为何B2轰炸机已服役几十年仍未被超越?投进浩大唯中国才敢挑战
轰炸机的历史
轰炸机信赖大家都不陌生,它又被成为"空中堡垒",是最能代表空军特征的作战武器。飞机在早期被运用于战争领域时,主要是扮演着打探敌情的角色,也就是侦察机,飞行员们会随身携带一些轻型武器用作防身,直到轰炸机的出现重新定义了空军的战斗力。
投弹中的轰炸机
在设计之初,轰炸机的定义是用于向地面目的投掷炸弹的军用飞机,这种空中轰炸行动最早可以追溯到意大利与土耳其的战争中。1911年12月初,一名意大利飞行员在执行看察任务时,从飞机侧面伸手向土耳其的两个目的投掷了4枚大约2公斤重的手榴弹,这是人类历史上第一次空中轰炸。
飞行员投掷炸弹
在第一次世界大战中,德国使用了它们被称为"齐柏林"的硬式飞艇作为对英国开展空中突袭的战术轰炸机。这些飞机很快就被更快的双翼飞机所取代,德国的一些多引擎的飞机能够携带约两吨的炸弹。在知识过它们的威力后,轰炸机便逐渐成为各个国家主要的研究对象。很快,凝聚着先进科技结晶的轰炸机就被研制了出来。在战场上,空军一般选用小型炸弹进行战术轰炸,比如法国的"沃伊辛"飞机,它携带了大约60公斤的小型炸弹,飞行员只需要将炸弹从侧面投下就能完成空袭。
展开全文
早期的轰炸机受制于技术发展水平的限制,用敞开的架子携带炸弹,在大领域破坏时短缺了个体目的的精度,炸弹载荷也不能得到保证。到了20世纪30年代,轰炸机开始向转向速度更快、威力更大的全金属单翼飞机发展,此时空军也逐渐成为战争中不可或缺的重要战斗力。最先崭露头角的新机型是俯冲轰炸机,它的特征是在释放炸弹之前向目的进行俯冲。
1931年,B-9轰炸机于波音公司诞生。该机是第一种摘用全金属悬臂式单翼机设计、半伸缩式底架和可变螺距螺旋桨的作战飞机,配备了两台600马力的发动机,其时速可达302公里,比当时服役的双翼轰炸机提高了50%,但炸弹载荷却没有减少。在B-9首飞后仅仅几个月的时间,马丁B-10就完全盖过了B-9的风头。B-10的特征是摘用了封闭式座舱和炸弹舱,最高时速可达341公里,比当时的战斗机速度都快,是自一战中诞生的汉德利-佩奇夜间轰炸机以来轰炸机设计上最大的一次进取。
第二次世界大战初期,德国在进侵波兰与法国的途中,使用JU-87"斯图卡"俯冲轰炸机来粉碎敌人的地面防备,从而为德国装甲部队开垦了道路。当战争进进白热化时,交战双方的双发中型轰炸机逐渐被四发重型轰炸机所取代,代表性的机型有英国的哈利法克斯、兰开斯特以及美国的B-17"飞行堡垒"、B-24"解放者"和B-29"超级堡垒"。
B-29"超级堡垒"轰炸机
迫于战争的压力,轰炸机的改良速度有所增加。美国B-29"超级空中堡垒"是二战时期重型轰炸机技术的高峰,它能够携带9000公斤的炸弹与10挺50口径的机枪。第二次世界大战末期,美国向日本广岛投下了全球首颗原子弹,加速了战争的终止。这一注定被载进史册的轰炸行动的正是一架名为"埃诺拉·盖伊"的B-29轰炸机。后续在长崎投下原子弹的"Bockscar"依然是B-29,这两次原子弹轰炸致使日本被迫投降。接下来的15年间,装备核武器的轰炸机被视为当今世界的终极武器。
二战投下原子弹的"埃诺拉·盖伊空中"幽灵"美国B-2轰炸机
B-2轰炸机的由来
为了躲避日益精确的雷达预警系统,军用飞机逐渐朝着隐身方向发展,F-117A"夜鹰"战斗机应运而生。尽管F-117A拥有战斗机的称号,但其对空能力却并不出众,主要是利用隐身技术来进侵敌方领空而不被防空系统发现。
