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隐身与反隐身技术
2007/1/31 17:23:09    上海科技

一、军用隐身技术

  1991年1月17日,战火和硝烟充斥着整个海湾地区,踌躇满志的美国出动了30架F-117A战斗机,欲对伊拉克防空力量最强的80个目标进行袭击。F-117A果然不负重望,它们投下的激光制导炸弹,准确无误地落在了伊拉克总统府的屋顶上,为整个战争的胜利做出了巨大贡献。据统计,在海湾战争的首次空袭中,出动的F-117A战斗机只占多国部队出动飞机总数的2%,但它们却完成了空袭总任务的40%,且未在战场上受到任何损失。有报道说,如果配备两架空中加油机,无需战斗机护航,8架F-117A战斗机就能完成以前需要75架作战飞机和支援飞机才能完成的任务。

  F-117A的威力能真的有这么大?为了证实人们的眼睛和耳朵没有出现差错,让我们一起走向神秘而危险的“隐身战场”军用隐身技术的发展历程。隐身技术有时也称隐形技术,它是传统伪装技术的延伸和发展。隐身技术在军用领域的作用,就是通过在总体设计中减少声响、雷达、红外线、光电等观测特征,使武器装备的生存能力得到提高。应用了这项技术的武器装备,不仅可借“隐真”保存自己,还能因“示假”迷惑对方。

  本世纪30年代,随着无线电技术特别是雷达的问世,最早的隐身材料也出现了,如荷兰科学家研制的雷达用吸波材料,以及日本人开发的铁氧体材料-硅钢片。

  50年代,为既能获取情报又能隐蔽飞行,美军在V-2高空侦察机和PLV-7低空侦察机上涂了吸波材料。以后美军又在SR-1型“黑鸟”侦察机上采用了更先进的隐身吸波涂层,使其反雷达探测性能有了很大提高。在越南战争中,美军还使用过一种采用了红外特征减弱措施的武装直升机,大幅度降低了苏制SA-7红外制导地空导弹的命中率。

  50-60年代,在走过一段利用各种单一技术实现隐身的道路之后,人们开始考虑综合利用多种技术,同时对可见光、红外、电磁、激光等实现全面隐身的问题。60年代中期,美国空军首当其冲,率先推行隐身技术研究计划。70年代中期以后,美、苏、日、英、法等国为开发先进的隐身技术,投入了大量的人力、物力和财力。1976年,美国的CDIK型隐身战斗机试飞成功。1980年,美国国防部宣布,它对隐身飞机的研制已取得重大突破。到了80年代,美国的多种隐身作战飞机已开始装备部队,并在局部战争中发挥了巨大作用。

  隐身技术的军事意义异常重大,以至各国都在不遗余力地发展它。美国国防部在1990-2000年的高技术发展计划中,已把发展隐身技术放在了异常突出的优先位置,在过去10多年的时间里,它竟投入300多亿美元用以发展新型隐身侦察机、新一代隐身巡航导弹和隐身卫星。俄罗斯亦不甘落后,目前也在TY-95H战略轰炸机、“海盗旗”战略轰炸机、米格-29、米格-31、苏-27歼击机等作战飞机上,使用了隐身材料。采用了多项隐身技术。日本也正在研制TV隐身无人机、F-1隐身战斗机;英、德、意正在联合开发隐身“欧洲战斗机”;英、法、德、意、荷五国正在联合研制ACA隐身战斗机;以色列、印度、瑞典等国在隐身技术装备的发展上,也取得长足的进步。

1、隐身兵器大家族

(1)隐身飞机

  隐身飞机可以说是研制最早、发展最快、隐身技术含量最高的隐身兵器。已研制成功的隐身飞机主要有:SR-71隐身高空侦察机、F-117A隐身战斗轰炸机、B-1B隐身战略轰炸机、B-2隐身战略轰炸机等。其中,F-117A和B-2两种飞机的隐身性能最好。

  F-117A隐身战斗轰炸机是世界上第一种高隐身性能的战斗机,由美国洛克希德·马丁公司制造。这种飞机主要携带激光制导炸弹对敌防空力量较强的重要地面目标实施攻击,并可完成战略、战术侦察任务。1975年开始研制,1981年6月第一架原型机首次试飞获得成功,1983年10月开始装备美国空军。这种飞机翼展13.2米,长20.88米,高3.78米,作战半径740公里。它首次从外形、结构、材料等方面综合运用了隐身技术,具有对抗雷达、红外、激光等探测的综合性能。例如,它的雷达散射截面仅为0.1平方米,比F-15战斗机的10平方米下降了两个数量级,使雷达发现距离缩短了68%。也就是说,若雷达可以发现100公里远处的F-15的话,而它只能发现32公里以内的F-117A。

  B-2隐身战略轰炸机美国空军1976年开始研制,1986年7月17日首飞成功。1994年4月1日,第一个B-2轰炸机联队在美国中部的密苏里州怀特曼空军基地组建,当年年底,20架B-2轰炸机装备完毕。该机长约21米,翼展52.4米,高5.18米,巡航时速970公里,作战半径8045公里(中途不加油),是目前世界上最居代表性的隐身兵器。这种飞机的航程远、隐身性能好、突防能力强,所以从本土起飞到达战区后不用护航就能单独攻击目标,并且还能在极端困难的条件下,攻击防御最严密的任何目标,为非隐身飞机参战铺平道路。

(2)隐身导弹

  美国已研制成功的隐身导弹有:AGM-86B和AGB-129型战略巡航导弹、AGM-137和MGM-137型战术导弹等。

  AGM-86B和AGM-129型战略巡航导弹,AGM-86B型战略巡航导弹由美国波音公司研制,1983年正式投产。AGM-129型战略巡航导弹由美国通用动力公司于1983年开给研制,1989年3月1日,美国空军公布了这种导弹的载飞试验照片。

  AGM-137和MGM-137型战术导弹,AGM-137型导弹是一种空中发射的隐身战术导弹,射程为6000公望,将于1996-2004年陆续装备在B-52、B-1B、B-2三种轰炸机上,成为美国空军轰炸机攻击重大目标的主要常规武器。它是地面发射的隐身战术导弹,射程为500公里,是美国三军通用的攻击型导弹,可装载常规弹头或核弹头,重约1000公斤,能以亚音速飞行,性能比其它任何隐身导弹都好。这种导弹的研制计划是在1986年开始的,飞行试验已完成了80%,现正处于全面发展阶段。

(3)隐身舰船

  真正意义上的隐身舰船目前尚未问世。虽然如此,人们并没有放弃对隐身舰船的研究。经过40多年的努力,特别是近10年来,控制舰船被探测信息特征的各种隐身技术已取得广泛地进展。世界各国已将这些技术用于新研制的舰船,如英国的23型护卫舰、俄罗斯的“基洛夫”组驱逐舰、德国的“海科-3”型护卫舰、法国的“拉菲特”组轻型护卫舰、德国的WV-2000型水雷战舰艇和SAR-2000型导弹艇、意大利的“萨埃蒂亚”号导弹艇、瑞典的“司米奇”号隐身试验艇等。随着隐身技术在舰船领域的广泛运用,高隐身性能的舰船用于战场已为时不远。如美国海不正在研制SSN-21(海狼)隐身潜艇和掠海航行的非金属双船体的隐身舰船等。

