二、隐身技术
(一)概述
隐身技术,又称隐形技术、低可探测技术或目标特征控制技术,是通过降低武器装备等目标的可探测信号特征,使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的综合性技术。隐身技术是传统伪装技术走向高技术化的发展和延伸。作为一门交叉性技术,隐身技术综合了流体力学、材料学、电子学、光学和声学等众多技术。
目前,隐身技术通常分为雷达隐身技术、红外隐身技术、电子隐身技术、可见光隐身技术和声波隐身技术等。随着隐身技术的发展和应用,其在未来战场上的作用将越来越大。一方面,将大大提高武器装备的生存能力、突防能力和作战效能,打破已形成的攻防平衡态势;另一方面,将推动防御系统中的各种探测系统发生重大变革,促进反隐身技术的发展。
(二)隐身技术的发展现状
隐身技术最早可追溯到第二次世界大战时期,德国潜艇在通气管和潜望镜上运用吸波材料对付雷达探测。20世纪50年代,美国在U-2侦察机上探索减小雷达散射截面积的途径。70年代后,美、苏、英、法、德、意、日、加拿大和以色列等国都投入巨资研究隐身技术,取得了不同程度的进展,并应用于各种隐身武器装备上。
1.雷达隐身
雷达是最重要的侦察探测装置之一,雷达隐身技术自然成为一种最重要的隐身技术。其原理是根据雷达在无干扰时自由空间的测距方程,即具有一定性能参数的雷达的探测距离与目标(如飞行器)的雷达散射面积的4次方根成正比。因此,要想缩短雷达的探测距离,就要减小目标的雷达散射截面积。目前,雷达隐身的技术措施主要有:
隐身外形技术。合理设计目标外形,是减小其雷达散射截面积的重要措施。例如,美国下一代CVN-21级航空母舰就采用了最新的隐身技术,上层采取集成化设计,使传统拥挤的舰桥体积明显缩小,重量大为减轻,并靠后推移;干舷显著降低,舰面设施非常简化,使飞行甲板与航空作业区连成一片,从而最大限度地减小其雷达反射截面。
隐身材料技术。目前研制的隐身材料主要有雷达吸波材料和雷达透波材料,按其使用方法可分为涂料型和结构型。吸波涂料涂在目标表面,结构型隐身材料用来制造机身、机翼、导弹壳体等。雷达吸波材料主要有高性能的磁性—耗能吸波材料、碳质电阻类宽频带吸波材料和席夫碱基盐的化合物等。
自适应阻抗加载技术。在金属体目标(如飞行器)表面附加上集中参数或分布参数的阻容元件,使其产生与雷达回波的频率、极化、幅值相等但相位相反的附加辐射波,它与雷达回波相抵消,从而达到减小目标雷达散射截面积的目的。
微波传播指示技术。即利用计算机预测雷达波束在不同大气条件下传播发生畸变所产生的“空隙”和“波道”,使突防飞行器在雷达波覆盖区的“空隙”、“盲区”内或“波道”外飞行,以避开敌方雷达的探测。
等离子体隐身技术。即用等离子气体层包围飞机、舰船、卫星等目标的表面,利用其对雷达波所具有的特殊吸收和折射特性,减小雷达回波的能量。
2.红外隐身
许多军事目标,如飞机、导弹等都因在飞行途中发出强大的红外辐射而被对方发现。红外隐身技术除采用红外干扰外,主要就是通过抑制目标的红外辐射,从而使敌方红外探测系统难以发现。目前,红外隐身的技术措施主要有以下几种。
改变红外辐射波段。使飞机等目标的红外辐射波段处于红外探测器的响应波段范围之外,或使目标的红外辐射避开大气窗口而在大气层中被吸收和散射掉,从而达到隐身目的。
降低红外辐射强度。这是红外隐身的主要技术手段。主要措施有:改进发动机结构;使用能降低排气的红外辐射的新燃料;装备表层采用吸热、隔热材料和涂料;利用气溶胶屏蔽发动机尾焰的红外辐射;采用闭合环路冷却环境控制系统,降低荷载设备的工作温度。
调节红外辐射的传输过程。直升机动力排气系统的红外抑制器就有这种功能,因而能有效抑制红外探测器威胁方向的红外辐射特征。
3.电子隐身
电子隐身技术主要是抑制武器装备等目标自身的电磁辐射。目前,采用的主要技术措施有:
减少无线电设备,如用红外设备代替多普勒雷达;用激光高度表代替雷达高度表;用全球定位系统代替无线电导航系统等。
采用低截获概率技术改进电子设备。如采用发射功率自动管理技术,在时间、空间和频谱方面控制无线电设备的电磁波发射,采用频率捷变技术,武器装备采用被动雷达电子探测系统等。
减小电缆的电磁辐射。如尽量缩短各种电子设备的距离,用光缆取代电缆等。
避免电子设备天线的被动反射。如将天线做成嵌入目标体内的结构,不使用时回收体内等。
对电子设备进行屏蔽。如改进装备结构,采用特殊材料和涂料等。
4.可见光隐身
可见光探测系统的探测效果,取决于目标与背景之间的亮度、色度和运动等视觉信号参数的对比特征。采用可见光隐身技术的目的就是要减少这些对比特征。
5.声波隐身
声波隐身技术意在控制目标的声波辐射特征,以降低敌方声波探测系统对目标的探测概率。目前,声波隐身的技术措施主要有:发动机和辅助机采用超低噪声设计;采用吸声和阻尼声材料及减震和隔声装置;减小螺旋桨对介质的扰动噪声;合理进行目标整体设计,以避免发生共振现象,等等。
