系列文章：隐身那些事儿——讲述隐身技术发展及应用的故事

　　1977~1979 年间，西方利用卫星侦察等各种手段发现前苏联正在发展几种新型战机（即后来的 Mig-29 和 Su-27），根据收集的情报分析这些战机的性能尤其是空战能力有了很大提升，很可能已经具备了与 F-15、F-18 和 F-16 等战机匹敌的能力，即使发展中的 F-15 在面对这些战机时也不能确保取得空中优势。在这样的背景刺激下，1979 年末开始，ATF 的研究作了重新规划，空-空任务被放在了与空-面任务平等的地位。这两项任务研究均由空军飞行动力实验室管理，其中空-空任务研究以“1995 战斗机研究”的名义展开，在 1981 年完成。期间承包商验证了“从超音速巡航状态下的高空突防到低空突防再到隐身技术的最大突防距离”，也包括了短距/垂直起落的优化设计。根据修改后的 ATF 计划还进行了先进战术攻击系统任务分析（ATASMA）研究，涉及到了低可探测性和电子对抗技术研究以及“质量对数量”的性能分析，强调以质取胜。1981 年 7 月 6 日发布的 ATF 新的任务需求书（MENS）中，使用低可探测性（LO）等新技术来实现高生存性被明确列为其中一项关键任务。实际在稍早一些的 5 月 21 日，美国空军航空系统部就已经给波音、洛克希德、诺斯罗普等 9 家公司提出了 ATF 的信息征询书（RFI），要求各公司提供概念设计进行评估。同年 11 月 23 日，美国政府批准 ATF 计划正式进入方案论证阶段。

图 2、早期 ATF 计划中洛克希德（大图）和波音（小图）提出的两种概念方案

　　在 1981~1982 年期间对 RFI 和 ATF 初始设计方案的讨论分析中形成了一些有共识的结论，比如：理想的空-空平台将把低可探测性和超音速巡航、高机动性等结合起来，Ma1.4~1.5 的巡航速度和 15,240~21,336 米的升限是比较合理的设计目标范围，通过隐身和远程空-空攻击能力压制包括苏联正在研制的 AWACS（A-50）和 Mig-29、Su-27 等空中力量。由于空-面战斗机不一定能完成空-空战斗机的任务，而空-空战斗机相对较容易改装完成空-面战斗机的作战任务，因此在 1982 年 12 月空军发布的最终 RFI 报告中，明确了以空-空任务为主，空-面任务为次要地位的空中优势战斗机目标，并在 20 世纪末取代 F-15 以应对下世纪早期将面对的空中威胁。1983 年 5 月，美国空军提出了 ATF 方案开发招标书（RFP）的调查需求，低可探测技术是其中一项重要内容，对洛克希德和诺斯罗普这样的已经在隐身飞机设计和应用中取得长足经验的公司来说无疑是占据了一定优势。经过近两年的方案论证和评估，以及对新战斗机单价成本的控制要求讨论，最终美国空军在 1985 年 9 月确定并发布了正式招标书，计划于 1986 年 1 月完成招标，后来推迟到 4 月。此后在美国国会施压下，美国海军也同意在 90 年代末期采购海军型 ATF（NATF），全尺寸研制、首飞和初始作战能力形成（含 52 架飞机）计划时间分别定为 1989 年、1991 年末和 1995 年。

图 3、较为难得的 YF-22 与 YF-23 比翼齐飞的照片，只是如今 YF-23 已芳踪渺渺

　　初期方案设计包括结合先进计算机能力，以相对低成本制造全尺寸和缩比模型进行风洞、RCS 计算和航电等子系统试验，从而大幅降低昂贵的飞行试验成本。在后续方案研究中还对演示验证阶段的 RFP 进行了修改，增加了战斗机后部低可探测性的要求（主要是喷口设计）。1986 年 5 月，空军宣布对 RFP 作一项重大改变，将不再从初期演示验证的理论方案中选定最终承包商，而是将演示验证扩展至原型机飞行试验阶段，让两种最有希望的设计方案竞争，并各制造两架原型机用于评估，同期，两家发动机制造公司通用电气 GE 和普•惠 PW 也将进行原型机竞争。为确保各自利益，波音、洛克希德和通用动力公司宣布达成联合协议，一旦其中一家方案被选中，另外两家将作为主转包商分包部分设计开发合同，随后诺斯罗普和麦道也达成了类似协议（格鲁门和洛克韦尔因 B-1B 项目无暇顾及 ATF，已先期退出）。后来事件发展的结果证明，这种联合模式有效地把各家所掌握的最优技术集中在了一起，如隐身外形设计和材料技术，推力矢量技术、先进综合航电和传感器技术等，从而真正实现了高起点的划时代的设计方案。1986 年 10 月 31 日，洛克希德和诺斯罗普的方案经评估优于其他公司，两家公司分别获得了 6.91 亿美元的主合同，开始进入原型机演示验证阶段。在这一阶段的方案布局与后续的 YF-22 和 YF-23 还存在比较大的区别，如图 4。洛克希德和诺斯罗普两个联合团队的原型机 YF-22 和 YF-23 最终都在 1990 年中完成了总装，并很快开始了验证试飞。

图 4、F-22 的方案演进过程

　　美军在模拟分析中发现，借助隐身技术，在空-空任务中实现先敌发现、先敌发射和超视距攻击，被攻击目标的生存概率只有 10% 左右，正是因为这个结论，在研制过程中军方对隐身性能指标进行了极为严格的要求和控制。在隐身设计验证方面，要求两家公司利用实际元件和计算机 RCS 预测模型、缩比和全尺寸飞机进行试验与分析，并要求高保真的全尺寸 RCS 飞机模型具有全部的雷达目标发射装置和有可能实际采用的吸波材料，最后在新墨西哥州白沙靶场的雷达散射实验室对两套模型进行了对比评估。YF-23 和 YF-22 原型机分别在 1990 年 8 月末和 9 月末开始进行试飞，各自用了 104 天和 91 天完成了全部试飞验证项目，两架飞机都展现了完全满足 ATF 预计要求的性能和特征，其中除高机动性一项外，其他如武器容量、隐身指标等方面 YF-23 均超过 YF-22，但差距并不是太大。由于设计安装了二元矢量喷管，YF-22 在机动性上，尤其是大仰角（60°）和较低速的机动敏捷性和可控性方面远远超过 YF-23，尽管后者也同时满足了 ATF 的机动性设计要求。同时，通用电气的 YF120 变循环发动机在超音速巡航中的表现也胜过了普•惠的 YF119 发动机，YF-22 在装备 YF120 试飞时超巡速度达到了 Ma1.56，超过了安装 YF119 时 Ma1.4 的表现。但是在 1991 年 4 月 23 日，空军司令赖斯宣布方案相对保守常规的洛克希德小组和普•惠分别获胜，之所以 YF-22 和 YF-119 能够最终胜出，更关键的原因在于方案的全寿命周期预测成本较低，技术风险和未来预期发展投入也更低。YF-23 由于无尾气动布局过于超前，可能给飞控和性能发展带来不确定性，同样的理由也针对发展潜力更大但风险和研制成本更高的 YF120 变循环涡扇发动机。