F-22服役以后,不断在改进提高之中
最近美国空军宣布耗资170亿美元对现有的F-22战斗机进行改进,以提高其在新时期空战环境下的作战能力。
此次F-22的改进与以前F-22的改进最大不同之处在于,它强调与对方空战者整体对抗的能力,即通过打击对方系统的关键节点来削弱对方的空战能力,以便夺取空中优势。
上世纪70年代,美国第三代作战飞机F-15及E-3A预警机服役,形成对第二代作战飞机较大的质量优势,进入80年代前苏联第四代(西方第三代)作战飞机以及配套的A-50空中预警机也开始服役,拉平了美国相关系统的质量差距,为了保持质量上的优势,美国空军决定研制第四代作战飞机,美国空军对F-22一个重要的指标就是隐身能力,我们知道超视距空战已经是现代空战的主要形式,而超视距空战基本上需要机载雷达来提供支持,所以F-22即能够避开对方雷达的探测,出其不意的攻击对方,特别是凭借自己的隐身优势,F-22可以在战时突袭对方的A-50空中预警机,这样就可以打掉对方最重要的空战信息来源,从根本削弱对方的空战能力,实际上在F-22服役之后,美国空军就曾经多次进行过打击空中预警机这样的“高价值空中目标”的训练和演习,显现对F-22在这方面运用的重视。所以外界将隐身性能作为第四代作战飞机一个基本指标来考虑,而F-22也因此确立了第四代作战飞机的标准。但是F-22的性能升级是以造价的猛涨为代价的,根据海外资料,第架YF-22在1990年完成首飞,到本世纪初F-22正式投产服役的时候,该机的单价已经超过1.2亿美元,如果算上研制费用、武器采购及后勤保障费用,价格更是高的惊人,即使美国也不堪重负,将其采购数量由700架直线降低到183架,目前所有F-22制造完毕,交付部队,其生产线即将关闭。
F-22最初和F-15一样,是纯粹的空中优势作战飞机
F-22 在研制之初,考虑到当时的技术水平仍旧难以实现空空和空地双重任务的兼顾,所以它和前辈F-15一样,都号称“纯粹的空中优势作战飞机”,没有在对地攻击方面做过多的考虑,不过从上世纪90年代几场局部战争来看,美国空军在开战之初就能掌握制空权,没有了空中可以交战的对手,现加上不具备对地攻击能力,这样几场战争期间,美国空军的F-15大多数的时候处于无所事事状态,相比较之下,F-22空战能力更强,并且具备优良的隐身性能和超音速巡航性能,可以突破对方严密的防空体系,打击对方重要目标,另外一方面随着电子技术的进步,对地精确打击武器也更加简单和便宜,特别是GPS/INS制导武器不需要外部照射,只需要载机运载到一定的地点投放即可,不需要对飞机进行增加挂架之类的改进,特别是适合隐身作战飞机使用,所以美国空军决心汲取F-15的教训,为F-22增加对地攻击能力,这就是增量2改进计划。
F-22投掷JDAM
F-22 增量2计划的核心就是为其增加投放JDAM的能力,这样F-22就具备了对地精确打击的能力,不过试验中也暴露了一些问题,例如;F-22采用内部较小,容积有限,因此对于体积和重量较大的JDAM,最多只能挂载2枚,攻击目标的数量受到限制,另外就是机载雷达没有对地工作模式,这样F-22只能攻击事先确定的目标,而不能依靠自身的雷达攻击突然出现的目标,机动性能不足,所以美国空军着手对F-22进行更进一步的升级,这就是增量3计划。
F-22投掷SDB
增量3计划分为两步,增量3.1计划的内容就是为F-22的AN/APG-77型有源相控阵雷达增加合成孔径工作模式, 其原理是让 脉冲雷达向某一方向运动,并辐射和接收电磁波,将接收的所有信号经过信息存储和处理,同相相加,其效果等效于一个辐射和接收电磁波的大型雷达天线,这样就可以得到较高分辨率的地面图像,结合飞机的导航系统可以迅速得到目标的坐标,就可以投掷JDAM或者SDB攻击目标,在对地攻击武器方面,换装了SDB小直径炸弹,由于SDB的直径和重量远小于JDAM,因此F-22的挂载SDB的数量远高于JDAM,相关资料F-22最多可以挂载8枚SDB,可以在超音速条件下投放,大大提高投放距离和摧毁目标的能力。
进入新世纪,美国空军享有的技术优势受到了巨大的挑战,俄罗斯和中国相继研制成功隐身作战飞机,并且配备有相控阵预警雷达的预警机也已经投入使用,这些都让F-22的作战环境开始恶化,美国空军不得不重新审视F-22的能力,决定对其进行进一步的升级,以提高其在严重威胁环境下的作战能力,这就是增量3.2计划,所以与以前的改进计划不同的是,增量3.2改进的重点并从对地攻击转到提高空战能力上来,它包括新一代空战武器、数据链及协同作战能力。
T-50等战斗机让F-22的优势受到挑战
俄罗斯T-50及中国的歼-20作战飞机的出现,意味着世界空战隐形时代的来临,冲击最大的就是现在主力空战武器-主动雷达制导空空导弹,我们知道雷达探测距离与作战飞机RCS的四次方根呈正比,从这个关系可以知道当作战飞机的RCS下降十分之一的时候,雷达探测距离下降大约一半,下降百分之一的时候,则雷达探测距离下降到原来的三分之一,这样对于主动雷达制导空空导弹来说,目前主流雷达末制导系统对于三代作战飞机(RCS=5平方米)探测距离在20-30公里左右,如果目标RCS降低到0.5平方米,那么探测距离就会缩小到10-15公里,如果考虑到对方采用电子干扰等措施,其距离只会更低,这样载机不得不延长雷达开机时间,以便为导弹提供弹道修正指令,但是对于隐身飞机来说,雷达开机时间越少越好,如果长时间开机的话,就会增加自身的暴露概率,对于机载雷达来说,可以采用相控阵雷达,来增加雷达的功率孔径之积,部分消除目标RCS降低带来的影响,但是受限于导弹弹体空间、能源供应等因素的限制,导弹末制导雷达导引头的探测距离很难增加,所以对于第四代隐身作战飞机来说,空战可能要重新回到近距格斗时代。

