雷曼智庫分析：已服役的殲-20戰鬥機能夠力壓F-22嗎？

2016年12月8日，一張殲-20後機身照片出現互聯網上，照片顯示其機號為78271，這與之前所有出現的殲-20試驗機型機號完全不同。6天之後，又出現了另外一架編號為78272的戰機。12月13日，又相繼出現78273號和78274號機的照片。這些戰機的機身編號同過去的試飛機大相徑庭，意味殲-20已經正式服役。

殲-20方案從拿到軍方訂單到進入軍方作戰序列僅僅用了9年時間，創造了第五代戰機研發、生產、服役最快的世界紀錄。隨著殲-20的服役，殲-20與F-22等世界先進戰機到底孰強孰弱的爭論不僅沒有消失，反而愈演愈烈，那麼到底殲-20空戰能力處於什麼水平狀態呢？

從外形上來看，目前的量產版殲-20與2017號殲-20並無太多區別，但仍然處於A狀態，使用AL-31F發動機，B狀態要等WS-15配裝後才能達到。本文以殲-20A為重點，兼顧殲-20B的可能性能與F-22進行一些空戰能力的對比。飛機的空空作戰能力分為兩點，第一是中遠距作戰能力，第二是近距作戰能力。下面將進行詳細解讀。

機載雷達水平大致相當

從中遠距作戰能力來看，主要影響因素是誰首先發現對手，首先完成攻擊，這涉及飛機本身的機載雷達、無源探測系統、數據鏈系統、中遠距空空導彈性能和隱身性能。機載雷達決定了飛機本身能夠探測多遠，探測的質量如何，能夠有效鎖定對手，從而取得先手優勢。F-22配裝AN/APG-77有源相控陣雷達，該雷達峰值功率20千瓦，探測範圍在正負60°，能夠探測201-241千米外RCS為1平方米的目標，雷達使用了2200個T/R組件。實現這一性能最為關鍵的是組成有源相控陣雷達的T/R（收/發）組件，AN/APG-77的T/R組件使用的材料主要是砷化鎵為襯底晶片的固態電子器件，該電子器件要比傳統的硅基微波集成電路的擊穿電壓、承受功率上大10倍左右，並且由於採取了有源相控陣體制，因此在目標航跡質量、信號掃描頻率、雷達波束寬度、指向速度上有很大的優勢。查閱《砷化鎵材料發展狀況概述》一文可以發現，目前砷化鎵晶體材料國外先進水平為直徑8英寸器件（2002年水平），但沒形成量產，普遍採取6英寸器件，技術掌握在日本住友電工、德國費里伯格、美國 AXT 三個公司手中。

我國最先進的該材料製造技術掌握在中電46所和中科晶電，目前有製造4英寸器件的能力，尺寸不同帶來的主要性能影響是電子參數的均勻一致性。在雷達運用中，大尺寸部件減少信號處理雜訊，從而帶來雷達探測距離上的躍升，目前最好的8英寸砷化鎵晶片要比普通4英寸的晶片在性能上優越，帶來的探測距離差約為1.07倍左右。而根據美國《大眾科學》網站介紹，殲-20目前採取的1475型雷達採用了1856個砷化鎵T/R組件，這明顯少於AN/APG-77的2200個，由於採取了同一材料，二者的功率差距最大為1.18倍，引起的探測距離差距為1.04倍。晶體材料和數量兩種效果累積的總體差距為1.12倍，也就是179～215千米。考慮到三大砷化鎵公司中德國的費里伯格公司有可能為中國提供6英寸的砷化鎵晶片，因此將差距定為1.07更為合適。

1475型雷達的探測距離可能為187～227千米之間，這和F-22相比略遜。但考慮到這一參數差距不大，在F-22和殲-20對決時，因為雙方均隱身的影響，相對於對方的探測距離不會超過187千米。對付三代機時，任何三代機都不可能在187千米時發現殲-20。殲-20從187千米還是201千米發現對手沒有太大區別，因此二者在機載雷達對空探測範圍上可以認為處於同一水平線。值得慶賀的是，2016年工業頭條報道，我國海威華芯已經打通了6寸砷化鎵晶體的生產線，這無疑為殲-20雷達未來實現完全國產化提供了條件。

