不忘中囯之463: 殲20雷達、航電、武器性能全推測(圖)

殲二十本身作為一型集隱身、超音速巡航和超機動性的新一代先進作戰平台，隻有在綜合航空電子係統和新一代機載武器助力下才能形成完整的作戰能力。由於航空電子係統和機載武器係統很難通過飛機的外觀進行直接的分析，筆者采用通過世界各國尤其是中國在相關領域的研究情況來間接推測殲二十機載雷達、航空電子係統和機載武器性能水平。

　　從仰視到平視：殲二十機載雷達分析

　　網絡圖片中的殲二十機頭部分采用了統一的墨綠色整體塗裝，為分析殲二十機載雷達安裝位置和大概麵積造成了麻煩。但是看過殲二十照片的讀者朋友們可能會發現殲二十座艙與機頭的距離相對較近，殲二十座艙前緣已經延伸到了機頭的收縮段。這說明殲二十機載雷達的體積比較小。再細心觀察圍繞殲二十機頭布置的各類氣動傳感器布置，隱隱地已經可以發現這些機載設備已經為雷達天線讓出一個略有些下傾的安裝平麵。綜合判斷，殲二十應該是采用了第四代戰鬥機標誌性的傳感器 ——機載有源相控陣雷達。而且根據雷達所占用的體積來看，殲二十機載雷達本身很可能隻剩下完成射頻發射/接收的有源相控陣天線，而雷達的信號和數據處理交給了飛機的通用綜合處理器，這也是新一代戰鬥機通常采用的傳感器網絡架構。

　　人類航空史舞台上出現過四代戰鬥機，也流傳著四代機載雷達的傳奇。第一代雷達主要功能是測距，也被稱為測距器；第二代機載雷達采用了微波功率管，具備了目標距離和角度參數的測量能力；第三代機載雷達采用了脈衝多普勒技術，實現了機載雷達的下視能力；而第四代是有源相控陣雷達，其采用控製接在每個天線單元下的電控移相器的相位，實現天線波束掃描。殲二十采用的新一代有源相控陣機載火控雷達可以賦予飛機更加優秀的傳感器性能。有源相控陣雷達波束靈活，多用途能力好，探測距離遠並且可靠性高，是新一代隱身飛機的首選傳感器。隱身機機頭看似是經過外形隱身處理的表麵結構，為了能夠可以透過自己機載雷達的雷達波也會造成敵方雷達波入射，從而造成雷達艙內的複雜反射和諧振，對於隱身機性能影響很大，雷達艙也和座艙和進氣道一起被稱為飛機“三大諧振區”。而相控陣雷達采用固定天線，並且可以傾斜放置，這就可以把雷達艙內入射的雷達波反射到無關方向。而且相控陣雷達天線上存在上千個陣元，這些陣元組成的“粗糙”表麵更加劇了入射雷達波的漫反射，因而采用相控陣雷達也是隱身飛機隱身性能的需要。

　　戰鬥機雷達反射特征圖，可以看到一架戰鬥機各個部分對於本機RCS的貢獻。

　　【知識鏈接】：有源相控陣雷達通過控製接在每個天線單元下的電控移相器的相位，實現天線波束掃描，傳統機械掃描雷達發射機需要通過饋線網絡輸送到天線陣麵上才能輻射出去，而有源相控陣雷達的波源就位於天線陣列上的主動收發單元上，無須采用饋線網絡可以直接輻射，也就避免了饋線網絡的損耗。這個損耗一般可達5dB。相控陣天線采用相掃而不是機掃，具備靈活的波束控製能力，使雷達可以以時分的方式幾乎於同時實現對空對地甚至通信和電子對抗等多種功能；也可以根據目標情況實時分配雷達在空間的功率資源，有利於集中能量提高發現距離和穩定跟蹤重要目標。有源相控陣雷達采用多個陣元組成的天線陣列，去掉了易於發生故障的機械掃描機構，總體可靠性極高。

　　由於有源相控陣雷達具有優秀的先天性能優勢，世界各國很早就開始了研製。美國早在60年代中期就進行了MERA(微電子用於雷達)計劃，研製出有 604個天線單元的X波段有源陣列，驗證了機載有源相控陣雷達的可行性。然後美國進行了RASSR(可靠機載固態雷達)計劃，研製了有1048個模塊的有源天線，解決了有源陣列的發熱冷卻問題，驗證了有源相控陣雷達的可靠性。1983年SSPA（固態相控陣）計劃開始，研製了具有2000個陣元的有源陣列，應用了砷化镓場效應器件，直接對X波段電磁信號進行放大。經過三個階段的預研工作，美國於上世紀90年代研製成功了AN/APG-77有源相控陣機載火控雷達用於第四代F/A-22“猛禽”戰鬥機，拉開了新一代戰鬥機裝備新一代雷達的大幕。AN/APG-77雷達天線直徑約為1米，天線包含大概 2200個有源收發模塊，每個模塊的發射功率為10瓦，據稱其對於典型戰鬥機目標發現距離大於230公裏而且具備主動幹擾模式。

