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日志

 
 

现代军事技术中的隐形技术  

2010-04-13 00:07:49|  分类: 防务与国际政治 |  标签: |举报 |字号 订阅

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现代军事技术中的隐形技术

 

                                                                                                                                                    

 在现代军事技术中,由于各种新型探测系统和精确制导武器的相继问世,隐身兵器的重要性与日俱增。以美国为首的各军事强国为了保持自己的军事优势都在不遗余力地研究和开发隐身技术,并取得了突破性进展,相继研制出隐身轰炸机、隐身战斗机、隐身巡航导弹、隐身舰船和隐身装甲车等,隐形技术的应用可谓是“遍地开花”,很多已投入战场实战使用隐身技术广泛应用于兵器后,使其突袭的隐蔽性与成功率大幅度提高,突防能力明显增加。1989年12月20日,美国动用陆、海、空三军力量对巴拿马发动了自越战以来规模最大的一次战争。在这次战争中,驻扎在美国内华达州托帕诺空军试验基地的两个F-117A隐形战斗轰炸机大队率先潜入巴拿马领空,神不知鬼不觉地发动了出人意外地突然袭击,有力地摧毁了对方的预警和防空系统,为其它作战机种的长驱直入打开了通道。这是世界上隐形飞机的首次实战应用,显示出隐形兵器在战争中的巨大威力。与此同时,为了对付隐形兵器的威胁,反隐身的探测技术也得到了深入发展,并不断取得新的成就。在科索沃战争中,美国的F—117隐形轰炸机被难联盟的防空导弹给击落,从此打破了隐形飞机不可灭的神话。由此可见,探测技术与反探测技术的发展,是相互制约、相互促进的,无论哪一方有新的突破,都将引起另一方的重大变革。隐形技术与反隐形技术的战技术较量,在未来的战争中将成为一种常见的作战过程;隐形技术与反隐形技术的发展也必将对未来战争的作战样式和理论产生深远的影响。因此,隐形技术与反隐形技术的研究、应用及其发展趋势,必须引起我们的高度重视。

 

 

“隐形技术”的原理及方法

 

战争的基本战术法则就是要“保存自己,消灭敌人”。所谓隐形技术,实质上就是指能够使对方的雷达、红外线或其它电子、声光探测系统不能有效地发现目标的高科技伪装技术。要了解隐形的真正内容,还必须首先从雷达说起。

雷达是一种由发射机和接受机组成的探测系统。它发现目标的原理是:首先由雷达的发射机向空中发射一束扇形电磁波——就像是在漆黑的夜里把一束探照灯光射向夜空一样。由于电磁波的反射特性,当这些发射出去的电磁波遇到运动或静止的物体时,就会产生一定的反射波被反射回来。当雷达接受机接受到到这些反射回波以后,经验丰富的雷达操作员通过运算、分析,就能够测算出物体的位置、速度、高度乃至身份了。

隐身技术的应用自二战初期出现萌芽以来,到70、80年代产生了重大的突破,并逐步应用于军事领域;进入90年代以后,隐身兵器的应用几乎充斥所有武器装备领域并发挥着越来越大的作用。隐形技术首先是被应用到了飞机上。美军的F-117”夜鹰“隐形战斗飞机在近期的几场局部战争中的战争初期,如入无人之境地突破对方的防空网,神不知鬼不觉地奇袭了对方重要的防空设施和军事目标,给对方一个措手不及,并为后续的空中打击和地面进攻打开了前进通道。一时之间隐形飞机在世界军事领域引起了很大的震动,神奇的作战能力和作战方式使隐形飞机一时间成为了一种神话般的武器。

如同进攻与防御是一对矛盾,隐身和探测当然也是一对矛盾。兵器的隐身性能增强了,进攻的突然性也就增加了,这必然会使对方的预警难度加大,防御难度增加。为了有效地对付这种非线性作战方式,抵御对方全纵深和多方位的综合打击,防御方首要一条即加大探测范围和密度。虽然随着新型探测器材性能的不断提高,探测范围和密度会有所提高,但要招架住未来各个战场中来自各个方向、打击威力各异的隐身兵器的联合打击,实际上,即使探测系统发现了来袭目标,也很难及时对目标实施拦截或打击。

