中國反隱身戰機雷達發展與台海情勢

一、反隱身雷達原理及種類 

   隱形戰機是美軍維持其空中軍事優勢的關鍵武器，如同航空母艦是維持海上霸權的核心武器。由於中國的東風-21D及東風26彈道反艦導彈問世，美國航母已受到拒止戰略不敢再橫衝直撞，因此中國迫切需要研發一種反隱身雷達來對抗美國隱身戰機。目前針對隱形戰鬥機的偵測手段有數種，而中國都走在世界前端。第一種是能量反隱身方法，隱形戰機的原理是盡量減少反射的雷達回波，因此如果大幅增加發射雷達的能量，雷達回波也會相應增加，從而可以被雷達分辨出來。但增加雷達發射功率時，在雷達的尺寸、功率、耗電量和機動性等方面受到許多限制。在此方面，中國開發的YLC-2E型反隱形雷達使用先進的第三代半導體材料，實現了極高的能量應用效率，再加上先進演算法加持，使隱身目標的雷達回波能被精準地識別出來。第二種是頻段反隱身，也就是利用隱形戰鬥機對不同雷達頻段的反射截面積不一樣的特點，通常而言，頻率越低，雷達反射截面積越大，因此使用低頻段的米波雷達對於隱身目標就有很好的偵測能力，中國多次在各種防務展上公開亮相的YLC-8E及JY-27A等都採用這種原理，但米波雷達易受干擾且成相不清晰。第三種是雙址/多址反隱形雷達，也就是將雷達的發射機和接收機分開放置，這樣就有機會截獲被隱形戰鬥機反射到其他地方的雷達波，從而破除其隱形效果。第四種是無源偵測，也就是所謂的暗哨雷達。本質上講，隱形戰鬥機在飛行時會影響附近空域的民用調頻廣播訊號，透過監控相關訊號的微弱變化，就可以實現對隱形戰鬥機的偵測、定位、追蹤。 

    香港南華早報披露，武漢大學電子資訊學院易建新教授研究團在廣東海岸發射了一架大小約與鳥相當、雷達反射面積與隱形戰機相當的大疆無人機，雖然附近的地面雷達並未發送任何無線電波，但目標的回波卻出現在雷達螢幕上。中國科學家說，這是因為美國「星鏈」衛星飛越時發出的電磁輻射暴露了這種模擬隱形戰鬥機的無人機行踪。隱形戰機是透過外形設計以及可以吸收雷達波的隱形塗層以減少電磁波反射，從而起到雷達隱形效果。但中國科學家發現，隨著美國「星鏈」系統已經發射了超過4000顆近地軌道衛星，它們持續透過無線電波為全球各地提供上網服務，中國能夠從中發現隱形戰鬥機的行踪，並不受目標外形和吸波材料的影響。報導稱，利用這種技術，在偵測小型和隱形目標方面將提供重大優勢。同時利用第三方輻射源，雷達系統可以加強隱蔽性和抗干擾能力。這次南華早報所說的中國科學家利用「星鏈」系統的無線電波，透過監視其微弱變化進而發現模擬隱形戰鬥機的空中目標，就是無源探測手段的一種。這種方法採用完全的被動監聽模式，不需要主動釋放電磁訊號，因此隱形戰鬥機可能根本就不知道自己的行蹤已經被揭露了，更不要說針對性的防禦或打擊。 

二、利用星鏈發現隱身戰機 

   美國太空探索科技公司（SpaceX）的「星鏈」衛星通訊系統在俄烏衝突中發揮了關鍵通訊作用，但最近中國科學家卻成功利用“星鏈”的通信信號找到了發現隱形戰鬥機的新方法。這種利用「星鏈」電磁波的手法應該屬於偵測隱形戰鬥機技術的「被動偵測」。2024年8月26日，武漢大學易建新教授團隊發表論文指出，只要合理應用，完全可以利用星鏈衛星幫助發現隱身飛機，個團隊也利用大疆精靈4 Pro無人機做了實驗，結果非常成功！當時，易建新教授團隊所攜帶的地面雷達監測設備，沒有任何能發射電磁波的雷達天線，這個大疆無人機雷達反射截面積跟一隻小鳥差不多，屬於典型低慢小的目標，一直都是雷達偵測的難題，研究團隊常用它來模擬遠距離靠近的隱形戰機。而在易建新團隊所攜帶的地面雷達監測設備上，遠距離接近的「隱形戰鬥機」的飛行軌跡竟然在雷達不發射電磁波的情況下，被清晰地展現出來！隱形戰機主要靠減少飛機反射敵方雷達發出的電磁波信號，通常採取這幾個措施：一是透過改變飛機的外形和結構，隱身戰機通常採用平滑、傾斜、分割等設計手法，使飛機呈現出多邊形或菱形等簡單幾何形狀，並儘量使飛機表面與雷達電磁波入射方向垂直或平行，從而使雷達電磁波沿著飛機表面滑過或反射到其他方向，而不是返回雷達接收器。如此一來，就大幅降低了飛機對雷達電磁波的反射率，使飛機在敵方雷達螢幕上呈現出較小或模糊的回波。二是透過塗覆特殊材料，這些具有複雜的介電常數和磁導率的材料，能夠使雷達電磁波在其內部發生多次反射、折射、干涉，像能將電磁波轉換為熱能吸收的塗料，就可以把RCS 降低1-2個數量級。通常隱形戰機正面雷達散射截面最小，側面雷達散射截面相對較大，尾部的雷達散射截面更是顯著。而飛行器的吸波塗層並不能在所有頻段上吸收電磁波，只是主要針對X波段（8.5-10.68吉赫茲）這樣的現代雷達主流頻率才有強烈的吸收效果，如果使用頻率更低的米波段作為雷達頻率，那麼隱身飛行器的隱身效果將會顯著減弱，甚至無效。被動雷達與傳統的發射電磁波的主動雷達相比，它本身不會輻射電磁訊號，而是藉助外部的輻射源來進行探測和定位。這樣一來，敵方偵測設備和反輻射飛彈就不能利用電磁訊號對被動雷達進行捕捉、追蹤和攻擊，大大提高了戰時生存能力。 