美国F-117A"夜鹰冷战时期的苏联致力于发展各种中远程防空导弹和高速防空拦截机,美国需要制造一种新型的能够有效突破苏联防空网的隐秘的轰炸机。B-2"幽灵"轰炸机就是今天我们要说的主角,它是于冷战期间诞生的世界上第一种低可侦测性的"隐身"战术轰炸机,也是当今全球唯一隐身战术轰炸机。它的设计最早可以追溯到革新派工程师杰克·诺斯罗普。他设计的"飞翼"最早在1949年以YB-49的形式亮相,但当时并没有被美国空军摘用。
1981年,B-2的研制计划正式启动,六年后美国空军便获准摘购了132架B-2用于战术轰炸任务。美国的B-2"幽灵"轰炸机就是摘用了隐身素材,其外形能够降低雷达反射率,但这种先进技术却带来了浩大的成本支出。
总的来说,B-2"幽灵"轰炸机是一款多用途轰炸机,既能够投送常规弹药,也能够投送核弹药。它是美国现代化轰炸机战术中一个重要的里程碑,浩大的空中火力随着它的飞行轨迹将被带到全球任何角落,打破曾经难以逾越的防备系统。
B-2"幽灵"轰炸机
随着苏联的解体,冷战告终,B-2的研制重点改为常规作战,数量减少到20架,另外还有1架没有计划升级为作战型的试验飞机,这些飞机的生产一直与研制和试验同步进行,美军也不得不再次面临二战后战术轰炸机与弹道导弹二者的价值比较问题。
时间步进21世纪,美国越来越多地依靠无人驾驶航空器向全球领域内的远远目的精确运送制导弹药。然而时至今日,轰炸机仍然是世界各国空军的重要组成部分。中国推出了其第一架具有核能力的战术轰炸机H-6K,而美国这些年则注重保护并升级其B-52、B-1B与B-2飞机的作战部队。
B-2轰炸机除了具有一般机型所固有的穿透力与有效性外,它的低可侦查性使它具有特殊的"隐身"能力,成为能够穿透敌人复杂防备系统、威逼其领空安全的重大目的。正是这种能够攻克周密防守进行空中打击的特性,让B-29成为21世纪最强大、最有效的空中威慑力与战斗力。
B-2的绝妙设计
B-2轰炸机的设计相当复杂,主要研发成员不止一个单位。负责整个系统设计和集成的主要承包商是诺斯罗普·格鲁曼公司的军用飞机系统部,除此之外还有波音军用飞机公司、修斯雷达系统集团和电气飞机发动机集团等。1988年11月22日,第一架B-2在加州帕姆代尔的空军42厂的机库中首次亮相,并于1989年7月17日进行首次飞行,引发了世界关注。到了1993年12月17日,第一架B-2"密苏里精神"号交付美国空军,密苏里州惠特曼空军基地是B-2的唯一作战基地。
B-2的绝妙之处就在于它的"飞翼"设计。其实将飞机设计成飞翼,也就是没有明确的机身、尾翼和其他突起物是航空界很早之前便有的一个想法,早在一战后的德国与新生不久的苏联便有相关计划浮出水面,但却没有哪一种飞机能够真正做到像B-2一样创新性地运用于实践。
二战末期,纳粹德国制造并测试了希特勒隐形战机,即霍尔腾2-29,这是一种具有初步隐身功能的飞翼飞机,与B-2有着惊人的相似之处。前文提到过,这种设计是由飞机设计师和工业家杰克·诺斯罗普率先提出的。1947年,诺斯洛普的工作有了重大突破,设计出了第一架喷气式动力飞翼YB-49,它的外形和B-2有着惊人的相似。但由于技术上的困难而受到阻碍,这个计划很快就被取缔了。不过他的努力并没有白费,在YB-49的基础上,B-2就此诞生了。虽然这两架飞机相隔几十年,但它们有着许多相似之处,包括完全相同的翼展。
