概述
研製B-2隱身轟炸機的構想始於1975年。當時美國國防部所屬的“先進計畫局”出籠了一個代號為“哈維”的項目,落實到空軍,就派生出了XST(XST意思是實驗,隱身,戰鬥)計畫。在這一計畫中美軍工科研界首次提出了將隱身技術運用到飛機上的構想。富有研製軍用飛機經驗的洛克希德公司捷足先登,率先獲得了軍方的研製契約,並很快拿出兩架全尺寸XST樣機,初步證明了隱身技術套用在飛機具有可行性和有效性。
當時“冷戰”仍酣,為能隱秘的突破蘇聯防空網,尋找並摧毀蘇軍的機動型洲際彈道核飛彈發射架和其它重要戰略目標,美國空軍提出要製造一種新的戰略轟炸機,強調突防能力,要求能夠避開對空雷達探測,潛入敵方縱深,以80%的成功率完成任務。為此,空軍擬制出了“軍刀穿透者”計畫,把隱身技術的套用列入了具體議事日程。由於洛克希德公司不久前提交的樣機受到好評,空軍將生產F-117A隱身戰鬥機的契約交給了這家公司。隨著隱身戰鬥機的投產,美國國防部和國會要人也開始接受了“隱身轟炸機”這一概念,並於1977年正式批准了空軍提出的研製這種飛機的申請報告。隨後,美國空軍把新型隱身轟炸機的研製項目正式定名為“先進技術轟炸機(ATB)”。這就是B-2隱身戰略轟炸機的最初名稱。
1980年9月美國空軍要求洛克希德公司與諾斯羅普公司針對先進技術隱身轟炸機(ATB)計畫,就性能、成本、後勤支援、項目管理與保全等五個方面提出建議書。洛克希德的方案為SeniorPeg(老假腿人),諾期羅普公司為Seniorlce(老鑽石)。1981年10月20日,諾斯羅普公司獲得競爭的勝利,絕密代號改為SeniorCJ。該代號是為了紀念死於癌症的主管隱身飛機的美國空軍副部長CJ·凱利。美國各大航空技術公司很快都投入到了ATB計畫中,波音公司負責鈦合金的飛翼後中段、外機翼、燃油系統、武器發射系統和起落架,為此波音公司增加了一萬名職工。LTV公司負責飛翼中段,鋁與鈦合金結構及複合材料結構,雇用4000人。通用電氣公司專門改造了推力為84.5千牛(19000磅)的F119-GE-110渦輪風扇發動機。諾期羅普公司本身的12000名職工負責製造前中段與駕駛艙及總裝配。
80年代初,B-2經歷了幾次大的設計更改。比如在1984年,對主翼設計進行了重大改動,因為空軍不僅要求飛機能從高空突入,而且還要能超低空突防,從而帶來了提高飛機升力、增強機械結構強度、進一步降低其雷達反射截面等一系列問題,上述拖延使飛機的設計歷經數年才得以定型。
發展過程
B-2的研製過程是研製核子彈的“曼哈頓”工程之後美國保密程度最高的軍事科研工程。1982年4月8日諾斯羅普公司購置了洛杉磯郊區的畢柯萊佛拉(PicoRivera)地區的一座閒置廠房,原屬於福特汽車公司,隨後將其改裝成保密工廠,一個窗戶都沒有。軍隊與保全人員的24小時進行監控,保衛支出竟高達20億美元。為防止蘇聯潛艇潛入加利福尼亞近海監聽計算機軟體系統發出的電磁輻射,畢柯萊佛拉的CAD/CAM(計算機輔助設計/輔助製造)終端裝置所在的房間,都採用了特製金屬板進行電磁禁止。每台計算機都裝有特製的罩套,未經批准的人員無法看到熒幕。關鍵崗位上的工人全部進行測謊試驗,嚴防間諜與吸毒者。只有少數高級管理人員知道計畫的細節,且
