Máy bay tiêm kích phản lực thế hệ thứ tư

Máy bay được xếp hạng là máy bay tiêm kích phản lực thế hệ thứ tư là những chiếc được đưa vào sử dụng trong khoảng thời gian từ 1980-2010, thể hiện những khái niệm thiết kế của thập kỷ 1970. Những bản thiết kế thế hệ thứ tư bị ảnh hưởng nhiều từ những bài học có được từ những thế hệ máy bay chiến đấu trước đó. Những chiếc đại diện cho thế hệ này gồm loạt máy bay chiến đấu "mới" của Hoa Kỳ (F-14, F-15, F-16, và F/A-18) cùng những chiếc MiG-29 và Su-27 của Xô viết. Giá thành ngày càng cao cộng với những thành công rõ ràng của những chiếc máy bay chiến đấu đa chức năng như F-4 Phantom II khiến những chiếc máy bay loại này ngày càng trở nên phổ biến. Những tên lửa không đối không tầm xa, trước kia được cho là đã khiến những trận không chiến tầm gần trở thành dĩ vãng, đã được chứng minh là mang lại ít hiệu quả hơn mong đợi; vì thế các nhà thiết kế đã quay sang nhấn mạnh trên khả năng thao diễn.
Sự tiến bộ nhanh chóng của máy vi tính trong thập kỷ 1980 và 90 đã cho phép nâng cấp liên tục các ứng dụng điện tử vào máy bay trong suốt quãng đời hoạt động của chúng, các hệ thống mới được tích hợp thêm như mạng điện tử quét chủ động (AESA), kênh điện tử số (digital avionics buses), và tìm kiếm và theo dõi bằng tia hồng ngoại (IRST). Nhờ những cải tiến tăng cường tính năng, những chiếc máy bay đó và những bản thiết kế mới trong thập kỷ 1990 đã có thêm nhiều khả năng mới, thỉnh thoảng thuật ngữ thế hệ thứ 4.5 được sử dụng để chỉ những chiếc máy bay loại này. Và thuật ngữ này cũng mang chủ đích phản ánh một lớp máy bay chiến đấu thế hệ thứ tư đã được tích hợp những cải tiến mang tính cách mạng như các kênh điện tử tích hợp và những yếu tố tàng hình khác. Ví dụ đầu tiên của thế hệ này là chiếc F/A-18E/F Super Hornet, một phiên bản cải tiến của chiếc Hornet thập kỷ 1970. Chỉ riêng các tính năng khí động học căn bản vẫn giữ như cũ, các bộ phận khác đều được cải tiến: buồng lái toàn kính, radar AESA trạng thái rắn mạng pha chủ động, động cơ mới, các vật liệu khung bằng composite nhằm giảm trọng lượng và hình dạng hơi được sửa đổi để giảm diện tích phản hồi radar.

Điều chỉnh hướng phụt

Điều chỉnh hướng phụt luồng khí là một công nghệ mới được đưa vào nhằm tăng hơn nữa khả năng quay vòng của máy bay chiến đấu. Bằng cách điều chỉnh hướng phụt của dòng khí phản lực, máy bay có thể chuyển đổi trực tiếp năng lượng động cơ thành những thay đổi hướng, hiệu quả cao hơn rất nhiều so với việc sử dụng sự kiểm soát bề mặt máy bay. Kỹ thuật này đã được áp dụng cho chiếc Mikoyan MiG-35, Sukhoi Su-30MKI và những phiên bản sau này, chiếc F-22 Raptor. Người Mỹ đã thử nghiệm kỹ thuật mới trên những chiếc F-16 và F-15, nhưng chỉ áp dụng chính thức trên chiếc F-22 Raptor. Một số thông tin cho thấy chiếc J-10 và Typhoon cũng có thể sẽ được tích hợp công nghệ điều khiển hướng phụt.