美國AN/APG-77機載有源相控陣雷達天線陣麵以及其使用的主動收發模塊

　　我國機載雷達研製曾經長期落後於世界先進水平。殲八2飛機曾經因為機載雷達沒有突破而曆經二十年多年才實現曾經設想的下視下射和中距攔射性能。但是隨著我國改革開發進程推進和電子信息產業的發展，我國機載雷達近年來發展極快，在突破第三代機載雷達總體技術之後又在短時間內實現了第四代機載雷達的躍進。引用中國航空集團公司雷電院院長張坤輝的話說：“如果說，以前對國際的先進水平咱們是仰視的話，那麽現在可以說是平視。如果現在參加國際招標，我們中國的機載雷達完全可以和英國、法國在同一個水平上競爭”。根據創新超越促發展--記中航工業雷電院長張昆輝這篇 報道：2008年，中航雷電院研製的具有完全自主知識產權的相控陣火控雷達，在圓滿完成了某飛機的驗證試飛後，雷電院向部隊機關和集團公司做了匯報，在軍方引起了強烈反響，並受到軍方各級領導的高度關注。空軍景文春副司令專程到無錫了解情況、聽完匯報後說：“當初×代機立項時，我有兩點擔憂，一是發動機問題，二是相控陣雷達問題。今天看來，雷達問題已經解決了，我們已經有了自己的相控陣雷達”。空軍首長和空裝首長的關注，給了雷電院極大鼓舞和鞭策。該項目在完成它機驗證試飛後，原國防科工委在北京組織召開了成果鑒定會，與會專家在認真了解試飛情況後給與了高度評價：“相控陣雷達研製，開創了國內機載火控雷達的新紀元，填補了國內X波段相控陣火控雷達的空白，為我國×代機的研製打下了堅實基礎，標誌著我國第×代戰鬥機提升戰鬥力的時機已經到來”。此項目還榮獲該年度國家國防科技成果一等獎。由此可見，殲二十采用中國自研的第四代機載有源相控陣火控雷達已經沒有技術瓶頸。

　　我國為飛豹A戰鬥轟炸機研製的多模式脈衝多普勒機載火控雷達已經達到世界先進水平。

　　智能之龍：殲二十火控係統架構分析

　　戰鬥機所采用的航空火控係統架構經曆了三個時代。第一代是由機電式瞄準具、單脈衝火控雷達、紅外傳感器、氣壓傳感器與陀螺組件構成的分立航空火控係統；分立式航電架構中的各類分係統互相隔離、沒有通信，在座艙內也是獨立顯示。第二代是以綜合導航及瞄準功能的數字式平視顯示器為主體,與大氣數據計算機、慣性導航係統、脈衝多普勒雷達等組成了數字化分布式的交聯式航空火控係統；交聯式航電架構中的分係統分別處理自己的信號和數據並且將數據共享給武器任務計算機，由武器任務計算機綜合顯示到平顯和座艙內的多功能顯示器上。第三代是以數據總線為信息交換通道,將各功能子係統信號以及數據處理集中於通用綜合處理器統一處理和顯示的航空綜合火控係統；綜合火控係統架構就是目前新一代戰鬥機所采用的火控係統架構，其關鍵在於構建一個以通用綜合處理器為核心的火控體係。F/A-22戰鬥機上的航電係統在總成本中的比例達到了50％，綜合航空電子係統也是新一代戰鬥機4S標準中的一個，可見其對於構建隱身戰鬥機整體作戰能力的重要性。從殲二十留個雷達的空間較小的情況來看，殲二十的機載有源相控陣雷達很可能使用通用綜合處理器取代了雷達的信號處理器和數據處理器。此時，機載火控雷達本身僅僅相當於一個天線，雷達後端處理工作以及其他傳感器、通信和電子對抗信號和數據全部由全機共享的通用綜合處理器承擔。