纳粹德国的霍尔腾2-29
B-2"幽灵"轰炸机的"飞翼"设计使其几乎不会被防空雷达所发现,它确实是军机中的佼佼者,同时也是世界上最昂贵的飞机,每架造价为24亿美元。曾乘坐过B-2的航空航天专家丽贝卡·格兰特在摘访中说道:"它真的是独一无二的,完全不同于任何其他飞机的设计。无论是常规还是核动力,B-2"幽灵"轰炸机几乎都可以在地球上任何地点精确执行进攻任务。据美国军方透露,B-2的下一代升级型号B-21"突袭"轰炸机将在未来服役,它看上往外看与B-2非常相似。不过,目前的B-2可能还会陆续服役二十年或更久。所有这些加起来,飞翼式隐身轰炸机还要再飞四十年甚至五十年,这证实了最初的飞翼式隐身设计确实是非常超前和优异的。
B-2三视设计图
B-2的强悍性能
B-2轰炸机长21米,高5.18米,翼展达到了52.4米——这与XB-35和YB-49完全相同,几乎有半个足球场那么长。它的速度为每小时1094公里,最大飞行高度为15240米。中途不加燃料的航程可达11000公里,本身具有空中加油能力,在进行一次空中加油后航程可超过18000公里。通俗点来说,它能够在几个小时内到达全球的任何地方。
B-2的机腹部分有两个武器舱,可以容纳多达6万磅的弹药,每个武器舱又有8个炸弹架,在核弹方面,B-2可以携带B61-7炸弹、B61-11炸弹或者B-83-1热核炸弹。就目前来说,B-2没有携带任何核武装导弹,但进役后将携带远程相持核巡航导弹。
该机的驾驶舱可容纳两名机组人员,机舱内配备了彩色的九管电子飞行仪表系统,可以展示飞行、发动机和传感器数据以及航空电子系统和武器状态。飞行员可以通过一个简单的三向开关,抉择启动相应的飞行和任务设备抉择起飞模式、转战模式和降落模式,强悍的综合性能使B-2成为美国空军长期以来的宠儿。
B-2的武器系统及载弹量
轰炸机的核心便是武装运载。B-2隐形轰炸机内部能够携带多达18吨的武器,包括常规武器和核武器、精确制导弹药、重力炸弹和一系列海上武器,并在飞机中部安装有两个独立的武器舱,每个武器舱都装有一个旋转发射器和两个炸弹架装置。在试验中,B-2成功地从旋转火箭发射器中释放了B-61和B-83核弹和mk84常规炸弹,从炸弹架中释放了mk82和CBU-87常规武器。B61-11是一种穿地核弹,用于打击深埋和坚硬的目的,B83则是一种战术自由落体核弹。
B-2轰炸机还可以携带AGM-129先进巡航导弹,这是一种战术巡航导弹,射程估量可达2414.016 千米。另外,B-2最多可携带16枚卫星制导的JDAM导弹。诺斯罗普·格鲁曼公司正在将B-2弹架组件改装成新的"智能"配置,这将使可携带的JDAM数量增加到最多80枚。此外,该机还将安装联合相持武器、联合空对地相持导弹和风补偿弹药投放器,单架B-2最多可以携带80枚115千克小直径炸弹。
投弹中的B-2轰炸机
在后续的升级中,B-2轰炸机增加了一个通用武器接口系统,这个系统是一个综合软件包,使B-2能够在外出飞行中携带不同类型的对射武器和直接进攻弹药,这样飞机便能够在一次任务中进攻多达四种不同类型的目的。
在防备方面,B-2携带了洛克希德·马丁公司的雷达预警接收机和AN/APR-50防备治理系统、诺斯罗普·格鲁曼公司的防备辅助系统。除此之外,B-2还安装了雷神公司的AN/APQ-181隐蔽进攻雷达,这是一种多用途雷达,具有地形跟踪和地形规避模式。据爱德华兹空军基地进行的测试表明,这种雷达在61米以下的高度都能进行可靠的地形跟踪。
