了解航空工業(yè)發(fā)展史的朋友都知道，二戰(zhàn)末期德國推出的梅塞施米特Me-262戰(zhàn)斗機是世界上第一款投入實戰(zhàn)的噴氣式戰(zhàn)斗機，首次使用了翼身融合設計，并意外的獲得了一定的隱身能力，成為現(xiàn)代隱身戰(zhàn)機的鼻祖。有一些找爹黨甚至鼓吹世界上第一種隱形戰(zhàn)斗轟炸機F-117就是剽竊了Me-262的技術，理由是F-117在氣動布局上使用的翼身融合設計，部分機翼和V型雙垂尾設計或多或少有一些Me-262的影子，這種說法看似有些道理，其實很牽強，從F-117解密的發(fā)展細節(jié)來看，和德國梅塞施米特Me-262并沒有直接關聯(lián)，其技術應用也遠比Me-262要復雜的多得多。不過不可否認的是，自Me-262之后，人類就開始對戰(zhàn)斗機隱身奧秘開始不斷的探索，美國人在該領域走在世界前列，不僅僅是率先推出了F-117，其隱身技術探索在二戰(zhàn)后就已經(jīng)展開了，摸索中推出的SR-71、D-21都是比較有代表性的產(chǎn)品。本文我們從F-117的發(fā)展歷程來了解一下美國隱形技術的發(fā)展動態(tài)。
F-117標志著世界航空發(fā)展史真正邁進隱身時代
大隱隱于空：隱形技術發(fā)展簡史有關誰是世界上第一種隱形飛機存在兩種說法，第一種就是我們上述所講到的二戰(zhàn)末德國推出的梅塞施米特Me-262戰(zhàn)斗機，第二種則歷史跨度更大，需要追尋至一戰(zhàn)時期德國的"蘭普勒-鴿式"偵察機。這兩款飛機，Me-262突出的特點是采用翼身融合設計，產(chǎn)生了意想不到的雷達隱身效果；"鴿"式則突出的視覺隱身效果，特殊蒙皮制造的機翼，在400米的高度視覺上看到該飛機就如同沒有機翼一樣。
兩種不同思路的隱身效果代表著同時期人類對隱身的認知和理解，不過鑒于當時的技術發(fā)展水平，這些理解和認知多少顯得有朦朧。時間軸穿梭在二戰(zhàn)后，隨著雷達技術的迅猛發(fā)展，反雷達探測成為隱形技術發(fā)展的核心，各大軍事強國在該領域開始孜孜不倦的追尋，美國人的發(fā)展最有代表性和前瞻性。
從歷史的角度來看，美國和蘇聯(lián)都在占領德國的時候獲取到了大量的德國先進軍事科技，這其中就包括了梅塞施米特Me-262戰(zhàn)斗機，但沒有直接的證據(jù)表明，美國在后續(xù)隱形技術發(fā)展中直接借鑒了Me-262的技術。但在美國二戰(zhàn)后發(fā)展的U-2、SR-71以及D-21等飛行器上都能找尋到一些有關隱身的設計特征，比如U-2錐形機頭就有一定的隱身特征，SR-71使用了吸波材料等等。
D-21最初設計就已經(jīng)考量到降低雷達散射截面
這是一個技術積累發(fā)展的過程，在F-117誕生之前，國際上對于飛機的隱身主要是通過翼身融合的方法來改善的，其本質就是通過使得機身、機翼等部件圓滑過渡，消除或減少飛機各部件之間的夾角等具體手段來降低雷達散射截面。同步也在局部構型、吸波材料領域取得了一些技術進步，但整體看在當時的技術條件下，各國尚無法用數(shù)學的方式去破解隱形飛機的奧秘，直至烏菲姆謝夫理論的出現(xiàn)，才是隱形技術發(fā)展真正取得突破的一個歷史轉折點。
保密級別堪比"曼哈頓"工程"海弗蘭"計劃上世紀70年代，在美蘇爭霸進入一個全新的歷史時期后，美國迫切想要獲得對蘇聯(lián)占據(jù)絕對的技術優(yōu)勢，因而開啟了一系列航空科研攻關項目，其中有一個絕密的"海弗蘭"研究計劃，最終催生了F-117隱形戰(zhàn)斗轟炸機。這個研究計劃是由美國國防部高級研究計劃局提出了的，旨在推動隱形技術開發(fā)性預研工作。在當時，美國邀請了諾斯羅普、麥道、費爾柴爾德、格魯門以及通用動力五大飛機制造商參加項目競標。
"海弗蘭"研究計劃保密程度僅次于曼哈頓工程