Siêu tốc

Siêu tốc là khả năng vượt một cách hiệu quả bức tường âm thanh của máy bay mà không cần sử dụng buồng đốt lần hai. Vì những hiệu ứng cản không khí phụ thêm, máy bay chiến đấu mang vũ khí ngoài phải chịu thêm nhiều lực cản khi đạt tới tốc độ gần âm thanh, khiến nó không thể hay không được phép vượt bức tường âm thanh nhằm tiết kiệm nhiên liệu. Dù khi không mang vũ khí các máy bay chiến đấu dễ dàng vượt qua Mach 1 và 2 khi tái đốt nhiên liệu, và loại English Electric Lightning có khả năng vượt qua Mach 1 mà không cần sử dụng tính năng đó, tuy nhiên chúng cũng chỉ là trong tập huấn thông thường và không mang theo vũ khí.
Nhờ những cải thiện về năng suất động cơ cũng như những thiết kế phù hợp khí động học hơn của khoang chứa, hiện nay các máy bay chiến đấu có thể đạt tới siêu tốc khi mang vũ khí. Chiếc Typhoon và chiếc F-22 (thế hệ thứ năm) là những chiến đấu cơ hiện đại duy nhất có khả năng này. Dassault tuyên bố chiếc Rafale có thể vượt ngưỡng âm thanh nhưng tuyên bố này chưa được chứng minh. Chiếc Typhoon có thể đạt tốc độ Mach 1.5 khi mang sáu tên lửa và không mang thùng dầu phụ, hay Mach 1.3 khi mang đủ vũ khí. Dù các tính năng kỹ thuật còn chưa được công bố, chiếc F-22 được tin rằng có tính năng tốc độ ưu việt, vì nó chứa vũ khí ở khoang bên trong.

Thiết bị điện tử

Điện tử hàng không là cách diễn đạt tất cả các hệ thống điện tử lắp đặt trên một máy bay, hiện này các thiết bị này ngày có tính phức tạp cũng tầm quan trọng lớn hơn. Các nhân tổ chủ chốt của hệ thống điện tử là các cảm biến (radar và cảm ứng hồng ngoại), các máy tính và các kênh dữ liệu, và giao diện người dùng. Vì chúng có thể được tháo dỡ và thay thế hoàn toàn bằng kỹ thuật mới, nên trong suốt thời gian hoạt động của máy bay, các hệ thống điện tử được nâng cấp liên tục. Các chi tiết về các hệ thống đó được bảo vệ rất cẩn mật. Bởi vì nhiều loại máy bay xuất khẩu chỉ được trang bị các hệ thống điện tử lỗi thời, nhiều quốc gia khách hàng thường phải tự phát triển hệ thống điện tử của riêng mình, thỉnh thoảng đạt chất lượng vượt xa nguyên bản. Ví dụ loại Sukhoi Su-30MKI bán cho Ấn Độ, loại F-15I và F-16I bán cho Israel, và loại F-15K bán cho Hàn Quốc.