在后冷战时代,由于穿透先进的防空网络的需要,B-2获得了常规进攻能力。该轰炸机最多可以携带16枚联合定向进攻弹药和卫星制导的0.9吨炸弹。它还能携带CBU-87联合效果弹药和CBU-90"鳄鱼"地雷投放器,但这武器目前正在逐步被美国淘汰。
B-2轰炸机还可以携带AGM-154联合相持武器,这是一种滑翔炸弹,射程可达80千米,并配有基于GPS的制导系统。为了进行相持进攻,B-2可以携带AGM-158联合空地相持导弹和新型的、射程更长的JASSM-ER增程型导弹。最后,B-2还能够携带两枚约13.6吨的6米长的大规模穿甲弹用于进攻坚硬的目的,每个武器舱均可携带一枚。
B-2隐形轰炸机在战争中得以广泛运用。在1999年的科索沃战争中,B-2首次进进了战斗部署之中并投下了炸弹,随后又参与了2003年伊拉克战争的空袭作战。B"9·11"事件发射后,B-2成为了最早向阿富汗的塔利班和基地组织投掷炸弹的飞机之一,并在2011年轰炸了利比亚部队。由于B-2需要特殊的气候掌握以保护其雷达吸取涂层,因此轰炸机只能从少数几个地点飞行。从B-2轰炸机队的大本营密苏里州怀特曼空军基地到伊拉克的飞行时间为三十八个小时,期间需要进行4到5次空中加油,也有少量的B-2可以从太平洋关岛的安徒生空军基地和英国的费尔福德皇家空军基地起飞。
科索沃战争
作为冷战的产物,B-2最初的设计是为了能够携带常规武器和核武器穿透苏联的防空系统。但在1989年首飞后不久冷战便结束了,所有至今没有一架B-2在俄罗斯领空飞行过。不过尽管如此,它依然经历了相当多的战斗,并且保持着全世界首屈一指的优异战绩——在整个服役生涯期间,没有任何一架B-2在战斗中被击落过。
B-2优越的隐身性
要想真正了解B-2的王牌隐身能力,必须先了解雷达探测的工作原理及其在空中领域的重要性。雷达的工作模式是将低频电磁波从发射器发出,当它击中类似于飞机的物体时,电磁波会从表面反射回来,并传回探测器进行解析。确定信号目的的大小与定位,就是通过分析电磁波从最初发射后返回所需时间以及返回波的强度等因素实现的。
然而,有意思的是这个原理并不是美国先提出的,而是由俄罗斯的一位物理学家于1962年的一本书中首次曝光。他在里面阐述了雷达上的能见度不仅取决于物体的大小,还取决于雷达波从物体边缘反射的角度,同时还设计了一种算法来计算物体的雷达截面,确定它们在雷达上的可见程度,而苏联认为该书没有国家安全价值,因此批准出版。
雷达系统往往非常复杂,大多数防空武器都使用上述系统来校准目的,这意味着大多数飞机防备系统都要依靠雷达系统来工作。
防空反导雷达概念图
与其他飞机不同的是,B-2的飞翼设计没有任何大角度的垂直外形供雷达波反弹。飞机的单翼设计之所以降低了可探测性,是因为它大大减少了垂直面板的数量,正是这些垂直面板提供了大量的雷达可探测面。
事实上,B-2轰炸机通过设计中的各种技术,拥有着极为微小的雷达截面。这种"连续曲率"的表面设计,使它能将雷达波从其到达的方向以任何角度反射出往。由于几乎没有任何雷达波可以返回源头,使得B-2的雷达截面仅为0.1平方米,与鸟类相同。在这样的技术加持下,B-2具有躲避雷达探测的特殊能力,能够穿透普通战机无法穿透的防备系统。就是这样的特殊能力,至今还没有任何一种防空系统对B-2轰炸机发射过一枚导弹或防空武器。
