作為世界最難對付的戰鬥機，F-22究竟強在哪兒？

F-22的研製源自於美國20世紀70年代早期開始的先進技術戰鬥機（ATF）計劃，是美國戰術空軍司令部TAC-85研究計劃的一部分，該研究通過預測1970~1985年戰術空軍面對的作戰環境，明確指揮與控制、偵察、特種空軍、空運和戰鬥機領域的能力要求。受越南戰爭期間地面雷達網、地-空導彈和雷達制導的防空火炮構成的防空體系對戰術空軍的巨大威脅影響，並考慮到同期 F-15 制空戰機已在研發，因此 TAC-85 對 ATF 的研究強調的是具有高生存力的戰術攻擊機以應付中高強度衝突，以空-面任務為主，有一定的空戰自衛能力，計劃取代對象是 F-4、F-105、F-111 這類機型。後續陸續開展的先進戰鬥機技術綜合（AFTI）、目標截獲與武器投放（TAWD）、空-面技術評估與綜合（ATS）、進攻性空中支援任務分析（OASMA）等系列研究，一直到 1976~1977 年的戰術攻擊系統研究（S3）均以空-面攻擊為主要研究方向，其中在 ATS 研究中提出了隱身和機內/保形武器掛架的必要性。

1977~1979 年間，西方利用衛星偵察等各種手段發現前蘇聯正在發展幾種新型戰機（即後來的 Mig-29 和 Su-27），根據收集的情報分析這些戰機的性能尤其是空戰能力有了很大提升，很可能已經具備了與 F-15、F-18 和 F-16 等戰機匹敵的能力，即使發展中的 F-15 在面對這些戰機時也不能確保取得空中優勢。在這樣的背景刺激下，1979 年末開始，ATF 的研究作了重新規劃，空-空任務被放在了與空-面任務平等的地位。這兩項任務研究均由空軍飛行動力實驗室管理，其中空-空任務研究以「1995 戰鬥機研究」的名義展開，在 1981 年完成。期間承包商驗證了「從超音速巡航狀態下的高空突防到低空突防再到隱身技術的最大突防距離」，也包括了短距/垂直起落的優化設計。根據修改後的 ATF 計劃還進行了先進戰術攻擊系統任務分析（ATASMA）研究，涉及到了低可探測性和電子對抗技術研究以及「質量對數量」的性能分析，強調以質取勝。1981 年 7 月 6 日發布的 ATF 新的任務需求書（MENS）中，使用低可探測性（LO）等新技術來實現高生存性被明確列為其中一項關鍵任務。實際在稍早一些的 5 月 21 日，美國空軍航空系統部就已經給波音、洛克希德、諾斯羅普等 9 家公司提出了 ATF 的信息徵詢書（RFI），要求各公司提供概念設計進行評估。同年 11 月 23 日，美國政府批准 ATF 計劃正式進入方案論證階段。

早期 ATF 計劃中洛克希德（大圖）和波音（小圖）提出的兩種概念方案

在 1981~1982 年期間對 RFI 和 ATF 初始設計方案的討論分析中形成了一些有共識的結論，比如：理想的空-空平台將把低可探測性和超音速巡航、高機動性等結合起來，Ma1.4~1.5 的巡航速度和 15,240~21,336 米的升限是比較合理的設計目標範圍，通過隱身和遠程空-空攻擊能力壓制包括蘇聯正在研製的 AWACS（A-50）和 Mig-29、Su-27 等空中力量。由於空-面戰鬥機不一定能完成空-空戰鬥機的任務，而空-空戰鬥機相對較容易改裝完成空-面戰鬥機的作戰任務，因此在 1982 年 12 月空軍發布的最終 RFI 報告中，明確了以空-空任務為主，空-面任務為次要地位的空中優勢戰鬥機目標，並在 20 世紀末取代 F-15 以應對下世紀早期將面對的空中威脅。1983 年 5 月，美國空軍提出了 ATF 方案開發招標書（RFP）的調查需求，低可探測技術是其中一項重要內容，對洛克希德和諾斯羅普這樣的已經在隱身飛機設計和應用中取得長足經驗的公司來說無疑是佔據了一定優勢。經過近兩年的方案論證和評估，以及對新戰鬥機單價成本的控制要求討論，最終美國空軍在 1985 年 9 月確定並發布了正式招標書，計劃於 1986 年 1 月完成招標，後來推遲到 4 月。此後在美國國會施壓下，美國海軍也同意在 90 年代末期採購海軍型 ATF（NATF），全尺寸研製、首飛和初始作戰能力形成（含 52 架飛機）計劃時間分別定為 1989 年、1991 年末和 1995 年。

