飞机雷达

1943年7月24日，飞机雷达英国皇家空军一架“哈利法克斯”轰炸机在飞往汉堡的飞机雷达途中，被德国夜间战斗机盯上了。飞机雷达机枪手在雷达屏幕上看到一个微弱的飞机雷达光点从后方接近，他以为是飞机雷达友军。直到那架Bf 110的飞机雷达机炮开始喷火，他才意识到——那是飞机雷达一个没有开识别灯的敌人。如果当时他用的飞机雷达不是那台笨重且容易误判的“利希滕施泰因”雷达，而是飞机雷达今天飞机上那种巴掌大的收发模块，结果可能完全不同。飞机雷达

飞机雷达的飞机雷达核心，其实就一句话：往外面发射电磁波，飞机雷达然后听回音。飞机雷达发射出去的飞机雷达波碰到金属物体——比如另一架飞机、一座山、飞机雷达一片雨云——会反弹回来。雷达天线接收这个回波，算出它来回花了多少时间。光速是恒定的，时间乘以光速再除以二，就是目标的距离。这个原理从1904年赫兹做实验到现在，没变过。变的是怎么把回波从一堆噪声里挑出来。

二战时的机载雷达用的是磁控管，体积跟一台小冰箱差不多，功率却只有几千瓦。飞行员要盯着一个直径不到十厘米的阴极射线管，屏幕上的光点比米粒还小。德国夜间战斗机用的“利希滕施泰因”雷达，天线阵列像鹿角一样伸在机头外面，飞行阻力大，速度一快就抖得没法看。英国人的“AI Mk.IV”更惨，天线装在机翼下面，地面维护时经常被地勤踢歪。

战后，多普勒效应被用到了飞机雷达上。简单说，如果一个目标朝你飞过来，它反射的电磁波频率会变高；远离你，频率就变低。这个频率差跟目标速度成正比。有了多普勒，雷达就能把地面杂波滤掉——因为地面相对于飞机是静止的，频率不变。战斗机往下看时，移动的坦克和静止的公路在雷达眼里就分开了。这个技术叫脉冲多普勒，F-4“鬼怪”是第一批用上的。

我拆过一台退役的机载气象雷达，型号是Collins WXR-700。里面的收发模块只有鞋盒大小，用的还是行波管。但它的天线是个平板缝隙阵，大概30厘米见方，上面刻着几百条细缝。每条缝的间距和角度都是算好的，用来控制波束形状。发射时，电磁波从波导里挤过这些缝隙，形成一道扁平的扇形波束——水平方向窄，垂直方向宽，这样扫过去就能覆盖一大片空域。这种设计比老式的抛物面天线轻了三分之二，效率还更高。

现代相控阵雷达把天线玩出了新花样。每个阵元就是一个小的收发单元，几千个排在一起，靠计算机控制每个单元发射的相位差，波束就能在微秒内指向任何方向。不用机械转动，没有磨损，扫描速度快到可以同时跟踪几十个目标。F-22的AN/APG-77有大约2000个收发单元，每个单元功率不大，但合起来能烧穿干扰。更狠的是，它还能当通信天线用，把雷达波束调制成数据链信号发出去。

不过雷达也不是万能的。隐身飞机不是完全看不见，只是把回波压到跟一只鸟差不多。低频雷达——比如米波——波长长，隐身涂层和外形设计对它的效果会打折扣。但米波雷达精度差，只能大致知道“那个方向有东西”，没法引导导弹。所以现在流行多基地雷达：一个地方发射，另一个地方接收。隐身飞机把回波偏转到了别的方向，但总有一个接收站能捡到。这就像在黑暗的房间里，你用手电照不到猫，但猫的眼睛会把光反射到墙上，你换个角度就能看见。

最后说个细节。飞机雷达的发射功率其实没你想的那么大。典型战斗机火控雷达峰值功率也就几千瓦到十几千瓦，跟一台家用微波炉差不多。但它的天线增益高，能把能量聚成一束，所以作用距离能到一百多公里。这就像激光笔和手电筒的区别——总能量一样，但激光笔能照到一公里外的墙上，手电筒只能照亮三米内的地面。