(4)隐身坦克

  80年代中期以来,美国一直在秘密地进行隐身坦克技术的研究,并取得了较大的进步:1985年,用玻璃纤维复合材料层压板制成了M-113装甲人员输送车车体;1987年,研制成M-2步兵战车复合材料炮塔。90年代初,美陆军提出了“2010-2015年主战坦克发展计划”,该计划要求发展的未来新型坦克将大量采用先进复合材料和多种隐身技术,车体重量将减轻1/3,战斗全重为40-50吨,乘员由现在的4人减至2人。此外,英国在研制轻便高速的塑料隐身坦克;瑞典在开发新型坦克隐身材料。

(5)其它隐身装备

  在战场上易受到探测和攻击的,还有各种技术装备与人员自身,它们也需要“隐身”。据透露,有的国家正在研究以下几种隐身装备:一是红外隐身照明弹--美国正在研制的M257型红外隐身照明弹,于1989年已经用直升机进行了发射试验。二是隐身通信系统--美国海军目前正在对一种隐身通信系统进行技术论证:这种通信系统由于采用多种隐身技术,不易被敌方截获和探测,并可自动消除电磁干扰。三是人体隐身器--为使战场上的士兵变成“隐形人”,美国除研制隐形作战服和隐形机器人外,还在设计可使人体隐形的镭射弯曲光线折时装置,即人体隐身器。据报道,这种镭射弯曲光线能穿透固态物体,如用其折射人体,便可使之成为肉眼看不见的“幽灵”。

2、军用隐身技术与未来战场

  隐身兵器的投入使用,使传统的战场攻防格局发生了更大变化。首先是使进攻的突发性大大增强。其次是使战场范围进一步扩展、再就是使战场的电磁环境更加复杂。电子对抗斗争日趋激烈。

  隐身兵器的投入使用,对战争胜负产生了深刻的影响。在现代战争中,以雷达为主的各种探测器在所有攻防作战中起着十分重要的作用,如果进攻一方采用雷达截面非常小的隐身兵器参战,将大大提高其生存能力和作战能力。例如,采用隐身技术的弹道导弹弹头、战略轰炸机和巡航导弹,其雷达截面可降低30分贝,使被探测距离缩短82%,极大地缩小了防御一方防空系统的有效控制空域,从而能使自身较安全地通过对方空中“盲区”到达所要攻击的目标,予敌以出其不意的打击。又如,可以利用隐身攻击机、轰炸机扫清前进的道路,打开进攻通道,确保非隐身兵器顺利完成作战任务和提高作战效能。再如,可以利用隐身战略轰炸机袭击敌方远程地对空导弹阵地、机动式洲际弹道导弹发射车、机场、通信中心、指挥中心等战略要地。

  隐身技术的迅猛发展,对战略和战术防御系统提出了严峻的挑战,迫使人们考虑如何摧毁隐身兵器并研究反隐身技术。隐身技术与反隐身技术的发展,相互制约、相互促进,无论哪一方有新的突破,都必将引起另一方的重大变革。

二、隐身技术和隐身武器的研究和应用

  现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展,极大地推动了战争中的搜索、跟踪目标的能力,传统的作战武器所受到的威胁越来越严重。隐身技术作为提高武器系统生存、突防,尤其是纵深打击能力的有效手段,已经成为集陆、海、空、天、电磁六维一体的立体化现代战争中最重要、最有效的突防战术技术手段,并受到世界各国的高度重视。隐身技术(又称为目标特征信号控制技术)是通过控制武器系统的信号特征,使其难以被发现、识别和跟踪打击的技术。它是针对探测技术而言的。其主要包括雷达隐身、红外隐身、声隐身以及视频隐身等。

  由于在未来战争中,雷达仍将是探测目标的最可靠手段,因此隐身技术研究以目标的雷达特征信号控制为重点,同时展开红外、声、视频等其它特征信号控制的研究工作,最后向多功能、高性能的隐身方向发展。本文首先分析隐身技术的研究现状,然后介绍国际隐身技术的应用情况,最后预测隐身技术和隐身武器将朝着宽频带、全方位、全天候和智能化的方向发展。

1、国际隐身技术研究现状分析

(1)雷达目标特征信号控制技术

  雷达目标特征信号控制技术的核心是降低雷达散射截面(RCS)。其技术途径主要包括外形技术、雷达吸材料技术(RAM技术)和等离子体技术等,其中外形技术是通过目标的非常规外形设计降低其RCS;而RAM技术是指利用RAM吸收衰减入射的电磁波,并将其电磁能转换为热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的技术;等离子体技术是一种近几年才开始发展的新兴隐身手段,它是通过一些技术途径在飞行器表面形成等离子体包层,利用等离子体对雷达波的吸收、耗损作用来达到减小突防武器系统RCS的目的。

A、低RCS外形技术

  外形技术是实现武器系统高性能隐身的最直接有效的手段。如导弹弹头低RCS设计时,相同投影面积的光卵形、拱形及球形弹头的前视后向RCS相差高达200dB以上,而在对飞行器侧面进行低RCS外形设计时,外形技术更是其它技术无法匹比的。外形技术的应用原则是,在保证导弹总体技术要求的前提下,将目标强散射中心转化为次散射中心,或将强散射中心移出受雷达威胁的主要方位区域。多棱面外形和融合外形技术是低RCS外形技术的两个重要方面。前者是将弹体设计成多棱面体,使得整个弹体沿弹身周向只呈现出几个有限的窄散射峰值,而在其它宽方位角内的RCS则很小。典型的应用实例如美国的F-117A隐身战斗机;事例外形技术作为外形技术的另一重要方面主要包括平面和空间的三维融合,如弹翼平面融合和翼身的三维融合。通过对弹身截面形状进行合理设计,使其侧向的镜面散射变为劈形边缘绕身,从而可以大大降低飞行器的侧向RCS。其典型应用如美国的B-2战略轰炸机,该机独特的飞翼式全融合结构使它的前向RCS得到大幅度的降低。

B、RAM技术

  RAM的研制和应用极大地推动隐身事业的发展,RAM技术作为雷达隐身措施的重要技术之一,按其功能可分为涂覆型和结构型。结构型RAM通常是将吸收剂分散在特种纤维(如玻璃纤维、石英纤维等)增强的结构材料中所形成的结构复合材料,其典型特点是既能承载同时又可减小目标RCS;而涂覆型RAM是将吸收剂与粘结剂混合后涂覆于目标表面形成吸波涂层。涂覆型RAM以其涂覆方便灵活可调节、吸收性能好等优点而受到世界许多国家的重视,几乎所有隐身武器系统上都使用了涂覆型RAM。

  随着未来战场的日趋恶劣和隐身技术研究的不断深化拓广。现在RAM需要从其吸波性能、带宽特性、重量、环境适应性等方面进行改进,新的RAM、新的吸波机理的研制与开发日益受到世界各国的高度重视,纳米材料、手征材料、智能材料、多频谱RAM等新型RAM的研究已在世界范围内得到展开,并已初见成效。