較為難得的 YF-22 與 YF-23 比翼齊飛的照片，只是如今 YF-23 已芳蹤渺渺

初期方案設計包括結合先進計算機能力，以相對低成本製造全尺寸和縮比模型進行風洞、RCS 計算和航電等子系統試驗，從而大幅降低昂貴的飛行試驗成本。在後續方案研究中還對演示驗證階段的 RFP 進行了修改，增加了戰鬥機後部低可探測性的要求（主要是噴口設計）。1986 年 5 月，空軍宣布對 RFP 作一項重大改變，將不再從初期演示驗證的理論方案中選定最終承包商，而是將演示驗證擴展至原型機飛行試驗階段，讓兩種最有希望的設計方案競爭，並各製造兩架原型機用於評估，同期，兩家發動機製造公司通用電氣 GE 和普?惠 PW 也將進行原型機競爭。為確保各自利益，波音、洛克希德和通用動力公司宣布達成聯合協議，一旦其中一家方案被選中，另外兩家將作為主轉包商分包部分設計開發合同，隨後諾斯羅普和麥道也達成了類似協議（格魯門和洛克韋爾因 B-1B 項目無暇顧及 ATF，已先期退出）。後來事件發展的結果證明，這種聯合模式有效地把各家所掌握的最優技術集中在了一起，如隱身外形設計和材料技術，推力矢量技術、先進綜合航電和感測器技術等，從而真正實現了高起點的劃時代的設計方案。1986 年 10 月 31 日，洛克希德和諾斯羅普的方案經評估優於其他公司，兩家公司分別獲得了 6.91 億美元的主合同，開始進入原型機演示驗證階段。在這一階段的方案布局與後續的 YF-22 和 YF-23 還存在比較大的區別。洛克希德和諾斯羅普兩個聯合團隊的原型機 YF-22 和 YF-23 最終都在 1990 年中完成了總裝，並很快開始了驗證試飛。

F-22 的方案演進過程

美軍在模擬分析中發現，藉助隱身技術，在空-空任務中實現先敵發現、先敵發射和超視距攻擊，被攻擊目標的生存概率只有 10% 左右，正是因為這個結論，在研製過程中軍方對隱身性能指標進行了極為嚴格的要求和控制。在隱身設計驗證方面，要求兩家公司利用實際元件和計算機 RCS 預測模型、縮比和全尺寸飛機進行試驗與分析，並要求高保真的全尺寸 RCS 飛機模型具有全部的雷達目標發射裝置和有可能實際採用的吸波材料，最後在新墨西哥州白沙靶場的雷達散射實驗室對兩套模型進行了對比評估。YF-23 和 YF-22 原型機分別在 1990 年 8 月末和 9 月末開始進行試飛，各自用了 104 天和 91 天完成了全部試飛驗證項目，兩架飛機都展現了完全滿足 ATF 預計要求的性能和特徵，其中除高機動性一項外，其他如武器容量、隱身指標等方面 YF-23 均超過 YF-22，但差距並不是太大。由於設計安裝了二元矢量噴管，YF-22 在機動性上，尤其是大仰角（60°）和較低速的機動敏捷性和可控性方面遠遠超過 YF-23，儘管後者也同時滿足了 ATF 的機動性設計要求。同時，通用電氣的 YF120 變循環發動機在超音速巡航中的表現也勝過了普?惠的 YF119 發動機，YF-22 在裝備 YF120 試飛時超巡速度達到了 Ma1.56，超過了安裝 YF119 時 Ma1.4 的表現。但是在 1991 年 4 月 23 日，空軍司令賴斯宣布方案相對保守常規的洛克希德小組和普?惠分別獲勝，之所以 YF-22 和 YF-119 能夠最終勝出，更關鍵的原因在於方案的全壽命周期預測成本較低，技術風險和未來預期發展投入也更低。YF-23 由於無尾氣動布局過於超前，可能給飛控和性能發展帶來不確定性，同樣的理由也針對發展潛力更大但風險和研製成本更高的 YF120 變循環渦扇發動機。

