航電如何工作？F22不靠航電也能戰斗，美國空軍也會丟掉制空權嗎？ #F22 #兵器說 #F22航電

F22作爲世界上第一款量產的五代機 也是迄今爲止世界上最強的五代機 它的出現爲什麼是五代戰鬥機 這個問題提供了一個標準答案 但伴隨着世界各國的五代機相繼面世 尤其是美國自己的第二款五代戰機F35的出現 關於F22已經落後了 F22不如F35等等這類言論是爭議不斷 尤其是針對F22的航電系統 是否已經老舊落後的爭議與討論越來越多 那麼今天大兵就來跟兄弟們討論一下 F22的航電真的落後了嗎 在討論F22的航電是否落後之前 我們要先弄明白我們平時討論的 戰鬥機航電系統到底是個什麼東西 航電即航空電子 指的是一架航空器上所有電子系統的總和 在人類剛剛飛上藍天的20世紀初 是完全沒有航電這個概念 直到20世紀40年代 飛機上纔有一些像儀表盤 無線電之類的電子設備 而且這些設備是相互獨立的 相互之間信息交互幾乎可以說是沒有 而且體積相對較大 綜合化程度很低 稱不上系統 因此這個時期的航電被稱作分佈式航電 到了20世紀70年代 伴隨着電子技術的發展 採用多處理器數字傳輸總線 綜合控制顯示器任務軟件四大核心技術的 聯合式航電系統問世 聯合式航電系統將原先各自獨立的電子系統 整合在一起 使其成爲一個總系統下的多個子系統 實現了電子設備的集中控制 分佈處理 讓系統綜合航電成爲主流 隨後具有高度綜合化 公用化和模塊化等特點的綜合式航電系統 在20世紀80年代誕生於世 相較於聯合式航電系統 綜合式航電系統採用的功能區概念 高速數據總線 標準電子模塊 以及ADA語言編程 實現了航電系統的高度模塊化 增強了航電系統的容錯能力和重構能力 在提升飛機作戰效能 便於採購和維護效率等方面 有了質的飛躍 F22所採用的寶石柱航電系統 就是綜合式航電系統的典型代表 相比於分佈式航電 綜合式航電就相當於一把小刀 剪刀 開瓶器等單獨的工具 結合到一起的銳式軍刀 進入新世紀 在綜合式航電系統的基礎上進行了升級 提升處理器性能 採用開放式架構 可以通過軟件升級 來提升戰鬥機性能的先進綜合式航電系統 在F35上是首次得到應用 所以比起F35 F22的航電系統確實是有一些落後 但是兄弟們彆着急 航電系統對於戰機來說 只能是輔助其完成任務的工具 戰鬥力的高低 最終取決於能否更好的完成作戰任務 而除了航電之外 戰鬥機的發動機推理 氣動外形佈局 以及攜帶的武器 都會對戰鬥機的綜合性能產生影響 因此單純對比誰的航電更先進 那是沒有意義的 打個比方 一個用木棍的頂級劍客 和一個用鋒利寶劍的普通人對打 最終誰會獲勝呢 這個結果想必各位都能想到 總的來說 一套現代化的綜合式航電系統 主要包括各類雷達傳感器 中央數據處理系統 顯示系統 以及通訊系統 我們就以F22所裝備的 寶石柱綜合航電系統爲例 聊聊綜合式航電系統包含的組件 以及它們是如何工作的 寶石柱綜合式航電系統 是上世紀80年代 美國寶石柱航電發展計劃的最終成果 它的設計思想在於 高度綜合化的電子系統 資源共享 高作戰實用性 低飛行員負擔 以及高系統可靠性 以及維修性質 要實現這種思想 首先需要做到系統信息融合 資源共享 系統容錯和重構 並且提高系統性能 可靠性和可負擔性 並通過不同的要素進行實現 例如飛機上的各類傳感器 所獲取的信息 在過去 這些信息由不同的處理器進行處理 再分別傳遞給中央處理器 最終轉化爲直觀的飛行數據 展示給飛行員 而寶石柱 由於使用了算力更強的中央處理器 可以直接將各類傳感器信息統一處理 只在軟件層面進行分區即可 而且它所使用的數據總線 是速度400MB的光纖數據總線 信息傳輸速度 是上一代航電系統的10倍 能夠幫助飛行員 在極短的時間窗口中抓住戰機 而且總線所連接的每個終端 都可以直接訪問總線中的所有數據 這就大大提高了系統的容錯和重構能力 另外得益於 寶石柱系統的模塊化設計思路 每個模塊都具有 代替其他模塊的能力 當某一模塊發生故障 無法工作時 其他功能正常的模塊 可以迅速接替故障模塊 保證整個系統的持續運行 除了依靠高算力中央處理器 和高數據總線 獲得的高度整合能力之外 寶石柱系統所採用的 各類電子設備也是十分強大 AN-APG-77有源相控陣雷達 可以通過頻率節變技術 轉變雷達工作頻率 使得敵機難以區分雷達輻射 從而隱藏自身的存在 而在隱蔽狀態下接近敵機 可以分析所有有用的目標特徵 