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隐形战机:隐形技术原理在实际中如何运作

 半梦书斋 2019-02-03

现在隐形技术成为各国军事武器方面的流行词。军事强国都在花费数十亿美元试图开发或“获取”隐形技术。

要理解隐身技术,我们需要先了解雷达的基本工作原理。雷达发出电磁波,反射出障碍物并返回。处理该信号以确定目标的确切位置,大小和方向。在第二次世界大战期间,当时英国雷达挫败了德国空军的突然袭击,提前几分钟探测到了抵达的轰炸机群并指挥战斗机拦截它们。雷达在冷战中发挥了重要作用,每一方都在开发新的雷达。双方都致力于隐形技术,但是美国人将其提升到了一个新的水平并更好的发挥运作。

雷达截面(RCS)的概念在这里起着重要作用。RCS衡量物体在雷达屏幕上的显示大小。物体的RCS越大,它在雷达屏幕上显示的越大,反之亦然。B-2和F-22的RCS小于0.0001m²,这意味着它们太小而不能显示在目前大多数雷达屏幕上。

好比一只蝴蝶,在距离人肉眼10米范围内可以看到它在飞动,我们将10米处的蝴蝶与传统飞机进行比较,该飞机在雷达屏幕上显示为一个大点,就像我们人的视觉能跟踪蝴蝶样。而隐形飞机这些雷达就很难跟踪并锁定它。即使当多个雷达,红外传感器,光学传感器结合起来锁定目标时,隐形飞机此时早完成任务并在回家的路上。

所以说,并不是雷达侦测不到隐形飞机,而是隐形技术可是帮助隐形飞机延迟雷达侦测。因此,隐形飞机的准确术语是“低可观测”飞机。隐身技术的工作原理是消除雷达反射,可以通过吸收无线电波(RAM涂层),偏转无线电波(表面形状)。

隐形战机:隐形技术原理在实际中如何运作

美国F-117隐形轰炸机

无线电波是不同频率的电磁波。EM波的偏转和吸收方法相互补充,以形成隐形飞机/船。重要的是要注意,这些方法将对象的RCS降低到不能出现在大多数雷达屏幕上的程度。它们并非隐形,而是极难检测到,一般超现代雷达在10-20公里范围内可探测到,而非隐身物体则为150-300公里就可侦测到。

雷达吸收材料(RAM)涂层涉及应用能够吸收物体上的电磁波的材料。过去40年来,美国一直是这项技术的先驱。这些是由电介质,复合材料制成的特殊设计材料,可吸收落在其上的无线电波。它们高度分类,美国空军于20世纪70年代在SR-71上使用过铁球漆。虽然RAM铁球漆涂层是几十年前的技术,今天虽然没有再使用,但它也属于隐形技术的一个组成部分。无线电波落在油漆上,它们通过多次扩散吸收。这种吸收是由雷达能量转换成热量而引起的,热量从飞机表面消散。这是这些材料如何工作的非分类方式之一。

为了最大化无线电波的吸收,在某些情况下,涂料具有微观金字塔结构。金字塔形状以角度切割,以最大化波浪在结构内产生的反弹次数。每次弹跳时,无线电波都会失去泡沫材料的能量,从而以较低的信号强度离开。其他泡沫吸收剂可以平板形式使用,在不同层中使用增加的碳载荷梯度。

整形涉及以这样的方式设计物体:无线电波对无线电波进行波动,而不是沿着相同路径反射回来,在不同方向上被偏转和散射。这是通过使用锐角的平坦表面或沿其表面传导无线电波的特殊曲面来实现的,因此不会产生反射。

在F-117和隐形战机等飞机上,倾斜表面非常突出。这些倾斜表面与B-2,F-22等飞机上的特殊曲面相结合。这有助于实现高度的低可观察性。为了获得近乎完美的隐身,RAM涂层加偏转设计是必要的。与传统飞机相比,这涉及更高程度的研究和测试。这是隐形飞机非常昂贵的原因之一。

隐形战机:隐形技术原理在实际中如何运作

SR-71是最早的操作隐形飞机之一

对隐形战舰的最广泛误解是它们对雷达是不可见的,并且像隐形飞机一样隐蔽。事实上,隐形船在雷达上非常明显。但不同的是,如果在100公里处检测到一般正常的5000吨级1000平方米RCS战舰,而雷达则只会在相同距离处,检测到5000吨级相同的但具有隐形设计战舰界面的200平方米RCS。这使得它类似于一艘小型的1000吨船,它将混淆在敌方的雷达杂波中,该雷达杂波在屏幕上有数百艘船。一艘1000吨级的100平方米RCS船具有隐身功能,可以看起来像一艘250吨重的10平方米的商船,敌人不会知道这些战舰和小型商船之间的区别。海军隐身主要是看起来更小,并与其他船只和船只融为一体。

如果在一支小规模的舰队中,一艘10000吨级2000平方米RCS的驱逐舰将成为冲突中敌人的主要目标。但是,如果这艘10000吨重的船舶使用像Zumwalt这样的隐形设计,它可能看起来像敌人雷达上的5000吨战舰一样大,他们将无法挑选出有价值的攻击目标。瑞典海军的维斯比级轻型护卫舰是世界上第一艘可操作的隐形战舰。这是一艘640吨重的船,但它看起来像敌人雷达上的20吨小船一样小。这使它可以隐藏在渔船中并发动潜行和隐身攻击。

在现代,每个反技术都有反制技术。现在隐形飞机只能在一定范围的雷达频率下看不见,不过有以下几种反制手段:

  • 使用L波段雷达的现代系统能够探测隐形飞机。
  • 隐形飞机必须隐藏其红外信号,而不仅仅是他们的雷达信号,以防止敌人发现。
  • 像红外搜索和轨道这样的现代系统将能够通过检测其红外信号来远距离探测隐形飞机。因此,只使用雷达吸收涂料,就无法将飞机从天空中隐藏起来。
  • 隐形飞机在打开武器舱门以释放武器时可见。
  • 其最大的缺点之一是其极高的制造、运营和维护成本。
  • 雷达吸水涂层极其脆弱,在暴露于战斗或恶劣天气后需要更换。

隐形战机:隐形技术原理在实际中如何运作

金字塔形RAM涂层的微观视图

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