上有環場打擊能力之潛力,然其僅為100kg以下之輕量型飛彈,最大射程較小,遭遇配有較大射程離軸飛彈的對手時居不利地位,且不具資料鏈中途導引,較不易實施掉頭射擊後方目標。然AIM-9X仍有潛力具備主動反飛彈能力。至於德國版EF-2000所用之IRIS-T、Rafale之MICA及MICA IR、俄係戰機之R-73M2具30~40km級射程、向量推力-翼面復合控制及資料鏈中途導引,更能確保打擊360度範圍內接近中的敵機,甚至具有反空對空飛彈之潛力(IRIS-T[11]與R-73M2均被發現有其可能性),唯R-73M2目前似乎無採用熱影像導引頭之消息(僅用到準熱成像,即辨識目標熱源分佈而不能得清晰影像),是三者中導引頭最差的。另外俄係戰機在R-73M2之上還有R-77及R-77T,該彈幾乎可視為〝具中長程攔截能力的纏鬥飛彈〞,其網狀尾翼使其擁有非常好的控制性能、優秀的高攻角能力和較低的機動阻力,具一定程度之離軸發射能力,機動力等級可視為類似巨蟒四型的大翼面無TVC式纏鬥飛彈[12],在離軸角不過大(例如前半球)距離對短程AAM略顯吃力的離軸戰鬥場合,成為一支獨秀的空戰利器(此時普通中程AAM因離軸能力較差而顯得吃力,短程AAM射程較短而顯吃力)。在為戰機開發武器時雖不必特意開發R-77這一等級的武器,但對俄係戰機而言,這種武器是已經存在,在分析時就必須考慮之。
飛行性能部份,依本文分析,真正幾乎完全符合〝反F-22〞飛行性能需求的,當推採前掠翼佈局推重比又特別大的Su-47(注5),然其外型設計已不復見。除Su-47外,本文較推薦優化持續機動性能的傳統佈局搭配向量過失速機動能力來補償指向性。Su-35BM、PAK-FA等俄係戰機及F-22本身便吻合之;F-35採傳統佈局且有TVC因而具備過失速機動潛力,但其推重比過小,優勢難以突顯。至於EF-2000、Rafale採用之持續機動性能較差、超音速性能與指向性較佳之鴨式佈局若能善用則效果亦不容忽視(特別是像EF-2000這種推重比相當高的機種)。

(注5:筆者順道在此提出一懸案,一般認為Su-47採纏鬥性能優秀的前掠翼佈局屬於上一代思想。堅持此佈局的是蘇霍局總設計師西蒙諾夫,他曾兼職於航空工業部,任內參與第五代戰機技術指標的訂定。從有關五代機發展資料可見,在部分俄國專家認為五代戰機只需加強航電系統而不必太重視隱形性能的環境下,他大力主張隱形技術,認為那是新世代戰機相當重要的指標。可見,西蒙諾夫並非閉門造車型專家,反倒是對其西方對手有相當的了解,那麼,他堅持在S-32上採用前掠翼佈局就竟真的只是一般認為的思想落伍,還是另有打算?)
總體看,在衝壓AAM服役之前,配備KS-172+R-77+R-73M2的Su-35BM或更先進俄係機種具有符合〝反F-22〞之射控需求的潛力(但不理想),衝壓AAM問世後配備流星+IRIS-T的德國版EF-2000以及配備流星+MICA的Rafale,及配備RVV-AE-PD+R-73M2+R-77的Su-33UB、Su-35BM以上之俄係戰機具有符合需求的潛力。但即使上述指標達成,這些飛機還要有更完善的自衛系統才能成為真正的〝反F-22〞。
F-22、Su-35這些傳統佈局超機動向量推力戰機搭配Rafale那樣的航電系統外加類似Epaulet之類的環場微型雷達,或搭配EF-2000那樣的航電系統外加環場紅外線陣列及雷射測距機;以及RVV-AE-PD、流星為中長程火力,MICA、R-73M2、IRIS-T為短程火力;並具拖曳誘餌、導引頭致盲雷射等先進自衛系統,以及0.05平方米以下的RCS,就大致是理想的〝反F-22〞。

六‧結語
本文探索出僅採用俄、歐系戰機於21世紀初之航空技術就能造出符合需求甚至足以對抗天價般的F-22之戰機。此係基於對〝極端的追求F-22思路〞的反思,但仍不應本末倒置而忽視F-22的設計思想。畢竟,即便本文探索出之〝反F-22〞真的存在,且與防空體系有了完善的搭配,也只能做到〝有對抗F-22之類的隱形戰機的機會而不被打好玩〞而已。F-22之類的隱形戰機讓絕大多數兼顧探測距離和精確度的防空體系(如區域防空飛彈用的X波段雷達)失效之事實仍然存在,而F-22追求的隱形性能也是〝反F-22〞的重要指標,只是不要求做那麼徹底。
本文要表達的是,雖然F-22真的無可否認的優異,但即使是採用F-22之類隱形戰機的空軍在面對採用F-22的空軍的攻擊時,也無法改變防空體系〝不夠力〞的事實,且F-22在攔截F-22的能力方面恐不如〝反F-22〞,因此與其砸下大量資源從無到有開發〝仿F-22〞,不如以相對較少的經費用幾乎已存在的技術拼湊出〝反F-22〞作為真正能反制隱形空軍的防空體系問世前的過渡方法。
另外也可以說,在分析戰機性能時,除了像現今主流般以F-22之眼光分析外,還可考慮〝反F-22〞之眼光分析之,後者更適合於低可適度技術普遍使用的將來,戰機間互視距離拉近至50~100km的情況。

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