信息獲取能力不存在代差

這種系統配備的原則一般是全向配置。無源探測系統可以在對手雷達開機時利用被動探測的方式探測到對手，從而在較遠的距離發現目標，這是一種對抗隱形飛機良好的好辦法。無源探測系統的能力與己方的雷達接收機靈敏度、信號處理能力與對方雷達的低可探測度有關。F-22配裝的AN/APG-77雷達是典型的低可探測度（LPI）雷達，這種雷達可以通過類似通信擴頻的方式將雷達能力分散在一個較寬的頻段上，並且使用瞬開瞬關的模式減少被對手探測到的概率。

從美軍的演習情況來看，目前只有E/A-18G的ALQ-218吊艙曾經成功捕獲過這一雷達信號並對其進行反制，但僅有一次。無源探測系統實際上就是一個雷達接收陣列，其靈敏度與雷達製造技術相關，信號處理能力則與演算法有關，在這方面殲-20與F-22還有一些差距，但如果使用的是進口電子元器件，則差距基本可以忽略，因此可以認為二者的無源探測系統都不能發現對方的雷達探測掃描信號。但要注意的是，如果對方雷達信號較強（比如鎖定信號），且持續時間足夠（一般不超過10秒），那麼無源探測系統必然能夠察覺到。

目前我國的殲-20戰機的配裝了數據鏈系統，但具體型號未知，只是從量產版殲-20的照片里可以明顯看到機頭兩側有數據鏈天線開口。F-22配裝了IFDL機間數據鏈，這和F-35的MADL數據鏈不同，其只能在編隊內共享態勢，因此F-22實際上是一個「信息孤島」。F-35這類數據鏈的設計難度很大，且在軟體編寫上工作量極其驚人，目前還沒有看到中國有此類數據鏈研發成功的消息。保守估計，殲-20目前最多只配備了IFDL數據鏈或link-16那種三軍通用聯合戰術信息分發系統，這種數據鏈的低可探測性和抗干擾性都比較一般。意味著F-22和殲-20的外界信息獲取能力實際上在一條水平線上，不存在代差。

中距空空導彈和隱身能力的對比

一般認為，配置LPI雷達的戰機可以在對手接收到雷達信號之前探測到對手，但如果該雷達開機時間夠長，則必然被對手的無源探測系統偵測到。雷達開機時間在探測掃描時可以壓縮，使用猝發探測的方式保持低可探測性。在鎖定目標時不可壓縮，如果持續開機鎖定目標達到一定時間界限，則必然被對手偵知，從而反制，開機鎖定時間等於雷達鎖定後引導空空導彈到主動雷達導引頭開機範圍內的時間。顯然，假設AIM-120D的主動雷達導引頭探測距離為30千米，彈目相對速度4馬赫，從100千米外鎖定對手，需要51秒才能引導導彈到達主動雷達導引頭開機位置。這51秒內，對手可以發現LPI雷達鎖定並反制。

因此可以認為隱形機在使用中距空空導彈對付目標時，往往射程較近，如果要對付的是隱形目標，則這種情況會更加嚴重。例如F-22的RCS特徵太低，AIM-120D這類導彈的主動雷達導引頭可需要在10千米以內才能捕獲目標，這就失去了中距作戰的意義，但是否意味著二者的中距空戰不會發生了呢？

殲-20的隱身性能比F-22弱這是公認的事實，鴨翼、腹鰭、尾噴管都會影響隱身能力。如果取消鴨翼，從外形上看，其機頭更加細長，機翼更薄，機頭隱身效果不會輸給F-22。在飛行過程中，鴨翼需要不斷偏轉對飛機不斷的配平，這就導致飛機的正面RCS上升。考慮到鴨翼偏轉角度並不很大，就算偏轉到很誇張的45°，形成的RCS鏡面反射值也不過在0.01到0.001之間，如果加上吸波材料吸收效果，還將降低一個數量級。尖銳的鴨翼邊緣形成的邊緣繞射RCS也在0.0001到0.001之間，綜合來看，鴨翼對殲-20的隱身性能影響不大。