(三)隐身技术的运用
隐身技术运用的直接形式是发展隐身武器装备。隐身技术有效地解决了靠增加钢甲厚度而牺牲机动性能来提高生存能力的传统方法,实现了隐身、机动和防护的完美结合。因此,隐身武器装备格外受世界各国军队的青睐。
1.隐身飞机
隐身飞机是隐身武器研制和发展最快、取得成果最多的领域。隐身飞机之所以能有效地对付雷达、红外、电子、可见光和声波的探测,是因为它综合运用了各种隐身技术,降低飞机的雷达散射截面积、红外辐射特征,控制飞机的可见光目视信息特征及降低飞机的噪声等。美国的F-117A是世界上第一种根据低可探测技术设计原则研制并投入实战的隐身战斗机。B-2是美国第二代隐身轰炸机,具有更好的隐身效果。F-22“猛禽”战斗机是当今世界唯一的实用型第四代先进战斗机,1997年9月首次试飞成功,其设计兼顾了超音速巡航和隐身特性两方面的需要,具备超高机动性与隐身性能。F-22采用的隐身技术包括进行外形优化、电磁与热信号屏蔽、关键部位覆盖隐身涂料及加装电子欺骗、干扰手段等。“暗星”无人机是美国正在研制中的具有世界先进水平的高空长航时无人机,也是世界上第一种全隐身无人侦察机。
俄罗斯的苏-37“金雕”战斗机首次试飞时间与F-22首次试飞时间仅相距18天,尽管在隐身性能比F-22稍逊一筹,但采用了类似F-22的平滑流线型外形设计,前掠翼几乎全部采用复合材料制成,机体外涂敷雷达吸波材料,其隐身性能当属世界一流。
2.隐身导弹
隐身导弹是随着隐身飞机的发展而发展起来的,目的是降低被拦截概率,增强突防和攻击能力。导弹隐身主要是通过采用雷达吸波材料及特殊的头部外形设计以减小雷达散射截面积,改进发动机及尾气排放装置以降低导弹的红外特征实现的,如AGM-86B型、AGM-109C型和AGM-129型隐身巡航导弹等都是近年来美国成功研制的隐身导弹。隐身导弹已成为一种发展趋势,不仅发展隐身巡航导弹、地对空导弹、反舰导弹,有些国家还正在探索研制隐身洲际弹道导弹。
3.隐身舰船
隐身飞机的迅速发展和出色表现,极大地促进了隐身战舰的发展。美国于1983年开始秘密设计建造隐身军舰,10年后,“海影”号隐身军舰横空出世,并进行了一系列海上试验,引起了巨大轰动。目前美海军装备的SSN-688“洛杉矶”级、“海狼”级潜艇都可谓是隐身潜艇,“海狼”级攻击型核潜艇是世界上最安静的潜艇,其优越性超过俄罗斯的“奥斯卡”级核潜艇。俄罗斯充分利用其舰艇隐身技术处于世界领先水平的优势,精心打造超级隐身军舰。俄罗斯海军订购的10艘新型多功能型隐身护卫舰“立方体”已于2005年全部交货。
4.隐身坦克
随着现代高技术反坦克武器的发展,坦克一旦被发现就很容易被摧毁。引入隐身技术使其难以被发现是增强坦克生存能力十分有效的途径。目前,美、英已计划联合发展未来的隐身侦察/步兵战车。俄罗斯的T-95主战坦克、BM-2T步兵战车等都具有很强的隐身性能。
(四)隐身技术的发展趋势
进入21世纪,世界各国特别是美、俄、英、法等军事强国都加大了隐身技术的研究力度,拓展了研究范围,并在传统隐身技术研究的基础上,不断探索新型隐身技术措施。
1.扩展雷达隐身的频段
目前隐身技术主要针对微波探测雷达,为了达到反隐身目的,探测雷达的工作波段正在向长波和毫米波、亚毫米波乃至红外、激光波段扩展。因此,隐身技术所能适应的波段也必须有相应的扩展。
2.发展隐身材料的功能
隐身技术的发展使隐身材料进入一个新的阶段。一是隐身材料向反雷达探测和反红外探测相兼容的方向发展。要求未来的隐身材料必须具有宽频带特性,既能对付雷达系统,又能对付红外探测器。二是雷达吸波材料向超细粉末、纳米材料方向发展。这类材料的优点是重量轻、透气性好,但制造技术要求高,价格昂贵。目前,一些国家正在对吸波材料机理进行深入研究。
3.注重各种隐身技术的综合运用
现代侦察探测系统采用多种探测技术,决定了隐身技术是一项涉及多学科的综合性技术。要想使目标达到理想的隐身效果,必须综合应用各种隐身技术。实验证明,采用隐身外形设计可降低5~8分贝,利用吸波材料可降低7~10分贝,采取其他措施(如阻抗加载、天线隐身等)可降低4~6分贝,综合起来,可获得降低约20分贝的隐身效果。
4.武器装备将更广泛应用隐身技术
根据现代战争的需要,隐身技术的发展与应用现已由飞行器开始扩展到地面坦克和火炮、水面舰艇、水下潜艇等各种武器装备。一些国家还在研究具有隐身性能的机场、机库、士兵、侦察系统、通信系统和雷达等。预计未来将会出现更多的隐身和具有部分隐身性能的武器装备和设施。
5.降低隐身武器装备的成本
由于目前采用隐身技术的成本很高,导致隐身武器装备的造价不菲。例如,F-22隐身战斗机售价近2亿美元,远高于F-16的2000万美元。因此,如何在技术上实现突破,降低隐身武器装备的成本,是今后隐身技术发展的重要方向。
思考题:
1.什么是伪装?伪装的主要技术措施有哪些?
2.什么是隐身技术?
3.主要隐身技术有哪些?
4.结合新型武器装备的发展,谈谈隐身技术的发展趋势。