　　正在組裝的F22地麵模擬器的座艙，可以看出與最新趨勢相比F22的座艙已經略顯落後。

　　美國的航空綜合火控係統源於其在上世紀八十年代開始的“寶石柱”計劃。 “寶石柱”計劃的實質是以超高速集成電路和通用模塊為基礎，采用高速數據總線和計算機聯網等技術手段，實現航空電子綜合係統的高度綜合。雷達、通信和電子對抗等射頻設備首先要進行的是信號處理再將信號處理中識別出的數據進行數據處理。第三代戰鬥機采用的交聯式航電架構，在總線上進行共享的是各個分係統經過信號處理和數據處理之後的數據，再由武器任務計算機進行匯總和再處理。而綜合航電係統直接從信號階段就進行整機統一處理，這樣整機全部係統都能實現數據共享，比如雷達告警器獲取的信號直接可以和電子對抗係統共享，當本機被敵方雷達照射時，可以更加迅速和精確地針對對方雷達信號進行電子反製措施。F/A- 22的航電架構以共用綜合處理器為核心，（每架飛機有3個CIP，每個CIP有66個插槽，使用12種不同的模塊分別用於信號、數據、圖像/視頻及總線控製等功能），的將航空電子係統分為一個核心處理區和幾個相應的綜合區。為一個核心處理區和幾個相應的綜合區。其中核心處理區完成雷達、電子戰、光電等傳感器的信號處理和數據處理，並完成數據融合、導航計算、火控計算、顯示控製管理等任務處理功能。更晚研製的F-35多用途隱身機采用了更先進的“寶石台”航電架構，將F/A-22未徹底完成的航電綜合進行得更加徹底。F-35多用途隱身機采用分層而不是分係統的設計理念，雷達、通信和電子對抗等分係統被統一為射頻天線，其雷達屬於寬頻帶有源相控陣雷達不僅僅能完成F/A-22已經具備的傳感器和有源幹擾功能，還可以完成定向通信、導航和更全麵的電子對抗功能。

F22的寶石柱航電結構

　　F35的寶石台航電架構

　　在美國綜合航電係統研製過程中，我國在四代機背景下開始了綜合航電係統的研製工作。在航空報報道中提到“中航工業計算所對一季度工作進行了全麵梳理，各部門針對工作計劃認真做好任務分解，努力迎來虎年開門紅。某課題組全體成員努力攻關，成功突破了某航電係統關鍵技術，完成了綜合核心處理機軟硬件平台調試工作，該樣機的成功研製為加快新型號研製打下了堅實基礎。其中提到的綜合核心處理機即為類似美國F/A-22所采用的通用綜合處理器。珠海航展上，我國也曾經展出過新一代航空電子係統的通用綜合處理器。結合2010年珠海航展展出的大液晶顯示器先進座艙係統，相信殲二十在擁有科幻夢幻般外形的同時，殲二十的“內在”也會給大家一個驚喜。

　　潛龍利爪：殲二十機載武器分析

　　起初從殲二十照片上看不到任何彈艙的接縫，筆者還暗自著急了一番。後來隨著殲二十更清晰照片的出現，殲二十進氣道側麵和機腹可以看到疑似彈艙蓋的鋸齒接縫。如果筆者看到的接縫確實為彈艙結構的話，那麽殲二十也采用了類似F/A-22的側麵+機腹彈艙布局，采用兩個側麵彈艙各掛載一枚近距離格鬥彈和兩個或者一個機腹彈艙掛載4-6枚中距雷達彈。

　　在雷達、航電和飛機平台本身實現跨代的同時，機載武器也進入到了新一代。就紅外製導近距離空空導彈而言，縱觀紅外技術在以往紅外空空導彈中的應用發展，非成像製導空空導彈未能實現真正的全自主攻擊。無論采取什麽體製處理誤差信號，非成像跟蹤與製導係統實質上僅僅是一架方位儀，目標或大或小均表現為一個點光源。不僅不能精確測距，更不能識別敵我，特別是跟蹤大機動目標及受強地物、雲層幹擾時，容易丟失目標，更不具備識別多個目標的能力。以探測器陣列工藝及信號處理和圖像處理為主要內容的紅外成像技術，采用優質、多元探測器，實現成像製導已成為紅外空空導彈發展的趨勢。由西德和英國聯合研製的先進近距空空導彈ASAAM采用波長為8-12微米的多元HeCdTe凝視焦平麵陣列，美國AIM-9X采用128*128元混合式InSb或8-12微米的多元 HgCdTe凝視焦平麵陣列，使空空導彈具有真正的全向攻擊能力. HgCdTe的焦平麵陣列已達256*256元，InSb已達翻640*480元。它們的探測溫度達到住0.01K或更低，幀頻達數百至1000。采用紅外成像製導是第四代近距空空導彈的基本特征。

　　