"海弗蘭"研究計劃最終催生了F-117的誕生，這個項目美國軍方采取了自"曼哈頓"原子彈工程以來，美國歷史上最嚴格的保密措施，其計劃研究項目是繞過美國國會撥款程序進行的，在后續(xù)的試驗中，未來掩人耳目美國軍方規(guī)定所有的試驗都在夜間進行，還專門將試驗機的涂成黑色，因此F-117也就獲得了"夜鷹"的稱號。
充滿戲劇性的是，"海弗蘭"項目最終中標的竟然是沒有被邀請的洛馬公司，其提交的設計方案來自于其旗下的臭鼬工廠，提交的產(chǎn)品有一個眾所周知的綽號"無望鉆石"。這是這個由八個三角形平面體組成的最初模型，成就了F-117的獨一無二的隱形性能。
來自蘇聯(lián)的技術：烏菲姆謝夫理論美國人在F-117成功之后承認，F(xiàn)-117設計的理論技術來源于前蘇聯(lián)的烏菲姆謝夫理論，這一點正好有力駁斥了有關找爹黨提出的F-117技術來源于Me-262的論調。洛馬之所以能中標"海弗蘭"項目，歸功于其旗下的臭鼬工廠航空研究機構對于來自前蘇聯(lián)的烏菲姆謝夫理論研究。
所謂的烏菲姆謝夫理論是指，1964年蘇聯(lián)莫斯科無線電工程學院首席科學家彼得···烏菲姆謝夫發(fā)表的《物理理論中的邊緣電磁波繞射方式》學術論文，該論文以修正的麥克斯韋程組為基礎，推衍出一組可用來估算給定幾何形狀邊緣電磁波散射的方程式，并示范了如何計算給定任意二維物體外形的雷達散射截面的方法。首次提出了一種比較可行的使用數(shù)字方式破解物體外形與電磁波雷達散射面之間的計算方法，為后續(xù)優(yōu)化隱形戰(zhàn)機外形設計打下理論基礎。
烏菲姆謝夫理論在蘇聯(lián)沒有找到伯樂
烏菲姆謝夫在論文中不僅僅是提出了計算的方程式，在示范計算中將其進一步細化到如何計算物體的面與邊緣的線，同時還解釋了如何使用計算機程序來解析這組方程式的具體方法。該理論在當時由于學術性太強晦澀難懂，而且當時蘇聯(lián)的計算機發(fā)展水平也無法在短時間內將其付諸于實踐，所以，蘇聯(lián)官方并不認為該理論有什么實際用途，將該理論著述當成純粹的學術理論刊登在1966年出版的學術期刊上。
烏菲姆謝夫建立了模型，臭鼬工廠的奧維霍爾瑟只是進行了進一步演算
1971年，美國空軍系統(tǒng)司令部負責收集國外理論成果的外國技術情報處將1966年刊登的烏菲姆謝夫理論翻譯成英文，隨即引起了臭鼬工廠數(shù)學家兼雷達專家丹尼斯·奧維霍爾瑟的關注，其演算發(fā)現(xiàn)利用烏菲姆謝夫理論模型可以分別計算出機翼表面與其邊緣的雷達散射截面，將這兩組數(shù)據(jù)結果合并后，就能得出整個機翼的雷達散射截面，以此類推即可準確的估算出整個飛機外形的雷達散射截面。
經(jīng)過丹尼斯·奧維霍爾瑟的進一步演算，初步將如何計算飛機整體外形的雷達散射截面從理論轉換為實踐，為后續(xù)逆向應用最大限度降低飛機整體雷達散射截面設計打下基礎。
飛不起的"無望鉆石"號基于丹尼斯·奧維霍爾瑟推演的烏菲姆謝夫理論數(shù)學模型，在當時項目負責人本·里奇的支持下，丹尼斯·奧維霍爾瑟以獲得最小雷達散射截面為設計核心，設計出了一個由八個三角形平面組成的菱形八面體機體模型，該模型就是后來大名鼎鼎的"無望鉆石"號初步模型。之所以取名"無望鉆石"，因為菱形八面體外形就如同鉆石一樣，這樣的違反常規(guī)設計的氣動布局很多人認為根本就飛不起來，所以戲稱為"無望鉆石"號。
進行地面測試的"無望鉆石"號
"無望鉆石"號出來后，最先引起了臭鼬內部的反對，其中就包括了里奇的前任凱利·約翰遜，甚至還上演了兩人為此打賭25美分的戲碼，凱利·約翰遜認為，無望鉆石號的設計違反氣動常規(guī)，根本飛不起來，其所謂的隱身特性也不如其主導開發(fā)的D-21偵察機。與此同時，內部還有一部分設計師質疑這種低雷達散射截面構型的飛機如何進行飛行控制。
執(zhí)著的約翰遜推動了后續(xù)室內室外的測試
