从“七五”“八五”开始,601所就开始逐年规划,发展隐身试验及试验手段的建设工作。“七五”期间,601所利用歼8飞机研制所建设的微波暗室(156号厂房)扩展功能,利用现有条件及很少的课题经费,组建了微波暗室内RCS测试系统。该系统的建立使601所跻身于国内当时仅有的三家同类技术先进实验室的行列,利用该系统开展的《歼8II飞机减缩RCS综合措施初步研究》在1988年航空工业部隐身技术年会(西安)上报告,受到与会领导及专家的一致好评。作为重要研究成果,收入了隐身及反隐身研究论文汇编。该测试系统1990年获航空航天部科技进步二等奖。
如果将隐身设计比作一辆车,车的两个轮子,一个轮子是计算技术,另一个就是试验技术,而且这个轮子更重要,可以说是一个驱动轮。因为,设计计算不准确,需要试验数据去修正迭代,新一轮设计计算又主要靠测试验证,国内外都离不开这个逻辑。由于领导重视,并抓了这项工作,所以601所隐身技术试验及手段建设一直是国内先进的。
1995年1月组成一个课题组,开展了针对现役飞机三项强散射源减缩的《歼8II飞机RCS减缩技术外场试验研究》。开展重型战斗机外场RCS测试,国内没有先例,601所也没有现成的设备,更关键的是缺乏足够的经费支持。在当时的解思适所长及主管总师李天的支持下,用暗室内现有设备,再搞一个能支持重型战斗机的简易转台,并于1995年10月在沈飞公司跑道上干起歼8Ⅱ飞机外场RCS测试,这个测试的重要性是显而易见的。歼8Ⅱ是我空军的主战机种,它RCS究竟是多少?计算结果误差较大,各文献报道莫衷一是。虽有模型在暗室内的测试数据,毕竟那是模型阶段。这个RCS数据外场实测对我军防务部署及评估,对现役飞机隐身技术改装都具有十分重要意义。李天对同事们说一定要为601所争气,为我军增光。
在所长、总师亲临现场,干技术工作的人就有了信心和底气。外场条件是艰苦的,技术风险也不小。各专业十几号人,加上沈飞公司试飞站的人员,每天风里来雨里去,单单是协调就不容易。飞机架设支撑用聚苯乙烯白泡沫塑料支柱,这种支柱太粗了背景散射就大,影响测试误差;太细了还怕支撑强度不够,飞机安全有问题。在技术上,李天严格把关,更重要的是依靠专业技术人员,放手大胆去干!泡沫塑料支架支撑起一个20多米长十几吨重的大家伙,转起来,现场看着真有点悬。虽然我们做了强度估算,但是领导还是要把关。解所长、李天还特意找来强度专业的老同志,对泡沫支架强度刚度进行了校核。飞机安全马虎不得呀!