這架總裝完的 F-22 正在進行表面隱身塗料噴塗，以增強雷達、紅外吸收效果

為控制飛機重量和提高可維護性，F-22 對吸波材料（RAM）和吸波結構（RAS）的應用在滿足 RCS 設計指標的情況下被降低到了最低限度，主要通過外形和結構的優化設計方面來實現隱身。按照一個較為普遍認同的觀點，F-22 的隱身效果 85% 由外形決定，其餘 15% 通過吸波材料和吸波結構實現，根據一項較為公認的的數據分析，其前向 RCS 約為 0.065m2，只有典型三代機的 1/100 左右。F-22 的隱身設計遵循「平衡可探測性」原則，在具備突出的雷達隱身性能的同時，還兼具優秀的紅外隱身和聲音隱身性能，在隱身設計與氣動布局以及推力矢量的結合方面，達到了一個前所未有的高水平。根據已公開的數據，僅在演示驗證階段，花在 YF-22 的 RCS 測試時間累計就已達到了 3,200 小時，YF-23 此項也基本類似。

F-22 外形隱身設計特徵主要包括：

. 機身採用帶兩側棱邊的凹凸曲面機身設計，包括帶金屬鍍膜的整體式座艙蓋外形設計也符合這一低 RCS 原則。得益於計算機技術的極大提高，F-22 的 RCS 分析設計採取了整機計算機模擬方法（含吸波進氣道、吸波材料和結構影響），較十幾年前 F-117 的分段分部件模擬和合成更精確和全面，且不再受計算能力限制只能進行少量多面體設計，實現了更符合氣動要求的連續曲面設計，該機的 RCS 試驗結果與計算機模擬預測值偏差很小，其中關鍵頻率 73% 與預測值差異在 2dB 以內，97% 在 3dB 以內；

. 飛機所有邊緣、縫隙、平面傾角等均按照平行原則設計，嚴格保持與主翼面前後緣和V形垂尾平面傾斜角度的一致性，以合并減少邊緣反射的主要波峰數量。同時，所有無法避免的斷面、端面如襟副翼等活動翼面側端均按照傾斜平面要求進行削尖處理，減少直接鏡面反射量；

. 機身和機翼採取翼身融合設計，並保持了機身棱邊、邊條和機翼邊緣的連續延展，減少外形上影響電磁波傳遞的不連續斷點，這條棱邊兼顧了氣動設計上邊條的作用，前機身的 3 段式棱邊可以產生有利的組合渦系增加升力；

. 採用雙斜切入口的 Caret 式 S 形進氣道，避免入射波直接照射發動機葉片，同時塗覆吸波材料，通過電磁波在S形彎曲吸波通道內不斷反射吸收，逐步衰減回波能量；

. 雷達天線和底框採用固定傾角安裝，局部貼覆吸波材料，雷達罩採用低 RCS 外形並應用頻率選擇表面設計（FSS，一種分層濾波網路，具有頻率帶通特性），這樣只有在本機雷達工作頻段內的電磁波可通過，並將其他目標發射的該頻段雷達波大部分反射至其他方向和吸收削弱；

. 機表主要開口採用緻密的菱形金屬導電格柵網屏蔽，同時主要天線和感測器也不再伸出機表，而是採取內埋保形設計，部分有活動口蓋，在非工作狀態時可屏蔽；

. 機身主要邊緣和帶轉角點應用吸波材料和吸波結構，外表噴塗吸波和紅外抑制塗料，對機身和機翼前緣的一些氣動熱點設計了燃油循環冷卻裝置（關於這項設計，還記得洛克希德 SR-71 的燃油循環冷卻系統嗎？）；

. 正常作戰狀態無外掛，武器隱藏在機身兩側和腹部的內置武器艙內，機炮口也設置艙蓋屏蔽。普通武器外掛架單件就可能造成 0.5~1m2 左右的 RCS 增量，因此武器內置或採取保形外掛的方式對隱身戰機來講是不可或缺的措施；

. 採取噴口較扁平的二元矢量噴口設計，邊緣鋸齒傾角也符合平行設計原則，F-22 的二元噴管雖然推力損失了 2~3% 左右，但由於具有較大的管壁面積和較低的高度，有利於後機身的融合一體化設計和空氣混合冷卻，雷達隱身和紅外隱身效果突出，其中 3~5μm 紅外抑制效果達到 80~90% 左右，紅外輻射波瓣大幅縮小。同時， F119 發動機還帶有液氮冷卻裝置，可以瞬間降低尾部噴流局部溫度，在面對紅外格鬥導彈尾追攻擊時可在一定程度上達到瞬間紅外隱身的效果，降低被擊中概率。