Bộ phận cảm biến quan trọng nhất của mọi máy bay chiến đấu hiện đại là radar. Hoa Kỳ là nước tiên phong sử dụng các radar AESA trạng thái rắn, không hề có các phần di chuyển và có thể chiếu một chùm tia nhỏ hơn cũng như có mức độ quét nhanh hơn. Nó được trang bị cho loại F-15C, F/A-18E/F Super Hornet, và 60 chiếc F-16 (xuất khẩu), và sẽ được tích hợp cho mọi máy bay chiến đấu tương lai của Hoa Kỳ. Một liên minh ở châu Âu là GTDAR hiện đang phát triển một radar AESA cho loại Typhoon và Rafale, và hiện ta không biết Nga và Trung Quốc có đang phát triển các radar AESA riêng của họ không. Đối với thế hệ F-22 và F-35 tiếp theo, Hoa Kỳ sẽ sử dụng Khả năng ngăn chặn thấp (LPI). Nó cho phép trải rộng năng lượng một xung radar ra nhiều tần số, vì thế không bị máy thu cảnh báo radar hiện lắp trên mọi máy bay phát hiện.
Để đối phó với các thiết kế mới nhấn mạnh trên tính năng tàng hình trước radar của Mỹ, Liên bang xô viết đã quay sang dùng các bộ cảm biến mới. Các cảm biến này tập trung vào tính năng dò tìm và thám sát hồng ngoại (IRST), lần đầu được sử dụng trên những chiếc máy bay chiến đấu F-101 Voodoo và F-102 Delta Dagger của Mỹ trong thập niên 1960, để dò tìm và theo dõi các mục tiêu trên không. Chúng gồm một TV camera ở chiều dài sóng hồng ngoại, có thể tự động đo phát xạ hồng ngoại do các mục tiêu phát ra. Tuy nhiên, vì các cảm biến bị động có mức độ hạn chế, và vốn không phát hiện được dữ liệu về vị trí cũng như hướng của các mục tiêu - chúng cần được so sánh với những hình ảnh thu được. Các cảm biến IRST hiện đã trở thành tiêu chuẩn trên mọi máy bay Nga. Ngoại trừ chiếc F-14D (đã chính thức ngừng hoạt động từ tháng 9 năm 2006), không một máy bay chiến đấu phương tây nào mang các cảm biến IRST để thám sát trên không, dù loại tương tự là FLIR thường được dùng để do thám mục tiêu dưới đất. Thế hệ F-22 và F-35 sẽ có các cảm biến IRST tích hợp sẵn, dù ở loại F-35 để do thám mục tiêu mặt đất.
Việc ứng dụng chiến thuật khả năng kênh dữ liệu và máy tính của máy bay rất khó xác định. Một kênh máy tính phức tạp sẽ cho phép sử dụng các thiết bị điện tử linh hoạt hơn. Ví dụ, mọi người cho rằng chiếc F-22 có thể phá nhiễu và gây hư hỏng các thiết bị điện tử của đối phương bằng một ứng dụng từ radar của nó. Một đặc tính máy tính có tầm quan trọng chiến thuật lớn khác là đường truyền dữ liệu. Tất cả các máy bay chiến đấu hiện đại của châu Âu và Hoa Kỳ đều có khả năng chia sẻ dữ liệu mục tiêu với các máy bay đồng minh và từ các máy bay AWACS (xem JTIDS). Loại đánh chặn MiG-31 của Sô viết cũng có khả năng truyền dữ liệu, vì thế có thể cho rằng các máy bay Nga cũng có khả năng này. Việc chia sẻ dữ liệu mục tiêu và cảm biến cho phép phi công sử dụng các cảm biến phát xạ và dễ bị phát hiện từ khoảng cách rất xa từ máy bay địch, và sử dụng dữ liệu đó để hướng dẫn các máy bay bí mật của mình tiếp cận mục tiêu.