1997年9月,利用改造后的转台,完善了测试系统,又进行了一次歼8II飞机RCS减缩技术验证测试。上次(1991年)受经费限制,转台是人工手推肩扛推动的,工作效率极低。经过改造,安装了电机及驱动机构,可以电动与计算机联网测试,该设备在当时是比较先进高效的了。试验规模不可谓不大,各单位人员十几号,转台、设备、支架、吸波屏,拉了好几卡车。经过安装、联调,测试比较顺利,完成了歼8II飞机原机及进气道、座舱、雷达舱三项强散射源采取隐身措施的隐身测试,获得测试数据近万个,各种状态曲线30多条。这次测试是歼8Ⅱ飞机RCS首次外场测试,为国内重型战斗机外场RCS试验的首创,开创了重型飞机RCS外场测试的先河,首次获得了空军主力机种歼8Ⅱ飞机RCS整机数据,实施验证了飞机三大强散射源RCS减缩措施和效果,对空军飞机隐身改装提供了可用的技术方案和工程经验。在推动隐身技术发展中起到承前启后的关键作用。不仅有现实的经济效益,而且有深远的社会效益。该次试验用自行组建的试验系统进行大型战斗机真机外场RCS试验属国内首创,得到了莅临现场的中外专家一致的高度赞许。俄罗斯隐身专家毛宁感叹地说:“这么大规模的试验我多少年未见过了!”这项试验研究成果1999年获得国防科工委科技进步二等奖。601所隐身技术能有今天的发展规模及水平,应该说,李天是开创者和领路先锋。一步步走过来,一步一个台阶,集合各单位力量,集各家之大成,李天是601所隐身技术的总设计师。
和他一起工作的新同志张澎写道:1991年的海湾战争,F-117A给全世界上了一堂生动的“隐身课”。1月17日,首批F-117A飞过伊拉克防空最严密的地区,打击其位于巴格达和南部地区的军事指挥所、通信中心及防空中心。这使F-117A暴露于一个现代的、高效的防空系统中,包括早期预警雷达、地面控制拦截雷达、先进面空导弹、高炮、截击机,以及将其整和为一个防空体系的C3(Command,Control,Communication)系统,名字叫Kari。KariC3系统是当时第三世界国家能买到的最好的技术。它由几百个观测雷达组成,自动反馈信息,给出敌方飞机的方位、高度及数量。这些信息用以加强伊拉克地空导弹的威力及指引截击机对敌机进行阻截。伊拉克有着可以探测高空150英里[1]外、低空30英里外的交错预警雷达网;高海拔战略面空导弹,包括苏联的SA-2,SA-3,和SA-6导弹系统。为了防止低空突防,伊拉克使用俄罗斯的SA-7、SA-9、SA-13,和SA-16红外导弹;SA-6和SA-8苏联雷达制导导弹及多种高炮。
由于存在大量的威胁,当F-117A于每晚持续攻击巴格达的时候,常规飞机无法进入,这是全世界第一次关于隐身飞机对阵现代防空的真实测试,甚至在进出其他战斗机无法进入的区域几百次后,隐身飞机仍然没有任何损失。
隐身技术作为21世纪信息化战争的主要特征,陆海空天装备都需要,但是空军装备尤其是战斗机对隐身的需求是最为迫切、要求最高,同时也是牵引力度最大的。美国从第一代具有隐身特征的SR-71“黑鸟”以来,先后发展了四代隐身飞机:包括F-117A“夜莺”、B-2“幽灵”、F-22“猛禽”、F-35“闪电”Ⅱ,欧洲则先后发展了“阵风”和“台风”两型隐身和准隐身飞机。
随着美国F-117A高隐身对地攻击机在两次海湾战争中的优异表现,极大地冲击了我国航空工业的设计理念,隐身化逐渐被从最高决策层到工程设计人员所接受,新一代战斗机预研被列入“九五”隐身预研的主要方向。
“九五”隐身预研开始时,实事求是地讲,601所面临的环境是比较困难的,受国际环境持续趋缓和国内改革开放经济建设的双重影响,自20世纪80年代延续而来的国防工业经费缩减仍然持续,所里当时只有歼8系列改进的型号工作,虽说工作烦琐但仍然是在二代机平台上进行有限改进。军工行业待遇低,年轻人人心浮动,每年进所的人没有调离的人多,隐身研究队伍面临青黄不接的情况,短短两年,刚刚有点雏形的隐身队伍有解体的危险,同时随着隐身预研体制的变换,从“九五”以后,601所的角色逐渐从组织者回归成为参与者和竞争者。