除上述外形相關的隱身設計外，F-22 還採取了天線共用減少輻射孔徑、光纜傳輸、可定向收發的窄波束數據鏈等措施，進一步降低了主動向外輻射暴露位置的可能性。雖然 APG-77 有源相控陣雷達具備一定的被動探測功能和自適應調零能力，但 F-22 隱蔽接敵模式的被動探測和情報收集能力主要依靠的是其綜合電子戰系統（INEWS），其中關鍵是 AN/ALE-94 雷達告警接收機（RWR），這方面的分析本文將在後面電子對抗章節中詳細論述。

演習中的兩架 F-22 戰鬥機

F-22 首架生產型於 2005 年底交付，由於蘇聯解體冷戰結束，美國空軍在全球面臨的威脅降低，加上本身研發製造成本劇增等原因，F-22 的計劃生產數量多次調減，從最初的 750 架一直削減到了 187 架（4 架已墜毀），按照美國方面評估，這個數量應該可以滿足支持同時開展兩場中等烈度地區性戰役的需要。在美軍歷次舉行的演習中，F-22 取得了令人難以置信的驕人戰績，例如對 F-15、F-16、F/A-18 等機型 0：144 的交換比；在對歐洲戰機 EF-2000 和陣風的對抗演習中，只在近戰和限制過載的情況下有過被「擊落」記錄；另一次是在對抗 EA-18G「咆哮者」時，據稱被對手利用電子對抗手段搶到先機並「擊落」。

EA-18G 在演習中曾擊敗過 F-22，上圖為在 HUD 中顯示鎖定 F-22 的情形

F-22 自服役以來至今經歷了增量 2、增量 3.1、增量 3.2 等多次系統升級和 4 次武器能力更新，包括戰術數據鏈從 IFDL 到 TTNT(增強 Link-16)、MADL（多功能先進數據鏈，與 F-35、B-2 通用）的升級，APG-77 雷達增加合成孔徑（SAR）功能實現對地面機動目標的成像分辨和精確打擊能力，增加電子攻擊能力，優化武器投放能力（超音速狀態下投放空-空和空-面武器）等。其中增量 3.2 計劃分為多個階段：階段A預計在 2014 年完成，主要針對雷達、通訊數據鏈和電子對抗設備等升級；階段 B 計劃 2018 年完成，將使全部 183 架 F-22 具備使用 AIM-9X 和 AIM-120D（增程型，有效射程>180公里）的能力，階段 C 尚未定義完成。研究中的後續計劃還包括升級 AN/AAR-56 導彈發射探測系統，並載入類似 F-35 的全向態勢感知和紅外搜索跟蹤系統（SAIRST），綜合戰鬥力將進一步得到完善和提高。

近期經過升級的 F-22 已經具備了使用發射 AIM-9X 的能力

總體來看，隱身性能是 F-22 克制現役其他三代戰機的最大技術優勢之一，即使是依靠機載電子設備和武器升級改進的三代半戰機，綜合起來也不具備對抗 F-22 的能力。一般的觀點認為，唯有在藉助更先進的反隱身探測技術發現 F-22 的大致方位的情況下，藉助電子干擾壓制等手段，設法逼近搜索鎖定（瞬時 LPI 探測或紅外多譜段無源探測等，近距離鎖定），或者在其開機狀態下依靠無源探測技術快速定位和攻擊，才有可能在一定程度上實現與 F-22 的對抗和遏制。但實際戰爭中戰場環境十分複雜，態勢瞬息萬變，各種技術手段層出不窮，因此這類戰術的有效性還很難準確預測，而且在找到切實可行的對抗措施和方法前，很可能首先要付出較為沉重的代價。裝備相近技術水平的隱身戰機，並就隱身技戰術和對抗方法進行模擬演練和研究，同時提前做好關鍵區域反隱身雷達網的部署和準備，有可能是對抗隱身戰機威脅的唯一途徑。對於美軍在全球的任何一個對手來說，在具備同等水平的戰機和戰術支援體系前，F-22 絕對是這個世界上最強大和最難以對付的戰鬥機。

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