隱身技術基本概念

對於未來軍用飛行器的性能要求往往是多方面的,軍用飛行器不僅應具有良好的飛行性能,而且在戰爭環境中應具有良好的生存力。由於軍事上的需要和現代科學技術的發展,針對飛行器的探測技術日益完善,對飛行器在戰爭中的生存力構成瞭嚴重威脅,隱身性能已成為軍用飛行器生存力的一個重要指標,並且是衡量未來軍用飛行器先進性的一個重要判據。

隱身技術(StealthTechnique)是一門新興的正在不斷發展的綜合性的,跨學科的應用科學技術。飛行器隱身技術涉及飛行器設計、電磁場理論、聲學、光學、紅外工程學以及航空材料等多種學科。在研究方法上,不僅要對飛行器隱身的機理,進行深入的理論研究和實驗研究,而且需要與飛行器設計的實踐密切相結合,才能取得滿意的結果。飛行器隱身技術和隱身飛行器的設計涉及軍事機密,許多關鍵地方都是保密的,世界各國都不公開發表。

本講義的內容主要是講解關於這門技術的一般的基礎知識,在接下來的文章中所引用的一些具體數據均系引自公開出版的書刊和一些公開發表的技術報告等文獻資料,其中關於各種隱身飛行器的數據,多為推測值而並不準確可靠。

人類很早就知道利用可見光隱身,如各種迷彩,但對隱身技術進行大規模的深入研究,把隱身技術作為一門應用科學技術,並且將它應用於軍用飛行器的設計中,卻是近四十年才開始的。

由於軍事上的需要和現代科學技術的不斷發展,針對飛行器的探測技術日益完善。不僅在地面上有強大的雷達網,在空中有預警機,而且在太空還有戰略預警系統,對飛行器在戰爭中的生存力構成瞭嚴重的威脅。因此,相伴產生瞭相應的反探測技術。各種各樣的反探測措施,目的都是降低飛行器在戰爭環境中被發現的概率從而提高生存力,從這個意義上講,均可以稱之為隱身技術。

在軍事領域,隱身技術的定義是:通過減小武器裝備平臺的特征信號,降低其被敵方傳感器發現、跟蹤、識別的概率,降低敵方制導武器攻擊成功率,提高平臺生存力的技術的統稱。

這裡的特征信號包括電磁、紅外、聲、可見光、磁信號等。不同武器裝備平臺具有不同的突出特征信號,主要威脅探測器及隱身的重點也不同,如飛機的主要特征信號為電磁、紅外,而潛艇的主要特征信號為噪聲。但不同類型武器平臺針對的特征信號並不是絕對的,如一般情況下直升機對聲隱身的要求也比較高。

常用的傳感器包括雷達、紅外探測器、聲納、可見光傳感器、磁異探測器等。根據針對的威脅探測器,可將隱身技術分為雷達隱身、紅外隱身、聲隱身、可見光隱身等,分別針對不同特征信號的減縮,總結為“聲(聲隱身)、光(可見光隱身)、熱(紅外隱身)、電(電磁波隱身)、磁(磁隱身)”五個字,有時略去磁隱身,稱“聲光熱電”。

通過大量研究人員的艱苦勞動,使目標RCS計算和測量方法以及RCS控制和減縮技術日趨成熟和完善,有力地推動瞭雷達隱身技術的向前發展,為設計低RCS飛行器奠定瞭基礎。

由於紅外探測系統和紅外制導武器日益發展,並得到瞭廣泛的使用,對飛行器的生存力構成瞭新的威脅。因此,紅外隱身是飛行器隱身技術另一個極為重要的方面。紅外隱身技術所運用的基本理論是紅外輻射原理,飛行器紅外輻射源的分析和其輻射強度的計算方法和測量技術是飛行器紅外隱身技術的基礎,各種減弱紅外輻射強度的措施則是紅外隱身技術的主要內容。

在可見光隱身技術方面,至今仍在采用塗料迷彩偽裝的方法。在飛行器表面噴塗與背景一致的顏色和迷彩偽裝圖案,模擬背景的色彩,破壞飛行器的目視外形,從而達到隱身的目的。

此外,從七十年代起,激光雷達(LaserRadar)和由激光制導的武器得到瞭廣泛應用,目前仍在迅速地發展著。例如,美國在AFTI/F-16驗證機上已裝備瞭前視紅外激光綜合測距/跟蹤系統。美國在1991年的海灣戰爭中,也使用瞭激光制導武器。故對激光探測的隱身也應該考慮。激光雷達與微波雷達在工作原理上相似,都是首先向被探測目標發射探測信號,隻是激光的波長比微波短得多,因此激光雷達比微波雷達有更高的角分辨率和更高的測距精度,且不需要大面積的雷達天線。激光雷達的另一特點是不怕電子幹擾。這些都給激光隱身和激光對抗措施帶來瞭困難。

為瞭能有效地提高飛行器的隱身性能,設計人員在飛行器設計的初始階段就要考慮隱身性能的要求,在飛行器設計的各個階段運用雷達隱身、紅外隱身、抗聲波隱身、抗可見光隱身等技術來大大地降低飛行器的目標特征信號,使飛行器具有良好的隱身性能。由於在飛行器設計中強調瞭隱身性能,必然會對飛行器的戰術技術指標的確定、飛行器總體佈局、外形設計和結構設計產生一系列的影響。