Yêu cầu bảo dưỡng

Vì các lực lượng quân đội ngày càng sử dụng nhiều các Chiến dịch Nghiên cứu và các kỹ thuật quản lý khác từ các bên đồng minh nhằm kiểm tra tính hiệu quả của vũ khí, hiện nay bảo dưỡng và tính tinh cậy được đặt thành vấn đề ưu tiên hàng đầu. Một ví dụ là chiếc F/A-18 Hornet. Trong khi trên danh nghĩa không có mấy ấn tượng khi so sánh với những chiếc hiện đại khác, nó lại có thiết kế không đòi hỏi bảo dưỡng nhiều. Nhờ vậy, thời gian hoạt động giữa hai lần bảo dưỡng của nó lớn gấp ba lần bất kỳ một chiếc máy bay chiến đấu nào khác của Hải quân, và thời gian cần thiết để bảo dưỡng nó cũng chỉ bằng một nửa. Điều này khiến tỷ lệ bay của nó đạt rất cao và có hiệu quả lớn hơn bất kỳ một loại máy bay nào khác có tỷ lệ so sánh 1/1 với nó nhưng không thể có mức bay tương tự.

Kỹ thuật tàng hình

Kỹ thuật tàng hình là một sự mở rộng ý tưởng từ ngụy trang quang học sang ngụy trang trước các radar hiện đại và các cảm biến phát hiện hồng ngoại. Nó không phải là một máy bay "không nhìn thấy" như quan niệm thông thường, tàng hình là biến một máy bay trở nên khó phân biệt so với bầu trời, các đám mây hay các máy bay ở xa, đó là một ưu thế chiến thuật lớn. Tuy các nguyên tắc cơ bản về việc chế tạo hình dáng máy bay nhằm tránh bị phát hiện đã được biết đến ít nhất từ thập kỷ 1960, nhưng phải tới khi các siêu máy tính đã đạt mức tiến bộ cho phép tính toán hình dạng máy bay nhằm đạt góc phản hồi radar nhỏ nhất thì kỹ thuật này mới có thể đưa vào áp dụng. Việc sử dụng máy tính thiết kế hình dạng, cộng với những vật liệu không phản hồi radar, khiến máy bay có được diện tích phản hồi radar (RCS) ở mức tối thiểu và rất khó bị phát hiện bằng radar.
Trong thập kỷ 1970, thiết kế hình dạng tàng hình mới ở mức độ sơ khai (như thấy ở chiếc F-117 Nighthawk nhiều góc cạnh) khiến tính năng thao diễn của máy bay chiến đấu bị ảnh hưởng nhiều. Những máy tính mạnh hơn cho phép thiết kế hình dạng mượt hơn như chiếc B-2 Spirit, và đã áp dụng tốt những nguyên tắc cơ bản để làm giảm bớt, nếu không nói là giảm mạnh, diện tích phản hồi radar của máy bay. Các kỹ thuật đó được áp dụng cùng lúc với các biện pháp giảm phát xạ hồng ngoại, quang học, âm thanh máy bay.
Những chương trình phát triển máy bay chiến đấu gần đây cả Hoa Kỳ đặt sự chú trọng lớn trên tính năng tàng hình, và chiếc F-22 mới được đưa vào sử dụng gần đây là chiếc máy bay chiến đấu đầu tiên được thiết kế với ưu tiên tàng hình hàng đầu như vậy. Chiếc F-35 cũng có mức độ thiết kế bề mặt tàng hình tương đương, dù những lá tuốc bin hở phía sau của nó khiến khả năng tàng hình từ đằng sau bị giảm đáng kể (các miệng phụt khí của chiếc F-22 cũng được dùng để che các lá tuốc bin). Nhiều loại máy bay chiến đấu thế hệ thứ tư đã được tích hợp thiết kế hình dạng ngoài hay sửa đổi các chi tiết nhằm làm giảm diện tích phản hồi radar, chúng gồm loại Super Hornet, Typhoon, và Rafale.
Cần nhớ rằng thuật nghĩa tàng hình ở đây chỉ được coi là tàng hình đối với các radar đặt trên các máy bay khác. Những radar tần số thấp dưới mặt đất ít bị ảnh hưởng bởi các tính năng tàng hình này. Chương trình radar vượt quá đường chân trời Jindalee của Australia được cho là có thể phát hiện ra sự hỗn loạn không khí yếu do một máy bay tạo ra không cần biết tới những khả năng tàng hình của nó . Cũng cần phải chờ xem liệu một hệ thống như vậy có thể được chế tạo ở mức nhỏ gọn để lắp lên trên một máy bay, và có khả năng tiếp tục theo dõi hay chỉ đơn giản có chức năng cảnh báo mà thôi. Khi mất đi những ưu thế tàng hình chiếc F-35 rất dễ bị tiêu diệt.
Có một số báo cáo cho rằng hệ thống điện tử của chiếc Rafale, Thales Spectra, gồm cả kỹ thuật nhiễu radar "tàng hình", một hệ thống xóa dấu vết radar tương tự như những hệ thống ngăn âm thanh của loại De Havilland Canada Dash 8. Những thiết bị làm nhiễu thông thường khiến việc định vị một máy bay trở nên khó khăn hơn, nhưng khi chúng hoạt động thì đó lại là một yếu tố để các máy bay khác phát hiện ra nó; Hệ thống của người Pháp được cho là có thể làm nhiễu nhưng không dễ dàng bị phát hiện. Trên thực tế, một hệ thống như vậy có thể mang lại những ưu thế tương tự, nhưng không hiệu quả bằng, loại F-22 và JSF. Tuy nhiên, hiện vẫn chưa biết rõ hệ thống này có hiệu quả cao tới mức nào, hay thậm chí nó đã được sử dụng đầy đủ chưa.
Tương tự, những nghiên cứu nhằm tìm ra cách thức khác để giảm thiểu khả năng bị thám trắc vẫn tiếp tục diễn ra. Đã có những tuyên bố rằng người Nga hiện đang nghiên cứu "tàng hình plasma", . Rõ ràng, kỹ thuật kiểu như vậy có thể tước bỏ một số ưu thế của loại F-22 và JSF hiện nay, nhưng những nghiên cứu của người Mỹ cũng diễn ra không ngừng nghỉ.
Ngoài radar, có nhiều cách khác để thám trắc máy bay. Ví dụ, những cảm biến hồng ngoại bị động có thể phát hiện sức nóng tỏa ra từ động cơ, và thậm chí âm thanh của một tiếng nổ siêu thanh (mà bất cứ một máy bay siêu thanh nào cũng tạo ra). Tuy nhiên, việc sử dụng những cảm biến đó để cung cấp thông tin dẫn đường cho các tên lửa tầm xa kém chính xác hơn rất nhiều so với radar.