F-22试射AIM-120,在隐身战斗机时代,主动雷达制导空空导弹的效能受到影响
近距格斗一个重要的前提,就是进入空战前要占据有利的位置,也就是对于指挥引导系统要求更高,因此争取打掉对方的预警机就成为第四代作战飞机空战的一个最重要的前奏,从目前预警机的发展水平来看,尽管作战飞机的隐身能力得到较大的提高,但是相控阵预警机仍旧可以对其保持150-200公里左右的探测距离,这样意味着作战飞机必须具备200公里以上的拦射能力,才能保证自身的安全,这也是为什么新世纪美俄中三国隐身作战飞机全部配备有远程空空导弹的根本原因,F-22配备的远程空空导弹是AIM-120D,AIM-120D采用了多脉冲固体火箭发动机,多脉冲固体火箭发动机利用隔热材料把固体火箭药柱分离,然后在导弹飞行中通过多次点火技术多次点火,配合制导系统,就可以让导弹根据需要选择保持在无动力惯性飞行,或者再次点火飞行,这样就可以最大限度上优化和延长导弹的主动段飞行时间, 能使导弹的机动性、射程、杀伤区域有较大程度的改善.它与适当的制导系统相结合能显著提高中程空空导弹的性能指标和提高导弹拦截机动目标的高度。根据相关资料,AIM-120D采用多脉冲固体火箭发动机之后,其拦射距离比AIM-120C系列提高了一倍以上,达到200公里,可以在较远距离上对预警机进行拦射,由于相控阵预警机的功率较大,信号较强,第四代作战飞机配备有性能较好的电子支援侦察系统,因此在许多时候甚至不需要机载雷达开机,利用机载高速数据链,在编队之间快速交换目标数据,形成对目标的多点快速定位,就可以为远程空空导弹提供目标指示,可以进一步提高飞机的生存能力。

AIM-120D是F-22打击对方预警机的利器
AIM-9X 是F-22新增加了另外一项武器,在此之前美国的F-15和F-16都配备有AIM-9X,而F-22的近距格斗武器还是较老的AIM-9M,这主要是美国空军认为F-22可以在超视距空战中打掉绝大部分对手,在近距格斗空战中也可以轻松胜出,但是随着国外第四代作战飞机的出现,美国空军的信心显然大减,还是为F-22配备AIM-9X,AIM-9X采用了红外成像导引头,与AIM-9M的点光源导引头相比,探测距离更远、灵敏度更高,特别适合对付隐身作战飞机,这是因为现代隐身作战飞机主要集中雷达隐身方面,而在红外隐身方面考虑较少,对于喷气式飞机来说,其尾喷口温度高达上千度,红外信号强度非常高,如果采用S形喷口,利用相应的设备将高温气流和寒冷的空气混合,降低尾喷流的温度,那么不可避免会造成发动机推力的损失和飞机重量的增加,这又会降低飞机的机动性能,所以现代隐身作战飞机出于作战和隐身等多方面的考虑,一般都没有在红外隐身方面采取过多的措施,这样就为红外成像制导空空导弹提供了施展的空间,另外红外制导导弹还是一种静默攻击武器,飞机可以悄悄逼近目标,锁定目标,然后发起攻击,以提高攻击的突然性和成功概率。考虑到F-22在未来美国空军乃至美军作战体系中居于核心地位,所以加强F-22与其他作战飞机的信息交换也是增量3。2计划的一个核心内容,目前美国F-22配备的战机间数据链,只能完成同种飞机的之间的数据交换,所以美国空军已经决定为其换装F-35的多功能先进数据链,并以后者统一目前三种隐身作战飞机;F-22、F-35及B-2的通信系统,实现隐身作战飞机之间的信息交流。

F-22试射AIM-9X导弹
通过增量3.2计划的实施,大大提高了F-22的体系对抗能力,特别是打击对方的预警机,可以让对方作战飞机失去最重要的信息来源,从整体削弱其空战系统乃至作战体系的作战能力,再加上利用SDB对对方指挥引导系统进行打击,这样就可以通过有限的作战行动打击对方作战体系关键节点,就可能让对手失去作战能力,就效果还是非常显著的,在增量3.2计划还在实施之中,美国空军又开始构思增量3.3计划,包括为F-22配备侧向雷达阵列,提高战机的全向探测能力,特别是隐身飞机一般正面RCS最小,而侧面最大,这样可以进一步提高F-22与隐身作战飞机的交战的能力,从此点我们就可以看出美国空军已经认真在为与T-50、歼-20这样的隐身作战机交战作准备了.