  ·纳米材料
  纳米材料是指材料组分的特征尺寸处于纳米量级(1~100nm)的材料,结构独特使其具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、小尺寸和界面效应,从而呈现出奇特的电磁、光热以及化学等特性,已受到美、德、日本等国的高度重视。目前被称作“超黑色”纳米材料的雷达吸收波率高达99%。法国最近研制成一种宽频微波吸收涂层,其厚度约为8nm,磁导率的实部与虚部在0.1~18GHz频率范围内均大于6,与粘接剂复合而成的RAM的电阻率大于5Ω*cm,在50MHz~50GHz频率范围内吸波性能较好。

  ·手性材料
  手性是指物体与其镜像不存在几何对称性,而且不能使用任何方法使物体与镜像相重合。目前的研究表明,手性材料能够减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。与其它RAM相比,手性材料具有两个优势:一是调整手性参数比调节介电常数和磁导率更容易,绝大多数RAM的介电常数和磁导率很难满足宽频带的低反射要求;二是手性材料的频率敏感性比介电常数和磁导率小,易于拓宽频带。手性材料在实际应用中主要可分为本征手性材料和结构手性材料,前者自身的几何形状(如螺旋线等)就使其成为手性物体,后者是通过其各向异性的不同部分与其它部分形成一定角度关系而产生手性行为使其成为手性材料。由于手性材料的研究尚处于初始阶段,还有很多技术难点有待于突破,因此目前还不能用于实际中。

  ·智能材料
  智能RAM是一种同时具备感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料系统/结构。目前这种新兴的RAM已在隐身飞行器设计中得到越来越广泛的应用。同时,它根据外界环境变化调节自身结构和性能,并对环境做出最佳响应的特点,也为RAM的设计提供了一种全新的思路。它将使"智能"隐身目标的实现成为可能。

  ·多频谱RAM
  先进探测设备的相继问世(如俄罗斯的“高王”米波探测雷达,荷兰的“翁鸟”毫米波雷达以及先进红外探测雷达),对目前仅针对厘米波而研制的吸波涂料提出新的挑战。在不久的将来,RAM领域将是集吸收米波、厘米波、毫米波以及红外、激光等多波段电磁波于一体的多频谱RAM的天下,只具有单一固定吸波频段的雷达吸波材料将会失去用武之地。这也是吸波材料发展的总趋势。涂覆型RAM和结构型RAM两者结合使用可望加大武器系统的隐身效果,拓宽吸波频带。如美国的F-22隐身战斗机和法国的阿帕奇隐身巡航导弹的弹体,通过将用来吸收高频波的涂覆型RAM涂于用来吸收低频波的结构型RAM的表面而使得吸波频带得以拓展。

C、等离子体技术

  等离子体技术作为一种目标雷达特征信号控制的新兴技术,其核心是等离子体的生成与适度应用。所谓等离子体就是气体在某种外在因素(如高超音速飞行器的激波;核爆炸、喷气式飞机的射流;放射性同位素的射线等)的激发下,电离生成数密度近似相等的自由电子、正离子和少量负离子而形成的第四态物质。理论研究和实验结果表明,等离子体对雷达波具有十分显著的吸收、耗散效果,受到隐身武器设计师们的极大关注。美、俄两国早在60年代就已开始注意到飞行器周围激波产生的等离子体所起的作用,并通过风洞试验做过一些探索性研究。研究发现,飞行器表面的等离子体包层的电子密度对飞行速度的大小十分敏感。当飞行速度在某一范围内时,RCS最小,而当速度进一步增大时,RCS则迅速增大。研究还发现,雷达波的能否进入包层、在何处发生反射及其吸收频段等都取决于包层内的电子分布与密度。最后得出的结论是,实现武器系统等离子体隐身的关键在于如何对飞行器等武器系统的等离子体包层的电子密度进行控制。

  随着研究的不断深入以及大量实验数据的积累,目前已获得两种典型的能有效地产生等离子体包层的方法:一是应用等离子体发生器;二是在飞行器的特定部位涂适量的放射性同位素(如P210O、C242m等)。前一种方法的优点是武器结构不用改变,使用方便且隐身效果很好,缺点是等离子体发生器安装部位的隐身化很成问题,而且发生器的电源功率大小受到限制。后一种的技术难点是放射性同位素辐射剂量的难控制性。剂量过小,则由它所产生的α射线不能产生密度和厚度足量的电子;剂量过大,则会由于雷达波未到达飞行器表面时就在包层中具有临界电子密度的位置反射回去。

  等离子体技术作为一种全新的隐身技术,在其初始研究发展阶段尽管存在着各种困难与难点,但由于它的不涉及飞行器本身的空气动力特性、可隐身性以及实际应用方面的价廉性,尤其是对于现役武器系统的易隐身改造化等一系列优点,使得它得到世界很多国家的高度重视。据报道,俄罗斯在等离子体雷达隐身技术方面领先于美国,他们已经研制出两代等离子体设备,目前正在研制第三代。他们还准备对前两代进行对外开放出口化。其它国家也逐渐开始涉足这方面的研究和应用工作。

(2)红外特征信号控制技术

  红外隐身技术是隐身技术的重要内容之一。随着红外探测技术,尤其是红外成像技术的飞速发展,使得各种具有高探测精度、高分辨率的红外探测和遥感设备不断涌现出来,常规的红外对抗措施越来越不能满足现代战争的需要,寻求发展新的先进有效的红外隐身技术已成为提高作战武器系统生存和突防能力的当务之急。

  武器系统的红外特性信号主要由发动机尾喷管、武器系统表面及其相关设备的红外辐射产生的。红外探测系统通过探测目标与其所处背景之间的温差而探测和跟踪目标,其中尤以探测、跟踪目标尾喷管的红外辐射为主,其次是武器系统表面由于气动加热、阳光辐射或地球辐射的反射作用引起的红外辐射。因此,红外隐身技术研究的重点是尾喷管的红外特征信号抑制。主要途径有非常规喷管外形技术、隔热与屏蔽技术、混合/冷却技术、改变燃烧效果等。例如,美国的F-22战斗机通过矢量可调管壁来降低其二元矢量喷管所产生的红外辐射;“战斧”巡航导弹采用涡轮风扇发动机使其红外辐射得到大幅度抑制;“科曼奇”RAH-66隐身直升机的一体化条带式外抑制器则采用波瓣混合并结合大宽高比二元喷管等技术研制而成。F-117隐身战斗机上采用固定式的二元大宽高比喷管,等等。此外,通过结合使用吸热、红外迷彩材料来控制第二类红外信号可使武器系统的红外特征信号得到很好的抑制。