監控更加嚴格。參與計畫的諾斯羅普公司的一位副總裁的加拿大籍夫人被迫入籍美國。在遠離廠區的地區註冊了假公司,用於交接從轉包商運來的部件。這些部件在深夜用無標記的卡車轉運到畢柯萊佛拉。空軍官員訪問畢柯萊佛拉一律要換穿便服。更甚的是偌大的國會中只有8名議員知道此事。外界首次得知B-2是在1988年4月20日,美國空軍首次展示了一幅B-2飛機的不準確的手繪彩圖,世界為之一震。同年11月22日,編號為AV-1的B-2原型機終於“千呼萬喚始出來”,一時成為美國公眾爭相一睹的怪物,世界各國的軍事刊物也爭相對它加以報導。這期間,它經歷了軍方進行的多次秘密試飛和嚴格檢驗,生產廠家不得不根據空軍方面提出的種種意見和各種苛刻要求不斷進行設計修改。83年研製計畫的修改使B-2由高空突防變為低空突防轟炸機。1987年1月起,在KC-135上安裝B-2的電子設備進行試飛。據計畫6架B-2被指定用於研究發展的試驗試飛,將進行3600小時的試飛。除第二架試驗機外,剩餘5架在完成試飛計畫後將被改裝成標準型進入服役。另外還製造了兩架用於靜力試驗的機體。首架原型機1988年11月出廠,1989年7月首次進行了2小時20分的試飛。首架原型機主要進行氣動及適航試飛;第二架原型機主要進行載荷試飛及擴大包線試飛,該機沒有標準的隱身構形;第三、第四架原型機裝有全套電子設備,主要進行電子設備、隱身及武器試飛;第五、第六架主要進行武器和實際服役試飛。在歷時整整5年之後,1993年12月17日美國空軍終於接收了第一架作戰型的B-2A型飛機。1997年4月2日,首批6架B-2A隱身轟炸機正式服役。裝備B-2的第1支部隊是第509轟炸機聯隊的第393中隊,已經裝備了8架第20批的飛機,具備了初步作戰能力。
總體設計
B-2A轟炸機機身長21.03米,高5.18米,翼展52.43米,最大載彈量22680公斤。機上裝有4台美國通用動力公司出產的F118-GE-100型渦扇發動機。飛機在空中不加油的情況下,作戰航程可達1.2萬千米,空中加油一次則可達1.8萬千米。每次執行任務的空中飛行時間一般不少於10小時,美國空軍稱其具有“全球到達”和“全球摧毀”能力。
隱身性能
B-2A隱身性能出眾,其雷達反射截面不到0.1平方米。隱身性能首先來自它的外型。B-2A外形光滑圓順,毫無折皺,不易反射雷達波,駕駛艙呈圓弧狀,照射到這裡的雷達波會繞艙體外行“爬行”,而不會被反射回去。密封式玻璃艙罩呈一個斜面,且所有玻璃在製造時摻有金屬粉末,使雷達波無法穿透艙體,造成反射。機翼後掠33
度,使從上、下方向入射的雷達波無法反射或折射回雷達所在方向。機翼前緣的包覆物後部,有不規則蜂巢式空穴,可以吸收雷達波後方的探測雷達波無法反射回去。而且B-2A無垂直尾翼,這就大大減少了飛機整體的雷達反射截面。機體下方沒有設定武器艙或武器掛架,連發動機艙和起落架艙也全部埋入到了平滑的機翼之下,從而避免了雷達波的反射。B-2飛機的整個機身,除主梁和發動機機艙使用的是鈦複合材料外,其它部分均由碳纖維和石墨等複合材料構成,不易反射雷達波。並且這些不同的複合材料部件不是靠鉚釘拼合,而是經高壓壓鑄而成。此外,整個機體都噴塗上了特製的吸波油漆,這在很大程度上降低了敵方探測雷達的回波。為了隱身的需要,B-2A飛機的發動機進氣口放置到了機翼的上方,呈S狀,可讓入射進來的探測雷達波經多次折射後,自然衰減,無法反射回去。發動機噴嘴則深置於機翼之內,也呈蜂巢狀,使雷達波能進不能出。此外,發動機構件內還裝有氣流混合器,它能將流經機翼表面的冷空氣導入發動機中,持續降低發動機室外層的溫度。噴嘴呈寬扁狀,使人在飛機的後方無法看到噴口。特別是由於採用了噴口溫度調節技術,噴嘴部分的紅外暴露信號大為減少,飛機的隱身性能大為增強。
2002年8月美國空軍決定僅購5個B-2“前線部署掩體”(下圖),以確保在前線基地保護B-2脆弱的隱身塗料。這種掩體採用骨架式充氣蒙皮結構,內部寬大,長76.2米、寬38.1米、高16.76米,可以承受每小時177千米的大風,及沉重的積雪壓力。內部裝備有空調、增濕器及其他設備,環境可控,從而可保持在B-2敏感的塗料可承受的範圍內。美國空軍要求這種掩體便於運輸,可以快速安裝和開啟。前線部署掩體還將作為B-2的半永久機庫使用。
武器系統