   被動雷達通常可分為兩種，一種是基於目標自身輻射來定位的被動雷達，在被探測目標本身就是雷達、通信電台、應答機這類輻射源或攜帶輻射源的，就能利用探測目標輻射的電磁波進行探測和跟踪，典型代表就是維拉系列被動雷達。另一種是基於外輻射源對目標照射的被動雷達，被動雷達主要是透過天線接收來自外部的第三方直射波，以及該外部輻射源照射目標後形成的反射波或散射波，再處理後提取目標資訊並消除無用資訊和乾擾，從而完成探測、定位和追蹤。這第三方包括廣播電台、電視台、通訊台站、全球定位系統等。無源雷達多數情況下只能提供二維甚至一維的數據，僅有方位這個維度的判斷比較可靠，遠遜於傳統主動雷達提供目標的方位、高度、距離精確三維數據。而且無源雷達掃描頻率相對較低，持續追蹤能力比較差。所以，無源雷達還沒法作為防空武器的導引雷達使用。由於美國的星鏈衛星需要與用戶端進行通信，因此必須不斷向地面發送電磁波，當飛行器穿越該信號區域時，電磁波打在飛行器表面就會產生反射電磁波，這就是被易建新教授的團隊利用的第三方信號源。當這些反射電磁波被他們攜帶的多個雷達天線接收後，會經過訊號處理，解算出航向、速度和高度等訊息，使原本在雷達下隱形的目標現形。星鏈現在在軌數量已達7000多顆，美國不太可能為阻止中國新雷達利用「星鏈」技術，而關閉整個星座的對地訊號傳輸。中國現在正在建設“千帆星座”，若美國的星鏈無法用就用中國的。反隱身雷達首先需要高精度檢測，反隱身雷達採用尖端的訊號處理和偵測演算法。這使其能夠精確檢測和追蹤隱身目標，從而顯著提高戰鬥力。其次需要寬頻覆蓋。它提供寬頻覆蓋功能，使其能夠處理各種類型的隱形飛機，同時在複雜的電磁環境中保持有效運作。第三，要能抗干擾，憑藉先進的抗干擾技術，反隱身雷達可有效抵消敵人的干擾，確保性能可靠。第四，是多模態綜合。反隱身雷達通常與紅外線和光電等其他感測器集成，可提高目標識別精度和定位，從而增強作戰能力。

三、利用北斗衛星訊號追蹤美軍隱身戰機 

   中國科學家利用北斗開發了一種新雷達技術，F-22及F-35都是都被認為是世界上最先進的隱形戰機之一，它們也都是美國空中霸權的象徵，其隱身性是其優勢的關鍵所在。不過對於大國間的競爭而言，僅有隱身戰機是不夠的，破解敵機的隱身性能同樣重要，因為這可打破對方的戰略優勢。因此除了研發五代隱身戰機外，各軍事大國也積極研發破解隱身戰機的技術。根據南華早報的報導，中國研究人員在開發探測隱身飛機的方法方面取得了重大進展，這可能會抵消美國軍隊的核心優勢之一，這些偵測技術的核心是中國的北斗衛星導航系統，透過分析北斗訊號如何與飛機互動來偵測隱身戰鬥機的存在。中國國防科技大學雜誌上的一篇論文介紹了這個技術，當北斗衛星導航系統的訊號遇到像F-22這樣的隱身飛機時，訊號往往會中斷和消散。這種散射在無線電頻譜中產生了獨特的回波，中國科學家聲稱已經破解了這種回波。他們使用先進的演算法，能夠透過分析特定的無線電訊號幹擾來確定飛機的位置。據稱這種方法已經在模擬中進行了測試，並且可能對“猛禽”和“閃電”都非常有效。這種技術方式最早建立在早期檢測小型無人機的實驗基礎上，科學家們透過分析來自馬斯克公司所發射星鏈衛星的無線電訊號如何被無人機散射，成功地追蹤了一架小型無人機，儘管它的大小和雷達輪廓較低。 