(3)声特征信号控制技术

  新一代隐身武器应具有低声特征信号的隐身特点,以用来对抗性能和种类日趋完善的防御探测系统。飞行器作为主要武器系统之一,它的噪声主要由螺旋桨/旋翼的旋转和涡流噪声、发动机进气、排气、燃烧的噪声、机体空气动力尾流噪声、涡流噪声等声源组成。用于抑制可探测噪声级的常用声响特征信号减缩方法有:降低噪声级和改变噪声特性。具体是指降低声响频率范围内的声功率;修改噪声的频谱特性(幅值和频率)以增加噪声通过大气、大气-水界面和海里时的噪声衰减;对噪声采取遮挡和吸收措施。

(4)视频特征信号控制技术

  随着隐身技术研究的不断深化和现代战争对武器提出的全天候作战要求,以往不是很重要的视频隐身也已提到日程上来,并日益得到重视。采用雷达隐身技术的美国F-117战斗轰炸机黑夜隐身性能好,但在白天,用肉眼/光学仪器就能看到这种以天空为背景的黑色飞机,而勿需雷达就能瞄准。为此,美国等发达国家极其重视视频隐身技术的研究,目前正在大力开展特殊照明系统、适宜的涂色、奇异的蒙皮、电致变色材料和烟幕伪装等视频隐身技术的研究工作。

(5)其它目标特征信号控制技术

  随着探测技术研究的不断深入、全面多样化,目标的其它特征信号(如磁信号等)的控制也应相应受到人们的重视。如舰艇等为避免磁性水雷和鱼雷等威胁武器的攻击,须高度重视利用低磁性材料(如玻璃钢/碳纤维复合材料等)来建造舰艇等的外壳和舰面设备(如塔台、桅杆等);采用消磁设备等技术来对舱体进行消磁处理,以此实现磁隐身。还有武器装备的紫外、电磁辐射信号等的控制也应随着隐身技术发展的步伐和时间的推移得到重视,因为武器系统的任何一种特征信号的被探测和跟踪都有可能使它至少不能顺利快速地完成其作战任务。

  为了使作战武器能够安全地通过探测系统的控制区域,成功地完成其作战任务,隐身技术应与电子对抗、地形匹配(如隐身飞行器的超低空飞行等)等其它先进有效技术紧密结合在一起。

2、国际隐身技术应用情况

  隐身技术自从问世以来,在战斗机、导弹和舰船等主要作战武器系统上的应用都得到较大的发展。在海湾战争中F-117A隐身战斗攻击机的出色表现和令人吃惊的战果(大约执行了1270架次空袭任务,却摧毁了巴格达的95%目标,而自己无一伤亡)启发和刺激下,隐身技术更进一步地受到世界各军事强国的重视。短短几年的时间,隐身技术的研究及其应用又获得了突破性进展。横观各国经济财力、军事力量和技术发展水平,世界各大军事强国已经拥有不同隐身程度和不同数量的隐身武器。近几年内,随着隐身技术研究和应用的进一步深入和拓展,它的应用范围又得到很大扩展,已波及到水雷、机车、工事、战车、大炮等领域。

(1)美国隐身武器的应用情况

  美国在隐身理论、设计技术、材料技术、测试技术以及应用方面等都处于世界领先地位。在隐身事业的新时期中,该国除了注重开展隐身机理的深入和拓广研究外,还更注重隐身技术的应用技术研究方面,尤其是隐身战斗机、隐身导弹、隐身潜艇、和稳身坦克等主要武器。

  B-2隐身轰炸机作为世界上最先进的、一种具备全球作战能力的武器,自1995年试飞圆满结束以后,已于1997年4月1日被美国空军投入使用。据预测,到2000年将有21架B-2飞机进入服役状态。到那时,这些飞机都将被改造成同时具备防御及攻击航空电子设备和用于合成孔径雷达的额外操作方式的30型。

  近几年大力开展的隐身无人机研究也已初见成效。据报道,美空军正在研讨一种雷达探测不到的无人驾驶轰炸机,作为2020年任务规划中的一种方案,该机尺寸不到F-117隐身战机的一半。“黑星”隐身无人机作为高空续航航空侦察/监视飞行器,以其独特的高气动性能、低RCS优化外形(其机身平面图形为细长管形),使得它可以在敌方高达13.7公里的领空完成长达8小时甚至更长时间的侦察任务而不被发现;美国海军目前正在研制一种高性能无人作战航空飞行器(UCAV),这种能从小型水面战舰上和载有弹道导弹的潜艇上发射的航空器预计到2030年能主宰作战空间;他们还在研制集攻击、侦察和电子战于一体的多用途无人航空飞行器“打击星”2025,其传感器舱设备重量只有"黑星"无人机的一半。

  正在试验的“洋蓟”先进隐身飞机样机,其后缘由排列的多面体尖锥构成,隐身效果极佳,难以被工作在任何波段的雷达探测到;正在研制的新型隐身战斗机试验样机(X-36);正在研制“攻击星”2025系列多用途隐身无人机,它综合了F-117隐身战斗机和“黑星”隐身无人机的许多性能,能同时完成侦察、攻击和电子战任务;开展联合攻击机(JSF)研究,旨在研制多用途隐身战斗机;研究一种能飞进外层空间的名为“有人驾驶的横波大气层飞行器”,这种隐身大空飞机能在几小时内将炸弹投入到地球的另一侧,可用于攻击敌方卫星;等等。

(2)俄罗斯的隐身武器

  俄罗斯在隐身理论、材料技术和测试技术等方面也已取得很大进展。虽然大型多用途战斗战斗机(MFI)-1.42隐身战斗机研制计划被取消,但它综合雷达、红外和视频的低可探测性(性能与F-22相当)技术可用于其它隐身飞行器的研制中;S-37(或S-32)新型战斗机试飞成功,其独特的前掠机翼格外引人注目;作为第五代战斗机的轻型多用途战斗机LFI已列入研制计划;米格-29的发展型战斗机--米格-35自处于研制阶段。在舰船隐身研制方面,作为核动力导弹隐身巡洋舰的"基洛夫"号目前已投入实际应用,并已经研制出“无畏”级隐身护卫舰。

(3)其它国家的隐身事业发展情况

  英国在隐身理论研究、材料技术和测试技术等方面也有较大成效。他们在实施“高灵敏低可观测计划(HALO)”的基础上,又制定出研制第三代隐身攻击机的秘密计划,目前正在检验该机的均衡隐身技术,其试飞样机于2000年以前可望产出。在隐身导弹研究方面有“风暴前兆”(StormShadow)巡航导弹,“海鹰”隐身导弹等;正计划研制具有一定隐身性能的装甲战车;研制出“灵巧”隐身扩卫舰、“美洲狮”隐身导弹护卫舰;他们研究出隐身教练水雷、隐身军舰、隐身战车等。

  法国在隐身理论、材料技术、设计、制造和应用方面效果显著。正在研制类似于美国F-117A隐身战斗机的试验样机;成功地研究出高性能隐身巡航导弹“阿帕奇”及其后续型号“阿帕奇”C型多用途隐身导弹;目前已开始研究下一代隐身高超音速攻击导弹,可望在2010年前后服役;隐身舰艇有“拉斐特”护卫舰、“费耶特”、“絮库大”军舰、“戴高乐”核动力航母,隐身装甲车有“电动车轮”等。