並且分析它們的威脅性高低 進一步提高雷達性能 並可以致盲敵方雷達 使敵機變成瞎子 除了多樣功能 AN-APG-77有源相控陣雷達的 發射功率和天線尺寸 在同類產品中也是首屈一指的 得益於此 它的探測距離等硬指標 在今天仍然是世界第一 AN-APG-77有源相控陣雷達 還具有合成孔徑雷達 和逆合成孔徑雷達 兩種特殊掃描模式 合成孔徑雷達可以通過飛機 在不同時間空間 對同一目標的掃描 利用中央處理器的處理 獲得掃描目標的驚喜建模 這種方式主要用於空對地模式 使得F22在強悍的空戰能力之外 還擁有精確打擊地面目標的能力 而逆合成孔徑雷達 就是通過目標的運動方式和軌跡 對動態的目標進行建模 據稱AN-APG-77的 逆合成孔徑雷達工作狀態 可以通過分辨目標發動機的 葉片數量和運轉速度 來實現敵我識別能力 而不需要開啓敵我識別裝置 使F22可以在200公里以上的距離 提前對目標進行分類識別 除了有源相控陣雷達之外 保時據系統還包含了 AN-ALR-94無源探測雷達 這款雷達可以說是 F22上最複雜的電子設備 它使F22具備了全方向雷達告警 導彈發射探測 以及精確側向和搜索跟蹤能力 它可以在敵機相對靠近時 在200公里左右 對敵機進行高精度探測和定位 一旦敵機開啓雷達 它可以爲導彈提供 攻擊所需要的全部數據 引導導彈進行反輻射打擊 AN-ALR-56紅外預警系統 由6個光學孔徑組成 具備360度的紅外預警探測能力 以及紅外成像能力 可以在複雜電磁環境下 爲F22提供目標指示 導彈來襲預警等信息 這些雷達傳感器所獲取的各種信息 要通過顯示和通信設備 傳遞給飛行員 以及其他作戰單位 F22所採用的通信導航和識別系統 即CNI系統 可以在單機箱內實現通信 導航和識別功能 其中每個功能都具有 獨立的共性可控陣列天線 可以在實現定向通訊的同時 保護飛機的隱身特性 F22的飛行數據鏈 具有編隊內通信和編隊外通信 兩種模式 編隊內通信是一種小範圍的局域網 最多可以支持4架F22 進行編隊內部的數據交換 而編隊間通信模式 是一種較大範圍的數據網絡 最多可以支持4個F22編隊的掌機 進行數據交換 因此F22飛行數據鏈 最多可以支持16架F22 組成的一個大編隊進行空中作戰 執行任務時將16架F22 分成4個4機小編隊 每個小編隊內部的4架F22 可以通過飛行數據鏈的 編隊內通信模式進行信息交換 各個小隊內各有一架掌機 4架掌機之間 可以通過飛行數據鏈的 編隊間通信模式進行信息交換 空戰中整個編隊 只需要位置最爲突出的 兩架F22的基帶雷達 保持開機狀態即可 它們可以將探測的目標信息 與其他的F22共享 而大編隊的其他14架F22 則保持雷達靜默 以降低射頻信號被敵方截獲的概率 從而達到出奇制勝的目的 F22的座艙內部 共有1加2加1加3 7個顯示器 佈局爲一個典型的 一平六下式佈局 一個平式顯示器 可以爲飛行員提供水平 30度乘垂直20度的視場 兩個前上方顯示器 主要顯示通信狀態 告警信息 以及航向姿態 油量等飛行信息 兩個顯示器互爲備份 顯示的內容可以自由互換 一個主多功能顯示器 外形是一個203.2毫米乘203.2毫米的正方形 可以爲飛行員實時顯示戰場態勢 此外還有分別位於 主多功能顯示器左側 右側及下方的輔助多功能顯示器 左側爲防禦顯示器 主要顯示本機產生威脅的 敵方防禦信息 包括敵方戰機 以及地面防空系統的跟蹤 瞄準與發射信息 及整個戰場的測試圖 另外呢 在防禦顯示器上還列出了 本機紅外誘餌彈和箱條彈的剩餘 右側呢 則爲攻擊顯示器 主要顯示攻擊清單 所列目標的跟蹤與攻擊信息 以及瞄擊攻擊清單上的目標信息 以及文本方式列出的 本機武器狀態 還有顯示有導彈發射控制標識 和敵我導彈的投放距離包線等信息 下方呢 則爲子系統顯示器 主要顯示飛機管理數據 如檢查順序單 子系統狀態 發動機推理 外掛管理 測試報告等 這些顯示器呢 可以準確全面的將 F22的雷達傳感器獲得的信息 轉化爲直觀的數據 提供給飛行員 極大降低了飛行員的壓力 讓飛行員可以把精力 集中在戰鬥之中 總的來說呢 F22的航電系統 可以用一句絕對領先 相對落後來形容 絕對領先呢 是因爲F22的航電系統 實質精緻 依然對世界上所有 非五代機和部分五代機 具有優勢 相對落後呢 則主要是在與F35的對比中 稍落下風 說到這兒 可能有些兄弟會想啊 如果把F35的航電 