另外一個可能會影響飛機整體RCS的是殲-20的光電感測器，這是F-22所沒有的，該設備位於殲-20機頭的下方，是一個菱形的窗口。在機頭兩側也有兩個光電窗口，與F-35非常類似，這種窗口會影響對飛機的整體隱身性能影響較大。光電窗口的物理尺寸約為十幾厘米，會在L波段的預警雷達面前造成較大的回波，在X波段面前則不會太大。使用良好吸波材料後，可以降低10倍到100倍的RCS，達成0.001到0.01這個數量級。總的來說，因鴨翼和光電感測器的影響會讓殲-20比F-22的RCS大約高出一個數量級，這在雙方雷達互相照射正面時帶來大約1.7倍的優勢。

此外從整機曲線上來看要比F-35這類戰機更加平滑，而F-35也配裝有更多的光電感測器，讓殲-20在正面隱身能力具有超越F-35的潛力。腹鰭和尾噴管是殲-20的另外一個RCS反射源，腹鰭的加入主要是為了增強飛機的飛行穩定性，這也是不得已的做法。隱身飛機的正面隱身能力是需要重點確保的，增加腹鰭犧牲側面隱身能力提高飛機的飛行穩定性就可以減少鴨翼配平次數和角度，從而讓正面隱身能力得到保證。

腹鰭、尾噴管的側面和後面都是較大的RCS源頭，殲-20量產型使用腹鰭將尾噴管側面完全遮擋，並且在2016號飛機時就將整體機身後延，包裹住了尾噴管，將會大大減少側面RCS值。但和F-22相比，其在側面和後方的隱身能力還有很大差距，對這兩個部位不做典型的隱身處理是因為發動機推力不足。實際上如果渦扇-15能夠按時配裝殲-20，兩個問題都可以迎刃而解，這就是殲-20的所謂的B狀態。這一推論從量產型和2015號殲-20的區別上可看出來，正是因為採取了AL-31F的改進型，讓殲-20的推力增加不少，殲-20的進氣道鼓包面積明顯增大，讓進氣道造成的RCS大幅度下降。考慮到渦扇-15可能在2020年前完成研發工作，因此可以認為，殲-20的B狀態在各個方向的隱身能力只是稍弱於F-22。

綜合以上討論來看，在中遠距空空作戰中，F-22憑藉雷達和隱身性能的優勢可以首先在正面發現殲-20，這一距離差距大約在1.76倍左右。F-22的正面RCS大約在0.001左右，那麼殲-20的雷達發現F-22的距離約為33千米（下限）左右，F-22發現殲-20的距離約為63千米（下限）左右。不過F-22為了保持隱身性能，沒有配置光電感測器，殲-20保留了這一系統。

蘇-27的設計師西蒙諾夫曾認為，飛機的隱身性能不必要做的太低，因為可以確保使用光電感測器時在50千米外發現隱身飛機，具體的發現距離與光電感測器的靈敏度與探測目標的紅外隱身性能有關。這裡假設採取西蒙諾夫所認為的50千米為殲-20發現F-22的臨界值，那麼顯然F-22就需要在被殲-20發現之前首先攻擊對方。前文提及，F-22發現殲-20的距離大約在63千米左右，那麼50千米到63千米就是其攻擊窗口。

問題是在這段距離內，F-22必須開雷達鎖定殲-20，然後引導導彈飛行至少40千米才能打開主動雷達導引頭。這段時間導彈需要飛行約半分鐘，也就意味著雷達必須持續鎖定殲-20達半分鐘還要不被殲-20所察覺，這一可能性太小。所以單純從正面來看，其實F-22並不能對殲-20做到絕對優勢，無法利用中距彈對殲-20實施攻擊。