确定雷达作用距离的主要因素有三个,它们是:雷达的技术参数、被探测目标的特性和电磁波的传播环境。因此,降低敌方雷达的探测距离就要从改变被探测目标的特性和电磁波的传播环境来实现。一种兵器的表面,如:突出于平台表面的武器,飞机的外挂、机翼和机尾等明显的折角处,发动机排出的尾气、烟,武器平台的电磁、声特征,等等。这些部位如果不经过处理,就会成为雷达发射的电磁波的强反射点,当然也就成为了雷达系统的探测和雷达所制导的武器的猎获目标了。反过来,假如将这些强反射点从飞机(武器平台)上“抹去”的话,雷达就难以发现目标了。根据雷达探测目标的探测特点,要改变被探测目标的特性就必须要减小武器平台表面的雷达截面积,改变电磁波的传播环境。因为雷达波反射面积与物体平面面积的平方成正比,因此,为减少雷达波反射面积,就必须改变电磁波的传播环境。目前采取的主要措施是采用:材料隐形、改变结构外型隐形、红外隐形、使用等离子体技术隐形。现代隐身技术正在向“全空域、全频段、多功能、智能化、综合化”方向快速发展。 

一:材料隐形  材料隐形是隐身技术发展的关键。顾名思义,这是一种利用能吸收雷达电磁波的物质材料,敷贴到武器装备表面强反射部位上去的隐形方法。隐形武器对隐身材料的需求是“薄、轻、宽、强、多”,即材料要薄、要轻、隐身的频段要宽、材料硬度要强、功能要多。

我们知道,雷达波在空气中传播时,如果碰到物体,一部分被反射回来,一部分进入物体中。当物体中电波的传播速度与空气中电波的传播速度相当时,电波就不被反射回来,而是从该物体透射出去。采用吸波材料隐形就是采用吸波涂层、石墨和碳纤维复合材料,使电磁波从物体表面透射出去的方法。这些吸波材料主要可分为以下三类:①是谐振型,②宽频带型,③综合型(即将谐振型与宽频带型组合在一起)。当这些吸波材料被广泛贴敷于飞机、舰艇和各种需要隐形的兵器的表面后,可使兵器的雷达散射截面积只及原来的1/4。

例如,美国间谍飞机SR-71“黑鸟”机体表面的活性成分中,就使用了一种直径不到一微米的玻璃球。玻璃球的表面上被覆盖着一层金属的铁氧体,形成一种磁性涂层。这些球体就像低效的微型无线电天线一样能吸收电磁波,并在电磁波反射前就耗尽其能量——电磁波的能量是被磁性涂层中的电子吸收了。再如美制F-117“夜鹰”的机体表面,除了覆盖磁性涂层外,还在机翼等处使用了大量的石墨碳纤维复合材料和铝合金。 

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而一种叫做“帕拉比姆”的隐形材料,是一种由两层留有一定空隙的玻璃纤维纺织物组成的外壳。因为,两层玻璃纤维纺织物的空隙处被吸波材料做了硬基质处理,当它们覆着在兵器的表面上,或者做成一部分部位就形成坚固的低成本的隐形外壳。

需要特别指出的是:吸波涂层和材料在复杂的气象条件下的使用性能并不稳定。这是因为由于空气的摩擦和大气温湿度的变化对其性能有一定的干扰和破坏作用。因此,大家就不难明白B-2隐形轰炸机和F-117“夜鹰”攻击机以及F—22“猛禽”战斗机,为什么都需要使用专门的机库和特殊的维护了。  