搬到F22上 那不就行了嗎 事實上啊 美空軍確實有此想法 自從F35上的保時臺航電系統 取得突破後 對F22進行相關係統的升級 就一直是 美空軍的核心計劃之一 F22的航電升級計劃 主要集中在 2013年開始的增量3.2之中 增量3.2呢 被分爲兩個階段 2013年升級的3.2A 側重於升級電子戰 通信和敵我識別設備 2019年開始進行 增量3.2B和Update6升級 此後呢 兩者被合併爲 單一的升級計劃 安裝了新型作戰飛行軟件 提高了加密安全性 和航電穩定性 適配了AIM-9X和 AIM-120D空空導彈 除此之外 增量3.2中還包含了 GCAS自動地面防撞系統 數據鏈升級 OMS開放式任務系統處理器 等單獨的小項目 2021年 洛克希德馬丁公司 獲得了美空軍的 108億美金訂單 這筆訂單的內容呢 就是爲美空軍的 100多架現役F22進行升級 目前呢 美空軍研究實驗室 所公佈的ARES升級項目 就多達十餘個 其中就包括了 使用新型頭盔顯示器 使它獲得大離軸發射能力 使F22在近距離格鬥戰鬥中 更具有優勢 升級遠程紅外搜索跟蹤傳感器 IRST系統 提高了F22 在不開啓雷達的隱身狀態下 對目標的搜索和跟蹤能力 不依賴GPS的 星光定位導航系統 採用納米級的慣性導航系統 可以在不使用GPS系統的情況下 實時獲得精確的位置和導航信息 升級觸摸屏顯示器 以及監控無人聊機 通過F22身上 更完備的傳感器 爲無人機提供指引 同時無人機 也可以視爲F22視野的延伸 飛行員輔助自動化系統 綜合各傳感器蒐集的信息 向飛行員提供行動建議 識別直接威脅 分析對方意圖 對危險態勢提出報警 優化截擊算法 利用傳感器數據 自動生成最優化的3D攔截航線 並在顯示器上實時更新 該航線將避開敵方的地面 空中雷達及防空火力 具備1對多的能力 並最終能擴展到4機協同截擊 預測性維護 可以自動監控飛機 維護警告和飛機狀態 提供預測性維護建議 將機上的AN-AAR-56 紅外預警系統的光學傳感器 進行整合 使F22獲得全向探測 和越間發射能力 對AN-APG-77 有源相控陣雷達進行新的升級 替換彈化加元件 並增加測試雷達 從這項升級計劃中 可以看出 所謂的美空軍放棄F22等說法 純屬無稽之談 F22在目前的美國空軍戰鬥序列中 依然是處於不可替代的地位 很多兄弟可能會問 已經有了更先進更新的F35 美國爲什麼還要花上上百億美金 去升級老舊的F22呢 這個價格完全可以製造 同等數量的F35了 很顯然 在美空軍眼中 F22的作戰能力 是現在的F35不能完全替代 那麼究竟是什麼能力 讓美國空軍不願意放棄呢 這就不得不提 美空軍在2013年首次提出的 並在近年來不斷優化的 穿透性制空概念了 穿透性制空呢 是美空軍爲確保 未來在高威脅 高強度作戰環境下 始終保持其空中優勢作戰能力 而提出的全新空中作戰概念 在美國空軍設想中 未來穿透性制空作戰行動中 美軍首先通過實施網絡攻擊 電子干擾 軟硬方式攻擊 對方衛星等多種方式 在多領域實施壓制作戰 使得敵方陷入通訊混亂 戰場態勢感知能力消失等境地 失去體系化作戰優勢 然後再透過穿透性制空戰機 高精度高強度的多輪穿透打擊對方 如預警機加油機等高價值節點 以點破滅 繼續削弱其體系作戰能力 在突防成功後呢 形成可以利用的優勢窗口 迅速跟進 並採取更爲堅決的多方向 體系性穿透攻擊行動 擴大對方體系上破碎的缺口 把對方面上的缺口撕裂擴大 劃點成線 使敵方戰機陷入各自爲戰的境地 然後各自擊破 實現徹底的戰場制空權 最後水面艦艇潛艇隱形轟炸機等 各類防區內外精確打擊平臺 一起對對手最重要的戰略目標 實施大規模空襲 依賴戰場制空權 取得戰爭的全面勝利 在這個概念裏呢 穿透性制空戰機是重中之重 它必須在短時間準確到達指定空域 並在完成打擊後迅速脫離 而F35由於超音速巡航能力的不足 並不能完美的實現 穿透打擊敵方空中目標的任務 所以在NGAD問世之前 美空軍便只能依靠 超音速巡航能力極佳的F22 來實現穿透性制空的任務 F22的航電系統經過幾十年的歲月更迭 時至今日依然可以支持它完成作戰任務 而在美空軍的穿透性制空概念中 F22因爲它綜合性能的優勢 地位不降反升 更讓美空軍不惜血本重金 爲其全方位升級 在完成全面升級之後的F22到底有多強 這隻猛禽究竟還能在空中翱翔多久 就只有未來能給我們答案了 我是大斌 我們下期視頻再見