不過，F-22可以選擇繞到殲-20的側面對殲-20進行側向或者咬尾攻擊，這時候使用中距彈是非常合適的。如果雙方的態勢是側面探測，殲-20與F-22相比還有很大的差距，到了B狀態這一問題可能會有所改善。總體來說，F-22隻要戰術得當，殲-20在中距與其對抗還是有差距。

近距作戰的衡量標準

近距離作戰能力一般指的是在雙機距離20千米以內的作戰能力，在這個作戰區間內，飛機的態勢感知能力重要性下降，機動性重要性上升。對隱形機來說，也還是存在一個誰先發現誰的問題，近距作戰先發現並不意味著擊落，但可以佔據有利態勢。總的來說，可以將一架飛機在近距攻防作戰時的總的作戰過程按照觀察-調整-決策-攻擊四個階段進行劃分。

在觀察階段，誰首先發現對方就可以確保在第一次攻擊時的優勢，取決于飛機本身感測器的能力和紅外隱身能力。誰最先調整就能首先到達攻擊陣位準備或者擺脫敵人的跟蹤，取決于飛機的機動性，誰最先決策就能先敵發射或者首先採取電子干擾措施，取決於誰的航電系統更先進，最後是攻擊武器和自衛防禦武器的性能。

總體而言，影響近距作戰的幾個指標是：近距作戰感測器與紅外隱身能力；飛機的機動性；機載計算機的性能；機載近距作戰武器與自衛防禦武器能力。下文將對這幾個方面的能力進行更詳細的闡述。

感測器與紅外隱身能力稍弱

隱形飛機的近距作戰感測器主要有兩個，第一是機載光電感測器，第二是飛行員本身的眼睛。實戰中，機載光電感測器必然要首先發現目標，其次進入目視交戰。從這方面看，殲-20很可能對F-22是有一定優勢的，F-22沒有配置光電感測器，但這一距離優勢會被F-22的雷達性能優勢所抵銷。在近距對決時，殲-20將利用光電感測器獲取比F-22更大的視野，更精確的目標位置參數。而在飛行員目視方面，殲-20和F-22都採取了整體式座艙蓋，視野角度非常大。考慮到殲-20本身體積較大，構件較多，目視對手時的死角還是要大於F-22。一旦進入目視格鬥，飛行員一般沒有精力分別處理光電感測器信息和坐艙外的目視信息，此時F-22就要佔據優勢。

在飛機的紅外隱身處理方面，F-22要優於殲-20，這是因為紅外隱身處理方式主要是降溫度，尤其是發動機噴口的溫度，所有降溫措施都會帶來發動機推力損失。殲-20A使用的AL-31F發動機本就不堪重負，再使用一些別的措施可能會導致更大，因此殲-20A在尾噴口的處理上並沒有採取如F-22那樣的噴口遮擋等措施。F-22可以利用殲-20A紅外隱身性能一般的弱點，使用AIM-9X更早鎖定殲-20A發起第一次近距格鬥導彈攻擊。殲-20B服役後，這一問題可以得到很大的緩解。

殲-20機動性將佔據優勢

F-22的機動性處於世界領先位置，這主要是因為其配裝了強大的F-119發動機，還具有矢量推進裝置，可以進行過失機動。而殲-20A顯然因為發動機的原因在這方面要比F-22低一個檔次，雖然鴨翼的加入有助於提高飛機的整體機動性，但仍然只是提高了在大迎角下的可操控性，而不是過失機動。因此在兩種飛機的近距對決時，F-22可以首先實現機頭轉向鎖定殲-20A。

此外，在決定飛機機動性的兩個關鍵因素：翼載荷（盤旋性能）和推重比（能量性能）上來看，殲-20A的翼載荷為340千克/㎡，F-22為370千克/㎡，F-22稍弱。F-22的正常起飛重量為29噸，殲-20A為25噸，差距在4噸，而兩種飛機發動機的推力差距約在60牽牛左右，這足以抵消起飛重量的差距，總的來說差距並不大。如果不開矢量發動機的情況下，殲-20A和F-22的機動性基本處於一條水平線。但考慮到在大迎角時，殲-20A使用鴨翼+邊條的增升作用非常明顯，F-22則只能使用矢量發動機來承擔這一任務，則會導致推力損失比較嚴重。所以，F-22或許可以實現首先鎖定殲-20A，但如果二者進入了持續的纏鬥，殲-20A就有可能佔據一定的優勢了。