B-2A轟炸機的兩個鏇轉彈架能攜帶16枚AGM-129型巡航飛彈,也可攜帶80枚MK82型或16枚MK84型普通炸彈或36枚CBU-87型集束炸彈,使用新型的TSSM遠程攻擊彈藥時攜彈量為16枚。當使用核武器時可攜帶16枚B63型核炸彈。此外AGM-129型巡航飛彈也可裝載核彈頭。2002年2月B-2增加了使用聯合防區外空對地飛彈JASSM的能力。
雷達性能
B-2A機載雷達為AN/APQ-181型相控陣雷達,休斯公司製造。這種相控陣有2個雷達天線陣列,特點是不需外加鏇轉或搖擺式天線,只通過信號陣位的改變和組合,可對不同角度和不同方位進行掃瞄。它的工作頻率在12-18GHZ,旁波瓣小,抗電子干擾能力強。工作模式共有21種,最突出的是合成孔徑雷達工作模式和反合成孔徑雷達模
式。前者主要用於掃瞄陸地地貌,可清晰地獲取161千米距離內地表的掃瞄圖像,供飛機對地面目標轟炸時使用;後者則主要用於識別和捕捉海上目標,最遠有效距離可達128千米。另外還可讓B-2A轟炸機使用地形匹配和地形規避技術,使其能貼地低空突入敵方空域去遂行轟炸任務。B-2A上還配有先進的NSS導航系統。該系統內包括兩種導航設備,一種是慣性導航單元,一種是NAS-27型天文導航單元,分別為B-2A提供先進的自動導航和傳統的星座對位導航方式,互為補充保險。機上的目標瞄準系統採用的是全球定位GPS輔助瞄準系統,顯示模式可放大四倍,方便觀察瞄準,炸彈擊中目標的誤差通常小於6米。B-2A還帶有型號為APQ-50型的電子對抗系統。該系統既可為飛機提供雷達預警,又能迅速偵悉敵方雷達所處的方位座標。飛機上的ZSR-62型主動式電子對抗系統能夠快速、主動地對敵進行干擾和壓制。飛機上還有一些其它電子系統,TCN-250塔康系統,VIR-130A自動著陸系統,AN/APR-50雷達告警接收機以及ZSR-63防禦輔助設備等。另外還有通信管理系統和駕駛艙內的各種顯示系統,它們能夠將所有感測器獲取的信息及圖像匯合併顯示出來,供機組人員判斷處理情況、與地面相關部門聯絡時使用。兩名機組成員的座位前面,各設有4個15.2厘米大小的全彩色多功能顯示屏,使情況顯示一目了然。2002年6月14日美國國防部稱,由於電視和電影工業將在2007年左右開始使用新的一些無線通信頻帶,將可能與B-2的機載雷達目前所使用的頻帶發生衝突。屆時B-2轟炸機的雷達可能會對上述頻帶的傳媒廣播通信衛星造成嚴重損害。B-2系統項目辦公室已經與雷神和諾斯羅普·格魯門公司就一份價值在11億美元至13.5億美元之間的契約進行談判,該契約的內容是改造雷神的APQ-181雷達以使它不與商用衛星發生衝突。空軍目前完成的一項研究傾向於對APQ-181雷達進行混合升級,包括採用主動電子掃描陣列天線,以避免頻率衝突和增加雷達的工作範圍和保真度。APQ-181雷達造於1983年,使用根據國際條約分配給基本用戶進行衛星上聯和下聯的Ku波段頻段。作為飛機多模導航和攻擊雷達。APQ-181雷達通過消除GPS坐標與目標真實位置之間的誤差來提高B-2發射的波音聯合直接攻擊彈藥的精度。該雷達也具有隱身、地圖生成和空對空功能。Ku波段的電磁頻譜是在12.5GHZ和18GHZ之間。這個頻段的部分頻率不主要用於雷達。
相關費用
由於其先進性、保密性和可維護性的緣故,加上產量少、通貨膨脹,B-2的造價是及其昂貴的。1978年製造廠商生產132架飛機的報價是366億美元。到了1984年升至425億美元,美國空軍不得不減少訂購數量。1987年美國空軍決定只購買75架,但仍將要付出350億美元的款項。1993年美國國會確定只採購20架B-2A,空軍預付的研製費和廠家的開工製造費已漲到444億美元。到了這個時候,即使不算研製費用,每架B-2的造價也達到8.4億美元。1995年根據最後的契約規定,廠家以每年3架的生產速度製造出20架B-2A,每架飛機約合6億美元。最終加上研製費用,購買一架B-2A的費用超過20億美元!B-2的維護費用也是個無底洞。幾年前剛裝備部隊時,各大公司的技術