　　采用鴨翼結構的響尾蛇導彈是典型的第三代格鬥導彈，這樣的氣動布局已經被第四代格鬥彈所淘汰。

　　三代近距空空導彈一般采用鴨翼布局。鴨翼布局就是將控製舵麵放在彈頭位置，通常是在導引頭之後。這種控製方式簡單易行，完全能滿足攻擊中低空機動目標的要求。鴨式布局導彈沒能充分利用彈體產生的升力。現代空空導彈可用攻角已使用到30°-40°，彈體產生的升力可占全彈升力的60%甚至到70%。而鴨翼布局在導彈迎角20°以上就由於導彈和鴨翼迎角疊加，使得鴨翼本身超過可用迎角，控製能力下降，導致導彈本身隻有大概20°的可用最大迎角。正是由於鴨式導彈不能充分利用彈體產生的升力，因而在中高空它的過載難以提高。如果一定要提高中高空過載，上麵提到的所付出的代價還要增加。目前具有大機動能力的鴨式布局的格鬥導彈，在超低空過載可達25G以上，但在高度15千米時，可用過載卻隻有7G左右，是很難滿足攻擊第四代戰鬥機的要求的。因而，新一代紅外成像製導導彈普遍采用了常規氣動布局。格鬥彈的常規布局與飛機的常規布局類似都是把控製翼麵放在升力翼麵之後，或者隻采用尾舵式的控製翼麵，把升力產生完全交給彈體。由於正常式布局導彈的舵麵冀麵尺寸小，所以零升阻力就小。正常式布局的導彈，如果使可用攻角達到30°-40°，並且彈體升力能占全彈的60% 至70%的話，就不僅能保證低空有50G以上的大過載，而且在高度為15千米，M2.0時，導彈圓過載有望達到15G。這不僅對攻擊低空大機動目標有利，而且也能滿足攻擊中高空大機動目標的要求，這樣，就可有效地攻擊第四代戰鬥機。ASRAAM和AIM-9X都隻有一個尾舵，但它既起操縱作用，也有改善靜穩定性的作用；沒有彈翼，這是邊條翼不斷縮小展長的極限情況。這種外形掛機性能肯定是很好的。導彈自主飛行時的機動能力，主要靠彈體提供升力。IRIS- T導彈是典型的正常式外形，除了有尾舵和推力矢量控製外，還有較寬的邊翼。為了減小被動段靜穩定性，在前部還裝了反安定麵，目的在於提高被動段的平衡攻角，進而提高導彈的最大可用過載。同前二種外形相比，這種外形在產生同樣過載時，攻角應當比前二種外形小且彈體自身阻尼特性要好一些。同時這種外形對自動駕駛儀的設也較為方便。根據第四代近距離空空導彈的共性推測，我國的第四代格鬥彈也將會是采用紅外成像製導、推力矢量和常規布局設計，能夠實現前半球無憂慮攻擊的“奪命霹靂”。
　　

　　第四代的響尾蛇X導彈已經將控製舵麵從頭部轉移到尾部，從鴨翼布局改為常規布局。

　　在第四代主動雷達製導中距空空導彈方麵，我國已經取得突破數年已久，而且相應已經開始大規模裝備。根據中航集團網站的介紹：閃電10A 空空導彈是中國一航研製的第四代先進中距攔射空空導彈，采用主動雷達製導，無線電近炸引信，具有超視距發射能力、多目標攻擊能力、發射後不管能力以及全天候作戰能力，能夠先敵發現、先敵發射、先敵摧毀、先敵解脫。可選擇複合製導模式、發射後不管模式和被動跟蹤模式等多種製導模式，具有多種抗幹擾能力，適用於全天候、全高度、全方位的作戰環境。能夠在複雜多變的作戰環境中精確有效地攻擊各種有人駕駛飛機、無人駕駛飛機。2010年珠海航展上展出的閃電10A 空空導彈上用英文詳細標明了其各項參數：閃電-10A空空導彈采用捷聯慣性製導+數據鏈連接+主動雷達末製導的複合製導方式，長3934毫米，直徑203 毫米，重199公斤，翼展670毫米，使用高度0-21千米，使用射程大於70公裏。總體而言，閃電10A係列空空導彈達到了美國AIM-120係列導彈的技術水平。而目前美國F/A-22戰鬥機使用的主要機載武器係統正是AIM-120的改型。相信閃電10A經過彈艙掛載的適應性改進之後，也可以伴隨殲二十“執劍長空”。另外國內目前對於固體衝壓火箭發動機空空導彈研究成果較多，殲二十也有可能裝備新一代主動雷達固衝遠距離空空導彈。

　　我國自主研製的霹靂12第四代主動雷達末製導中距空空導彈進行彈艙適應性改進之後即可為殲二十所用。

　　用不長的篇幅想要概括以殲二十為代表的中國航空工業整體實力進步實在是太困難了。筆者在殲二十分析這一係列文章中在總體、氣動和隱身、動力和航電武器這四個方麵對於殲二十進行了一定程度的勾畫。我國以殲二十為代表的一係列航空重大成果，都在宣告世界一條秉承“航空強國”精神的東方巨龍正在升騰。