  德国的“萤火虫”隐身飞机计划正在进行,预计其隐身性能比美国的F-117隐身战斗机还好。可见其隐身事业也有相当发展。他们除独立研制LA-2000隐身对地攻击机、AT-2000隐身战斗/教练机等隐身飞机外,还与法、瑞、韩等国合作研制隐身导弹,如模块化“阿帕奇”、“独眼巨人”等。该国在隐身舰艇研制方面也很有成效,如已研制成功“索力兰顿堡”级护卫舰、“黑豹”隐身攻击舰艇等。

    日本在隐身武器研究方面也已步入世界先进行列。目前已研制成ASM系列隐身反舰导弹和FS-X隐身战斗机的原型机;下一代隐身战斗机FI-X的初步研究方案正在筹划之中;“阿武隈”级护卫隐身舰艇等已投入使用。该国在隐身材料研制方面更有其独到之处。

  印度目前正应用隐身涂料大力开展现役战斗机的改制工作。他们还努力研制新型隐身飞行器,据报导,一项耗资23亿美元的隐身武器研制计划业已处于运作之中。

  台湾地区在隐身材料研制方面也略有效果,并努力将用于舰艇的隐身改造中。另外他们除了竭力外购隐身武器外,还试图自己进行研制。

  此外,瑞典、挪威、丹麦、意大利、南非等国的隐身武器研制也较有成效,不同程度的隐身武器也逐渐出现。

三、国际陆军隐身技术发展动向

  目前,国际陆军正积极进行多波段兼容隐身材料技术和隐身结构技术的研究,这两者代表了今后陆军隐身技术的主要发展方向。

1、多波段隐身材料技术

  国际多波段隐身材料技术的研究热点是能防可见光、近红外、中远红外和毫米波的四段兼容隐身材料技术以及红外、激光兼容隐身材料技术。

(1)四段兼容隐身材料技术

  坦克等目标在战场上可能同时面临可见光、红外、激光和雷达等多波段侦察观瞄仪器的威胁,因此,对抗单一频带的隐身材料是远远不够的,能够对抗多种仪器探测的多波段兼容隐身材料才是兵器综合隐身的需要,也是隐身技术发展的重要方向。目前,美、德和瑞典等国正在积极研制多波段隐身材料,其研制水平已达到可见光、近红外、中远红外和雷达毫米波四段兼容。如瑞典巴拉库达公司在最近研究开发的多波段超轻型伪装网(BMX-ULCAS)就具有防光学、防近红外、防中远红外、防雷达侦察的性能。该伪装网由高强度基网材料加多波段吸收材料制成,而且在设计思想上突破了以往各种伪装网的理论依据,采用新型吸收原理和双面料单层结构设计,不但重量非常轻,而且架设方便,是目前世界上最具开拓性的先进伪装网。

  德国已取得专利权的多波段隐身材料是将半导体材料掺入热红外、微波、毫米波透明漆、塑料、合成树脂等粘合剂中的一种涂料。其可见光颜色及亮度取决于半导体材料和表面粗糙度。恰当地选择半导体材料的特性参数,可以使该涂料具有可见光及近红外波段的低反射率、热红外波段低发射率、微波和毫米波高吸收率特性。因此,这种多频谱隐身涂料能同时减小坦克等目标被可见光、近红外光、热红外光和雷达波探测器发现的距离和概率。

  美国目前已在多波段隐身涂料技术领域取得重大进展。1998年2月,美国国防部防务贸易控制办公室做出一项决定:一种供军用车辆使用的革命性涂料技术被指定为关键军用技术,未经国防部批准不准出口。美国Hickory公司开发的这种隐身涂料的主要技术特征是,这种可吸收射频、雷达微波、毫米波的复合涂料,其成分中含有带金属覆层的微球。微球直径为5~75微米,可均匀承受280千克/平方厘米的压强。微球吸收能量的频率由其直径及金属膜的类型与厚度来确定,吸收射频能量的范围从1吉到100吉赫兹以上,在100兆~10吉赫兹频段的屏蔽衰减为60分贝。微球可以像色素一样加进溶剂基或水基的树脂系统中(如聚氨基甲酸乙酯及其混合物、环氧化物、丙烯酸化合物及硅化物),涂到被保护装置上之后,最终形成的涂层仅使装备的厚度增加几个毫微米。这种微球涂料技术的另一大特点是适用于任何材料和任何结构。例如,Hickory公司已用尼龙手套、泡沫材料及胶片进行了试验,试验取得了预期效果。Hickory公司现能够提供采用不同配方的多种微球浸透涂料,而且能够针对包括电磁干扰、雷达吸收、红外吸收在内的不同用途来制作所需的微球。此外,该微球涂料还具有价格低等优点,每平方米涂料重240克,价格仅为10~20美元。

(2)红外、激光兼容隐身材料技术

  热红外隐身要求表面反射率要高,而10.6微米激光隐身要求尽可能低的反射率。两者所处的波段范围相同,因此两者严重对立。由于红外探测和激光测距等对坦克的威胁都很大,故两者协调很重要。而且,采用多频谱隐身材料是无法协调此矛盾的。通常是在涂红外隐身涂料或多波段兼容隐身涂料的基础上对激光反射采取一些补救措施。一是采用对抗激光的方法,如发射烟幕弹等。二是牺牲局部范围的红外隐身,具体说就是使涂料在10.6微米附近出现较窄的低反射率带,而其它波段均为低辐射,以此来达到对激光的隐身,同时又要对红外隐身的影响不大。这一方法要求低反射带尽可能窄,因而也成了该方法的难点。

2、隐身结构技术

  隐身结构技术是提高陆军武器隐身性能的一项实用技术,是目前国际隐身技术发展的一个重要方向,其主要技术措施有以下几点:减小坦克的外形尺寸,降低车高和炮塔尺寸,以减小暴露给敌人的目标面积,缩小被敌人探测器发现的距离。如美国的M60主战坦克车高为3.257米,而M1主战坦克的车高则降为2.438米。前苏联的主战坦克从T-72开始采用自动装弹机后,车高也明显降低。由于传统的可旋转炮塔体积较大且位置较高,坦克被击中时,炮塔被击中的概率高达60%以上,故各国发展的新一代坦克开始考虑采用无炮塔结构。据说,采用顶置式火炮的坦克,其车体以上部分的投影面积比传统的炮塔坦克减少一半以上。

  但是,在坦克传统结构形式下,要想使主战坦克的尺寸有较大幅度缩小是不可能的。只有突破坦克的传统结构形式,提出新的总体方案,才可能解决问题。如美国首先提出了先进整体式推进系统的研制规划。这种推进系统是将发动机、传动装置和其它辅助系统设计和制成为一个整体,同时又满足原有推进系统的各种要求。经预测,采用该推进系统的主战坦克与采用普通推进系统的主战坦克相比,车长将缩短1.5米以上,重量下降约4~5吨。可见,小型化是坦克的一个发展方向,也是隐身技术综合的需要。