為此，項目負責人本·里奇讓丹尼斯·奧維霍爾瑟在內部逐一解釋烏菲姆謝夫理論的技術原理和可行性，并針對如何操縱飛機的問題也提出解決方案，那就是使用F-16戰(zhàn)斗機項目已經(jīng)取得成功的電傳操控技術。通過計算機控制電子液壓制動器，驅動氣動力控制面進行每秒數(shù)千次的微調修正，借以抑制由于構型設計帶來的俯仰、滾轉和偏航三軸先天性不穩(wěn)定的問題，從而協(xié)助飛行員完成飛行控制。
至于凱利·約翰遜提出隱身性能不如D-21的說法，那就用實踐來證實。1975年9月14日，約翰遜命人把無望鉆石號和D-21的模型分別放進微波暗室進行低可探測性測試，測試的結果表明，無望鉆石號的隱形效果要比D-21低了近千倍。隨后又展開了室外測試，將兩款模型用支撐桿置于空中，而后使用一臺雷達車由近到遠進行測試，當雷達車距離模型約600米的時候，無望鉆石號信號消失。同時還上演了戲劇性的一幕，一只烏鴉落在無望鉆石號模型上，雷達再次探測到的信號竟然是一只烏鴉的信號。
測試地面雷達探測到的實質上是一只烏鴉
經(jīng)過室內室外兩個回合的測試，無望鉆石號的內部質疑問題被解決了，下一步就是如何將其設計成為一款真正的飛機，畢竟無望鉆石號只是一個測試模型。在解決內部質疑問題后，本·里奇找來臭鼬工廠最資深的結構設計師埃德·鮑德溫最終設計了一個機長11.58米，機高2.29米，翼展6.68米，重約5.4噸，機翼后掠角72.5度的新型飛機，F(xiàn)-117戰(zhàn)斗機的氣動布局初步成型。
各種拼湊出來的原型機由于該項目高度保密，美國空軍當時只能拿出2000萬美元的研制經(jīng)費（整個項目最終耗資達到65.6億美元），剩余的研制經(jīng)費都只能由洛馬公司自籌，同時美國空軍還提出一個與經(jīng)費不足相矛盾的要求，那就是在簽約后14個月美國空軍要拿到兩架驗證機。俗話講，一分錢難倒英雄漢。在研制經(jīng)費少的可憐的大背景下，洛馬為了節(jié)約研制經(jīng)費，保持項目的進度，聰明的設計人員想出了一個折中的辦法，那就是大量采用現(xiàn)役飛機上的零部件，來保證完后才能美國空軍14個月拿出兩架驗證機的要求。
美國空軍要求14個月拿出兩架原型機最終造就了各種拼湊出來的原型機
于是就有了新型F-117隱形戰(zhàn)機拼湊大王的風騷設計，其驗證機使用的成熟產(chǎn)品有海軍T-2教練機的J85-GE-4A型無加力型渦輪發(fā)動機、YF-16A的彈射座椅和電傳操縱系統(tǒng)、F-111的飛控制動器、B-52的慣性導航系統(tǒng)、YF-17的平視顯示器以及F-5的起落架等等，除了機體空殼子之外，幾乎所有的設備都是來源于現(xiàn)役機型，這也成為F-117發(fā)展歷程上的一道獨特風景線，且對于其綜合技戰(zhàn)術性能產(chǎn)生先天性的影響。
不僅僅是驗證機如此，在后續(xù)的量產(chǎn)型上也延續(xù)了這一發(fā)展思路。之后的F-117戰(zhàn)機直接使用或者改裝使用了C-130運輸機的環(huán)境控制系統(tǒng)、F-16A/B的飛控技術和計算機、A-10攻擊機的彈射座椅以及F-15的起落架等。
F-117原型機采用的三色涂裝
1981年，F(xiàn)-117戰(zhàn)機的1號機完后組裝隨后被秘密送往試飛基地。一個月后，世界上第一款隱形戰(zhàn)斗轟炸機F-117正式定型，同年6月18日，首席試飛員哈兒·法拉利啟動三色噴涂的1號機發(fā)動機，8個月后，2號機由美國空軍肯·戴森中校進行了首飛，F(xiàn)-117隱形戰(zhàn)斗轟炸機正式誕生。
無微不至的"隱身處理"根據(jù)美國人自己測試結果，F(xiàn)-117的雷達散射截面積RCS值比一個普通的飛行頭盔的RCS值還要小。其出色的隱形特性主要來源于使用了各種吸波材料表面涂層和獨特的多面體外形設計，其中菱形多面體結構設計效果更加顯著。
菱形多面體外形設計是識別F-117最直觀的手段