Phân tích so sánh

Sẽ là sai lầm khi so sánh các loại máy bay chiến đấu theo lịch sử tham chiến, bởi vì chức năng của máy bay chiến đấu là một tổng thể mà nhiều yếu tố, gồm các khả năng C⁴I (chỉ huy, điều khiển, máy tính và tình báo) cũng như huấn luyện có ảnh hưởng lớn tới kết quả chiến đấu. Ví dụ, những kỷ lục bất bại của loại F-15 và F-16 không thể coi là những minh chứng rõ ràng cho thấy ưu thế tuyệt đối của chúng, bởi vì hoạt động chiến đấu của hai loại máy bay đó đều do những phi công được huấn luyện tốt của Hoa Kỳ và Israel điều khiển cộng thêm khả năng C⁴I so với những đối thủ được huấn luyện kém và khả năng C⁴I cũng ở mức độ thấp hơn nhiều.
Tuy nhiên, để đánh giá khi mua hàng, các quốc gia thường sử dụng các phân tích so sánh máy bay chiến đấu nhằm đáp ứng tốt nhất các yêu cầu nhiệm vụ của họ. Hơn nữa, những cuộc tập trận cùng nhau cũng giúp phát hiện tính năng của các máy bay chiến đấu trong một hệ thống.

Báo cáo huấn luyện

Các lực lượng không quân đồng mình thường diễn tập chiến đấu với nhau, và khi sử dụng các loại máy bay khác nhau trong diễn tập họ có thể thu thập được những thông tin liên quan tới khả năng so sánh của các loại đó.
Loại J-10 của Trung Quốc luôn vượt trội những chiếc Flanker trong diễn tập khiến loại máy bay này càng trở nên bí ẩn bởi từ trước tới nay có rất ít thông tin về nó được tiết lộ.
Những kết quả một cuộc diễn tập năm 2004 với những chiếc USAF F-15 Eagles chống lại các loại Su-30MKs, Mirage 2000s, MiG-29s và thậm chí cả loại máy bay thế hệ trước là MiG-21 của Không quân Ấn Độ đã được công bố rộng rãi, Ấn Độ đạt mức tiêu diệt "90% mục tiêu giả" . Một báo cáo khác  cho rằng các kinh nghiệm rút ra từ cuộc diễn tập đó cho thấy khả năng rất kém cỏi của loại F-15. Theo báo cáo này, những chiếc F-15 có tỷ lệ 3 chống 1. Các quy định diễn tập cũng cho phép phía Ấn Độ sử dụng một mô hình AWACS cung cấp thông tin vị trí, và cho phép họ sử dụng các radar dẫn đường tự động giả lập của loại tên lửa MBDA Mica và AA-12. Trái lại, những chiếc F-15, không được phép dùng hết tầm loại tên lửa giả lập AMRAAM (hạn chế ở cự li 32 km trong khi tầm tối đa loại này theo thông báo có thể lên đến 100 km), cũng không được sử dụng các hệ thống radar của AMRAAM để dẫn đường tự động cho nó (mà dựa vào radar trong của chiếc F-15 cho mục đích này). Không chiếc F-15 nào được trang bị loại radar AESA mới nhất hiện nay, đã được trang bị cho một số chiếc F-15 trong Không lực Hoa Kỳ.
Cũng cần nhớ rằng Không lực Hoa Kỳ hiện lobby mạnh để đưa loại F-22 vào sử dụng càng nhiều càng tốt, và bằng chứng cho thấy thiết bị của Không quân Hoa Kỳ thua kém so với những máy bay chiến đấu đối thủ tiềm tàng cũng chính là một hành động lobby.
Tháng 6, 2005, trong một cuộc tập trận một phi công Eurofighter được thông báo đã thoát khỏi hai chiếc F-15 bám đuôi và đưa chúng vào tầm ngắm của mình.
Trong Cuộc diễn tập Northern Edge 2006 tại Alaska đầu tháng 6, chiếc F-22 đã chứng tỏ nó có thể đối đầu với 40 "máy bay địch" trong trận chiến giả lập. Chiếc Raptor đạt mức tiêu diệt 108 trên 0 trong cuộc diễn tập này .