人員負責維護工作,每飛行小時的維護時間為132小時。每次飛行任務完成後,高速氣流都會對機體表層造成磨損,導致隱身性能下降。因此每次飛行後技術人員都要用類似噴漆的方法對B-2A表層的雷達吸波材料進行維修,而新噴的吸波材料只有在一定的溫度、濕度下才能乾燥固化。這就對機庫又提出了嚴格的要求,因此缺乏充足的配件和完善的維護設備的海外基地來說,是無法布置B-2A的。為此,美軍在2002年4月對B-2的雷達吸收材料塗層進行了改進,新型塗層已經完成了80%的研製工作。新的磁性雷達吸收材料可以使塗層的厚度和位置控制在較為易於維護的範圍內。這樣以前由人工完成的塗層工作將可以由工業機器人來完成,降低誤差和人力成本。計畫使用四個機器人來完成B-2轟炸機的塗層工作,可以提高8%的任務完成率,並降低人力維護工作量,平均每飛行小時降低50%,大量節省成本。機器人系統將安裝在加州帕姆代爾空軍47號廠房的航空站維護設施中,並由專家來確認B-2轟炸機的塗層性能,整個工作將從今年秋天開始。預計將每架飛機所配屬的人員由12人減為4~6人。
塗層問題
2002年8月美國空軍發現在部分參加阿富漢“持久自由”行動的B-2上,其隱身塗層上出現了大量頭髮絲粗細的裂紋。這些裂紋有1到2英寸長,看起來像一排排的紐扣鎖眼。裂紋發生在飛機尾部的蒙皮上,這一部位受到高溫高壓的侵蝕。隱身塗層出現裂紋不會危及飛行安全,但裂紋的發展將導致塗層脫落,從而影響B-2的隱身性能,這是真正令人頭疼的問題。美空軍急於尋找這一問題的解決辦法,包括加固塗層結構,附加新的表面塗層,以及尋求防止裂紋發展的措施等等。直到2004年4月,諾斯羅普·格魯曼公司宣布首次將特殊配方的塗層套用於現役B-2,基
本解決了上述問題。這種塗層材料被稱為替代高頻材料,可以像油漆一樣噴塗,而不像以往那樣要使用工序繁複的吸波帶及吸波膩子。其塗覆工作可以在普通的維修條件下實施,不需要特別的外部環境,即不需要高度複雜的封閉機庫即可完成,而飛機的隱身性能不發生改變。這樣進行打開維修口蓋等工作時。以往採用吸波帶覆蓋這些口蓋的縫隙時,效率頗低,耗時費工,新開發的這種噴塗型吸波材料有效地克服了上述缺點,明顯減少了維修時間。B-2翼展為52.4米,需要約914.4米長的吸波帶。取消這些吸波帶可將維修時間從數天減至數小時,進而節約停場維修時間。B-2的教練型將率先使用這種新的塗層材料。機隊中其他飛機更換新塗層的工作將隨著其常規維修程式逐漸展開。每年約開展3架B-2的常規維修工作,每架耗時10個月,將整個機隊全部更換上新的塗層前後跨度約為7年。採用新的塗層可使維修相對簡單易行。塗覆工作在加州帕姆代爾的諾·格公司安蒂洛普谷製造中心進行,採用機器人噴塗系統。考慮到B-2的大尺寸因素,這種機器人噴塗系統是目前世界上最大的機器人噴塗系統之一。採用機器人噴塗系統不僅可降低工時、節省人力,更主要的是可提高精度。該系統所包含的4個機器人可提供結構所需的每英寸厚度上上千層的塗層。每台獨立控制的機器人被安排用來噴塗B-2的某一部分。儘管該機器人噴塗系統是特為B-2開發的,但仍有可能轉作它用。開發新型塗層及機器人噴塗系統僅僅是諾·格公司取得成果的一個例子,依靠與空軍的合作,該公司正在致力於不斷改進現有的飛機隱身技術,其他方面的改進工作包括更好的通訊及數據交換設備、新型的電掃描天線陣,以及能掛80枚炸彈的智慧型掛彈架。這種掛彈架能使B-2隱身轟炸機的掛彈能力較目前提高5倍,炸彈的制導通過全球定位系統實現。B-2新的掛彈架已於去年底試驗成功,並計畫於今年投入使用。