F-117外形與眾不同，整架飛機幾乎全部是由直線構成的，連機翼和V型尾翼都采用了沒有曲線的菱形構型。按照機載雷達的和地面雷達的探測角大都處于飛機軸平面的正負30度角范圍內的一般認知，設計師有針對性的將飛機大部分表面的傾角都設計成大于30度，如此即可將雷達的電磁波有效的偏轉出去，使其無法形成連續(xù)的回波，從而避免飛機本身成為一個輻射源，這就是外形設計反雷達隱形的本質。
F-117的機身表面和轉折處，設計師專門將其設計成為幾個使雷達波集中于平面內的窄波束，避免了像常規(guī)飛機那般的全向散射；該設計可以使得兩束波之間的微弱信號與背景噪聲很難區(qū)別。由于波束本身很窄，以至于雷達難以接受到持續(xù)的回波信號，從而難以確定有限回波是飛機目標還是瞬變噪聲。
F-117鋸齒狀嵌板特寫
在一些諸如座艙蓋接縫、起落架、內置彈艙艙門以及發(fā)動機維修口和機頭激光照射器等小部件設計上，設計人員在這些小部件的邊緣也進行外形鋸齒狀嵌板處理，就是為了讓雷達波反射到其他方向，這個鋸齒的角度也是有講究的，可以設計成60度、120度，但絕對不能設計成90度，因為兩個相互垂直的面會讓雷達波原路返回。因此F-117的鋸齒嵌板設計主要方向和機身的窄波束方向是一致的。
F-117同時還對機身兩側的發(fā)動機進氣口進行了周密的特殊設計，用相距1.5厘米的吸波復合材料格柵屏蔽發(fā)動機進氣口，防止雷達波直接照射到具有強烈反射特性的發(fā)動機風扇葉片上，現(xiàn)代諸如F-22、F-35以及殲-20都采用的是"S"型進氣道，正是出于這種考量，俄羅斯蘇-57之所以被貶隱身性差，很重要的一個原因就是發(fā)動機進氣道處理有限。
設計人員對F-117發(fā)動機進氣道進行特殊處理
此外，F(xiàn)-117還取消了原來的垂直尾翼，采用有一定偏角的全動式V型尾翼，從而有效降低全機的RCS值；除此之外，還有內置彈艙、可伸縮天線等一系列的優(yōu)化處理細節(jié)。正是這眾多隱身措施的綜合結果，F(xiàn)-117獲得了常規(guī)飛機從未有過的雷達隱身性能。
從入"無人之境"到折戟科索沃在距離美國五角大樓公布F-117A存在的13月后，1989年12月19日，美國空軍第37戰(zhàn)術戰(zhàn)斗機聯(lián)隊的6架F-117從托諾帕空軍基地起飛，途中經(jīng)歷多次空中加油，共飛行18個小時前往巴拿馬，正式拉開F-117首次參加實戰(zhàn)的戰(zhàn)略帷幕。此次主要任務是攻擊國防軍兵營，借以達到震撼和嚇阻士兵的目的，達到美軍部隊以最小的阻力和傷亡解除其武裝的目的；隨后任務中的兩架F-117A分別在巴拿馬里奧阿托軍營各自投下一枚907公斤的激光制導炸彈。
F-117首次大規(guī)模參加實戰(zhàn)是在1991年的海灣戰(zhàn)爭中，根據(jù)戰(zhàn)后統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，裝備F-117的美國空軍第37聯(lián)隊在空襲的前三周內，共執(zhí)行了1271架次的攻擊任務，43架F-117A先后投下了超過2000噸的各類精確制導彈藥，其整個作戰(zhàn)應用中，伊拉克軍隊的防空雷達系統(tǒng)始終都沒有探測到F-117，F(xiàn)-117的隱身性能得到了實戰(zhàn)的檢驗。
折戟科索沃的F-117A殘骸
相比前兩次的實戰(zhàn)行動，F(xiàn)-117憑借其出色的隱身性能，在作戰(zhàn)行動中如入無人之境，但在科索沃戰(zhàn)爭中，F(xiàn)-117隱形戰(zhàn)機不可戰(zhàn)勝的神話被打破，一架F-117隱形戰(zhàn)斗轟炸機在執(zhí)行任務的過程中被南聯(lián)盟的地面防空導彈擊落。有關F-117如何被擊落的說法眾說風云，比較靠譜的說法主要有以下幾種：①南聯(lián)盟事先破獲了北約的通訊密碼，②南聯(lián)盟掌握了F-117的出動規(guī)律，③純屬偶然擊落，④蘇制米波雷達可以有效探測F-117.