綜上所述,隱身技術是一門新興的正在不斷發展的綜合性的、跨學科的應用科學技術。飛行器隱身技術涉及電磁理論、紅外輻射理論、聲學、光學、航空材料以及飛行器設計等多種學科。在研究方法上,不僅要對飛行器隱身的機理進行深入的理論研究和實驗研究,而且需要與飛行器設計的實踐密切相結合,才能取得滿意的結果。就目前而言,對飛行器生存力構成的主要威脅來自於雷達和紅外探測器。

雷達隱身技術和紅外隱身技術是隱身技術最重要的兩個方面,也是我將要介紹的內容,其中雷達隱身技術又是本講義的重點。

根據針對的探測器原理不同,隱身又可分為“有源隱身”和“無源隱身”兩個方面。有源隱身指減少目標本身的電磁、紅外輻射和噪聲。無源隱身指改變目標對照射波的反射特性,其核心是降低目標對入射信號的散射,從而降低探測器發現和跟蹤能力,包括雷達散射、聲散射等。

紅外隱身主要考慮無源隱身,雷達隱身主要考慮有源隱身,但也考慮減少武器系統自身雷達、通信信號輻射的無源隱身。對於潛艇,聲隱身既包括針對有源聲納探測的無源隱身,也針對無源聲納探測的有源隱身,直升機主要考慮有源隱身。可見光隱身主要是無源隱身。

單從字面意義來理解,“隱身”指視覺隱身,英文是invisible。作為軍事隱身技術的隱身,英文是stealth,原意是“鬼鬼祟祟地運動、走動或行動”,並沒有“看不見”的意思。港臺將stealth翻譯成“匿蹤”,字面意義還包括瞭消除飛機霧化尾跡等“隱匿蹤跡”的技術。在有些非常正式、嚴謹的情況下,隱身也稱“低可探測性(lowobservability,LO)”,如電磁隱身就稱為“雷達低可探測性”。針對飛機主動電磁輻射源的隱身,如雷達、通訊、導航、識別設備等,則經常用“低截獲概率(lowprobabilityofinterception,LPI)”來表示。“隱身”雖然從科學上講不夠嚴格,但這樣的藝術誇張起瞭詞簡目醒和印象深刻的作用。

在現代戰爭中,隱身技術可增加敵方探測、跟蹤和預測我方目標的難度,降低敵方獲取信息的準確性和完整性,降低敵方使用武器進攻和防禦的機會和能力,提高作戰平臺完成任務和生存能力的概率。和其他新技術綜合使用,可改變戰爭的形式,改變現代空戰的方法和戰術,影響、甚至打破瞭敵對雙方的戰略平衡。同時,可顯著提高電子戰作戰效能,降低對平臺幹擾輸出功率的要求。

隱身飛機不意味著飛機不可被發現,隱身是一個相對概念。雷達隱身盡量吸收或是減少向探測方向散射的電磁波以降低雷達散射截面。

隱身飛機並不是隱身技術和傳統飛機的組合,而是集成瞭現代科技的綜合產品。隱身飛機需要與精確制導武器、先進雷達的高科技配合,才能發揮較高的作戰效能。

隱身飛機外形的非傳統導致飛行品質的喪失,一般需要智能控制,如F-117、B-2、F-22都是靜不穩定飛機。

隱身飛機一般使用瞭大量使用復合材料、吸波材料,且保養維護成本較高,如B-2需要恒定溫度、濕度的機庫。隱身飛機通常在夜間或惡劣天氣出動,因此必須是全天候飛機。隱身飛機及相關技術非常敏感,需要執行任務中的高可靠性,一旦落入敵方手中,可能泄露大量機密。

過去的隱身飛機造價高昂,如F-117單機成本約4000萬,F-22約2億,B-2約21億,其中B-2是目前單價最高的軍用飛機。隱身飛機開發周期較長,費用較高,一旦失敗,損失巨大,如A-12艦載攻擊機、RAH-66“科曼奇(Comanche)”武裝直升機。1991年1月5日,五角大樓召開瞭長達6小時的各方聯席會議,最後,國防部長切尼拍板決定放棄A-12,並在2天後正式對外公佈。美國陸軍2004年2月23日宣佈,取消耗資380億美元的“科曼奇”直升機計劃。這是美國陸軍歷史上取消的規模最大的計劃之一。

歷史上發生多起隱身飛機墜毀事件,有一次被擊落記錄。

1999年3月27日,美軍一架F-117隱形戰鬥機被南聯盟的蘇制SA-3導彈擊落。

2008年2月23日,美軍B-2隱形轟炸機在關島空軍基地墜毀。

2004年12月20日15時45分(美國西部時間),一架美軍F-22起飛時失控,墜毀於內華達州內利斯空軍基地。

2009年3月25日一架F-22在執行一項“測試飛行任務”時在加利福尼亞南部沙漠地帶墜毀,試飛員死亡。

2010年11月17日,美軍一架F-22在阿拉斯加墜毀。

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