   傳統雷達系統的工作原理是發射從物體反射的光束，較大的物體會傳回更多可偵測的訊號。隱身飛機旨在散射這些光束，反射盡可能少的訊號以逃避偵測。但是隨著中國基於衛星訊號分析而不是傳統雷達波束的新方法，即使是像「猛禽」這樣的低雷達截面飛機也難逃追蹤。這項技術還有一個非常大的優點是它的成本效益和彈性，傳統的雷達系統價格昂貴，而這種新技術方案不依賴傳統的雷達系統，而是使用北斗訊號，它提供了更實惠的替代方案。另外此技術方案還有極高的適應性，基於北斗的雷達系統可以部署簡單的接收天線，使其更容易安裝在各種位置且難以偵測。如果北斗受到干擾，系統可以切換到其他衛星訊號，確保持續運作。從現實邏輯分析，這項以衛星訊號為基礎的反隱身技術所面臨的挑戰之一是折射訊號在到達地面時較弱，因為這些訊號經常被建築物、樹木和其他物體的干擾所淹沒。傳統上，被動雷達系統需要多個天線來過濾掉這些雜訊。但中國科學家團隊提出了一種使用單一天線的「盲檢測」方法，大大降低了系統的複雜性。 

四、美國隱身戰機的優勢正慢慢喪失 

   依據亞洲時報報導，中國的最新模擬試驗發現了美國隱形戰機的漏洞，來自中國國防大學聯合作戰學院和北京智能博弈國家重點實驗室的中國軍事研究人員最近進行了計算機模擬，以評估隱形戰鬥機對中國防空系統的有效性。南華早報稱，在10 月舉行的第36 屆中國模擬大會上展示的模擬顯示，F-22 和F-35 等隱形戰鬥機可以在180 公里外被中國的陸基雷達探測到，從而損害它們進行精確對地攻擊的能力。模擬是美國從日本對上海的攻擊，F-35 可遠程飛彈攻擊但犧牲了隱身性，使其可以在 450 公里外被探測到。報告指出，中國在 F-22 和 F-35 探測能力方面投入了大量資金。中國科學家已開發出一種經濟高效的雷達，可利用北斗導航衛星系統的訊號來探測和追蹤 F-22 等隱形飛機。最近在《美國國防大學技術雜誌》上的一篇論文中詳細介紹了這種創新雷達，它採用單一接收天線和獨特的演算法來識別隱形目標，而不會發出可偵測的訊號。該雷達的設計由空間微波通訊國家重點實驗室的溫元元領導，簡化了部署並降低了成本，使反隱身技術在全球範圍內更容易獲得。如果北斗受到干擾，雷達可以切換到其他衛星訊號以確保連續運作。美國計劃用F-22和F-35戰機來對抗中國武統台灣，但可能受到反隱身雷達的破壞。面對不斷上升的成本，美國越來越難維護 F-22 和提高 F-35 產量。在作戰層面，F-22 和 F-35 等美國隱形飛機將有助於擊敗中國的反介入/區域拒止 （A2/AD） 戰略。美國想利用隱形飛機穿透中國防守區域並執行精確打擊。 

   這種隱形戰機的部署被視為對抗中國廣泛的軍事建設至關重要，星條旗報稱，美國已經在日本岩國美國海軍陸戰隊航空站部署了 F-35B，並在航空母艦上部署了 F-35C。然而，雖然中國可能無法與美國的空中力量相抗衡，但它可以嘗試在地面上摧毀美國飛機，以先發制人地打擊入侵台灣的戰機。中國無處不在的情報、監視和偵察 （ISR） 以及全局遠程進，例如 DF-26“關島殺手”導彈，使分散的美國設施、空中資產和海軍力量處於危險之中。2024 年 5 月，幾位美國國會代表指出，美國在太平洋的基地和飛機容易受到中國的攻擊，強調了他們認為的關鍵防禦差距。事實上，中國廣泛的打擊能力威脅到美國在印太地區的所有設施，包括關島和北馬裡亞納群島的關鍵設施。另外，中國的反隱形戰機雷達也將使美國隱形戰機的優勢慢慢喪失。南華早報表示，中國在反隱身技術方面的創新可能會進一步改變中美兩國的戰略優勢對比，如果這項反隱身技術成功廣泛應用的話，這可能會重塑太平洋地區空戰的未來。