機載計算機能力決定了飛機能多快鎖定目標，多快完成武器發射準備，彈道計算有多精確，這在近距作戰時非常重要。就計算機整體運行性能來講，F-22的機載計算機水平比較一般，處理能力是每秒50億次十進位運算速度。可用於雷達的現代圖形處理單元的數字信號處理速度已經超出這個速度的10～100倍，殲-20在這方面顯然擁有後發優勢。但在計算機的具體演算法上二者可能還有一些差距，這是因為美軍長期使用四代機與四代機、三代機進行對抗演練，工程技術人員和作戰人員之間交流頻繁，未來殲-20可在這方面逐漸完善。

機載近距作戰武器和自衛防禦武器的能力

兩種飛機的機載近距作戰武器主要是近距格鬥彈（機炮的偶然性太強，這裡不討論）。我國的PL-10和美軍的AIM-9X，兩種導彈的離軸角都能達到±90度，機動過載超過50G。從外形和彈徑、彈長來看，PL-10的機翼和機身阻力、重量均要大於後者，因此在加速性能和轉彎性能上還是有所差距。兩種導彈的都採取凝視型焦平面紅外成像體制的導引頭，AIM-9X為128×128陣列，我國的也為128×128陣列，但兩種陣列的靈敏度可能稍有差距。

在自衛防禦武器方面，美軍F-22配裝有紅外面源干擾設備，可以有效干擾紅外成像體制的PL-10，而我國目前還沒有發現該類干擾設備，在這方面，二者是有差距的。從以上幾點總體來看，F-22的近距格鬥性能還是要由於殲-20的，但殲-20也並非全無機會，F-22的戰法更像是三板斧，打完後進入持續近距纏鬥就有可能輸給殲-20。

三、殲-20的改進建議

經過上面分析，可以得出，F-22與殲-20A作戰時最佳戰法是先使用雷達首先探測到殲-20A，而後選擇從側方或者後方攻擊殲-20A，利用先手優勢，先使用雷達鎖定發射一枚AIM-120D，但導彈的發射距離並不遠。這是考慮到F-22和AIM-120D對殲-20A的探測距離，以從側方、後方發射導彈時的導彈射程縮減效應導致的，該戰法目前沒有很好的破解方法。只能等渦扇-15出現後對殲-20A進行進一步的隱身設計完善。

如果雙方進入近距，殲-20A的光電感測器有優勢，機載計算機處理速度、穩定盤旋有優勢。F-22的飛行員視野、瞬時盤旋機動、計算機演算法、機載導彈性能和紅外隱身能力、自衛干擾能力有優勢。總的來看，殲-20A能會遭受數次F-22的先手攻擊，而自己在攻擊F-22時則總是失效。從中距到近距的連續失去先手意味著空戰失敗，因此可以說殲-20A目前還不具備和F-22進行對抗的能力。

在渦扇-15配裝後，殲-20B可以在雷達隱身和紅外隱身上進一步處理，使F-22失去中距作戰的空間和近距先發制人的優勢。而矢量發動機改裝也能夠消除F-22的超機動優勢，從霹靂-10導彈的性能來看，還是要比F-22大的多，要追趕上不太容易。一個較好的辦法是在霹靂-10的基礎上加裝數據鏈系統，使其能夠與機載光電感測器鉸鏈共享火控信息實現發射後再鎖定，充分利用機載光電感測器的孔徑和視野優勢，從而對F-22實現近距的首先發現，首先攻擊，在60G的導彈過載面前，F-22的超機動作用不會太大。

此外，要想將F-22拖入纏鬥，使其攻擊失效的干擾武器是必不可少的，因此開發並給殲-20B配裝紅外面源干擾裝置必須提上日程表。以上建議總結下來就是下面三點：配裝渦扇-15發動機；給PL-10配裝數據鏈；配裝紅外面源干擾裝置。