綜合上述四種比較靠譜的說法，客觀的來分析，F(xiàn)-117折戟科索沃戰(zhàn)爭應該是由多種因素共同綜合作用下的結果，目前國際上也沒有一個準確的說法，但經(jīng)過該戰(zhàn)例告訴世人隱形戰(zhàn)機并不是無法被偵測到和擊落的事實，這也是該戰(zhàn)例的主要歷史意義。
F-117帶給我們什么？回顧世界航空發(fā)展史，隱身是人類孜孜不倦追尋了上百年的一個目標，從"鴿"式偵察機的視覺隱身到Me-262意外獲得的雷達隱身，科研人員逐步理順了隱形航空器發(fā)展的一個主要思路，那就是從難以實現(xiàn)的"視覺隱身"到技術難度相對較低的"反雷達探測"隱身的路線轉變。
F-117確立了美國在隱形戰(zhàn)機設計領域技術領先20年的地位
美國人在二戰(zhàn)后通過U-2、SR-71、A-12、D-21以及B-1B等機型的研發(fā)和探索，逐步在氣動外形和吸波材料等領域積累了大量的寶貴經(jīng)驗，在丹尼斯·奧維霍爾瑟看到烏菲姆謝夫理論的價值之后，將一個一直制約突破隱形技術發(fā)展的數(shù)學解釋問題解決，催生了以氣動外形設計隱身為主的F-117隱形戰(zhàn)機項目，正式開啟了人類航空發(fā)展史隱形技術新篇章。
講到這里，F-117的第一個深遠影響引申出來了：F-117的成功，為后續(xù)美國開發(fā)出領先世界幾十年的B-2隱形轟炸機、F-22隱形戰(zhàn)斗機打下堅實的技術基礎。F-117的秘密發(fā)展，使得美國率先破解了有關戰(zhàn)斗機氣動隱形的技術奧秘，憑借F-117積累的寶貴經(jīng)驗，美國創(chuàng)建了一整套隱形戰(zhàn)機研發(fā)體制，將F-22隱形戰(zhàn)斗機的RCS值降到0.01平米，就算是在今天F-22也是隱身戰(zhàn)機中隱身性能最好的一款飛機，美國能有此成就，"海弗蘭"研究項目功不可沒。
第二個，F(xiàn)-117在氣動布局上打破常規(guī)，為后續(xù)飛翼式氣動布局普及化應用奠定基礎。F-117原型機之所以被稱為"無望鉆石"號，就是在當時很多飛機設計師眼中，這種菱形多面體構型的飛機根本飛不起來，其和當時掌握的氣動知識背道而馳。得益于美國在F-16研制項目中取得電傳操控技術的突破，最終F-117成功飛上了藍天，這也為后來類似B-2隱形轟炸機這種飛翼式氣動布局飛機的普及化應用摸出了一條可行的發(fā)展之路。
航展上展出的國產(chǎn)YLC-8B反隱身雷達
最后，F(xiàn)-117在科索沃戰(zhàn)爭中的折戟案例為后續(xù)反隱身技術發(fā)展起到啟蒙性作用。盡管有關科索沃戰(zhàn)爭中，南聯(lián)盟是如何實現(xiàn)擊落F-117的各種說法繁多，但是有一點可以肯定的是，傳統(tǒng)的米波對于這種針對短波段雷達隱身的隱形戰(zhàn)機有一定的探測能力。我國早在2013年就已經(jīng)多次實現(xiàn)某型米波雷達對F-22這種隱身戰(zhàn)機的探測與跟蹤，用實際行動證實了這種方法的可行性。追根溯源，還是南聯(lián)盟的那個戰(zhàn)例為后續(xù)世界反隱身技術發(fā)展提供了一個啟蒙或者借鑒作用，打破了隱形戰(zhàn)機無法被偵測和擊落的神話。
