[科普中国]-隐身机理

发展背景

隐身，并非完全隐而不见，而是不易被敌方雷达和红外、声波、可见光等探测器发现。隐身技术是现代突防兵器用以降低其信号特征，使之难以被发现的“低可观测性”技术的统称。它是运用系统工程的设计思想，综合应用各种反探测技术成果，最大限度地降低突防兵器的雷达、红外、声学及可见光信号特征，使敌方各种探测设备难以探测目标，缩小敌方防御兵器的杀伤范围，提高突防兵器生存能力的一种综合反探测技术。

从广义上说，隐身技术包括反雷达、反红外、反声波、反可见光及抑制自身电磁辐射等技术。雷达是探测突防目标的最有效和最可靠的手段，反雷达隐身技术就是突防兵器采用各种无源、有源的技术来降低其雷达散射截面，降低雷达发现隐身兵器的能力，其中反雷达是隐身技术发展的重点。

精确制导武器的大量使用，使杀伤手段向“发现即命中” 方向发展。随着红外侦察、制导和热成像处理技术的发展，反红外探测技术显得越来越重要。据统计，在各国使用的精确制导武器中，红外（含热寻的）制导占了60 %。应用了红外隐身原理的隐形飞机与隐形舰船已相继亮相，全方位的地面目标红外隐身将是发展的必然。1

红外隐身机理红外线是波长比人的视觉敏感波长（0.4~0.78 ）更长的一段辐射（0.78~100 ），与物体温度有密切关系，由于其波长长，穿透大气烟雾的能力强，能用来揭示常规下的伪装，因而在军事上受到特别的关注。大气的红外窗口为1.2~2.7 、3~5 、8~14 ，大部分探测器工作波长都集中在这三个波段内，其中，红外制导用的探测器工作波段在3~5 ，热成像系统的工作波段则扩展到8~14 。地面的红外线一部分来自太阳辐射，一部分来自地面自身辐射。室温物体的辐射光谱，其极大值在10 处，辐射对比度极大值在8 处，太阳辐射的极大值在0.5 处。近红外波段（0.78~2.7 ）的红外辐射主要来自于太阳辐射，而3~14 红外辐射则来自地表（或目标）的自身热辐射。

实现近红外波段的红外隐身，要求目标的红外反射特性与环境一致；实现3~5 、8~14 的红外隐身，则是控制目标的红外辐射，降低与环境的对比度。空中、海上目标，由于处于比较单一的背景中，红外隐身主要集中在控制并降低目标辐射源的温度，在外形设计上也大胆创新，减少红外反射信号。地面目标与环境有不同的辐射特征，在红外成像中，这种热差别容易暴露目标形状，使目标成为打击对象。采用红外反射材料模拟环境的红外特征实现近红外隐身。特别是静止、常温目标的防护常采用此法，最典型的是模拟绿色植物背景与砂土背景的红外隐身技术。1

反雷达隐身技术减小目标的雷达散射截面是增强隐身效果最为有效的方法，对飞行器通过设计合理的气动外形，采用吸波材料，控制电磁波二次辐射等技术，最大限度的减小电磁波的散射，都可以较好地达到隐身的目的。2

隐身外型技术隐身外型技术是通过合理设计飞机、导弹及舰船等的几何外形来减小其雷达散射截面积，它是隐身技术的主要技术之一。

（1）消除角反射器

对于飞行器的外形主要是尽可能消除机体结构中的直角和空腔，因为直角连接构成了角反射器，空腔和角反射器能在较宽的扇区内产生高雷达散射面积值。避免长而恒定的曲线，使用组合的曲度和不断改变的曲线半径。具体措施有：

机身和机翼融合，其结合部分作成圆滑过渡。座舱和机身融合，座舱盖和表面金属化，采取半埋入或全埋入结构。

机头设计成尖锥形，机身设计成多面体，减小机身上的小缝隙和突起部分的数量。采用低嚣平低翼，机翼后掠成三角翼，机翼前缘圆滑。改单垂尾为倾斜（内倾或外倾15度）双垂尾，或取消垂尾。采用V型尾翼或无尾翼。

发动机采用半埋入或完全机内、翼内、机背安装形式。s型齐平进气道，锯齿型唇口，加装进气道屏蔽网。

采用保型雷达天线或平板相控阵天线，隐身天线罩。采用隐身通讯、电子侦察及电子干扰天线。

取消外挂武器、吊舱和副油箱等一切外挂物及其挂架，采用机内武器舱结构。

（2）消除闪烁点

散射是目标在雷达波作用下，感应的振荡电荷和振荡电流的再辐射引起的。在目标的边缘、尖顶、拐角等处，由于曲率大、感应电荷密度大，所以散射强。而且在这些地方，几何光学原理失效，电磁波发生衍射，这样就有散射到雷达接收方向上的回波。因此，目标上的边缘、尖顶、拐角和各种突出物构成了强散射源，谓之闪烁点。

在隐身外形设计中要尽可能消除闪烁点，如F-U7A机身无任何外挂装置，两枚激光制导炸弹隐藏在机腹内。座舱盖框架、起落架舱门边缘和机身后部边缘均设计成锯齿形，使反射信号产生相消干涉。2

吸波材料技术隐身外型对隐身效果的贡献是有限的，因为飞行器的气动外型要受空气动力学的限制。为了达到更好的隐身效果，必须采用雷达波吸收材料。

吸波材料有两种不同的工作原理：（1）吸收信号，然后使信号衰减，主要用于对付宽频带雷达；（2）使入射波产生内部反射，并与外表面的反射信号发生干涉，适用于特定的雷达频率，在实际的谐振型吸波材料应用中，一般采用多层技术。

材料的吸波原理从微观上讲分为电吸收和磁吸收。电吸收是材料在雷达波作用下，一方面由于材料被反复极化，分子偶极子随电场振荡而振荡，将电磁波能量转化为热，另一方面由于材料电导率不为零，在材料中形成感应电流，产生焦耳热。磁吸收是由于磁性材料被反复磁化，磁畴随磁场振荡而振荡，将电磁波能量转化为热。2

阻抗加载技术阻抗加载是一种控制目标二次辐射性能的技术，又称为无源对消技术。它是在飞行器表面开槽或孔，设置分布或集中复数阻抗以改变蒙皮表面的电流分布，形成辐射源并在远区产生一个附加散射场。在某些方向和频率范围内，附加散射场和目标本身散射场反向叠加，使合成散射场减小。由于飞机的形体复杂，附加散射场难以控制，阻抗加载实现起来比较困难，据报道，F-22的翼根前沿及水平尾翼根部采用阻抗加载。2

有源隐身技术有源隐身是一种新的雷达对抗技术，可以分为有源对消和建立人为盲区两种。有源对消是一种灵巧的信号消隐方式，它通过干涉效应使目标的散射场和人为引入的辐射场在雷达方向上相干对消，让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回波的接收，从而达到隐身效果。

人为盲区技术通过相干波的干涉效应，改变雷达等效方向性函数，使天线产生波瓣分裂，在目标区域产生盲区。建立人为盲区的启迪是多路径效应所导致的雷达盲区现象，即通过干涉效应改变雷达的等效方向性函数，使波瓣分裂。除了上述几种技术上比较成熟的反雷达隐身技术外，还有目前投入应用的等离子体隐身技术、红外隐身技术、光电隐身技术等。另外，从战术上反雷达隐身也是一种有效的方法，例如低空突防、飞机姿态控制等。2