中國手持設備可探測隱身戰機打破美軍優勢

一、反隱身雷達原理及種類 

     最近印度與巴基斯坦的空戰進入新的里程碑，態勢感知成為戰勝關鍵，戰機即使機動性再好，若無法先發現敵機完全無法取勝。因此，隱身戰機是美軍維持其空中軍事優勢的關鍵武器，也是防範中共武統台灣關鍵武器。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。 

     依據南華早報的報導，中國聲稱已經改裝了一種低成本的手持式商用設備，能夠探測到美國的隱身戰機，這是一個重大突破。據報導，中國電子科技集團公司第 38 研究所的科學家使用了價值 68,000 美元的頻譜分析儀，這些分析儀通常用於電信行業，用於定位來自所謂的低攔截概率雷達（LPIR）的發射。LPIR 是美國隱形技術的核心組成部分。這些系統的特徵最少，使它們能夠避免被敵方無源雷達設備發現。LPIR是 F-35和F-22隱身戰機以及 B-2 轟炸機的標準技術，它們還可用於無人機、潛艇和導彈防禦系統。LPIR 使用難以檢測的跳頻和類似雜訊的波形，理論上允許美國在未被發現的情況下檢測到敵方系統。據信，高解析度寬頻接收器和高級信號分析演算法可以檢測到 LPIR。但這些對策代價高昂。如果來自中國的報告是準確的，那麼科學家們所做的就是大大降低了複雜檢測的成本。他們測試的設備被稱為 TFN RMT744A，被認為是在現場測試中證明符合軍事標準的電信設備。據報導，該設備已經能夠在半英寸內檢測到雷達發射源。據信，該設備使用先進的信號處理和機器學習來克服 LPIR 的技術，例如快速跳頻。中國一直在投入資金和精力，尋找對抗美國在隱形技術方面的優勢的方法。據報導，在模擬從日本起飛隱身戰機對上海的攻擊中，中國的雷達可在112 英里外檢測到美國隱身戰機。這將損害美國隱身飛機進行精確對地攻擊的能力。該報稱，中國研究人員使用一種演算法將雷達數據轉化為探測範圍和預警時間。由於類比中使用的雷達數量有限，結果可能較保守，中國的雷達甚至可能更有效。 

二、美國隱身戰機的優勢喪失將影響台海安全 

           依據亞洲時報報導，中國的模擬試驗發現了美國隱形戰機的漏洞。南華早報稱，在第36屆中國模擬大會上顯示，美國的F-22 和F-35五代隱身戰機可在180公里外被中國的陸基雷達探測到，從而損害其對地攻擊能力。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。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等隱身飛機。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戰機來對抗中國的武統台灣，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。 

三、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戰爭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”的通信信號找到發現隱形戰鬥機的方法。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」。武漢大學易建新教授團隊所攜帶的地面雷達監測設備，沒有發射電磁波的雷達天線，實驗用大疆無人機可模擬遠距離靠近的隱身戰機。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」的飛行軌跡竟然被清晰展現出來！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。 

           被動雷達有兩種，一種基於目標自身輻射來定位的被動雷達，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，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完成探測、定位和追蹤。無源雷達多數情況下只能提供二維甚至一維的數據，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。所以無源雷達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。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。 

四、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。不過僅有隱身戰機並不夠，破解敵機的隱身性能同樣重要。根據南華早報的報導，中國研究人員在開發探測隱身飛機方法上取得重大進展，這將抵消美軍的核心優勢之一，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。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。