摆在李天院士面前的首要问题是:隐身到底应该干什么?如何干?干什么是战略问题,而如何干是战术问题。
美国人是隐身技术的先行者,那么让我们来分析一下,他们是怎么想的又是怎么干的呢?F-117A飞机隐身总设计师曾经说过,F-117A的隐身设计是“外形、外形、外形、材料”,这句话是在强调飞机隐身外形设计的极端重要性,在隐身飞机设计中外形的隐身水平是最为重要的,如果隐身飞机的外形设计水平不高,那是后期依靠多少隐身材料都不能弥补的。F-117A的设计就可以作为一个鲜明的、极端的反例:这是一架由电磁工程师而非气动工程师设计的飞机!F-117A开始进行设计时,洛克希德·马丁公司刚刚开发成功了基于物理光学法和几何光学法的ECHO1电磁计算软件,受当时软硬件条件的限制,只能进行基于平面的高频仿真和隐身预估,这导致了传统飞机的曲面外形无法采用,因为无法进行隐身水平预测,因此大家最后看到的F-117A全部机身是由大大小小上百块平板拼接而成的。正是因为这个怪样子,它具备了前所未有的高隐身水平,从雷达上看比一只小鸟还要小;但同时也是因为这个怪样子,气动外形很不好,阻力大,它无法超声速飞行,也无法作高机动动作,只能依靠高隐身在暗夜条件下隐蔽出航执行任务。
对于作战飞机来说,直接衡量其好坏的参数有两个:生存力和作战效能,或者说保存自己、消灭敌人,生存力为的是最大程度的保存自己,只有这样才能实现消灭敌人的目的。提高生存力的方法有很多:大的飞行速度、高的飞行高度、超常的机动能力、隐身和电子干扰等。F-117A这样的完全依靠隐身性能的飞机适合中国吗?恐怕不行。不同的国防政策、不同的技术发展阶段决定了我们不能按照美国人现成的路子亦步亦趋,必须要有符合中国国情的目标和发展思路!
“我们的目标是发展综合与平衡的隐身,即尽最大努力追求高隐身水平的同时,兼顾飞机的气动性能。”这是李天院士在“九五”隐身预研开始时定下的目标,这不但来自于多年从事飞机气动设计的深厚积淀,更是来自于对未来新技术发展方向的准确把握。现在回想起来,这是多么具有远见卓识啊!
在1998年发生的科索沃战争中,南联盟首次击落了一架F-117A,这是世界上首次击落隐身飞机,个中内情当然至今还未解密,但通过分析,其主要原因有三:F-117A缺乏主动态势感知能力,未能及时发现SAM-3导弹发射飞机已机动到其任务区完成布防;任务路径规划一成不变,以致在空袭的前三天,被南联盟掌握其退出目标区的路径,完成了守株待兔;由于电子战飞机数量不足,该架F-117在返航时未得到电子干扰的掩护,加大了其被发现的概率。
可见,盲目、片面的追求隐身并不能使飞机立于不败,根据作战任务有区别的提出飞机的隐身要求,并强化与气动性能的必要综合和平衡,才是隐身飞机设计的关键。从2000年洛克希德·马丁公司解密发表的《F-22可负担的隐身》(AffordableStealth,作者BrettS.Haisty,F-22隐身制造团队经理)一文中可以看出,美国人在隐身发展方向上与李天院士的认识殊途同归,即高隐水平的隐身设计要与飞行性能、成本等其他重要性能之间取得最佳的折中。
目标已定,开展哪些项目的研究呢?通过仔细分析“七五”以来的隐身预研成果,李天院士确定了“自外而内、由强到弱、材料工艺配合”的隐身预研攻关路线。外是指飞机的外形隐身设计,它是最为关键的隐身设计要素,同时与飞机气动性能设计息息相关,确定和掌握了外形隐身设计原则手段,隐身飞机的设计就走出了最为关键的一步;进排气系统隐身设计为内,作为飞机前、后方向最重要的雷达红外散射源,重要程度不言而喻;一架战斗机的散射源包括雷达舱、座舱、武器舱、轮舱、天线、进排气口和航行灯等几十种,不能眉毛胡子一把抓,从散射高的、影响大的解决起,稳扎稳打。隐身飞机不光是设计出来,关键是需要制造出来,与设计配合的隐身材料和隐身制造工艺必须同期启动,否则会成为拖后腿的软肋。