  合理布置坦克发动机排烟口,或对排烟道进行冷却,降低排气温度,或在坦克行动部分外侧挂装裙板,以减少坦克的热点数量及热辐射强度,从而降低坦克的红外特征。例如,英国GKN防务系统公司设计的武士2000装甲战车,其废气排放系统与大多数中型装甲战车的不同,它是将排气口设在车辆尾部,而且装有消音器,炽热的发动机废气在进入消音器之前,先被吸入的外界凉空气冷却,而后,才经消音器排出车外。武士2000减小车辆热信号特征及音频特征的另一项措施是给发动机采用双风扇冷却机组。另外,为减少行驶噪音,车辆采用了德国迪尔公司的新型双销履带,这种履带能够大大减小车辆的行驶噪音,特别是在铺砌路面上减噪效果明显。

四、隐身技术的实现途径

1、等离子体隐身技术

  当今,新型隐身兵器不断问世,新的隐身机理相继出现,等离子体隐身技术的开发就是一个典型例子。1999年5月,俄罗斯科学家称,一种等离子体发生器已经安装在一架米格喷气战斗机上。这表明等离子体隐身技术正向着实用化方向发展。

(1)等离子体隐身技术的基本概念

  等离子体是尺度大于德拜(De-bye,电偶极矩单位)长度的宏观中性电离气体,其运动主要受电磁力的支配,并表现出显著的集体行为。它是继物质存在的固体、液体、气体三种形态之后出现的第四态物质。在军事上,核爆炸,放射性同位素的射线,高超音速飞行器的激波,燃料中掺有铯、钾、钠等易电离成分的火箭和喷气式飞机的射流,都可以形成弱电离等离子体。

  等离子体隐身技术是指利用等离子体回避探测系统的一种技术。目前产生隐身等离子体的方法主要有两种:一种是利用等离子体发生器产生等离子体,即在低温下,通过电源以高频和高压的形式提供的高能量产生间隙放电、沿面放电等形式,将气体介质激活、电离形成等离子体;另一种是在兵器特定部位(如强散射区)涂一层放射性同位素,它的辐射剂量应确保它的α射线电离空气所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度,以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比,后者比较昂贵且维护困难。等离子体按其热容量大小可分为能等离子体、热等离子体和低温等离子体,目前,国际主要应用低温等离子体。

  兵器实现等离子体隐身的基本原理是:利用等离子体发生器、发生片或放射性同位素在兵器表面形成一层等离子云,设计等离子的特征参数(能量、电离度、振荡频率和碰撞频率等)满足特定要求,使照射到等离子云上的雷达波一部分被吸收,一部分改变传播方向,因而返回到雷达接收机的能量很少,使敌方难以探测,达到隐身的目的;还能通过改变反射信号的频率,使敌雷达测出错误的飞机位置和速度数据以实现隐身。据报道,采用该技术的飞行器被敌方发现的概率可降低99%。

(2)等离子体隐身技术的优缺点

  等离子体隐身技术与已广泛应用的外形和材料隐身技术相比具有很多优点:吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好、使用简便、使用时间长、价格便宜;无须改变飞机的外形设计,不影响飞行器的飞行性能;由于没有吸波材料和涂层,大大降低了维护费用。此外,俄罗斯进行的风洞试验表明,利用等离子体隐身技术还可以减少飞行器飞行阻力30%以上。

  但是,利用等离子体技术实现兵器隐身也存在着相当的难度和问题。这是一项十分复杂的系统工程,包括大气等离子体技术、电磁理论与工程、空气动力学、机械与电气工程等学科,研究此项技术必须首先做好各学科之间的交叉、配合的研究。存在的主要问题是:兵器安装等离于体发生器的部位无法隐身,所需电源功率很高,设备庞大。因此,在满足对等离子体包层厚度的要求下,必须降低等离子体发生器的电源功率和减少设备体积。

(3)发展现状和应用前景

  自60年代以来,美国、前苏联等军事强国就开始研究等离子体吸收电磁波的性能。80年代初,前苏联最早开始进行等离子体实验,研究的重点是等离子体在高空超音速飞行器上的潜在应用;90年代初,美国休斯实验室进行的一项为期两年、投资65万美元的实验表明,应用等离子体技术,可使一个13厘米长的微波反射器的雷达截面能够在4-14吉赫兹频率范围内平均降低20分贝,即雷达获取回波的信号强度减小到原来的1%。1997年,美国海军委托田纳西大学等单位发展等离子体隐身天线。其机理是;将等离子体放电管作为天线元件,当放电管通电时就成为导体,能发射和接收无线电信号;当断电时便成为绝缘体,基本不反射敌探测信号。初步的演示已显示了这种天线的发射接收功能和隐身特性。

  近年来,等离子体隐身技术在俄罗斯取得了突破性进展,其研究领先于美国。据报道,去年早些时候,俄罗斯克尔德什研究中心开发出第一代和第二代等离子体发生器,并在飞机上进行了试验,获得了成功。第一代产品是等离子体发生片,其厚度为0.5-0.7毫米,电压为几千伏,电流为零点几毫安,将该发生片贴在飞行器的强散射部位,电离空气即可产生等离子体。第二代产品是等离子体发生器,在等离子体发生器中加入易电离的气体,经过“脉冲电晕”,气体由高温转为低温,即可产生等离子体。第二代产品的重量不到100公斤,已经全面进行了地面和飞行试验,它不仅能减弱雷达反射信号,还能通过改变反射信号的频率以实现隐身。目前,克尔德什研究中心正在应用新的物理知识研制效果更好的第三代产品,据预测,第三代产品可能利用飞行器周围的静电能量来减小飞行器的雷达截面。

  俄罗斯未来的1.42隐身战斗机样机并没有像美国那样的隐身外形设计,其隐身能力是利用他们称之为“自己开发的减少雷达特征的方法”来实现的,这很可能包括等离子体隐身技术。由于等离子体隐身技术已受到世界军事强国的关注,因此它将可能具有广阔的应用前景。

2、实现有源隐身的技术途径

  有源隐身技术又称主动隐身技术,是指利用有源手段使武器装备规避声、光、电、热等探测设备探测的一种技术。

  目前人们所说的隐身技术通常是指无源(被动)隐身技术,即通过对武器装备的外形、结构进行巧妙设计和采用吸波、透波材料等一系列措施,尽量减少对电波、红外波、声波、可见光等能量的反射或辐射,从而降低其信号特征,实现隐身。近二十多年来,无源隐身技术尽管发展迅速,应用范围不断扩大,但也存在许多弊端。如,隐身外形设计在一定程度上对飞行器的气动性能和弹药的装载量都有不利影响;吸波涂层使飞行器的重量增加,也不利于提高飞行速度和机动性。

  在这种情况下,近年来有源隐身技术越来越受到专家们的青睐。相对无源隐身来说,有源隐身效果更好,成本更低。其实现的主要技术途径有:

  (1)电子欺骗和干扰利用干扰机可使作战飞机的生存能力提高40%以上,主要措施有:用先进计算机鉴别战斗机可能遭到威胁的雷达工作频率,用这种频率发射脉冲,使敌方雷达屏幕上出现虚假信号;在兵器上安装干扰机,不断发射干扰信号;采用先进的诱饵系统,这种诱饵能辨认敌方雷达或红外探测信号,并能快速产生对抗信号,使敌方误认为诱饵是真目标。美军十分重视在战斗机上加装干扰机,大部分战斗机(包括F-15、F-16、F/A-18等)都装有干扰机。正在研制的联合攻击战斗机(JSF)和F-22都将加装小型诱饵系统。美国正在研究一种新型诱饵,它能发射甚高频(VHF)、特高频(UHF)和微波信号,可以模仿隐身飞机目标。

  (2)使用低截获概率雷达在保证完成任务的情况下,尽量减少机载电子设备电磁信号被截获的机会,如自动管理发射功率,雷达一旦捕获到目标,立即自动将辐射能量降低到跟踪目标所需能量的最小值;在时间、空间和频谱方面控制雷达的发射,并快速改变其发射频率等。美国B-2、F-22等隐身飞机都装有低截获概率雷达。

  (3)采取有源对消法采用相干手段使目标散射场和人为引入的辐射场在敌方雷达探测方向相干对消,使敌方雷达接收机始终位于合成方向图的零点,从而抑制雷达对目标反射波的接收。美国的B-2隐身轰击机所载的ZSR-63电子战设备就是一种有源对消系统,它主动发射电磁波来消除照射在其机体上的雷达能量。

  (4)采用特殊照明系统和电致变色材料。美国防部预测,在未来15年内,有源(主动)射频隐身技术可能取代降低雷达特征信号技术;到2015年,武器系统将装备“一体化欺骗装备”。美国计划在2025年采用有源技术实现卫星隐身(即卫星伪装)。伪装卫星将采用纳米智能薄膜(RobotFilms),这种薄膜能够检测照射在卫星上的能量,并能改变自身的结构以吸收这部分能量,使卫星不易被发现。

3、视频隐身技术的实现途径

  视频隐身技术,又称可见光隐身技术,是使武器装备不易被人的眼睛或可见光探测设备发现的一种技术。目前,国际一些国家在继续发展雷达和红外隐身技术的同时,亦在积极探索视频隐身技术新途径。

    八十年代以来,国际雷达隐身技术已发展到很高的水平,红外隐身技术也取得了相当的进展,使相关武器装备的生存能力显著提高。但是,仅采用雷达和红外隐身技术还不能使武器装备具备全天时和全频谱的隐身能力。如美国采用雷达隐身技术的F-117战斗轰炸机,夜战时能避开敌方雷达的探测,但在白天,这种以天空为背景的黑色飞行物却逃不过肉眼或光学设备的观察。随着可见光技术侦察手段的不断改进,视频隐身技术必然要有新的发展。

  实现视频隐身的关键是使武器或武器平台本身具有最低的视频可探测信号特征,与所处环境或背景难以区分。现已采用的主要技术途径有:

  (1)特殊照明系统是一种主动伪装手段。沿着机翼前缘和发动机整流罩边缘安装一些将光束密封起来的灯,通过控制灯光强度,使飞机与天空背景浑然一体,以对抗可见光探测设备。美国海军早在1943年就秘密进行了这方面的试验,到80年代才予以公开。侵越战争之后,美国防部开始实施一项称为“罗盘幽灵”(CompassGhost)的计划,通过在F-4战斗机的机翼和机身上安装9个亮度很高的灯,使敌方发现F-4的距离缩短了30%以上。1976年,洛克希德公司臭鼬工厂在“蓝色富翁”(HaveBlue)合同下承担制造隐身飞机,将照明系统付诸使用。目前该公司正在设计在飞机侧面和下表面每隔0.6米设一个光孔,用光纤把这些光孔与中央光源相连,光源的亮度由机背上的传感器依据天空背景的亮度加以控制,使机轮廓模糊,与背景相一致。但是,特殊照明系统能耗较大,据称,其数值相当于战斗机雷达输入功率的好几倍。

  (2)适宜颜色在正常光照条件下,飞机同天空背景亮度的差别与飞机的飞行高度密切相关。飞行高度越高,亮度差别越大。对于不同飞行高度的飞机涂以不同的颜色,可实现飞机的视频隐身。例如,美国的F-117隐身攻击机的作战高度一般为6000米,其机身下方涂成灰色最好,实际也是涂的灰色;B-2隐身轰炸机的巡航高度在1万米以上,其底部涂成深灰色。B-2飞机上还装有可见光传感器,驾驶员根据此传感器给出的信息,升高或降低到适宜的飞行高度,使飞机底部颜色与天空背景始终保持基本一致。

  (3)奇异蒙皮美空军正在试验一种亮度和颜色可调的蒙皮,其变化由装在飞机各个侧面的可见光传感器控制。这种蒙皮是用能吸收雷达波的电磁传导性聚苯胺基复合材料制造的,在不充电时,它是透光的,可同时改变亮度和颜色。使用这种蒙皮的飞机,在飞行中从上往下看它,其上部颜色与它下面地表的主体颜色相近;从下往上看它,其底部颜色与天空背景一致;蒙皮充电时,能散射雷达波,使跟踪雷达的探测距离缩短一半。美空军正在试验的另一种蒙皮称为“闪烁蒙皮”,它利用一种特殊涂料,可使飞机反射的可见光和自身辐射的红外光产生闪烁,以此干扰来袭导弹的可见光和红外寻的器。

  (4)电致变色薄膜是一种通电后能变色的聚合物薄膜,在不同的电压下会发出蓝、灰、白等不同颜色的光,还可显现出浓淡不同的色调。把这种薄膜贴在飞机表面,通过控制电压大小,便能使飞机的颜色与天空背景一致。美国正在研制的“联合攻击战斗机”将采用这种隐身措施。电致变色材料的主要技术障碍目前尚不清楚,但这种材料必须接收阳光和恶劣气象的考验,还必须与现有雷达和红外隐身技术兼容。

  (5)烟幕遮蔽是利用烟幕遮蔽目标的一种伪装方法,已有多年的应用历史。实践表明,对目标实施烟幕伪装,可使借助光学瞄准具进行射击的效果降低80%;用烟幕迷盲敌方发射阵地,可使其射击效果降低90%以上。在海湾战争中,伊拉克油井燃烧生成的浓烟使所在地域的能见度大大降低,致使多国部队飞行员无法进行轰炸和射击。烟幕遮蔽技术曾一度受到冷落,但随着精确制导、智能等武器飞速发展,烟幕遮蔽重新受到重视。烟幕不仅对可见光探测设备有遮蔽作用,而且对红外、激光、雷达等探测设备也有很好的干扰效果,是未来战场上的遮蔽“多面手”。

五、反隐身技术发展动向

  在1991年的海湾战争中,美国空军的F-117A隐身攻击机显示了伊拉克防空体系难以抵御的强大优势。此后,武器装备的隐身化成为重要的发展趋势。从早期隐身研究时起,规划人员和设计师们也在思考着如何反隐身。