除了雷达反射面积小,B-2的第二个设计元素是涂装,哑光的黑色使得B-2看上往非常的酷炫。B-2的表面有吸取雷达的涂层和素材,是首批广泛使用新型复合素材的军用飞机之一。该机近80%的素材是由合成了玻璃、碳和石墨纤维的编织复合素材制成,其余部分则由铝和钛制成。另外它的表面还摘用了雷达吸取涂层,其目的是为了进一步降低雷达信号。这样可以减少传回雷达探测器的反射波,从而减少飞机的雷达"足迹"。该涂层还能吸取声音,这意味着声学定位系统也无法探测到它,这些就是B-2"隐身"的原理。
值得一提的是,B-2隐形轰炸机还具有其他一些特殊的技术能力,其中一个要害能力就是它的低热足迹。以前发现隐身飞机的方式之一是利用红外辐射探测飞机的热力特征,但B-2征服了这一问题,它将发动机被躲在尾部以避免产生过多的热量,因此从外表看不到它的发动机。为了进一步降低发动机热量,B-2甚至使用了与航天飞机一样的吸热瓷砖安置在发动机排气管四周。整个机身摘用了先进的隔热和冷却系统,这意味着只有有限的热能到达机身表面,并能够从飞机上辐射出往。此外,在轰炸机的涂层内有一种朝内的反射素材,这将把红外辐射留在机身内,由此来限制散发出往的热量。B-2在飞行时非常清静,只有在它经过你的头顶时才有可能听到。
为了让飞行员能够有效地操纵飞机进行战斗,B-2驾驶舱里的方向舵既可以旋转机翼上的面板,又具有所谓的差速转向功能。因为使用方向舵会增加飞机的雷达截面,所以在隐身条件下,B-2摘用了差速转向,这就是它两台发动机的推力输出不同的原因之一。差动转向还可以减少俯仰和滚转来使机翼大致保持水平,这也减少了飞机的雷达足迹。
这些功能被统称为低可看测技术,但它并不是一直在运行着的,而是在飞机需要隐身时才会启动。飞行员必须按下驾驶舱内标有"PEN"的按钮,才能穿透敌人的防备。和其他作战飞机一样,只有当靠近目的区域时,B-2才会启动隐身程序。
B-2所涉及的大量高级工程和技术背后是浩大的研发成本。由于机队规模小、技术秘密,B-2是一架令所有人都垂涎的飞机,由于考核严厉,至今为止只有几百名飞行员登上过B-2。想要成为B-2的驾驶员必须要经历一套非常严厉的选拔程序,在选拔程序中有一项是面试者非常看重的,那就是飞行员的性格,因为它会影响飞机与驾驶员的兼容性。只有符合所有条件的人,才能在两人机组的规模下执行超过40个小时的任务。
驾驶B-2也和普通的战斗机不同,虽然它的飞行方式就像一架普通的飞机,但它有一些特殊的功能,并且飞行时的视角和普通战斗机非常不同,因此驾驶员需要通过大量的日常练习来完成空中加油和降落。
结语
服役多年来,B-2轰炸机的飞行系统、通信和武器都得到了升级。它与陆地上、潜艇上的洲际弹道导弹一起,仍然是美国海陆空三军核威慑力量的重要组成部分。不过依据近几年传出的消息可知,"年事已高"的B-2时日似乎已经不多了,因为B-2的继任者已经在开发中。它就是前文提到的B-21"突袭",目前仍然处于保密状态。B-21将继续现有的B-2使命,它的设计会足够利用B-2这40多年来的技术沉淀,估量将在2025年后的某个时间亮相。
和美国相比,中国空军虽然起步较晚,但经过几十年的迅速发展,目前也已经拥有了规模不俗的轰炸机群,轰6K就是中国目前现役最强轰炸机之一。展看未来,信赖我国也能跟上时代的潮流,致力于重型隐身轰炸机的研发,让中国也拥有属于自己的先进作战武器。
中国的轰-6K