二”结构外形隐形。这是一种通过改变武器结构的常规布局,利用结构外形的变化,如多平面多棱形结构,将电磁波散射于不同方向来实现隐形的方法。应用结构外形隐形应避免以往那种采用垂直或近似垂直的截面或垂直圆柱面,避免角反射体,而是要尽量压缩武器平台面积及减少突出设备,减少电磁波的有效反射面积和反射强度,使照射的入射波避免在物体外表产生强镜面反射,将其分散成各方面的散射,减小在入射方向上返回的电磁波能量,从而达到隐身的目的。 

如:F-117“夜鹰”攻击机的隐形主要就是采用了多平面多角体的结构外形。这是一种辐射体气动结构:当雷达的波长远小于飞机尺寸时,按几何光学原理,可以将它看成是独立散射的集合,其可以尽量使雷达的反射信号互相干涉。F-117的全机外型不设置明显的突出物,座舱盖框架、起落架舱门和炸弹舱门边缘及机身后部边缘均设计成锯齿型,而且所有武器弹药均置于机腹内。飞机的受油口位于机身背部,为防止进气道、发动机反射雷达波,两侧进气道皆装有条状格栅栅条,这些格栅栅条能屏蔽10厘米或更长的雷达波。

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再如B-2隐形轰炸机,采用的是翼身融合气体结构,看上去就像是一个巨大的飞翼。这种结构的机翼与机身的连接处不是直角折线,而是光滑流畅的曲线。这样,当雷达波辐射到流畅光滑的机体时将会产生折射和偏转。,这种结构外形隐身,配合机体外表敷设吸波涂层以及使用部分符合材料部件来吸收或衰减剩余的雷达波,能够实现更好的隐身。

 

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结构外形隐身,将对飞机的气动性能造成消极的影响。但是,对于舰艇、坦克等武器平台来说,则是一种很有效的方法。在这方面,法国的"拉斐特"级护卫舰、以色列的"埃拉特"级护卫舰、英国的23型护卫舰和最新推出的"海魂"护卫舰,以及瑞典的YS2000新型护卫舰在舰体和舱面上层建筑方面均采用先进的结构外形技术。

法国的"拉斐特"级护卫舰的特点是,它的常规甲板装备罩有旨在减少雷达有效反射面积的异形板。对于比较开放的空间,采用一个钢丝网屏蔽遮蔽起来,防止从这些部位发出雷达反射波;艉部桅杆上也装有钢丝屏蔽,舰艉的"响尾蛇"地对空导弹发射装置也装有雷达回波屏蔽板。

 

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以色列"埃拉特"级护卫舰的隐形措施包括:舰体用钢制造,但上部结构用铝制造;其上部结构的主要装备采取柔性底架以及普莱里·马斯克气泡系统。

瑞典在新式YS2000隐形护卫舰上采用了隐形舰载火炮和导弹技术,不用时可将火炮和导弹武器收缩到炮塔之中,这种炮塔的外型呈三角型,用一种特殊材料制成,使雷达电磁波的有效反射面积大大减少,反射强度减弱。 

三:等离子体隐形。虽然现代空战已经进入超视距时代,从这种意义上说,超视距作战中飞机的机动性能可能不那么重要了。但是,在实际上,近距离格斗仍然是现代空战中不可或缺的作战方式。所以,牺牲飞机的气动性能来实现隐形的方式显然不是最好的方法。为了保证在不损失飞机气动性能的情况下使飞机实现隐形,就要另外开辟一条新的路子。俄罗斯的飞机设计师曾经拿出过一种两全其美的方案,这就是利用等离子体回避雷达的隐形技术。

大量的实验说明,当雷达的电磁波照射到等离子云团以后会产生两种现象:首先,一部分电磁波的能量被等离子体云团吸收。这是因为电磁波在穿越等离子云团时与等离子体的带电离子互相作用,这时电磁波将一部分能量传递给了带电离子,而自身能量则大大衰减。其次,等离子云团能使电磁波产生绕射,并且,当电磁波绕过等离子云团后是继续向前辐射而不是产生反射。因此,雷达的接受机是无论如何都接受不到反射回波了。