1、反隐身技术的机理

  目前,国际对飞机隐身技术的研究主要把力量放在雷达波隐身和红外线隐身上。在雷达波隐身中,飞机主要是靠调整外形来缩减雷达散射截面(RCS)(占RCS缩减总量的70%~80%),其次则是应用吸收雷达波的材料(RAM)。探索或研究反隐身技术,要从当前隐身技术的局限性或明显弱点入手:

  (1)现役或在研隐身飞机以单站雷达为对抗目标

  雷达是通过接收被照射目标的散射电磁波来判断有无目标存在并测出目标所在的空间角度及空间距离。当前正在使用的雷达绝大多数是单站雷达,它的接收天线和发射天线靠得很近或接收功能及发射功能共用一个天线完成。对于单站雷达,接收机接收到的目标散射电磁波是沿入射电磁波路线返回的回波。调整飞机外形只能优选雷达照射角度范围,使回波集中到极少数方向上并偏离发射源。若设法从别的方向上接收回波,或同时从多个角度进行探测,可以作为探测隐身飞机的措施及手段。

  (2)难以在整个电磁和红外频谱达到相同的低可探测性

  飞机调整外形以及现用RAM,只能有效对抗工作频率在0.2~29GHz的厘米波雷达。当雷达波长与被照射目标特征尺寸相近时,在目标反射波与爬行波之间产生谐振现象,尽管没有直接的镜面反射也会造成强烈的信号特征。例如,某些陆基雷达的长波(米级波)辐射能在飞机较大的部件(平尾或机翼前缘)上引起谐振。在波长很短(毫米波)的雷达照射下,则飞机的不平滑部位相对波长来说显然增多,而任何不平滑部位都会产生角反射并导致RCS增大。大多数RAM都含有“活性成分”,经雷达波照射后其分子结构内部产生电子重新排列,分子振荡的惯性会吸收一部分入射能量。但是,照射波的波长越长,分子振荡越慢而吸波效果越不明显。雷达跳出目前隐身技术所能对抗的波段,将使飞机的隐身性能大大降低或失效。另外,目前的雷达波隐身技术主要是针对微波雷达的,飞机的红外辐射可以减弱并限制在一定的方位角内但却不能完全消除。发展可见光或接近可见光波段的探测器,以及提高红外传感器的探测性能,也可作为探测隐身飞机的措施及手段。

  与飞机隐身技术一样,反隐身技术也是综合性技术,单独采用某一种反隐身技术都不可能获得好的反隐身效果,必须综合运用各种反隐身技术才能提高探测隐身飞机的效能。

2、反隐身措施及手段

  目前,正在研究或探索的反隐身措施及手段主要有:

  (1)双(多)站雷达

  双站雷达系统是将发射机和接收机分置在两个不同的站址,其中包括地面、空中、海上或卫星等多种平台。利用远离发射机的接收机接收隐身飞机偏转的雷达波,并因无源而不会受到反辐射导弹的威胁。多站雷达是在双站雷达基础上,由多个分置的发射机和接收机组成。可以采用一部发射机和多部接收机或多部发射机和多部接收机的配置,从而组成一个多元一体化的雷达网同时从各个照射角度对隐身飞机进行探测。不论是双站还是多站雷达,接收机都必须在发射波束的作用范围之内并与发射机精确同步。解决这个问题的一个办法是,采用广角天线并利用全球定位系统(GPS)。广角天线内大量的介电材料,按输入信号到达的角度将其折射到一系列站口中的一个。通过接收机在这些站口上“快速转接”,双(多)站雷达可以跟踪发射机脉冲。称为“脉冲追踪”的这种操作,使得接收机能够探测照射波束作用范围内的任何目标并确定其方位。GPS可以快速确定发射机与接收机的相对位置并使两者精确同步,这使得双(多)站雷达易于设计并且使用更加灵活。

  (2)长波或毫米波雷达

  长波雷达可以对付隐身飞机的外形调整设计及现用的RAM,使得隐身飞机外形设计与RAM涂层厚度有难以实现的过高要求。近年来,一些国家重新重视研制长波雷达。目前发展很快的长波雷达是超地平线雷达(OTH),其工作波长达10~60m(频率为5~28MHz),完全在正常雷达工作波段范围之外。这种雷达靠谐振效应探测大多数目标,几乎不受现有RAM的影响。国际还非常重视发展毫米波雷达,目前已有可供实用的毫米波雷达。但是,频率越低波束越难集中,而频率越高波束传播损耗越大。美国空军曾在1990年有关反隐身对抗的总结报告中称,甚高频(VHF)雷达(频率160~180MHz、波长1.65~1.90m)在探测低飞目标或对付人工干扰时存在严重问题;OTH雷达提供的跟踪和定位数据不够精确;毫米波雷达(频率约为94GHz)探测概率不高。

  (3)无载频超宽波段雷达

  无载频超宽波段雷达被称为“反隐身雷达”,无载频脉冲可以覆盖L、S、C等许多波段。产生这种脉冲的小型低功率雷达已广泛用于民用,用于混凝土结构的内部成像以检查空隙和结构缺陷。目前,尚未出现适用于防空的无载频超宽波段雷达。发展无载频超宽波段雷达除必须提高雷达平均功率外,还要解决在没有载频引导下保证宽波段接收机能区分出噪声与目标回波的问题。

  (4)激光雷达和红外探测系统

  美国自80年代末开始研究激光反隐身探测系统。为了探测从空间发射的导弹,美国在弹道导弹防御计划中试验过激光雷达。另外,许多公司也在探索将其用作空对面武器的导引头。相干多普勒激光雷达已经用于飞机尾流的探测和成像,但是飞机尾流很小可能使得探测距离较短而无战术用途。微波雷达的工作方式是在金属物体上产生电磁场,而脉冲激光雷达能在不可渗透的物体上产生可探测区分的红外图像。但一般频率的激光大都易被二氧化碳、氧气和水吸收、难以在极远距离上聚焦,所以要想把红外探测系统用于反隐身,就必须提高其作用距离以及在恶劣环境下的使用效能。

  此外,提出探索或研究的反隐身措施及手段还有很多。例如,提高现有雷达的探测性能,包括增大发射功率储备、改善信息采集和信号综合处理能力等;研制单(双或多)站无源雷达,通过探测隐身飞机自身的电磁辐射对它进行方位跟踪或定位;发展谐波雷达,这种雷达将人造金属目标(如飞机)的极低谐波再辐射能量作为回波;研制被动的射频探测器,用它发现隐身飞机在飞行时因气动加热引起的微弱无线电信号;发展用于追踪隐身飞机的地球磁场变异探测器,以及摧毁隐身飞机的微波束武器等等。

  要想对抗隐身飞机,就必须综合采取多种措施及手段。可靠的反隐身探测/攻击系统的关键,是要组成一个采用不同原理并在不同波长上工作的复杂传感器网络。这个网络的重要组成部分不仅包括传感器本身,而且包括对不同来源的数据进行收集、处理、关联及显示的过程。另外,为了达到所需的高探测概率并向拦截系统提供精确的目标数据,传感器所在的位置(不仅沿边界而且向领土纵深部署,还包括空、天警戒)也很关键。

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