研究发现产生等离子体的方法有两种: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、高压的形式提供高能量产生间隙放电,将气体介质激活使之电离成等离子体。另一种是在飞机的特定部位(如强反射区)涂一层放射性同位素——其辐射剂量应确保它的伽吗射线在电离空气时产生的等离子体包层具有足够的电离密度和厚度,以确保对雷达的电磁波具有极强的吸收能力。

等离子体隐形技术技术具有很大有优点,比如:吸波频带宽、吸收率高、价格便宜、使用简便、使用时间长、无须对武器平台的外型尤其是飞机的气动外形做太大的改动从而技术成本低等优点。实验中还发现,利用等离子体隐形技术,还可以使飞机的飞行阻力减少30%。遗憾的是由于前苏联的解体,俄罗斯经济的不景气,使这项很有前途的隐形技术陷于停顿而没有最后完全达到实用的阶段,还有待后来人继续去开发它。

 

四:红外隐形。对各种武器平台来说,最危险的信号特征莫过于红外辐射信号特征了。因为红外辐射信号是无源的,在做作战行动中,往往自己已经被敌人跟踪并发现了,舰艇指挥员却是仍然一无所知,难以做出及时、恰当的反应。。随着红外侦察、探测、制导与热成像处理技术的发展,任何兵器的热辐射都将成为明显的暴露征兆。因此,兵器采取降低红外遮挡与衰减装置、涂敷红外掩饰涂料、使用特殊燃料和燃料添加剂、在不影响推进效率的情况下降低红外辐射强度,使对方红外探测器失灵等隐形技术极为重要。

现役的舰艇、飞机、导弹等武器装备都是能发出强红外辐射的目标,各国为此采取了诸多降低红外辐射的手段。对于水面舰艇来说,主要包括①冷却上升烟道的可见部分;②冷却排烟,使它们尽可能接近于环境温度;③选取适当材料,用它业吸收3~5微米波段的红外辐射(目前反舰导弹的红外导引头主要在3~5微米波段起作用);④采用绝缘材料来限制机舱、排气管道及舰内外结构的发热部位;⑤对舰桥等上层建筑涂敷特殊的涂料,这样不仅能减小红外辐射,而且能减少光反射。喷气式飞机也是一种极典型的红外辐射源,易被对方的红外制导导弹跟踪追击;为此,隐身飞机多采用涡扇发动机,并以埋入式进行安装。发动机工作时所产生的高温气体,先由机构内的冷却空气预冷,接着经后缘宽扁喷口偏转喷出,最后与机外大气迅速混合,从而使飞机的红外信号特征降低。

五: 潜艇的隐身。雷达隐身对于潜艇来说,虽没有象水面舰艇那样重要,但也是隐身的一个方面,目前,雷达仍然是发现潜艇,特别是常规潜艇的重要手段,而且是反舰导弹最主要的制导方式。潜望镜、警戒雷达、侦察雷达、无线电及定向天线等经常伸出水面的潜艇设备,使潜艇在水面暴露出了相当数量的雷达波反射体,又由于这些伸出水面的设备多呈圆柱形,使雷达波在各种舷角下有效反射截面大致恒定,反射波比较集中,在雷达荧光屏上将出现稳而亮的显示。机载或舰载的专用合成孔径雷达能轻易地发现潜艇的潜望镜、通气管和各种雷达天线,海上巡逻机的现代潜望镜搜索雷达,能在超过100海里的距离内,甚至在恶劣天气下探测到潜艇的通气管或潜望镜。对一艘巡航的现代常规潜艇(不装不依赖空气的动力装置(AIP))来讲,电池每次充电时间约需30分钟,每天大约充电1~2次,二战期间,德国和美国潜艇部队都是在夜间浮出水面进行电池的充电,以防止被巡逻飞机发现,但是,雷达的出现破坏了夜色对潜艇充电的掩护。因而,防雷达波探测已成为潜艇的一项极为重要的隐身指标。

                

 

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